[發(fā)明專利]一種管式換熱器及其在直接醇類燃料電池系統(tǒng)中的應(yīng)用

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910012464.3
• 申請(qǐng)日: 2009-07-10
• 公開（公告）號(hào): CN101943525A
• 公開（公告）日: 2011-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫公權(quán);孫海;陳利康;趙鋼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號(hào): F28D1/04
• 分類號(hào): F28D1/04;F28F19/06;F28F21/08;F28F1/30;H01M8/02;H01M8/04
• 代理公司: 沈陽(yáng)科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳;周秀梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及管式換熱器，具體地說(shuō)是管式換熱器及其在直接醇類燃料電池系統(tǒng)中的應(yīng)用，其主要是用于冷凝直接醇類燃料電池系統(tǒng)排出物中的水蒸汽，回收并循環(huán)使用冷凝下來(lái)的液態(tài)水，排出系統(tǒng)的多余熱量，維持系統(tǒng)的水熱平衡。

背景技術(shù)

直接醇類燃料電池是將醇類燃料中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的一種化學(xué)反應(yīng)裝置。由于醇類燃料的比能量高，燃料電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，該類電池在便攜式移動(dòng)電源領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

在直接醇類燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，一方面，由于電極反應(yīng)產(chǎn)生大量的熱，所以需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行排熱處理以避免因系統(tǒng)過(guò)熱導(dǎo)致的電池性能降低；另一方面，為維持系統(tǒng)的水平衡，需要對(duì)電堆陰極的排出物進(jìn)行冷凝并回收其中的液態(tài)水。因此，在直接醇類燃料電池的系統(tǒng)中，常常使用換熱器來(lái)解決上述問(wèn)題以維持整個(gè)燃料電池系統(tǒng)的水熱平衡。然而，作為便攜式移動(dòng)電源，直接醇類燃料電池系統(tǒng)應(yīng)具有體積小、重量輕等特點(diǎn)，這就對(duì)直接醇類燃料電池系統(tǒng)用換熱器提出了高效、輕質(zhì)的要求。

目前，應(yīng)用于直接醇類燃料電池系統(tǒng)的換熱器通常有板式換熱器和管式換熱器兩種。板式換熱器通常是由不銹鋼鋼片層疊堆積而成，當(dāng)其應(yīng)用在直接醇類燃料電池系統(tǒng)中時(shí)，陰極流出物和冷卻空氣分別通過(guò)不銹鋼鋼片的兩側(cè)，通過(guò)不銹鋼鋼片交換熱量。該種換熱器不易于與冷卻風(fēng)扇集成為一體，需要額外的流量整形空間，從而導(dǎo)致體積增大。管式換熱器通常是將不銹鋼管彎曲成蛇形，但是由于易產(chǎn)生壓力降，所以鋼管的長(zhǎng)度受限，換熱器換熱效率較低。

近年來(lái)，泡沫金屬作為一種質(zhì)量輕、散熱性好、比表面積高的新型材料，它的應(yīng)用為改善傳統(tǒng)換熱器效率低、質(zhì)量重、體積大的問(wèn)題提供了一種新的解決途徑。

中國(guó)專利200710135177.0公開了一種板式換熱器，包括由換熱板和封頭構(gòu)成的至少兩個(gè)流體流通的流體通道，流體通道內(nèi)設(shè)置有高導(dǎo)熱性的泡沫金屬。盡管該結(jié)構(gòu)的板式換熱器與平板式換熱器相比，換熱效果增強(qiáng)明顯，但其較大的體積及與冷凝風(fēng)扇集成困難等問(wèn)題仍然不能滿足直接醇類燃料電池系統(tǒng)的需要。

中國(guó)專利200810033289.1公開了一種內(nèi)襯泡沫金屬的翹片管式換熱器，包括管外金屬翹片、金屬管和填充在金屬管中的泡沫金屬。盡管該換熱器可以提高換熱器管內(nèi)換熱性能，但多孔泡沫金屬的存在會(huì)在很大程度上增加液態(tài)水的流動(dòng)阻力，從而影響系統(tǒng)中液態(tài)水的回收和再利用。因此，這種類型的換熱器并不適合用于直接醇類燃料電池系統(tǒng)。

中國(guó)專利200610105100.6公開了一種管式換熱器，包括換熱管以及布置在換熱管外表面的泡沫金屬和輔助換熱裝置。由于泡沫金屬附著在整個(gè)金屬管外壁上，增加了空氣的流動(dòng)阻力，使得輔助換熱裝置需要的消耗功率增大，降低了換熱效率。不適宜應(yīng)用在直接醇類燃料電池系統(tǒng)中。

綜合來(lái)看，目前針對(duì)燃料電池系統(tǒng)水熱平衡問(wèn)題而采用的換熱器換熱效率不高，體積較大，難于與輔助冷卻部件集成等問(wèn)題仍然是阻礙直接醇類燃料電池系統(tǒng)應(yīng)用的主要障礙之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于燃料電池系統(tǒng)，特別是直接醇類(甲醇、乙醇、乙二醇等)燃料電池系統(tǒng)的換熱器。這種換熱器由耐腐蝕管和泡沫金屬制成，具有結(jié)構(gòu)緊湊，換熱效率高，質(zhì)量輕，易于與輔助換熱設(shè)備集成，制造容易等優(yōu)點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種管式換熱器。

一種管式換熱器，包括耐腐蝕管和管外壁上固接的泡沫金屬構(gòu)成。

所述泡沫金屬為板狀結(jié)構(gòu)，其作翅片固接于耐腐蝕管外壁上，形成翅片管式換熱器；金屬管外側(cè)翅片由泡沫金屬制成，由于泡沫金屬具有孔隙率高、熱傳導(dǎo)性能好、質(zhì)量輕等特點(diǎn)，使得這種由泡沫金屬制成的翅片結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)的金屬翅片結(jié)構(gòu)在換熱器的應(yīng)用上更有優(yōu)勢(shì)；上述泡沫金屬翅片與耐腐蝕管或通過(guò)焊接相連、或通過(guò)交聯(lián)劑相連、或通過(guò)加熱膨脹方式連接。

或者所述泡沫金屬為塊狀整體結(jié)構(gòu)，耐腐蝕管穿置于塊狀泡沫金屬內(nèi)部，最好于所述塊狀泡沫金屬上開設(shè)有通孔，以增加其換熱效果。

所述泡沫金屬可為具有良好導(dǎo)熱性能的材料，如Al、Cu、Ni或上述兩種或兩種以上金屬的合金；所述耐腐蝕管的材料可為：金屬361L，金屬304L，或陶瓷材料，或管內(nèi)壁面附著有金或銀薄膜鍍層的金屬材料。

所述開孔泡沫金屬材料與耐腐蝕管的固接方式為焊接、通過(guò)具有良好導(dǎo)熱性的交聯(lián)劑粘接、通過(guò)加熱或壓力膨脹擠壓固連為一體(即過(guò)贏配合聯(lián)接)。