一种水冷燃料电池热量回收系统的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池领域，特别涉及一种水冷燃料电池热量回收系统。


背景技术：

2.燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，其主要由四部分组成,即阳极、阴极、电解质和外部电路。两种不同的燃料分别由燃料电池的阳极和阴极通入，在阳极上的燃料放出电子,电子经外电路传导到阴极并与在阴极的燃料结合生成离子，离子在电场作用下,通过电解质迁移到阳极上,构成回路,产生电流。
3.目前的燃料电池一般是通入处于室温的燃料来发电，但是燃料反应的较佳温度一般高于室温，室温并不是燃料反应的较佳温度，这样会导致燃料在一开始被通入燃料电池中时反应的速率较慢，同时导致燃料电池的发电效益变低。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在解决现有的技术问题之一，为此，本实用新型提出了一种水冷燃料电池热量回收系统，能够利用燃料电池产生的热量对燃料进行预热，加快燃料加入燃料电池装置时的初始反应速率，提高燃料电池的发电效益，同时也提升了资源的利用率。
5.根据本实用新型的一种水冷燃料电池热量回收系统，包括水冷换热装置和燃料电池装置，所述水冷换热装置与所述燃料电池装置连接，所述水冷换热装置能够收集所述燃料电池装置产生的热量并且所述水冷换热装置能够对向所述燃料电池装置输送的燃料进行预热。
6.根据本实用新型的一种水冷燃料电池热量回收系统，至少具有如下有益效果：
7.本实用新型水冷燃料电池热量回收系统，燃料电池装置在工作时会产生大量热量，水冷换热装置能够带走燃料电池装置产生的热量，避免燃料电池装置因温度过高而受损，同时水冷换热装置输出的冷却水在经过燃料电池装置后会收集燃料电池装置产生的热量，这些冷却水能够利用收集的热量与加入燃料电池装置的燃料进行热交换，对加入燃料电池装置的燃料进行预热，预热后的燃料在加入到燃料电池装置后能够加快燃料电池装置内的反应速率，提高燃料电池装置的发电效益，同时对燃料电池装置产生的热量进行了循环回收利用，提高了资源的利用率。
8.根据本实用新型的一些实施例，所述水冷换热装置包括热交换器，所述热交换器包括壳体，所述壳体上设置有容腔、燃料输入口、燃料输出口、进水口、出水口以及燃料输送通道，所述燃料输送通道设置在所述容腔内并且所述燃料输送通道分别与所述燃料输入口以及所述燃料输出口连通，所述容腔分别与所述进水口以及所述出水口连通，所述燃料电池装置上设置有燃料输入端、冷却水输入口、冷却水输出口以及冷却水输送通道，所述冷却水输送通道分别与所述冷却水输入口以及所述冷却水输出口连通并且所述冷却水输送通道能够收集所述燃料电池装置产生的热量，所述燃料输入端与所述燃料输出口连通，所述冷却水输入口与所述出水口连通，所述冷却水输出口与所述进水口连通。
9.根据本实用新型的一些实施例，所述水冷换热装置还包括水泵，所述水泵分别与所述冷却水输入口以及所述出水口连通，所述水泵能够驱使冷却水在所述冷却水输送通道以及所述容腔内流动。
10.根据本实用新型的一些实施例，所述水冷换热装置还包括散热部件，所述散热部件分别与所述出水口以及所述水泵连通以能够降低冷却水的温度。
11.根据本实用新型的一些实施例，所述燃料输入口与所述出水口设置在所述壳体沿长度方向的一端，所述燃料输出口与所述进水口设置在所述壳体沿长度方向的另一端。
12.根据本实用新型的一些实施例，所述燃料输送通道为螺旋管道。
13.根据本实用新型的一些实施例，所述热交换器还包括设置在所述容腔内的限位件，所述限位件分别与所述燃料输送通道以及所述壳体连接以限制所述燃料输送通道在所述容腔内移动。
14.根据本实用新型的一些实施例，所述壳体呈圆柱状。
15.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
16.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
17.图1为本实用新型水冷燃料电池热量回收系统的结构图；
18.图2为热交换器的结构图；
19.图3为热交换器的正视图；
20.图4为热交换器的俯视图；
21.图5为本实用新型热交换器的截面图。
22.附图标记：
23.水冷换热装置1、热交换器11、壳体111、容腔1111、燃料输入口1112、燃料输出口1113、进水口1114、出水口1115、燃料输送通道1116、限位件112、燃料电池装置2、燃料输入端21、冷却水输出口22、冷却水输入口23、冷却水输送通道24。
具体实施方式
24.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
25.在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如术语“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。
26.在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大
于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
27.本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
28.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
29.根据本实用新型的一种热交换器，如图1所示，包括水冷换热装置1和燃料电池装置2，水冷换热装置1与燃料电池装置2连接，水冷换热装置1能够收集燃料电池装置2产生的热量并且水冷换热装置1能够对向燃料电池装置2输送的燃料进行预热。
30.本实用新型水冷燃料电池热量回收系统，燃料电池装置2在工作时会产生大量热量，水冷换热装置1能够带走燃料电池装置2产生的热量，避免燃料电池装置1因温度过高而受损，同时水冷换热装置2输出的冷却水在经过燃料电池装置后会收集燃料电池装置产生的热量，这些冷却水能够利用收集的热量与加入燃料电池装置2的燃料进行热交换，对加入燃料电池装置2的燃料进行预热，预热后的燃料在加入到燃料电池装置2后能够加快燃料电池装置内的反应速率，提高燃料电池装置2的发电效益，同时对燃料电池装置2产生的热量进行了循环回收利用，提高了资源的利用率。
31.具体地，通入燃料电池装置2阳极的燃料可以为气体燃料，如氢气、甲烷等，也可以为液体燃料，如甲醇、乙醇等；而通入燃料电池装置2阴极的燃料一般为氧气。
32.在本实用新型的一些实施例中，如图1所示，水冷换热装置1包括热交换器11，热交换器11包括壳体111，壳体111上设置有容腔1111、燃料输入口1112、燃料输出口1113、进水口1114、出水口1115以及燃料输送通道1116，燃料输送通道1116设置在容腔1111内并且燃料输送通道1116分别与燃料输入口1112以及燃料输出口1113连通，容腔1111分别与进水口1114以及出水口1115连通，燃料电池装置2上设置有燃料输入端21、冷却水输入口22、冷却水输出口23以及冷却水输送通道24，冷却水输送通道24分别与冷却水输入口22以及冷却水输出口23连通并且冷却水输送通道24能够收集燃料电池装置2产生的热量，燃料输入端21与燃料输出口1113连通，冷却水输入口22与出水口1115连通，冷却水输出口23与进水口1114连通。
33.具体地，冷却水输送通道24能够与燃料电池装置2进行热量交换，收集燃料电池装置2产生的热量后将热量传导至热交换器11，优选地，冷却水输送通道24贯穿燃料电池装置2以在燃料电池装置2的侧壁上形成冷却水输入口22和冷却水输出口23。当热交换器11工作时，燃料从燃料输入口1112输入，燃料经过燃料输送通道1116后从燃料输出口1112输出；冷却水输送通道24通过进水口1113向热交换器11输入携带着燃料电池装置2产生的热量的冷
却水，冷却水经过容腔1111后从出水口1115输出。由于容腔1111内的冷却水温度高于燃料输送通道1116内的燃料温度，两者会进行热量交换，冷却水会向燃料传导热量，使得燃料的温度上升，以达到预热燃料的效果。
34.另外，热交换器11可以用于预热通入燃料电池装置2阳极的燃料，也可以用于预热通入燃料电池装置2阴极的燃料。
35.在本实用新型的一些实施例中，如图1所示，水冷换热装置1还包括水泵12，水泵12分别与冷却水输入口22以及出水口1115连通，水泵12能够驱使冷却水在冷却水输送通道24以及容腔1111内流动。
36.具体地，水泵12能够提高冷却水输送通道24内的冷却水与燃料电池装置2的热交换效率，水泵12还能够提高容腔1111内的冷却水与燃料输送通道1116内的燃料的热交换效率。在本实用新型的一个实施例中，水冷换热系统1还包括与水泵12连接的水箱，在打开水泵12之前，用户需要向水箱中加入常温的水，加入的水箱中的水可以为蒸馏水，也可以为纯净水。需要说明的是，由于水流经整个水冷燃料电池热量回收系统的各个部分，若系统中使用的水的导电性较高，则当燃料电池装置2漏电时会对整个系统带来较大损伤，而蒸馏水和纯净水的导电性皆较低，能够尽量减小燃料电池装置2漏电对整个水冷燃料电池热量回收系统造成的损伤。
37.在本实用新型的一些实施例中，如图1所示，水冷换热装置1还包括散热部件13，散热部件13分别与出水口1115以及水泵12连通以能够降低冷却水的温度。
38.具体地，散热部件13能够使得从出水口1115输出回到水泵12的冷却水的温度降低，便于这些冷却水重新进入燃料电池装置2中收集燃料电池装置2产生的热量，这样在整个水冷燃料电池热量回收系统中，冷却水能够循环利用。一般地，散热部件13中都设置有供冷却水流过的输水通道，同时散热部件13内部还设置有朝向输水通道的散热风扇，散热风扇对输水通道吹风能够快速带走输水通道中的冷却水携带的热量，使得输水通道中的冷却水的温度迅速下降。
39.在本实用新型的一些实施例中，如图2
‑
图5所示，燃料输入口1112与出水口1115设置在壳体111沿长度方向的一端，燃料输出口1113与进水口1114设置在壳体111沿长度方向的另一端。
40.具体地，通入热交换器11的燃料以及冷却水皆为流体，而燃料以及冷却水在输送时均需要外力驱动。将燃料输入口1112与出水口1115设置在壳体111沿长度方向的一端，并且将燃料输出口1113与进水口1114设置在壳体111沿长度方向的另一端，这能够在燃料与冷却水之间形成强制对流，加快燃料与冷却水之间的热交换速率，提高对燃料的预热效果。
41.在本实用新型的一些实施例中，如图5所示，燃料输送通道1116为螺旋管道。
42.具体地，容腔1111内的空间有限，将燃料输送通道1116设置为螺旋管道相较于将燃料输送通道1116设置为直线管道能够增加燃料输送通道1116的长度，增加热交换器11的有效换热面积，有利于冷却水与燃料进行热量交换。
43.在本实用新型的一些实施例中，如图5所示，热交换器11还包括设置在容腔1111内的限位件112，限位件112分别与燃料输送通道1116以及壳体111连接以限制燃料输送通道1116在容腔1111内移动。
44.具体地，在热交换器11工作时，燃料输送通道1116会同时受到来自冷却水和燃料
的压力，限位件112能够防止燃料输送通道1116受压在容腔1111内移动，避免燃料输送通道1116意外受损，保证热交换过程的正常进行。另外，限位件112可以为一个套设在燃料输送通道1116上的套环，也可以为一个与燃料输送通道1116的外壁面连接的支架，且限位件112一般采用具有较好抗压性能和耐高温性能的材料制成。
45.在本实用新型的一些实施例中，如图2、图3所示，壳体111呈圆柱状。
46.具体地，若壳体111呈长方体状，长方体整体在受力时各个位置受力不均匀，长方体的棱边位置容易受损。而圆柱体沿长度方向的截面皆为圆形，因此圆柱体在输送流体时的阻力较小，而且圆柱体在输送流体时各位置受力均匀，整体结构不易受损。另外，壳体111的材质可以为不锈钢，也可以为碳纤维。
47.综上所述，本实用新型水冷燃料电池热量回收系统的工作流程如下：首先，水泵12驱使与水泵12连接的水箱内的冷却水向燃料电池装置2流动，冷却水从冷却水输入口22流入冷却水输送通道24后能够收集燃料电池装置2产生的热量，进而变成冷却水，接着这些冷却水会从冷却水输出口23离开燃料电池装置2，并且这些冷却水会从进水口1114进入热交换器11的容腔1111，与此同时，准备向燃料电池装置2输送的燃料先从燃料输入口1112进入燃料输送通道1116，容腔1111内的冷却水会与燃料输送通道1116内的燃料进行热量交换，对燃料进行预热，被预热后的燃料从燃料输出口1113离开热交换器11，被预热后的燃料最后会从燃料输入端21进入燃料电池装置2，而容腔1111内的冷却水在与燃料进行热交换后从出水口1115离开热交换器11，接着这些冷却水在经过散热部件13的降温处理后变为处于常温或者低温的冷却水并且重新被输送回水泵12。
48.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。