CN205543066U - 温控水箱及燃料电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种温控水箱及燃料电池，温控水箱包括：箱体，包括入口和出口，箱体包括位于入口和出口之间的多个过流通道，多个过流通道之间的间隙形成通风流道，通风流道贯穿箱体的相对的两个侧面；散热部，设置在箱体的外侧，用于驱动气流流经通风流道。应用本实用新型的技术方案，温控水箱包括散热部，并且箱体设置有通风流道，散热部与通风流道配合能使水箱具有散热的作用，因此当该水箱应用于燃料电池中作为热平衡部的水箱时，热平衡部不必要再单独设置换热器，使得热平衡部的结构得到简化，体积减小，有利于燃料电池的集成，并且由于热平衡部回路中的部件减少，使得换热系统压损下降，对各个部件的性能要求也相应降低。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃料电池领域，具体而言，涉及一种温控水箱及燃料电池。
背景技术
燃料电池是一种将贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置，由于不受卡诺循环的限制，其直接发电效率可高达45％以上，具有环保、能量转化效率高、寿命长等特点，在航空航天、潜艇、电动车、电站、移动设备、居民家庭等领域存在广泛的应用前景。以质子交换膜燃料电池(PEMFC)为例，电池核心发电模块——电堆由若干个单电池串联组成，单电池由膜电极、阳极板和阴极板(或双极板)配合形成三明治结构。其中阳极板和阴极板上刻有流道，为反应气体提供运输通道。燃料氢气沿阳极板流道分配在膜电极的阳极侧，在阳极催化剂的作用下解离成电子和质子，电子经外电路到达阴极，质子直接穿过膜电极到达阴极，与阴极反应气体中的氧气反应生成水。此过程的产物为电能、热和水。以电堆为核心，燃料电池系统集成了电源管理，热管理等模块，具有气、电、热、水统筹管理的特征。
现有的燃料电池的结构简图如图1所示，氢气和空气分别进入电堆100参加电化学反应，反应后阳极和阴极尾气排出电堆100，分别经过阳极尾气换热器320和阴极尾气换热器310降温后进入尾气处理部400。其中电堆100进行电化学反应并产生电能的过程中会产生热能。由于反应强度的不同，有可能使电堆100温度过高。此外，电堆100进行反应的条件之一是需要一定的温度，由于电堆的热量会自然散失，若电堆100自身产生的反应热不足，则会导致电堆100温度过低，因此又需要保证电堆100的反应温度。
综上，燃料电池设置了热平衡系统，用于对电堆100的热量进行平衡调节，热平衡系统运行过程存在两种情况：散热过程，存储于水箱的电堆冷却水(或其他冷却介质)经泵体220输送进入电堆100，将电堆100产生部分热量带出，流经换热器230时进行热量平衡交换，然后进入水箱，参与下一次循环；补热过程，水箱的加热功能启动对冷却水加热，冷却水(或其他冷却介质)经泵体220输送进入电堆100，向电堆100补充热量后，流经换热器230(在此过程中，换热器230只充当冷却水的流通通道，不具换热功能)，然后进入水箱，参与下一次循环。
在图1所示的现有技术中的燃料电池中，电堆热平衡系统虽然可以有效的进行电堆热平衡控制，但存在以下问题：一方面冷却水完成一次循环需经过泵体220、电堆100、换热器230及连接各设备的循环回路210，从而造成冷却水压损较大，对负责冷却水输送的泵体220的综合性能要求较高；另一方面此热平衡系统占据空间较大，不利于系统集成。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于提供一种温控水箱及燃料电池，以解决现有技术中的燃料电池的热平衡系统结构复杂的问题。
为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种温控水箱，包括：箱体，包括入口和出口，箱体包括位于入口和出口之间的多个过流通道，多个过流通道之间的间隙形成通风流道，通风流道贯穿箱体的相对的两个侧面；散热部，设置在箱体的外侧，用于驱动气流流经通风流道。
进一步地，温控水箱还包括至少一部分设置在箱体内的加热部。
进一步地，加热部设置在箱体内的靠近出口的位置处。
进一步地，温控水箱还包括分液部，分液部设置在箱体内并与入口相连通，用于将进入箱体的液体分配至多个过流通道。
进一步地，温控水箱还包括用于显示箱体内的水位的液位计，液位计与箱体的内腔相连通。
进一步地，散热部为风扇。
进一步地，通风流道为长形的通道。
根据本实用新型的另一方面，还提供了一种燃料电池，包括电堆和用于控制电堆的温度的热平衡部，热平衡部包括：循环回路；水箱，存有换热液；泵体，泵体驱动水箱内的换热液通过循环回路流经电堆；水箱为上述的温控水箱。
进一步地，热平衡部还包括控制部，控制部根据电堆的温度控制温控水箱的散热部启动以冷却换热液。
进一步地，温控水箱还包括至少一部分设置在箱体内的加热部，热平衡部还包括控制部，控制部根据电堆的温度控制温控水箱的散热部启动以冷却换热液，或启动温控水箱的加热部启动以加热换热液。
应用本实用新型的技术方案，温控水箱包括散热部，并且箱体设置有通风流道，散热部与通风流道配合能使水箱具有散热的作用，因此当该水箱应用于燃料电池中作为热平衡部的水箱时，热平衡部不必要再单独设置换热器，使得热平衡部的结构得到简化，体积减小，有利于燃料电池的集成，并且由于热平衡部回路中的部件减少，使得换热系统压损下降，对各个部件的性能要求也相应降低。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1示出了现有技术中的燃料电池的实施例的示意图；
图2示出了根据本实用新型的温控水箱的实施例的示意图；
图3示出了根据本实用新型的温控水箱的箱体的实施例的示意图；
图4示出了根据本实用新型的温控水箱的实施例的侧视示意图；以及
图5示出了根据本实用新型的燃料电池的实施例的示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、箱体；11、入口；12、出口；13、通风流道；20、散热部；30、加热部；40、分液部；50、液位计；100、电堆；210、循环回路；220、泵体；230、换热器；310、阴极尾气换热器；320、阳极尾气换热器；400、尾气处理部。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
根据本实用新型的一个方面，提供了一种温控水箱，如图2至4所示出的实施例，该温控水箱包括：箱体10，包括入口11和出口12，箱体10包括位于入口11和出口12之间的多个过流通道，多个过流通道之间的间隙形成通风流道13，通风流道13贯穿箱体10的相对的两个侧面；散热部20，设置在箱体10的外侧，用于驱动气流流经通风流道13。
本实用新型的温控水箱包括散热部20，并且箱体10设置有通风流道13，散热部20与通风流道13配合能使水箱具有散热的作用，因此当该水箱应用于燃料电池中作为热平衡部的水箱时，热平衡部不必要再单独设置换热器，使得热平衡部的结构得到简化，体积减小，有利于燃料电池的集成，并且由于热平衡部回路中的部件减少，使得热平衡系统的压损下降，对各个部件的性能要求也相应降低。
优选地，散热部20为风扇。
优选地，如图2和3所示，通风流道13为长形的通道。即通风流道13为类似长孔的形状，这样能够更好的利用风扇的气流对箱体10进行降温。更优选地，通风流道13的长度方向与箱体10的从入口11到出口12的方向同向设置。
优选地，温控水箱还包括至少一部分设置在箱体10内的加热部30。本实用新型的温控水箱还设置有加热部30，用于加热水箱。燃料电池的电堆100需要维持一个稳定的工作温度，即电堆100温度过高时需要热平衡系统提供散热，而电堆100温度过低时需要热平衡系统实现加热，因此本实用新型的温控水箱还包括加热部30，用以在电堆100的温度过低时起到加热的作用，提高电堆100的温度使其达到工作标准。
优选地，加热部30设置在箱体10内的靠近出口12的位置处。更优选地，加热部30为电加热体，例如电热棒。
此外，在图2示出的实施例中，加热部30设置在箱体10的内部，这样可以更加高效的实现加热效果。在另一些实施例中，加热部也可以设置在箱体10的外部，这些实施例中的加热部为外加热部，虽然效率较低，但能更容易的与箱体10之间实现分体设置。
优选地，如图2所示，温控水箱还包括分液部40，分液部40设置在箱体10内并与入口11相连通，用于将进入箱体10的液体分配至多个过流通道。在该实施例中，分液部40包括一个入口和多个出口，每个出口均对应一个过流通道，分液部40利用溢流远离实现分液。
优选地，温控水箱还包括用于显示箱体10内的水位的液位计50，液位计50与箱体10的内腔相连通。
根据本实用新型的另一个方面，还提供了一种燃料电池，如图5所示的实施例，该燃料电池包括电堆100和用于控制电堆100的温度的热平衡部，热平衡部包括：循环回路210；水箱，存有换热液；泵体220，泵体220驱动水箱内的换热液通过循环回路210流经电堆100；水箱为上述的温控水箱。
本实用新型的温控水箱自带散热功能，因此燃料电池的热平衡部不需要再单独设置用于散热的换热器230，即循环回路210上的部件减少，这样能够减小热平衡部的体积，使其更易集成到燃料电池中，并且还能够使热平衡低通的压损下降，对各个部件的性能要求也相应降低。
燃料电池还包括用于处理阴极尾气的阴极尾气换热器310和用于处理阳极尾气的阳极尾气换热器320，尾气的废热通过相应的尾气换热器发散，经过换热器后的尾气由尾气处理部400收集并处理。
优选地，热平衡部还包括控制部，控制部根据电堆100的温度控制温控水箱的散热部20启动以冷却换热液。
此外，在优选实施例中，控温水箱还具有加热部30，使得控温水箱能够将换热液的温度控制在电堆100工作所需的温度范围内，进一步简化热平衡部的结构。
优选地，热平衡部还包括控制部，控制部根据电堆100的温度控制温控水箱的散热部20启动以冷却换热液，或启动温控水箱的加热部30启动以加热换热液。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种温控水箱，其特征在于，包括：
箱体(10)，包括入口(11)和出口(12)，所述箱体(10)包括位于所述入口(11)和所述出口(12)之间的多个过流通道，所述多个过流通道之间的间隙形成通风流道(13)，所述通风流道(13)贯穿所述箱体(10)的相对的两个侧面；
散热部(20)，设置在所述箱体(10)的外侧，用于驱动气流流经所述通风流道(13)。
2.根据权利要求1所述的温控水箱，其特征在于，所述温控水箱还包括至少一部分设置在所述箱体(10)内的加热部(30)。
3.根据权利要求2所述的温控水箱，其特征在于，所述加热部(30)设置在所述箱体(10)内的靠近所述出口(12)的位置处。
4.根据权利要求1所述的温控水箱，其特征在于，所述温控水箱还包括分液部(40)，所述分液部(40)设置在所述箱体(10)内并与所述入口(11)相连通，用于将进入所述箱体(10)的液体分配至所述多个过流通道。
5.根据权利要求1所述的温控水箱，其特征在于，所述温控水箱还包括用于显示所述箱体(10)内的水位的液位计(50)，所述液位计(50)与所述箱体(10)的内腔相连通。
6.根据权利要求1所述的温控水箱，其特征在于，所述散热部(20)为风扇。
7.根据权利要求1所述的温控水箱，其特征在于，所述通风流道(13)为长形的通道。
8.一种燃料电池，包括电堆(100)和用于控制所述电堆(100)的温度的热平衡部，所述热平衡部包括：
循环回路(210)；
水箱，存有换热液；
泵体(220)，所述泵体(220)驱动所述水箱内的换热液通过所述循环回路(210)流经所述电堆(100)；
其特征在于，
所述水箱为权利要求1至7中任一项所述的温控水箱。
9.根据权利要求8所述的燃料电池，其特征在于，所述热平衡部还包括控制部，所述控制部根据所述电堆(100)的温度控制所述温控水箱的散热部(20)启动以冷却所述换热液。
10.根据权利要求8所述的燃料电池，其特征在于，所述水箱为权利要求2至7中任一项所述的温控水箱，所述热平衡部还包括控制部，所述控制部根据所述电堆(100)的温度控制所述温控水箱的散热部(20)启动以冷却所述换热液，或启动所述温控水箱的加热部(30)启动以加热所述换热液。
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