[发明专利]一种潜用多模块燃料电池热管理系统

说明书

本发明公开了一种潜用多模块燃料电池热管理系统，包括若干燃料电池堆、与每个燃料电池堆对应配置的热管理子系统、热管及海水循环泵；所述热管理子系统包括加热装置及冷却水循环泵，所述燃料电池堆的冷却水出口与热管的蒸发端热源入口连通，热管的冷凝端与舷外迎流换热，热管的蒸发端热源出口与冷却水循环泵的入口连通，冷却水循环泵的出口与燃料电池堆的冷却水入口连通；所述燃料电池堆的冷却水出口与加热装置的入口连通。本发明的有益效果为：在常规状态下启动热管对冷却水进行降温，利用工质相变产生的压差驱动工质的循环，利用舷外迎流实现热量的散出，无需辅机驱动，具有节能降噪的优点。

技术领域

本发明属于船舶动力系统领域，具体提出了一种潜艇/潜器用多模块燃料电池热管理系统。

背景技术

燃料电池技术将氢能直接转化为电能，具备清洁高效、稳定性好、安静无噪等优点，可以预见，未来燃料电池将会广泛应用于船舶领域。燃料电池中的质子交换膜燃料电池具有工作温度低、启动速度快、可靠性高、维护方便等优点，应用最为广泛。质子交换膜燃料电池对工作温度要求较高，最佳温度区间一般在60至90℃之间。工作温度过低会使燃料电池难以启动，电化学反应活性下降；工作温度升高可提升催化剂活性，提高燃料电池输出性能，但温度过高会造成质子交换膜脱水，降低膜的性能，影响电池的正常工作，甚至可能引发安全事故。因此，有效的热管理是确保质子交换膜燃料电池高效、安全工作的前提。

燃料电池的热管理系统采用散热装置与电堆进行热交换，以达到调控燃料电池工作温度的目的。在传统的水冷型燃料电池热管理系统中，冷却水泵将冷却水导入电堆吸收热量，管路系统中的节温器将吸热后的冷却水分流为两部分，一部分进入散热器进行降温，另一部分则不进入散热器，两部分冷却水混合后再次进入电堆吸收热量，冷却水出堆温度即为燃料电池的工作温度。为了保证燃料电池工作在最佳温度区间，需要调控散热器风扇转速和冷却水泵频率。

目前，燃料电池热管理系统的研究主要针对车用单模块燃料电池展开，其与潜用燃料电池系统存在较大差别：一方面，潜器动力系统的功率需求较大，需要多模块燃料电池联合供能；另一方面，车用系统换热器为风冷，通过控制风扇的转速调节降温效果，而潜用燃料电池工作于封闭环境，散热风扇不再适用，需考虑其它的冷却降温方式。另外，潜器在航行过程中，需要兼顾热管理等辅助系统的功耗和噪声指标。因此，现有的车用燃料电池热管理系统无法满足潜器的需求，需要针对潜用多模块燃料电池开发安静高效的热管理系统。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种结构简单、安静高效的潜用多模块燃料电池热管理系统。

本发明采用的技术方案为：一种潜用多模块燃料电池热管理系统，包括若干燃料电池堆、与每个燃料电池堆对应配置的热管理子系统、热管及海水循环泵；所述热管理子系统包括加热装置及冷却水循环泵，所述燃料电池堆的冷却水出口与加热装置的入口连通，加热装置的出口与冷却水循环泵的入口连通，冷却水循环泵的出口与燃料电池堆的冷却水入口连通；所述燃料电池堆的冷却水出口与热管的蒸发端热源入口连通，热管的冷凝端与舷外迎流换热，热管的蒸发端热源出口与冷却水循环泵的入口连通，冷却水循环泵的出口与燃料电池堆的冷却水入口连通。

按上述方案，所述热管理子系统包括换热器，所述燃料电池堆的冷却水出口与换热器的热源入口连通，换热器的热源出口与冷却水循环泵的入口连通。

按上述方案，首个热管理子系统换热器的冷源入口与海水循环泵的出口相连，前一个热管理子系统换热器的冷源出口与后一个热管理子系统换热器的冷源入口连通，尾端热管理子系统换热器的冷源出口与海水循环泵的入口连通。

按上述方案，所述热管理子系统包括三通阀，所述燃料电池堆的冷却水出口通过管道与三通阀的入口连通，三通阀的第一出口通过第一支路与热管的蒸发端热源入口连通，三通阀的第一出口通过第二支路与换热器的热源入口连通，热管的蒸发端热源出口和换热器的热源出口均与冷却水循环泵的入口连通，冷却水循环泵的出口与燃料电池堆的冷却水入口连通；三通阀的第二出口通过第三支路与加热装置的入口连通；在第一支路和第二支路上分别配置有电磁阀。