燃料電池組合的製作方法
2023-12-06 09:24:06
專利名稱：燃料電池組合的製作方法
技術領域：
本實用新型關於一種燃料電池組合，特別關於一種用作電子設備供電裝置、能將電子元件散熱以及燃料電池的燃料預熱相結合統一的燃料電池組合。
背景技術：
燃料電池是將燃料的化學能直接轉化為電能的電化學連續反應裝置，其主要由三個部分組成，即正極(或稱陽極)、負極(或稱陰極)和介於正負極之間的電解質，該電解質可以為導電液體，亦可以為陶瓷或聚合物膜等。其中，燃料被添加至正極，而負極則輸入氧氣(或空氣)作氧化劑，燃料可以為純氫，亦可以為醇類或天然氣、煤氣等。在催化劑如貴金屬鉑等作用下，燃料在正極被分解並產生氫，氫進一步被分解成氫離子及電子，其中氫離子可穿透電解質而到達負極，而電子通過連接正負極之外部電路流向負極，從而電路中產生電流。而在催化劑作用下，氧氣與到達負極的氫離子及電子在負極反應生成水，只要確保燃料供應，燃料電池就可不間斷地提供電力。燃料電池適合應用的領域非常廣泛，可用於太空、汽車、電廠、電子產品如手機及計算機等，由於燃料電池具有廢物排放量低、能量轉化效率高、清潔無噪音以及模塊化結構等優點，使得其成為當今科技界最熱門的研究課題之一。
用於電子產品中的燃料電池的容量理論上可達到普通鋰電池的10倍，即在相同重量下，燃料電池可以提供相當於普通鋰電池10倍的驅動時間。另，與充電鋰電池相比，燃料電池的最大優勢在於電力續航方便，即燃料用完後，對其補充燃料後就可繼續使用，而無需對充電鋰電池進行充電的漫長過程。
但是，燃料電池內的化學反應產生需要一定溫度條件，因此，應用於電子產品中的燃料電池提供電力，一般需利用外部熱源使燃料電池的燃料達到所需工作溫度。另一方面，電子元件如各種晶片等在運行過程產生大量熱量，業界通常在該發熱電子元件表面安裝由金屬材料如銅、鋁製成的散熱裝置進行輔助散熱，而近來隨著晶片的集成度及工作頻率的不斷提高，其相應產生的熱量夜越來越多，單純通過金屬導熱已無法很好地滿足散熱需求，該情況下業界較多採用更有效的液冷式散熱裝置進行散熱，其是利用液體於強制對流下傳導係數高的優點而快速將熱量散發出去。
因此，若能利用發熱電子元件所產生的熱量給燃料電池的燃料提供預熱，則一方面燃料電池不需要另外熱源供燃料預熱，節省能源；另一方面，燃料電池的燃料可帶走部分熱量，而減輕電子元件散熱的負擔。
實用新型內容本新型的目的在於提供一種燃料電池組合，使燃料電池能運用電子元件工作時散發出來的熱量加熱燃料電池的燃料，使其達到所需工作溫度或實現預熱，並同時減輕電子元件散熱負擔。
本新型所提供的燃料電池組合包括電池本體、燃料儲存裝置以及燃料預熱裝置，燃料儲存裝置內儲存有液態燃料，燃料預熱裝置通過導管分別與燃料儲存裝置及電池本體相連通，其中該預熱裝置為一電子元件散熱裝置，該散熱裝置安裝在發熱電子元件上，液態燃料進入電池本體之前先經過該預熱裝置，通過吸收電子組件散發的熱量而實現預熱。
本新型所提供的燃料電池組合的預熱裝置包括一基座、一外框及一上蓋，該基座適合與電子元件接觸以吸收熱量，該外框置於基座之上，與基座共同形成一容腔，上蓋用於密閉該容腔，其中，容腔內設置有隔板及散熱柱。
與現有技術相比，本實用新型所提供的燃料電池組合一方面可使燃料電池的液態燃料通過作為電子元件散熱裝置的預熱裝置，而達到所需的工作溫度或實現預熱，從而省卻或減輕利用外部熱源給燃料電池燃料加熱的過程，節約能源，另一方面，液態燃料可吸收走電子元件散發的大部分熱量，減輕電子元件的散熱負擔，解決通過單純的金屬材料製成的散熱裝置越來越不能勝任散熱需求的問題。
圖1是本實用新型實施例所提供之燃料電池組合外部結構示意圖。
圖2是電池本體內部結構示意圖。
圖3是燃料預熱裝置分解示意圖。
具體實施方式下面結合圖示來說明本實施方式所提供的燃料電池組合如圖1所示，本實施方式所提供的燃料電池組合包括電池本體1、燃料儲存裝置3、燃料輸送裝置(圖未標示)以及燃料預熱裝置2，燃料儲存裝置3為一儲存罐，裡面儲存有液態燃料，燃料輸送裝置包括一泵(圖未示)及導管4和5，燃料預熱裝置2通過導管4和5分別與燃料儲存裝置3及電池本體1相連接，其特徵在於，該預熱裝置2為一電子元件散熱裝置。
如圖2所示，為電池本體1的結構示意圖，該電池本體1包括正極11、負極12、介於正極11與負極12之間的電解質13和連接正極11與負極12的外部電路14四個部分，為適合應用於電子元件散熱領域，該電池本體1所選用的燃料為液態燃料，優選為醇類水溶液，由於直接甲醇燃料電池所需的工作溫度不高，在室溫至135℃左右均可，因此液態燃料特別優選為甲醇水溶液。
下面以甲醇水溶液為燃料具體介紹該燃料電池之工作原理甲醇水溶液在泵(圖未示)的作用下從儲存裝置3中流出，經由預熱裝置2添加至電池本體1的正極11。添加至正極11的甲醇水溶液在催化劑作用下分解成二氧化碳、氫離子和電子，二氧化碳可直接排至大氣中，而氫離子可通過電解質13而直接到達負極12，電子則通過外部電路14流向負極12；另外，在催化劑的作用下，輸入至負極12的氧氣與到達負極12的氫離子和電子在負極12反應生成水，其中氧氣可以用空氣或者過氧化氫等替代，生成的水可直接排至外界，或通過特定裝置進行收集，或者用於稀釋甲醇而循環利用。
燃料預熱裝置2為一電子元件散熱裝置，該散熱裝置用來散發電子元件所產生的熱量，其原理主要是利用流經該裝置的液態燃料吸收電子元件所產生的熱量，預熱燃料，並將該熱量帶走。
如圖3所示，本實施方式所提供的燃料預熱裝置2包括一基座21、一外框22和一上蓋23，該基座21適合與電子元件(圖未示)接觸以吸收熱量，該外框22置於基座21之上，與基座21共同形成一容腔24，上蓋23用來密閉該容腔24。其中，容腔24內設置有若干隔板25和若干散熱柱26，該隔板25將該容腔24分割形成迂迴的流體流道，這樣有利於加長液體燃料在該裝置中的流經時間，從而確保液體燃料充分吸收電子元件散發出的熱量，達到預熱的效果。散熱柱26從基座21表面延伸出來，相當於增大基座21的表面積，有利於電子元件產生的熱量迅速導出並傳遞給液體燃料。另外，在外框22側面的相對兩端設有進液口27和出液口28，進液口27接第一導管4，用於連接燃料儲存裝置3，出液口28接第二導管5，用於連接電池本體1。
請一同參照圖1至圖3，本實施方式所提供的燃料電池組合用於電子設備的電源供應系統時，儲存在燃料儲存裝置3中的燃料在泵(圖未示)的作用下，沿燃料預熱裝置2外框22的進液口27流入至容腔24中，並在沿容腔24內的迂迴流道流至出液口28的過程中，充分吸收由電子元件傳導的熱量，而使燃料的溫度升高，之後再通過第二管道5而添加至燃料電池1的正極11。儲存在燃料儲存裝置3中的燃料用完之後可即刻補充，補充的方案可為用另外一個封裝好的儲存裝置3代替燃料已用完的儲存裝置3，或打開儲存裝置3的蓋子(圖未示)直接添加燃料，從而確保燃料電池本體1持續供電。
本實用新型提供的燃料電池應用於電子設備的供電系統，一方面可使燃料電池的液態燃料通過作為電子元件散熱裝置的預熱裝置，而達到所需的工作溫度或實現預熱，從而省卻或減輕利用外部熱源給燃料電池燃料加熱的過程，節約能源，另一方面，液態燃料可吸收走電子元件散發的大部分熱量，減輕電子元件的散熱負擔，解決通過單純的金屬材料製成的散熱裝置越來越不能勝任散熱需求的問題。
當然，針對燃料電池不同工作溫度的需要，還可以作一些實際的調整，如電子元件發熱量過大，由預熱裝置流出的液態燃料溫度高於燃料電池所需的工作溫度時，則可以在預熱裝置上再設置一些散熱鰭片，或者對預熱裝置內部結構稍作調整，如增加散熱裝置內部的隔板或散熱柱的數量，以加大預熱裝置的散熱量。如果由預熱裝置流出的液態燃料溫度低於燃料電池的所需工作溫度時，比如針對燃料電池所需工作溫度在100℃以上的情形，則可將從出預熱裝置流出的液態燃料再通過外部熱源加熱使其達到所需工作溫度。
權利要求1.一種燃料電池組合包括電池本體、燃料儲存裝置以及燃料預熱裝置，燃料儲存裝置內儲存液態燃料，燃料預熱裝置通過導管分別與燃料儲存裝置及電池本體相連通，其特徵在於，該預熱裝置為一電子元件散熱裝置，該散熱裝置安裝在發熱電子元件上，燃料進入電池本體之前先經過該預熱裝置，通過吸收電子元件散發的熱量而實現預熱，並帶走熱量。
2.如權利要求1所述的燃料電池組合，其特徵在於該電池本體包括一正極、一負極以及介於正負極之間的電解質。
3.如權利要求1所述的燃料電池組合，其特徵在於該液態燃料包括醇類水溶液。
4.如權利要求1所述的燃料電池組合，其特徵在於該液態燃料包括甲醇水溶液。
5.如權利要求1所述的燃料電池組合，其特徵在於該燃料預熱裝置包括一基座、一外框及一上蓋，該外框置於基座之上，與基座共同形成一容腔，上蓋用於密閉該容腔。
6.如權利要求5所述的燃料電池組合，其特徵在於該容腔內設置有隔板。
7.如權利要求5所述的燃料電池組合，其特徵在於該容腔內設置有散熱柱。
專利摘要本實用新型所提供的燃料電池組合包括電池本體、燃料儲存裝置以及燃料預熱裝置，燃料儲存裝置內儲存有液態燃料，燃料預熱裝置通過導管分別與燃料儲存裝置及電池本體相連通，其中，該預熱裝置為一電子元件散熱裝置，該散熱裝置安裝在發熱電子元件上，液態燃料進入電池本體之前先經過該預熱裝置，通過吸收電子元件散發的熱量而實現預熱並帶走熱量。
文檔編號H01M8/00GK2701084SQ20042004548
公開日2005年5月18日 申請日期2004年4月30日 優先權日2004年4月30日
發明者翁維襄, 黃文正 申請人:鴻富錦精密工業(深圳)有限公司, 鴻海精密工業股份有限公司