一种直接甲醇燃料电池的冷却系统的制作方法

本发明涉及电池冷却系统领域，尤其涉及直接甲醇燃料电池的冷却系统领域。

背景技术：

直接甲醇燃料电池(dmfc)属于质子交换膜燃料电池(pemfc)中的一类，直接使用甲醇水溶液或蒸汽甲醇为燃料供给来源，而不需通过甲醇、汽油及天然气的重整制氢以供发电。相较于质子交换膜燃料电池，直接甲醇燃料电池体积小巧、燃料使用便利、理论能量比高，并具备低温快速启动、燃料洁净环保以及电池结构简单等特性。这使得直接甲醇燃料电池可能成为未来便携式电子产品应用的主流。目前，已经尝试将直接甲醇燃料电池应用于为车辆提供主要能源。

然而，直接甲醇燃料电池的工作温度对其实际性能会产生较大的影响，需要对直接甲醇燃料电池在工作时产生的燃料电池反应热及时处理。尤其，在将直接甲醇燃料电池应用于提供车辆主要能源的大功率应用时，更需要散热效率较高的冷却系统以保证直接甲醇燃料电池能够正常工作。

现有的甲醇燃料电池散热系统在设计过程中，考虑到甲醇具有较强的腐蚀性，通常需要采用耐腐蚀的不锈钢材料来制备散热器，而传统的甲醇燃料电池散热系统所采用的风-液散热器散热系数较低，当将直接甲醇燃料电池应用于提供车辆主要能源的大功率应用时，需要提供体积庞大的散热器以保证直接甲醇燃料电池的散热，因而并不符合车载的应用需求。

因此，亟需一种新型直接甲醇燃料电池的冷却系统，能够具有更高的散热效率，在体积小巧的情况下仍然能够满足直接甲醇燃料电池的散热要求，以符合汽车应用的实际需求。

技术实现要素：

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

如上所述，为了有效解决直接甲醇燃料电池的散热问题，本发明提供了一种直接甲醇燃料电池的冷却系统，用于使用上述直接甲醇燃料电池的车辆，上述冷却系统至少包括第一液液换热器和第一热交换器；其中上述第一液液换热器为耐甲醇腐蚀材质；上述第一液液换热器中设有耦接至上述直接甲醇燃料电池的第一通路和耦接至上述第一热交换器的第二通路；上述第一通路中通有从上述直接甲醇燃料电池流出的含有甲醇的水溶液；上述第二通路中通有流经上述第一热交换器的第一散热介质，上述第一散热介质在上述第一液液换热器中吸收上述水溶液的热量并在上述第一热交互器处将上述热量散去。

如上述的冷却系统，可选的，上述第一液液换热器为为板式换热器，和/或上述耐甲醇腐蚀材质为不锈钢。

如上述的冷却系统，可选的，上述第一热交换器为风液换热器，上述第一散热介质为防冻冷却液，上述防冻冷却液流经上述风液换热器与上述第一液液换热器形成第一散热回路。

如上述的冷却系统，可选的，上述冷却系统还包括第二液液换热器、第二热交换器和第一切换装置；上述第二液液换热器为耐甲醇腐蚀材质；上述第二液液换热器中设有耦接至上述直接甲醇燃料电池的第三通路和耦接至上述第二热交换器的第四通路；上述第三通路中通有从上述直接甲醇燃料电池流出的含有甲醇的水溶液；上述第四通路中通有流经上述第二热交换器的第二散热介质，上述第二散热介质在上述第二液液换热器中吸收上述水溶液的热量并在上述第二热交换器处将上述热量散去；其中上述第一切换装置控制上述含有甲醇的水溶液流经上述第一通路和/或第三通路。

如上述的冷却系统，可选的，上述风液换热器为铝制换热器，和/或上述第二液液换热器为板式换热器，和/或上述耐甲醇腐蚀材质为不锈钢，和/或，

上述第二热交换器为冷凝器，上述第二散热介质为制冷剂，上述冷却系统还包括空调压缩机和膨胀阀，上述制冷剂流经上述空调压缩机、上述冷凝器、上述膨胀阀与上述第二液液换热器形成第二散热回路。

如上述的冷却系统，可选的，还包括并联在上述第二液液换热器上的蒸发器，上述制冷剂流经上述空调压缩机、上述冷凝器、上述膨胀阀与上述蒸发器形成用于上述车辆的车载空调回路。

如上述的冷却系统，可选的，还包括第二切换装置，上述第二切换装置控制上述制冷剂流经上述车载空调回路和/或上述第二散热回路。

如上述的冷却系统，可选的，上述第一热交换器为冷凝器，上述第一散热介质为制冷剂；上述冷却系统还包括空调压缩机、膨胀阀和并联在上述第一液液换热器上的蒸发器；上述制冷剂流经上述空调压缩机、上述冷凝器、上述膨胀阀与上述第一液液换热器形成第一散热回路；上述制冷剂流经上述空调压缩机、上述冷凝器、上述膨胀阀与上述蒸发器形成用于上述车辆的车载空调回路；上述制冷剂可切换地流经上述车载空调回路和/或上述第一散热回路。

如上述的冷却系统，可选的，响应于上述第一热交换器不工作，上述直接甲醇燃料电池通过上述含有甲醇的水溶液实现热量回收，以保温上述直接甲醇燃料电池。

本发明提供了一种车辆，上述车辆使用直接甲醇燃料电池供能，包含如上述的冷却系统。

根据本发明所提供的冷却系统，能够在保证散热器不被甲醇腐蚀的前提下，进一步提高直接甲醇燃料电池的散热效率，使其能够满足作为汽车能源供应的大功率应用需求。

附图说明

图1示出了本发明实施例的一种直接甲醇燃料电池的冷却系统的示意图。

图2示出了本发明实施例的另一种直接甲醇燃料电池的冷却系统的示意图。

附图标记

1-甲醇燃料电池；

201-第一切换装置；

202-第二切换装置；

301-小循环板式换热器；

302-空调压缩机；

303-冷凝器；

304-膨胀阀；

305-蒸发器；

401-大循环板式换热器；

402-大循环散热器；

403-水泵。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。

如图1所示，在本实施例中提供了一种为车辆供电的直接甲醇燃料电池的冷却系统，该冷却系统包括不锈钢材质的大循环板式换热器401和铝制的大循环风液换热器402；其中，大循环板式换热器401中设有耦接至直接甲醇燃料电池1的第一通路和耦接至大循环风液换热器402的第二通路；第一通路中通有从直接甲醇燃料电池1流出的含有甲醇的水溶液；第二通路中通有流经大循环风液换热器402的第一散热介质，该散热介质可以是防冻冷却液，也可以是制冷剂等其他具有良好散热效果的流体介质；第一散热介质流经大循环风液换热器402与大循环板式换热器401形成第一散热回路；第一散热介质由水泵403驱动，在第一散热回路中循环流动，在大循环板式换热器401中吸收甲醇水溶液的热量并在大循环风液换热器402处将热量散去。

该技术方案采用高效的液-液换热形式将直接甲醇燃料电池1产生的热量引出到铝制的大循环风液换热器402上进行散热，实现了甲醇溶液与大循环风液换热器402的隔离，在防止甲醇溶液腐蚀铝制散热器的同时，克服了传统不锈钢风-液冷散热器散热系数较低的缺陷。

可以理解的是，本发明所要解决的技术问题之一为：在保证散热器不被甲醇腐蚀的前提下，进一步提高直接甲醇燃料电池的散热效率。因此，在其他实施例中，也可以采用其他形式的耐甲醇腐蚀材质的液-液换热器来作为本发明的第一液液换热器，而不限于不锈钢材质。同理，本发明的第一热交换器也可以采用其他散热系数良好的导热材料制成的高效散热器，而不限于金属铝材质。而本实施例中的水泵403也只是一种驱动第一散热介质在第二通路中流动的可选方案，在其他实施例中也可以采取其他的方式来使含有甲醇的水溶液和第一散热介质在各自的通路中循环流动。

如图2所示，本实施例提供的冷却系统还可以嫁接在车载空调系统上，进一步地包括不锈钢材质的小循环板式换热器301、车载空调系统的冷凝器303、空调压缩机302、膨胀阀304、第一切换装置201和第二切换装置202；小循环板式换热器301中设有耦接至直接甲醇燃料电池1的第三通路和耦接至冷凝器303的第四通路；第三通路中通有从直接甲醇燃料电池1流出的含有甲醇的水溶液，从直接甲醇燃料电池1流出甲醇溶液受第一切换装置201控制，流经第一通路和/或第三通路；第四通路中通有流经冷凝器303的第二散热介质，该散热介质为车载空调系统的制冷剂；制冷剂由车载空调系统的空调压缩机302驱动，受第二切换装置202控制，流经空调压缩机302、冷凝器303、膨胀阀304与小循环板式换热器301形成第二散热回路，和/或流经空调压缩机302、冷凝器303、膨胀阀304与蒸发器305形成车辆的车载空调回路；车载空调系统的蒸发器305与小循环板式换热器301并联，共用车载空调系统的散热部分；制冷剂在第二散热回路和/或车载空调回路中循环流动；第二散热介质在小循环板式换热器301中吸收甲醇水溶液的热量并在冷凝器303处将热量散去。

虽然第一切换装置201和第二切换装置202在图2中示出为通过设置三通阀的方式实现，本领域技术人员应当明白，上述三通阀的举例只是第一切换装置和第二切换装置的一种可选方案，用于切换含有甲醇的水溶液和第二散热介质的路径。本领域技术人员还可以根据实际使用需求，将其替换为可根据甲醇溶液和第二散热介质的温度，自动切换各通路流量的节温器或其他流量控制装置，而不以三通阀为限。

本领域技术人员可以理解，在其他实施例中，也可以采用其他形式的耐甲醇腐蚀材质的液-液换热器来作为本发明的第二液液换热器，而不限于不锈钢材质。

该技术方案的目的在于为直接甲醇燃料电池1提供不同散热能力的冷却系统，或进一步加强直接甲醇燃料电池冷却系统的散热能力，而通过将直接甲醇燃料电池的冷却系统嫁接在车载空调系统上的方式，则能够进一步地起到简化结构、节省空间的作用。可以理解的是，如图2所示的第二散热回路其实是第一散热回路进一步优化后得到的方案，拥有第一散热回路的全部技术特征。

本领域技术人员应当可以理解，本发明的第二散热回路也并不一定要嫁接在车载空调系统上。在第二散热回路不是嫁接在车载空调系统上的结构的实施例中，该第二散热回路中并不一定包括空调压缩机302、膨胀阀304和第二切换装置202；第二热交换器也可以采用其他由散热系数良好的导热材料制成的高效散热器，而并不一定是车载空调系统的冷凝器303；第二散热介质可以是制冷剂以外的散热介质，不必流经车载空调系统的蒸发器305，可以通过水泵或其他方式驱动，在第二散热回路中循环流动。

本实施例中还提供了一种采用如图2所示的直接甲醇燃料电池的冷却系统的车辆。在该车辆进行小功率工作时，直接甲醇燃料电池1产生的热量较小，冷却系统通过第一切换装置201控制从直接甲醇燃料电池1流出的含有甲醇的水溶液，使其仅流经第三通路，由第二散热回路的车载空调系统负责散热，第一散热回路不工作。第二切换装置202根据第二散热介质的实际温度和车载空调蒸发器305的实际使用情况，分配流经第二散热回路和车载空调回路的流量。

在该车辆进行较大功率工作或车载空调系统负荷较大时，冷却系统通过第一切换装置201控制从直接甲醇燃料电池1流出的含有甲醇的水溶液，使其仅流经第一通路，由第一散热回路的进行直接甲醇燃料电池1的散热，第二散热回路将负载能力让给车载空调系统，保证乘客的舒适。

在直接甲醇燃料电池1产生的热量过大，第一散热回路不足以实现其散热功能时，冷却系统通过第一切换装置201控制从直接甲醇燃料电池1流出的含有甲醇的水溶液，使其同时流经第一通路和第三通路，第一散热回路和第二散热回路共同进行直接甲醇燃料电池1的散热，使直接甲醇燃料电池1能够保持较好的工作性能。

在低温环境下，冷却系统通过第一切换装置201截断从直接甲醇燃料电池1流出的含有甲醇的水溶液在第一通路和第三通路中的流动，使热交换器不工作，直接甲醇燃料电池1通过含有甲醇的水溶液实现热量回收，以实现保温的功能。

基于上述描述可以理解，如图2所示的第一散热回路和第二散热回路既可以协同工作，也可以分别单独工作。因此，在其他采用直接甲醇燃料电池的冷却系统的车辆上，也可以单独采用这两种散热方式的任一种，或其另外的组合方式，以取得不同的散热效果。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。