[实用新型]阵列热管式质子交换膜燃料电池热管理结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种阵列热管式质子交换膜燃料电池热管理结构，应用于给燃料电池散热领域。

背景技术

质子交换膜燃料电池是一种电化学的发展及应用装置，和常规意义上的电池有很大不同。燃料电池通过按电化学方式等温地直接将化学能转换为电能。它没有热机过程，所以没有卡诺循环的限制，拥有极高的能量转化效率；与环境友好相处，基本不排放硫氧化物和氮氧化合物；正是拥有这些优越的特点，燃料电池这项技术的改进和研发受到了全世界每一个政府和企业的认可，被看作是新世纪首选的无污染、效率高的发电技术。

质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell）的电解质是全氟磺酸型固体化合物，电催化剂是铂/碳，氢等为燃料，高纯度氧和空气为氧化剂，伴有镶有气体流道的石墨或表面改性的金属板做成双极板。阳极催化层中的氢气在催化剂作用下发生电极反应

此电极反应生成的电子途径电路达到阴极，则通过质子交换膜移动到阴极。氧气与氢离子及电子在阴极发生反应生成水，生成的水不稀释电解质，而是通过电极随反应尾气排出。

PEMFC拥有很多优点，除了一些常见的优点外，还拥有可在常温高速启动、没有电解液损失、水容易排除、使用时间长、功率和能量相对高等重大优势。所以，它不仅可以用于创建分离式电站，也很适合应用于可移动动力源，是不依靠空气做推力的潜艇和电动力车的最佳候选电源之选。

PEMFC电池组在最高效率工作时，相应的能量转换功率为40%左右；在低功率运行时，能量转换率可达到60%上下。因此在PEMFC电池组运行中，有40%到60%的余热应该排除，以保持电池工作时温度为常数。至今对PEMFC电池组广泛采用的排热方式是冷却液循环排热。

若采用水作冷却剂，则必须采用去离子水，对水的电导要求非常严格。如果水被污染了，导电率提高，则会发生少许的电解在电池组的冷却水途径的公共管道里，产生和，引起电池运行的不安全隐患；同时也将产生一定的内漏气，降低电池组的能量转换效率。

若冷却剂采用水和乙二醇综合液，将增加冷却剂的电阻，可是冷却剂的比热容会下降和循环量提高大，而且冷却剂一旦被金属离子污染，其去除比纯水难度大大增加，因为水中的污染金属离子可简单地通过离子交换法去除。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种阵列热管式质子交换膜燃料电池热管理结构，采用一种全新的热管方式进行热管理，电池内部通过热管散热，特别是处理局部过热等问题；热管的总温降是蒸汽流道，蒸发段和冷凝段的每一部分温降相加之和，因为热管的吸液芯体积很小、蒸汽流的温降也不大，所以它的热力特性很好。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种阵列热管式质子交换膜燃料电池热管理结构，其特征在于：在两片彼此平行的82mm×30mm×0.3mm的铜制面板内，镶嵌有3-9根彼此平行且等间距的长方形铜条，铜制面板的四圈为密封的；在相近的长方形铜条与上下两块铜制面板中间形成的长方形的流道中的相工质为水，上下热管的铜制面板厚度为0.3mm；热管分为蒸发段长度35mm、绝热段10mm和冷凝段35mm；热管管径为0.3cm—0.5cm；热管插装在燃料电池的每个工作板之间，其中热管的蒸发段装在燃料电池内部，冷凝段在外部，热管的蒸发段与冷凝段成90--120度角，绝热段连接在蒸发段和冷凝段的中间。

本实用新型的积极效果是热管的散热处理影响电池的温度分布，间接影响电池的极化曲线和电池运行的速度及安全；有效的热管散热处理能保证质子交换膜燃料电池的稳定性及安全性；用SINDA/FLUENT建立传热模型能获得对燃料电池内部传递热量反应过程有明确的认知，深入了解余热对电池性能的影响，从而优化对质子交换膜燃料电池的设计。

附图说明

图1为本实用新型的热管结构示意图。

图2为本实用新型的工作原理图。

具体实施方式