溫控水箱及燃料電池的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種溫控水箱及燃料電池，溫控水箱包括：箱體，包括入口和出口，箱體包括位于入口和出口之間的多個(gè)過流通道，多個(gè)過流通道之間的間隙形成通風(fēng)流道，通風(fēng)流道貫穿箱體的相對(duì)的兩個(gè)側(cè)面；散熱部，設(shè)置在箱體的外側(cè)，用于驅(qū)動(dòng)氣流流經(jīng)通風(fēng)流道。應(yīng)用本實(shí)用新型的技術(shù)方案，溫控水箱包括散熱部，并且箱體設(shè)置有通風(fēng)流道，散熱部與通風(fēng)流道配合能使水箱具有散熱的作用，因此當(dāng)該水箱應(yīng)用于燃料電池中作為熱平衡部的水箱時(shí)，熱平衡部不必要再單獨(dú)設(shè)置換熱器，使得熱平衡部的結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化，體積減小，有利于燃料電池的集成，并且由于熱平衡部回路中的部件減少，使得換熱系統(tǒng)壓損下降，對(duì)各個(gè)部件的性能要求也相應(yīng)降低。
【專利說明】
溫控水箱及燃料電池
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及燃料電池領(lǐng)域，具體而言，涉及一種溫控水箱及燃料電池。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池是一種將貯存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置，由于不受卡諾循環(huán)的限制，其直接發(fā)電效率可高達(dá)45%以上，具有環(huán)保、能量轉(zhuǎn)化效率高、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，在航空航天、潛艇、電動(dòng)車、電站、移動(dòng)設(shè)備、居民家庭等領(lǐng)域存在廣泛的應(yīng)用前景。以質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)為例，電池核心發(fā)電模塊一一電堆由若干個(gè)單電池串聯(lián)組成，單電池由膜電極、陽(yáng)極板和陰極板(或雙極板)配合形成三明治結(jié)構(gòu)。其中陽(yáng)極板和陰極板上刻有流道，為反應(yīng)氣體提供運(yùn)輸通道。燃料氫氣沿陽(yáng)極板流道分配在膜電極的陽(yáng)極側(cè)，在陽(yáng)極催化劑的作用下解離成電子和質(zhì)子，電子經(jīng)外電路到達(dá)陰極，質(zhì)子直接穿過膜電極到達(dá)陰極，與陰極反應(yīng)氣體中的氧氣反應(yīng)生成水。此過程的產(chǎn)物為電能、熱和水。以電堆為核心，燃料電池系統(tǒng)集成了電源管理，熱管理等模塊，具有氣、電、熱、水統(tǒng)籌管理的特征。
[0003]現(xiàn)有的燃料電池的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示，氫氣和空氣分別進(jìn)入電堆100參加電化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)后陽(yáng)極和陰極尾氣排出電堆100，分別經(jīng)過陽(yáng)極尾氣換熱器320和陰極尾氣換熱器310降溫后進(jìn)入尾氣處理部400。其中電堆100進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)生電能的過程中會(huì)產(chǎn)生熱能。由于反應(yīng)強(qiáng)度的不同，有可能使電堆100溫度過高。此外，電堆100進(jìn)行反應(yīng)的條件之一是需要一定的溫度，由于電堆的熱量會(huì)自然散失，若電堆100自身產(chǎn)生的反應(yīng)熱不足，則會(huì)導(dǎo)致電堆100溫度過低，因此又需要保證電堆100的反應(yīng)溫度。
[0004]綜上，燃料電池設(shè)置了熱平衡系統(tǒng)，用于對(duì)電堆100的熱量進(jìn)行平衡調(diào)節(jié)，熱平衡系統(tǒng)運(yùn)行過程存在兩種情況:散熱過程，存儲(chǔ)于水箱的電堆冷卻水(或其他冷卻介質(zhì))經(jīng)栗體220輸送進(jìn)入電堆100，將電堆100產(chǎn)生部分熱量帶出，流經(jīng)換熱器230時(shí)進(jìn)行熱量平衡交換，然后進(jìn)入水箱，參與下一次循環(huán);補(bǔ)熱過程，水箱的加熱功能啟動(dòng)對(duì)冷卻水加熱，冷卻水(或其他冷卻介質(zhì))經(jīng)栗體220輸送進(jìn)入電堆100，向電堆100補(bǔ)充熱量后，流經(jīng)換熱器230(在此過程中，換熱器230只充當(dāng)冷卻水的流通通道，不具換熱功能)，然后進(jìn)入水箱，參與下一次循環(huán)。
[0005]在圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)中的燃料電池中，電堆熱平衡系統(tǒng)雖然可以有效的進(jìn)行電堆熱平衡控制，但存在以下問題:一方面冷卻水完成一次循環(huán)需經(jīng)過栗體220、電堆100、換熱器230及連接各設(shè)備的循環(huán)回路210，從而造成冷卻水壓損較大，對(duì)負(fù)責(zé)冷卻水輸送的栗體220的綜合性能要求較高;另一方面此熱平衡系統(tǒng)占據(jù)空間較大，不利于系統(tǒng)集成。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的主要目的在于提供一種溫控水箱及燃料電池，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的燃料電池的熱平衡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供了一種溫控水箱，包括:箱體，包括入口和出口，箱體包括位于入口和出口之間的多個(gè)過流通道，多個(gè)過流通道之間的間隙形成通風(fēng)流道，通風(fēng)流道貫穿箱體的相對(duì)的兩個(gè)側(cè)面;散熱部，設(shè)置在箱體的外側(cè)，用于驅(qū)動(dòng)氣流流經(jīng)通風(fēng)流道。
[0008]進(jìn)一步地，溫控水箱還包括至少一部分設(shè)置在箱體內(nèi)的加熱部。
[0009]進(jìn)一步地，加熱部設(shè)置在箱體內(nèi)的靠近出口的位置處。
[0010]進(jìn)一步地，溫控水箱還包括分液部，分液部設(shè)置在箱體內(nèi)并與入口相連通，用于將進(jìn)入箱體的液體分配至多個(gè)過流通道。
[0011]進(jìn)一步地，溫控水箱還包括用于顯示箱體內(nèi)的水位的液位計(jì)，液位計(jì)與箱體的內(nèi)腔相連通。
[0012]進(jìn)一步地，散熱部為風(fēng)扇。
[0013]進(jìn)一步地，通風(fēng)流道為長(zhǎng)形的通道。
[0014]根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，還提供了一種燃料電池，包括電堆和用于控制電堆的溫度的熱平衡部，熱平衡部包括:循環(huán)回路;水箱，存有換熱液;栗體，栗體驅(qū)動(dòng)水箱內(nèi)的換熱液通過循環(huán)回路流經(jīng)電堆;水箱為上述的溫控水箱。
[0015]進(jìn)一步地，熱平衡部還包括控制部，控制部根據(jù)電堆的溫度控制溫控水箱的散熱部啟動(dòng)以冷卻換熱液。
[0016]進(jìn)一步地，溫控水箱還包括至少一部分設(shè)置在箱體內(nèi)的加熱部，熱平衡部還包括控制部，控制部根據(jù)電堆的溫度控制溫控水箱的散熱部啟動(dòng)以冷卻換熱液，或啟動(dòng)溫控水箱的加熱部啟動(dòng)以加熱換熱液。
[0017]應(yīng)用本實(shí)用新型的技術(shù)方案，溫控水箱包括散熱部，并且箱體設(shè)置有通風(fēng)流道，散熱部與通風(fēng)流道配合能使水箱具有散熱的作用，因此當(dāng)該水箱應(yīng)用于燃料電池中作為熱平衡部的水箱時(shí)，熱平衡部不必要再單獨(dú)設(shè)置換熱器，使得熱平衡部的結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化，體積減小，有利于燃料電池的集成，并且由于熱平衡部回路中的部件減少，使得換熱系統(tǒng)壓損下降，對(duì)各個(gè)部件的性能要求也相應(yīng)降低。
【附圖說明】
[0018]構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說明書附圖用來提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0019]圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中的燃料電池的實(shí)施例的示意圖；
[0020]圖2示出了根據(jù)本實(shí)用新型的溫控水箱的實(shí)施例的示意圖；
[0021]圖3示出了根據(jù)本實(shí)用新型的溫控水箱的箱體的實(shí)施例的示意圖；
[0022]圖4示出了根據(jù)本實(shí)用新型的溫控水箱的實(shí)施例的側(cè)視示意圖；以及
[0023]圖5示出了根據(jù)本實(shí)用新型的燃料電池的實(shí)施例的示意圖。
[0024]其中，上述附圖包括以下附圖標(biāo)記:
[0025]10、箱體;11、入口；12、出口；13、通風(fēng)流道;20、散熱部;30、加熱部;40、分液部;50、液位計(jì)；100、電堆；210、循環(huán)回路;220、栗體;230、換熱器;310、陰極尾氣換熱器;320、陽(yáng)極尾氣換熱器;400、尾氣處理部。
【具體實(shí)施方式】
[0026]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本實(shí)用新型。
[0027]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供了一種溫控水箱，如圖2至4所示出的實(shí)施例，該溫控水箱包括:箱體10，包括入口 11和出口 12，箱體10包括位于入口 11和出口 12之間的多個(gè)過流通道，多個(gè)過流通道之間的間隙形成通風(fēng)流道13，通風(fēng)流道13貫穿箱體10的相對(duì)的兩個(gè)側(cè)面;散熱部20，設(shè)置在箱體10的外側(cè)，用于驅(qū)動(dòng)氣流流經(jīng)通風(fēng)流道13。
[0028]本實(shí)用新型的溫控水箱包括散熱部20，并且箱體10設(shè)置有通風(fēng)流道13，散熱部20與通風(fēng)流道13配合能使水箱具有散熱的作用，因此當(dāng)該水箱應(yīng)用于燃料電池中作為熱平衡部的水箱時(shí)，熱平衡部不必要再單獨(dú)設(shè)置換熱器，使得熱平衡部的結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化，體積減小，有利于燃料電池的集成，并且由于熱平衡部回路中的部件減少，使得熱平衡系統(tǒng)的壓損下降，對(duì)各個(gè)部件的性能要求也相應(yīng)降低。
[0029]優(yōu)選地，散熱部20為風(fēng)扇。
[0030]優(yōu)選地，如圖2和3所示，通風(fēng)流道13為長(zhǎng)形的通道。即通風(fēng)流道13為類似長(zhǎng)孔的形狀，這樣能夠更好的利用風(fēng)扇的氣流對(duì)箱體10進(jìn)行降溫。更優(yōu)選地，通風(fēng)流道13的長(zhǎng)度方向與箱體10的從入口 11到出口 12的方向同向設(shè)置。
[0031]優(yōu)選地，溫控水箱還包括至少一部分設(shè)置在箱體10內(nèi)的加熱部30。本實(shí)用新型的溫控水箱還設(shè)置有加熱部30，用于加熱水箱。燃料電池的電堆100需要維持一個(gè)穩(wěn)定的工作溫度，即電堆100溫度過高時(shí)需要熱平衡系統(tǒng)提供散熱，而電堆100溫度過低時(shí)需要熱平衡系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)加熱，因此本實(shí)用新型的溫控水箱還包括加熱部30，用以在電堆100的溫度過低時(shí)起到加熱的作用，提高電堆100的溫度使其達(dá)到工作標(biāo)準(zhǔn)。
[0032]優(yōu)選地，加熱部30設(shè)置在箱體10內(nèi)的靠近出口12的位置處。更優(yōu)選地，加熱部30為電加熱體，例如電熱棒。
[0033]此外，在圖2示出的實(shí)施例中，加熱部30設(shè)置在箱體10的內(nèi)部，這樣可以更加高效的實(shí)現(xiàn)加熱效果。在另一些實(shí)施例中，加熱部也可以設(shè)置在箱體10的外部，這些實(shí)施例中的加熱部為外加熱部，雖然效率較低，但能更容易的與箱體10之間實(shí)現(xiàn)分體設(shè)置。
[0034]優(yōu)選地，如圖2所示，溫控水箱還包括分液部40，分液部40設(shè)置在箱體10內(nèi)并與入口 11相連通，用于將進(jìn)入箱體10的液體分配至多個(gè)過流通道。在該實(shí)施例中，分液部40包括一個(gè)入口和多個(gè)出口，每個(gè)出口均對(duì)應(yīng)一個(gè)過流通道，分液部40利用溢流遠(yuǎn)離實(shí)現(xiàn)分液。
[0035]優(yōu)選地，溫控水箱還包括用于顯示箱體10內(nèi)的水位的液位計(jì)50，液位計(jì)50與箱體10的內(nèi)腔相連通。
[0036]根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)方面，還提供了一種燃料電池，如圖5所示的實(shí)施例，該燃料電池包括電堆100和用于控制電堆100的溫度的熱平衡部，熱平衡部包括:循環(huán)回路210;水箱，存有換熱液;栗體220，栗體220驅(qū)動(dòng)水箱內(nèi)的換熱液通過循環(huán)回路210流經(jīng)電堆100;水箱為上述的溫控水箱。
[0037]本實(shí)用新型的溫控水箱自帶散熱功能，因此燃料電池的熱平衡部不需要再單獨(dú)設(shè)置用于散熱的換熱器230，即循環(huán)回路210上的部件減少，這樣能夠減小熱平衡部的體積，使其更易集成到燃料電池中，并且還能夠使熱平衡低通的壓損下降，對(duì)各個(gè)部件的性能要求也相應(yīng)降低。
[0038]燃料電池還包括用于處理陰極尾氣的陰極尾氣換熱器310和用于處理陽(yáng)極尾氣的陽(yáng)極尾氣換熱器320，尾氣的廢熱通過相應(yīng)的尾氣換熱器發(fā)散，經(jīng)過換熱器后的尾氣由尾氣處理部400收集并處理。
[0039]優(yōu)選地，熱平衡部還包括控制部，控制部根據(jù)電堆100的溫度控制溫控水箱的散熱部20啟動(dòng)以冷卻換熱液。
[0040]此外，在優(yōu)選實(shí)施例中，控溫水箱還具有加熱部30，使得控溫水箱能夠?qū)Q熱液的溫度控制在電堆100工作所需的溫度范圍內(nèi)，進(jìn)一步簡(jiǎn)化熱平衡部的結(jié)構(gòu)。
[0041]優(yōu)選地，熱平衡部還包括控制部，控制部根據(jù)電堆100的溫度控制溫控水箱的散熱部20啟動(dòng)以冷卻換熱液，或啟動(dòng)溫控水箱的加熱部30啟動(dòng)以加熱換熱液。
[0042]以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種溫控水箱，其特征在于，包括: 箱體(10)，包括入口(II)和出口(I2)，所述箱體(10)包括位于所述入口(II)和所述出口(12)之間的多個(gè)過流通道，所述多個(gè)過流通道之間的間隙形成通風(fēng)流道(13)，所述通風(fēng)流道(13)貫穿所述箱體(10)的相對(duì)的兩個(gè)側(cè)面； 散熱部(20)，設(shè)置在所述箱體(10)的外側(cè)，用于驅(qū)動(dòng)氣流流經(jīng)所述通風(fēng)流道(13)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫控水箱，其特征在于，所述溫控水箱還包括至少一部分設(shè)置在所述箱體(1)內(nèi)的加熱部(30)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫控水箱，其特征在于，所述加熱部(30)設(shè)置在所述箱體(10)內(nèi)的靠近所述出口( 12)的位置處。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫控水箱，其特征在于，所述溫控水箱還包括分液部(40)，所述分液部(40)設(shè)置在所述箱體(I O)內(nèi)并與所述入口( 11)相連通，用于將進(jìn)入所述箱體(10)的液體分配至所述多個(gè)過流通道。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫控水箱，其特征在于，所述溫控水箱還包括用于顯示所述箱體(10)內(nèi)的水位的液位計(jì)(50)，所述液位計(jì)(50)與所述箱體(10)的內(nèi)腔相連通。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫控水箱，其特征在于，所述散熱部(20)為風(fēng)扇。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫控水箱，其特征在于，所述通風(fēng)流道(13)為長(zhǎng)形的通道。8.—種燃料電池，包括電堆(100)和用于控制所述電堆(100)的溫度的熱平衡部，所述熱平衡部包括: 循環(huán)回路(210); 水箱，存有換熱液； 栗體(220)，所述栗體(220)驅(qū)動(dòng)所述水箱內(nèi)的換熱液通過所述循環(huán)回路(210)流經(jīng)所述電堆(100); 其特征在于， 所述水箱為權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的溫控水箱。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃料電池，其特征在于，所述熱平衡部還包括控制部，所述控制部根據(jù)所述電堆(100)的溫度控制所述溫控水箱的散熱部(20)啟動(dòng)以冷卻所述換熱液。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃料電池，其特征在于，所述水箱為權(quán)利要求2至7中任一項(xiàng)所述的溫控水箱，所述熱平衡部還包括控制部，所述控制部根據(jù)所述電堆(100)的溫度控制所述溫控水箱的散熱部(20)啟動(dòng)以冷卻所述換熱液，或啟動(dòng)所述溫控水箱的加熱部(30)啟動(dòng)以加熱所述換熱液。
【文檔編號(hào)】H01M8/04029GK205543066SQ201620110049
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年2月3日
【發(fā)明人】宋亞婷, 湯浩, 楊海玉, 劉志偉
【申請(qǐng)人】中國(guó)東方電氣集團(tuán)有限公司