CN117747871A - 燃料电池及其热装置和制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃料电池技术领域，其提供了一种燃料电池及其热装置和制造方法。一种燃料电池热装置包括：壳体，其设有与其内部空间连通的至少两个开孔，包括第一开孔和第二开孔；填料，其设置在壳体内，其表面具有或其内部含有具有发热功能的材料；流体，其经过第一开孔流入所述内部空间并从第二开孔流出；以及流体驱动装置，其经管道与第一开孔和第二开孔连通，为流体流入或流出所述内部空间提供动力；其中，所述燃料电池热装置配置成：所述流体在所述内部空间与填料接触并发生反应以产生热量，该热量经由所述壳体传递至设于该壳体外部的对象设备；或者，所述壳体外部的对象设备产生的热量经由所述壳体传递至所述填料并由流过所述填料的流体带走。

Description

燃料电池及其热装置和制造方法

技术领域

本发明涉及燃料电池，更为具体而言，涉及一种燃料电池热装置以及具有该热装置的燃料电池。

背景技术

质子交换膜燃料电池作为一台“化学发电机”，利用了电解水的逆向反应原理，使氢气（阳极）和氧气（阴极）在催化剂的作用下，通过电化学反应产生电能。

质子交换膜燃料电池的电化学反应发生在电堆系统（以下称“电堆”）中，电堆是质子交换膜燃料电池的发电系统，包括层叠排列的膜电极组件和双极板。

由于膜电极组件只有在有限的工作温度（操作温度）范围内才可以有效发电，因此膜电极组件对温度要求十分苛刻，表现在以下两个方面：

首先，当膜电极组件的温度过高时，会对膜电极组件造成不可逆的损害。当膜电极组件的温度过低时，膜电极组件中的电化学反应速度过慢，无法有效工作发电，用户无法使用。因此使用前必须对其进行加热，使其尽快升温预热达到工作温度下限以减少用户的等待时间。据Juhl Andreasen等人的有关研究表明，采用电加热方式的电堆达到工作温度下限所需要的升温预热时间通常在30-60分钟左右，如此长的等待时间必将严重的影响用户的使用感受，限制燃料电池的应用范围。

另外，膜电极组件工作温度的均匀性对膜电极组件的发电能力也有非常重要的影响。同一膜电极组件不同部位的工作温度应该尽量一致，不同层的膜电极组件之间的工作温度也应该尽量一致。只有在这样的才能更好地发挥膜电极组件的发电能力。

因此，为了保证燃料电池的工作状态有必要对的燃料电池电堆、燃料装置、制氢装置等部件进行加热、散热。

在现有技术中，为燃料电池供热或降温往往采用电加热或者利用冷媒循环的方式进行，需要额外消耗大量电力或者增加热交换器的装置，结构复杂、设备繁多。因此造成了现有技术中的燃料电池电堆启动时间过长、发电能力不佳、制造使用成本高昂，严重影响了用户的使用感受，降低了燃料电池的存在价值，形成了影响燃料电池发展的技术瓶颈。

发明内容

本发明提供了一种预热升温时间短、散热速度快、温度一致性高、结构简单、成本低廉、适用范围广的燃料电池热装置，例如，尤其适用于质子交换膜燃料电池。

一方面，根据本发明的一种实施方式，一种燃料电池热装置包括：

壳体，其具有内部空间，该壳体上设有与所述内部空间连通的至少两个开孔，所述至少两个开孔包括第一开孔和第二开孔；

填料，其设置在所述内部空间内，所述填料的表面具有或其内部含有具有发热功能的材料；

流体，其经过所述第一开孔流入所述内部空间并从所述第二开孔流出；以及

流体驱动装置，其经管道与所述第一开孔和第二开孔连通，为所述流体流入或流出所述内部空间提供动力；

其中，所述燃料电池热装置配置成：所述流体在所述内部空间与所述填料的所述具有发热功能的材料接触并发生反应以产生热量，该热量经由所述壳体传递至设于该壳体外部的对象设备；或者，所述壳体外部的对象设备产生的热量经由所述壳体传递至所述内部空间的填料并由流过所述填料的流体带走。

在本发明的一些实施方式中，所述对象设备包括燃料电池电堆、燃料装置、制氢装置中的至少一个。

在本发明的一些实施方式中，制作所述壳体的材料包括金属材料或非金属材料。在本发明的一些实施方式中，所述金属材料的导热率大于1W/m·K；所述非金属材料的导热率大于1W/m·K。在本发明的一些实施方式中，所述金属材料包括下述至少之一：铜、铁、铝、镍和钛。在本发明的一些实施方式中，所述非金属材料包括下述至少之一：氮化铝、氧化铝、碳化硅和碳。

在本发明的一些实施方式中，制作所述填料的材料包括金属材料或者非金属材料。在本发明的一些实施方式中，所述金属材料的导热率大于1W/m·K；所述非金属材料的导热率大于0.1W/m·K。在本发明的一些实施方式中，所述金属材料包括下述至少之一：泡沫金属、金属波纹填料、金属网。在本发明的一些实施方式中，所述金属材料包括下述至少之一：铜、铁、铝、镍和钛。在本发明的一些实施方式中，所述非金属材料包括下述至少之一：陶瓷、粘土、黏土、沸石、麦饭石、堇青石和碳。在本发明的一些实施方式中，所述陶瓷包括下述至少之一：氮化铝、氧化铝、碳化硅。

在本发明的一些实施方式中，制作所述具有发热功能的材料包含金属材料。在本发明的一些实施方式中，所述金属材料包括下述至少之一：铂、铜、铁、铝、镍、锌。

在本发明的一些实施方式中，所述流体包括液体或气体。在本发明的一些实施方式中，所述液体或气体包含下述至少之一：氢、氧、碳、氮。在本发明的一些实施方式中，所述液体或气体包括下述至少之一：氧气、氮气、氢气、氨、碳氢化合物。在本发明的一些实施方式中，所述碳氢化合物包括下述至少之一：甲醇、乙醇、二甲醚、汽油、柴油。

在本发明的一些实施方式中，所述流体驱动装置包括下述至少之一：泵、风机、风扇、压气机、压缩机。

另一方面，根据本发明的实施方式，一种燃料电池热装置的制造方法包括：

提供壳体，所述壳体具有内部空间，在该壳体上开设与所述内部空间连通的至少两个开孔，所述至少两个开孔包括第一开孔和第二开孔；

提供填料，将其设置在所述内部空间内，所述填料构造成其表面具有或其内部含有具有发热功能的材料；

提供流体驱动装置，其经管道与所述第一开孔和第二开孔连通，配置成驱动流体流入或流出所述内部空间提供动力，以便所述流体经过所述第一开孔流入所述内部空间并从所述第二开孔流出；以及

将所述燃料电池热装置配置成：所述流体在所述内部空间与所述填料的所述具有发热功能的材料接触并发生反应以产生热量，该热量经由所述壳体传递至设于该壳体外部的对象设备；或者，所述壳体外部的对象设备产生的热量经由所述壳体传递至所述内部空间的填料并由流过所述填料的流体带走。

此外，本发明的实施方式还提供了一种燃料电池，可以是诸如质子交换膜燃料电池等，其包括：上述任意一个实施方式所述的燃料电池热装置；以及设置在所述燃料电池热装置外部的对象设备，所述对象设备包括燃料电池电堆、燃料装置、制氢装置中的至少一个。

在本发明的一些实施方式中，所述燃料电池热装置包括至少两个第一燃料电池热装置，其中，所述至少两个第一燃料电池热装置并排设置，在相邻的两个所述第一燃料电池热装置之间设置所述对象设备。

在本发明的一些实施方式中，所述燃料电池热装置包括至少一个第二燃料电池热装置，其中，所述第二燃料电池热装置穿过位于相邻的两个所述第一燃料电池热装置之间的所述对象设备。

在本发明的一些实施方式中，在相邻的两个所述第一燃料电池热装置之间设置有至少两个所述对象设备，对应每一个所述对象设备分别设置有穿过该对象设备的所述第二燃料电池热装置。

在本发明的一些实施方式中，在所述第二燃料电池热装置上还设置有另一对象设备。由此，可以对两种不同的对象设备进行热管理。

在本发明的一些实施方式中，所述对象设备包括管状设备。

根据本发明的实施方式可知，流体在壳体中流经填料，与填料表面或内部的发热材料相接触，产生热量，并将热量通过壳体传递到外部的燃料电池电堆、燃料装置、制氢装置，达到加热目的。另一方面，流体在壳体中流动，与填料相接触，吸收从外部的燃料电池电堆、燃料装置、制氢装置传递到壳体与填料的热量，并通过流体流出壳体而带走热量，达到降温目的。因此实施本发明不仅可以有效地解决燃料电池升温预热时间过长造成的用户等待时间过长的难题，提高燃料电池温度的一致性，还可以降低燃料电池的制造成本和加工难度，扩大燃料电池的适用范围。

本发明实施方式的各个方面、特征、优点等将在下文结合附图进行具体描述。根据以下结合附图的具体描述，本发明的上述方面、特征、优点等将会变得更加清楚。

附图说明

图1是示出了根据本发明一示例性实施方式的燃料电池热装置的立体示意图。

图2是图1所示的示例性实施方式的燃料电池热装置的分解示意图。

图3是示出了根据本发明一示例性实施方式的燃料电池的立体示意图。

图4是示出了根据本发明另一示例性实施方式的燃料电池的立体示意图。

图5是示出了根据本发明另一示例性实施方式的燃料电池的立体示意图。

图6是图5所示的示例性实施方式的燃料电池的侧视图。

图7是示出了根据本发明另一示例性实施方式的燃料电池的立体示意图。

图8是示出了根据本发明另一示例性实施方式的燃料电池的立体示意图。

图9是示出了根据本发明另一示例性实施方式的燃料电池的立体示意图。

图10是示出了根据本发明另一示例性实施方式的燃料电池的立体示意图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图具体描述本发明的示例性实施方式。应当理解，本发明的技术方案可以以各种不同形式体现，并且不应解释为仅限于本文所公开的实施方式。相反，这些实施方式是作为示例来提供的，以便对本发明的公开是透彻而全面的，向本领域技术人员充分传达本发明的各方面和特征。因此，可能不会描述本领域技术人员充分理解本发明的各方面和特征所不必要的过程、元件和技术。除非另有说明，否则在整个附图和文字描述中，类似的附图标记表示类似的元件，因此，可能不会重复相关描述。此外，每个示例性实施方式的特征或方面通常应被视为可用于其他示例性实施方式中的其他类似特征或方面。

以下描述中可使用某些术语，但这些术语并非旨在对本发明进行限制。例如，术语诸如“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“在…上方”和“在…下方”可用于指代参考附图中的方向。术语诸如“正面”、“背面”、“后面”、“侧面”、“外侧”和“内侧”可用于描述部件的各部分在一致但任意的参照系内的取向和/或位置，通过参考对部件的文字描述和相关联的附图可以清楚地了解该部件的取向和/或位置。此类术语可包括上文具体提及的词语、它们的衍生词语以及类似含义的词语。类似地，除非上下文明确指出，否则术语“第一”、“第二”以及其他此类指代结构的数字术语并不意味着次序或顺序。

应当理解，当元件或特征被称为“在另一元件或层上”、“连接到”或“联接到”另一元件或层时，其可直接在另一元件或特征上、连接到或联接到另一元件或特征，或可存在一个或多个中间元件或特征。另外，还应当理解，当元件或特征被称为在两个元件或特征“之间”时，其可为这两个元件或特征之间的唯一元件或特征，或也可存在一个或多个中间元件或特征。

本文使用的术语是为了描述特定实施方式的目的，而非旨在限制本发明。如本文所用，“一”和“一种”旨在也包括复数形式，除非上下文另外明确指明。还应当理解，术语“包含”、“包括”和“具有”在本说明书中使用时用于表示所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的集合的存在或添加。如本文所用，术语“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和所有组合。诸如“…中的至少一个”之类的表达在要素列表之前时修饰整个要素列表，而不是修饰该列表的单独要素。

如本文所用，术语“基本上”、“约”、“大体”和类似术语用作近似术语而不是用作程度术语，并且旨在考虑本领域普通技术人员将认识到的测量值或计算值的固有变化。如本文所用，术语“使用”、“正使用”和“被使用”可被视为分别与术语“利用”、“正利用”和“被利用”同义。

除非另有定义，否则本文使用的所有术语（包括技术和科学术语）具有本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。还应当理解，除非在本文中明确地如此定义，否则术语（诸如在常用词典中定义的那些术语）应被解释为具有与它们在相关领域和/或本说明书的上下文中的含义一致的含义，并且不应以理想化或过于正式的意义来解释。

图1和图2示出了根据本发明一示例性实施方式的燃料电池热装置100。燃料电池热装置100主要用于燃料电池例如质子交换膜燃料电池的热管理，包括对燃料电池的有关部件进行加热或散热。

如图1和图2所示，燃料电池热装置100至少包括壳体110和填料120，填料120设置在壳体110的内部空间。也就是说，壳体110限定出容纳或封装填料120的内部空间。壳体110上设置有与所述内部空间连通的至少两个开孔，例如开孔101、102、103。所述燃料电池热装置100还包括流体，其经过所述开孔101流入壳体110的内部空间并从开孔103流出。壳体110内部的填料120的表面具有或其内部含有具有发热功能的材料，以便所述流体在所述内部空间与所述填料120的所述具有发热功能的材料接触并发生反应以产生热量，该热量经由所述壳体110传递至设于该壳体外部的对象设备；或者，所述壳体外部的对象设备产生的热量经由所述壳体110传递至所述内部空间的填料120并由流过所述填料120的流体带走。所述燃料电池热装置100还包括流体驱动装置，其经管道与壳体110上的开孔连通，为所述流体流入或流出所述壳体110的内部空间提供动力。 在本发明的一些实施方式中，所述流体驱动装置包括下述至少之一：泵、风机、风扇、压气机、压缩机。

在本发明的一些实施方式中，制作所述填料120的具有发热功能的材料包含金属材料。在本发明的一些实施方式中，所述金属材料包括下述至少之一：铂、铜、铁、铝、镍、锌。在本发明的一些实施方式中，所述流体包括液体或气体。在本发明的一些实施方式中，所述液体或气体包含下述至少之一：氢、氧、碳、氮。在本发明的一些实施方式中，所述液体或气体包括下述至少之一：氧气、氮气、氢气、氨、碳氢化合物。在本发明的一些实施方式中，所述碳氢化合物包括下述至少之一：甲醇、乙醇、二甲醚、汽油、柴油。

在本发明的一些实施方式中，制作所述壳体110的材料包括金属材料或非金属材料。在本发明的一些实施方式中，用于制作所述壳体110的金属材料的导热率大于1W/m·K。在本发明的一些实施方式中，用于制作所述壳体110的非金属材料的导热率大于1W/m·K。在本发明的一些实施方式中，所述金属材料包括下述至少之一：铜、铁、铝、镍和钛。在本发明的一些实施方式中，所述非金属材料包括下述至少之一：氮化铝、氧化铝、碳化硅和碳。

在本发明的一些实施方式中，制作所述填料120的材料包括金属材料或者非金属材料。在本发明的一些实施方式中，用于制作所述填料120的金属材料的导热率大于1W/m·K。在本发明的一些实施方式中，用于制作所述填料120的非金属材料的导热率大于0.1W/m·K。在本发明的一些实施方式中，所述金属材料包括下述至少之一：泡沫金属、金属波纹填料、金属网。在本发明的一些实施方式中，所述金属材料包括下述至少之一：铜、铁、铝、镍和钛。在本发明的一些实施方式中，所述非金属材料包括下述至少之一：陶瓷、粘土、黏土、沸石、麦饭石、堇青石和碳。在本发明的一些实施方式中，所述陶瓷包括下述至少之一：氮化铝、氧化铝、碳化硅。

在本发明的一些实施方式中，燃料电池热装置100加热或散热的对象设备可以包括燃料电池电堆、燃料装置、制氢装置中的至少一个。所述对象设备也可以包括燃料电池电堆、燃料装置、制氢装置中的至少一个的部分或部件。

对于本发明提出的燃料电池热装置，本发明的发明人提出了一种制造方法。根据本发明的一示例性实施方式，所述制造方法包括：

提供壳体，所述壳体具有内部空间，在该壳体上开设与所述内部空间连通的至少两个开孔，所述至少两个开孔包括第一开孔和第二开孔；

提供填料，将其设置在所述内部空间内，所述填料构造成其表面具有或其内部含有具有发热功能的材料；

提供流体驱动装置，其经管道与所述第一开孔和第二开孔连通，配置成驱动流体流入或流出所述内部空间提供动力，以便所述流体经过所述第一开孔流入所述内部空间并从所述第二开孔流出；以及

将所述燃料电池热装置配置成：所述流体在所述内部空间与所述填料的所述具有发热功能的材料接触并发生反应以产生热量，该热量经由所述壳体传递至设于该壳体外部的对象设备；或者，所述壳体外部的对象设备产生的热量经由所述壳体传递至所述内部空间的填料并由流过所述填料的流体带走。

应当理解，制作所述壳体、填料、流体、发热材料的材料与上述实施方式的相同，在此不再赘述。

本发明提供的燃料电池热装置主要用于燃料电池例如质子交换膜燃料电池的热管理，包括对燃料电池的有关部件进行加热或散热。由此，本发明还提供了包括所述燃料电池热装置和设置在所述燃料电池热装置外部的对象设备的燃料电池，例如质子交换膜燃料电池，所述对象设备可以是该燃料电池的组成部件。

图3示出了根据本发明一示例性实施方式的燃料电池200，该燃料电池使用本发明的燃料电池热装置来进行热管理。如图3所示，燃料电池200包括第一燃料电池热装置210和对象设备220。所述对象设备220包括燃料电池电堆、燃料装置、制氢装置中的至少一个或这些装置的一部分。所述第一燃料电池热装置210可以是上述任意一个实施方式所述的燃料电池热装置。

在本实施方式中，所述燃料电池热装置200包括两个第一燃料电池热装置210，其中，所述两个第一燃料电池热装置210并排设置，在相邻的两个所述第一燃料电池热装置210之间设置所述对象设备220。从而，可以在对象设备220的两侧对其进行热管理。所述热管理包括：当流体在第一燃料电池热装置210内部与相应的填料的具有发热功能的材料接触并发生反应以产生热量，该热量经由第一燃料电池热装置210的壳体传递至设于该壳体外部的对象设备220；和/或，所述对象设备220产生的热量经由第一燃料电池热装置210的壳体传递至内部的填料并由流过所述填料的流体带走。

应当理解，第一燃料电池热装置210的数量不限于两个，可以是三个以上，当然也可以是一个。第一燃料电池热装置210的数量取决于燃料电池的配置要求。图4示出了根据本发明另一示例性实施方式的燃料电池300。所述燃料电池热装置300包括5个第一燃料电池热装置310，其中，所述5个第一燃料电池热装置310并排设置，在相邻的两个第一燃料电池热装置310之间设置对象设备320。所述对象设备320可以是燃料电池电堆。本发明不限于此，所述对象设备320也可以是燃料装置或制氢装置。

在应用中，所述燃料电池热装置的布置不限于上述实施方式所举例的方式，亦可以有其他布置。

图5和图6示出了根据本发明另一示例性实施方式的燃料电池400，除了第一燃料电池热装置外，还具有第二燃料电池热装置。如图5和图6所示，所述燃料电池热装置400包括两个第一燃料电池热装置410和一个第二燃料电池热装置430，其中，所述两个第一燃料电池热装置410并排设置，在相邻的两个所述第一燃料电池热装置410之间设置对象设备420。所述第二燃料电池热装置430穿过所述对象设备420。由此，本实施方式可以对对象设备420进行全方位的加热或散热。应当理解，在本例中，第二燃料电池热装置430具有与前文任意一个实施方式的第一燃料电池热装置相似的结构，同样包括：壳体，其具有内部空间，该壳体上设有与所述内部空间连通的至少两个开孔，所述至少两个开孔包括第一开孔和第二开孔；填料，其设置在所述内部空间内，所述填料的表面具有或其内部含有具有发热功能的材料；流体，其经过所述第一开孔流入所述内部空间并从所述第二开孔流出；以及流体驱动装置，其经管道与所述第一开孔和第二开孔连通，为所述流体流入或流出所述内部空间提供动力；其中，所述燃料电池热装置配置成：所述流体在所述内部空间与所述填料的所述具有发热功能的材料接触并发生反应以产生热量，该热量经由所述壳体传递至设于该壳体外部的对象设备；或者，所述壳体外部的对象设备产生的热量经由所述壳体传递至所述内部空间的填料并由流过所述填料的流体带走。在本实施方式中，所述第二燃料电池热装置430与所述第一燃料电池热装置410的壳体的形状不同，前者为圆柱体形，后者为长方体型。在本发明的其他实施方式中，所述第二燃料电池热装置与第一燃料电池热装置的壳体的形状可以相同。

所述第二燃料电池热装置与第一燃料电池热装置的壳体的材料可以相同或不相同。在本发明的一些实施方式中，制作所述壳体的材料包括金属材料或非金属材料。在本发明的一些实施方式中，所述金属材料的导热率大于1W/m·K；所述非金属材料的导热率大于1W/m·K。在本发明的一些实施方式中，所述金属材料包括下述至少之一：铜、铁、铝、镍和钛。在本发明的一些实施方式中，所述非金属材料包括下述至少之一：氮化铝、氧化铝、碳化硅和碳。

在本发明的一些实施方式中，制作所述填料的材料包括金属材料或者非金属材料。在本发明的一些实施方式中，所述金属材料的导热率大于1W/m·K；所述非金属材料的导热率大于0.1W/m·K。在本发明的一些实施方式中，所述金属材料包括下述至少之一：泡沫金属、金属波纹填料、金属网。在本发明的一些实施方式中，所述金属材料包括下述至少之一：铜、铁、铝、镍和钛。在本发明的一些实施方式中，所述非金属材料包括下述至少之一：陶瓷、粘土、黏土、沸石、麦饭石、堇青石和碳。在本发明的一些实施方式中，所述陶瓷包括下述至少之一：氮化铝、氧化铝、碳化硅。

在本发明的一些实施方式中，制作所述具有发热功能的材料包含金属材料。在本发明的一些实施方式中，所述金属材料包括下述至少之一：铂、铜、铁、铝、镍、锌。

在本发明的一些实施方式中，所述流体包括液体或气体。在本发明的一些实施方式中，所述液体或气体包含下述至少之一：氢、氧、碳、氮。在本发明的一些实施方式中，所述液体或气体包括下述至少之一：氧气、氮气、氢气、氨、碳氢化合物。在本发明的一些实施方式中，所述碳氢化合物包括下述至少之一：甲醇、乙醇、二甲醚、汽油、柴油。

在本发明的一些实施方式中，可以共用流体驱动装置。所述流体驱动装置包括下述至少之一：泵、风机、风扇、压气机、压缩机。

应当理解，第二燃料电池热装置的数量不限于1个，可以是2个或多于2个。如图7所示，所述燃料电池热装置500包括5个第一燃料电池热装置510，在相邻的两个所述第一燃料电池热装置510之间设置有至少两个所述对象设备520，对应每一个所述对象设备520分别设置有穿过该对象设备的所述第二燃料电池热装置530。在图示中，在相邻的两个所述第一燃料电池热装置510之间设置有2个对象设备，每一个对象设备520中设置有1个第二燃料电池热装置530。从而，本例中，所述燃料电池热装置500包括8个第二燃料电池热装置530。

在本发明的一些实施方式中，燃料电池热装置的热管理对象设备可以包括管状设备。如图8所示，所述燃料电池热装置600包括两个第一燃料电池热装置610，其中，所述两个第一燃料电池热装置610并排设置，在相邻的两个所述第一燃料电池热装置610之间设置管状对象设备620，被热管理的对象物质在管状对象设备620中流过。被热管理的对象物质包含氢、氧、碳、氮。在本发明的一些实施方式中，被热管理的对象物质包括甲醇、水或其他流体。在本发明的一些实施方式中，所述管状对象设备620可以是制氢装置的预热器、气化器、重整器、制氢器中至少一个或其一部分，也可以是电堆进气管路或其一部分。应当理解，第一燃料电池热装置610的数量不限于两个，可以多于两个，也可以是一个。图9示出了根据本发明另一示例性实施方式的燃料电池700，所述燃料电池热装置700包括5个第一燃料电池热装置710，其中，所述第一燃料电池热装置710并排设置，在相邻的两个所述第一燃料电池热装置710之间设置管状对象设备720。

图10示出了本发明的燃料电池热装置的一示例性应用。图10提供了一种使用本发明的燃料电池热装置的燃料电池800的示意图。燃料电池800包括第一燃料电池热装置810、第二燃料电池热装置830和对象设备820-1、820-2。在本示例性实施方式中，方形对象设备820-1设置在两个第一燃料电池热装置810之间，同时方形对象设备820-1的中部插入有第二燃料电池热装置830，所述第二燃料电池热装置830上缠绕着另一对象设备820-2。所述第一燃料电池热装置810、第二燃料电池热装置830具有与上述任意一个实施方式所述的燃料电池热装置类似的结构和功能，例如，具有壳体、位于壳体的内部空间的填料、以及流经填料的流体等。当所述流体在所述内部空间与所述填料的具有发热功能的材料接触并发生反应以产生热量，该热量经由所述壳体传递至设于该壳体外部的对象设备；或者，所述壳体外部的对象设备产生的热量经由所述壳体传递至所述内部空间的填料并由流过所述填料的流体带走。在本示例性实施方式中，第一燃料电池热装置810、第二燃料电池热装置830可以同时对两个对象设备820-1、820-2进行包括加热或散热的热管理。在一些实施方式中，对象设备820-1可以是质子交换膜燃料电池的重整器，对象设备820-2可以是质子交换膜燃料电池的预热器。由此，本发明的燃料电池热装置可以同时对两种不同或相同的对象设备进行热管理，提高了热管理效率，同时也降低了燃料电池的生产成本。

本领技术人员应当理解，以上所公开的内容仅为本发明的实施方式而已，不能以此来限定本发明请求专利保护的权利范围，依本发明实施方式所作的等同变化，仍属本发明之权利要求所涵盖的范围。

Claims (24)

1.一种燃料电池热装置，其包括：

壳体，其具有内部空间，该壳体上设有与所述内部空间连通的至少两个开孔，所述至少两个开孔包括第一开孔和第二开孔；

填料，其设置在所述内部空间内，所述填料的表面具有或其内部含有具有发热功能的材料；

流体，其经过所述第一开孔流入所述内部空间并从所述第二开孔流出；以及

流体驱动装置，其经管道与所述第一开孔和第二开孔连通，为所述流体流入或流出所述内部空间提供动力；

其中，所述燃料电池热装置配置成：所述流体在所述内部空间与所述填料的所述具有发热功能的材料接触并发生反应以产生热量，该热量经由所述壳体传递至设于该壳体外部的对象设备；或者，所述壳体外部的对象设备产生的热量经由所述壳体传递至所述内部空间的填料并由流过所述填料的流体带走。

2.根据权利要求1所述的燃料电池热装置，其特征在于，所述对象设备包括燃料电池电堆、燃料装置、制氢装置中的至少一个。

3.根据权利要求1所述的燃料电池热装置，其特征在于，制作所述壳体的材料包括金属材料或非金属材料。

4.根据权利要求3所述的燃料电池热装置，其特征在于，所述金属材料的导热率大于1W/m·K；

所述非金属材料的导热率大于1W/m·K。

5.根据权利要求3所述的燃料电池热装置，其特征在于，所述金属材料包括下述至少之一：铜、铁、铝、镍和钛；

和/或，所述非金属材料包括下述至少之一：氮化铝、氧化铝、碳化硅和碳。

6.根据权利要求1所述的燃料电池热装置，其特征在于，制作所述填料的材料包括金属材料或者非金属材料。

7.根据权利要求6所述的燃料电池热装置，其特征在于，所述金属材料的导热率大于1W/m·K；所述非金属材料的导热率大于0.1W/m·K。

8.根据权利要求7所述的燃料电池热装置，其特征在于，所述金属材料包括下述至少之一：泡沫金属、金属波纹填料、金属网。

9.根据权利要求7所述的燃料电池热装置，其特征在于，所述金属材料包括下述至少之一：铜、铁、铝、镍和钛；

和/或，所述非金属材料包括下述至少之一：陶瓷、粘土、黏土、沸石、麦饭石、堇青石和碳。

10.根据权利要求9所述的燃料电池热装置，其特征在于，所述陶瓷包括下述至少之一：氮化铝、氧化铝、碳化硅。

11.根据权利要求1所述的燃料电池热装置，其特征在于，制作所述具有发热功能的材料包含金属材料。

12.根据权利要求11所述的燃料电池热装置，其特征在于，所述金属材料包括下述至少之一：铂、铜、铁、铝、镍、锌。

13.根据权利要求1所述的燃料电池热装置，其特征在于，所述流体包括液体或气体。

14.根据权利要求13所述的燃料电池热装置，其特征在于，所述液体或气体包含下述至少之一：氢、氧、碳、氮。

15.根据权利要求14所述的燃料电池热装置，其特征在于，所述液体或气体包括下述至少之一：氧气、氮气、氢气、氨、碳氢化合物。

16.根据权利要求15所述的燃料电池热装置，其特征在于，所述碳氢化合物包括下述至少之一：甲醇、乙醇、二甲醚、汽油、柴油。

17.根据权利要求1所述的燃料电池热装置，其特征在于，所述流体驱动装置包括下述至少之一：泵、风机、风扇、压气机、压缩机。

18.一种燃料电池，其包括：

权利要求1至17任意一项所述的燃料电池热装置；以及

设置在所述燃料电池热装置外部的对象设备，所述对象设备包括燃料电池电堆、燃料装置、制氢装置中的至少一个。

19.根据权利要求18所述的燃料电池，其特征在于，所述燃料电池热装置包括至少两个第一燃料电池热装置，

其中，所述至少两个第一燃料电池热装置并排设置，在相邻的两个所述第一燃料电池热装置之间设置所述对象设备。

20.根据权利要求19所述的燃料电池，其特征在于，所述燃料电池热装置包括至少一个第二燃料电池热装置，

其中，所述第二燃料电池热装置穿过位于相邻的两个所述第一燃料电池热装置之间的所述对象设备。

21.根据权利要求20所述的燃料电池，其特征在于，在相邻的两个所述第一燃料电池热装置之间设置有至少两个所述对象设备，

对应每一个所述对象设备分别设置有穿过该对象设备的所述第二燃料电池热装置。

22.根据权利要求20所述的燃料电池，其特征在于，在所述第二燃料电池热装置上还设置有另一对象设备。

23.根据权利要求19所述的燃料电池，其特征在于，所述对象设备包括管状设备。

24.一种燃料电池热装置的制造方法，其包括：

提供壳体，所述壳体具有内部空间，在该壳体上开设与所述内部空间连通的至少两个开孔，所述至少两个开孔包括第一开孔和第二开孔；

提供填料，将其设置在所述内部空间内，所述填料构造成其表面具有或其内部含有具有发热功能的材料；

提供流体驱动装置，其经管道与所述第一开孔和第二开孔连通，配置成驱动流体流入或流出所述内部空间提供动力，以便所述流体经过所述第一开孔流入所述内部空间并从所述第二开孔流出；以及

将所述燃料电池热装置配置成：所述流体在所述内部空间与所述填料的所述具有发热功能的材料接触并发生反应以产生热量，该热量经由所述壳体传递至设于该壳体外部的对象设备；或者，所述壳体外部的对象设备产生的热量经由所述壳体传递至所述内部空间的填料并由流过所述填料的流体带走。