一种空冷燃料电池的高效降温装置的制作方法

本发明涉及燃料电池技术领域，具体指一种空冷燃料电池的高效降温装置。

背景技术：

空冷型燃料电池采用冷空气流经电池极板阴极流道的方式实现热交换，从而冷却电堆。受冷却方式及结构空间的限制，当环境温度超过35℃后，电堆温度很难稳定控制，容易造成电堆超温的风险。增加风量可以改善冷却效果，但过高的风量会增加电池阴极水的蒸发，造成燃料电池膜电极内水失衡，内阻增大，性能下降。而且增加风量造成供风风扇质量、体积的快速增大，并且有较大寄生功耗，进一步降低了燃料电池系统的效率。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种空冷燃料电池的高效降温装置，该装置直接利用超声雾化装置超声雾化储水装置内的去离子水，使空气和水充分混合流经电堆阴极流道，经过水的蒸发相变吸热，实现高效快速降温，可以将燃料电池的最高工作环境温度拓展到42℃～50℃。

本发明的技术方案如下：一种空冷燃料电池的高效降温装置，包括设置在电堆阴极空气入口的超声雾化装置和储水装置，所述超声雾化装置的进水一侧位于储水装置内，超声雾化装置喷出水雾侧位于电堆阴极空气入口腔体内，所述储水装置内设置有吸水材料。

作为本发明的其中一种优化方案，较佳地，所述超声雾化装置由微型超声波雾化换能器阵列构成。

作为本发明的其中一种优化方案，较佳地，所述超声雾化装置周边与储水装置采用密封胶密封。

作为本发明的其中一种优化方案，较佳地，所述吸水材料的一侧与微型超声波雾化换能器的入水口侧充分接触，通过毛细力实现向微型超声波雾化换能器连续传输水。

作为本发明的其中一种优化方案，较佳地，所述微型超声波雾化换能器上设有微米雾化喷水孔。

作为本发明的其中一种优化方案，较佳地，所述吸水材料为亲水高分子泡沫棉。

作为本发明的其中一种优化方案，较佳地，还包括：水循环利用装置，所述水循环利用装置设置在阳极氢气出口与储水装置之间，将电堆阳极氢气排放带出的水进行冷却回收，送入储水装置实现水的循环利用。

作为本发明的其中一种优化方案，较佳地，所述水循环利用装置包括冷凝器、气液分离器以及微型液泵，冷凝器的进口与阳极氢气出口连接，冷凝器的出口与气液分离器的入口连接，气液分离器的液体出口与微型液泵的入口连接，微型液泵的出口与储水装置连接。

作为本发明的其中一种优化方案，较佳地，所述气液分离器还包括气体排出口，所述气体排出口为开放式，将氢气对外放空。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：水蒸发汽化所吸收的热量是传递吸收热量的几十倍，远远超过空气热交换冷却效率。在电堆阴极空气入口设置一超声雾化装置和储水装置。超声雾化装置直接超声雾化储水装置内的去离子水，使空气和水充分混合流经电堆阴极流道，经过水的蒸发相变吸热，实现高效快速降温，可以将燃料电池的最高工作环境温度拓展到42℃～50℃，极大的拓展了空冷燃料电池系统的应用场景。

为减少携带水量，减轻系统重量，利用电堆阳极氢气排放带出的水进行冷却回收，实现水的循环利用。燃料电池在阴极生产水，通过离子交换膜向阳极反渗，阳极积累的水到一定程度会淹没催化层，造成传质困难。因此，阳极的氢气需要定期排放，以带出阳极积累的水，利用这部分排放水，可实现冷却水的循环利用。通过微型冷凝器冷却电堆阳极排水的气水混合物，在气水分离器实现气体与水的分离，利用微型泵将积累的水输送至超声雾化储水装置中。

使用该高效降温装置，利用超声雾化水滴与空气混合通过阴极空冷流道实现气化带热，大大提高冷却效果，阳极排出水的冷凝回收，实现水循环。付出较小的重量与体积，将燃料电池系统的最高工作环境温度提升至42℃～50℃。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明高效降温装置的结构示意图；

其中，1、超声雾化装置；2、储水装置；3、电堆阴极空气入口腔体；4、微型超声波雾化换能器；41、微米雾化喷水孔；5、密封胶；6、吸水材料；7、冷凝器；8、气液分离器；9、微型液泵；10、气体排出口。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。

如图1所示，一种空冷燃料电池的高效降温装置，包括设置在电堆阴极空气入口的超声雾化装置1和储水装置2，所述超声雾化装置1的进水一侧位于储水装置2内，超声雾化装置1喷出水雾侧位于电堆阴极空气入口腔体3内，超声雾化装置2由微型超声波雾化换能器4阵列构成，微型超声波雾化换能器4上设有微米雾化喷水孔41，超声雾化装置1周边与储水装置2采用密封胶5密封；所述储水装置2内设置有吸水材料6，吸水材料6为亲水高分子泡沫棉，亲水高分子泡沫棉的一侧与微型超声波雾化换能器4的入水口侧充分接触，通过毛细力实现向微型超声波雾化换能器4连续传输水。

为减少携带水量，减轻系统重量，利用电堆阳极氢气排放带出的水进行冷却回收，实现水的循环利用。该装置还包括：水循环利用装置，水循环利用装置设置在阳极氢气出口与储水装置2之间，将电堆阳极氢气排放带出的水进行冷却回收，送入储水装置实现水的循环利用；水循环利用装置包括冷凝器7、气液分离器8以及微型液泵9，冷凝器7的进口与阳极氢气出口连接，冷凝器7的出口与气液分离器8的入口连接，气液分离器8的液体出口与微型液泵9的入口连接，微型液泵9的出口与储水装置2连接，气液分离器8还包括气体排出口10，所述气体排出口为开放式，将氢气对外放空。

水蒸发汽化所吸收的热量是传递吸收热量的几十倍，远远超过空气热交换冷却效率。在电堆阴极空气入口设置一超声雾化装置和储水装置，超声雾化装置由微型超声波雾化换能器阵列构成，微型超声波雾化换能器的进水一侧位于储水装置内，微型超声波雾化换能器周边与储水装置密封；微型超声波雾化换能器喷出水雾侧位于电堆阴极空气入口腔体内，直接超声雾化储水装置内的去离子水，使空气和水充分混合流经电堆阴极流道，经过水的蒸发相变吸热，实现高效快速降温，可以将燃料电池的最高工作环境温度拓展到42℃～50℃。为保证电堆处于不同空间角度，储水装置内的水能够与超声雾化器的入水口可靠接触，储水装置内设置有吸水高分子泡沫棉，泡沫棉的一侧与超声雾化器的入水口侧充分接触，利用毛细力保证雾化过程中水的连续传输。

为减少携带水量，减轻系统重量，利用电堆阳极氢气排放带出的水进行冷却回收，实现水的循环利用。燃料电池在阴极生产水，通过离子交换膜向阳极反渗，阳极积累的水到一定程度会淹没催化层，造成传质困难。因此，阳极的氢气需要定期排放，以带出阳极积累的水，利用这部分排放水，可实现冷却水的循环利用，通过微型冷凝器冷却电堆阳极排水的气水混合物，在气水分离器实现气体与水的分离，利用微型泵将积累的水输送至超声雾化储水装置中。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。