[發明專利]一種相變膠囊懸浮/漂浮熱管理和冷啟動系統

有效

• 申請號: 201611146139.2
• 申請日: 2016-12-13
• 公開（公告）號: CN106654318B
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發明（設計）人: 王樹博;謝曉峰
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04;H01M8/04007;H01M8/04029;H01M8/10
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 陳波

1.一種相變膠囊懸浮/漂浮熱管理和冷啟動系統的應用，其特征在于，所述系統為：冷卻液箱(3)分為上部的保溫區(31)和下部的散熱區(32)；在冷卻液箱(3)內裝有懸浮/漂浮相變膠囊和冷卻液的組合體系，所述懸浮/漂浮相變膠囊的密度與冷卻液的密度相當，使其能夠懸浮于冷卻液中，吸熱后密度降低，使其能夠漂浮于冷卻液表面而進入保溫區(31)；冷卻液箱(3)的冷卻液出口經液泵(2)連接至燃料電池堆(1)中的冷卻液進口，燃料電池堆(1)中的冷卻液出口連接至冷卻液箱(3)的冷卻液進口，形成冷卻液的閉合循環回路；在冷卻液箱(3)的冷卻液出口設有金屬篩(6)，所述金屬篩(6)的孔徑小于懸浮/漂浮相變膠囊的粒徑；還設有散熱風扇(5)用于對散熱區(32)中的冷卻液進行散熱；

所述懸浮/漂浮相變膠囊以固液相變材料和氣液相變材料作為膠囊的芯材；

懸浮/漂浮相變膠囊材料吸熱前懸浮分散在冷卻液中；

燃料電池堆(1)處于工作狀態時，使用液泵(2)驅動，將冷卻液部分循環于燃料電池堆(1)中的冷卻液流場中，在冷卻液箱(3)中的懸浮/漂浮相變膠囊吸收冷卻液的熱量分別發生固-液相變和液-氣相變，從而實現冷卻液與燃料電池堆(1)循環發生熱交換，其中氣液相變材料從液體轉變為氣體使得懸浮/漂浮相變膠囊膨脹而密度降低，從而使冷卻液中的懸浮/漂浮相變膠囊從懸浮狀態轉變為漂浮狀態，漂浮的懸浮/漂浮相變膠囊在保溫區(31)中進行保溫，同時便于冷卻液在散熱區(32)的良好散熱；

燃料電池堆(1)處于停止狀態時，懸浮/漂浮相變膠囊貯存的相變潛熱緩慢釋放，加熱冷卻液，使冷卻液對燃料電池堆(1)進行保溫；

懸浮/漂浮相變膠囊放熱后發生氣-液相變而密度增大，從而使得懸浮/漂浮相變膠囊重新回到冷卻液中，在燃料電池堆(1)工作時繼續吸熱。

2.根據權利要求1所述的應用，其特征在于，所述固液相變材料采用石蠟；所述氣液相變材料采用低沸點易揮發的醇類，包括甲醇和/或乙醇；所述懸浮/漂浮相變膠囊的囊壁膜采用彈性膜，包括聚乙烯膜或聚丙烯膜。

3.根據權利要求1或2所述的應用，其特征在于，所述懸浮/漂浮相變膠囊的平均密度為0.8～1.1g/cm³。

4.根據權利要求1或2所述的應用，其特征在于，所述懸浮/漂浮相變膠囊的粒徑為1～10mm；選用的懸浮/漂浮相變膠囊或粒徑相當，或為不同粒徑的混合。

5.根據權利要求1或2所述的應用，其特征在于，所述冷卻液采用醇/水混合液，所述醇選自甲醇、乙醇、異丙醇、乙二醇、丙三醇中的一種或幾種；通過調節醇/水比例，使得醇/水混合液的密度與所述懸浮/漂浮相變膠囊的密度相當。

6.根據權利要求5所述的應用，其特征在于，所述懸浮/漂浮相變膠囊和冷卻液的組合體系的制備方法包括如下步驟：

1)分別制備固液相變材料、氣液相變材料和囊壁膜；

2)囊壁膜包覆固液相變材料和氣液相變材料，制備懸浮/漂浮相變膠囊；

3)調配醇/水混合液，通過調節醇和水之間的比例，獲得與懸浮/漂浮相變膠囊材料密度相當的醇/水混合液體作為冷卻液；

4)將步驟2)制得的懸浮/漂浮相變膠囊和步驟3)制得的冷卻液混合，使懸浮/漂浮相變膠囊材料懸浮分散在冷卻液中。