CN111540927A - 金属燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属燃料电池系统，包括：冷却液箱、电解液箱、电堆、冷却液管、电解液管和多个热管，冷却液管和电解液管均为多层S形管，多个热管卡接在每层叠置的冷却液管的水平部和电解液管的水平部上，冷却液管的进液口与冷却液箱的供液口相连，冷却液管的出液口与冷却液箱的回液口相连，冷却液管与冷却液箱之间连接有第一循环泵；电解液管的进液口通过第二循环泵与电解液箱的供液口相连，电解液管的出液口与电堆的进液口相连，电堆的出液口与电解液箱的回液口相连。本发明金属燃料电池系统采用热管和液冷相结合的散热方式，可以在短时间内快速调节电解液温度，显著提高散热降温效率，提高金属燃料电池系统的发电效率。

Description

金属燃料电池系统
技术领域
本发明涉及金属燃料电池领域，更为具体来说，本发明涉及一种金属燃料电池系统。
背景技术
金属燃料电池，顾名思义就是以金属与空气作为电池材料的一种新型电池。它是一种无污染、长效、稳定可靠的电源，是一款对环境十分友好的电池。金属燃料电池具有很大的适应性，既可作动力电池，又能作长寿命高比能的信号电池，是一款十分强大的电池，具有广阔的应用前景。
金属燃料电池利用金属阳极与空气阴极的化学反应发电，反应会放出大量的热，需要及时将反应产生的热量带走，才能保证化学反应在合适的温度范围内，提高发电效率。
现有金属燃料电池系统的散热方式主要为风冷和液冷，目前均采用单一的散热方式，散热效果差，而且风冷散热噪音大、液冷散热体积大。
鉴于前述金属燃料电池系统的散热方式单一、散热效果差等问题，需要一种能快速降温散热、提高金属燃料电池发电效率的散热方式。
发明内容
为解决现有金属燃料电池的散热方式单一、散热效果差等问题，本发明创新地提供了一种金属燃料电池系统，该金属燃料电池系统将热管和液冷两种散热方式结合，可以在短时间内快速调节电解液温度，提高散热降温效率，将金属燃料电池系统的反应温度维持在合适的温度范围内，使化学反应顺利进行，提高发电效率。
为实现上述的技术目的，本发明公开了一种金属燃料电池系统，包括：冷却液箱、电解液箱、电堆、冷却液管、电解液管和多个热管，
所述冷却液管和所述电解液管均为多层S形管，并且所述冷却液管和所述电解液管均包括水平部和连接上下两层水平部的弯曲部，所述冷却液管的水平部与所述电解液管的水平部叠置，所述冷却液管的弯曲部与所述电解液管的弯曲部贴靠；
多个所述热管卡接在每层叠置的冷却液管的水平部和电解液管的水平部上，所述热管呈U型，所述热管包括两个相对设置的水平段和两个水平段之间的弯折段，所述冷却液管的水平部和电解液管的水平部位于所述热管的两个水平段之间；
所述冷却液管的进液口与所述冷却液箱的供液口相连，所述冷却液管的出液口与所述冷却液箱的回液口相连，所述冷却液管与所述冷却液箱之间连接有第一循环泵；所述电解液管的进液口通过第二循环泵与所述电解液箱的供液口相连，所述电解液管的出液口与所述电堆的进液口相连，所述电堆的出液口与所述电解液箱的回液口相连。
进一步地，每层叠置的所述冷却液管的水平部和所述电解液管的水平部中处于上方的水平部上设有用于固定所述热管的固定夹，所述固定夹包括C型架和调节手柄，所述C型架的底部固定在C型架所在的水平部上，所述C型架的顶部设置有通孔，所述通孔设有内螺纹，所述调节手柄包括螺杆和握手部，所述握手部固定在所述螺杆的顶端，所述螺杆与所述通孔螺纹连接，所述握手部位于所述C型架上方。
进一步地，所述螺杆的底端设置有防护垫，所述防护垫的面积大于所述螺杆的横截面积。
进一步地，所述冷却液管和电解液管的管道均呈扁平状。
进一步地，每层叠置的所述冷却液管的水平部和所述电解液管的水平部中处于下方的水平部下表面上设置有用于卡接所述热管的固定槽，所述固定槽的两侧壁呈圆弧状。
进一步地，所述冷却液管的弯曲部和所述电解液管的弯曲部通过U型夹夹紧固定。
进一步地，所述电解液管的弯曲部上设有凹槽型导轨，所述U型夹的一侧固定在所述凹槽型导轨内，所述U型夹的另一侧贴紧在所述冷却液管上。
进一步地，所述热管的两个水平段与所述冷却液管的水平部和所述电解液管的水平部垂直。
进一步地，所述电堆由多个单电池串联组成；所述单电池包括外壳以及所述外壳内部的阴极、金属阳极和置于阴极与金属阳极之间的电解液腔，所述外壳上设有进液口、出液口和排气孔；多个所述单电池的排气孔并联连接汇集后构成所述电堆的氢气排放口，所述氢气排放口设置在所述电堆的壳体上。
进一步地，所述电堆的出液口与所述电解液箱的回液口之间设置有过滤装置和沉淀装置，所述过滤装置的进口与所述电堆的出液口相连，所述过滤装置的出口与所述沉淀装置的进口相连，所述沉淀装置的出口与所述电解液箱的回液口相连。
本发明的有益效果为：
(1)本发明提供的金属燃料电池系统将热管和液冷两种散热方式结合，可以在短时间内快速调节电解液温度，提高散热降温效率，将金属燃料电池的反应温度维持在合适的温度范围内，使化学反应顺利进行，进而提高发电效率。
(2)本发明的冷却液管和电解液管的管道均为扁平状，使液体流动阻力小，增大接触换热面积、提高散热降温效率；冷却液管和电解液管结构紧凑、分层布置，利于通风散热。
(3)本发明的冷却液管和电解液管均为多层S型管，便于组合的同时保证足够的接触换热面积；热管同时对冷却液管和电解液管进行降温，将热管和液冷两种散热方式的效率发挥到最大，使散热效率更高。
(4)本发明的固定夹将热管固定在叠置的冷却液管和电解液管的水平部上，固定稳固，避免热管移动错位，保证热管与冷却液管和电解液管的充分接触，进而保证散热效果。而且，固定夹能适用于多种尺寸热管的固定，能根据散热需要来选择热管的尺寸，达到最佳的散热效果，提高金属燃料电池系统的发电效率。
附图说明
图1为金属燃料电池系统的结构示意图。
图2为热管、冷却液管和电解液管的连接关系示意图。
图3为固定夹的结构示意图。
图4为固定槽的结构示意图。
图5为凹槽型导轨的结构示意图。
图中，
1、热管；2、冷却液管；3、电解液管；4、冷却液箱；5、第一循环泵；6、电解液箱；7、第二循环泵；8、电堆；10、固定槽；20、U型夹；30、凹槽型导轨；40、固定夹；11、热管的水平段；12、热管的弯折段；21、冷却液管的水平部；22、冷却液管的弯曲部；31、电解液管的水平部；32、电解液管的弯曲部；321、电解液管的第一弯曲部；322、电解液管的第二弯曲部；41、C型架；42、调节手柄；421、螺杆；422、握手部；423、防护垫。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明提供的金属燃料电池系统进行详细的解释和说明。
图1为金属燃料电池系统的结构示意图。如图1所示，本实施例具体公开了一种金属燃料电池系统，包括：冷却液箱4、电解液箱6、电堆8、冷却液管2、电解液管3和多个热管1。
如图1和2所示，冷却液管2和电解液管3均为多层S形管，并且冷却液管2和电解液管3均包括水平部和连接上下两层水平部的弯曲部，冷却液管的水平部21与电解液管的水平部31叠置，冷却液管的弯曲部22与电解液管的弯曲部32贴靠。
多个热管1卡接在每层叠置的冷却液管的水平部21和电解液管的水平部31上，热管1之间可以接触、也可以间隔一定距离。热管1呈U型，热管1包括两个相对设置的水平段11和两个水平段之间的弯折段12，冷却液管的水平部21和电解液管的水平部31位于热管1的两个水平段11之间，其中一个水平段11靠近U型内侧的表面与冷却液管的水平部21接触，另一个水平段11靠近U型内侧的表面与电解液管的水平部31接触，热管1对冷却液管2内的冷却液和电解液管3内的电解液进行散热降温。
冷却液管2的进液口与冷却液箱4的供液口相连，冷却液管2的出液口与冷却液箱4的回液口相连，冷却液管2与冷却液箱4之间连接有第一循环泵5，第一循环泵5为冷却液流动提供动力；电解液管3的进液口通过第二循环泵7与电解液箱6的供液口相连，电解液管3的出液口与电堆8的进液口相连，电堆8的出液口与电解液箱6的回液口相连。
在进行发电时，第二循环泵7启动，电解液从电解液箱6流经第二循环泵7，经过热管1和冷却液管2散热，流入电堆8发生化学反应后再流回电解液箱6内。冷却液从冷却液箱4经过第一循环泵5流入冷却液管2内，通过直接接触电解液管3、流动带走电解液的热量进行降温。热管1和冷却液同时对电解液进行降温，提高降温速度。冷却液回路和电解液回路的温差较大，使热管1的散热效率更高。
每层叠置的冷却液管的水平部21和电解液管的水平部31中处于上方的水平部上设有用于固定热管21的固定夹40，在固定夹40的夹持作用和水平部的支撑作用便可实现热管的稳固固定。如图3所示，固定夹40包括C型架41和调节手柄42，C型架41的底部固定在C型架42所在的水平部上，C型架41的顶部设置有通孔，通孔设有内螺纹，调节手柄42包括螺杆421和握手部422，握手部422固定在螺杆421的顶端，螺杆421与通孔螺纹连接，握手部422位于C型架41上方；在固定热管时，向上拧动调节手柄42，使螺杆421向上旋转，然后将热管1置于C型架41内部，向下拧动调节手柄42，使螺杆421的下端抵住热管1，完成热管1的固定。为了便于拧动，固定夹40设置在水平部边缘。固定夹40将热管1固定在叠置的冷却液管和电解液管的水平部上，固定稳固，避免热管移动错位，保证热管与冷却液管和电解液管的充分接触，进而保证散热效果。而且，由于螺杆421旋进C型架41的长度能够调整，使得固定夹40能适用于更多尺寸的热管1，提高了热管1的可选择性，热管1的直径越大，散热效率越高，可根据实际散热需要选择相应直径的热管1，达到最佳的散热效果，提高金属燃料电池系统的发电效率。
优选地，螺杆421的底端设置有防护垫423，防护垫423的面积大于螺杆421的横截面积，在固定热管1时，防护垫423与热管1接触，增大接触面积，避免损坏热管1的同时起到防滑的作用，使热管的固定更加稳固。
每层叠置的冷却液管的水平部21和电解液管的水平部31中处于下方的水平部下表面上设置有用于卡接热管1的固定槽10，如图4所示，固定槽10的两侧壁呈圆弧状，匹配热管1的形状。在采用固定槽10对多个热管1进行固定时，固定槽10的大小根据实际需要设定。可以采用每个固定槽10内固定一个热管的方式，也可以先将多个热管1连接成一体，然后将多个热管1整体固定在固定槽10内。优选地，固定槽10焊接在其所在的水平部上。
冷却液管2和电解液管3的管道均呈扁平状，使液体流动阻力小，而且增大接触换热面积、提高散热降温效率。冷却液管的水平部21和冷却液管的弯曲部22一体成型，电解液管的水平部31和电解液管的弯曲部32一体成型。
优选地，冷却液管2的多个弯曲部的半径相同，电解液管的弯曲部32包括第一弯曲部321和第二弯曲部322，第一弯曲部321和第二弯曲部322交错排列，第一弯曲部321的内径大于冷却液管的弯曲部22的外径，第一弯曲部321包围在冷却液管的弯曲部22的外部，第二弯曲部322的外径小于冷却液管的弯曲部22的内径，第二弯曲部322被冷却液管的弯曲部22包围。
冷却液管的弯曲部22和电解液管的弯曲部32通过U型夹20夹紧固定，使结构更加紧凑，散热效果更好。
电解液管的弯曲部32上设有凹槽型导轨30，凹槽型导轨30的结构如图5所示。U型夹20的一侧固定在凹槽型导轨30内，U型夹20的另一侧贴紧在冷却液管2上。凹槽型导轨30避免U型夹20的滑动，使U型夹20固定更加牢固，使电解液管3与冷却液管2紧挨着，增强散热效果。更优选地，凹槽型导轨30设置在包围在冷却液管的弯曲部22外部的电解液管的弯曲部32的外表面上，即第一弯曲部321的外表面上。
热管1的两个水平段11与冷却液管的水平部21和电解液管的水平部31垂直，热管1的弯折段12尽可能靠近冷却液管2和电解液管3，增强散热效果，同时也便于安装。
电堆8由多个单电池串联组成；单电池包括外壳以及外壳内部的阴极、金属阳极和置于阴极与金属阳极之间的电解液腔，外壳上设有进液口、出液口和排气孔；进入电堆8的电解液依次经过多个串联的单电池参与化学反应进行发电，然后电堆的出液口流回到电解液箱中。多个单电池的排气孔并联连接汇集后构成电堆的氢气排放口，氢气排放口设置在电堆的壳体上，化学反应析出的氢气经氢气排放口排出，或经收集后通过反应生成液态水，将生成的液态水补充到电解液箱中配置电解液，实现循环利用。
电堆8的出液口与电解液箱6的回液口之间设置有过滤装置和沉淀装置，过滤装置的进口与电堆8的出液口相连，过滤装置的出口与沉淀装置的进口相连，沉淀装置的进口与电解液箱6的回液口相连。过滤装置为过滤器，对回流的电解液进行过滤，沉淀装置对过滤的杂质进行沉淀收集，回收利用。过滤后的电解液流回到电解液箱中，继续参与化学反应发电，保证发电效率。
本发明的金属燃料电池系统采用一种新的散热方式，将热管1和液冷两种散热方式结合，将两种散热方式的散热效果发挥到最大，可以在短时间内快速调节电解液温度，显著提高散热效率，使金属燃料电池的反应温度维持在合适的温度范围内，使化学反应顺利进行，提高发电效率。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，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的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“本实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任至少一个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种金属燃料电池系统，其特征在于，包括：冷却液箱(4)、电解液箱(6)、电堆(8)、冷却液管(2)、电解液管(3)和多个热管(1)，
所述冷却液管(2)和所述电解液管(3)均为多层S形管，并且所述冷却液管(2)和所述电解液管(3)均包括水平部和连接上下两层水平部的弯曲部，所述冷却液管的水平部(21)与所述电解液管的水平部(31)叠置，所述冷却液管的弯曲部(22)与所述电解液管的弯曲部(32)贴靠；
多个所述热管(1)卡接在每层叠置的冷却液管的水平部(21)和电解液管的水平部(31)上，所述热管(1)呈U型，所述热管(1)包括两个相对设置的水平段(11)和两个水平段之间的弯折段(12)，所述冷却液管的水平部(21)和电解液管的水平部(31)位于所述热管(1)的两个水平段(11)之间；
所述冷却液管(2)的进液口与所述冷却液箱(4)的供液口相连，所述冷却液管(2)的出液口与所述冷却液箱(4)的回液口相连，所述冷却液管(2)与所述冷却液箱(4)之间连接有第一循环泵(5)；所述电解液管(3)的进液口通过第二循环泵(7)与所述电解液箱(6)的供液口相连，所述电解液管(3)的出液口与所述电堆(8)的进液口相连，所述电堆(8)的出液口与所述电解液箱(6)的回液口相连。
2.根据权利要求1所述的金属燃料电池系统，其特征在于，每层叠置的所述冷却液管的水平部(21)和所述电解液管的水平部(31)中处于上方的水平部上设有用于固定所述热管(21)的固定夹(40)，所述固定夹(40)包括C型架(41)和调节手柄(42)，所述C型架(41)的底部固定在C型架(42)所在的水平部上，所述C型架(41)的顶部设置有通孔，所述通孔设有内螺纹，所述调节手柄(42)包括螺杆(421)和握手部(422)，所述握手部(422)固定在所述螺杆(421)的顶端，所述螺杆(421)与所述通孔螺纹连接，所述握手部(422)位于所述C型架(41)上方。
3.根据权利要求2所述的金属燃料电池系统，其特征在于，所述螺杆(421)的底端设置有防护垫(423)，所述防护垫(423)的面积大于所述螺杆(421)的横截面积。
4.根据权利要求1所述的金属燃料电池系统，其特征在于，所述冷却液管(2)和电解液管(3)的管道均呈扁平状。
5.根据权利要求1或3所述的金属燃料电池系统，其特征在于，每层叠置的所述冷却液管的水平部(21)和所述电解液管的水平部(31)中处于下方的水平部下表面上设置有用于卡接所述热管(1)的固定槽(10)，所述固定槽(10)的两侧壁呈圆弧状。
6.根据权利要求1所述的金属燃料电池系统，其特征在于，所述冷却液管的弯曲部(22)和所述电解液管的弯曲部(32)通过U型夹(20)夹紧固定。
7.根据权利要求6所述的金属燃料电池系统，其特征在于，所述电解液管的弯曲部(32)上设有凹槽型导轨(30)，所述U型夹(20)的一侧固定在所述凹槽型导轨(30)内，所述U型夹(20)的另一侧贴紧在所述冷却液管(2)上。
8.根据权利要求1所述的金属燃料电池系统，其特征在于，所述热管(1)的两个水平段(11)与所述冷却液管的水平部(21)和所述电解液管的水平部(31)垂直。
9.根据权利要求1所述的金属燃料电池系统，其特征在于，所述电堆(8)由多个单电池串联组成；所述单电池包括外壳以及所述外壳内部的阴极、金属阳极和置于阴极与金属阳极之间的电解液腔，所述外壳上设有进液口、出液口和排气孔；多个所述单电池的排气孔并联连接汇集后构成所述电堆的氢气排放口，所述氢气排放口设置在所述电堆的壳体上。
10.根据权利要求1所述的金属燃料电池系统，其特征在于，所述电堆(8)的出液口与所述电解液箱(6)的回液口之间设置有过滤装置和沉淀装置，所述过滤装置的进口与所述电堆(8)的出液口相连，所述过滤装置的出口与所述沉淀装置的进口相连，所述沉淀装置的出口与所述电解液箱(6)的回液口相连。
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