CN217334157U - 一种模块化金属燃料电池储液系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于金属燃料电池应用技术领域，尤其涉及一种模块化金属燃料电池储液系统，包括通过连接装置堆叠连接的若干层箱体模块和控制模块，每一层箱体模块之间通过液体轮换管进行电解液的逐级轮换，而底部箱体模块上设有液位传感器，加新液时，液体由顶部箱体模块加入，液体通过设置在储液箱体上部的溢流加液管逐级进入到每一层储液箱体中，直至加满每一层箱体模块，进液结束进入供液轮换状态，由底部的箱体模块将电解液逐级泵入金属燃料电池系统中，供液结束的同时将金属燃料电池中的废液轮换进入箱体模块中，直至每一层箱体模块装满废液。本申请通过模块化和组合式的结构有效提高了电解液存储的灵活性和高效性，减少生产装配的复杂程度。

Description

一种模块化金属燃料电池储液系统

技术领域

本实用新型属于金属燃料电池应用技术领域，尤其涉及一种模块化金属燃料电池储液系统。

背景技术

铝空气电池是一种以空气中的氧为正极，铝或者铝合金为负极，中性或者碱性水溶液为电解质的金属燃料电池，碱性铝空气电池在放电过程中阳极中的铝不断地溶解到电解液中，主要以AlO^2-形式存在；随着金属铝的不断消耗，电解液中AlO^2-浓度逐渐升高，使得电解液的导电性能降低，粘度增大，从而导致铝空气电池放电电压降低、输出功率下降以及放电效率下降。

为了保证铝空气电池在满足负载需求条件下平稳高效的运行，通过逐级定量地加入新鲜电解液的方式可以提高铝空气电池放电平稳性以及电解液利用效率，因此，现有相关技术中采用的方法为，在铝空气电池系统内设置一个储液装置，储液装置包括新液储液箱、中间液箱以及废液储液箱，新液储液箱和废液储液箱的箱体体积基本一致，铝空气电池工作过程中新液储液箱中的电解液逐步经过中间液箱转移到废液储液箱，这种工作模式会导致铝空气电池系统的空间利用率低，需要设置多个不同用途的箱体，使得设备的体积庞大，同时新液储液箱和废液储液箱是分工合作，运用范围受限。

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题在于提供一种模块化金属燃料电池储液系统，通过模块化的组合方式，实现轮换供液，以解决现有技术中存在的空间利用率低，设备体积庞大的问题。

本实用新型提供的基础方案：一种模块化金属燃料电池储液系统，包括顶部箱体模块、若干个中部箱体模块、底部箱体模块以及控制模块，其中：

所述顶部箱体模块、中部箱体模块和底部箱体模块之间通过连接装置堆叠连接；

所述顶部箱体模块包括储液箱体和溢流加液管；

所述底部箱体模块包括储液箱体、液体轮换管路、阀门一、供液管、供液泵以及液位传感器；

所述中部箱体模块包括储液箱体、溢流加液管、液体轮换管以及阀门二；

所述阀一、阀门二、供液泵以及液位传感器均与控制器电连接，所述液位传感器位于底部箱体模块顶部，所述储液箱体上部设有若干个进液口，所述储液箱体下部设有若干个出液口，所述溢流加液管与进液口连通，所述液体轮换管路与出液口连通，所述出液口还用于连接供液管和供液泵，所述供液管与外部金属燃料电池系统连接，所述控制模块用于控制阀门一的启闭，所述控制模块还用于通过控制阀门一和阀门二控制液体轮换管的导通状态，所述控制模块还用于根据控制供液泵的启闭控制供液管向金属燃料电池系统供液，所述进液口还用于收集金属燃料电池系统的废液。

本实用新型的原理及优点在于：本申请中，设有顶部箱体模块、若干个中部箱体模块、底部箱体模块和控制模块，其中，中部箱体模块可设置无数个或者零个，顶部箱体模块位于顶层，底部箱体模块位于底层，顶部箱体模块和底部箱体模块中间可连接中部箱体模块，三种箱体模块都设有储液箱体，每一层箱体模块之间通过液体轮换管进行电解液的逐级轮换，而位于最底层的底部箱体模块上设有液位传感器，用于检测底部箱体模块中的电解液储存量，此时整个系统处于进液状态，加新液体过程中，阀门不开启，液体由顶部箱体模块加入，当顶部箱体模块的储液箱体加满后，液体通过设置在储液箱体上部的溢流加液管进入到下一层储液箱体中，下一层储液箱体加满后再溢流到再下一层，直至底部箱体模块的储液箱体被加满，触发液位传感器信号，停止加电解液。

底部箱体模块上的出液口设有供液泵和供液管，用于将存储在底部箱体模块中的电解液泵入金属燃料电池系统中，当底部箱体模块中的电解液全部泵入金属燃料电池系统后，上层箱体内的新电解液通过液体轮换管逐级下降到底部箱体模块，此时整个系统处于轮换状态，此处举个示例来说明，例如储液系统设有4层箱体模块，从下往上具体为，1号箱为底部箱体模块，2-3号箱为中部箱体模块，4号箱为顶部箱体模块，当1号箱的电解液泵入到金属燃料电池系统中时，开始进行轮换，轮换为逐步进行，由2号箱的电解液通过阀门流入1号箱，3号箱的电解液通过阀门流入2号箱，4号箱的电解液通过阀门流入3号箱，直到4号箱全部流完，即顶部箱体模块呈空箱状态，等待金属燃料电池系统中的废液通过进液口排入，以此类推，直到4层箱体全部注满废液后，即完成金属燃料电池系统的电解液置换，储液系统中的废液等待后续处理。

因此，本申请的优点在于，通过新电解液与废电解液轮换共用箱体模块的方式提高了存储空间利用率，并且模块化和组合式的结构有效提高了电解液存储的灵活性和高效性，减少模具投入，减少生产装配的复杂程度，解决了现有相关技术中存在的空间利用率低，设备体积庞大的问题。

进一步，所述进液口包括加新液口、溢流加液口、溢流进液口以及废液回流口，所述出液口包括液体轮换口和供液口。

有益效果：将顶部箱体模块、中部箱体模块和底部箱体模块的储液箱体上均开设有相同的加新液口、溢流加液口、溢流进液口、废液回流口、液体轮换口和供液口，使得顶部、中部和底部的箱体模块都可以替换使用，只需要将相应的管路和泵体拆卸后重新安装即可。

进一步，所述储液箱体上还设有排气孔和排气管，所述排气孔与排气管连接。

有益效果：通过排气孔和排气管将箱体内的空气排出，能够平衡箱体内的压力，排气管可与大气连通，或者连通储气装置。

进一步，所述储液箱体上还包括检修口和废液排出口，所述检修口设有密封箱盖。

有益效果：通过检修口能够方便维护人员对箱体模块进行维修和维护，而废液排出口方便排出废液。

进一步，所述连接装置为卡扣或者螺栓。

有益效果:卡扣和螺栓都能起到箱体模块之间的固定作用

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构图；

图2为本实用新型实施例的结构图；

图3为本实用新型实施例中的顶部箱体模块的结构图；

图4为本实用新型实施例中的中部箱体模块的结构图；

图5为本实用新型实施例中的底部箱体模块的结构图；

图6为本实用新型实施例中的储液箱体的结构示意图；

图7为本实用新型实施例中的储液箱体的背视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的标记包括：底部箱体模块100、顶部箱体模块200、中部箱体模块300、储液箱体101、供液口102、液体轮换口103、废液排出口104、溢流加液口105、溢流进液口106、加新液口107、检修口108、排气孔109、排气管110、液体轮换管401、阀门一501、阀门二502、供液管601、供液泵701、溢流加液管901。

实施例基本如图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示：一种模块化金属燃料电池储液系统，包括顶部箱体模块200、底部箱体模块100、若干个中部箱体模块300以及控制模块，顶部箱体模块200、中部箱体模块300和底部箱体模块100之间通过连接装置堆叠设置，使得形成若干层箱体模块，其中，中部箱体模块300在本实施例中设有两个，形成具有4层箱体模块的储液系统，连接装置为卡扣或者螺栓，在本实施例中为螺栓，控制模块采用STM32系列单片机，优选为STM32H7系列高性能单片机。

顶部箱体模块200包括储液箱体101和溢流加液管901，中部箱体模块300包括储液箱体101、液体轮换管401、阀门二502以及溢流加液管901，底部箱体模块100包括储液箱体101、液体轮换管401、阀门一501、供液管601、供液泵701以及液位传感器，其中，阀门一501、阀门二502、供液泵701以及液位传感器均与控制模块电连接，顶部箱体模块200、底部箱体模块100以及中部箱体模块300的储液箱体101的上部均设有进液口，下部均设有出液口，在本实施例中，进液口包括加新液口107、溢流加液口105、溢流进液口106以及废液回流口，出液口包括液体轮换口103以及供液口102，液体轮换口103和供液口102可相互替换使用，本申请将底部箱体模块100、底部箱体模块100和中部箱体模块300的储液箱体101上开设有相同数量及类型的进液口和出液口，目的在于，若出现储液箱体101损坏的情况，可将已损坏的储液箱体101上的零部件拆卸下来安装在另一个完好的储液箱体101上，使得储液箱体101之间可以替换使用，节约成本，而在出现未使用的进液口和出液口时，可直接封堵不用。

此外，储液箱体101上还设有排气孔109、排气管110、检修口108以及废液排出口104，其中，排气孔109位于储液箱体101上部位置，排气孔109与排气管110连接，用于将储液箱体101内的空气排出，平衡储液箱体101内部的气压，检修口108位于储液箱体101背面的中部，检修口108配置有密封箱盖，在用户需要针对已损坏的储液箱体101进行维修时，可直接打开密封箱盖进行维修，废液排出口104位于储液箱体101的下部，废液排出口104用于排出存储在储液箱体101内的废液或者多余的电解液。

在本实施例中，顶层箱体模块的储液箱体101所使用的进液口为加新液口107、废液回流口以及溢流加液口105，出液口为液体轮换口103，其中加新液口107用于加注新的电解液，废液回流口用于收集金属燃料电池系统使用过后的废液，溢流加液口105通过溢流加液管901连接下层箱体模块的溢流进液口106，用于向下层箱体模块加注新液，液体轮换口103用于连接下层箱体模块的液体轮换管401，通过下层箱体模块的阀门控制将电解液轮换到下层，其中，下层箱体模块可为中部箱体模块300或者底部箱体模块100，在本实施例中的下层箱体模块为中部箱体模块300。

中部箱体模块300设有两个，即设有两层中部箱体模块300，分别为上层中部箱体模块300和下层中部箱体模块300，中部箱体模块300的储液箱体101所使用的进液口为溢流加液口105和溢流进液口106，出液口为液体轮换口103，其中上层中部箱体模块300的溢流加液口105通过溢流加液管901连接下层中部箱体模块300的溢流进液口106，用于向下层中部箱体模块300加注新电解液，同理下层中部箱体模块300的溢流加液口105通过溢流加液管901连接底部箱体模块100的溢流进液口106，上层中部箱体模块300的溢流进液口106用于和顶部箱体模块200的溢流进液管连接，上层中部箱体模块300的液体轮换口103连接有液体轮换管401以及阀门二502，液体轮换管401的另一端连通顶部箱体模块200的液体轮换口103或者供液口102，依次类推，使得顶部箱体模块200和两层中部箱体模块300之间连通，阀门二502通过控制模块控制液体轮换管401的导通状态。

底部箱体模块100的储液箱体101所使用的进液口溢流进液口106，出液口为液体轮换口103和供液口102，溢流进液口106被下层中部箱体模块300通过溢流加液管901连通，液体轮换口103通过液体轮换管401连通下层中部箱体模块300的液体轮换口103或者供液口102，底部箱体模块100的供液口102上连接供液管601和供液泵701，供液管601的另一端连接金属燃料电池系统的电解液箱，用于将位于底部箱体模块100内的新电解液通过供液泵701流入电解液箱中，从而进行电解液的补充和更换，同时，液位传感器位于底部箱体模块100的储液箱体101的顶部，用于检测底部箱体内是否注满，若注满，液位传感器发出信号，控制模块根据液位传感器的信号控制阀门一501关闭；在本实施例中，阀门一和阀门二采用电动阀。

具体实施过程如下：储液系统加注新液时，由顶部箱体模块200的加新液口107加注新的电解液，顶部箱体模块200加满后由溢流加液管901流向中部箱体模块300，待中部箱体模块300加满后继续向底部箱体模块100加注新的电解液，直至底部箱体模块100的液位传感器发出停止加液信号，停止加液。储液系统向金属燃料电池供液时，底部箱体模块100上的供液泵701启动，将底部箱体模块100内的电解液全部泵出使用，底部箱体模块100供液完成后自动进入液体轮换状态，即底层箱体模块内的电解液被排空后，底部箱体模块100上的阀门一501打开，从而中部箱体模块300中的电解液流入底部箱体模块100，待底部箱体模块100内加满电解液时，阀门一501关闭；而后中间箱体模块的阀门二502打开，中间箱体模块的上层中部箱体模块300内的电解液流入下层中部箱体模块300内，以此类推，直到顶部箱体模块200内的电解液流入到底部箱体模块100，顶部箱体模块200处于空箱状态，轮换状态也即刻完成，系统进入待机状态，待泵入金属燃料电池系统中的电解液使用寿命终结后，金属燃料电池系统便将废弃的电解液从顶部箱体模块200的废液回流口泵入，待金属燃料电池系统中的废液完全排出后，储液系统自动进入供液状态，供液状态结束后自动进入液体轮换状态，轮换状态完成后顶部箱体处以空箱状态，等待金属燃料电池系统中的废液排入，以此类推储液系统中的新鲜电解液逐渐由上往下减少，与此同时废电解液由上往下逐渐增多，直至整个系统全部变为废电解液后发出更换信号，而后人工启动换液状态，换液状态启动后，系统中所有阀门自动打开，通过底部箱体模块100的废液排出口104将废电解液抽出，完成后关闭换液模式开关，所有阀门关闭。

以上的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前实用新型所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (5)

1.一种模块化金属燃料电池储液系统，其特征在于：包括顶部箱体模块、若干个中部箱体模块、底部箱体模块以及控制模块，其中：

所述顶部箱体模块、中部箱体模块和底部箱体模块之间通过连接装置堆叠连接；

所述顶部箱体模块包括储液箱体和溢流加液管；

所述底部箱体模块包括储液箱体、液体轮换管路、阀门一、供液管、供液泵以及液位传感器；

所述中部箱体模块包括储液箱体、溢流加液管、液体轮换管以及阀门二；

所述阀一、阀门二、供液泵以及液位传感器均与控制器电连接，所述液位传感器位于底部箱体模块顶部，所述储液箱体上部设有若干个进液口，所述储液箱体下部设有若干个出液口，所述溢流加液管与进液口连通，所述液体轮换管路与出液口连通，所述出液口还用于连接供液管和供液泵，所述供液管与外部金属燃料电池系统连接，所述控制模块用于控制阀门一的启闭，所述控制模块还用于通过控制阀门一和阀门二控制液体轮换管的导通状态，所述控制模块还用于根据控制供液泵的启闭控制供液管向金属燃料电池系统供液，所述进液口还用于收集金属燃料电池系统的废液。

2.根据权利要求1所述的一种模块化金属燃料电池储液系统，其特征在于：所述进液口包括加新液口、溢流加液口、溢流进液口以及废液回流口，所述出液口包括液体轮换口和供液口。

3.根据权利要求2所述的一种模块化金属燃料电池储液系统，其特征在于：所述储液箱体上还设有排气孔和排气管，所述排气孔与排气管连接。

4.根据权利要求3所述的一种模块化金属燃料电池储液系统，其特征在于：所述储液箱体上还包括检修口和废液排出口，所述检修口设有密封箱盖。

5.根据权利要求4所述的一种模块化金属燃料电池储液系统，其特征在于：所述连接装置为卡扣或者螺栓。

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