[发明专利]用于车舱供暖与反应物预热的车用燃料电池余热回收系统

说明书

本发明公开了一种用于车舱供暖与反应物预热的车用燃料电池余热回收系统，其包含：车用燃料电池、舱内换热器、舱外换热器；车用燃料电池包含：用于对反应物进行预热的阴极换热器和阳极换热器；舱内换热器和舱外换热器并联设置；使用状态下，从车用燃料电池流出的高温冷却液流经阴极换热器和阳极换热器后，通过调控流经舱内换热器和舱外换热器的高温冷却液的流量，以调节往车舱内输送的热量的大小。本发明将高温冷却液首先流经阴阳极换热器对反应物进行预热，而后流经放置在车舱内的换热器对车舱进行供暖，同时在车舱外并联布置一个换热器，通过调节流经车舱内外的换热器的高温冷却液的流量，同时达到对车舱供暖和反应物预热的目的。

技术领域

本发明涉及氢能与燃料电池技术领域，具体涉及一种用于车舱供暖与反应物预热的车用燃料电池余热回收系统。

背景技术

燃料电池技术是一种新型的能源利用方式，它可以将氢气中的化学能转换为电能与热能，具有高能量转换效率、零排放、低运行噪音、低维护费用等优点。燃料电池分为许多种类，其中的低温质子交换膜燃料电池具备车用动力源所需的良好性能，其工作温度一般在60-90℃，因而同锂离子电池一样，被视为交通工具中的传统内燃机的取代性技术之一。目前燃料电池汽车在全球的许多国家都得到了广泛的重视，德国、日本、美国、俄罗斯以及我国政府都推出了强有力的政策以推动这一行业的发展。

燃料电池的正常工作需要十分苛刻的运行条件，通常来说，一个完整的燃料电池动力系统应包括氢气供给子系统、空气供给子系统、冷却子系统以及控制系统等辅助子系统以保证电堆的正常运行。其中的空气供给子系统的作用是为阴极反应物增压、加热、加湿，以保证电堆内部的温度均匀性以及质子交换膜的传导性能，氢气供给子系统则是为了对阳极反应物进行加热、加湿处理。冷却子系统的作用是带走电堆运行过程中所产生的副产热，使电堆的运行温度保持恒定，避免热失控的发生。控制系统则是对系统的协调运行实施控制，保障良好的动态特性与可靠性。多个燃料电池单体以串联方式层叠组合而成电堆。电堆中的高温的冷却水的大部分热量是通过放置于车舱外的散热器排放到室外环境中去的，这就造成了低温余热的浪费。

另一方面，电动汽车中的空气与供暖系统是另一个重要的能量需求端，根据文献中的研究，由于电力驱动的供暖系统的正常运行会消耗相当可观的电能，而这部分电能来自于燃料电池中所消耗的氢气，这就造成了额外的氢气的消耗，进而可以导致燃料电池汽车的续航里程降低12％左右。

发明内容

本发明的目的是针对燃料电池电堆中，高温的冷却水大部分热量通过放置于车舱外的散热器排放到室外环境中去，造成了低温余热浪费的问题，提供一种用于车舱供暖与反应物预热的车用燃料电池余热回收系统。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于车舱供暖与反应物预热的车用燃料电池余热回收系统，其包含：车用燃料电池、设于车舱内的舱内换热器、设于车舱外的舱外换热器；所述的车用燃料电池包含：用于对反应物进行预热的阴极换热器和阳极换热器；所述的舱内换热器和所述的舱外换热器并联设置；使用状态下，从所述车用燃料电池流出的高温冷却液流经所述的阴极换热器和所述的阳极换热器后，通过调控流经所述的舱内换热器和所述的舱外换热器的高温冷却液的流量，以调节往车舱内输送的热量的大小。

较佳地，所述的阴极换热器和所述的阳极换热器串联或并联设置。

较佳地，所述的舱内换热器、所述的舱外换热器、所述的阴极换热器或所述的阳极换热器类型为辐射式换热器、板式换热器或盘管式换热器。

较佳地，所述的阴极换热器和所述的阳极换热器内置有电加热器。

较佳地，车舱内设有氢源；所述的余热回收系统还包含：氢循环设备；所述的反应物包含氢气，氢气通过所述的阳极换热器预热，从所述车用燃料电池流出的过量氢气通过所述的氢循环设备回收后与来自所述氢源中的高压氢气混合。

较佳地，所述的冷却液包括去离子水或冷却油。