CN1234187C - 燃料电池的冷却系统 - Google Patents

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Abstract

一种燃料电池的冷却系统，有由含氢的燃料极和含氧的空气极组成的燃料电池堆，还设有缠绕燃料电池堆的热回收部；向热回收部供应冷空气的空气供应管组成的并连接在热回收部的入口的空气供应部；连接在热回收部的出口的空气排出部；设置在其燃料电池堆的堆温度感知装置；连接在热回收部的空气入口处与空气供应部的空气出口处之间的空气压缩机；与堆温度感知装置及空气压缩机相连接，在被堆温度感知装置感知的温度比设定的温度值高时控制打开空气压缩机将冷空气供应到热回收部的控制部构成。本系统可杜绝燃料电池堆的过冷却引起的性能低下，提高燃料电池的效率的同时，使冷却用水再次被利用，改善资源的浪费提高使用上的方便。

Description

燃料电池的冷却系统
技术领域
本发明涉及一种燃料电池，特别是一种使燃料电池堆一直冷却到适当量，并提前预防其性能的低下，充分利用用于冷却的水作为温水的燃料电池的冷却系统。
背景技术
一般的燃料电池是将燃料的能量直接转换成电能的装置，通常燃料电池堆内部的高分子电解质膜置于中间粘贴多孔材料的燃料极(阳极)和空气极(阴极)，向燃料极(氧化电极)供应氢或含氢燃料气体的同时向空气极(还原电极)供应含氧的氧化气体。此过程中在燃料极中产生燃料氢的电化学氧化，空气极中产生氧化剂氧的电化学还原，此时生成的电子的移动引起能够同时得到电和热。
上述的燃料电池是燃料电池堆，应一直用适当温度管理才能保障电解质膜的安全性及能够提前防止性能降低，但是现有的燃料电池运行时，连续冷却燃料电池堆，反而降低燃料电池堆的性能，冷却燃料电池堆使用的水直接排出使产生降低整体系统的效率的问题点。
发明内容
本发明所要解决的问题是，提供一种可提高整体系统的效率，用于暖房或温水的燃料电池的冷却系统。
本发明所采用的技术方案是：一种燃料电池的冷却系统，包括有由含氢的燃料极和含氧的空气极组成的燃料电池堆，还设有缠绕燃料电池堆吸收燃料电池中产生的热的热回收部；向热回收部持续供应冷空气的空气供应管组成的并连接在热回收部的入口的空气供应部；连接在热回收部的出口、排出热空气的空气排出部；为了感知燃料电池堆的温度而设置在其燃料电池堆的堆温度感知装置；连接在热回收部的空气入口处与空气供应部的空气出口处之间的空气压缩机；与堆温度感知装置及空气压缩机相连接，在被堆温度感知装置感知的温度比设定的温度值高时控制打开空气压缩机将冷空气供应到热回收部的控制部构成。
本发明所采用的另一技术方案是：一种燃料电池的冷却系统，包括有由含氢的燃料极和含氧的空气极组成的燃料电池堆，还设有缠绕燃料电池堆吸收燃料电池中产生的热的第一热回收部；由空气供应管和空气压缩机组成的并连接在第一热回收部的入口的、向第一热回收部持续供应冷空气的空气供应部；连接在第一热回收部的出口，排出热空气的空气排出部；缠绕空气排出部、吸收通过空气排出部排出气体的热的第二热回收部；向第二热回收部持续供应上水、设有水供应管和水供应阀门的水供应部(60)；连接在第二热回收部的出口、冷却第一热回收部的空气的同时，储存吸收热量后的热水具有水位传感器的温水储存部；为了感知燃料电池堆的温度而设置在其燃料电池堆的堆温度感知装置；将堆温度感知装置感知的温度与设定值比较，控制空气压缩机的开闭与否、同时将水位传感器感知的值与设定值比较，控制水供应阀门的开闭与否的控制部构成。
本发明的燃料电池的冷却系统的有益效果是，可根据燃料电池堆的温度决定冷却与否的同时，冷却燃料电池堆中变热的用水，用于温水及温水的温度维持在一定温度，杜绝燃料电池堆的过冷却引起的性能低下，提高燃料电池的效率的同时，使冷却用水再次被利用，改善资源的浪费提高使用上的便利。
附图说明
图1是本发明的燃料电池的冷却系统的系统示意图。
图2是本发明燃料电池堆的断面图。
图3是本发明的燃料电池的冷却系统的另一个实施例系统示意图。
其中：
10：燃料电池堆          13：燃料极              14：空气极
20：第一热回收部        30：空气供应部          31：空气供应管
32：空气压缩机          40：空气排出部          41：空气排出管
42：空气排出阀门        50：第二热回收部        51：控制信号
52：检出信号            60：水供应部            61：水供应源
62：水供应管            63：水供应阀门          70：温水储存部
71：温水储存筒          72：温水供应管          73：温水阀门
74：温水排出管          75：温水排出阀门        80：控制部
T、T1、T2：温度传感器        L：水位传感器
具体实施方式
下面结合附图，更详细说明本发明的燃料电池的冷却系统。
根据图示，本发明的燃料电池的冷却系统是，燃料电池堆10上设有由温度传感器构成的堆温度感知装置T，在其感知燃料电池堆10的氢和氧在反应中发生热的同时，用热交换机缠绕燃料电池堆10及根据温度传感器T感知的温度，适当供应热交换媒体(如空气)使燃料电池堆10一直维持在一定温度范围。
图1中10表示燃料电池堆，燃料电池堆10如图2所示，是用多个单室电解槽11叠加，各单室电解槽11是由电解质膜12、此电解质膜置于中间，两侧分别叠加燃料极13和空气极14，另外叠加在此燃料极13和空气极14外侧的，各自燃料和空气与燃料极13和空气极14接触循环的分离器15、16，叠加在各分离器15、16的外侧，形成集电电极的集电器17、18共同构成。
燃料电池堆10的一侧设置有感知燃料电池堆10的温度后，可适当冷却的温度传感器T。
图1中20是第一热回收部，第一热回收部20是缠绕燃料电池堆10的套管形状的结构，其入口是连接在后面要叙述的空气供应管31，出口是连接空气排出管41。
图1中30是空气供应部，空气供应部30是由连接在第一热回收部20入口的空气供应管31，设置在其空气供应管31中间把大气中的空气供应到第一热回收部20的空气压缩机32构成。
空气压缩机32连接在后面要叙述的控制部80上，并由控制部80根据温度传感器T的感知值来限制其驱动与否。
而且，空气压缩机32的前方侧最好再增加净化大气中空气的空气过滤器33。
图1中40是空气排出部，空气排出部40是由连接在第一热回收部20的出口的空气排出管41，根据燃料电池堆10的温度，调整通过空气排出管41的空气的排出量的设置在其空气排出管中央的并与控制部80相连的空气排出阀门42构成。
空气排出管41的中央设置了吸收通过其空气排出管41的热空气的热后面要叙述的第二热回收部50。
图1中50表示第二热回收部，第二热回收部50是位于空气排出管41的中间形成套管形状，其入口是连接在后面要叙述的水供应管61处，出口是连接在温水储存筒71处。
图1中60表示水供应部，水供应部60是由上水持续供应到第二热回收部50的水供应源61，连接水供应源61和第二热回收部50的水供应管62，设置在水供应管62的中间，连接控制部80调整上水供应量的水供应阀门63构成。
图1中70表示温水储存部，温水储存部70是由连接在水供应管62，储存一定量温水的温水储存筒71，连接在温水储存筒71的出口供应或排出温水的温水供应管72，设置在温水供应管的中间连接控制部80调整温水供应管的开闭的温水阀门73构成。
温水储存筒71的一侧最好装配感知其内部的温水量向控制部80传达信号的水位传感器L。
图1中80表示控制部，控制部80是与空气压缩机32、空气排出阀门42、水供应阀门63和温水阀门73连接，并对其进行控制，同时，控制部80还与温度传感器T和水位传感器L连接，接受其检出信号。
上述本发明的燃料电池的冷却系统是动作如下。
控制部80利用温度传感器T感知燃料电池堆10的温度及通过判断有必要冷却燃料电池堆10时，驱动空气压缩机32吸入大气中的冷气向缠绕燃料电池堆10的第一热回收部20充气。
与此同时控制部80控制打开空气排出阀门42，使通过第一热回收部20的空气通过空气排出管41进行排出。
而且，控制部80控制水供应阀门63打开，使水供应部60的上水流入到第二热回收部50，吸收其内部的通过的排出管41的热气的热，并将升温的热水储存在温水储存筒71中。
此时，控制部80与设在温水储存筒71的水位传感器L的设定值比较，为保证温水储存筒71中能够一直储存一定量的温水，要据比较的结果来调整水供应阀门63的开闭与否。
图3表示如夏季温水的使用量少时一直监测储存在温水储存部的温水的温度必要时能够供应适当温度温水，在温水储存筒中增加另一个温度传感器例子的系统图。
图3中T1是为了检测温水储存筒71温度的温度传感器，74是温水储存筒内的温水温度降到一定温度范围以下时，排出温水的温水排出管，75是温水排出阀门。
当储存在温水储存筒71的温水经过一段时间没有使用时，控制部80是如图3中所示，对在温水储存筒71的温度传感器T1的实际值和设定值进行比较，实际值达不到设定值时，打开温水排出阀门75把储存的温水向温水排出管74排出，并再次打开水供应阀门63接受热水。
本系统，经常检测燃料电池堆的温度，只有在需要冷却时才供应空气来冷却燃料电池堆，能够防止燃料电池堆的过冷却引起的性能降低。
而且，冷却燃料电池堆时变热的水用于温水，降低资源的浪费及把此温水一直维持在适当的温度提供使用上的方便。

Claims (5)

1.一种燃料电池的冷却系统，包括有由含氢的燃料极(13)和含氧的空气极(14)组成的燃料电池堆(10)，其特征在于，还设有缠绕燃料电池堆(10)吸收燃料电池中产生的热的热回收部(20)；向热回收部(20)持续供应冷空气的空气供应管(31)组成的并连接在热回收部(20)的入口的空气供应部(30)；连接在热回收部(20)的出口、排出热空气的空气排出部(40)；为了感知燃料电池堆(10)的温度而设置在其燃料电池堆(10)的堆温度感知装置(T)；连接在热回收部(20)的空气入口处与空气供应部(30)的空气出口处之间的空气压缩机(32)；与堆温度感知装置(T)及空气压缩机(32)相连接，在被堆温度感知装置(T)感知的温度比设定的温度值高时控制打开空气压缩机(32)将冷空气供应到热回收部(20)的控制部(80)构成。
2.根据权利要求1所述的燃料电池的冷却系统，其特征在于，空气供应部(30)和热回收部(20)之间还设有为了净化空气的空气净化装置(33)。
3.一种燃料电池的冷却系统，包括有由含氢的燃料极(13)和含氧的空气极(14)组成的燃料电池堆(10)，其特征在于，还设有缠绕燃料电池堆(10)吸收燃料电池中产生的热的第一热回收部(20)；由空气供应管(31)和空气压缩机(32)组成的并连接在第一热回收部(20)的入口的、向第一热回收部(20)持续供应冷空气的空气供应部(30)；连接在第一热回收部(20)的出口，排出热空气的空气排出部(40)；缠绕空气排出部(40)、吸收通过空气排出部(40)排出气体的热的第二热回收部(50)；向第二热回收部(50)持续供应上水、设有水供应管(62)和水供应阀门(63)的水供应部(60)；连接在第二热回收部(50)的出口、冷却第一热回收部(20)的空气的同时，储存吸收热量后的热水具有水位传感器(L)的温水储存部(70)；为了感知燃料电池堆(10)的温度而设置在其燃料电池堆(10)的堆温度感知装置(T2)；将堆温度感知装置(T2)感知的温度与设定值比较，控制空气压缩机(32)的开闭与否、同时将水位传感器(L)感知的值与设定值比较，控制水供应阀门(63)的开闭与否的控制部(80)构成。
4.根据权利要求3所述的燃料电池的冷却系统，其特征在于，温水储存部(70)中还设有温水储存温度感知装置(T1)和温水排出管(74)及温水排出阀门(75)，温水储存温度感知装置(T1)和温水排出阀门(75)连接在控制部(80)上，温水储存部(70)的温水温度在设定温度以下时，控制部(80)控制排出储存的温水及储存新的温水。
5.根据权利要求3所述的燃料电池的冷却系统，其特征在于，空气供应部(30)和第一热回收部(20)之间还设有为了净化空气的空气净化装置(33)。
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