本發(fā)明涉及燃料電池領(lǐng)域，具體地說涉及到質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的熱管理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的蓄熱恒溫箱。

背景技術(shù)：

燃料電池是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置。質(zhì)子交換膜燃料電池通常是指以Nafion膜或類Nafion膜【即以氟-碳鍵構(gòu)成主鏈和支鏈，以磺酸（SO3H）電離提供可遷移質(zhì)子的聚合物膜】為電解質(zhì)的燃料電池。質(zhì)子交換膜燃料電池通常在室溫下工作，適宜的工作溫度范圍一般在15-60℃。在質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中，以氫氣為燃料，空氣作為氧化劑供體的質(zhì)子交換膜燃料電池電堆的發(fā)電效率為43-58%。燃料氧化所釋放的其余化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，通過發(fā)電系統(tǒng)的散熱裝置散出。在質(zhì)子交換膜燃料電池工作時(shí)，電堆產(chǎn)熱和系統(tǒng)散熱裝置散熱的熱量平衡十分重要，它涉及燃料電池膜電極的發(fā)電效率和工作的穩(wěn)定性，從而關(guān)系到發(fā)電系統(tǒng)的功率輸出和壽命。過高的工作溫度會增高催化劑的活性，加快燃料氧化的速率，導(dǎo)致更多的熱量產(chǎn)生，使溫度失控，引起催化劑顆粒燒結(jié)甚至電解質(zhì)膜的融化，使電堆性能迅速衰退甚至系統(tǒng)報(bào)廢；過低的工作溫度使催化劑的催化效率很低，不能產(chǎn)生足夠的熱能使電堆工作在適宜的溫度范圍內(nèi)，致使電堆不能正常啟動(dòng)。如出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，可能會引起電堆損壞。

為了維持適宜的工作溫度，通常在電堆工作時(shí)采取強(qiáng)制水冷或空冷措施降溫，而在電堆啟動(dòng)時(shí)采用外部輔助加熱裝置來升溫，這就增加了電堆設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，并降低了能量利用效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種用于質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的蓄熱恒溫箱，設(shè)計(jì)簡單，使用方便。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種用于質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的蓄熱恒溫箱，箱體材料為聚合物基體和相變蓄熱材料的復(fù)合。在使用蓄熱恒溫箱時(shí)，將質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中的電堆置于箱內(nèi)，作為熱源或冷源。所述聚合物基體和相變蓄熱材料的復(fù)合，其中相變蓄熱材料所占體積為20~50%，余為聚合物基體。

所述聚合物基體是指一般工業(yè)用普通塑料、普通工程塑料或者特種工程塑料。所述一般工業(yè)用普通塑料是指聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC）、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氨酯(PU)、酚醛樹脂(PF)、環(huán)氧樹脂、聚脲等，但不局限于上述所列；所述普通工程塑料是指聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、聚苯醚(PPO/PPE)、熱塑性樹脂PBT或PET、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、超高相對分子質(zhì)量聚乙烯(UHMWPE)等，但不局限于上述所列；所述特種工程塑料是指聚砜(PSF)、聚醚砜(PES)、聚苯硫醚(PPS)、聚芳酯(PAR)、聚酰胺-酰亞胺(PAI)、聚醚酰亞胺(PEI)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰亞胺(PI)、液晶聚合物L(fēng)CP、氟塑料等，但不局限于上述所列。

所述相變蓄熱材料是指液-固轉(zhuǎn)變溫度為40-70℃的低分子化合物及其混合物，包括：天然石蠟（57-63℃），低聚聚乙烯蠟，脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO）、三水醋酸鈉、五水硫代硫酸鈉、乙酰胺、硬脂酸、軟脂酸、棕櫚酸、月桂酸、一縮二丙二醇PG、新戊二醇 NPG、二縮二乙二醇EG、三羥甲基丙烷(TMP)、甘油多等。但不局限于上述所列。

所述聚合物基體和相變蓄熱材料的復(fù)合，其方式是：兩者直接混合，加工成型；或者先將相變蓄熱材料微膠囊化，再與聚合物基體混合，加工成型。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是從簡化設(shè)計(jì)、節(jié)能、增加發(fā)電系統(tǒng)工作可靠性的角度出發(fā)，采用相變蓄熱材料來實(shí)現(xiàn)電堆的自動(dòng)恒溫。當(dāng)電堆產(chǎn)熱大于裝置散熱速率時(shí)，相變蓄熱材料發(fā)生融化，吸收來自電堆的熱量，使溫度恒定在相變點(diǎn)附近，不使電堆溫度升高；當(dāng)電堆產(chǎn)熱小于裝置散熱速率時(shí)，相變蓄熱材料發(fā)生凝固，釋放潛熱，自動(dòng)進(jìn)行熱量補(bǔ)償，使電堆溫度仍維持在相變點(diǎn)附近。本發(fā)明將這種相變蓄熱材料制成箱體，將電堆封置于其中，可以實(shí)現(xiàn)電堆工作溫度的自動(dòng)管理。本發(fā)明所提供的方法無需其他額外的熱源或冷源，熱量全部來自電堆本身，結(jié)構(gòu)簡單，能量利用效率高。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明公開一種用于質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的蓄熱恒溫箱，其原理是在箱體材料中含有20~50%體積分?jǐn)?shù)的相變蓄熱材料；在使用蓄熱恒溫箱時(shí)，將質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中的電堆置于箱內(nèi)，作為熱源或冷源；當(dāng)電堆溫度大于相變溫度時(shí)，箱體內(nèi)相變材料融化吸熱；當(dāng)電堆溫度小于相變溫度時(shí)，箱體內(nèi)相變材料凝固放熱。這樣使電堆溫度始終恒定在相變溫度附近。相變蓄熱材料的液-固轉(zhuǎn)變溫度設(shè)定為40-70℃。

實(shí)施例1

將聚合物基體PE與相變蓄熱材料天然石蠟按3:1的體積比混合，注塑成箱型。本發(fā)明所提供的方法無需其他額外的熱源或冷源，熱量全部來自電堆本身，結(jié)構(gòu)簡單，能量利用效率高。

實(shí)施例2

按質(zhì)量比2:1稱取聚苯乙烯（PS）和相變蓄熱材料天然石蠟，加入到適量的二甲苯中溶解，然后噴霧干燥，制成PS包裹的天然石蠟微膠囊。再按2:1的體積比將聚合物基體PE與PS包裹的天然石蠟微膠囊混合注塑成箱型。

在本實(shí)例中，先采用PS將天然石蠟微膠囊化，在于聚合物基體混合，注塑成箱型，可以在恒溫箱工作時(shí)防止融化的天然石蠟流失。