CN101456361B - 用于燃料电池车辆的冷却剂存储罐 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于燃料电池车辆的冷却剂存储罐，其中所述冷却剂存储罐位于所述车辆的底部，使得在燃料电池系统的停机过程中，冷却剂管线中的冷却剂通过重力被收集到所述存储罐中，且在所述燃料电池的启动过程中，存储罐中的冷却剂通过真空泵供应到所述冷却剂管线中。为实现该目的，本发明提供了一种冷却剂存储罐，包括：用于燃料电池车辆的冷却剂存储罐，该冷却剂存储罐包括：具有预定体积空间的存储罐壳体；用于覆盖所述存储罐壳体的顶部的盖；和可拆卸地设置在所述盖的至少一部分上的多个端口，其中所述存储罐壳体和所述盖通过铰链型紧固构件连接。

Description

用于燃料电池车辆的冷却剂存储罐
技术领域
本发明涉及一种用于燃料电池车辆的冷却剂存储罐。更具体地，本发明涉及一种用于燃料电池车辆的冷却剂存储罐，该冷却剂存储罐位于车辆的底部，使得当燃料电池系统没有被激活时，冷却剂管线中的冷却剂通过重力被收集到存储罐中，并且在燃料电池系统的启动过程中，存储罐中的冷却剂通过真空泵被供应到冷却剂管线中。
背景技术
燃料电池系统是通过将燃料的化学能直接转化成电能而发电。燃料电池系统通常包括用于发电的燃料电池组、用于将燃料(氢气)供应至燃料电池组的燃料供应系统、用于将空气中的氧气(氧气是电化学反应所需的氧化剂)供应至燃料电池组的空气供应系统、和用于将燃料电池组的反应热散发到燃料电池系统的外部并控制燃料电池组的操作温度的热和水管理系统。
具有上述结构的燃料电池系统通过作为燃料的氢气与氧气的电化学反应而发电，并排出作为副产品的热和水。因为在燃料电池系统中，在反应过程中热和电同时产生，所以有必要配备用于冷却燃料电池以防止燃料电池中的温度过度增加的装置。
图1是概念图，示出了用于燃料电池车辆的常规冷却系统。中间热交换器2用于冷却燃料电池组1，其中当第一冷却剂吸收电池组1的热，并将热传递到中间热交换器2的第二冷却剂时，第二冷却剂在散热器3中冷却以散发热。
在这样的适于主要用于冷却电池组1的第一冷却回路中，在燃料电池系统没有被激活时，回路中的全部冷却剂由于重力向下流到设置在燃料电池系统下面，即在车辆的最下部的冷却剂存储罐(水罐)中。另一方面，在燃料电池系统的启动过程中，当通过真空泵4在燃料电池系统中产生真空状态时，存储罐中的冷却剂通过压力差返回到燃料电池系统的内部。
为满足连接部的密封要求和确保真空状态中的高冷却剂供应能力，这样的具有上述功能的冷却剂存储罐是必要的。
如图2所示，在用于燃料电池车辆的常规存储罐100中，存储罐壳体11和盖10通过螺栓102连接在一起，盖和端口101也通过螺栓102连接，并且硅衬垫103被安装在连接部上以保持气密性。
然而，上述结构的缺点在于由于螺栓102的数量大(大约80个)，组装效率降低。此外，由于在紧固螺栓102时产生的紧固压力，安装在存储罐壳体11和盖10之间且安装在端子101的连接部上的硅衬垫103和104(图3和4中示出)可能会变形，从而不能保持气密性，引起冷却剂泄漏。
此外，在燃料电池系统的启动过程中，由于连接部的泄漏而不能在系统中保持真空状态，从而冷却剂可能不能顺畅地供应至系统。
此外，如图4所示，具有
Figure S2008101098209D00021
形的导管105被设置在存储罐壳体11中，尽管导管105可在存储罐的底部吸入冷却剂，使得即使车辆在斜坡上倾斜时也能供应冷却剂，但是，该导管105可产生压降，即使燃料电池系统内部处于真空条件下该压降也可阻止冷却剂的顺畅供应。
在背景技术部分公开的信息仅用于增强对本发明的背景的理解，且不应被认为承认或以任何形式暗示该信息形成了本领域技术人员已知的现有技术。
发明内容
本发明致力于至少解决与现有技术相关联的上述问题。
在一方面，本发明提供了一种用于燃料电池车辆的冷却剂存储罐，该冷却剂存储罐包括：具有预定体积空间的存储罐壳体；用于覆盖存储罐壳体的顶部的盖；和可拆卸地设置在盖的至少一部分上的多个端口，其中存储罐壳体和盖通过铰链型紧固构件相连。
优选地，铰链型紧固构件可包括环部和本体。环部的顶部呈钩的形式。本体的顶部被铰接至存储罐壳体的外表面的一部分，使得其底部能向上和向下旋转。在这种情况下，在盖的多个边缘上，设置有呈“L”形的锁定槽，使得紧固构件的环部能锁定到其上。
优选地，硫化的硅橡胶连接到存储罐壳体的顶部的外周表面上，以维持盖和存储罐壳体之间的气密性。
同样优选地，冷却剂存储罐还包括：连接至每个端口的底部的盖螺母；和至少一个螺杆式管(screw-type tube)，该螺杆式管与盖的顶表面的一部分一体形成，且从盖的顶表面的一部分突出，并且在其外周表面上具有螺纹。在这种情况下，每个端口通过盖螺母和螺杆式管之间的连接而被连接至盖。在这种情况下，O-形环还可设置在螺杆式管的顶部上，以维持每个端口和盖之间的气密性。
同样适宜地，存储罐壳体的底表面朝向存储罐壳体的底部中心倾斜，直导管被设置成从中心竖直延伸，且直导管的顶部将被插入到设置在盖上的螺杆式管中的一个中，使得存储在存储罐壳体中的冷却剂通过施加在燃料电池中的真空产生的压力差而被引导通过直导管的底部并向上移动。在这种情况下，O-形环还可被安装在直导管的顶部，以维持导管与螺杆式管之间的气密性。
应理解这里所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括广义的机动车辆，诸如包括运动型多用途车(SUV)，公交汽车，卡车，各种商用车的载客车辆，包括各种艇和船在内的水运工具，飞机等等。
从附图中可清楚地看出本发明的上述特征和优势，附图也详细地描述的本发明的上述特征和优势，附图结合到本说明书中并形成本说明书的一部分，附图和下文中的详细描述通过实例的方式共同用于说明本发明的原理。
附图说明
将参照附图示出的特定示例性实施例来详细地描述本发明的上述和其它特征，示例性实施例仅是以示例的方式给出，从而不构成对本发明的限定，其中：
图1是概念图，示出了用于燃料电池车辆的常规冷却系统。
图2是显示常规存储罐的盖和存储罐壳体之间的连接状态的视图；
图3是示出常规出口端口的连接部的视图；
图4是示出常规存储罐的内部结构的视图；
图5是示出了根据本发明的优选实施方式的冷却剂存储罐的视图；
图6是示出在图5的冷却剂存储罐的多个端口被连接之前的状态的视图；
图7是示出图5的冷却剂存储罐的内部结构的视图；
图8是示出图7的内部结构的底部的视图；
图9是图5的冷却剂存储罐的出口端口和螺杆式管的分解图；
图10是示出在紧固构件被紧固之前的图5的冷却剂存储罐的一部分的视图；并且
图11是示出在紧固构件被紧固之后的图5的冷却剂存储罐的一部分的视图。
附图中所示的附图标记包括下文中进一步讨论的下列元件的附图标记：
10：盖            11：存储罐壳体
12：紧固构件      12：环部
12b：本体         12c：按钮
12d：弹簧         13和13’：进口端口
14：出口端口      15：硫化的硅橡胶
16：盖螺母        17和20：O-形环
18：螺杆式管      19：直导管
21：通道
应理解附图不必要按比例绘制，示出了表示本发明的基本原理的多个优选特征的某种程度的简化显示。本发明的如这里公开的特定设计特征，例如包括特定尺寸、方向、位置和形状，将部分地由特定预期应用和使用环境确定。
具体实施方式
下文中将详细地参照本发明的优选实施方式进行说明，优选实施方式的实施例在以下所附的附图中示出，在全部的附图中，类似的附图标记指示类似的元件。下文中通过参考附图来描述实施方式，以解释本发明。
图5是示出了根据本发明的优选实施方式的冷却剂存储罐的视图；图6是示出在图5的冷却剂存储罐的多个端口被连接之前的状态的视图；图7是示出图5的冷却剂存储罐的内部结构的视图；图8是示出图7的内部结构的底部的视图；图9是图5的冷却剂存储罐的出口端口和螺杆式管的分解图；图10是示出在紧固构件被紧固之前的图5的冷却剂存储罐的一部分的视图；并且图11是示出在紧固构件被紧固之后的图5的冷却剂存储罐的一部分的视图。
在本发明的优选实施方式中，弹簧型紧固构件12替代了紧固螺栓被安装在存储罐壳体11上，以防止如上所述的组装缺陷。
根据优选实施方式，冷却剂存储罐包括存储罐壳体11和盖10，存储罐壳体11具有预定体积的存储空间，用于存储冷却剂，盖10用于覆盖存储罐壳体11的顶部。
与燃料电池的冷却剂管线连接的入口端口13和出口端口14连接到盖10上。如图5所示，在盖10的中间的端口是出口端口14，且另一个端口是入口端口13。即，冷却剂从燃料电池通过入口端口13被引导到存储罐壳体11。在端口13之中的一个端口13’是用于排出在燃料电池中产生的多余的水的端口。
如图10和11所示，紧固构件12包括环部12a和本体12b，环部12a的顶部是钩的形式，本体12b的顶部铰接到存储罐壳体11的外表面，使得其底部沿向上和向下方向旋转。锁定槽呈“L”的形式，且被设置在盖10的边缘，使得紧固构件12的环部12a锁定到其上。此外，按钮12C设置在本体12b的侧面上，使得锁定到锁定槽上的环部12a可通过推压按钮12C而被释放。
使用具有上述结构的紧固构件12，能显著地降低紧固螺栓的数量、简化组装工艺、便于维护和修理，同时保持至少与常规紧固螺栓相同的紧固压力。
此外，硫化的硅橡胶15被应用到在盖10和存储罐壳体11之间的连接部，以保持气密性，且不会由于紧固构件12的紧固压力而产生变形。
此外，盖螺母16和O-形环17替代了硅衬垫被连接到端口连接部，以解决与现有技术相关的泄漏问题且简化了结构，从而提高了组装效率。
更具体地，盖螺母16可拆卸地连接到出口端口14的底部，内螺纹部设置在盖螺母16的内圆周表面上，并且螺杆式管18一体地形成在盖10的顶表面上。
外螺纹形成在螺旋型管18的外圆周表面，以与盖螺母16的内螺纹部连接，使得出口端口14被可拆卸地连接，从而提高了组装效率。此外，O-形环17安装在螺杆式管18的顶部上，以保持出口端口14和螺旋型管18之间的气密性。
常规地，冷却剂从存储罐壳体内部经由
Figure S2008101098209D00061
形导管(图4)供应至燃料电池系统；相反，本发明中设置了从存储罐壳体11的底部中心延伸的直导管19(图8)。
如图8所示，O-形环20安装在笔直导管19的顶部上。当盖10关闭存储罐壳体11的顶部时，导管19的顶部被插入到盖10的螺旋型管18中。此时，O-形环20可显著降低压降，同时保持气密性。
此外，通道21设置在直导管19的底部上，以与导管的内部相连接，并且存储罐壳体11的底表面朝向其中心倾斜，使得存储在存储器壳体11中的冷却剂可经由通道21向上移动。
从下文中的表1可以看到，冷却剂供应能力显著提高；本发明的流速为53.43LPM，而常规产品的流速为47.04LPM。
表1
Figure S2008101098209D00062
此外，相对于相同体积的常规产品，由于内部部件的简化，用于存储冷却剂的有效空间增加，从而显著提高了在斜坡上的启动能力。
如上述，根据本发明的用于燃料电池车辆的冷却剂存储罐具有下列优点：
首先，因为盖和存储罐壳体通过弹簧型紧固构件连接，替代了常规的紧固螺栓，可操作性和组装效率提高，且可防止紧固构件的环部在车辆的行驶过程中由于振动而被释放。
此外，因为使用了硫化的硅橡胶替代安装在存储罐壳体和盖之间的连接部上的常规硅衬垫，并且使用了盖螺母和O-形环替代常规的硅衬垫，因此，可获得足够的气密性。
此外，因为常规的
Figure S2008101098209D00071
形导管被改进为直导管，因此，简化了整体结构且提高了组装效率。
已经参照优选实施方式对本发明进行了描述。然而，本领域技术人员应理解可对这些实施方式做出改动而不偏离本发明的原理和实质，本发明的保护范围在附属权利要求及其等同物中限定。

Claims (6)

1.一种用于燃料电池车辆的冷却剂存储罐，所述冷却剂存储罐包括： 
具有预定体积空间的存储罐壳体； 
用于覆盖所述存储罐壳体的顶部的盖； 
可拆卸地设置在所述盖的至少一部分上的多个端口； 
连接至每个所述端口的底部的盖螺母；和 
至少一个螺杆式管，该螺杆式管与所述盖的顶表面的一部分一体形成，且从所述盖的顶表面的一部分突出，并且在其外周表面上具有螺纹， 
其中，所述存储罐壳体和所述盖通过铰链型紧固构件连接， 
每个所述端口通过所述盖螺母和所述螺杆式管之间的连接而被连接至所述盖，并且 
所述存储罐壳体的底表面朝向所述存储罐壳体的底部的中心倾斜，一直导管被设置成从所述中心竖直延伸，且所述直导管的顶部被插入到设置在所述盖上的所述螺杆式管中的一个中，使得存储在所述存储罐壳体中的冷却剂通过由施加在燃料电池中的真空所产生的压力差而被引导通过所述直导管的底部并向上移动。 
2.如权利要求1所述的冷却剂存储罐，其中硫化的硅橡胶被连接到所述存储罐壳体的所述顶部的外周表面上，以维持所述盖与所述存储罐壳体之间的气密性。 
3.如权利要求1所述的冷却剂存储罐，其中O-形环被设置在所述螺杆式管的顶部，以维持每个所述端口和所述盖之间的气密性。 
4.如权利要求1所述的冷却剂存储罐，其中O-形环被安装在所述直导管的顶部，以维持所述直导管与所述螺杆式管之间的气密性。 
5.如权利要求1所述的冷却剂存储罐，其中所述铰链型紧固构件包括环部和本体，所述环部的顶部呈钩的形式，且所述本体的顶部被 铰接到所述存储罐壳体的外表面的一部分，使得所述本体的底部可向上和向下旋转。 
6.如权利要求5所述的冷却剂存储罐，其中所述盖在其多个边缘上设置有呈“L”形的锁定槽，使得所述铰链型紧固构件的所述环部能被锁定到所述锁定槽上。 
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