CN101725400B - 带有集成安装接口的流体泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及带有集成安装接口的流体泵，公开了一种用于燃料电池系统的流体泵组件，该流体泵组件包括：安装结构，其具有形成在其上的接收元件；和流体泵，其具有至少一个形成在其上的锁定元件，其中，该安装结构是燃料电池系统的下端单元，并且其中，该接收元件锁住该流体泵的该锁定元件从而妨碍该流体泵的横向、轴向和旋转运动。

Description

带有集成安装接口的流体泵
技术领域
本发明涉及流体泵组件，并且尤其涉及包括该流体泵组件的一种燃料电池系统。
背景技术
已经提出燃料电池作为清洁、高效和对环境负责的能源用于各种应用。各个燃料电池可以连续地堆叠在一起以形成燃料电池组。该燃料电池组能够供给足以给电动车辆提供动力的电量。特别地，燃料电池组已经确定作为现代车辆中所用的传统内燃机的理想替换形式。
一种燃料电池组公知为质子交换膜(PEM)燃料电池组。典型的PEM燃料电池包括三个基本部件：阴极、阳极和电解质膜。阴极和阳极通常包括细分的催化剂，例如铂，支撑在碳粒子上并且与离子聚合物混合。电解质膜夹在阴极与阳极之间。在阳极和阴极附近可以布置多孔扩散介质，其促进反应物例如氢气和空气的输送和分配。
在采用PEM燃料电池组的车辆动力系统中，从储氢源例如加压储氢罐向阳极提供氢气。由空气压缩机单元向阴极提供空气。氢气在阳极面前发生电化学反应以产生电子和质子。通过布置在阳极与阴极之间的电路，这些电子从阳极导向阴极。这些质子穿过电解质膜到阴极，在这里，空气中的氧发生电化学反应以产生氧负离子。这些氧负离子与这些质子反应生成水，作为反应产物。
燃料电池电化学反应还具有公知的温度范围，所述反应在这范围内会有效地进行。燃料电池电化学反应是放热的，并且通常允许燃料电池组在其工作期间保持在理想温度范围内的一个温度。在燃料电池组的启动工作期间，通常会采用辅助加热来使燃料电池组的温度升到理想温度范围内。例如，燃料电池组可与冷却系统流体连通，该冷却系统使冷却剂循环通过燃料电池组。冷却剂可被例如电热器加热以提高燃料电池组的温度。冷却剂还可通过循环流过向环境大气散热的散热器将多余的热从燃料电池组传开。
已经知道利用流体泵来使冷却剂循环通过燃料电池组。通常，已知的流体泵是由金属材料制成并且需要利用附加的部件、设备和工具来进行安装。这些附加的部件、设备和工具非常重并且流体泵容易被不正确安装。
因此，希望制造一种用于燃料电池组的流体泵，其中，该流体泵的制造很经济，并且使它的制造和使用的复杂性最小化。
发明内容
依照和符合本发明，令人惊讶地发现了一种用于燃料电池组的流体泵，其中，该流体泵的制造很经济，并且它的制造和使用的复杂性得到了最小化。
在一个实施例，该流体泵组件包括：安装结构，具有形成在其上的接收元件；和流体泵，其具有壳体，该壳体包括至少一个形成在其上的锁定元件，适于与该安装结构的接收元件协作形成转锁连接(twist lock connection)。
在另一个实施例中，该流体泵组件包括：安装结构，包括形成在其上的接收元件，该接收元件具有至少一个形成在其中的凹槽和形成在其上的肩部，其中，该接收元件的该肩部与该安装结构的一部分协作形成在它们之间的通道；和流体泵，其包括壳体，该壳体具有至少一个形成在其上的锁定元件，该至少一个锁定元件适于被接收在该安装结构的通道中，其中，该流体泵适于与该安装结构协作以形成转锁连接。
在另一个实施例中，该燃料电池系统包括：燃料电池组，其包括至少一个燃料电池；布置在该燃料电池组附近的下端单元，该下端单元包括形成在其上的接收元件，该接收元件具有至少一个形成在其中的凹槽和形成在其上的肩部，其中，在该接收元件的肩部与该下端单元的一部分之间形成通道；和流体泵，其包括壳体，该壳体具有至少一个形成在其上的锁定元件，该至少一个锁定元件适于被接收在该下端单元的通道中，其中，该流体泵适于与该下端单元协作以形成转锁连接。
附图说明
通过参照附图对优选实施例的详细说明，本发明的上述优点以及其它优点对本领域技术人员来说会更明白，图中：
图1是局部分解透视图，示出了根据本发明实施例的流体泵组件；
图2是图1所示流体泵组件的局部剖切的局部分解透视图；
图3是图1和图2所示的流体泵组件的局部剖切的局部分解透视图，该组件装配有安装结构；
图4是包括至少一个锁定机构的流体泵组件的局部分解透视图；
图5是图4所示的流体泵组件装配有安装结构的局部剖切的透视图；
图6是包括至少一个可选锁定机构的流体泵组件的局部分解透视图；
图7是图6所示的流体泵组件装配有安装结构的局部剖切的透视图；以及
图8是包括图1所示的流体泵组件的燃料电池组的局部透视图。
具体实施方式
下列的详细说明和附图描述且示出了本发明的各种示例性实施例。这个说明和附图所起作用是使本领域技术人员能作出并使用本发明，并不意图以任何形式限制本发明的范围。
图1示出了根据本发明实施例的流体泵组件10。流体泵组件10包括流体泵12和相应的安装结构14。应当理解，流体泵12可以根据需要为任何类型的流体泵，例如挠性叶轮泵、活塞泵、转动叶片泵等等。流体泵12适于与安装结构14协作和围绕轴线A从第一位置旋转到第二位置。第二位置也被称为锁定位置，如图3所示，形成转锁连接。应当理解，流体泵12可以围绕轴线A按照顺时针或逆时针方向旋转，例如使用手动方式或机械方式。
现在参照图2，流体泵12包括大体上圆柱形的壳体16。虽然壳体16被示为一体地形成为单一结构，但应当理解，壳体16可以根据需要而分别成型。还应当理解，流体泵12可以根据需要具有任何形状和尺寸。在所示实施例中，壳体16由不导电材料制成从而最大化流体泵12的电绝缘性能。这非导电材料还阻碍从安装结构14向流体泵12以及从流体泵12的内部工作件向外源(未示出)的导电。应当理解，壳体16可以根据需要由任何常规材料例如塑料等制成，并且根据需要通过任何常规方法例如注模工艺等制成。
壳体16包括基本上封闭的第一端和基本上开口的第二端。在所示实施例中，壳体16的第二端适于被接收在安装结构14中并且包括从那里沿径向向外伸出的法兰26。法兰26适于与安装结构14配合以在它们之间形成基本上不透水的密封。法兰26的外周边包括从那里沿径向向外伸出的环形排列的锁定元件28。根据需要，可以在法兰26上形成更多或更少的锁定元件28。尽管锁定元件28被示出为翼片，但应当理解，根据需要，这些锁定元件28可以是肋、齿状物和锁销等。如所示，锁定元件28间隔开并且适于被接收在安装结构14中以阻碍流体泵12的横向和轴向运动。
安装结构14包括形成在其上的径向接收元件30。接收元件30从安装结构14沿横向向外伸出。接收元件30的肩部32和安装结构14的部分34协作以形成它们之间的通道36。应当理解，根据需要，接收元件30可以具有任何形状和尺寸。肩部32包括形成在其中的环形排列的凹槽38。凹槽38适于接收壳体16的锁定元件28并且允许锁定元件28进入通道36。
如图4至图7所示，流体泵组件10还可包括至少一个锁定机构例如紧固件、按扣等，以进一步阻碍流体泵12的横向和旋转运动。作为如图4和图5所示的非限制性例子，锁定机构包括形成在至少一个锁定元件28上的锁销41。形成在至少一个接收元件30的肩部32中的孔口42适于将锁销41接收在其中。作为如图6和图7所示的另一非限制性例子，锁定机构包括至少一个紧固件44。形成在至少一个接收元件30的肩部32中的孔口46基本上与形成在至少一个锁定元件28中的孔口48对齐从而将紧固件44接收在其中。如所示，形成在接收元件30的肩部32中的孔口46是带螺纹的开口。然而，应当理解，如果需要，形成在锁定元件28中的孔口48也可以是带螺纹的开口。还应当理解，根据需要，可以使用更少或更多的锁定机构。
可以通过使流体泵12相对于其安装结构14定位来组装流体泵组件10，其中壳体16的锁定元件28基本上与形成在安装结构14的接收元件30中的凹槽38对齐。然后将流体泵12插入安装结构14的接收元件30中，由此促使锁定元件28布置在通道36中。此后，绕轴线A将流体泵12旋转到锁定位置，如图3所示。当流体泵12处于锁定位置时，锁定元件28相对于凹槽38偏置。因此，接收元件30锁住锁定元件28，形成充分紧密的干涉配合从而阻碍流体泵12的横向、轴向和旋转运动以及其从安装结构14的移出。如图4至图7所示，还可以采用锁定机构来进一步阻碍流体泵12的旋转运动以及其从安装结构14的移出。
在工作时，流体泵组件10提供流体流，例如，用于燃料电池组的冷却系统中。应当理解，根据需要，流体泵组件10可用于其它应用中，而不脱离本发明的范围和精神。流体进入流体泵组件10，其中保持着流速。此后，促使流体循环通过冷却系统。应当理解，这个流体可以是任何流体，例如制冷剂、冷却剂、水、乙二醇等等。
在图8所示的实施例中，本发明还包括燃料电池系统100，其包括燃料电池组102，该燃料电池组具有布置在其上的流体泵组件10′。对于与图1至图7的描述相似的结构，图8中的附图标记重复使用并带有上标符号(′)。
燃料电池系统100包括燃料电池组102，其布置在上端单元104与下端单元106之间。上、下端单元104、106容纳着至少一个，并且在特定实施例中是多于一个的，燃料电池子系统和燃料电池组102的预处理和操作所涉及的相关装置。作为非限制性例子，容纳在上、下端单元104、106之内的燃料电池子系统可包括流体通道、氢燃料和氧化剂(O2/空气)通道、冷却泵、循环泵、排出阀、绝缘体、风扇、压缩机、阀、电接线、重整器、增湿器和相关仪器。应当认识到，在本发明的上、下端单元104、106中还可以容纳附加的燃料电池子系统和/或用于燃料电池系统100的支撑中的外部设备。
在所示实施例中，燃料电池系统100的下端单元106与至少一个水汽输送单元、换热器和相关吹风机(未示出)、旁通阀(未示出)和流体泵组件10′一体形成。这些及其他子系统集成到端单元104中有助于更快速的冷启动，因为系统由于接近燃料电池组102而被更快加热。而且，该集成可以得到更快速的重新启动，因为，几乎没有在燃料电池系统100外部运行的外部管路，也就是说，出现热能传递的可能性较小。子系统集成到这些端元件中还消除了对外部壳体和管路的需求，由此降低系统的总质量和热质量。
如所示，下端单元106是安装结构14′，其包括形成在其上的接收元件30′。接收元件30′适于接收流体泵组件10′的流体泵12′。流体泵组件10′与燃料电池组102流体连通并且适于向其提供流体流。应当理解，这个流体可以是任何流体，例如制冷剂、水等等。在非限制性例子中，流体泵组件10′可以是冷却系统的一部分，该冷却系统具有例如冷却剂箱(未示出)用于容纳循环通过冷却系统往返于燃料电池组102的流体。
因为流体泵组件10′具有基本上与流体泵组件10相似的结构，可以按照前述方式组装流体泵组件10′。另外，为了简单起见，流体泵组件10′的工作与前述一样。
通过在前描述，本领域技术人员可以很容易确定本发明的必要特征，并且在不脱离其范围和精神的情况下，可以对本发明作各种变化和修正以使它适合于各种用途和条件。

Claims (20)

1.一种流体泵组件，包括：
安装结构，该安装结构具有形成在其上的接收元件；和
流体泵，该流体泵具有壳体，该壳体的一端适于被接收在所述安装结构中并且包括从该处沿径向向外伸出的法兰，该法兰适于与所述安装结构配合以在它们之间形成不透水的密封，所述法兰的外周边包括从该处沿径向向外伸出的至少一个锁定元件，该锁定元件适于与所述安装结构的接收元件协作以形成转锁连接。
2.如权利要求1所述的流体泵组件，其中，所述安装结构的接收元件包括形成在其上的肩部。
3.如权利要求2所述的流体泵组件，其中，所述安装结构的一部分与所述接收元件的肩部协作以在它们之间形成通道。
4.如权利要求1所述的流体泵组件，其中，所述接收元件包括至少一个形成在其中的凹槽。
5.如权利要求1所述的流体泵组件，其中，所述流体泵包括至少一个锁定机构。
6.如权利要求5所述的流体泵组件，其中，所述至少一个锁定机构是锁销和紧固件中的一个，该锁销形成在所述安装结构的接收元件上，适于容纳在形成于所述至少一个锁定元件中的孔口中，该紧固件适于容纳在形成于所述接收元件中的基本上与形成于所述至少一个锁定元件中的孔口对齐的孔口中。
7.如权利要求1所述的流体泵组件，其中，所述流体泵和所述安装结构在它们之间形成基本上不透水的密封。
8.如权利要求1所述的流体泵组件，其中，所述安装结构是燃料电池系统的下端单元。
9.如权利要求1所述的流体泵组件，其中，所述流体泵的壳体由不导电材料制成。
10.一种流体泵组件，包括：
安装结构，该安装结构包括形成在其上的接收元件，该接收元件具有至少一个形成在其中的凹槽和形成在其上的肩部，其中，该接收元件的肩部与所述安装结构的一部分协作以在它们之间形成通道；和
流体泵，该流体泵包括壳体，该壳体的一端适于被接收在所述安装结构中并且包括从该处沿径向向外伸出的法兰，该法兰适于与所述安装结构配合以在它们之间形成不透水的密封，所述法兰的外周边包括从该处沿径向向外伸出的至少一个锁定元件，该至少一个锁定元件适于容纳在所述安装结构的通道中，其中所述流体泵适于与所述安装结构协作以形成转锁连接。
11.如权利要求10所述的流体泵组件，其中，所述流体泵包括至少一个锁定机构。
12.如权利要求11所述的流体泵组件，其中，所述至少一个锁定机构是锁销和紧固件中的一个，该锁销形成在所述接收元件的肩部上，适于容纳在形成于所述至少一个锁定元件中的孔口中，该紧固件适于容纳在形成于所述接收元件中的基本上与形成在所述至少一个锁定元件中的孔口对齐的孔口中。
13.如权利要求10所述的流体泵组件，其中，所述壳体和所述安装结构在它们之间形成基本上不透水的密封。
14.如权利要求10所述的流体泵组件，其中，所述安装结构是燃料电池系统的下端单元。
15.如权利要求10所述的流体泵组件，其中，所述流体泵的壳体由不导电材料制成。
16.一种燃料电池系统，包括：
燃料电池组，该燃料电池组包括至少一个燃料电池；
布置在该燃料电池组附近的下端单元，该下端单元包括形成在其上的接收元件，该接收元件具有至少一个形成在其中的凹槽和形成在其上的肩部，其中在该接收元件的肩部与该下端单元的一部分之间形成通道；和
流体泵，该流体泵包括壳体，该壳体的一端适于被接收在所述安装结构中并且包括从该处沿径向向外伸出的法兰，该法兰适于与所述安装结构配合以在它们之间形成不透水的密封，所述法兰的外周边包括从该处沿径向向外伸出的至少一个锁定元件，该至少一个锁定元件适于容纳在所述下端单元的通道中，其中所述流体泵适于与所述下端单元协作以形成转锁连接。
17.如权利要求16所述的燃料电池系统，其中，所述流体泵包括至少一个锁定机构。
18.如权利要求17所述的燃料电池系统，其中，所述至少一个锁定机构是锁销和紧固件中的一个，该锁销形成在所述接收元件的肩部上，适于容纳在形成于所述至少一个锁定元件中的孔口中，该紧固件适于容纳在形成于所述接收元件中的基本上与形成于所述至少一个锁定元件中的孔口对齐的孔口中。
19.如权利要求16所述的燃料电池系统，其中，所述壳体和所述下端单元在它们之间形成基本上不透水的密封。
20.如权利要求16所述的燃料电池系统，其中，所述流体泵的壳体由不导电材料制成。
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