[發(fā)明專利]一種用于大功率氫燃料電池堆的仿生相變冷卻系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110011203.0
• 申請(qǐng)日: 2021-01-06
• 公開（公告）號(hào): CN112768723B
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張東光;楊罡
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M8/04007
• 分類號(hào): H01M8/04007;H01M8/04014;H01M8/04029
• 代理公司: 太原新航路知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 14112
• 代理人: 王云峰

本發(fā)明涉及大功率氫燃料電池堆冷卻技術(shù)，具體是一種用于大功率氫燃料電池堆的仿生相變冷卻系統(tǒng)及方法。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)的大功率氫燃料電池堆冷卻技術(shù)熱交換能力差的問(wèn)題。一種用于大功率氫燃料電池堆的仿生相變冷卻系統(tǒng)，包括電堆、儲(chǔ)水箱、儲(chǔ)液箱、兩個(gè)循環(huán)泵、電控三通閥、電加熱器、兩個(gè)散熱器、兩個(gè)仿生換熱單元、水氣分離器、三個(gè)溫度傳感器、控制器；所述仿生換熱單元包括箱形殼體、兩組半橢圓形冷卻板、兩根導(dǎo)液管、兩根導(dǎo)氣管。本發(fā)明適用于大功率氫燃料電池堆冷卻。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及大功率氫燃料電池堆冷卻技術(shù)，具體是一種用于大功率氫燃料電池堆的仿生相變冷卻系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

大功率氫燃料電池堆因具有功率密度高的特點(diǎn)，需要在高電流密度下運(yùn)行，由此必然導(dǎo)致內(nèi)部熱量過(guò)度增加，從而不僅降低自身反應(yīng)效率，而且縮短自身使用壽命。因此，為了提高大功率氫燃料電池堆的反應(yīng)效率、延長(zhǎng)大功率氫燃料電池堆的使用壽命，需要對(duì)大功率氫燃料電池堆進(jìn)行冷卻。而傳統(tǒng)的冷卻技術(shù)由于自身原理(其采用液體冷卻方式)所限，普遍存在熱交換能力差的問(wèn)題，由此導(dǎo)致冷卻效率低、冷卻效果差。

研究表明：①鯽魚(Carassius auratus)是我國(guó)最常見的淡水魚類之一，在全國(guó)各地廣泛分布。鯽魚魚鰓的鰓絲上密布著無(wú)數(shù)的鰓板，毛細(xì)血管極其豐富，形成極大的表面積。鯽魚是變溫動(dòng)物，其可以通過(guò)鰓板，使自身流經(jīng)鰓板的血液與流經(jīng)鰓板的水快速進(jìn)行熱交換，由此使得自身溫度保持在合適的范圍，從而維持自身機(jī)能。②與液體冷卻方式相比，相變冷卻方式通過(guò)利用汽化吸熱原理，具備了更強(qiáng)的熱交換能力。

因此，若能通過(guò)仿生鯽魚魚鰓并結(jié)合相變冷卻方式來(lái)對(duì)大功率氫燃料電池堆進(jìn)行冷卻，則必然能夠提高冷卻效率、改善冷卻效果。基于此，有必要發(fā)明一種用于大功率氫燃料電池堆的仿生相變冷卻系統(tǒng)及方法，以解決傳統(tǒng)的大功率氫燃料電池堆冷卻技術(shù)熱交換能力差的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決傳統(tǒng)的大功率氫燃料電池堆冷卻技術(shù)熱交換能力差的問(wèn)題，提供了一種用于大功率氫燃料電池堆的仿生相變冷卻系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種用于大功率氫燃料電池堆的仿生相變冷卻系統(tǒng)，包括電堆、儲(chǔ)水箱、儲(chǔ)液箱、兩個(gè)循環(huán)泵、電控三通閥、電加熱器、兩個(gè)散熱器、兩個(gè)仿生換熱單元、水氣分離器、三個(gè)溫度傳感器、控制器；

其中，儲(chǔ)水箱中儲(chǔ)存有水；儲(chǔ)水箱的出口與第一個(gè)循環(huán)泵的入口連通；第一個(gè)循環(huán)泵的出口與電堆的加濕口連通；

儲(chǔ)液箱中儲(chǔ)存有冷卻液；儲(chǔ)液箱的出口與第二個(gè)循環(huán)泵的入口連通；第二個(gè)循環(huán)泵的出口與電控三通閥的入口連通；電控三通閥的第一個(gè)出口與電加熱器的入口連通；電控三通閥的第二個(gè)出口與第一個(gè)散熱器的入口連通；電加熱器的出口、第一個(gè)散熱器的出口均與第一個(gè)仿生換熱單元的液體入口連通；

第一個(gè)仿生換熱單元的液體出口與第二個(gè)散熱器的入口連通；第二個(gè)散熱器的出口與第二個(gè)仿生換熱單元的液體入口連通；第二個(gè)仿生換熱單元的液體出口與儲(chǔ)液箱的入口連通；

第一個(gè)仿生換熱單元的氣體出口分別與電堆的空氣入口、電堆的氫氣入口連通；電堆的空氣出口與第二個(gè)仿生換熱單元的氣體入口連通；第二個(gè)仿生換熱單元的氣體出口與水氣分離器的入口連通；水氣分離器的液體出口與儲(chǔ)水箱的入口連通；

第一個(gè)溫度傳感器安裝于第一個(gè)仿生換熱單元的氣體出口；第二個(gè)溫度傳感器安裝于電堆的空氣出口；第三個(gè)溫度傳感器安裝于第二個(gè)仿生換熱單元的氣體出口；

控制器的輸入端分別與三個(gè)溫度傳感器的輸出端連接；控制器的輸出端分別與兩個(gè)循環(huán)泵的控制端、電控三通閥的控制端、電加熱器的控制端、兩個(gè)散熱器的控制端連接；

所述仿生換熱單元包括箱形殼體、兩組半橢圓形冷卻板、兩根導(dǎo)液管、兩根導(dǎo)氣管；