[發(fā)明專利]一種熱驅(qū)燃料電池系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811029138.9
• 申請(qǐng)日: 2018-09-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109148916B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何志超;汪浩鵬;馮媛;張斌;尹亞江
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司信息科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): H01M8/04298
• 分類號(hào): H01M8/04298;H01M8/04082
• 代理公司: 北京中知法苑知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11226
• 代理人: 李明

本發(fā)明涉及熱管技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種熱驅(qū)燃料電池系統(tǒng)，包括熱驅(qū)結(jié)構(gòu)單元與燃料電池單元，熱驅(qū)結(jié)構(gòu)單元利用外部熱量推動(dòng)燃料輸運(yùn)至燃料電池單元，燃料電池單元接收并利用燃料發(fā)電，熱驅(qū)結(jié)構(gòu)單元的燃料輸出口與燃料電池的燃料輸入口通過(guò)第一管道相連。上述熱驅(qū)燃料電池系統(tǒng)通過(guò)熱驅(qū)結(jié)構(gòu)單元利用外界環(huán)境的熱量驅(qū)動(dòng)燃料電池的燃料供給，不需要設(shè)置額外的泵閥結(jié)構(gòu)或消耗額外的能量用于燃料供給，有效解決被動(dòng)式燃料電池燃料供給效率低、性能極易受到外界環(huán)境影響，以及主動(dòng)式燃料電池整體能量效率較低、微小型化難度大的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于熱管理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種熱驅(qū)燃料電池系統(tǒng)。

背景技術(shù)

燃料電池是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置，具有能量密度、能量轉(zhuǎn)化效率高,操作方便,對(duì)環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，與太陽(yáng)能，風(fēng)能等共同被視為未來(lái)清潔能源的重要組成部分，是現(xiàn)今新能源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

從燃料組成進(jìn)行劃分，燃料電池包括醇類燃料電池、氫氧燃料電池等不同類型；從燃料供給方式進(jìn)行劃分，燃料電池包括主動(dòng)式燃料電池和被動(dòng)式(自呼吸式)燃料電池。不同種類的燃料電池各有特點(diǎn)，適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合。具體而言，主動(dòng)式燃料電池具有更高的燃料供給效率，因而具有更高的輸出性能，并且燃料供給受到外界影響較小。然而主動(dòng)式燃料電池所附帶的泵、閥等結(jié)構(gòu)需要消耗額外的電能和體積空間，這使得主動(dòng)式燃料電池的整體能量效率較低，并且難以被微小型化。被動(dòng)式燃料電池不需要泵、閥等輔助結(jié)構(gòu)，僅僅依靠重力和擴(kuò)散作用實(shí)現(xiàn)燃料供給，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，是微小型燃料電池的首選方案。然而被動(dòng)式燃料電池的燃料供給效率低，并且極易受到外界環(huán)境影響，這使得被動(dòng)式燃料電池的輸出性能往往較差。

因此，有必要對(duì)主動(dòng)式燃料電池的燃料供給系統(tǒng)進(jìn)行研究改進(jìn)，顛覆現(xiàn)有普遍采用有源泵、閥控制甲醇燃料輸運(yùn)的低反應(yīng)活性燃料電池工作機(jī)理，擺脫泵、閥等組件難以集成等對(duì)微型燃料電池性能提升的限制。另一方面，隨著電子器件和能源系統(tǒng)不斷向輕量化、小型化、高集成化的方向快速發(fā)展，系統(tǒng)內(nèi)的熱流密度和溫度急劇增加。一般而言，高溫會(huì)引起電阻阻值增加，變壓器、扼流圈材料的絕緣性能下降，焊點(diǎn)合金結(jié)構(gòu)的變化，晶體管元件失效等問(wèn)題，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)及核心器件的可靠性和使用壽命，因此器件的散熱冷卻和系統(tǒng)的熱管理問(wèn)題已經(jīng)成為制約電子器件和能源系統(tǒng)發(fā)展的瓶頸問(wèn)題之一。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種熱驅(qū)燃料電池系統(tǒng)，通過(guò)熱驅(qū)結(jié)構(gòu)單元利用外界環(huán)境的熱量驅(qū)動(dòng)燃料電池的燃料供給，不需要設(shè)置額外的泵閥結(jié)構(gòu)或消耗額外的能量用于燃料供給，有效解決被動(dòng)式燃料電池燃料供給效率低、性能極易受到外界環(huán)境影響，以及主動(dòng)式燃料電池整體能量效率較低、微小型化難度大的問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明實(shí)施例采用如下技術(shù)方案：

一種熱驅(qū)燃料電池系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括熱驅(qū)結(jié)構(gòu)單元與燃料電池單元，熱驅(qū)結(jié)構(gòu)單元利用外部熱量推動(dòng)燃料輸運(yùn)至燃料電池單元，燃料電池單元接收并利用燃料發(fā)電，熱驅(qū)結(jié)構(gòu)單元的燃料輸出口與燃料電池的燃料輸入口通過(guò)第一管道相連。

進(jìn)一步的，熱驅(qū)結(jié)構(gòu)單元吸收外部熱量并將外部熱量轉(zhuǎn)化為燃料相變潛熱以推動(dòng)燃料輸送。

進(jìn)一步的，熱驅(qū)結(jié)構(gòu)單元的燃料輸入口封閉，燃料電池的燃料輸出口開(kāi)放。

進(jìn)一步的，熱驅(qū)結(jié)構(gòu)單元包括一種或多種蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)，蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)包含環(huán)路熱管回路或毛細(xì)泵回路。

進(jìn)一步的，當(dāng)蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)包含環(huán)路熱管回路時(shí)，環(huán)路熱管回路包括：上端開(kāi)口的中空殼體，中空殼體內(nèi)部從下到上依次設(shè)置有蒸發(fā)器與儲(chǔ)液腔，蒸發(fā)器包括位于中空殼體內(nèi)部底端的受熱面，設(shè)置于受熱面上方的加熱齒與蒸汽室，設(shè)置于加熱齒與蒸汽室上方的毛細(xì)芯層，儲(chǔ)液腔包括由毛細(xì)芯層的頂面、中空殼體的側(cè)壁與位于中空殼體上方的蓋板形成的空腔。

進(jìn)一步的，加熱齒平行且均勻分布于受熱面上，相鄰加熱齒之間形成蒸汽槽道。

進(jìn)一步的，蒸汽槽道的一端固定于中空腔體的側(cè)壁，蒸汽室設(shè)置于蒸汽槽道的另一端。