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一种 燃料 电池的散热系统

阅读：897发布：2024-01-20

专利汇可以提供一种燃料电池的散热系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型涉及一种燃料电池的散热系统，包括连接在燃料电池堆上的氢气流通模块、空气流通模块和冷却流体循环模块，所述的氢气流通模块包括依次连接氢源、电磁阀 a(1)，压力传感器 a(2)、燃料电池堆的氢气入口、燃料电池堆的氢气出口、电磁阀 b(3)，汽水分离器a(4)，所述的空气流通模块包括加热子模块，加湿子模块，空气顺次通过空气加热子模块，加湿子模块后进入燃料电池堆，从燃料电池堆流出后循环返回加湿子模块后排空；所述的冷却流体循环模块包括冷却水大循环，冷却水小循环。与现有技术相比，本实用新型具有散热响应速度快，准确控制冷却水温度，充分利用系统散发的热量等优点。，下面是一种燃料电池的散热系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种燃料电池的散热系统，包括连接在燃料电池堆上的氢气流通模块、空气流通模块和冷却流体循环模块，所述的氢气流通模块包括依次连接氢源、电磁阀a(1)，压力传感器a(2)、燃料电池堆的氢气入口、燃料电池堆的氢气出口、电磁阀b(3)，汽水分离器a(4)，其特征在于，所述的空气流通模块包括加热子模块，加湿子模块，空气顺次通过空气加热子模块，加湿子模块后进入燃料电池堆，从燃料电池堆流出后循环返回加湿子模块后排空；所述的冷却流体循环模块包括冷却水大循环，冷却水小循环。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池的散热系统，其特征在于，所述的冷却水大循环为：冷却水顺次通过流量控制阀a(17)，热管散热器(12)，水箱(11)，水泵(9)，温度传感器b(7)，压力传感器c(8)，燃料电池堆(25)，压力传感器e(23)，温度传感器d(24)；
所述的冷却水小循环为：冷却水顺次通过流量控制阀b(18)，水箱(11)，水泵(9)，温度传感器b(7)，压力传感器c(8)，燃料电池电堆(25)，压力传感器e(23)，温度传感器d(24)。
3.根据权利要求2所述的一种燃料电池的散热系统，其特征在于，所述的温度传感器b(7)和温度传感器d(24)分别设置在空气进出燃料电池电堆(25)前后。
4.根据权利要求2所述的一种燃料电池的散热系统，其特征在于，所述的热管散热器(12)包括热管散热器蒸发段(13)，热管散热器绝热段(14)，热管散热器冷凝段(15)，散热风扇(16)，所述的热管散热器蒸发段(13)和热管散热器冷凝段(15)分别设置在热管散热器绝热段(14)两端，所述的散热风扇(16)设置在热管散热器的后端，位于热管散热器冷凝段(15)处。
5.根据权利要求4所述的一种燃料电池的散热系统，其特征在于，所述的空气流通模块中的空气加热子模块包括热管散热器冷凝段(15)，设置在空气进入整个系统前，空气顺次通过热管散热器冷凝段(15)，加湿器(20)，温度传感器c(21)，压力传感器d(22)，燃料电池电堆(25)，温度传感器a(5)，压力传感器b(6)，加湿器(20)，汽水分离器b(19)，末端与大气相通。
6.根据权利要求1或5所述的一种燃料电池的散热系统，其特征在于，所述的空气流通模块中的加湿子模块，包括加湿器(20)，设置在空气进入燃料电池电堆(25)前。

说明书全文

一种燃料 电池的散热系统

技术领域

[0001] 本实用新型涉及燃料电池，尤其是涉及一种燃料电池的散热系统。

背景技术

[0002] 随着环境污染越来越严重，石油资源越来越枯竭，寻求汽车新的动力源已经成为世界汽车领域研究和发展的热点。其中燃料电池电动汽车作为一种新型的节能汽车倍受关注。燃料电池是一种主要通过氧或其他氧化剂进行氧化还原反应，把燃料中的化学能转换成电能的电池。其中，质子交换膜燃料电池因其高效率，低能耗和低污染排放，被认为是取代目前汽车动力的最具可选性，最有竞争力的动力源之一。除此之外，还可广泛应用于移动设备，通信，家庭发电等领域，具有广阔的市场应用前景。

[0003] 质子交换膜燃料电池将氢气和氧化剂(纯氧或空气)通过电化学反应直接转换成电能，并释放大量的热量。当分别向燃料电池阳极和阴极供给氢气与氧气时，反应气体经扩散层扩散，进入多孔阳极的氢原子被催化剂吸附并离化为氢离子和电子，氢离子经由质子交换膜转移到阴极，电子在电极内传递至负极集流板经外电路负载流向阴极，同时，氢离子和氧原子在阴极催化层上结合成水分子。而电子通过外电路产生电能。但是，质子交换膜只有在合适的温度范围内，才能保证良好的质子传导能力。

[0004] 燃料电池的工作温度对其性能有着十分显著的影响。低温时，电池内各种极化增强，欧姆阻抗也较大，因此使电池性能恶化。温度升高时，会降低欧姆阻抗，同时较少极化，并有利于提高电化学反应速度和质子在膜内的传递速度，电池性能变好。但由于膜的水含量强烈影响其导电性能，温度高会导致膜脱水，电导率下降，电池性能变差。因此，保持燃料电池内部的热平衡，使其在一定的温度范围内工作，是非常必要也是极其重要的。所以，燃料电池的散热系统非常重要。

[0005] 目前燃料电池所用的散热器是汽车用散热器。汽车用散热器，散热量大，安装方便，但是散热风扇的消耗功率占燃料电池系统输出功率的百分比大，且散热响应速度慢。

[0006] 因此，本实用新型提供一种适用于实验室的燃料电池散热系统，能够实现质子交换膜燃料电池最优工作温度范围的准确控制，而且具有较快的响应速度，并充分利用燃料电池系统散发的热量加热空气，实现余热的利用。发明内容

[0007] 本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有较快的响应速度，并充分利用燃料电池系统散发的热量加热空气，实现余热的利用的燃料电池的散热系统。

[0008] 本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：一种燃料电池的散热系统，包括连接在燃料电池堆上的氢气流通模块、空气流通模块和冷却流体循环模块，所述的氢气流通模块包括依次连接氢源、电磁阀a，压力传感器a、燃料电池堆的氢气入口、燃料电池堆的氢气出口、电磁阀b，汽水分离器a，其特征在于，所述的空气流通模块包括加热子模块，加湿子模块，空气顺次通过空气加热子模块，加湿子模块后进入燃料电池堆，从燃料电池堆流出后循环返回加湿子模块后排空；所述的冷却流体循环模块包括冷却水大循环，冷却水小循环。

[0009] 所述的冷却水大循环为：冷却水顺次通过流量控制阀a，热管散热器，水箱，水泵，温度传感器b，压力传感器c，燃料电池堆，压力传感器e，温度传感器d；

[0010] 所述的冷却水小循环为：冷却水顺次通过流量控制阀b，水箱，水泵，温度传感器b，压力传感器c，燃料电池电堆，压力传感器e，温度传感器d。

[0011] 所述的温度传感器b和温度传感器d分别设置在空气进出燃料电池电堆前后。

[0012] 所述的热管散热器包括热管散热器蒸发段，热管散热器绝热段，热管散热器冷凝段，散热风扇，所述的热管散热器蒸发段和热管散热器冷凝段分别设置在热管散热器绝热段两端，所述的散热风扇设置在热管散热器的后端，位于热管散热器冷凝段处。

[0013] 所述的空气流通模块中的空气加热子模块包括热管散热器冷凝段，设置在空气进入整个系统前，空气顺次通过热管散热器冷凝段，加湿器，温度传感器c，压力传感器d，燃料电池电堆，温度传感器a，压力传感器b，加湿器，汽水分离器b，末端与大气相通。

[0014] 所述的空气流通模块中的加湿子模块，包括加湿器，设置在空气进入燃料电池电堆前。

[0015] 与现有技术相比，本实用新型提供的燃料电池散热器包括氢气流通模块，系统散热模块，空气流通模块，实现了对空气温度，湿度的控制，冷却水温度的控制。既保证了散热系统的快速响应性，又能保证冷却水温度控制的准确性。附图说明

[0016] 图1为本实用新型的示意图。

[0017] 图中：

[0018] 1电磁阀a，2压力传感器a，3电磁阀b，4汽水分离器a，5温度传感器a，6压力传感器b，7温度传感器b，8压力传感器c，9水泵，10手动阀，11水箱，12热管散热器，13热管散热器蒸发段，14热管散热器绝热段，15热管散热器冷凝段，16散热风扇，17流量控制阀a，18流量控制阀b，19汽水分离器b，20加湿器，21温度传感器c，22压力传感器d，23压力传感器e，24温度传感器d，25燃料电池电堆。

具体实施方式

[0019] 下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

[0020] 实施例

[0021] 如图1所示，一种燃料电池的散热系统，包括氢气流通模块，系统散热模块，空气流通模块：系统散热模块即冷却流体循环模块包括冷却水大循环，冷却水小循环；冷却水顺次通过水箱，水泵，温度控制器，压力传感器，燃料电池电堆，流量控制阀，热管散热器蒸发段；空气顺次通过空气加热子模块，加湿子模块，空气流通模块末端接大气。

[0022] 其中：

[0023] 氢气流通模块，主要目的是控制满足所需气体的流量和压力，气体的排放，包括依次连接的电磁阀a1，压力传感器a2，电磁阀b3，汽水分离器a4。氢气从氢源输出，经电磁阀a1，压力传感器a2、燃料电池堆25的氢气入口、燃料电池堆25的氢气出口、电磁阀b3，汽水分离器a4排出。

[0024] 系统散热模块，主要目的是控制冷却水的温度达到系统最优工作的温度范围，也是本系统的核心模块。系统散热模块包括冷却水大循环和冷却水小循环，所述的冷却水大循环为：冷却水顺次通过流量控制阀a17，热管散热器12，水箱11，水泵9，温度传感器b7，压力传感器c8，燃料电池堆25，压力传感器e23，温度传感器d24，返回流量控制阀a17形成大循环；所述的冷却水小循环为：冷却水顺次通过流量控制阀b18，水箱11，水泵9，温度传感器b7，压力传感器c8，燃料电池电堆25，压力传感器e23，温度传感器d24，返回流量控制阀b18形成小循环。

[0025] 该系统中散热的主要工作原理是冷却水从系统中带出热量，经热管散热器的散热风扇强制散热。该发明中的温度控制主要原理是根据温度传感器b7温度的大小来控制冷却水的循环。温度传感器b7的温度大于燃料电池系统的设定温度，冷却水进行大循环；温度传感器b7的温度小于燃料电池系统的设定温度，冷却水进行小循环。

[0026] 所述的系统散热模块中的热管散热器，主要目的是通过风扇对冷却水强制散热，保证冷却水的温度范围，同时热管散热器冷凝段对空气进行预热。包括热管散热器蒸发段13，热管散热器绝热段14，热管散热器冷凝段15，散热风扇16，所述的热管散热器蒸发段13和热管散热器冷凝段15分别设置在热管散热器绝热段14两端，所述的散热风扇16设置在热管散热器12的后端，位于热管散热器冷凝段14处。

[0027] 所述的系统散热模块中的温度传感器b7和温度传感器d24分别设置在空气进出燃料电池电堆前后。

[0028] 空气流通模块，主要目的是充分利用燃料电池系统散发的热量和生成的水实现空气的加热加湿。空气流通模块主要包括空气加热子模块，空气加湿子模块，空气顺次通过热管散热器冷凝段15，加湿器20，温度传感器c21，压力传感器d22，燃料电池电堆25，温度传感器a5，压力传感器b6，加湿器20，汽水分离器b19，末端与大气相通。

[0029] 所述的加热子模块，主要是为了充分利用散热器的散发的热量加热空气，不仅利用了系统的余热，而且减少了辅助元件功率的消耗。工作原理是热管中的工作介质从热管蒸发段吸热，在冷凝段释放热量，通过风扇强制散热，利用系统散发的热量加热空气，包括热管散热器冷凝段15，设置在空气进入整个系统前。

[0030] 所述的加湿子模块，主要是为了直接利用燃料电池系统中生成的水加湿空气，避免了额外加湿器的使用和加湿水的供应，简化了系统的结构，包括加湿器20，设置在空气进入燃料电池电堆25前。

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