CN110416663A - 一种金属燃料电池的液路循环系统与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种金属燃料电池的液路循环系统，液路循环系统包括电堆、阀门、电解液箱和循环泵，阀门的一端与电堆的出液口连接，阀门的另一端与电解液箱连接；电解液箱内设有与其自身连接的过滤组件；电解液箱与循环泵的吸入口连接，循环泵的排出口与电堆的进液口连接。本发明还提供了该系统的液路循环方法。本发明通过电解液箱内设置的过滤组件过滤由于电解液温度超过电化学产物的临界温度时产生的固态絮状物，从而使得循环泵将过滤后的电解液泵入电堆，为液路循环提供动力。本发明不仅使得液路循环的可靠性提高，而且解决了固态絮状物对于金属燃料电池的使用寿命和发电性能的影响。

Description

一种金属燃料电池的液路循环系统与方法
技术领域
本发明涉及金属燃料电池领域，特别涉及一种金属燃料电池的液路循环系统与方法。
背景技术
金属燃料电池是目前最具实用性的无污染移动电能生产装置，可为电动车辆工业以及任何需要大容量移动电源的地方带来高能量、大功率、低成本的绿色动力。金属燃料电池的生产与应用对促进我国电动汽车产业的快速发展、解决石油资源短缺和城市环境污染具有极其重要的经济效益和社会效益。
金属燃料电池发电时以活波金属为阳极、空气电极为阴极，在电解液和催化剂共同作用下发生电化学反应而放出电能。以铝电极为例，铝电极：AL+4OH-→AL(OH)4 -+3e-，空气电极：O2+2H2O+4e-→4OH-，总反应：4AL+3O2+4OH-+6H2O→2AL(OH)4→AL2O3+H2O，随着电化学过程的持续散热，当电解液温度超过一定的临界温度时，电化学产物AL2O3将会由液态逐渐转变为固态絮状物，这时金属阳极、空气电极和管道均会粘附到固态絮状物，从而影响发电性能。但是，常规的过滤装置在清理滤渣的过程中循环泵仍处于正常工作状态，这时固态絮状物仍然会随着电解液进入电堆内部。由于滤渣粘度较大，清理滤渣的时间越长，粘附在金属阳极、空气电极和管道的固态絮状物就越多，液路循环的可靠性越差，对于金属燃料电池的使用寿命和发电性能影响也就越多。
因此，现有技术中迫切地需要一种金属燃料电池的液路循环系统与方法,以解决在电解液温度超过一定的临界温度时，固态絮状物对于金属燃料电池的使用寿命和发电性能的影响，提高液路循环的可靠性。
发明内容
(一)发明目的
为克服上述现有技术存在的至少一种缺陷，本发明提供了一种金属燃料电池的液路循环系统与方法。不仅能够使得液路循环的可靠性提高，而且能够解决固态絮状物对于金属燃料电池的使用寿命和发电性能的影响。
(二)技术方案
作为本发明的第一方面，本发明公开了一种金属燃料电池的液路循环系统，包括：电堆、阀门、电解液箱和循环泵；
所述阀门的一端与所述电堆的出液口连接，所述阀门的另一端与所述电解液箱连接；
所述电解液箱内设有与其自身连接的过滤组件；
所述电解液箱与所述循环泵的吸入口连接，所述循环泵的排出口与所述电堆的进液口连接。
一种可能的实施方式中，所述阀门包括：第一阀门和第二阀门；所述第一阀门的另一端与所述电解液箱连接，所述第二阀门的另一端与所述过滤组件的入口端连接。
一种可能的实施方式中，所述阀门包括：第一阀门和第二阀门；所述过滤组件包括：第一过滤器和第二过滤器；所述第一阀门的另一端与所述第一过滤器的入口端连接，所述第二阀门的另一端与所述第二过滤器的入口端连接。
一种可能的实施方式中，所述过滤组件与所述电解液箱的壳体通过轨道连接。
一种可能的实施方式中，所述阀门包括：电磁阀。
作为本发明的第二方面，本发明公开了一种金属燃料电池的液路循环方法，包括以下步骤：
电堆的出液口排出电解液至阀门，所述阀门控制所述电解液到达电解液箱；
所述电解液箱内的过滤组件过滤所述电解液内的固态絮状物；
所述电解液箱内的所述电解液通过循环泵的吸入口进入所述循环泵，进而通过所述循环泵的排出口进入所述电堆内。
一种可能的实施方式中，所述阀门包括：第一阀门和第二阀门；所述电解液通过所述第一阀门至所述电解液箱内，所述电解液通过所述第二阀门到达所述过滤组件内。
一种可能的实施方式中，所述阀门包括：第一阀门和第二阀门；所述过滤组件包括：第一过滤器和第二过滤器；所述电解液通过所述第一阀门到达所述第一过滤器内，所述电解液通过所述第二阀门到达所述第二过滤器内。
一种可能的实施方式中，所述过滤组件与所述电解液箱的壳体通过轨道连接。
一种可能的实施方式中，所述阀门包括：电磁阀。
(三)有益效果
本发明提供的一种金属燃料电池的液路循环系统与方法，通过在电解液箱内设置过滤组件过滤当电解液温度超过电化学产物的临界温度时产生的固态絮状物，使得液路循环的可靠性提高，解决了固态絮状物对于金属燃料电池的使用寿命和发电性能的影响。
本发明提供的一种金属燃料电池的液路循环系统与方法，通过在电解液箱内部设置过滤组件，从而使得第一阀门与电解液箱连接，第二阀门与过滤组件连接，在电解液温度超过临界温度后，固态絮状物可以经过滤组件过滤，以避免金属阳极、空气电极和管道不必要的粘附，提升发电性能。
本发明提供的一种金属燃料电池的液路循环系统与方法，可以由第一阀门与第一过滤器连接，第二阀门与第二过滤器连接。过滤组件(第一过滤器和第二过滤器)采取冗余设计，能够提高系统的可靠性；互为主备交替式过滤，无需考虑温度因素对电解液的影响，即电解液温度小于临界温度时电解液正常循环，电解液温度超过临界温度时电解液内固态絮状物无缝过滤，提高了系统的使用寿命，保证电能高品质持续输出。
本发明提供的一种金属燃料电池的液路循环系统与方法，能够通过外部把手将过滤网从电解液箱中抽出，便于固态絮状物的清理、提高更换效率；所述阀门可以为电磁阀，便于实现自动控制。
附图说明
以下参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释和说明本发明，而不能理解为对本发明的保护范围的限制。
图1是本发明提供的一种金属燃料电池的液路循环系统设置单一过滤器的结构示意图。
图2是本发明提供的一种金属燃料电池的液路循环系统设置双过滤器的结构示意图。
图3是本发明提供的一种金属燃料电池的液路循环系统存在单一过滤器的流程示意图。
图4是本发明提供的一种金属燃料电池的液路循环系统存在双过滤器的流程示意图。
图5是本发明提供的一种金属燃料电池的液路循环系统存在双过滤器的流程示意图。
图6是本发明提供的一种金属燃料电池的液路循环方法的流程示意图。
附图标记：
101 电堆
103 第一阀门
102 第二阀门
104 过滤器
204 第一过滤器
205 第二过滤器
106 电解液箱
107 循环泵
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
需要说明的是：在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，均仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
下面参考图1和图3详细描述本发明提供的一种金属燃料电池的液路循环系统的第一实施例。如图1和图3所示，本实施例提供的液路循环系统主要包括有：电堆、阀门、电解液箱及循环泵等。
阀门的一端与电堆的出液口连接，阀门的另一端与电解液箱连接。电堆可以由金属阳极和空气电极组成，从而构成金属燃料电池的发电单元；阀门可以控制由电堆的出液口流出的电解液是否能够到达电解液箱内。
电解液箱内设有与其自身连接的过滤组件。电解液箱用于储存电解液，并使得自身内部连接的过滤组件能够过滤电化学反应过程中超过临界温度而产生的固态絮状物，以避免固态絮状物粘附在金属阳极、空气电极和管道上造成液路循环的可靠性差以及影响金属燃料电池的使用寿命和发电性能的现象。
电解液箱与循环泵的吸入口连接，循环泵的排出口与电堆的进液口连接。循环泵将过滤后的电解液泵入电堆，为液路循环提供动力。
其中，阀门包括：第一阀门和第二阀门；第一阀门的另一端与电解液箱连接，第二阀门的另一端与过滤组件的入口端连接。该过滤组件可以包括单一过滤器。为了保障电化学反应的连续性，内置于电解液箱的过滤器采用分层抽出式设计，以过滤网为界，上层为过滤区，下层为碱液区。图1为由电堆101、第一阀门103、第二阀门102、过滤器104、电解液箱106和循环泵107构成的金属燃料电池的液路循环装置的结构示意图。如图3所示，在循环泵启动时第一阀门打开、第二阀门关闭，电堆进入发电模式,此时电解液可以通过第一阀门到达电解液箱内。随着电化学反应的进行，电解液温度逐渐升高，当电解液温度超过电化学产物的临界温度时，第一阀门关闭、第二阀门打开，此时电解液可以通过第二阀门到达过滤器，电解液内存在的固态絮状物会被过滤在过滤区内。随着固态絮状物的堆积，第二阀门管道流量降低，第二阀门管道压力增大，当第二阀门管道压力大于临界压力时，第一阀门打开、第二阀门关闭，此时可以通过电解液箱外部把手将过滤器的过滤网抽出，倒出固态絮状物后重新装入电解液箱，同时第二阀门打开、第一阀门关闭继续进行固态絮状物的过滤。在更换过滤网时，仅需通过外部把手将过滤网从电解液箱抽出即可，便于固态絮状物的清理、提高更换效率。
其中，过滤组件与电解液箱的壳体通过轨道连接。
其中，阀门包括：电磁阀，便于实现自动控制。
本发明通过第一阀门和第二阀门与电堆连接，进而通过第一阀门与电解液箱连接、第二阀门与过滤组件连接，使得电解液在由电堆到达电解液箱时，能够由于第一阀门和第二阀门的控制通过过滤器过滤电解液温度超过电化学产物的临界温度时产生的固态絮状物，从而使得循环泵将过滤后的电解液泵入电堆为液路循环提供动力。不仅使得液路循环的可靠性提高，而且解决了固态絮状物对于金属燃料电池的使用寿命和发电性能的影响。
下面参考图2、图4和图5详细描述本发明提供的一种金属燃料电池的液路循环系统的第二实施例。如图2、图4和图5所示，本实施例提供的液路循环系统主要包括有：电堆、阀门、电解液箱和循环泵。
阀门的一端与电堆的出液口连接，阀门的另一端与电解液箱连接。电堆可以由金属阳极和空气电极组成，从而构成金属燃料电池的发电单元；阀门可以控制由电堆的出液口流出的电解液是否能够到达电解液箱内。
电解液箱内设有与其自身连接的过滤组件。电解液箱用于储存电解液，并使得自身内部连接的过滤组件能够过滤电化学反应过程中超过临界温度而产生的固态絮状物，以避免固态絮状物粘附在金属阳极、空气电极和管道上造成液路循环的可靠性差以及影响金属燃料电池的使用寿命和发电性能的现象。
电解液箱与循环泵的吸入口连接，循环泵的排出口与电堆的进液口连接。循环泵将过滤后的电解液泵入电堆，为液路循环提供动力。
其中，阀门包括：第一阀门和第二阀门；过滤组件包括：第一过滤器和第二过滤器；第一阀门的另一端与第一过滤器的入口端连接，第二阀门的另一端与第二过滤器的入口端连接。该过滤组件包括双过滤器，即第一过滤器和第二过滤器。作为改进的技术方案，与单过滤器必须同时考虑温度和压力因素的情形不同，本实施例的双过滤器方式能够实现不间断过滤，即在一个过滤器由于温度或压力等因素无法高效工作时，可通过另一个过滤器无缝衔接地完成过滤，双过滤器可根据实际情况交替地工作，从而显著增强了整个液路循环系统的可靠性，并显著提高了金属燃料电池的性能和寿命。
为了保证电化学反应的连续性，内置于电解液箱的过滤组件可以采用冗余设计，将第一过滤器和第二过滤器并行排列，第一过滤器和第二过滤器均采用分层抽出式设计，以过滤网为界，上层为过滤区，下层为碱液区。图2为由电堆101、第一阀门103、第二阀门102、第一过滤器204、第二过滤器205、电解液箱106和循环泵107构成的金属燃料电池的又一液路循环装置的结构示意图。如图4所示，设定第一阀门的优先级高于第二阀门。在循环泵启动时第一阀门打开、第二阀门关闭，电堆进入正常的发电模式，此时电解液可以通过第一阀门到达第一过滤器。随着电化学反应的持续放热，电解液温度逐渐升高，当电解液温度超过电化学产物的临界温度时，固态絮状物会被过滤在第一过滤器的过滤区内。随着固态絮状物的堆积，第一阀门管道流量降低，第一阀门管道压力增大。当第一阀门管道压力达到临界压力时第二阀门打开、第一阀门关闭，电解液可以通过第二阀门到达第二过滤器，固态絮状物会被过滤在第二过滤器的过滤区内，可以通过电解液箱外部把手将第一过滤器的过滤网抽出，倒出固态絮状物后重新装入电解液箱；这时在第二阀门管道压力大于临界压力时第一阀门打开、第二阀门关闭，电解液可以通过第一阀门到达第一过滤器，固态絮状物会被过滤在第一过滤器的过滤区内，可以通过电解液箱外部把手将第二过滤器的过滤网抽出，倒出固态絮状物后重新装入电解液箱。
同理，若设定第二阀门的优先级高于第一阀门，那么在循环泵启动时第二阀门打开、第一阀门关闭。
图5为电解液流经第一过滤器和第二过滤器的流程示意图。
上述内置于电解液箱的过滤组件采取冗余设计，提高了系统的可靠性；在整个过滤过程中，通过第一过滤器和第二过滤器交替式过滤，无需考虑温度因素对电解液的影响，在电解液温度小于临界温度时电解液正常循环，在电解液温度超过临界温度时电解液内的固态絮状物无缝过滤，提高了系统的使用寿命，保证电能高品质持续输出。
在更换过滤网时，仅需通过外部把手将过滤网从电解液箱抽出即可，便于固态絮状物的清理、提高更换效率。
其中，过滤组件与电解液箱的壳体通过轨道连接。
其中，阀门包括：电磁阀，便于实现自动控制。
本发明通过第一阀门和第二阀门与电堆连接，进而通过第一阀门与第一过滤器连接、第二阀门与第二过滤器连接，使得电解液在由电堆到达电解液箱内的过程中，电解液能够通过第一过滤器或第二过滤器过滤电解液内的固态絮状物，而无需考虑温度因素对电解液的影响。不仅使得液路循环的可靠性提高，而且解决了固态絮状物对于金属燃料电池的使用寿命和发电性能的影响。
下面参考图6详细描述本发明提供的一种金属燃料电池的液路循环方法的第一实施例。如图6所示，本实施例提供的液路循环方法主要包括有：步骤1、步骤2和步骤3。
步骤1，电堆的出液口排出电解液至阀门，阀门控制电解液到达电解液箱；
步骤2，电解液箱内的过滤组件过滤电解液内的固态絮状物；
步骤3，电解液箱内的电解液通过循环泵的吸入口进入循环泵，进而通过循环泵的排出口进入电堆内。
其中，阀门包括：第一阀门和第二阀门；电解液通过第一阀门至电解液箱内，电解液通过第二阀门到达过滤组件内。
其中，阀门包括：第一阀门和第二阀门；过滤组件包括：第一过滤器和第二过滤器；电解液通过第一阀门到达第一过滤器内，电解液通过第二阀门到达第二过滤器内。
其中，过滤组件与电解液箱的壳体通过轨道连接。
其中，阀门包括：电磁阀。
本发明通过第一阀门和第二阀门的控制使得过滤组件能够过滤电解液温度超过电化学产物的临界温度时产生的固态絮状物，从而使得循环泵将过滤后的电解液泵入电堆为液路循环提供动力。不仅使得液路循环的可靠性提高，而且解决了固态絮状物对于金属燃料电池的使用寿命和发电性能的影响。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种金属燃料电池的液路循环系统，其特征在于，包括：电堆、阀门、电解液箱和循环泵；
所述阀门的一端与所述电堆的出液口连接，所述阀门的另一端与所述电解液箱连接；
所述电解液箱内设有与其自身连接的过滤组件；
所述电解液箱与所述循环泵的吸入口连接，所述循环泵的排出口与所述电堆的进液口连接。
2.根据权利要求1所述的液路循环系统，其特征在于，所述阀门包括：第一阀门和第二阀门；所述第一阀门的另一端与所述电解液箱连接，所述第二阀门的另一端与所述过滤组件的入口端连接。
3.根据权利要求1所述的液路循环系统，其特征在于，所述阀门包括：第一阀门和第二阀门；所述过滤组件包括：第一过滤器和第二过滤器；所述第一阀门的另一端与所述第一过滤器的入口端连接，所述第二阀门的另一端与所述第二过滤器的入口端连接。
4.根据权利要求1所述的液路循环系统，其特征在于，所述过滤组件与所述电解液箱的壳体通过轨道连接。
5.根据权利要求1所述的液路循环系统，其特征在于，所述阀门包括：电磁阀。
6.一种金属燃料电池的液路循环方法，其特征在于，包括：
电堆的出液口排出电解液至阀门，所述阀门控制所述电解液到达电解液箱；
所述电解液箱内的过滤组件过滤所述电解液内的固态絮状物；
所述电解液箱内的所述电解液通过循环泵的吸入口进入所述循环泵，进而通过所述循环泵的排出口进入所述电堆内。
7.根据权利要求6所述的液路循环方法，其特征在于，所述阀门包括：第一阀门和第二阀门；所述电解液通过所述第一阀门至所述电解液箱内，所述电解液通过所述第二阀门到达所述过滤组件内。
8.根据权利要求6所述的液路循环方法，其特征在于，所述阀门包括：第一阀门和第二阀门；所述过滤组件包括：第一过滤器和第二过滤器；所述电解液通过所述第一阀门到达所述第一过滤器内，所述电解液通过所述第二阀门到达所述第二过滤器内。
9.根据权利要求6所述的液路循环方法，其特征在于，所述过滤组件与所述电解液箱的壳体通过轨道连接。
10.根据权利要求6所述的液路循环方法，其特征在于，所述阀门包括：电磁阀。
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