[實用新型]燃料電池余熱回收利用裝置

無效

• 申請號: 200820300464.4
• 申請日: 2008-03-28
• 公開（公告）號: CN201219120Y
• 公開（公告）日: 2009-04-08
• 發明（設計）人: 侯曉峰;劉建麗
• 申請（專利權）人: 漢能科技有限公司
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04;H01M8/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型屬于燃料電池領域，特別涉及質子交換膜燃料電池的余熱利用裝置。

背景技術

燃料電池是一種將持續供給的燃料和氧化劑中的化學能連續不斷的轉化成電能的電化學裝置。近20多年來，在能源危機和環境保護的雙重壓力下，燃料電池的研究和應用正以極快的速度在發展。AFC已在宇航領域廣泛應用，PEMFC已廣泛作為交通動力和小型電源裝置來應用，PAFC作為中型電源應用進入了商業化階段，MCFC也已完成工業試驗階段，起步較晚的作為發電最有應用前景的SOFC已有幾十千瓦的裝置完成了數千小時的工作考核，相信隨著研究的深入還會有新的燃料電池出現。

燃料電池堆工作時對溫度的要求很高，隨著電池溫度的升高，電池電壓迅速增大并趨于平緩，在電堆溫度為80℃輸出功率最大，一旦堆溫度超過這個范圍，熱穩定性和質子傳導性都將嚴重下降，其輸出功率也就會迅速下降；溫度過高時，會使質子膜脫水，引起膜性能變差，各種極化增強，造成電池性能下降；燃料電池冷卻系統的主要功能就是排除燃料電池工作時產生的熱量，以保證燃料電池的電堆在最佳工作溫度下工作；由于燃料電池初始溫度較低，因此若能在啟動階段對燃料電池堆進行加熱，則可以縮短其啟動時間，使其快速達到最佳工作狀態。

燃料電池的冷卻有風冷和水冷兩種形式，對于1KW以下的燃料電池一般采用風冷形式進行冷卻以控制其電池堆的溫度；對于1kW以上的燃料電池一般采用水冷進行冷卻。燃料電池化學反應產生的熱量一般通過介質直接排放到大氣環境中。質子交換膜燃料電池通過化學反應產生電能的同時也會產生熱能，一般化學反應轉換為電能的效率大約在50％左右，其余部分轉化成熱能被直接排放到大氣環境中而得不到利用，造成能源的浪費。

發明內容

發明解決的技術問題是提供利用燃料電池余熱的裝置。

技術方案：燃料電池電堆內安裝有控制溫度的循環水通路，循環水通路上安裝有水泵和熱交換器，熱交換器通過管路依次連接四通閥、儲水罐形成封閉循環。四通閥上設置有管路5d、5c、5a、5b。四通閥的管路5c和5a間安裝水泵。

本技術方案中儲水罐可以連接一個熱交換器或安裝一個閥門用于熱量的利用或熱水的使用。

在燃料電池正常工作階段，循環水需要帶走燃料電池電堆工作過程中產生的熱量，水泵從儲水罐下部抽出冷水送至熱交換器，經過熱交換后，水溫升高，熱水回到儲水罐上部，冷卻水通路是通過燃料電池內部的循環水通路，通過這個通路來加熱或者冷卻燃料電池堆，使其保持在最佳的工作溫度。

本技術借助于四通換向閥來改變循環水的流動方向：在燃料電池正常工作階段，循環水需要帶走燃料電池工作過程中產生的熱量，水泵從儲水罐下部抽出冷水經過四通換向閥送至熱交換器，經過熱交換后，水溫升高，熱水回到儲水罐上部。

在燃料電池啟動階段，需要借助于上次存儲或外加的循環熱水來加熱電堆，以提高其溫度，縮短其啟動時間。儲水罐上部熱水送至熱交換器，經過熱交換后，使循環水管路水溫升高，冷水經過四通換向閥回到儲水罐下部。

其流動通路為儲水罐上部-熱交換器-5b-5c-水泵4-5a-5d-儲水罐下部。

有益效果

通過這個實用新型方案的實施，可以充分利用燃料電池在化學反應中產生的廢熱，從而縮短燃料電池的啟動時間，提高燃料電池的綜合效率。

附圖說明

圖1是本實用新型的具體實施例1；

圖2是本實用新型的具體實施例2；

圖3是啟動加熱階段四通閥的導通狀態圖；

圖4是冷卻階段四通閥的導通狀態圖。

具體實施方式

結合附圖來說明本實用新型的具體實施：

實施例1：如圖1，在燃料電池電堆1正常工作階段，循環水通過水泵6帶走燃料電池工作過程中產生的熱量到達換熱器7，此時儲水罐下部的冷水通過四通閥5到達換熱器進行熱交換，加熱后的水通過管路8到達儲水罐上部；循環如下所示：

儲水罐下部-5d-5c-水泵4-5a-5b-熱交換器-儲水罐上部

在燃料電池啟動階段，需要借助于循環熱水來加熱電堆，以提高其溫度，縮短其啟動時間，循環方式如下所示：

儲水罐上部-熱交換器-5b-5c-水泵4-5a-5d-儲水罐下部

四通換向閥可以自動控制，通過檢測電堆的溫度來決定啟用加熱循環還是冷卻循環。

為了充分利用儲水罐中的熱水，通過管路連接熱交換器9進行熱利用。在儲水罐的底部安裝進水閥門11。四通閥的工作圖見圖3和圖4。