[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

本發明涉及一種相變膠囊懸浮/漂浮熱管理和冷啟動系統。在冷卻液箱內裝有懸浮/漂浮相變膠囊和冷卻液的組合體系，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；冷卻液箱與燃料電池堆之間連接形成冷卻液的循環回路。本系統通過懸浮/漂浮相變膠囊和冷卻液的組合體系與燃料電池堆進行熱交換，當燃料電池工作時懸浮/漂浮相變膠囊吸收大量的熱量使冷卻液為燃料電池堆循環降溫，并存儲熱量，當燃料電池停止運行時懸浮/漂浮相變膠囊釋放相變潛熱為燃料電池堆保溫，縮短燃料電池冷啟動時的預熱時間，從而同時達到為燃料電池降溫和保溫的作用，優化燃料電池的熱管理和冷啟動系統。

技術領域

本發明屬于燃料電池熱管理和冷啟動技術領域，特別涉及一種相變膠囊懸浮/漂浮熱管理和冷啟動系統。

背景技術

當前，傳統化石能源日趨枯竭，且由于化石能源的大規模消耗造成了嚴重的環境污染，從而急需一種環境友好的新能源。氫能是一種潔凈新能源，質子交換膜燃料電池以氫氣為燃料，能夠將氫氣中的化學能直接轉換為電能，在發電過程中只排出水，是一種利用氫能的零排放發電裝置。該燃料電池已經被廣泛應用于固定式電站、便攜式電源、汽車驅動電源等領域。

目前，廣泛應用于質子交換膜燃料電池中的關鍵材料之一是基于全氟磺酸膜的質子交換膜。該膜材料需在水存在的條件下發揮質子傳導的特性，這限制了質子交換膜燃料電池僅能在100℃以下運行，從而使得燃料電池系統需要熱管理。當燃料電池系統在低于0℃條件下啟動時，由于發電過程中生成的水會迅速結冰，造成膜電極被不同程度破壞，從而較大程度上縮短燃料電池的使用壽命，這就需要燃料電池在停止工作期間保持一定的溫度，也就是需要冷啟動系統。綜合上述熱管理和冷啟動，在設計燃料電池的輔助系統時，需要一整套較為復雜的熱管理和冷啟動系統。

發明內容

基于上述技術問題，本發明提供了一種相變膠囊懸浮/漂浮熱管理和冷啟動系統。

一種相變膠囊懸浮/漂浮熱管理和冷啟動系統，其為，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；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。

一種實施方式中，本系統還設有散熱風扇5用于對散熱區32中的冷卻液進行散熱。

一種實施方式中，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。

一種實施方式中，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。

一種實施方式中，所述懸浮/漂浮相變膠囊的平均密度為0.8～1.1g/cm³。

一種實施方式中，所述懸浮/漂浮相變膠囊的粒徑為1～10mm；選用的懸浮/漂浮相變膠囊粒徑相當，或為不同粒徑的混合。懸浮/漂浮相變膠囊形狀可以為半球形、球形，但不限于某種特定外形。

一種實施方式中，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。

一種實施方式中，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；