CN211350834U

CN211350834U - 一种金属燃料电池结构

Info

Publication number: CN211350834U
Application number: CN202020278211.2U
Authority: CN
Inventors: 张艳娜; 雷新望; 张志刚; 刘保银
Original assignee: Zhengzhou Foguang Power Generation Equipment Co Ltd
Current assignee: Zhengzhou Foguang Power Generation Equipment Co Ltd
Priority date: 2020-03-09
Filing date: 2020-03-09
Publication date: 2020-08-25
Anticipated expiration: 2030-03-09

Abstract

本实用新型公开了一种金属燃料电池结构，该结构包括金属燃料电池组、电解质溶液循环回路、冷却液循环回路、冷却液泵及电解质泵。金属燃料电池组设有电池模组外壳，电池模组外壳内部设有多个电池单体、空气阴极、紧固条、固定端子，电解质溶液循环回路设有电解质溶液箱、电解质溶液管路和冷却液泵，冷却液循环回路设有冷却液箱、冷却液管路和电解质泵，电池单体中设有第一电解质溶液支管路、第二电解质溶液支管路、第一冷却液支管路、第二冷却液支管路，冷却液管路设有控制单元，控制单元可调节冷却液泵流量，调节冷却速率；本实用新型对金属燃料电池结构进行改进，提高系统工作的可靠性，能够控制冷却效率，从而达到提高冷却效率的目的。

Description

一种金属燃料电池结构

技术领域

本实用新型涉及金属燃料电池领域，更为具体来说，本实用新型涉及一种金属燃料电池结构。

背景技术

目前，金属燃料电池的发电原理是将化学变化中的化学反应转换成电能，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，整个发电过程是一个放热的过程，这个过程中会产生大量的热量，金属燃料电池机组需要传统的风冷系统进行散热，然而风冷系统中的风扇噪音较大，而且，常规风冷散热方式降低了燃料电池系统的可靠性、增加了燃料电池成本，造成了极大的浪费、能源的利用率较低、散热效果也一般。

因此，如何有效保证金属燃料电池在冷却时起到更好的散热冷却效果提高系统工作的可靠性，提升燃料电池系统的能源利用率，成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题和始终追求的目标。

实用新型内容

为解决现有的金属燃料电池系统工作的可靠性，提高燃料电池系统的能源利用率、起到更好的散热冷却等问题，本实用新型创新地提供了一种金属燃料电池结构，该电池结构能够使金属燃料电池充分散热和冷却、提高燃料电池系统工作的可靠性，然后，电解质溶液中的热量通过热管传递至冷却液，并由冷却液循环回路将热量带走，从而控制冷却效率，可达到提高冷却效率的目的。

为实现上述的技术目的，本实用新型公开了一种金属燃料电池结构，金属燃料电池组、电解质溶液循环回路、冷却液循环回路、电解质泵及冷却液泵；

进一步地，所述金属燃料电池组的下端面开设有多个电解质溶液管路孔位和多个冷却液管路孔位，所述电解质溶液管路孔位通过螺栓固定连接所述电解质溶液循环回路的管路和所述冷却液管路孔位通过螺栓固定连接冷却液循环回路的管路，所述电解质泵设置于所述电解质溶液循环回路中，所述冷却液泵设置于所述冷却液循环回路中。

进一步地，所述金属燃料电池组内部设置有多个电池单体、多个空气阴极、多个紧固条、多个固定端子，电池单体上设置有固定端子，通过紧固条将每个电池单体上的每个固定端子固定所有固定端子处于同一水平面，所述金属燃料电池组的下端面与电池单体的下端面重合，所述电解质溶液循环回路的管路通过所述电解质溶液管路孔位与电池单体相连通，所述冷却液循环回路的管路通过所述冷却液管路孔位与电池单体相连通，每个电池单体的外壁两侧设置有空气阴极。

基于上述改进的技术方案，每个电池单体都固定保持在同一个水平面，使得冷却液和电解质溶液输送给每个电池单体的压强和流速一致。

进一步地，所述电解质溶液循环回路包括电解质溶液箱、电解质溶液管路和电解液泵；

所述电解质溶液管路还包括电解质溶液箱出液口管路、电解质溶液主管路、电解质溶液支管路及电解质溶液回流管路，所述电解质溶液箱出液口管路设置有电解质泵，所述电解质溶液箱出液口管路与电解质溶液主管路连接，电解质溶液主管路设置有多个电解质溶液支管路，每两个电解质溶液支管路连接单个电池单体底端面的所述管路孔位，电解质溶液主管路与电解质溶液回流管路连接，电解质溶液回流管路连接电解质溶液箱回液口。

进一步地，所述冷却液循环回路包括冷却液箱、冷却液管路和冷却液泵；

所述冷却液管路还包括冷却液箱出液口管路、冷却液主管路、冷却液支管路及冷却液回流管路，冷却液箱的出液口管路设置有冷却液泵，所述冷却液箱出液口管路与冷却液主管路连接，所述冷却液主管路设置有多个冷却液支管路，每两个冷却液支管路连接单个电池单体底端面的所述管路孔位，冷却液主管路与冷却液回流管路连接，冷却液回流管路连接冷却液箱回液口。

进一步地，每个电池单体下端面的管路孔位连接有多个电解质溶液支管路和多个冷却液支管路，多个所述电解质溶液支管路包括第一电解质溶液支管路、第二电解质溶液支管路，多个所述冷却液支管路包括第一冷却液支管路、第二冷却液支管路；所述第一电解质溶液支管路和所述第二电解质溶液支管路一端连接电解质溶液主管路，另一端连接电池单体下端面的电解质溶液管路孔位；所述第一冷却液支管路、和所述第二冷却液支管路一端连接冷却液主管路，另一端连接电池单体下端面的冷却液管路孔位。

基于上述改进的技术方案，保证电解质溶液和冷却液循环回路的完整，并且，该电池结构能够使金属燃料电池充分散热和冷却、高效提升燃料电池系统的能源利用率。

进一步地，所述电池单体还包括金属阳极、热管、电池内腔、电池外腔；每个电池单体的顶部设置有开放面，金属阳极设置为预设厚度的金属板，所述金属阳极固定于电池单体盖子的底端面，电池单体的内部设置有电池内腔，电池外腔包裹设置于电池内腔上，所述电池内腔一端连接第一电解质溶液支管路，另一端连接第二电解质溶液支管路，所述电池外腔一端连接第一冷却液支管路，另一端连接第二冷却液支管路，热管的一端设置在电池内腔内，另一端设置在电池外腔。

进一步地，金属阳极设置为预设厚度的金属板，金属板的厚度尺寸小于或等于电池内腔的深度尺寸，金属板的横截面积尺寸小于或等于电池内腔的横截面积尺寸。

基于上述改进的技术方案，确保冷却液溶液腔可通过热管导热，及时将电解质溶液产生的热量带走，起到散热冷却效果。

进一步地，所述电池内腔为电解质溶液腔，所述电池外腔为冷却液溶液腔。

进一步地，电解质溶液支管路与电解质溶液管路孔位、冷却液支管路与冷却液管路孔位均为螺栓固定连接。

进一步地，所述金属阳极与电池单体盖子的底端面焊接固定。

进一步地，所述电池内腔与所述电池外腔之间完全隔离。

进一步地，冷却液主管路中设置有智能控制单元，可通过智能控制单元，调节泵的流量，控制冷却效率。

进一步地，所述热管可优选温度为60℃～150℃的热管。

本实用新型的有益效果为：

(1)与现有技术相比，本实用新型提供的一种金属燃料电池结构设有金属燃料电池组、冷却液循环回路和电解质溶液循环回路，电解质溶液循环回路工作时，由于金属阳极呈圆柱体，电解质溶液可以充分与金属阳极接触，提高燃料电池系统工作的可靠性。冷却液循环回路工作时，冷却液腔包裹着电解质溶液腔，由于热管设置于冷却液腔和电解质溶液腔之间，热管可以有效地将电解质反应的热量传导至冷却液进行冷却。

(2)本实用新型通过冷却液中的智能控制单元，可控制冷却液泵的流量，从而控制整个热管系统的冷却效率，更为有效的提高冷却效率。

附图说明

图1为一种金属燃料电池结构的结构示意图。

图2为单个电池单体的侧视结构示意图。

图3为金属阳极插入后单个电池单体的侧视结构示意图。

图中，

1、金属燃料电池组；2、电解质溶液循环回路；21、电解质溶液箱；22、电解质溶液管路；220、电解质溶液箱出液口管路；221、电解质溶液主管路；222、电解质溶液支管路；223、电解质溶液回流管路；3、冷却液循环回路；31、冷却液箱；32、冷却液管路；320、冷却液箱出液口管路；321、冷却液主管路；322、冷却液支管路；323、冷却液回流管路；41、电解质泵；42、冷却液泵；5、电池模组外壳；51、电池单体；511、金属阳极；512、热管；513、电池内腔；514、电池外腔；52、空气阴极；53、紧固条；54、固定端子。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型提供的一种电解液自动配制装置进行详细的解释和说明。

图1为一种金属燃料电池结构的结构示意图，如图1所示，本实施例具体公开了一种金属燃料电池结构，包括金属燃料电池组1、电解质溶液循环回路2、冷却液循环回路3、电解质泵41及冷却液泵42；

在一些实施例中，金属燃料电池组1下底端面设有多个电解质管路孔位和多个冷却液管路孔位，电解质溶液管路孔位通过螺栓固定连接电解质溶液循环回路2的管路和冷却液管路孔位通过螺栓固定连接冷却液循环回路3的管路，电解质泵41设置于电解质溶液循环回路2中，冷却液泵42设置于冷却液循环回路3中。

金属燃料电池组1内部设有多个电池单体51、空气阴极52、紧固条53、固定端子54，每个电池单体51上设置有固定端子54，每个固定端子54通过紧固条53串联连接，每个电池单体51的外壁两侧设置有空气阴极52。

在一些优选的实施例中，整个金属燃料电池组1被电池模组外壳5包裹覆盖。

在一种实施例中，电解质溶液循环回路2包括电解质溶液箱21、电解质溶液管路22和电解液泵41；

电解质溶液管路22还包括电解质溶液箱出液口管路220、电解质溶液主管路221、电解质溶液支管路222及电解质溶液回流管路223，电解质溶液箱出液口管路220设置有电解质泵41，电解质溶液箱出液口管路220与电解质溶液主管路221连接，电解质溶液主管路221设置有多个电解质溶液支管路222，每两个电解质溶液支管路222连接单个电池单体51底端面的所述管路孔位，电解质溶液主管路221与电解质溶液回流管路223连接，电解质溶液回流管路223连接电解质溶液箱21的回液口。

在一种实施例中，冷却液循环回路3包括冷却液箱31、冷却液管路32和冷却液泵42；

冷却液管路32还包括冷却液箱出液口管路320、冷却液主管路321、冷却液支管路322及冷却液回流管路323，冷却液箱的出液口管路320设置有冷却液泵42，冷却液箱出液口管路320与冷却液主管路321连接，冷却液主管路321设置有多个冷却液支管路322，每两个冷却液支管路322连接单个电池单体51底端面的所述管路孔位，冷却液主管路321与冷却液回流管路323连接，冷却液回流管路323连接冷却液箱31的回液口。

图2为单个电池单体51的侧视结构示意图，如图2所示，电池单体51还包括金属阳极511、热管512、电池内腔513、电池外腔514；

在一种实施例中，每个电池单体51的顶部设置有开放面，金属阳极511能够从电池单体51顶部的开放面插入到电池单体51中，电池单体51的内部设置有电池内腔513，金属阳511插入到电池内腔513中，电池内腔513通过多个热管512与电池外腔514相连通。

在一些改进的实施例中，为了使位于电池内腔513的热管512充分吸收热量，每个热管512密集分布于电池内腔513的环形侧壁上。同时，为了不阻碍金属阳极511的插入和取出，热管512排布可优选平行于侧壁。

在一种实施例中，每个电池单体51下端面的管路孔位连接有多个电解质溶液支管路222和多个冷却液支管路322，多个所述电解质溶液支管路222包括第一电解质溶液支管路2221、第二电解质溶液支管路2222，多个所述冷却液支管路322包括第一冷却液支管路3221、第二冷却液支管路3222；所述第一电解质溶液支管路2221和所述第二电解质溶液支管路2222一端连接电解质溶液主管路221，另一端连接电池单体51下端面的电解质溶液管路孔位；所述第一冷却液支管路3221、和所述第二冷却液支管路3222一端连接冷却液主管路321，另一端连接电池单体51下端面的冷却液管路孔位。考虑到电解质溶液腔较大，冷却液腔较小，所有的电解质溶液支管路222的直径可优选大于所有的冷却液支管路322的直径。

在一些改进的实施例中，电解质溶液支管路222与电解质溶液管路孔位、冷却液支管路322与冷却液管路孔位均为螺栓固定连接；金属阳极511与电池单体51盖子的底端面焊接固定；电池内腔513与电池外腔514之间设有完全隔离。

图3为金属阳极511插入后单个电池单体51的侧视结构示意图，如图3所示，金属阳极511插入后，金属阳极511上端面与电池单体51的外壳体部分进行固定安装。使得电池内腔513形成一个封闭的空间，电解质溶液可与金属阳极511充分反应。

在一种实施例中，所述电池内腔513一端连接第一电解质溶液支管路2221，另一端连接第二电解质溶液支管路2222，所述电池外腔514一端连接第一冷却液支管路3221，另一端连接第二冷却液支管路3222，热管512的一端设置在电池内腔513内，另一端设置在电池外腔514。

在一种实施例中，金属阳极511设置为预设厚度的金属板，金属板的厚度尺寸小于或等于电池内腔的深度尺寸，金属板的横截面积尺寸小于或等于电池内腔的横截面积尺寸。

在一种实施例中，热管512可优选工作温度在60℃～150℃的热管。

在一种实施例中，电池内腔513为电解质溶液腔，电池外腔514为冷却液溶液腔。冷却液腔包裹着电解质溶液腔，可以及时给电解质溶液腔散热冷却。

在一种实施例中，当电解质溶液在电池内腔513反应温度高于150℃时，可以设置智能控制单元，智能控制单元可对冷却液泵42的流量进行调控，此时，智能控制单元会增加冷却液泵42的流量，冷却液的流量增大，热量带走的就更快更多，从而提升冷却效率。

在一种实施例中，当电解质溶液在电池内腔513反应温度处于60℃～150℃之间时，智能控制单元会保持现有冷却液泵42的流量，从而保持现有冷却效率。

在一种实施例中，当电解质溶液在电池内腔513反应温度低于60℃时，智能控制单元会降低现有冷却液泵42的流量，从而降低现有冷却效率。

本实用新型可按照如下方式进行工作：

每个电池单体51内的金属阳极511，固定安装后，电解质泵41开始运转工作，将电解质溶液箱21内的电解质溶液通过电解质溶液箱21的输出管路220、电解质溶液主管路221、第一电解质溶液支管路2221输送至电池的电解质溶液腔。同时，冷却液泵42也开始运转工作，将冷却液箱31的冷却液通过冷却液箱31的输出管路320、冷却液主管路321、第一冷却液支管路3221输送至电池的冷却液腔。然后，电解质溶液开始与金属阳极511和空气阴极52发生化学反应，产生热量，电解质溶液腔和冷却液腔通过热管512连接，热量通过热管512导热至冷却液腔，冷却液循环流动及时将热量带走。最后，电解质溶液和冷却液分别从第二电解质溶液支管路2222和第二冷却液支管路3222流出电池单体51，再分别通过电解质溶液回流管路223和冷却液回流管路323各自流回至电解质溶液箱21和冷却液箱31。

在上述工作方式的基础上，本实施例还可以在热量温度高于150℃时利用智能控制单元对冷却液泵42的流量进行调控，此时，智能控制单元会增加冷却液泵42的流量，从而提升冷却效率。当电解质溶液在电池内腔513反应温度处于60℃～150℃之间时，智能控制单元会保持现有冷却液泵42的流量，从而保持现有冷却效率。当电解质溶液在电池内腔513反应温度低于60℃时，智能控制单元会降低现有冷却液泵42的流量，从而降低现有冷却效率。

在本实用新型的描述中，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”、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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型中，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实用新型中的具体含义。

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实用新型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一个或多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。在本实用新型的描述中，“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。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种金属燃料电池结构，其特征在于：包括金属燃料电池组(1)、电解质溶液循环回路(2)、冷却液循环回路(3)、电解质泵(41)及冷却液泵(42)；

所述金属燃料电池组(1)的下端面开设有多个电解质溶液管路孔位和多个冷却液管路孔位，所述电解质溶液管路孔位通过螺栓固定连接所述电解质溶液循环回路(2)的管路和所述冷却液管路孔位通过螺栓固定连接冷却液循环回路(3)的管路，所述电解质泵(41)设置于所述电解质溶液循环回路(2)中，所述冷却液泵(42)设置于所述冷却液循环回路(3)中。

2.根据权利要求1所述的一种金属燃料电池结构，其特征在于：所述金属燃料电池组(1)内部设置有多个电池单体(51)、多个空气阴极(52)、多个紧固条(53)及多个固定端子(54)，电池单体(51)上设置有固定端子(54)，通过紧固条(53)将每个电池单体(51)上的每个固定端子(54)固定且所有固定端子(54)处于同一水平面，所述金属燃料电池组(1)的下端面与电池单体(51)的下端面重合，所述电解质溶液循环回路(2)的管路通过所述电解质溶液管路孔位与电池单体(51)相连通，所述冷却液循环回路(3)的管路通过所述冷却液管路孔位与电池单体(51)相连通，每个电池单体(51)的外壁两侧设置有空气阴极(52)。

3.根据权利要求1所述的一种金属燃料电池结构，其特征在于：所述电解质溶液循环回路(2)包括电解质溶液箱(21)、电解质溶液管路(22)和电解质泵(41)；

所述电解质溶液管路(22)还包括电解质溶液箱出液口管路(220)、电解质溶液主管路(221)、电解质溶液支管路(222)及电解质溶液回流管路(223)，所述电解质溶液箱出液口管路(220)设置有电解质泵(41)，所述电解质溶液箱出液口管路(220)与电解质溶液主管路(221)连接，电解质溶液主管路(221)设置有多个电解质溶液支管路(222)，每两个电解质溶液支管路(222)连接单个电池单体(51)底端面的所述管路孔位，电解质溶液主管路(221)与电解质溶液回流管路(223)连接，电解质溶液回流管路(223)连接电解质溶液箱(21)回液口。

4.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的一种金属燃料电池结构，其特征在于：所述冷却液循环回路(3)包括冷却液箱(31)、冷却液管路(32)和冷却液泵(42)；

所述冷却液管路(32)还包括冷却液箱出液口管路(320)、冷却液主管路(321)、冷却液支管路(322)及冷却液回流管路(323)，冷却液箱的出液口管路(320)设置有冷却液泵(42)，所述冷却液箱出液口管路(320)与冷却液主管路(321)连接，所述冷却液主管路(321)设置有多个冷却液支管路(322)，每两个冷却液支管路(322)连接单个电池单体(51)底端面的所述管路孔位，冷却液主管路(321)与冷却液回流管路(323)连接，冷却液回流管路(323)连接冷却液箱(31)回液口。

5.根据权利要求4所述的一种金属燃料电池结构，其特征在于：每个电池单体(51)下端面的管路孔位连接有多个电解质溶液支管路(222)和多个冷却液支管路(322)，多个所述电解质溶液支管路(222)包括第一电解质溶液支管路(2221)、第二电解质溶液支管路(2222)，多个所述冷却液支管路(322)包括第一冷却液支管路(3221)、第二冷却液支管路(3222)；所述第一电解质溶液支管路(2221)和所述第二电解质溶液支管路(2222)一端连接电解质溶液主管路(221)，另一端连接电池单体(51)下端面的电解质溶液管路孔位；所述第一冷却液支管路(3221)、和所述第二冷却液支管路(3222)一端连接冷却液主管路(321)，另一端连接电池单体(51)下端面的冷却液管路孔位。

6.根据权利要求5所述的一种金属燃料电池结构，其特征在于：所述电池单体(51)还包括金属阳极(511)、热管(512)、电池内腔(513)、电池外腔(514)；

每个电池单体(51)的顶部设置有开放面，金属阳极(511)设置为预设厚度的金属板，所述金属阳极(511)固定于电池单体(51)盖子的底端面，电池单体(51)的内部设置有电池内腔(513)，电池外腔(514)包裹设置于电池内腔(513)上，所述电池内腔(513)一端连接第一电解质溶液支管路(2221)，另一端连接第二电解质溶液支管路(2222)，所述电池外腔(514)一端连接第一冷却液支管路(3221)，另一端连接第二冷却液支管路(3222)，热管(512)的一端设置在电池内腔(513)内，另一端设置在电池外腔(514)。

7.根据权利要求6所述的一种金属燃料电池结构，其特征在于：所述电池内腔(513)为电解质溶液腔，所述电池外腔(514)为冷却液溶液腔。

8.根据权利要求5所述的一种金属燃料电池结构，其特征在于：电解质溶液支管路(222)与电解质溶液管路孔位、冷却液支管路(322)与冷却液管路孔位均为螺栓固定连接。

9.根据权利要求6所述的一种金属燃料电池结构，其特征在于：所述金属阳极(511)与电池单体(51)盖子的底端面焊接固定。

10.根据权利要求6或7所述的一种金属燃料电池结构，其特征在于：所述电池内腔(513)与所述电池外腔(514)之间完全隔离。