CN221573978U - 一种氢燃料电池水箱 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种氢燃料电池水箱，用以解决现有技术存在的水箱结构设计不合理导致去离子器工作效率低下及去离子器更换和维护困难的问题。本申请包括水箱和设置于水箱的进/出液口，还包括设置于水箱内部的去离子器，进液口和出液口分别设置于水箱两侧，且进液口和出液口垂直分布，水箱外部固定设置有进液端盖，进液口开设在进液端盖上，去离子器与进液端盖可拆卸固定连接。水箱的冷却液入口和出口设置在不同方向，不仅便于冷却液的流动，还利用涡流原理通过产生旋转流动，增加了冷却液在单位时间内通过去离子器的量，将去离子器直接置于水箱内部，集成式设计减少了额外的管路和接头，确保了冷却液能直接且充分地与去离子器接触。

Description

一种氢燃料电池水箱

技术领域

本申请涉及氢燃料电池配件技术领域，具体涉及一种氢燃料电池水箱。

背景技术

目前，氢燃料电池主要采用氢质子交换膜燃料电池(Proton exchange membranefuel cell，PEMFC)技术，该技术可将氢气和氧气反应释放的化学能转化为电能。其基本原理是电解水的逆反应，即将氢和氧分别供给阳极和阴极，在燃料电池正极中的催化剂(如铂)作用下，氢气分解成电子和氢离子(质子)。其中，质子通过质子交换膜到达负极，与氧气反应生成水和释放大量热量。由于氢燃料电池不受卡诺循环限制，因此其能量转化效率相对较高。

氢燃料电池的核心部件是膜电极，膜电极一般由聚合物膜、催化剂层和气体扩散层组成。其中，聚合物膜的主要作用是传导质子、隔绝反应气体。膜电极两端可以外接负载，将反应产生的电子引出，形成回路，从而产生电流。

燃料电池中存在金属元件，其运行过程中因金属元件磨损及气体、液体对管路和其他元件的腐蚀作用，会产生离子。在燃料电池运行过程中，双极板上会产生高电压，但要求此高电压不能通过双极板中间的冷却液传递到整个冷却循环流道，因此冷却液不能导电。如果冷却液含有离子(正离子或负离子)，冷却液就会导电，双极板由串联变成并联，更有可能使电堆带电，严重时会直接损坏电堆。因此，去离子器在燃料电池冷却系统中起到至关重要的作用。

现有的技术中，去离子器通常被并联在冷却液主回路中，也就是被安装在燃料电池发动机冷却液路的支路上。当冷却液流经去离子器时，去离子器会吸附由燃料电池电堆及冷却水路相关零部件释放出来的阴阳离子，从而使得冷却液的电导率维持在较低的水平，防止系统漏电。在氢燃料电池停止工作时，管路中会持续析出导电离子。然而，由于去离子器被安装在冷却液路的支路上，流经去离子器的冷却液流量相对较小。因此，当氢燃料电池系统启动时，去离子器需要较长时间才能使冷却液的电导率下降至工作范围(通常要求小于15μs/cm)。

若去离子器安装在冷却液主回路上，去离子器会使冷却液形成较大压降，需要冷却液泵提供更大的压力，导致冷却液泵寿命降低。

专利授权公告号：CN 210161939U，专利名称：一种燃料电池用集成式去离子及检测电导率的水箱装置，这件中国的实用新型专利包括：膨胀水箱、电堆、离子过滤器、颗粒过滤器、电导率传感器和液位传感器，所述膨胀水箱的底端设置水箱出水口，所述水箱出水口与电堆的入液口连通，所述离子过滤器和颗粒过滤器均设置在膨胀水箱的内部，所述离子过滤器用来过滤水中的离子，所述颗粒过滤器用来过滤水中的杂质颗粒，所述电导率传感器的检测端伸入膨胀水箱的内部，用来检测经离子过滤器过滤后的水的电导率，所述液位传感器的检测端伸入膨胀水箱的内部，用来检测膨胀水箱的水位。这件专利存在的问题为：未考虑膨胀水箱出水口和入水口的位置分布导致去离子器工作效率较低，且更换和维护去离子器时较为困难。

发明内容

为此，本申请提供一种氢燃料电池水箱，以解决现有技术存在的水箱结构设计不合理导致去离子器工作效率低下及去离子器更换和维护困难的问题。

为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

一种氢燃料电池水箱，包括水箱和设置于水箱的进液口和出液口，还包括设置于水箱内部的去离子器，所述进液口和所述出液口分别设置于水箱两侧，且进液口和出液口垂直分布，水箱外部固定设置有进液端盖，进液口开设在所述进液端盖上，所述去离子器与进液端盖可拆卸固定连接。

可选地，所述水箱分为密封固定且相互连通的上箱体和下箱体，所述进液端盖固定设置于上箱体，所述出液口设置于下箱体。

可选地，所述下箱体的出液口处固定设置有排液管，所述排液管的端部设置有向外圈延展的防脱结构。

可选地，所述下箱体的外壁设置有多个带通孔的安装支脚。

可选地，所述上箱体和下箱体采用超声波或者激光进行焊接固定。

可选地，所述上箱体和下箱体采用螺纹紧固，连接处设置有密封圈。

可选地，所述进液端盖通过内六角螺钉和适配的铜螺母镶件紧固于水箱，进液口固定设置于进液端盖中心，且进液口处设置有进液管。

可选地，所述进液端盖在水箱内一侧固定设置有定位环，所述定位环通过尼龙绳与所述去离子器连接。

可选地，所述进液端盖设置有带拦截网的呼吸阀，所述呼吸阀用于保持水箱内外的压力平衡。

可选地，所述去离子器的滤芯外壁设有滤网，所述滤芯内填充有离子交换树脂。

相比现有技术，本申请至少具有以下有益效果：

1、提高离子过滤效率：通过在水箱两侧分别设置进液口和出液口，并使其垂直分布，能够有效优化冷却液在水箱内的流动路径；这样的布局有助于更均匀、更全面地将冷却液通过去离子器，从而提高离子的过滤效率；将去离子器直接置于水箱内部，集成式设计减少了额外的管路和接头，确保了冷却液能直接且充分地与去离子器接触；水箱的冷却液入口和出口设置在不同方向，不仅便于冷却液的流动，还利用涡流原理，创建了更有效的流动模式，涡流原理通过产生旋转流动，增加了冷却液在单位时间内通过去离子器的量，使得更多的冷却液得到过滤；由于涡流原理的应用，去离子器在单位时间内能够处理更多的冷却液，从而加快吸附导电离子的速度，使得冷却液的电导率能在更短的时间内下降至工作范围，确保了燃料电池系统的安全运行。

2、去离子器与进液端盖的可拆卸固定连接，便于用户快速、方便地进行去离子器的检查、维护和更换，减少了维护时间和成本，同时提高了系统的可靠性和寿命。

3、改善冷却液循环效率：通过优化进/出液口的布局，还有助于改进冷却液在水箱中的整体循环效率。不仅有利于去离子过程，也有助于整个冷却系统的性能。

4、减少空间占用和复杂度：集成式设计减少了额外管路和组件的需求，从而降低了整体系统的空间占用和复杂度，有助于简化装配和制造过程。

附图说明

为了更直观地说明现有技术以及本申请，下面给出示例性的附图。应当理解，附图中所示的具体形状、构造，通常不应视为实现本申请时的限定条件；例如，本领域技术人员基于本申请揭示的技术构思和示例性的附图，有能力对某些单元(部件)的增/减/归属划分、具体形状、位置关系、连接方式、尺寸比例关系等容易做出常规的调整或进一步的优化。

图1为本申请实施例的水箱拆分结构示意图；

图2为本申请实施例的水箱组装后结构示意图；

图3为本申请实施例的下箱体结构示意图；

图4为本申请实施例的箱体焊接后结构示意图；

图5为本申请实施例的进液端盖外侧结构示意图；

图6为本申请实施例的进液端盖内侧结构示意图；

图7为本申请实施例的去离子器局部结构示意图。

附图标记说明：

1、水箱；2、进液口；3、出液口；4、去离子器；5、进液端盖；6、上箱体；7、下箱体；8、排液管；9、防脱结构；10、进液管；11、定位环；12、尼龙绳；13、呼吸阀；14、滤网；15、安装支脚。

具体实施方式

以下结合附图，通过具体实施例对本申请做进一步详述。

在本申请的描述中：除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。本申请中的术语“第一”“第二”“第三”等旨在区别指代的对象，而不具有技术内涵方面的特别意义(例如，不应理解为对重要程度或次序等的强调)。“包括”“包含”“具有”等表述方式，同时还意味着“不限于”(某些单元、部件、材料、步骤等)。

实施例

如图1所示，一种氢燃料电池水箱，包括水箱1和设置于水箱1的进液口2和出液口3，还包括设置于水箱1内部的去离子器4，进液口2和出液口3分别设置于水箱1两侧，且进液口2和出液口3垂直分布，水箱1外部固定设置有进液端盖5，进液口2开设在进液端盖5上，去离子器4与进液端盖5可拆卸固定连接。

如图2所示，水箱1分为相互密封固定的上箱体6和下箱体7，上箱体6和下箱体7合成一个密封的水箱进液端盖5固定设置于上箱体6，出液口3设置于下箱体7；下箱体7内部形成“L”形状的内腔，去离子器4位于“L”形状的内腔的底端，出液口3位于下箱体7的上部，下箱体7的外壁设置有多个带通孔的安装支脚15；去离子器4位于“L”形内腔的底端，更有效地处理通过和位于箱体1内部的冷却液，因为冷却液在到达出液口3之前必须先通过去离子器，这样的布局确保了冷却液的充分接触和处理，使得去离子器吸附导电离子的速度增加，提高去离子效率，从而能够让冷却液的电导率在较短的时间内下降至工作范围；“L”形内腔的设计有助于引导冷却液以特定路径流过水箱，这种有序的流动有助于更均匀地分配冷却液，出液口3位于上部，可以有效地引导已经被去离子处理过的冷却液离开水箱，有助于保持冷却液在水箱中的有效循环，从而提高整个燃料电池系统的冷却效果；进液端盖5固定在上箱体6上，易于拆卸后观察水箱1内部运行状况，对于维护和检查进液系统，特别是在需要清洁或更换过滤器和检查连接时非常便捷；进液端盖5位于上箱体6，便于集中管理和控制冷却液流入过程，确保冷却液流过去离子器，提高去离子效率；将进液端盖5与上箱体6结合，简化了整体水箱的设计，减少了额外管路和连接部件的需求，从而降低了水箱的结构复杂性。

如图3所示，下箱体7的出液口3处固定设置有排液管8，排液管8的端部设置有向外圈延展的防脱结构9。在出液口3处固定设置排液管8，可以确保冷却液能够稳定且高效地从水箱1中排出，利于维持燃料电池系统中冷却液循环的连续性和效率；排液管8端部的防脱结构9设计用于防止连接管路在运行过程中由于振动或压力变化而脱落，从而确保系统的安全运行和可靠性；防脱结构9还有助于提高管道连接处的密封性能，减少冷却液泄漏的风险，氢燃料电池系统可能面临的各种工作条件，如温度变化、压力波动和振动，可以降低由于冷却液泄漏或管道脱落导致的系统故障风险，提高系统的总体可靠性。

如图4所示，上箱体6设有焊线，焊线凸起0.2mm-0.5mm，上箱体6和下箱体7采用超声波或者激光进行焊接固定，使得上箱体6和下箱体7形成一个密封的整体。通过超声波或激光焊接，上箱体6和下箱体7之间形成强密封连接。保证了水箱的密封性，防止冷却液泄漏或外部污染物的进入；焊接连接提供了比传统机械连接更强的结构强度，增加了水箱在各种工作条件下的耐用性和可靠性；焊线的凸起有助于在焊接过程中提供准确的对焦和定位，确保焊接的一致性和质量；相比于传统的机械连接方法，超声波或激光焊接的效率更高，可以在较短的时间内完成焊接，从而降低生产成本；超声波或激光焊接适用于多种材料，提供了更大的设计和材料选择的灵活性。

一种可选地实施方式，上箱体6和下箱体7采用螺纹紧固，连接处设置有密封圈，上箱体6和下箱体7的外部采用耐候胶粘接，保证了密封性，又具有一定的柔性，可以有效增加缓冲，降低振动和冲击对水箱的危害。

如图5所示，进液端盖5通过内六角螺钉和适配的铜螺母镶件紧固于水箱1，进液口2固定设置于进液端盖5的中心，且进液口2处设置有进液管10，进液端盖5上端设置有带拦截网的呼吸阀13，呼吸阀13用于保持水箱1内外的压力平衡。当水箱1内冷却液温度升高时，水箱内的残余气体受热膨胀，从呼吸阀13排出，水箱1内冷却液温度降低时，水箱内的残余气体预冷收缩，在大气压力的作用下，外界空气进入水箱，保持水箱内外的压力平衡，同时拦截网还可以有效的防止蚊虫鼠蚁进入水箱，污染冷却液。使用内六角螺钉和铜螺母镶件紧固进液端盖5于水箱1，提供了稳固且可靠的连接，保证了水箱的结构完整性和耐用性。内六角螺钉的使用使得进液端盖5的安装和拆卸变得简单快捷，便于进行维护和更换。呼吸阀13的设计适应水箱1内冷却液温度的升高或降低，自动调节气体流动，保证系统在不同温度下的正常运行。通过保持压力平衡和防止外部污染物进入，呼吸阀13提升了整个系统的可靠性和安全性。

如图6所示，进液端盖5在水箱1内一侧固定设置有定位环11，定位环11通过尼龙绳12与去离子器4连接。

如图7所示，去离子器4的滤芯外壁设有滤网14，滤芯内填充有离子交换树脂。去离子器4设置在水箱内，内部按预设的充装量充装离子交换树脂，去离子器滤芯外壁设有滤网14，滤网14上布满了符合规定目数的小孔(例如100目)，目数的大小由树脂的外径决定，既保证了树脂不会从去离子器4的滤芯流出，又使得外壁的通孔面积尽可能地大，从而保证更快的交换速率。去离子器滤芯设有固定环，通过尼龙绳12连接至进液端盖5上设置的定位环11上，当去离子器的滤芯无法吸附冷却液中的导电离子时，需要更换离子器的滤芯，只需要拆卸内六角的圆柱形螺钉，揭开进液端盖5，通过尼龙绳12取出去离子器4的滤芯，更换新的去离子器4的滤芯，固定好尼龙绳12，在不进行管路拆卸的情况下，实现去离子器4的滤芯更换。

一种可选地实施方式，去离子器4的滤芯使用符合规定目数的尼龙袋或者无纺布包，进一步降低成本。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合(只要这些技术特征的组合不存在矛盾)，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述；这些未明确写出的实施例，也都应当认为是本说明书记载的范围。

上文中通过一般性说明及具体实施例对本申请作了较为具体和详细的描述。应当理解，基于本申请的技术构思，还可以对这些具体实施例做出若干常规的调整或进一步的创新；但只要未脱离本申请的技术构思，这些常规的调整或进一步的创新得到的技术方案也同样落入本申请的权利要求保护范围。

Claims (10)

1.一种氢燃料电池水箱，包括水箱(1)和设置于水箱(1)的进液口(2)和出液口(3)，其特征在于，还包括设置于水箱(1)内部的去离子器(4)，所述进液口(2)和所述出液口(3)分别设置于水箱(1)两侧，且进液口(2)和出液口(3)垂直分布，水箱(1)外部固定设置有进液端盖(5)，进液口(2)开设在所述进液端盖(5)上，所述去离子器(4)与进液端盖(5)可拆卸固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池水箱，其特征在于，所述水箱(1)分为密封固定且相互连通的上箱体(6)和下箱体(7)，所述进液端盖(5)固定设置于上箱体(6)，所述出液口(3)设置于下箱体(7)。

3.根据权利要求2所述的一种氢燃料电池水箱，其特征在于，所述下箱体(7)的出液口(3)处固定设置有排液管(8)，所述排液管(8)的端部设置有向外圈延展的防脱结构(9)。

4.根据权利要求2所述的一种氢燃料电池水箱，其特征在于，所述下箱体(7)的外壁设置有多个带通孔的安装支脚(15)。

5.根据权利要求2所述的一种氢燃料电池水箱，其特征在于，所述上箱体(6)和下箱体(7)采用超声波或者激光进行焊接固定。

6.根据权利要求2所述的一种氢燃料电池水箱，其特征在于，所述上箱体(6)和下箱体(7)采用螺纹紧固，连接处设置有密封圈。

7.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池水箱，其特征在于，所述进液端盖(5)通过内六角螺钉和适配的铜螺母镶件紧固于水箱(1)，进液口(2)固定设置于进液端盖(5)中心，且进液口(2)处设置有进液管(10)。

8.根据权利要求7所述的一种氢燃料电池水箱，其特征在于，所述进液端盖(5)在水箱(1)内一侧固定设置有定位环(11)，所述定位环(11)通过尼龙绳(12)与所述去离子器(4)连接。

9.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池水箱，其特征在于，所述进液端盖(5)设置有带拦截网的呼吸阀(13)，所述呼吸阀(13)用于保持水箱(1)内外的压力平衡。

10.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池水箱，其特征在于，所述去离子器(4)的滤芯外壁设有滤网(14)，滤芯内填充有离子交换树脂。