[发明专利]一种燃料电池无人机及氢动力装备温控的方法及装置

说明书

本发明公开了一种燃料电池无人机及氢动力装备温控的方法及装置，本发明在不产生额外加热功率的条件下，大幅度提高以空冷型燃料电池为动力的无人机系统或其他氢动力装备的低温环境适应能力，质子交换膜氢燃料电池在发出电功率的同时，基本上也会产生同等数量的热功率，充分地有效地利用这部分热量对于拓宽使用空冷燃料电池作动力的无人机或其他装备的应用场景具有重要意义。

技术领域

本发明涉及无人机领域，具体是一种燃料电池无人机及氢动力装备温控的方法及装置。

背景技术

在国家燃料电池相关政策的大力扶持下，质子交换膜氢燃料电池技术得到了快速的发展。目前国际上在航空领域应用的有水冷氢燃料电池和空冷氢燃料电池，国内广泛应用的为空冷型氢燃料电池，相比于水冷型氢燃料电池，其具有系统单位质量功率较高，寄生重量低及寄生功耗低的优点，但在环境适应能力上有所不及，空冷型质子交换膜燃料电池普遍存在低温冷启动困难及低温环境下堆芯温度维持困难的问题，由于空冷型质子交换膜燃料电池的阴极侧在反应中会由空气中的氧气及透过膜内迁移的氢质子生成水，质子交换膜作为燃料电池的关键部件若要保持正常工作，同样需要保有一定的液态水，即为浸湿状态，低温(0℃以下)环境下，这些水极易结冰，堵塞气体流道，影响膜电极的特征尺寸，甚至导致膜破裂，发生反极现象，对氢燃料电池的正常安全使用极为不利。另一方面，采用空冷氢燃料电池为电力来源的无人机或其他氢动力装备在使用时，燃料电池除产生电能以外，还会产生几乎等量的热能，这部分热能由燃料电池风扇工作时产生的空气气流带走，以使燃料电池稳定在适宜的温度下，以往的做法多是直接将热气流排到空气中，没有回收利用；无人机及其他氢动力装备的设备数量往往较多，其中不乏有不适于低温环境使用的设备，将燃料电池风扇排出的热气引导向这些设备并对其进行加热，同时使用回流热气提升燃料电池进气口气流温度，对提高无人机系统或其他氢动力装备系统的低温适应能力具有显著的意义。因此，本领域技术人员提供了一种燃料电池无人机及氢动力装备温控的方法及装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料电池无人机及氢动力装备温控的方法及装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种燃料电池无人机及氢动力装备温控的方法及装置，包括采用空气冷却的氢燃料电池，空气过滤装置，电子控制单元(ECU)，冷热空气混合室，空气入口风扇，若干温度传感器，氢气存储系统，热气流循环主管路，设备加热支路，冷凝水收集装置，带流量控制功能的三通阀。

作为本发明进一步的方案：所述阴极开放式空冷型氢燃料电池在使用前应注意保持其堆芯温度在0℃以上，防止膜内水结冰，其阳极侧通过电磁阀和减压阀接入氢气储罐，阴极进气侧端面接口与冷热空气混合室的输出端接口连接。

作为本发明再进一步的方案：所述燃料电池湿热空气出风接口与热循环主管路的输入口连接，该主管路上可接入若干设备加热支路，将主管路内的热空气导向待加热设备，具体实施方式之一是将待加热设备安装于导热性能良好的中空翅片板上，中空翅片板内通入设备加热通路出来的热气，以此实现对系统内其他元器件的热管理。

作为本发明再进一步的方案：所述热循环主管路后接冷凝水收集装置将管路内经由待加热设备后温度有所降低的湿热空气中产生的液态水收集、分离并排出，之后热气流通过带流量控制功能的三通阀，该三通阀一端接入循环热气流，一端安装热空气泄放流量控制阀，最后一端安装循环热空气流量控制阀，二者相互配合用以控制循环热空气流量，以达到控制冷热空气混合后温度的目的。

作为本发明再进一步的方案：所述冷热空气混合室另外一端经由空气过滤器及空气入口风扇输入外界冷空气，空气过滤器用以过滤吸入空气中的灰尘、一氧化碳、含硫氧化物，避免杂质气体对膜电极性能产生不利影响。