溫控水箱及燃料電池的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種溫控水箱及燃料電池，溫控水箱包括：箱體，包括入口和出口，箱體包括位于入口和出口之間的多個過流通道，多個過流通道之間的間隙形成通風流道，通風流道貫穿箱體的相對的兩個側面；散熱部，設置在箱體的外側，用于驅動氣流流經通風流道。應用本實用新型的技術方案，溫控水箱包括散熱部，并且箱體設置有通風流道，散熱部與通風流道配合能使水箱具有散熱的作用，因此當該水箱應用于燃料電池中作為熱平衡部的水箱時，熱平衡部不必要再單獨設置換熱器，使得熱平衡部的結構得到簡化，體積減小，有利于燃料電池的集成，并且由于熱平衡部回路中的部件減少，使得換熱系統壓損下降，對各個部件的性能要求也相應降低。
【專利說明】
溫控水箱及燃料電池
技術領域
[0001]本實用新型涉及燃料電池領域，具體而言，涉及一種溫控水箱及燃料電池。
【背景技術】
[0002]燃料電池是一種將貯存在燃料和氧化劑中的化學能直接轉化為電能的發電裝置，由于不受卡諾循環的限制，其直接發電效率可高達45%以上，具有環保、能量轉化效率高、壽命長等特點，在航空航天、潛艇、電動車、電站、移動設備、居民家庭等領域存在廣泛的應用前景。以質子交換膜燃料電池(PEMFC)為例，電池核心發電模塊一一電堆由若干個單電池串聯組成，單電池由膜電極、陽極板和陰極板(或雙極板)配合形成三明治結構。其中陽極板和陰極板上刻有流道，為反應氣體提供運輸通道。燃料氫氣沿陽極板流道分配在膜電極的陽極側，在陽極催化劑的作用下解離成電子和質子，電子經外電路到達陰極，質子直接穿過膜電極到達陰極，與陰極反應氣體中的氧氣反應生成水。此過程的產物為電能、熱和水。以電堆為核心，燃料電池系統集成了電源管理，熱管理等模塊，具有氣、電、熱、水統籌管理的特征。
[0003]現有的燃料電池的結構簡圖如圖1所示，氫氣和空氣分別進入電堆100參加電化學反應，反應后陽極和陰極尾氣排出電堆100，分別經過陽極尾氣換熱器320和陰極尾氣換熱器310降溫后進入尾氣處理部400。其中電堆100進行電化學反應并產生電能的過程中會產生熱能。由于反應強度的不同，有可能使電堆100溫度過高。此外，電堆100進行反應的條件之一是需要一定的溫度，由于電堆的熱量會自然散失，若電堆100自身產生的反應熱不足，則會導致電堆100溫度過低，因此又需要保證電堆100的反應溫度。
[0004]綜上，燃料電池設置了熱平衡系統，用于對電堆100的熱量進行平衡調節，熱平衡系統運行過程存在兩種情況:散熱過程，存儲于水箱的電堆冷卻水(或其他冷卻介質)經栗體220輸送進入電堆100，將電堆100產生部分熱量帶出，流經換熱器230時進行熱量平衡交換，然后進入水箱，參與下一次循環;補熱過程，水箱的加熱功能啟動對冷卻水加熱，冷卻水(或其他冷卻介質)經栗體220輸送進入電堆100，向電堆100補充熱量后，流經換熱器230(在此過程中，換熱器230只充當冷卻水的流通通道，不具換熱功能)，然后進入水箱，參與下一次循環。
[0005]在圖1所示的現有技術中的燃料電池中，電堆熱平衡系統雖然可以有效的進行電堆熱平衡控制，但存在以下問題:一方面冷卻水完成一次循環需經過栗體220、電堆100、換熱器230及連接各設備的循環回路210，從而造成冷卻水壓損較大，對負責冷卻水輸送的栗體220的綜合性能要求較高;另一方面此熱平衡系統占據空間較大，不利于系統集成。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型的主要目的在于提供一種溫控水箱及燃料電池，以解決現有技術中的燃料電池的熱平衡系統結構復雜的問題。
[0007]為了實現上述目的，根據本實用新型的一個方面，提供了一種溫控水箱，包括:箱體，包括入口和出口，箱體包括位于入口和出口之間的多個過流通道，多個過流通道之間的間隙形成通風流道，通風流道貫穿箱體的相對的兩個側面;散熱部，設置在箱體的外側，用于驅動氣流流經通風流道。
[0008]進一步地，溫控水箱還包括至少一部分設置在箱體內的加熱部。
[0009]進一步地，加熱部設置在箱體內的靠近出口的位置處。
[0010]進一步地，溫控水箱還包括分液部，分液部設置在箱體內并與入口相連通，用于將進入箱體的液體分配至多個過流通道。
[0011]進一步地，溫控水箱還包括用于顯示箱體內的水位的液位計，液位計與箱體的內腔相連通。
[0012]進一步地，散熱部為風扇。
[0013]進一步地，通風流道為長形的通道。
[0014]根據本實用新型的另一方面，還提供了一種燃料電池，包括電堆和用于控制電堆的溫度的熱平衡部，熱平衡部包括:循環回路;水箱，存有換熱液;栗體，栗體驅動水箱內的換熱液通過循環回路流經電堆;水箱為上述的溫控水箱。
[0015]進一步地，熱平衡部還包括控制部，控制部根據電堆的溫度控制溫控水箱的散熱部啟動以冷卻換熱液。
[0016]進一步地，溫控水箱還包括至少一部分設置在箱體內的加熱部，熱平衡部還包括控制部，控制部根據電堆的溫度控制溫控水箱的散熱部啟動以冷卻換熱液，或啟動溫控水箱的加熱部啟動以加熱換熱液。
[0017]應用本實用新型的技術方案，溫控水箱包括散熱部，并且箱體設置有通風流道，散熱部與通風流道配合能使水箱具有散熱的作用，因此當該水箱應用于燃料電池中作為熱平衡部的水箱時，熱平衡部不必要再單獨設置換熱器，使得熱平衡部的結構得到簡化，體積減小，有利于燃料電池的集成，并且由于熱平衡部回路中的部件減少，使得換熱系統壓損下降，對各個部件的性能要求也相應降低。
【附圖說明】
[0018]構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的不當限定。在附圖中:
[0019]圖1示出了現有技術中的燃料電池的實施例的示意圖；
[0020]圖2示出了根據本實用新型的溫控水箱的實施例的示意圖；
[0021]圖3示出了根據本實用新型的溫控水箱的箱體的實施例的示意圖；
[0022]圖4示出了根據本實用新型的溫控水箱的實施例的側視示意圖；以及
[0023]圖5示出了根據本實用新型的燃料電池的實施例的示意圖。
[0024]其中，上述附圖包括以下附圖標記:
[0025]10、箱體;11、入口；12、出口；13、通風流道;20、散熱部;30、加熱部;40、分液部;50、液位計；100、電堆；210、循環回路;220、栗體;230、換熱器;310、陰極尾氣換熱器;320、陽極尾氣換熱器;400、尾氣處理部。
【具體實施方式】
[0026]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本實用新型。
[0027]根據本實用新型的一個方面，提供了一種溫控水箱，如圖2至4所示出的實施例，該溫控水箱包括:箱體10，包括入口 11和出口 12，箱體10包括位于入口 11和出口 12之間的多個過流通道，多個過流通道之間的間隙形成通風流道13，通風流道13貫穿箱體10的相對的兩個側面;散熱部20，設置在箱體10的外側，用于驅動氣流流經通風流道13。
[0028]本實用新型的溫控水箱包括散熱部20，并且箱體10設置有通風流道13，散熱部20與通風流道13配合能使水箱具有散熱的作用，因此當該水箱應用于燃料電池中作為熱平衡部的水箱時，熱平衡部不必要再單獨設置換熱器，使得熱平衡部的結構得到簡化，體積減小，有利于燃料電池的集成，并且由于熱平衡部回路中的部件減少，使得熱平衡系統的壓損下降，對各個部件的性能要求也相應降低。
[0029]優選地，散熱部20為風扇。
[0030]優選地，如圖2和3所示，通風流道13為長形的通道。即通風流道13為類似長孔的形狀，這樣能夠更好的利用風扇的氣流對箱體10進行降溫。更優選地，通風流道13的長度方向與箱體10的從入口 11到出口 12的方向同向設置。
[0031]優選地，溫控水箱還包括至少一部分設置在箱體10內的加熱部30。本實用新型的溫控水箱還設置有加熱部30，用于加熱水箱。燃料電池的電堆100需要維持一個穩定的工作溫度，即電堆100溫度過高時需要熱平衡系統提供散熱，而電堆100溫度過低時需要熱平衡系統實現加熱，因此本實用新型的溫控水箱還包括加熱部30，用以在電堆100的溫度過低時起到加熱的作用，提高電堆100的溫度使其達到工作標準。
[0032]優選地，加熱部30設置在箱體10內的靠近出口12的位置處。更優選地，加熱部30為電加熱體，例如電熱棒。
[0033]此外，在圖2示出的實施例中，加熱部30設置在箱體10的內部，這樣可以更加高效的實現加熱效果。在另一些實施例中，加熱部也可以設置在箱體10的外部，這些實施例中的加熱部為外加熱部，雖然效率較低，但能更容易的與箱體10之間實現分體設置。
[0034]優選地，如圖2所示，溫控水箱還包括分液部40，分液部40設置在箱體10內并與入口 11相連通，用于將進入箱體10的液體分配至多個過流通道。在該實施例中，分液部40包括一個入口和多個出口，每個出口均對應一個過流通道，分液部40利用溢流遠離實現分液。
[0035]優選地，溫控水箱還包括用于顯示箱體10內的水位的液位計50，液位計50與箱體10的內腔相連通。
[0036]根據本實用新型的另一個方面，還提供了一種燃料電池，如圖5所示的實施例，該燃料電池包括電堆100和用于控制電堆100的溫度的熱平衡部，熱平衡部包括:循環回路210;水箱，存有換熱液;栗體220，栗體220驅動水箱內的換熱液通過循環回路210流經電堆100;水箱為上述的溫控水箱。
[0037]本實用新型的溫控水箱自帶散熱功能，因此燃料電池的熱平衡部不需要再單獨設置用于散熱的換熱器230，即循環回路210上的部件減少，這樣能夠減小熱平衡部的體積，使其更易集成到燃料電池中，并且還能夠使熱平衡低通的壓損下降，對各個部件的性能要求也相應降低。
[0038]燃料電池還包括用于處理陰極尾氣的陰極尾氣換熱器310和用于處理陽極尾氣的陽極尾氣換熱器320，尾氣的廢熱通過相應的尾氣換熱器發散，經過換熱器后的尾氣由尾氣處理部400收集并處理。
[0039]優選地，熱平衡部還包括控制部，控制部根據電堆100的溫度控制溫控水箱的散熱部20啟動以冷卻換熱液。
[0040]此外，在優選實施例中，控溫水箱還具有加熱部30，使得控溫水箱能夠將換熱液的溫度控制在電堆100工作所需的溫度范圍內，進一步簡化熱平衡部的結構。
[0041]優選地，熱平衡部還包括控制部，控制部根據電堆100的溫度控制溫控水箱的散熱部20啟動以冷卻換熱液，或啟動溫控水箱的加熱部30啟動以加熱換熱液。
[0042]以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種溫控水箱，其特征在于，包括: 箱體(10)，包括入口(II)和出口(I2)，所述箱體(10)包括位于所述入口(II)和所述出口(12)之間的多個過流通道，所述多個過流通道之間的間隙形成通風流道(13)，所述通風流道(13)貫穿所述箱體(10)的相對的兩個側面； 散熱部(20)，設置在所述箱體(10)的外側，用于驅動氣流流經所述通風流道(13)。2.根據權利要求1所述的溫控水箱，其特征在于，所述溫控水箱還包括至少一部分設置在所述箱體(1)內的加熱部(30)。3.根據權利要求2所述的溫控水箱，其特征在于，所述加熱部(30)設置在所述箱體(10)內的靠近所述出口( 12)的位置處。4.根據權利要求1所述的溫控水箱，其特征在于，所述溫控水箱還包括分液部(40)，所述分液部(40)設置在所述箱體(I O)內并與所述入口( 11)相連通，用于將進入所述箱體(10)的液體分配至所述多個過流通道。5.根據權利要求1所述的溫控水箱，其特征在于，所述溫控水箱還包括用于顯示所述箱體(10)內的水位的液位計(50)，所述液位計(50)與所述箱體(10)的內腔相連通。6.根據權利要求1所述的溫控水箱，其特征在于，所述散熱部(20)為風扇。7.根據權利要求1所述的溫控水箱，其特征在于，所述通風流道(13)為長形的通道。8.—種燃料電池，包括電堆(100)和用于控制所述電堆(100)的溫度的熱平衡部，所述熱平衡部包括: 循環回路(210); 水箱，存有換熱液； 栗體(220)，所述栗體(220)驅動所述水箱內的換熱液通過所述循環回路(210)流經所述電堆(100); 其特征在于， 所述水箱為權利要求1至7中任一項所述的溫控水箱。9.根據權利要求8所述的燃料電池，其特征在于，所述熱平衡部還包括控制部，所述控制部根據所述電堆(100)的溫度控制所述溫控水箱的散熱部(20)啟動以冷卻所述換熱液。10.根據權利要求8所述的燃料電池，其特征在于，所述水箱為權利要求2至7中任一項所述的溫控水箱，所述熱平衡部還包括控制部，所述控制部根據所述電堆(100)的溫度控制所述溫控水箱的散熱部(20)啟動以冷卻所述換熱液，或啟動所述溫控水箱的加熱部(30)啟動以加熱所述換熱液。
【文檔編號】H01M8/04029GK205543066SQ201620110049
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年2月3日
【發明人】宋亞婷, 湯浩, 楊海玉, 劉志偉
【申請人】中國東方電氣集團有限公司