CN101276921A - 一种应用于便携设备的燃料电池供电装置 - Google Patents

一种应用于便携设备的燃料电池供电装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种应用于便携设备的燃料电池供电装置，包括燃料电池供应部，其特征在于，进一步包括导热元件、热风流路；热风流路将便携设备产生的热风送往燃料电池供应部，以对燃料电池供应部中的燃料进行预热；导热元件与便携设备相接触，将便携设备散发的热量传导给燃料电池供应部，以对燃料电池供应部中的燃料进行预热。通过使用上述燃料电池供电装置，充分有效的利用了便携设备本身产生的热量，降低了燃料电池的成本和体积重量。

Description

一种应用于便携设备的燃料电池供电装置
技术领域
本发明涉及便携式设备供电技术，特别是指一种应用于便携设备的燃料电池供电装置。
背景技术
便携式设备具有体积小，重量轻，便于携带等优点，例如与台式机相比，便携式的笔记本电脑便是如此；但是与此同时，便携式设备却具有待机时间短的缺点；这是因为，当前的各种便携设备大多采用的是锂电池，而现有的技术不足以使得锂电池提供足够多的电量来长时间供电。
鉴于锂电池的上述缺点，因此出现了燃料电池。燃料电池在工作时，燃料和氧化剂均由外部供给，原则上只要不断输入反应物，不断排出反应产物，燃料电池就能连续供电，解决了常用的锂电池的供电时间有限的问题。因此与锂电池相比，燃料电池不但具有无污染、效率高、适用范围广、无噪声，特别是能够为便携设备提供足够长时间的电力等优点。
目前，国外一些厂商已经成功推出应用于便携设备的燃料电池，但是这项燃料电池还存在以下几方面的问题：
燃料电池预热系统的问题：燃料进入反应部之前的温度决定了燃料电池的供电效率，温度每升高20度，大约可以使电池供电效率提高1.4倍；现有的燃料电池，一种是没有预热系统，导致该类型燃料电池供电功率较低，另外一种具备独立的预热系统，但这一预热系统增加了燃料电池的体积和生产成本，也增加了供电系统的复杂程度。
燃料电池反应生成物液态水的处理问题：如何处理燃料电池反应主要产物水是目前应用燃料电池遇到的难点问题之一；虽然部分反应产物水可以被回收利用，但是仍有部分的反应产物水必须排出，如果以液态水的形式直接排出会对电子设备的安全造成极大的威胁，但是如果收集存储，则需要增加水存储装置，增加了燃料电池系统复杂性，同时也会导致燃料电池系统体积庞大，增加成本。
燃料电池对便携设备产生的热量再利用问题：随着便携设备，以便携设备电脑为例，便携设备电脑运算速度的提高，便携设备电脑的发热量也越来越大，特别是便携设备电脑经常被放置在桌面上(或膝盖上)使用，导致底部进风孔被阻挡，这就会使便携设备电脑内部和壳体热量积聚。在满载运行时，便携设备底部温度最高会有60摄氏度左右，出风口温度超过60摄氏度。目前这一部分热量是散发到便携设备周围的空气中，没有被有效的收集利用。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用于便携设备的燃料电池供电装置，该燃料电池供电装置成本低廉，体积较小，而且提高了对燃料的利用率，为便携设备提供持续电力。
一种应用于便携设备的燃料电池供电装置，包括燃料电池供应部，其特征在于，进一步包括导热元件、热风流路；
热风流路将便携设备产生的热风送往燃料电池供应部，以对燃料电池供应部中的燃料进行预热；
导热元件与便携设备相接触，将便携设备散发的热量传导给燃料电池供应部，以对燃料电池供应部中的燃料进行预热。
该装置所述热风流路中进一步包括风泵，风泵控制热风流路中的热风的流通方向。
该装置所述热风由热风收集系统在便携设备出风口处收集，并输入到热风流路中。
该装置所述热风收集系统包括导风结构、抽风风扇；该抽风风扇位于热风流路入口处。
该装置所述导热元件位于便携设备底部，且支撑便携设备。
该装置所述热风流路与尾气混合罐连通，通过管道连接燃料电池反应部。
该装置所述热风流路将便携设备产生的一部分热风送往燃料电池尾气混合部，以加速燃料电池反应物水的排出。
该装置所述燃料电池供电装置的内部空间中进一步包括内置风扇，该内置风扇控制内部空间的空气流动的方向和速度。
该装置进一步包括一个备用电池，在便携设备启动时，该备用电池在便携设备开启时为便携设备提供电力，并在燃料电池供电装置正常运行后停止提供电力。
该装置所述燃料电池供电装置正常运行后，提供电力为备用电池充电。
本发明提供的这种应用于便携设备的燃料电池装置，通过收集便携设备吹出的热风，并让热风流经热风流路，将热量传导给燃料供应部对燃料进行预热；同时，导热元件与便携设备相接触，将便携设备散发的热量传导给燃料供应部中的燃料进行预热，充分有效的利用了便携设备本身产生的热量，降低了燃料电池的成本和体积重量。
附图说明
图1为本发明实施例燃料电池供电装置的工作原理和流程示意图；
图2为本发明实施例燃料电池供电装置的结构示意图。
具体实施方式
为了对便携设备提供足够多的电力来实现长时间供电，本发明提供了一种应用于便携设备的燃料电池供电装置。
如图2所示，是本发明实施例的燃料电池供电装置的结构示意图，图中主要包括以下若干重要的组成部份：
便携设备21，可以是笔记本电脑，也可以是移动电话等随时随地携带在使用者身边的设备。
导热元件22，在供电装置中与便携设备底部相接触，同时也是供电装置主体的支撑结构的一部分；
为了增加导热效率，导热元件与便携设备接触的一面带有突起结构，并且，与便携设备接触部分的材料可以采用高导热系数材料。
燃料电池供应部23，可以只包括燃料储液罐，还可以包括向燃料电池反应部输送燃料的燃料流路；燃料电池供应部23与导热元件22相接触，直接将导热元件22传导过来的热量导入燃料流路和储液罐。
热风流路24、25，用于传输热风，热风流路24、25在燃料电池供电装置内部的具体管线布置并不一定如图中画出的一样，因为本发明实施例的目的并不是要给出一种具体的管线布置，只要能够体现本发明所能达到的技术效果，管线布置并不受到图示的约束。
上述组成部份中，热风流路24、25与导热元件22构成了简单的导热系统。
导风结构26，负责将便携设备出风口的热风导入热风流路24、25；
导风结构26与风泵31一起构成了一个简单的热风收集系统，热风收集系统主要有两个作用：1.将便携设备出风口排出的热风收集，用于燃料电池液态水的排放；2.另外一部分热风进入热风流路24、25，用于预热燃料电池供应部23的燃料罐和燃料流路中的燃料；其中，利用风泵31可使热风在热风流路24、25中处于单向流通状态；
图2中的导风结构26为热风收集系统导风结构的一种具体实施方式，还可以增加一个抽风风扇32提高收集热风的效率，导风结构26的这种外形能够将大部分的热风导入抽风风扇32，由抽风风扇32送入热风流路24、25，加入抽风风扇32还能够降低便携设备出风口处的风阻，加快排出便携设备内部积聚的热量。
内置风扇27，用于控制燃料电池内部空间气体的流动方向和速度。
燃料电池供电装置的内部空间28，通过利用内置风扇27控制内部空间气体的流动方向和速度，可以较精确的控制燃料电池供电装置的内部温度。
尾气混合罐29，用于收集燃料电池反应后生成的尾气，主要成分是CO2以及H2O(主要以气体形式存在)。
热风流路入口30，用于接收热风收集系统在出风口处收集的热风，并连接热风流路24、25；可以在热风流路入口30处安装抽风风扇32。
风泵31，控制热风在热风流路24、25中处于单向流通状态。
抽风风扇32，用于加强收集便携设备出风口排出的热风。
本发明实施例描述的燃料电池供电装置，其安装方式为外置安装，一般情况下安装在便携设备的下方，便于供电装置对便携设备出风口处的热风进行收集以及收集便携设备底部的热量，同时能够预防由于燃料电池液体泄漏而腐蚀甚至损坏便携设备。
燃料电池所用的燃料，通常是常温下为液体的物质，如甲醇，二甲醇或者是乙二醇等。
由图2中描述的组成部件可以看出，在燃料电池供电装置内，热风收集系统收集的热风流经热风流路24、25的各个管道，将热量通过管壁传导给燃料供应部23对燃料进行预热，最终在尾气混合罐29处与燃料电池的尾气混合；另外一部分热风，直接由热风流路24、25的入口处汇入尾气混合罐29，起到排出燃料电池反应物水的作用。收集的热风在热风流路24、25中的流向受到控制，这主要是风泵31以及内置风扇27的作用，可以在热风流路24、25管道壁上，每间隔一定的距离，或者在拐角处安装风泵31，控制热风的流向，同时，内置风扇27加速了热风在装置内的流动速度，有利于对燃料电池供电装置散热。
燃料始终位于燃料电池供应部23的管道内，由于被预热之后的燃料温度升高，如果在管道内无序流动，或者流动较慢，就会减慢便携设备底部的散热，甚至可能重新将热量传给便携设备底部，因此在燃料电池供应部23的管道内增加泵，控制燃料的流向并加速燃料流入反应部的速度。
为了说明在便携设备开机后，燃料电池供电装置的工作原理和流程，本发明实施例如图1所示，描述了的燃料电池供电装置的工作原理和流程：
步骤101.没有接通电网电源的情况下，便携设备开机。
步骤102.燃料电池接到开机指令，启动燃料电池备用电源；
通常燃料电池均配备有一个备用电源，该备用电源提供电力为便携设备供电。备用电源工作的时间比较短，一般只能提供若干秒或者是几分钟的电力。同时可以增加稳压或恒流装置稳定备用电源提供的电力。
步骤103.利用备用电源的电力开启便携设备，便携设备进入了正常工作状态。
步骤104.燃料电池进入正常供电状态，可以接替备用电源为便携设备提供稳定的电力；同时，为备用电源充电，补充备用电源损耗的电力。
步骤105～106.便携设备进入正常工作状态后，出风口排出热风，热风收集系统开始收集这些热风；
本发明实施例采用了导风结构加抽风风扇的结构，如图2所示的导风结构将大部分热风导入抽风风扇，由抽风风扇送入热风流路；加入抽风风扇32还能够降低便携设备出风口处风阻，加快便携设备排出热风的速度。
与此同时，便携设备由于正常工作，其与导热元件接触的底部也产生了热量，这些热量被导热元件吸收。
步骤107～109.燃料电池供电装置的导热系统正常工作；
导热系统中的热风流路利用上述收集到的便携设备吹出的热风，一部分热风把燃料电池产生的反应物，例如水、CO2等，以气体形式排出，另一部分热风对燃料电池供应部预热；
其中，热风将反应生成的水以气体形式排出，避免了液态水对燃料电池供电装置的腐蚀和对便携设备本身产生的安全隐患。
步骤110.导热系统中的热风流路的正常工作，不但对燃料电池供应部预热；同时，利用风泵把使用过的热风加速排出燃料电池。
步骤111.导热元件正常工作，能够将便携设备底部积聚的热量快速的传导给燃料供应部，同时也加速了便携设备底部的散热。
本发明中，燃料电池供电装置以附加装置的形式协同便携设备工作，集供电、散热、保护便携设备不受损坏等功能于一体，同时降低了燃料电池的成本和体积重量，其描述的技术方案适用范围广，对于有供电，散热以及支撑功能需求的便携设备均适用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，例如，其尾气混合罐以及图中未画出的燃料电池反应部，其在燃料电池中的位置只要安排合理均可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1. 一种应用于便携设备的燃料电池供电装置，包括燃料电池供应部，其特征在于，进一步包括导热元件、热风流路；
热风流路将便携设备产生的热风送往燃料电池供应部，以对燃料电池供应部中的燃料进行预热；
导热元件与便携设备相接触，将便携设备散发的热量传导给燃料电池供应部，以对燃料电池供应部中的燃料进行预热。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热风流路中进一步包括风泵，风泵控制热风流路中的热风的流通方向。
3. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热风由热风收集系统在便携设备出风口处收集，并输入到热风流路中。
4. 根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述热风收集系统包括导风结构、抽风风扇；该抽风风扇位于热风流路入口处。
5. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述导热元件位于便携设备底部，且支撑便携设备。
6. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热风流路与尾气混合罐连通，通过管道连接燃料电池反应部。
7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述热风流路将便携设备产生的一部分热风送往燃料电池尾气混合部，以加速燃料电池反应物水的排出。
8. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述燃料电池供电装置的内部空间中进一步包括内置风扇，该内置风扇控制内部空间的空气流动方向和速度。
9. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括一个备用电池，在便携设备启动时，该备用电池在便携设备开启时为便携设备提供电力，并在燃料电池供电装置正常运行后停止提供电力。
10. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述燃料电池供电装置正常运行后，提供电力为备用电池充电。
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