專利名稱：雙泵燃料電池溫度管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有兩個冷卻劑泵的溫度管理系統(tǒng)，其中一個泵用于主流，另一個泵用于空氣分離噴射器，并且?guī)в蟹揽栈奶卣鳌?br> 背景技術(shù)：
在燃料電池動力設(shè)備中，需要對燃料電池進(jìn)行冷卻，這可通過多孔的輸水板使水和反應(yīng)氣體擴(kuò)散；或通過冷卻劑板，或者采用這兩種。在使用質(zhì)子交換膜(PEM)燃料電池的燃料電池動力設(shè)備中，緊湊性和最小寄生能量要求使用輸水板。
還已經(jīng)知道，在使冷卻劑回到泵之前，使用分離器從主冷卻劑源中分離空氣和多泡沫的水，以避免泵產(chǎn)生空化。

圖1顯示了一種形式。其中，主冷卻劑泵11通過分離器12從連接到燃料電池組件15的冷卻劑出口14的管路13抽水。冷卻劑入口18通過管路19連接到液體收集器21的冷卻劑出口20，收集器21設(shè)有傳統(tǒng)的通氣孔29。
冷卻劑泵11的流出物通過管路23提供到收集器21。泵流出物還通過減壓孔25和管路24提供到脫礦質(zhì)器26，使一部分的循環(huán)水被連續(xù)地去礦物質(zhì)(去除離子)。泵11的冷卻水流出物還通過管路30提供到噴射器32的主入口31。噴射器的次入口33連接到分離器12，用來從分離器12抽吸出多泡沫的水和空氣。噴射器的出口37通過管路38連接到收集器21。
這種現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)因為難以使泵11的水流要求與噴射器32的入口壓力要求相匹配，而產(chǎn)生了一些問題。需要適當(dāng)選擇噴射器入口壓力，以提供所希望的清潔分離器12的功能。還需要泵11在燃料電池組15的水出口14處在所需的壓力下提供適當(dāng)?shù)乃鳌?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一些方面包括提供了一種用于燃料電池動力設(shè)備的溫度管理系統(tǒng)，其可提供適當(dāng)?shù)乃骱蛯λ?空氣分離器的適當(dāng)清潔；改善和加快了燃料電池組件的初始填充；改進(jìn)了燃料電池組冷卻劑泵的啟動；優(yōu)化了燃料電池組冷卻系統(tǒng)中的噴射器操作；改進(jìn)了燃料電池組中的冷卻劑脫礦質(zhì)器的操作；并且改進(jìn)了燃料電池動力設(shè)備的水溫管理系統(tǒng)的性能。
根據(jù)本發(fā)明，燃料電池動力設(shè)備包括兩個泵，其中一個泵簡單地選擇成用于引導(dǎo)冷卻劑從燃料電池動力設(shè)備的冷卻劑出口到達(dá)收集器，另一個泵選擇成僅用于在噴射器的主入口處提供適當(dāng)壓力，以便從空氣/水分離器中清理空氣和帶泡沫的水。還根據(jù)本發(fā)明，噴射器的主出口連通到收集器中的液面以下，從而在噴射器泵有故障的情況下，避免出現(xiàn)空氣從噴射器出口抽吸到噴射器的次入口，因此冷卻劑可繼續(xù)循環(huán)，主冷卻劑泵不出現(xiàn)空化現(xiàn)象。
通過了解下面對附圖所示的本發(fā)明的示例性實施例的詳細(xì)介紹，可對本發(fā)明的其它方面、特征和優(yōu)點有更清楚的了解。
附圖簡介圖1是現(xiàn)有技術(shù)已知的燃料電池動力設(shè)備溫度管理系統(tǒng)的簡化的固定格式的示意圖；圖2是采用了本發(fā)明的燃料電池動力設(shè)備溫度管理系統(tǒng)的簡化的固定格式的示意圖。
本發(fā)明的實施方式在圖2中，根據(jù)本發(fā)明，次級泵44通過管路45，19接收來自收集器21的水。通過管路30a提供冷卻劑流到噴射器32的主入口31。根據(jù)本發(fā)明的這個方面，現(xiàn)在可簡單地選擇主泵11a，以便提供所希望的冷卻劑流，同時可簡單地選擇次級泵44，以用于在所希望的壓力下將冷卻劑提供到噴射器32的入口31。主泵11在高流率下提供低壓冷卻劑，這對于通過燃料電池組15抽吸足夠的脫礦質(zhì)水流是有利的。
在圖2的實施例中，還通過孔25從次級泵44提供冷卻劑到脫礦質(zhì)器26中。次級泵44在高壓力下但在低流率下提供冷卻劑，以通過脫礦質(zhì)器26來改善污染的冷卻劑的處理。但是，如果需要，可利用管路23代替管路30a來使脫礦質(zhì)器26運轉(zhuǎn)。
次級泵44(見圖2)也是低負(fù)荷的泵。在出現(xiàn)損壞的情況下，噴射器32可用作T形管，通過噴射器出口37從收集器21的液面上方抽吸空氣。在現(xiàn)有技術(shù)中，如圖1所示，管路38在收集器21的液面上方終止。但是，根據(jù)本發(fā)明，噴射器出口37的管路38也終止于收集器21中，故而總是低于其液面。因此，如果次級泵44出現(xiàn)故障，則響應(yīng)于主泵11a而產(chǎn)生的流過分離器12的液流，將僅僅從收集器21向回通過噴射器沿管路38抽水，以及從噴射器的次入口33到分離器12抽水。在這樣的結(jié)構(gòu)中，空氣不會被抽入分離器中，所以主泵11a將不會因次級泵44出現(xiàn)故障而空化。
因此，即使當(dāng)次級泵44損壞時由于噴射器不能操作而使空氣和氣泡不能完全分離，主泵也不會空化，并且能夠繼續(xù)使冷卻劑流動到燃料電池組15達(dá)較長一段時間。這對于汽車是非常重要的，使得汽車能夠在次級泵44損壞而造成主泵11a空化之前完成行程并返回其目的地。
本發(fā)明有助于在啟動時利用冷卻劑來初始填充燃料電池組件，這是因為次級泵44不僅驅(qū)動噴射器從電池組中抽吸空氣，而且還可在啟動時幫助啟動主泵11a。本發(fā)明的雙泵系統(tǒng)允許噴射器32在低的冷卻劑流率和高壓力下獨立于主泵而操作，因此可優(yōu)化噴射器的操作。本發(fā)明允許高壓力、低流率的冷卻劑到達(dá)脫礦質(zhì)器26，因此改善了對冷卻劑的凈化。
權(quán)利要求
1.一種具有溫度管理系統(tǒng)的燃料電池動力設(shè)備，包括燃料電池組，其包括冷卻機構(gòu)(14)，所述冷卻機構(gòu)可選自布置在所述燃料電池組中的至少一些燃料電池之間的冷卻板和位于所有或其中一些所述燃料電池中的輸水板；并且具有用于傳輸來自所述冷卻機構(gòu)的冷卻劑的冷卻劑出口(14)；液體/氣體分離器(12)，其具有連接到所述燃料電池組的所述冷卻劑出口上的入口(13)；主泵(11)，其具有連接到所述氣體/液體分離器的液體出口上的入口；液體收集器(21)，其接受所述主泵的冷卻劑流出物；其特征在于次級泵(44)，其具有連接到所述液體收集器的液體出口(20)上的入口(45)；噴射器(32)，所述噴射器(32)的主入口(31)連接到所述次級泵的流出管路(30a)，并且所述噴射器(32)的次入口(33)連接到所述氣體/液體分離器的氣體出口，所述噴射器的出口(37)連通至所述液體收集器(38)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動力設(shè)備，其特征在于，所述噴射器的出口(37)連通至所述液體收集器(20)的液面以下的點處。
全文摘要
燃料電池組(15)的冷卻器或輸水板的流出口提供至氣體/液體分離器(12)的入口，其液體出口通過主泵(11a)連接到液體收集器(21)。連接到液體收集器的液體出口(20)的次級泵(44)連接到噴射器(32)的主入口(31)，次入口連接到氣體/液體分離器的氣體出口。噴射器的出口(37)通過管路(38)連通到液體收集器中的液面以下的點。因此，次級泵(44)的故障將不會導(dǎo)致主泵(11a)通過噴射器而出現(xiàn)空化，因此冷卻劑可繼續(xù)流過燃料電池組。脫礦質(zhì)器(26)從次級泵的出口連通到減壓孔(25)。
文檔編號H01M8/04GK101084596SQ200580042825
公開日2007年12月5日 申請日期2005年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月16日
發(fā)明者G·M·格倫, P·塞沙德里, M·P·威爾遜 申請人:Utc電力公司