[實(shí)用新型]用于被動(dòng)式直接甲醇燃料電池的熱/流管理系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201220711387.8
• 申請(qǐng)日: 2012-12-20
• 公開（公告）號(hào): CN203166012U
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁偉;張兆春;湯勇;黃子洋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M8/04
• 分類號(hào): H01M8/04;H01M8/06
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡茂略

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，具體為用于被動(dòng)式直接甲醇燃料電池的熱/流管理系統(tǒng)。

背景技術(shù)

直接甲醇燃料電池（Direct?Methanol?Fuel?Cell，以下簡稱DMFC)是直接利用甲醇水溶液作為燃料，氧或空氣作為氧化劑的一種燃料電池。

DMFC的半電池反應(yīng)和總反應(yīng)可表示如下：

陽極反應(yīng)為CH₃OH+H₂O?→6H⁺+6e^-+CO₂

陰極反應(yīng)為3/2O₂+6H⁺+6e^-→3H₂O

電池總反應(yīng)為CH₃OH+3/2O₂→2H₂O+CO₂

DMFC由于具有較高的能量密度，燃料易得，使用便利，設(shè)備簡單，綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，被業(yè)內(nèi)認(rèn)為是最有潛力率先實(shí)現(xiàn)市場化的一類燃料電池。現(xiàn)階段我國在DMFC研發(fā)方面雖然已經(jīng)取得一定的研究成果，但是都是利用液態(tài)甲醇溶液作為原料，這不可避免地會(huì)遇到以下問題：（1）甲醇穿透現(xiàn)象嚴(yán)重，功率密度低，甲醇利用率低；（2）甲醇濃度低，到達(dá)陽極的甲醇被稀釋；（3）反應(yīng)溫度低（≤90℃），電池活性低；（4）電池兩極均存在兩相傳質(zhì)受阻現(xiàn)象。以上因素共同作用，大大限制了DMFC的性能，使得人們不得不繼續(xù)探索采用蒸汽供給的形式為DMFC提供燃料。

以蒸汽形式為燃料電池供給燃料具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)能夠有效降低甲醇穿透,提高燃料的利用率。

(2)有更高的工作溫度和壓力,提高氧化反應(yīng)的速率,提高能量的輸出量。

(3)可以實(shí)現(xiàn)純甲醇供料，具有更高的能量密度。

(4)能夠有較高的傳質(zhì)速率，提高燃料供給速率。

上述論述表明，采用蒸汽形式供給燃料的蒸汽供給被動(dòng)式直接甲醇燃料電池具有更加優(yōu)異的輸出性能，對(duì)于直接甲醇燃料電池的發(fā)展具有重要意義。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種可以提高電池發(fā)電效率的用于被動(dòng)式直接甲醇燃料電池的熱/流管理系統(tǒng)。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案：

本實(shí)用新型用于被動(dòng)式直接甲醇燃料電池的熱/流管理系統(tǒng)，包括蒸發(fā)器、溫控系統(tǒng)、反應(yīng)物回收裝置、熱量平衡裝置；反應(yīng)物回收裝置包括蛇形管路和甲醇冷卻箱；蛇形管路一端與電池反應(yīng)體的反應(yīng)物排出口相接，另一端穿過甲醇冷卻箱下部，中間部分置于甲醇冷卻箱中；甲醇冷卻箱置于室溫環(huán)境中，內(nèi)部儲(chǔ)存液體甲醇，箱體下部通過閥門與蒸發(fā)器連通；熱量平衡裝置由熱管均勻排列組合而成。

優(yōu)選的，所述溫控系統(tǒng)包括電熱絲、繼電器、開關(guān)、溫控儀、熱電偶、以及電源，電源為溫控系統(tǒng)提供能量，并接到溫控儀的電源接線端，溫控儀采用智能溫控儀，溫控儀SSR輸出端接繼電器，繼電器輸出端接到電熱絲，K型熱電偶正負(fù)極分別接到溫控儀的熱電偶接線“+”“-”端。

優(yōu)選的，還包括保溫層，所述保溫層設(shè)置在整個(gè)電池反應(yīng)體的外部。

優(yōu)選的，所述蒸發(fā)器與電池反應(yīng)體之間置有多孔金屬纖維板，所述多孔金屬纖維板由不銹鋼纖維燒結(jié)而成。

優(yōu)選的，多孔金屬纖維板由直徑為20-200μm的不銹鋼金屬纖維燒結(jié)而成，孔隙率為70%-90%，滲透率為10^-12-10^-9m²，孔徑為50μm-500μm，厚度為2mm-4mm。

優(yōu)選的，所述蒸發(fā)器采用透明材料制成。

優(yōu)選的，所述電熱絲通過燃料腔壁上的通孔置于燃料腔內(nèi)部，并且表面涂有導(dǎo)熱性能良好且耐甲醇腐蝕的絕緣導(dǎo)熱硅膠。

優(yōu)選的，所述熱管呈“U”型，蒸發(fā)段嵌入蒸發(fā)器內(nèi)部，用導(dǎo)熱硅膠固定，冷凝段嵌入電池反應(yīng)體內(nèi)部，用導(dǎo)熱硅膠固定，絕熱段置于外部空氣中。

優(yōu)選的，所述蛇形管路通過流量閥與電池反應(yīng)體相接，所述蛇形管路由導(dǎo)熱性能良好且耐甲醇溶液腐蝕的金屬材料制成。

優(yōu)選的，所述蛇形管路內(nèi)部填充有不銹鋼纖維，并經(jīng)過燒結(jié)處理，孔隙率為70%-90%，滲透率為10^-12-10^-9m²，孔徑為50μm-500μm。

本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：