CN219658747U - 具有换热系统的直接甲醇燃料电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种具有换热系统的直接甲醇燃料电池，包括燃料电池电堆系统和水热管理系统，燃料电池电堆系统和水热管理系统之间设有空气泵，燃料电池电堆系统包括多个电堆，水热管理系统包括换热器和气液分离器，燃料电池电堆系统与空气泵之间的管路上设有第一电磁阀，水热管理系统与空气泵之间的管路上设有第二电磁阀，每个电堆的进气管道上均设有第三电磁阀。将系统与外界环境的换热合并到换热器部分，系统内气体通过自然对流与换热器外表面换热，将系统产生的热量也带出系统。在冷启动时，避免了冷启动时冷气直接进入所导致的膜电极损坏等情况。本实用新型减少了对风扇的使用，节约了寄生功率，提升了进气的温度，提高了电池的性能。
Description
技术领域：
本实用新型涉及一种具有换热系统的直接甲醇燃料电池。
背景技术：
直接甲醇燃料电池是一种将甲醇中氢所具有的化学能转变为电能的发电装置，其应用范围极广，可以用于便携、长期无人值守、应急供电等方向，解决目前能源依赖石油、缺乏应急手段的难点。
直接甲醇燃料电池的反应方程式如下所示：
阳极反应方程式：
CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-
阴极反应方程式：
总反应方程式：
甲醇溶液在阳极反应损失一份水，而空气在阴极反应生成三份水蒸气。反应整体是生成水的，但是若水蒸气完全排出则会使得系统需要补充水，大幅提升系统燃料的重量。常规方案是通过风扇驱动环境中的空气与阴极排出的废气换热，将其中的一份水蒸气冷凝成水，在气液分离器中，将水补充到溶液。
现有的直接甲醇燃料电池冷凝换热是以风扇驱动环境空气与管道换热实现的，故该方案需要持续使用风扇，会大幅增加系统的寄生功率。此外，其对环境适应性不佳，在酷寒环境，由于原料气温度低温启动相当困难，管道可能出现结冰现象；而在酷暑环境下，换热量对风扇的功率和换热面积有较高的要求。
发明内容：
本实用新型的目的是为了克服以上的不足，提供一种节约了寄生功率、提高了电池性能的具有换热系统的直接甲醇燃料电池。
本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：一种具有换热系统的直接甲醇燃料电池，包括燃料电池电堆系统和水热管理系统，燃料电池电堆系统和水热管理系统之间设有空气泵，燃料电池电堆系统包括多个电堆，水热管理系统包括换热器和气液分离器，燃料电池电堆系统与空气泵之间的管路上设有第一电磁阀，水热管理系统与空气泵之间的管路上设有第二电磁阀，每个电堆的进气管道上均设有第三电磁阀。
本实用新型的进一步改进在于：电池采用密封的保温外壳。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
1、减少对风扇的使用，节约了寄生功率。
2、提升了进气的温度，提高了电池的性能。
3、将系统与外界环境的换热合并到换热器部分，系统内气体通过自然对流与换热器外表面换热，将系统(包括但不限于泵、电路板等)产生的热量也带出系统。比起直接与环境换热，该方式提升了保温效果，同时延长了寿命(电子元件不会因为外部空气的腐蚀而损害)。
4、在冷启动时，换热器内部的热气先参与反应，之后才是外部的冷气，避免了冷启动时冷气直接进入所导致的膜电极损坏等情况。
附图说明：
图1为本实用新型的结构示意图；
图中标号：燃料电池电堆系统-1、电堆-1-1、水热管理系统-2、换热器-2-1、气液分离器-2-2、空气泵-3、第一电磁阀-4、第二电磁阀-5、第三电磁阀-6。
具体实施方式：
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。在本实用新型的一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，说明中省略了与本实用新型无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。基与本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属与本实用新型保护的范围。
一种具有换热系统的直接甲醇燃料电池，电池采用密封的保温外壳，电子元件不会因为外部空气的腐蚀而损害。该电池包括燃料电池电堆系统1和水热管理系统2，燃料电池电堆系统1和水热管理系统2之间设有空气泵3，燃料电池电堆系统1包括多个电堆1-1，水热管理系统2包括换热器2-1和气液分离器2-2。由于环境温度的变化，原料气的温度并不恒定，因此使用电磁阀调节参与换热的原料气的量，燃料电池电堆系统1与空气泵3之间的管路上设有第一电磁阀4，水热管理系统2与空气泵3之间的管路上设有第二电磁阀5，每个电堆1-1的进气管道上均设有第三电磁阀6。
当第一电磁阀4关闭，其余电磁阀均开启，原料气通过空气泵3进入管道后与每个电堆1-1产生的废气在换热器2-1中进行换热；当第二电磁阀5关闭，其余电磁阀均开启，则原料气完全不参与换热，而是直接进入电堆1-1；当第一电磁阀4和第二电磁阀5均开启，通过控制每个电堆1-1对应的第三电磁阀6的开启或者关闭，来实现该电磁1-1的原料气是否参与换热。将系统与外界环境的换热合并到换热器部分，系统内气体通过自然对流与换热器外表面换热，将系统(包括但不限于泵、电路板等)产生的热量也带出系统。在冷启动时，换热器内部的热气先参与反应，之后才是外部的冷气，避免了冷启动时冷气直接进入所导致的膜电极损坏等情况。
本实用新型减少了对风扇的使用，节约了寄生功率，提升了进气的温度，提高了电池的性能。
最后应说明的是：虽然以上已经详细说明了本实用新型及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本实用新型的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本实用新型的范围不仅限与说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本实用新型的公开内容将容易理解，根据本实用新型可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。
Claims (2)
1.一种具有换热系统的直接甲醇燃料电池，包括燃料电池电堆系统(1)和水热管理系统(2)，其特征在于：燃料电池电堆系统(1)和水热管理系统(2)之间设有空气泵(3)，燃料电池电堆系统(1)包括多个电堆(1-1)，水热管理系统(2)包括换热器(2-1)和气液分离器(2-2)，燃料电池电堆系统(1)与空气泵(3)之间的管路上设有第一电磁阀(4)，水热管理系统(2)与空气泵(3)之间的管路上设有第二电磁阀(5)，每个电堆(1-1)的进气管道上均设有第三电磁阀(6)。
2.根据权利要求1所述一种具有换热系统的直接甲醇燃料电池，其特征在于：所述电池采用密封的保温外壳。
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2023
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