CN103811782B - 用于燃料电池的冷却装置 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于燃料电池的冷却装置。该用于燃料电池的冷却装置包括：容器，其构造用于存储冷却剂；以及离子过滤器组件，其整体地安装在容器上，且构造用于去除冷却剂中的气泡。

Description

用于燃料电池的冷却装置
技术领域
本发明的示例性实施例涉及燃料电池车辆的热和水管理系统，且更特别地，涉及冷却燃料电池组中产生的热量的用于燃料电池的冷却装置。
背景技术
通常，燃料电池系统将用作燃料的氢气和作为氧化剂的空气供应给燃料电池组，并通过氢气与氧气之间的电化学反应产生电力。燃料电池系统安装在车辆内，并且通过使用由燃料电池组产生的电力操作电动机来驱动车辆。燃料电池系统是指不是通过燃烧将燃料的化学能转化为热，而是在燃料电池组内通过电化学方式将化学能直接转化为电能的一类电力生成系统。
典型地，燃料电池组通过层叠数十至数百片燃料电池而获得所需的输出功率，燃料电池包括由膜电极组件(MEA)、衬垫、隔板等构成的单元。由于在燃料电池组中除燃料电池反应之外还产生大量的热，因此在燃料电池系统中必须配置冷却装置来降低产生的热量。冷却装置包括存储冷却剂的冷却剂容器(为方便起见，在下文中称为“容器”)，以及将存储在冷却剂容器中的冷却剂供应给燃料电池组的冷却剂泵。
此外，防冻液在燃料电池车辆中用作冷却剂。当制造车辆时将冷却剂注入包括容器的燃料电池组的冷却系统(在本领域中通常也称为“电池组冷却回路”)中。可在冷却系统处于真空状态之后以加压方式注入冷却剂，以防止在冷却系统中产生气泡。当在注入冷却剂时冷却系统中存在气泡(例如，空气)时，在驱动燃料电池车时，由于冷却剂不足导致的过热的可能性随着冷却剂溢流而增加。
另外，当如上所述在燃料电池车的冷却系统中存在气泡时，可发生由于燃料电池组温度的局部增加导致的燃料电池效率和冷却性能的退化，可发生冷却剂流动噪声，而且可发生例如燃料电池破坏的不利影响。因此，燃料电池车包括从冷却系统中去除气泡的离子过滤器。离子过滤器与容器分开安装在发动机室内的冷却系统中。
在此部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明背景的理解，因而其可能包含未构成本国内本领域技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明提供了一种用于燃料电池的冷却装置，其中集成有容器和离子过滤器。
本发明的示例性实施例提供了一种用于燃料电池的冷却装置，可包括：容器，其构造用于存储冷却剂；以及离子过滤器组件，其整体地安装在容器上且构造用于去除冷却剂中的气泡。另外，在冷却装置中，离子过滤器组件可安装成与容器可附装和可拆卸。离子过滤器组件可作为管筒型安装成与容器连接和分离。此外，在根据本发明的示例性实施例的用于燃料电池的冷却装置中，可在离子过滤器组件的上部设置手柄。手柄可以螺旋方式与容器接合。另外，在冷却装置中，容器可包括分隔壁构件，通过其可将安装离子过滤器组件的第一空间与连接至第一空间的第二空间分隔。分隔壁构件可在第一空间内在分隔壁构件与容器的内壁面之间形成连接至第二空间的通道。分隔壁构件可经由该通道在第一空间内形成正压且在第二空间内形成负压，并可形成为差压壁。
用于燃料电池的冷却装置还可包括，在容器上连接至第一空间的冷却剂注入口以及连接至第二空间的冷却剂排出口。冷却剂注入管可安装在容器上，并且排放空气的帽可安装在冷却剂注入管上。另外，指示冷却剂液位的液位计和排出冷却剂的排泄塞可安装在容器上。
根据本发明的示例性实施例，由于离子过滤器组件可与容器整体地构造，因此可确保发动机室内的可用空间，可降低制造成本，并可减轻车辆重量。而且，由于可通过分隔壁构件在容器内形成差压，因此可平稳地去除在电池组冷却回路中循环的冷却剂中的气泡，可减少用于去除气泡的时间，并可提高用于去除气泡的车辆可维护性。
另外，在本发明的示例性实施例中，由于可平稳地去除冷却剂中的气泡，因此可提高燃料电池组的散热效率，并可改善由于冷却剂中的气泡导致的冷却剂流动噪声。此外，由于离子过滤器组件可以是管筒型的，因此离子过滤器组件可与容器连接和分离，并且可无需使用附加工具而更换离子过滤器组件。另外，由于帽可安装在冷却剂注入管上，因此当更换离子过滤器组件时可防止冷却剂泄漏。
附图说明
提供附图用于参照，以便解释本发明的说明性的示例性实施例，并且本发明的技术精神不应解释为限制于附图。
图1是示出根据本发明的示例性实施例的用于燃料电池的冷却装置的示例性主视图；
图2是示出根据本发明的示例性实施例的用于燃料电池的冷却装置的示例性仰视图；
图3是示出根据本发明的示例性实施例的用于燃料电池的冷却装置的示例性主结构图；并且
图4是示出根据本发明的示例性实施例的用于燃料电池的冷却装置的操作的示例性视图。
附图标记说明
10容器 11第一空间
12第二空间 21分隔壁构件
23通道 25差压壁
31冷却剂注入口 33冷却剂排出口
41冷却剂注入管 43帽
51液位计 53排泄塞
70离子过滤器组件 71过滤器元件
73连接块 81连接部
83手柄
具体实施方式
在下文中，将参照示出本发明的示例性实施例的附图更全面地说明本发明。如本领域技术人员将会认识到的，所述的示例性实施例可以多种不同方式改变，而均不偏离本发明的精神或范围。
应当理解的是，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其它类似术语包括通常的机动车辆，例如包括运动型多功能车(SUV)、公共汽车、卡车、多种商用车辆在内的载客车辆，包括多种艇和船在内的水运工具，以及航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插入式混合动力电动车辆、氢动力车辆、燃料电池车辆，以及其它代用燃料车辆(例如，从石油以外的资源取得的燃料)。如本文所提及的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如既有汽油动力又有电动力的车辆。
本文所使用的术语仅用于说明特定的实施例，而不意图限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”意在也包括复数形式，除非上下文另外清楚地指明。还将理解的是，词语“包括”和／或“包含”，当在本说明书中使用时，是指所述特征、整体、步骤、操作、元件和／或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和／或其组合的存在或添加。如本文所使用的，词语“和／或”包括一个或多个相关列出项目的任意和所有组合。
为了清楚地说明本发明，与说明无关的部件被省略。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同或相似的构成元件。在附图中示出的各组件的尺寸和厚度在附图中任意示出以便更好地理解和易于说明，但是本发明并不限于该图示。在附图中，多个部分和区域的厚度为了清楚而被放大。
此外，在以下详细说明中，处于相同关系的组成部分的名称被分为“第一”、“第二”等，但是本发明并不限于以下说明中的次序。另外，说明书中公开的例如“...单元”、“...装置”、“...部件”或“...构件”的术语表示包括执行至少一种功能或操作的组件的单元。
图1和图2是示出根据本发明的示例性实施例的用于燃料电池的冷却装置的示例性视图，并且图3是示出根据本发明的示例性实施例的用于燃料电池的冷却装置的示例性主结构图。
参照图1至图3，根据本发明的示例性实施例的用于燃料电池的冷却装置100可应用于通过燃料与氧化剂之间的电化学反应产生电能的燃料电池系统。例如，燃料电池系统可应用于使用通过燃料与氧化剂之间的电化学反应产生的电能驱动电动机的燃料电池车辆。
具体地，用于燃料电池的冷却装置100可构造用于使冷却剂循环至电池组冷却回路，以便冷却燃料电池中产生的热量。该冷却装置100可显著平稳地去除在电池组冷却回路中循环的冷却剂中的气泡，可提高用于去除气泡的车辆可维护性，并可确保发动机室内的可用空间(例如，可提高发动机室内的空间可用性)。
此外，用于燃料电池的冷却装置100可包括容器10和离子过滤器组件70，并且将在以下对各个组件进行说明。
在本发明的示例性实施例中，容器10可以是存储冷却剂的罐。容器10可以是具有容纳冷却剂的内部空间的多面体，并可通过冷却剂泵(未示出)使冷却剂流入和流出。
容器10可包括将内部空间分隔为第一空间11和第二空间12的分隔壁构件21。分隔壁构件21具有平板形状，可安装成连接至容器10的一个内壁面，且与容器10的另一内壁面间隔开。换言之，分隔壁构件21可连接至容器10的一个内壁面以便将内部空间分隔为两个空间，并可在分隔壁构件与容器10的另一内壁面之间形成连接第一空间11和第二空间12的通道23。分隔壁构件21可以是经由通道23在第一空间11内形成正压且在第二空间12内形成负压的差压壁25。
此外，可在容器10上设置连接至第一空间11的冷却剂注入口31以及连接至第二空间12的冷却剂排出口33。可在容器10上安装将冷却剂注入内部空间中的冷却剂注入管41。冷却剂注入管41可在容器10的上侧连接至第二空间12。另外，可在冷却剂注入管41上安装帽43，其可连接至注入管41的注入端且可排放容器10内的空气。
此外，可视觉地指示冷却剂的存储液位的液位计51可安装在容器10的侧表面，即相应于第二空间12的侧表面。另外，排放冷却剂的排泄塞53可安装在容器10的前表面，即相应于第二空间12的前表面。
离子过滤器组件70可构造用于去除冷却剂中的气泡。另外，离子过滤器组件70可整体地安装在容器10上。离子过滤器组件70可包括去除冷却剂中的气泡的过滤器元件71。离子过滤器组件70可安装成与容器10可附装和可拆卸。此外，离子过滤器组件70可作为管筒型安装成与相应于第一空间11的容器10的上表面连接和分离。如所述，离子过滤器组件70可使用多种方法(例如，接合孔和与该接合孔配合的突起)连接至容器10，并可设置于容器10的内部空间中的第一空间11中。
无需使用附加工具而手动更换离子过滤器组件70的手柄83可形成在相应于第一空间11的容器10的上表面。手柄83可与容器10螺纹接合。具体地，连接块73可形成在手柄83上，并且连接块73可与之接合的连接部81可形成在相应于第一空间11的容器10的上表面。
在下文中，将参照前述附图和附图4详细说明如上所述构造的、根据本发明的示例性实施例的用于燃料电池的冷却装置100的操作效果。图4是示出根据本发明的示例性实施例的用于燃料电池的冷却装置的操作的示例性视图。
参照图4连同前述附图，在本发明的示例性实施例中，在电池组冷却回路中循环的冷却剂可经由冷却剂注入口31流入容器10的第一空间11中。随后，冷却剂可经过第一空间11中的离子过滤器组件70的过滤器元件71，并且冷却剂中的气泡可由过滤器元件71去除。具体地，作为管筒型的离子过滤器组件70可通过手柄83的连接块73牢固地保持在容器10的第一空间11内部。可如上所述从中去除气泡的冷却剂，可经由分隔壁构件21与另一内壁面之间的通道23从容器10的第一空间11流动至第二空间12。
在本发明的示例性实施例中，在前述过程中可通过分隔壁构件21在容器10内产生冷却剂流的差压。换言之，经由分隔壁构件21与另一内壁面之间的通道23，可在第一空间11内形成正压，并可在第二空间12内形成负压。因此，流入容器10的第二空间12内的冷却剂可通过第二空间12内的负压经由冷却剂排出口33排出而不被排放至冷却剂注入管41。
当分隔壁构件21的长度大于预定长度(例如，非常长)时，由于通道23的宽度减小，并且由于压力损失导致冷却剂的流速变得不足，因此冷却剂可能未以必要的流速供应至被冷却物体。此外，当分隔壁构件21的长度小于预定长度(例如，非常短)时，由于通道23的宽度增加，因此流入第一空间11内的冷却剂可通过冷却剂泵的压力被排放至冷却剂注入管41，而不经由冷却剂排出口33排出。具体地，分隔壁构件21的长度可被定义为从容器10的一个内壁面至另一内壁面的长度。由于分隔壁构件21的长度可基于容器10的体积、燃料电池的体积等而改变，因此本发明的示例性实施例不限于任何特定值。
此外，通过离子过滤器组件70去除的气泡可流入容器10的第二空间12中的冷却剂注入管41中，并可经帽43排放至冷却装置的外部。此外，可通过液位计51视觉地指示存储于容器10中的冷却剂的液位，并且容器10中的冷却剂可通过分离排泄塞53而被排出。当离子过滤器组件70需要被更换时，手柄83可通过在松开方向上的旋转而从容器10上被移除。随后，可通过移除手柄83露出的开口，将离子过滤器组件70与容器10容易地分离。
在上述本发明的示例性实施例中，由于离子过滤器组件70可与容器10整体地构造，因此可确保发动机室内的可用空间，可降低制造成本，并可减轻车辆重量。另外，在本发明的示例性实施例中，由于可通过分隔壁构件21在容器10中形成差压，因此可平稳地去除在电池组冷却回路中循环的冷却剂中的气泡，可减少用于去除气泡的时间，并可提高用于去除气泡的车辆可维护性。
此外，在本发明的示例性实施例中，由于可平稳地去除冷却剂中的气泡，因此可提高燃料电池组的散热效率，并可改善由于冷却剂中的气泡导致的冷却剂流动噪声。由于离子过滤器组件70可以是管筒型的，因此离子过滤器组件70可与容器10连接和分离，并且可无需使用附加工具而更换离子过滤器组件70。另外，由于排放空气的帽43可安装在冷却剂注入管41上，因此当更换离子过滤器组件70时可防止冷却剂泄漏。
虽然已结合目前认为的示例性实施例说明了本发明，但是将要理解的是，本发明并不限于所公开的实施例，而是相反，本发明意在涵盖包括在所附权利要求的精神和范围内的多种改型和等同配置。

Claims (10)

1.一种用于燃料电池的冷却装置，包括：
容器，其构造成存储冷却剂；以及
离子过滤器组件，其整体地安装在所述容器上，并构造用于去除所述冷却剂中的气泡，
其中所述容器包括分隔壁构件，通过所述分隔壁构件将安装所述离子过滤器组件的第一空间与连接至所述第一空间的第二空间分隔，
所述分隔壁构件在所述第一空间内在所述分隔壁构件与所述容器的内壁面之间形成连接至所述第二空间的通道，并且
所述分隔壁构件经由所述通道在所述第一空间内形成正压并在所述第二空间内形成负压。
2.如权利要求1所述的冷却装置，其中所述离子过滤器组件被安装成与所述容器可附装和可拆卸。
3.如权利要求2所述的冷却装置，其中所述离子过滤器组件作为管筒型被安装成与所述容器连接和分离。
4.如权利要求3所述的冷却装置，还包括：
设置于所述离子过滤器组件的上部的手柄。
5.如权利要求4所述的冷却装置，其中所述手柄与所述容器螺纹连接。
6.如权利要求1所述的冷却装置，其中所述分隔壁构件形成为差压壁。
7.如权利要求1所述的冷却装置，还包括：
设置在所述容器上的连接至所述第一空间的冷却剂注入口和连接至所述第二空间的冷却剂排出口。
8.如权利要求1所述的冷却装置，还包括：
安装在所述容器上的冷却剂注入管；以及
安装在所述冷却剂注入管上的排放空气的帽。
9.如权利要求1所述的冷却装置，还包括：
安装在所述容器上的指示所述冷却剂的液位的液位计。
10.如权利要求1所述的冷却装置，还包括：
安装在所述容器上的排出所述冷却剂的排泄塞。
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