CN114649543A - 一种用于直接甲醇燃料电池电源系统的热管理装置 - Google Patents

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刘长鹏
葛君杰
梁亮
金钊
刘世伟
王晨
侯帅
张弘
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Abstract

本发明涉及一种用于直接甲醇燃料电池电源系统的热管理装置，属于直接甲醇燃料电池技术领域。本发明的热管理装置包括：冷凝器、气泵、导风板、散热风扇、电源外壳、通风管道、及第一导热铜管；所述气泵给燃料电池电堆提供氧气用以发电；所述冷凝器与燃料电池系统的电源外壳通过第一导热铜管连接；所述导风板配合通风管道，使空气气流进入气泵之前从冷凝器上吹过，利用气泵入口的空气气流实现冷凝器的风冷降温；当所述冷凝器冷凝不足时配合散热风扇间歇使用。本发明的用于直接甲醇燃料电池电源系统的热管理装置，该装置具有高效冷凝散热的特点，并将燃料电池工作过程中产生的热量加以利用，能够提升燃料电池系统的工作效率。

Description

一种用于直接甲醇燃料电池电源系统的热管理装置
技术领域
本发明属于直接甲醇燃料电池技术领域，具体涉及一种用于直接甲醇燃料电池电源系统的热管理装置。
背景技术
直接甲醇燃料电池是一种将化学能转化为电能的发电装置，作为新一代电源技术在便携式电源和电力牵引应用方面具有十分广阔的前景。然而由于质子交换膜的特性，在发电过程中不可避免的产生甲醇透过现象，进而导致阴极混合过电位，并产生大量的热，不断升高的温度会提升甲醇透过率，进而导致更多的热产生，这不仅造成了大量的甲醇浪费同时也形成了阴极混合过电位，使燃料电池的性能大幅下降。因此，为了保证直接甲醇燃料电池电源系统的运行和提高其性能，必须建立一个高效的冷却系统。
在目前的电源系统中，由于系统内部体积的限制，冷凝器体积往往不够大，散热量不足，这样就要通过大量的风冷或水冷循环来弥补，从而浪费了很多电能，降低了燃料电池电源系统的效率。另外，即使系统内部空间足够大，在甲醇溶液和环境下使用时，铜、铁等金属不能使用，塑料类聚合物材质导热性能又不够，只能使用不锈钢来制作冷凝器，这样冷凝器往往比较沉重，增加了电源系统的重量，对于燃料电池便携电源的应用方向产生了十分不利的影响。
温度过低也会对直接甲醇燃料电池产生不利的影响，低温会降低电池内部催化剂的活性，导致电池性能下降，系统效率大幅降低。尤其在低温环境下使用时，冰冷的空气进入阴极，将极大延长系统的启动时间。
发明内容
本发明要解决现有技术中的技术问题，提供一种用于直接甲醇燃料电池电源系统的热管理装置，该装置具有高效冷凝散热的特点，并将燃料电池工作过程中产生的热量加以利用，能够提升燃料电池系统的工作效率。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：
本发明提供一种用于直接甲醇燃料电池电源系统的热管理装置，包括：
冷凝器、气泵、导风板、散热风扇、电源外壳、通风管道、及第一导热铜管；
所述气泵给燃料电池电堆提供氧气用以发电；
所述冷凝器与燃料电池系统的电源外壳通过第一导热铜管连接；
所述导风板配合通风管道，使空气气流进入气泵之前从冷凝器上吹过，利用气泵入口的空气气流实现冷凝器的风冷降温；当所述冷凝器冷凝不足时配合散热风扇间歇使用。
在上述技术方案中，所述冷凝器包括：冷凝管、翅片、第二导热铜管、及冷凝管入口；
燃料电池电堆尾气由所述冷凝管入口进入所述冷凝管，冷凝风通过翅片带走一部分热量，所述第二导热铜管利用垂直面与燃料电池系统的电源外壳连接，用以快速散热。
在上述技术方案中，根据燃料电池电源系统的散热量需求可以适当增加或减少第一导热铜管或者第二导热铜管与电源外壳的连接面积，以匹配应用场景。
在上述技术方案中，所述电源外壳为金属材质。
在上述技术方案中，将本发明的热管理装置用于50w级直接甲醇燃料电池系统中，散热消耗电量降低38％，消耗甲醇减少8.2g。
本发明的有益效果是：
本发明的用于直接甲醇燃料电池电源系统的热管理装置，该装置包含了高效、轻质的冷凝器，并通过结构上的设计将燃料电池产生的热量加以利用实现的。
本发明的用于直接甲醇燃料电池电源系统的热管理装置，该装置具有高效冷凝散热的特点，并将燃料电池工作过程中产生的热量加以利用，能够提升燃料电池系统的工作效率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明的用于直接甲醇燃料电池电源系统的热管理装置结构示意图。
图2为冷凝器的结构示意图。
图3为冷凝器另一角度的结构示意图。
图中的附图标记表示为：
1-冷凝器、2-气泵、3-导风板、4-散热风扇、5-电源外壳、6-通风管道，7-第一导热铜管、8-空气气流、9-冷凝管、10-翅片、11-第二导热铜管、12-冷凝管入口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做以详细说明。
结合图1具体说明本发明提供的用于直接甲醇燃料电池电源系统的热管理装置，包括：冷凝器1、气泵2、导风板3、散热风扇4、电源外壳5、通风管道6、及第一导热铜管7。
在直接甲醇燃料电池系统中，所述气泵2给燃料电池电堆提供氧气用以发电，是燃料电池系统中必备部件；所述导风板3配合通风管道6，使空气气流8进入气泵2之前从冷凝器1上吹过，利用气泵2的入口空气气流8实现冷凝器1的风冷降温，能够大大节省散热风扇4的使用，从而节约电能，提升直接甲醇燃料电池系统的发电效率。
当外部环境温度较低时，进入到电堆的空气过冷，会导致电堆性能下降，发电效率降低，本发明使用的风冷方式，能够利用冷凝器1的温度为空气气流8加热，使电堆能够更快的达到所需要的额定电能输出。
在直接甲醇燃料电池系统中，冷凝器1的体积往往受到限制而导致冷凝不足，本发明将冷凝器1与燃料电池系统的电源外壳5通过第一导热铜管7连接，利用金属电源外壳5金属材质导热快、对外接触面积大等特点，减小了冷凝器1的体积、重量，提升冷凝效果，进而提高燃料电池系统的比能量。
冷凝器1的结构如图2-3所示，所述冷凝器1包括：冷凝管9、翅片10、第二导热铜管11、及冷凝管入口12；燃料电池电堆尾气由冷凝管入口12进入冷凝管9中，冷凝风通过翅片10带走一部分热量，第二导热铜管11利用垂直面与燃料电池系统的金属电源外壳5连接，用以快速散热。在一定条件下，根据燃料电池电源系统的散热量需求可以适当增加或减少第一导热铜管7或者第二导热铜管11与电源外壳5的连接面积，以匹配应用的场景。当冷凝器1冷凝不足时可以配合散热风扇4间歇使用。
将本发明的热管理装置应用于50w级直接甲醇燃料电池系统中，系统以50w的额定功率连续对外做功10小时，以常用的冷凝方式，系统质量为8.6kg，其中冷凝器质量0.55kg，体积0.585L，散热消耗电量30.2Wh，消耗甲醇燃料0.3058kg。使用本发明的散热方式后，如图2中，冷凝器质量0.304kg减少44.7％，体积0.23L减少60.7％，散热消耗电量18.7Wh降低38％，消耗甲醇0.2976kg减少8.2g。
本发明的用于直接甲醇燃料电池电源系统的热管理装置具有高效冷凝散热的特点，并将燃料电池工作过程中产生的热量加以利用，能够提升燃料电池系统的工作效率。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种用于直接甲醇燃料电池电源系统的热管理装置，其特征在于，包括：
冷凝器(1)、气泵(2)、导风板(3)、散热风扇(4)、电源外壳(5)、通风管道(6)、及第一导热铜管(7)；
所述气泵(2)给燃料电池电堆提供氧气用以发电；
所述冷凝器(1)与燃料电池系统的电源外壳(5)通过第一导热铜管(7)连接；
所述导风板(3)配合通风管道(6)，使空气气流(8)进入气泵(2)之前从冷凝器(1)上吹过，利用气泵(2)入口的空气气流(8)实现冷凝器(1)的风冷降温；当所述冷凝器(1)冷凝不足时配合散热风扇(4)间歇使用。
2.根据权利要求1所述的用于直接甲醇燃料电池电源系统的热管理装置，其特征在于，所述冷凝器(1)包括：冷凝管(9)、翅片(10)、第二导热铜管(11)、及冷凝管入口(12)；
燃料电池电堆尾气由所述冷凝管入口(12)进入所述冷凝管(9)，冷凝风通过翅片(10)带走一部分热量，所述第二导热铜管(11)利用垂直面与燃料电池系统的电源外壳(5)连接，用以快速散热。
3.根据权利要求1所述的用于直接甲醇燃料电池电源系统的热管理装置，其特征在于，根据燃料电池电源系统的散热量需求可以适当增加或减少第一导热铜管(7)或者第二导热铜管(11)与电源外壳(5)的连接面积，以匹配应用场景。
4.根据权利要求1所述的用于直接甲醇燃料电池电源系统的热管理装置，其特征在于，所述电源外壳(5)为金属材质。
5.根据权利要求1所述的用于直接甲醇燃料电池电源系统的热管理装置，其特征在于，所述热管理装置用于50w级直接甲醇燃料电池系统中，散热消耗电量降低38％，消耗甲醇减少8.2g。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201570541U (zh) * 2009-07-02 2010-09-01 中国科学院长春应用化学研究所 一种采用纯甲醇进料方式的被动式直接甲醇燃料电池
CN102361088A (zh) * 2011-11-02 2012-02-22 中国科学院长春应用化学研究所 直接甲醇燃料电池的膜电极复合体及其制备方法和直接甲醇燃料电池
CN102522585A (zh) * 2012-01-05 2012-06-27 中国科学院长春应用化学研究所 直接醇类燃料电池发电系统
CN103066307A (zh) * 2013-01-15 2013-04-24 中国科学院长春应用化学研究所 一种自呼吸直接甲醇燃料电池
CN107401931A (zh) * 2016-05-19 2017-11-28 拜默实验设备（上海）股份有限公司 一种高效冷凝装置
CN109193010A (zh) * 2018-10-26 2019-01-11 浙江氢谷新能源汽车有限公司 甲醇裂解即时制氢发电系统
CN110571453A (zh) * 2019-08-14 2019-12-13 浙江高成绿能科技有限公司 一种风冷式燃料电池堆的冷却装置
CN210092228U (zh) * 2019-09-12 2020-02-18 江西省科学院能源研究所 一种燃料电池的散热保护壳
CN111211337A (zh) * 2020-03-13 2020-05-29 中国科学院长春应用化学研究所 一种直接甲醇燃料电池系统

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201570541U (zh) * 2009-07-02 2010-09-01 中国科学院长春应用化学研究所 一种采用纯甲醇进料方式的被动式直接甲醇燃料电池
CN102361088A (zh) * 2011-11-02 2012-02-22 中国科学院长春应用化学研究所 直接甲醇燃料电池的膜电极复合体及其制备方法和直接甲醇燃料电池
CN102522585A (zh) * 2012-01-05 2012-06-27 中国科学院长春应用化学研究所 直接醇类燃料电池发电系统
CN103066307A (zh) * 2013-01-15 2013-04-24 中国科学院长春应用化学研究所 一种自呼吸直接甲醇燃料电池
CN107401931A (zh) * 2016-05-19 2017-11-28 拜默实验设备（上海）股份有限公司 一种高效冷凝装置
CN109193010A (zh) * 2018-10-26 2019-01-11 浙江氢谷新能源汽车有限公司 甲醇裂解即时制氢发电系统
CN110571453A (zh) * 2019-08-14 2019-12-13 浙江高成绿能科技有限公司 一种风冷式燃料电池堆的冷却装置
CN210092228U (zh) * 2019-09-12 2020-02-18 江西省科学院能源研究所 一种燃料电池的散热保护壳
CN111211337A (zh) * 2020-03-13 2020-05-29 中国科学院长春应用化学研究所 一种直接甲醇燃料电池系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
夏明智等: "燃料电池汽车散热系统的设计", 《新能源汽车》, pages 3 - 6 *

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