温控机构及具有温控机构的燃料电池

摘要

本发明涉及一种温控机构，包括：调温件、连接调温件的上散热块与下散热块、及分别与上散热块及下散热块连接的隔热块与驱风件；调温件为半导体制冷片；隔热块设置在上散热块与下散热块之间。上述温控机构，通过设置调温件，实现通过调温件对周围环境温度进行调整。一种具有温控机构的燃料电池，包括：风冷电堆、连接风冷电堆的安装架、气水分离件、加湿格栅、及安装在安装架上的温控机构；风冷电堆上设置有进风处；安装架的设置位置与进风处相对应。上述具有温控机构的燃料电池，通过在进风处设置温控机构，进而实现对进入风冷电堆空气温度的调整，解决了燃料电池对环境温度的要求限制，提高了燃料电池的适应性，有利于燃料电池的推广。

权利要求

1.一种温控机构，其特征在于，包括：

调温件，所述调温件为半导体制冷片；

上散热块，与所述调温件的一侧连接；所述上散热块上设置有调温槽；

下散热块，与所述调温件连接，所述调温件夹设在所述上散热块与下散热块之间；所述下散热块上设置有通风槽；

隔热块，分别与所述上散热块及下散热块连接，所述隔热块设置在所述上散热块与下散热块之间；及驱风件，分别与所述上散热块及下散热块连接，所述驱风件设置在所述上散热块与下散热块的一端，所述驱风件的设置位置与所述调温槽及通风槽的设置位置相对应。

2.根据权利要求1所述的温控机构，其特征在于，所述隔热块环绕设置在所述调温件的外侧。

3.根据权利要求1所述的温控机构，其特征在于，所述调温槽自所述上散热块背向调温件的一侧向调温件方向延伸设置；所述通风槽自所述下散热块背向调温件的一侧向调温件方向延伸设置。

4.根据权利要求3所述的温控机构，其特征在于，所述调温槽与通风槽呈相对状设置，所述调温槽连通所述上散热块的两端，所述通风槽连通所述下散热块的两端，所述驱风件对应设置在所述调温槽与通风槽的一端。

5.一种具有温控机构的燃料电池，其特征在于，包括：

风冷电堆，所述风冷电堆的一侧设置有排气孔；所述风冷电堆上设置有进风处与出风处；该进风处与出风处相对设置在所述风冷电堆上，所述出风处盖设有风机；

安装架，与所述风冷电堆连接，所述安装架的设置位置与进风处相对应；

气水分离件，与所述风冷电堆连接，所述气水分离件对应与所述排气孔连接；

加湿格栅，分别与所述气水分离件及安装架连接，所述加湿格栅设置在所述安装架的一侧；及如权利要求1至4任意一项所述的温控机构，所述温控机构安装在所述安装架上，所述调温槽与所述风冷电堆的进风处对应设置，所述驱风件的设置位置与所述加湿格栅的设置位置相对应。

6.根据权利要求5所述的具有温控机构的燃料电池，其特征在于，所述安装架包括设置在两侧的侧板、与两侧的所述侧板连接的前挡板、与两侧的所述侧板连接的后挡板、及分别连接所述前挡板与后挡板的隔板；所述前挡板上设置有开孔，所述加湿格栅对应盖设在所述开孔上。

7.根据权利要求6所述的具有温控机构的燃料电池，其特征在于，所述温控机构对应设置在所述隔板上，所述隔板设置在所述上散热块与下散热块之间；所述隔板上设置有安装孔；所述隔热块对应设置在所述安装孔内。

8.根据权利要求7所述的具有温控机构的燃料电池，其特征在于，所述隔板的一端与后挡板的端部连接，另一端与前挡板连接，所述后挡板对应设置在所述上散热块的背向驱风件的一端。

9.根据权利要求5所述的具有温控机构的燃料电池，其特征在于，所述气水分离件包括阀体、与所述阀体连接的进气管、与所述阀体连接的排气管、及与所述阀体连接的出水管；

所述出水管一端与所述阀体连接，另一端与所述加湿格栅连接。

10.根据权利要求5所述的具有温控机构的燃料电池，其特征在于，所述温控机构设置有两个，两个所述温控机构呈并列状间隔设置在所述安装架上。

说明书

温控机构及具有温控机构的燃料电池

技术领域

[0001] 本发明涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种温控机构及具有温控机构的燃料电池。

背景技术

[0002] 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，又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高。

[0003] 现有的燃料电池多应用于野外或者其他移动式供电，所以多处于户外或者其他移动式取电的工作环境。由于我国夏季冬季温差较大，夏季户外地表温度多接近50℃，冬季大部分地区气温在零下10℃；温度太高，容易造成质子交换膜失效，温度过低则严重影响燃料电池的性能和效率，严重影响燃料电池的适应性，现有的燃料电池没有对应的调节温度的结构，进而限制了燃料电池的使用推广。

发明内容

[0004] 基于此，有必要针对燃料电池没有对应的调节温度的结构的问题，提供一种温控机构及具有温控机构的燃料电池。

[0005] 一种温控机构，包括：

[0006] 调温件，所述调温件为半导体制冷片；

[0007] 上散热块，与所述调温件的一侧连接；所述上散热块上设置有调温槽；

[0008] 下散热块，与所述调温件连接，所述调温件夹设在所述上散热块与下散热块之间；所述下散热块上设置有通风槽；

[0009] 隔热块，分别与所述上散热块及下散热块连接，所述隔热块设置在所述上散热块与下散热块之间；及

[0010] 驱风件，分别与所述上散热块及下散热块连接，所述驱风件设置在所述上散热块与下散热块的一端，所述驱风件的设置位置与所述调温槽及通风槽的设置位置相对应。

[0011] 上述温控机构，通过设置调温件，实现对周围环境热量的改变，并通过设置上散热块与下散热块提高与周围环境的接触面积，进而通过该调温件对周围环境温度进行调整；而且由于调温件为半导体制冷片，只需控制通电及电流方向即可调整周围环境温度，方便操作。

[0012] 在其中一个实施例中，所述隔热块环绕设置在所述调温件的外侧。

[0013] 在其中一个实施例中，所述调温槽自所述上散热块背向调温件的一侧向调温件方向延伸设置；所述通风槽自所述下散热块背向调温件的一侧向调温件方向延伸设置。

[0014] 在其中一个实施例中，所述调温槽与通风槽呈相对状设置，所述调温槽连通所述上散热块的两端，所述通风槽连通所述下散热块的两端，所述驱风件对应设置在所述调温槽与通风槽的一端。

[0015] 一种具有温控机构的燃料电池，包括：

[0016] 风冷电堆，所述风冷电堆的一侧设置有排气孔；所述风冷电堆上设置有进风处与出风处；该进风处与出风处相对设置在所述风冷电堆上，所述出风处盖设有风机；

[0017] 安装架，与所述风冷电堆连接，所述安装架的设置位置与进风处相对应；

[0018] 气水分离件，与所述风冷电堆连接，所述气水分离件对应与所述排气孔连接；

[0019] 加湿格栅，分别与所述气水分离件及安装架连接，所述加湿格栅设置在所述安装架的一侧；及

[0020] 温控机构，所述温控机构安装在所述安装架上，所述调温槽与所述风冷电堆的进风处对应设置，所述驱风件的设置位置与所述加湿格栅的设置位置相对应。

[0021] 上述具有温控机构的燃料电池，通过在进风处设置温控机构，进而实现对进入风冷电堆空气温度的调整，解决了燃料电池对环境温度的要求限制，极大的提高了燃料电池的适应性，有利于燃料电池的推广。

[0022] 在其中一个实施例中，所述安装架包括设置在两侧的侧板、与两侧的所述侧板连接的前挡板、与两侧的所述侧板连接的后挡板、及分别连接所述前挡板与后挡板的隔板；所述前挡板上设置有开孔，所述加湿格栅对应盖设在所述开孔上。

[0023] 在其中一个实施例中，所述温控机构对应设置在所述隔板上，所述隔板设置在所述上散热块与下散热块之间；所述隔板上设置有安装孔；所述隔热块对应设置在所述安装孔内。

[0024] 在其中一个实施例中，所述隔板的一端与后挡板的端部连接，另一端与前挡板连接，所述后挡板对应设置在所述上散热块的背向驱风件的一端。

[0025] 在其中一个实施例中，所述气水分离件包括阀体、与所述阀体连接的进气管、与所述阀体连接的排气管、及与所述阀体连接的出水管；所述出水管一端与所述阀体连接，另一端与所述加湿格栅连接。

[0026] 在其中一个实施例中，所述温控机构设置有两个，两个所述温控机构呈并列状间隔设置在所述安装架上。

附图说明

[0027] 图1为本发明一实施方式的具有温控机构的燃料电池的结构示意图；

[0028] 图2为图1所述的具有温控机构的燃料电池的另一角度的结构示意图；

[0029] 图3为图1所述的具有温控机构的燃料电池的爆炸示意图；

[0030] 图4为图1所述的安装架的结构示意图；

[0031] 图5为图1所述的温控机构的爆炸示意图。

[0032] 附图中标号的含义为：

[0033] 100-具有温控机构的燃料电池；

[0034] 10-风冷电堆、11-加气孔、12-排气孔、15-风机；

[0035] 20-安装架、21-侧板、22-前挡板、225-开孔、23-后挡板、24-隔板、245-安装孔、25-支撑板；

[0036] 30-气水分离件、31-阀体、32-进气管、33-排气管、34-出水管；

[0037] 40-加湿格栅；

[0038] 50-温控机构、60-调温件、70-上散热块、75-调温槽、80-下散热块、85-通风槽、90-隔热块、95-驱风件。

具体实施方式

[0039] 为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

[0040] 需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

[0041] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

[0042] 请参阅图1至图5，为本发明一实施方式的具有温控机构的燃料电池100，包括风冷电堆10、与风冷电堆10连接的安装架20、与风冷电堆10连接的气水分离件30、分别与气水分离件30及安装架20连接的加湿格栅40、及安装在安装架20上的温控机构50；该具有温控机构的燃料电池100可以有效根据外界环境温度进行温度调节，以使具有温控机构的燃料电池100的进气温度为适合工作的温度，进而保证良好的工作效率与性能。

[0043] 该风冷电堆10沿水平方向设置，风冷电堆10内设置有若干组发电单元（图未示），各组发电单元沿竖直方向设置，各组发电单元包括阳极板、阴极板、及设置在阴极板与阳极板之间的催化膜；阳极板对应需要加入反应燃料氢气，阴极板对应需要空气，进而使阴极板中空气内的氧气与阳极板中的氢气反应，反应过程中对外放电，进而实现燃料电池的工作。该燃料电池上设置有进风处与出风处；该进风处设置在风冷电堆10的底部，进风处用于将外界空气通入风冷电堆10内，进风处与出风处相对设置在风冷电堆10上，该出风处对应设置在风冷电堆10的顶部，进而保证空气通过风冷电堆10，既保证为风冷电堆10提供反应所需的氧气，又保证对风冷电堆10进行冷却，防止风冷电堆10工作温度过高而损坏。

[0044] 该风冷电堆10的一侧设置有加气孔11与排气孔12；该加气孔11与排气孔12对应与阳极板相连通，加气孔11用于向风冷电堆10内部输入反应燃料氢气，该排气孔12用于将反应后的气体从风冷电堆10内部输出到外界。更进一步地，该风冷电堆10上设置有风机15；该风机15对应设置在风冷电堆10的顶部，风机15盖设在出风处，风机15用于保证空气自进风处进入风冷电堆10，再自出风处排出到外界；该风机15对应设置有两个，两个风机15呈并列状设置在风冷电堆10的顶部。

[0045] 该安装架20设置在风冷电堆10的底部，安装架20的设置位置与进风处相对应；该安装架20包括两侧的侧板21、与两侧的侧板21连接的前挡板22、与两侧的侧板21连接的后挡板23、及分别连接前挡板22与后挡板23的隔板24；该侧板21大致呈矩形直板状沿竖直方向设置，侧板21的顶部对应与风冷电堆10相抵接，两侧的侧板21呈相对状设置；该前挡板22呈直板状沿竖直方向设置，前挡板22对应与两侧的侧板21连接；该前挡板22上设置有开孔225；该开孔225呈矩形通孔状结构设置，外界空气对应通过该开孔225进入温控机构50；该后挡板23呈矩形直板状沿竖直方向设置，后挡板23对应与两侧的侧板21连接固定，后挡板
23的设置方向与前挡板22相同；该隔板24呈矩形直板状沿水平方向设置，隔板24对应设置在安装架20内，隔板24的两侧分别与侧板21连接，隔板24的一端与后挡板23的底端连接，另一端与前挡板22连接。在本实施例中，该隔板24上设置有安装孔245；该安装孔245呈通孔状连通隔板24的上下两侧，该安装孔245设置有两个，两个安装孔245呈并列状间隔设置在挡板上；该隔板24上设置有支撑板25；该支撑板25呈矩形直板状沿竖直方向设置，支撑板25自隔板24向下延伸设置，该支撑板25对应设置在两安装孔245之间，该支撑板25用于提高安装架20的稳定性。

[0046] 气水分离件30对应设置在风冷电堆10的一侧，气水分离件30对应与排气孔12连接，气水分离件30用于将风冷电堆10反应后的气体进行收集，以将反应后气体中的氢气与水分离；气水分离件30包括阀体31、与阀体31连接的进气管32、与阀体31连接的排气管33、及与阀体31连接的出水管34。该阀体31大致呈柱状结构沿竖直方向设置，该阀体31设置在风冷电堆10的一侧，阀体31呈中空结构设置，该阀体31用于将反应后气体中的氢气与水分离；进气管32呈中空圆管状结构设置，进气管32一端与风冷电堆10的排气孔12连接，另一端与阀体31连接，进气管32将反应后的气体输送进阀体31内；该排气管33呈中空圆管状结构设置，排气管33的一端与阀体31连接，排气管33自阀体31向外延伸设置，排气管33用于将分离后的氢气排出至外界；出水管34呈中空圆管状结构设置，出水管34的一端与阀体31连接，另一端与加湿格栅40连接，出水管34用于将分离的水输送给加湿格栅40。在本实施例中，该进气管32与排气管33呈相对状设置在阀体31的顶部，进气管32与排气管33分别自阀体31的两侧向相反方向延伸设置；该出水管34对应与阀体31的底部连接。

[0047] 该加湿格栅40呈矩形直板状沿竖直方向设置，加湿格栅40设置在安装架20的一侧，加湿格栅40对应盖设在安装架20的开孔225上，加湿格栅40顶部对应与出水管34的一端连接，加湿格栅40用于对进入的空气进行加湿作业，同时对空气进行过滤，防止颗粒物进入风冷电堆10，提高装置的使用寿命。

[0048] 温控机构50对应安装在安装架20上，该温控机构50设置在加湿格栅40的一侧，温控机构50对应设置在隔板24上，温控机构50用于调整进入风冷电堆10空气的温度；该温控机构50包括调温件60、与调温件60连接的上散热块70、与调温件60连接的下散热块80、分别与上散热块70及下散热块80连接的隔热块90、及分别连接上散热块70及下散热块80的驱风件95。在本实施例中，该温控机构50设置有两个，两个温控机构50呈并列状间隔设置在安装架20上，两温控机构50之间设置有支撑板25。

[0049] 调温件60呈直板状沿水平方向设置，该调温件60为半导体制冷片，调温件60通电后一侧会温度升高，对外界放出热量，另一侧会温度下降，吸收外界的热量，而通过调整电流方向，即可对应调整调温件60的升温面，进而控制进入风冷电堆10的温度；该上散热块70沿水平方向设置在调温件60的顶部，上散热块70底部与调温件60相抵接；该下散热块80沿水平方向设置在调温件60的底部，下散热块80的顶部与调温件60相抵接，调温件60夹设在上散热块70与下散热块80之间，上散热块70设置在隔板24的上方，下散热块80对应设置在隔板24的下方，隔板24设置在上散热块70与下散热块80之间，调温件60对应设置在安装孔245内，该上散热块70对应设置在后挡板23的一侧，进而使上散热块70相对设置在安装架20内，下散热块80相对设置在安装架20外。在本实施例中，该上散热块70上设置有调温槽75，下散热块80上设置有通风槽85；该调温槽75呈长条状结构设置，调温槽75自上散热块70背向调温件60的一侧向调温件60方向延伸设置，调温槽75与风冷电堆10的进风处相对应设置；该通风槽85呈长条状结构设置，通风槽85自下散热块80背向调温件60的一侧向调温件
60方向延伸设置，该调温槽75与通风槽85呈相对状设置。更进一步地，调温槽75连通上散热块70的两端，通风槽85连通下散热块80的两端。

[0050] 该隔热块90呈直板状沿水平方向设置，隔热块90对应设置在上散热块70与下散热块80之间，该隔热块90环绕设置在调温件60的外侧，该隔热块90用于降低上散热块70与下散热块80之间的热量传递，进而提高温控机构50的工作性能，该隔热块90对应设置在隔板24的安装孔245内；该驱风件95设置在上散热块70与下散热块80的一端，驱风件95的设置位置与调温槽75及通风槽85的设置位置相对应，驱风件95对应设置在调温槽75与通风槽85的一端，该驱风件95沿竖直方向设置，驱风件95的设置位置与加湿格栅40的设置位置相对应，驱风件95设置在加湿格栅40的一侧，驱风件95对应设置在散热块背向后挡板23的一端。

[0051] 本实施例中的具有温控机构的燃料电池100的工作原理为：当外界温度小于预设值时，需要进行加热升温时，对调温件60通电，使调温件60靠近上散热块70一侧温度升高，进而使上散热块70温度升高，上散热块70向周围空气输送热量，进而将驱风件95输送过来的空气进行加热，再进入风冷电堆10内，实现将进气温度升高的要求；同时由于设置有下散热块80，对调温件60底部的低温及时散出到外界，防止调温件60底部温度太低，进而提高温控机构50的使用寿命。当外界温度高于预设值时，需要进行降温制冷时，对调温件60通电，使调温件60靠近上散热块70的一侧温度降低，吸收外界的热量，进而将驱风件95输送过来的空气进行降温，再进入风冷电堆10内，实现将进气温度降低的要求；同时由于调温件60底部升温，通过设置下散热块80有效防止热量在调温件60底部堆积，而快速输送至外界，进而保证温控机构50的使用寿命。同时由于在进入温控机构50的空气，需要先通过加湿格栅40，进而保证当空气干燥时可以对空气进行加湿操作，防止出现风冷电堆10内部干裂的问题，进而有效的保证了风冷电堆10的工作性能，提高整体装置的使用寿命，而且由于气水分离件30通过出水管34与加湿格栅40连接，将反应生成的水通过加湿格栅40对进入风冷电堆10的空气再次进行加湿，节约加湿成本。

[0052] 上述温控机构50，通过设置调温件60，实现对周围环境热量的改变，并通过设置上散热块70与下散热块80提高与周围环境的接触面积，进而通过该调温件60对周围环境温度进行调整；而且由于调温件60为半导体制冷片，只需控制通电及电流方向即可调整周围环境温度，方便操作。上述具有温控机构的燃料电池100，通过在进风处设置温控机构50，进而实现对进入风冷电堆10空气温度的调整，解决了燃料电池对环境温度的要求限制，极大的提高了燃料电池的适应性，有利于燃料电池的推广；经过试验，在气温零下10℃，相对湿度10%的自然环境下，一个正常环境下工作一千瓦的燃料电池实际输出功率仅三百瓦左右，仅能发挥30%左右的燃料电池性能，通过加装该具有温控机构的燃料电池100，在消耗大约九十瓦功率的前提下，将一千瓦燃料电池的实际输出功率提升至正常状态，极大的提升了燃料电池的适应性。

[0053] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

[0054] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。