[发明专利]一种燃料电池热平衡“气-气-液”三相热交换系统

说明书

本发明涉及一种燃料电池热平衡“气‑气‑液”三相热交换系统，属于燃料电池技术领域，解决了燃料电池能源浪费、冷启动影响电池寿命问题。包含燃料电池堆，空气管道，氢气管道，去离子水管道，氢气管道、空气管道和去离子水管道上设有热交换装置。为了适应燃料电池运行环境，空气经过压缩处理后才能进入燃料电池堆，压缩后的温度高于燃料电池堆的工作温度，需在进入电池堆前降温；高压液态的氢气需多级减压后才能进入燃料电池堆，解压后的氢气温度低于燃料电池堆的工作温度，进入燃料电池堆前需升温；加热去离子水使燃料电池冷启动不会受损。设置热交换装置，用水和高温空气的热量带动低温氢气，调节整体温度，减少热能的浪费。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，特别是一种燃料电池热平衡“气-气-液”三相热交换系统。

背景技术

燃料电池原理是一种电化学装置，其组成与一般电池相同，将化学能转化为电能。电池工作时燃料和氧化剂由外部供给，主要原料是氢气和空气。电池所需氧气源自空气，空气需经过滤压缩处理后才可进入燃料电池电堆，目前空气压缩机出口的压缩空气温度高于燃料电池堆的工作温度范围，需要解决燃料电池堆的压缩空气进堆温度。现有技术中高压气态储氢是目前应用最广泛的储氢方式，为避免高压状态下氢气对膜电极的冲击损耗，氢气经多级减压后，才能够进入燃料电池电堆。此时，进入燃料电池堆的氢气温度低于进入燃料电池堆的空气温度，造成燃料电池堆梯度温差及膜电极两侧梯度温差，膜电极长时间处于梯度温差工作条件下易发生加速老化和破损现场。

燃料电池在无特殊处理或辅助工具的情况中，在低于0℃的工作环境下，阴极侧反应生成的水易结冰导致催化层、扩散层堵塞，阻碍反应的进行，并且水结冰产生的体积变化也会对膜电极组件的结构产生破坏，降低燃料电池性能。

目前燃料电池系统输出功率越来越高，燃料电池电堆所消耗原料也越来越多，在管路系统及电堆流体通道口径不变的条件下需将空气进行压缩处理。空气被压缩后，又因其温度高于燃料电池最佳工作温度环境，需对压缩空气进行降温处理。为避免上述缺陷，需将进入燃料电池堆的氢气和压缩空气的温度进入均衡处理。还需将进入燃料电池堆的流体进行处理，使燃料电池堆达到合适且稳定的工作温度环境。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种燃料电池热平衡“气-气-液”三相热交换系统。

为了实现创新本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种燃料电池热平衡“气-气-液”三相热交换系统，包含燃料电池堆，空气管道，氢气管道，去离子水管道，其特征在于：所述的氢气管道、空气管道和去离子水管道上设有热交换装置。

现有技术中，空气需经过压缩处理后才能进入燃料电池堆，压缩后的空气温度高于燃料电池堆的工作温度范围，需在进入燃料电池堆前降温；高压液态的氢气需多级减压后才能进入燃料电池堆，解压后的氢气温度低于燃料电池堆的工作温度范围，需在进入燃料电池堆前升温；压缩、解压、调节气体的温度都需要装置做功会产生热能；去离子水用于调节燃料电池堆的温度。本燃料电池热平衡“气-气-液”三相热交换系统在空气管道、氢气管道和去离子水管道上设热交换装置，用水和高温空气的热量带动低温氢气，减少热能的浪费，系统的整体热循环。

在上述的燃料电池热平衡“气-气-液”三相热交换系统中，所述的热交换装置中设有温度补偿加热器。燃料电池在无特殊处理或辅助工具的情况中，在低于0℃的工作环境下，阴极侧反应生成的水易结冰导致催化层、扩散层堵塞，阻碍反应的进行，并且水结冰产生的体积变化也会对膜电极组件的结构产生破坏，降低燃料电池性能。为解决该问题，燃料电池冷启动时，需将进入燃料电池电堆的气体进行处理，使燃料电池电堆达到稳定工作温度环境。通过热交换装置将高温压缩空气的热能转移至氢气及水，热量不足时，燃料电池装置冷启动时可以启动热交换装置中的温度补偿加热器。