CN118099490A - 一种可携带的燃料电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可携带的燃料电池，属于燃料电池领域，为了解决燃料电池便携性的气体供应及冷却问题，本发明的技术方案包括外壳、燃料电池单元、控制电路板，在外壳上设置有氢气输入管路，其贯通外壳与燃料电池单元连通；外壳的上表面设置有位于燃料电池单元上方的第一通风区域，第一通风区域包括多个通风孔；以及，位于外壳上与膜电极错开设置的第一抽气孔，第一抽气孔正对外壳内部的第一抽气扇组件，且第一抽气孔的面积小于所述第一通风区域的面积，用于在远离公共电网的条件下，可随身携带为用电设备提供电能，具有寿命高，体积小，灵活适应各种场合的特点。
Description
技术领域
本发明涉及涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种可携带的燃料电池。
背景技术
燃料电池是一种将燃料中的化学能转化成电能的装置，其并不存储电能，而只充当能量的转化器。按照电解质划分，燃料电池分为碱性燃料电池、磷酸盐型燃料电池、熔融碳酸盐型燃料电池、固体氧化物型燃料电池和质子交换膜燃料电池。因主燃料电池主要产物为水，所以具有清洁无污染的特点，除此之外，还具有能量转化率快，运行质量高等优点。随着市场对新能源的需求，燃料电池同锂电池一样，广泛应用到电动汽车和移动电子设备等领域。
以质子交换膜燃料电池(PEMFC)为例，在原理上相当于实现水电解逆反应的装置，其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质。在工作状态下，燃料电池相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极即电源正极。
现有质子交换膜燃料电池通常采用堆叠结构，结构复杂，体积大，不便于移动式的便携使用。尤其随着野外活动的增加，在没有公共电网以及移动电源的单位体积电容量有限的情况下，一种可脱离电网，随时利用，又便于携带的燃料电池的需求变得紧迫。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种可携带的燃料电池，包括：
具有内部空间的外壳；
单层的膜电极朝上设置的燃料电池单元，其位于所述内部空间中；
控制电路板，其与所述燃料电池单元并排设置于所述内部空间中，所述控制电路板用于将燃料电池单元产生的电压通过位于所述外壳上的接口输出；
氢气输入管路，其贯通所述外壳与燃料电池单元连通；
所述外壳的上表面设置有位于所述燃料电池单元上方的第一通风区域，第一通风区域包括多个贯穿所述外壳的上表面的通风孔；以及，
位于所述外壳上与所述膜电极错开设置的第一抽气孔，所述第一抽气孔正对所述内部空间中的第一抽气扇组件，且所述第一抽气孔的面积小于所述第一通风区域的面积。
可选地，所述燃料电池单元的数量为多个，相邻两个燃料电池单元连接设置或分立设置。
可选地，所述第一抽气孔位于所述外壳的上表面。
可选地，所述第一抽气孔的数量为两个，分别对应两个第一抽气扇组件，所述第一抽气扇组件与所述控制电路板电连接。
可选地，所述第一抽气扇组件用于将所述内部空间中的气体排到所述外壳的外部。
可选地，还包括：设置于所述外壳的下表面位于所述燃料电池单元下方的第二抽气孔，所述第二抽气孔正对位于所述燃料电池单元下方的第二抽气扇组件。
可选地，所述第二抽气扇组件包括位于所述燃料电池单元与所述外壳之间的第二风扇架和位于所述第二风扇架上的第二风扇叶。
可选地，所述外壳的侧壁设置有第二通风区域，第二通风区域包括多个贯穿所述外壳的侧表面的通风孔，所述第二风扇架和第二通风区域之间设置有导流通道，导流通道的一端朝向第二通风区域的通风孔，另一端朝向所述第二风扇叶。
可选地，所述第一风扇组件包括第一风扇架和第一风扇叶。
可选地，还包括：位于所述外壳上的显示窗口，所述显示窗口用于观察位于所述内部空间中的显示屏信息。
可选地，还包括：位于所述外壳上的流体排出口，所述流体排出口通过位于所述内部空间中的软管与所述燃料电池单元连通。
可选地，所述软管上设置有单向阀。
可选地，所述燃料电池单元下方设置有位于所述内部空间中的支撑柱，用于保持所述燃料电池单元的下表面高于所述第二风扇架的上表面。
可选地，所述外壳为金属或合金材质。
可选地，所述外壳为高分子材质。
本发明的优点在于：本发明提供了一种可携带的燃料电池，包括放置在外壳中的单层的燃料电池单元，以实现燃料电池整体的轻薄化，在外壳中同时放置有与燃料电池单元并排的控制电路板，在燃料电池单元和控制电路板的上方，分区域设置通风区域和抽气孔，并控制抽气孔的面积小于通风区域，来获得进入燃料电池中的空气尽可能充分，使膜电极能够发挥尽量高的电效率；并且在燃料电池单元的下方和侧面设置有多个用于冷却的抽气孔，使化学反应过程中产生的热及时排出，保证燃料电池单元的正常工作。此外，控制电路板连接有显示屏可以实时提供燃料电池的状态显示，便于了解燃料电池的工作状态。本发明提供的可携带的燃料电池可以重复利用，主发电单元便于收纳，可以通过外部输入氢气源来转化电能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的可携带的燃料电池正面立体结构示意图；
图2为本发明的可携带的燃料电池反面立体结构示意图；
图3为本发明的可携带的燃料电池爆炸结构示意图；
图4为本发明的可携带的燃料电池的内部结构示意图；
图5为本发明的可携带的燃料电池的内部去掉燃料电池单元的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、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清楚、完整地描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
本发明的可携带的燃料电池通过在外壳内部安置单层膜电极的燃料电池单元以及并排设置控制电路板，并且合理规划供应空气作为反应气体的气体路径和空气作为冷却气体的气体路径，使燃料电池的整体获得最小的空间占有体积和最高的电能转化效率。
图1示出本发明的可携带的燃料电池正面立体结构示意图，包括：具有内部空间的外壳120，其可以是金属或合金材质，也可以是高分子材质，例如不锈钢、铝、塑料等，以其能够实现坚固的框架结构、较低的成本和较长的寿命为宜。在一些实施例中，如图1所示，外壳120包括一个上盖110，其通过活动嵌合在一盒状容器的边沿共同组成一个外壳120，在需要进行内部的部件更换时，可以打开上盖110进行维护，在其他实施例中，上盖110和外壳120整体也可以是一体设置，或者外壳120的下表面或者侧面可活动拆卸。本实施例暂以可拆卸的上盖110做说明。
结合图3的爆炸图所示，在外壳120围成的内部空间中设置有单层的膜电极的燃料电池单元130，膜电极为片状结构，其表面与上盖110大致平行设置形成膜电极朝上的摆放方式，燃料电池单元130还可以具有位于膜电极上下两侧的电极板、固定框架等结构，并且，电极板和固定框架上有通气孔，此处不再赘述。
同样在外壳120围成的内部空间中，设置有控制电路板140，其与燃料电池单元130并排设置于内部空间中，控制电路板140可以是长条状的薄片结构，其具有的基本功能是电连接燃料电池单元的引脚，如图1所示，控制电路板140在外壳120上提供通用设备的电压输出的接口141，用电设备可以通过接口141获取燃料电池单元提供的电能。
同时在外壳120上具有开孔用于插接氢气输入管路131，氢气输入管路131的一端连通燃料电池单元130中的膜电极的一侧，另一端可以与外接的氢气源连接用于供气，外接的氢气源可以是氢气储能瓶类的氢气储存装置，也可以是即时通过化学反应产生氢气，例如固体反应物与水反应释放氢气后通入燃料电池单元。
如图1所示，在外壳120的上表面即上盖110上，设置有位于燃料电池单元130上方的第一通风区域111，第一通风区域111包括多个贯穿上盖110的上表面的通风孔，通风孔可以如图1所示的多个六边形孔按照蜂巢排列，以兼顾结构刚性和最大的通风面积，第一通风区域的大小基本与膜电极的面积相当，使作为反应气体的空气进入外壳120内部时为膜电极的化学反应提供充足的量。
如图1所示，在外壳120上与膜电极错开设置的第一抽气孔112，在本实施例中，第一抽气孔112位于上盖110上，与第一通风区域111不重叠的设置，也可以说第一抽气孔112位于控制电路板140所在区域的上方，第一抽气孔正对外壳120的内部空间中的第一抽气扇组件，且第一抽气孔112的面积小于第一通风区域111的面积。第一抽气孔112可以由多个子抽气孔113组成，子抽气孔113之间的挡条充当对第一抽气扇组件的保护作用。当第一抽气扇组件运行时，气体由外壳120的内部空间经第一抽气孔112抽出，随着内部空间气压的降低，空气优先大量的从第一通风区域111进入，第一通风区域111正对燃料电池单元130的膜电极，可以使空气及时的参与到膜电极中的化学反应中，因第一抽气孔112的面积小于第一通风区域111的面积，可以利用尽量小的气流动力源，使补充的气体尽量均匀分散到燃料电池单元的表面，减小了燃料电池整体的体积，又满足了燃料电池高效率运转的反应条件。在其他实施例中，第一抽气孔112和第一抽气扇组件的朝向也可以位于外壳120的侧面。
第一抽气孔112和第一抽气扇组件的数量可以是多个，如图1的实施例为两个，对称的设置在外壳120的上表面，更靠近燃料电池单元130，更有利于未参与化学反应的空气中的氧气快速进入外壳120的内部空间。也可以根据具体功率和抽气扇规格选用其他数量和位置。第一抽气扇组件可以和控制电路板140电连接，可以设定成自动检测内部空气含量后动态的启动，也可以设定成在燃料电池运行时即同时启动。如图4所示，第一抽气扇组件包括起固定作用和保护作用的第一风扇架142和起控制气流作用的第一风扇叶1421。
在其他一些实施例中，燃料电池单元130也可以是多个，沿着平面铺开在外壳120的内部空间中，相邻的两个燃料电池单元130可以是连接在一起，也可以是分立设置而只通过导线电连接，可以根据燃料电池的整体形状和所需额定电压灵活调整燃料电池单元130的数量和排布，只要保证燃料电池的膜电极的一侧朝向第一通风区域111即可。
如图2为本发明的可携带的燃料电池反面立体结构示意图，为了提高冷却效率，还包括设置于外壳120的下表面且位于燃料电池单元130下方的第二抽气孔122，结合图5所示，在外壳120的内部空间中，与第二抽气孔正对设置有第二抽气扇组件。第二抽气扇组件同时位于燃料电池单元130的下方，即燃料电池单元130的氢气侧，通过第二抽气扇组件的运行，促进燃料电池单元130下侧的空气循环，带走反应过程中产生的热量，来保证化学反应的稳定运行环境。具体来说，如图5所示，第二抽气扇组件包括位于燃料电池单元130与外壳120之间的第二风扇架145和位于第二风扇架145上的第二风扇叶1451。在外壳120的内部空间中的底面上，临近第二风扇架145设置有多个高于第二风扇架145的支撑柱133用于架设燃料电池单元130，使燃料电池单元130的下表面不直接接触第二风扇叶1451，并且由于其燃料电池单元130的下表面被支起，可以形成一流动空间容纳气体的流通，提高气体与燃料电池的接触面积，进而提高散热效率。
如图1所示，外壳120的侧壁设置有第二通风区域121，第二通风区域121包括多个贯穿外壳的侧表面的通风孔，结合图5所示，第二风扇架145和第二通风区域121之间设置有导流通道1452，导流通道1452的一端朝向第二通风区域121的通风孔，另一端朝向所述第二风扇叶1451。第二抽气扇组件运行时，燃料电池单元130下方的高热量气体被抽出内部空间到外壳120的外部，低热量的气体就近从第二通风区域121经导流通道1452进入内部空间并接触燃料电池单元130的下表面带走热量后又被第二抽气扇组件抽到外面，形成散热循环。第二抽气扇组件也可以和控制电路板140电连接，接受预设的程序而在特定情况下运行。
结合图1和图4所示，外壳120上位于两个第一抽气孔112之间设置有显示窗口，显示窗口用于观察位于外壳120内部设置的显示屏144上的信息。显示屏144和控制电路板140连接，可以显示燃料电池单元的输出状态，例如额定电压和额定电流，也可以根据程序设定其他显示状态。
为了排出未参与化学反应的多余氢气和反应后的副产物水，在外壳120上海开有流体排出口，流体排出口通过位于外壳120的内部空间中的软管与燃料电池单元连通，并且，在软管上设置有单向阀，防止外部气体通过软管逆流到燃料电池单元130内。
本发明提供了一种可携带的燃料电池，包括放置在外壳中的单层的燃料电池单元，以实现燃料电池整体的轻薄化，在外壳中同时放置有与燃料电池单元并排的控制电路板，在燃料电池单元和控制电路板的上方，分区域设置通风区域和抽气孔，并控制抽气孔的面积小于通风区域，来获得进入燃料电池中的空气尽可能充分，使膜电极能够发挥尽量高的电效率；并且在燃料电池单元的下方和侧面设置有多个用于冷却的抽气孔，使化学反应过程中产生的热及时排出，保证燃料电池单元的正常工作。此外，控制电路板连接有显示屏可以实时提供燃料电池的状态显示，便于了解燃料电池的工作状态。本发明提供的可携带的燃料电池可以重复利用，主发电单元便于收纳，可以通过外部输入氢气源来转化电能。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (15)
1.一种可携带的燃料电池，其特征在于，包括：
具有内部空间的外壳；
单层的膜电极朝上设置的燃料电池单元，其位于所述内部空间中；
控制电路板，其与所述燃料电池单元并排设置于所述内部空间中，所述控制电路板用于将燃料电池单元产生的电压通过位于所述外壳上的接口输出；
氢气输入管路，其贯通所述外壳与燃料电池单元连通；
所述外壳的上表面设置有位于所述燃料电池单元上方的第一通风区域，第一通风区域包括多个贯穿所述外壳的上表面的通风孔；以及，
位于所述外壳上与所述膜电极错开设置的第一抽气孔，所述第一抽气孔正对所述内部空间中的第一抽气扇组件，且所述第一抽气孔的面积小于所述第一通风区域的面积。
2.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述燃料电池单元的数量为多个，相邻两个燃料电池单元连接设置或分立设置。
3.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述第一抽气孔位于所述外壳的上表面。
4.如权利要求3所述的燃料电池，其特征在于，所述第一抽气孔的数量为两个，分别对应两个第一抽气扇组件，所述第一抽气扇组件与所述控制电路板电连接。
5.如权利要求4所述的燃料电池，其特征在于，所述第一抽气扇组件用于将所述内部空间中的气体排到所述外壳的外部。
6.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，还包括：设置于所述外壳的下表面位于所述燃料电池单元下方的第二抽气孔，所述第二抽气孔正对位于所述燃料电池单元下方的第二抽气扇组件。
7.如权利要求6所述的燃料电池，其特征在于，所述第二抽气扇组件包括位于所述燃料电池单元与所述外壳之间的第二风扇架和位于所述第二风扇架上的第二风扇叶。
8.如权利要求7所述的燃料电池，其特征在于，所述外壳的侧壁设置有第二通风区域，第二通风区域包括多个贯穿所述外壳的侧表面的通风孔，所述第二风扇架和第二通风区域之间设置有导流通道，导流通道的一端朝向第二通风区域的通风孔，另一端朝向所述第二风扇叶。
9.如权利要求4所述的燃料电池，其特征在于，所述第一风扇组件包括第一风扇架和第一风扇叶。
10.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，还包括：位于所述外壳上的显示窗口，所述显示窗口用于观察位于所述内部空间中的显示屏信息。
11.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，还包括：位于所述外壳上的流体排出口，所述流体排出口通过位于所述内部空间中的软管与所述燃料电池单元连通。
12.如权利要求11所述的燃料电池，其特征在于，所述软管上设置有单向阀。
13.如权利要求7所述的燃料电池，其特征在于，所述燃料电池单元下方设置有位于所述内部空间中的支撑柱，用于保持所述燃料电池单元的下表面高于所述第二风扇架的上表面。
14.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述外壳为金属或合金材质。
15.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述外壳为高分子材质。
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |