[实用新型]燃料电池余热回收利用装置

说明书

技术领域

本实用新型属于燃料电池领域，特别涉及质子交换膜燃料电池的余热利用装置。

背景技术

燃料电池是一种将持续供给的燃料和氧化剂中的化学能连续不断的转化成电能的电化学装置。近20多年来，在能源危机和环境保护的双重压力下，燃料电池的研究和应用正以极快的速度在发展。AFC已在宇航领域广泛应用，PEMFC已广泛作为交通动力和小型电源装置来应用，PAFC作为中型电源应用进入了商业化阶段，MCFC也已完成工业试验阶段，起步较晚的作为发电最有应用前景的SOFC已有几十千瓦的装置完成了数千小时的工作考核，相信随着研究的深入还会有新的燃料电池出现。

燃料电池堆工作时对温度的要求很高，随着电池温度的升高，电池电压迅速增大并趋于平缓，在电堆温度为80℃输出功率最大，一旦堆温度超过这个范围，热稳定性和质子传导性都将严重下降，其输出功率也就会迅速下降；温度过高时，会使质子膜脱水，引起膜性能变差，各种极化增强，造成电池性能下降；燃料电池冷却系统的主要功能就是排除燃料电池工作时产生的热量，以保证燃料电池的电堆在最佳工作温度下工作；由于燃料电池初始温度较低，因此若能在启动阶段对燃料电池堆进行加热，则可以缩短其启动时间，使其快速达到最佳工作状态。

燃料电池的冷却有风冷和水冷两种形式，对于1KW以下的燃料电池一般采用风冷形式进行冷却以控制其电池堆的温度；对于1kW以上的燃料电池一般采用水冷进行冷却。燃料电池化学反应产生的热量一般通过介质直接排放到大气环境中。质子交换膜燃料电池通过化学反应产生电能的同时也会产生热能，一般化学反应转换为电能的效率大约在50％左右，其余部分转化成热能被直接排放到大气环境中而得不到利用，造成能源的浪费。

发明内容

发明解决的技术问题是提供利用燃料电池余热的装置。

技术方案：燃料电池电堆内安装有控制温度的循环水通路，循环水通路上安装有水泵和热交换器，热交换器通过管路依次连接四通阀、储水罐形成封闭循环。四通阀上设置有管路5d、5c、5a、5b。四通阀的管路5c和5a间安装水泵。

本技术方案中储水罐可以连接一个热交换器或安装一个阀门用于热量的利用或热水的使用。

在燃料电池正常工作阶段，循环水需要带走燃料电池电堆工作过程中产生的热量，水泵从储水罐下部抽出冷水送至热交换器，经过热交换后，水温升高，热水回到储水罐上部，冷却水通路是通过燃料电池内部的循环水通路，通过这个通路来加热或者冷却燃料电池堆，使其保持在最佳的工作温度。

本技术借助于四通换向阀来改变循环水的流动方向：在燃料电池正常工作阶段，循环水需要带走燃料电池工作过程中产生的热量，水泵从储水罐下部抽出冷水经过四通换向阀送至热交换器，经过热交换后，水温升高，热水回到储水罐上部。

在燃料电池启动阶段，需要借助于上次存储或外加的循环热水来加热电堆，以提高其温度，缩短其启动时间。储水罐上部热水送至热交换器，经过热交换后，使循环水管路水温升高，冷水经过四通换向阀回到储水罐下部。

其流动通路为储水罐上部-热交换器-5b-5c-水泵4-5a-5d-储水罐下部。

有益效果

通过这个实用新型方案的实施，可以充分利用燃料电池在化学反应中产生的废热，从而缩短燃料电池的启动时间，提高燃料电池的综合效率。

附图说明

图1是本实用新型的具体实施例1；

图2是本实用新型的具体实施例2；

图3是启动加热阶段四通阀的导通状态图；

图4是冷却阶段四通阀的导通状态图。

具体实施方式

结合附图来说明本实用新型的具体实施：

实施例1：如图1，在燃料电池电堆1正常工作阶段，循环水通过水泵6带走燃料电池工作过程中产生的热量到达换热器7，此时储水罐下部的冷水通过四通阀5到达换热器进行热交换，加热后的水通过管路8到达储水罐上部；循环如下所示：

储水罐下部-5d-5c-水泵4-5a-5b-热交换器-储水罐上部

在燃料电池启动阶段，需要借助于循环热水来加热电堆，以提高其温度，缩短其启动时间，循环方式如下所示：

储水罐上部-热交换器-5b-5c-水泵4-5a-5d-储水罐下部

四通换向阀可以自动控制，通过检测电堆的温度来决定启用加热循环还是冷却循环。

为了充分利用储水罐中的热水，通过管路连接热交换器9进行热利用。在储水罐的底部安装进水阀门11。四通阀的工作图见图3和图4。