用於燃料電池的冷卻裝置製造方法
2023-06-16 16:23:36 2
用於燃料電池的冷卻裝置製造方法
【專利摘要】提供了一種用於燃料電池的冷卻裝置。該用於燃料電池的冷卻裝置包括：容器，其構造用於存儲冷卻劑；以及離子過濾器組件，其整體地安裝在容器上，且構造用於去除冷卻劑中的氣泡。
【專利說明】用於燃料電池的冷卻裝置
【技術領域】
[0001]本發明的示例性實施例涉及燃料電池車輛的熱和水管理系統，且更特別地，涉及冷卻燃料電池組中產生的熱量的用於燃料電池的冷卻裝置。
【背景技術】
[0002]通常，燃料電池系統將用作燃料的氫氣和作為氧化劑的空氣供應給燃料電池組，並通過氫氣與氧氣之間的電化學反應產生電力。燃料電池系統安裝在車輛內，並且通過使用由燃料電池組產生的電力操作電動機來驅動車輛。燃料電池系統是指不是通過燃燒將燃料的化學能轉化為熱，而是在燃料電池組內通過電化學方式將化學能直接轉化為電能的一類電力生成系統。
[0003]典型地，燃料電池組通過層疊數十至數百片燃料電池而獲得所需的輸出功率，燃料電池包括由膜電極組件(MEA)、襯墊、隔板等構成的單元。由於在燃料電池組中除燃料電池反應之外還產生大量的熱，因此在燃料電池系統中必須配置冷卻裝置來降低產生的熱量。冷卻裝置包括存儲冷卻劑的冷卻劑容器(為方便起見，在下文中稱為「容器」)，以及將存儲在冷卻劑容器中的冷卻劑供應給燃料電池組的冷卻劑泵。
[0004]此外，防凍液在燃料電池車輛中用作冷卻劑。當製造車輛時將冷卻劑注入包括容器的燃料電池組的冷卻系統(在本領域中通常也稱為「電池組冷卻迴路」)中。可在冷卻系統處於真空狀態之後以加壓方式注入冷卻劑，以防止在冷卻系統中產生氣泡。當在注入冷卻劑時冷卻系統中存在氣泡(例如，空氣)時，在驅動燃料電池車時，由於冷卻劑不足導致的過熱的可能性隨著冷卻劑溢流而增加。
[0005]另外，當如上所述在燃料電池車的冷卻系統中存在氣泡時，可發生由於燃料電池組溫度的局部增加導致的燃料電池效率和冷卻性能的退化，可發生冷卻劑流動噪聲，而且可發生例如燃料電池破壞的不利影響。因此，燃料電池車包括從冷卻系統中去除氣泡的離子過濾器。離子過濾器與容器分開安裝在發動機室內的冷卻系統中。
[0006]在此部分中公開的上述信息僅用於增強對本發明背景的理解，因而其可能包含未構成本國內本領域技術人員已知的現有技術的信息。
【發明內容】
[0007]本發明提供了一種用於燃料電池的冷卻裝置，其中集成有容器和離子過濾器。
[0008]本發明的示例性實施例提供了一種用於燃料電池的冷卻裝置，可包括:容器，其構造用於存儲冷卻劑；以及離子過濾器組件，其整體地安裝在容器上且構造用於去除冷卻劑中的氣泡。另外，在冷卻裝置中，離子過濾器組件可安裝成與容器可附裝和可拆卸。離子過濾器組件可作為管筒型安裝成與容器連接和分離。此外，在根據本發明的示例性實施例的用於燃料電池的冷卻裝置中，可在離子過濾器組件的上部設置手柄。手柄可以螺旋方式與容器接合。另外，在冷卻裝置中，容器可包括分隔壁構件，通過其可將安裝離子過濾器組件的第一空間與連接至第一空間的第二空間分隔。分隔壁構件可在第一空間內在分隔壁構件與容器的內壁面之間形成連接至第二空間的通道。分隔壁構件可經由該通道在第一空間內形成正壓且在第二空間內形成負壓，並可形成為差壓壁。
[0009]用於燃料電池的冷卻裝置還可包括，在容器上連接至第一空間的冷卻劑注入口以及連接至第二空間的冷卻劑排出口。冷卻劑注入管可安裝在容器上，並且排放空氣的帽可安裝在冷卻劑注入管上。另外，指示冷卻劑液位的液位計和排出冷卻劑的排洩塞可安裝在容器上。
[0010]根據本發明的示例性實施例，由於離子過濾器組件可與容器整體地構造，因此可確保發動機室內的可用空間，可降低製造成本，並可減輕車輛重量。而且，由於可通過分隔壁構件在容器內形成差壓，因此可平穩地去除在電池組冷卻迴路中循環的冷卻劑中的氣泡，可減少用於去除氣泡的時間，並可提高用於去除氣泡的車輛可維護性。
[0011]另外，在本發明的示例性實施例中，由於可平穩地去除冷卻劑中的氣泡，因此可提高燃料電池組的散熱效率，並可改善由於冷卻劑中的氣泡導致的冷卻劑流動噪聲。此外，由於離子過濾器組件可以是管筒型的，因此離子過濾器組件可與容器連接和分離，並且可無需使用附加工具而更換離子過濾器組件。另外，由於帽可安裝在冷卻劑注入管上，因此當更換離子過濾器組件時可防止冷卻劑洩漏。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]提供附圖用於參照，以便解釋本發明的說明性的示例性實施例，並且本發明的技術精神不應解釋為限制於附圖。
[0013]圖1是示出根據本發明的示例性實施例的用於燃料電池的冷卻裝置的示例性主視圖；
[0014]圖2是示出根據本發明的示例性實施例的用於燃料電池的冷卻裝置的示例性仰視圖；
`[0015]圖3是示出根據本發明的示例性實施例的用於燃料電池的冷卻裝置的示例性主結構圖；並且
[0016]圖4是示出根據本發明的示例性實施例的用於燃料電池的冷卻裝置的操作的示例性視圖。
[0017]附圖標記說明
[0018]10容器11第一空間
[0019]12第二空間21分隔壁構件
[0020]23通道25差壓壁
[0021]31冷卻劑注入口 33冷卻劑排出口
[0022]41冷卻劑注入管 43帽
[0023]51液位計53排洩塞
[0024]70離子過濾器組件71過濾器元件
[0025]73連接塊81連接部
[0026]83 手柄
【具體實施方式】[0027]在下文中，將參照示出本發明的示例性實施例的附圖更全面地說明本發明。如本領域技術人員將會認識到的，所述的示例性實施例可以多種不同方式改變，而均不偏離本發明的精神或範圍。
[0028]應當理解的是，本文所使用的術語「車輛」或「車輛的」或者其它類似術語包括通常的機動車輛，例如包括運動型多功能車(SUV)、公共汽車、卡車、多種商用車輛在內的載客車輛，包括多種艇和船在內的水運工具，以及航空器等等，並且包括混合動力車輛、電動車輛、插入式混合動力電動車輛、氫動力車輛、燃料電池車輛，以及其它代用燃料車輛(例如，從石油以外的資源取得的燃料)。如本文所提及的，混合動力車輛是具有兩種或更多種動力源的車輛，例如既有汽油動力又有電動力的車輛。
[0029]本文所使用的術語僅用於說明特定的實施例，而不意圖限制本發明。如本文所使用的，單數形式「一」、「一個」和「該」意在也包括複數形式，除非上下文另外清楚地指明。還將理解的是，詞語「包括」和/或「包含」，當在本說明書中使用時，是指所述特徵、整體、步驟、操作、元件和/或組件的存在，但並不排除一個或多個其它特徵、整體、步驟、操作、元件、組件和/或其組合的存在或添加。如本文所使用的，詞語「和/或」包括一個或多個相關列出項目的任意和所有組合。
[0030]為了清楚地說明本發明，與說明無關的部件被省略。在整個說明書中，相同的附圖標記表示相同或相似的構成元件。在附圖中示出的各組件的尺寸和厚度在附圖中任意示出以便更好地理解和易於說明，但是本發明並不限於該圖示。在附圖中，多個部分和區域的厚度為了清楚而被放大。
[0031]此外，在以下詳細說明中，處於相同關係的組成部分的名稱被分為「第一」、「第二」等，但是本發明並不限於以下說明中的次序。另外，說明書中公開的例如單元」、"...裝置」、部件」或構件」的術語表示包括執行至少一種功能或操作的組件的單元。
[0032]圖1和圖2是示出根據本發明的示例性實施例的用於燃料電池的冷卻裝置的示例性視圖，並且圖3是示出根據本發明的示例性實施例的用於燃料電池的冷卻裝置的示例性主結構圖。
[0033]參照圖1至圖3，根據本發明的示例性實施例的用於燃料電池的冷卻裝置100可應用於通過燃料與氧化劑之間的電化學反應產生電能的燃料電池系統。例如，燃料電池系統可應用於使用通過燃料與氧化劑之間的電化學反應產生的電能驅動電動機的燃料電池車輛。
[0034]具體地，用於燃料電池的冷卻裝置100可構造用於使冷卻劑循環至電池組冷卻迴路，以便冷卻燃料電池中產生的熱量。該冷卻裝置100可顯著平穩地去除在電池組冷卻迴路中循環的冷卻劑中的氣泡，可提高用於去除氣泡的車輛可維護性，並可確保發動機室內的可用空間(例如，可提高發動機室內的空間可用性)。
[0035]此外，用於燃料電池的冷卻裝置100可包括容器10和離子過濾器組件70，並且將在以下對各個組件進行說明。
[0036]在本發明的示例性實施例中，容器10可以是存儲冷卻劑的罐。容器10可以是具有容納冷卻劑的內部空間的多面體，並可通過冷卻劑泵(未示出)使冷卻劑流入和流出。
[0037]容器10可包括將內部空間分隔為第一空間11和第二空間12的分隔壁構件21。分隔壁構件21具有平板形狀，可安裝成連接至容器10的一個內壁面，且與容器10的另一內壁面間隔開。換言之，分隔壁構件21可連接至容器10的一個內壁面以便將內部空間分隔為兩個空間，並可在分隔壁構件與容器10的另一內壁面之間形成連接第一空間11和第二空間12的通道23。分隔壁構件21可以是經由通道23在第一空間11內形成正壓且在第二空間12內形成負壓的差壓壁25。
[0038]此外，可在容器10上設置連接至第一空間11的冷卻劑注入口 31以及連接至第二空間12的冷卻劑排出口 33。可在容器10上安裝將冷卻劑注入內部空間中的冷卻劑注入管41。冷卻劑注入管41可在容器10的上側連接至第二空間12。另外，可在冷卻劑注入管41上安裝帽43，其可連接至注入管41的注入端且可排放容器10內的空氣。
[0039]此外，可視覺地指示冷卻劑的存儲液位的液位計51可安裝在容器10的側表面，即相應於第二空間12的側表面。另外，排放冷卻劑的排洩塞53可安裝在容器10的前表面，即相應於第二空間12的前表面。
[0040]離子過濾器組件70可構造用於去除冷卻劑中的氣泡。另外，離子過濾器組件70可整體地安裝在容器10上。離子過濾器組件70可包括去除冷卻劑中的氣泡的過濾器元件71。離子過濾器組件70可安裝成與容器10可附裝和可拆卸。此外，離子過濾器組件70可作為管筒型安裝成與相應於第一空間11的容器10的上表面連接和分離。如所述，離子過濾器組件70可使用多種方法(例如，接合孔和與該接合孔配合的突起)連接至容器10，並可設置於容器10的內部空間中的第一空間11中。
[0041 ] 無需使用附加工具而手動更換離子過濾器組件70的手柄83可形成在相應於第一空間11的容器10的上表面。手柄83可與容器10螺紋接合。具體地，連接塊73可形成在手柄83上，並且連接塊73可與之接合的連接部81可形成在相應於第一空間11的容器10的上表面。
[0042]在下文中，將參照前述附圖和附圖4詳細說明如上所述構造的、根據本發明的示例性實施例的用於燃料電池的冷卻裝置100的操作效果。圖4是示出根據本發明的示例性實施例的用於燃料電池的冷卻裝置的操作的示例性視圖。
[0043]參照圖4連同前述附圖，在本發明的示例性實施例中，在電池組冷卻迴路中循環的冷卻劑可經由冷卻劑注入口 31流入容器10的第一空間11中。隨後，冷卻劑可經過第一空間11中的離子過濾器組件70的過濾器元件71，並且冷卻劑中的氣泡可由過濾器元件71去除。具體地，作為管筒型的離子過濾器組件70可通過手柄83的連接塊73牢固地保持在容器10的第一空間11內部。可如上所述從中去除氣泡的冷卻劑，可經由分隔壁構件21與另一內壁面之間的通道23從容器10的第一空間11流動至第二空間12。
[0044]在本發明的示例性實施例中，在前述過程中可通過分隔壁構件21在容器10內產生冷卻劑流的差壓。換言之，經由分隔壁構件21與另一內壁面之間的通道23，可在第一空間11內形成正壓，並可在第二空間12內形成負壓。因此，流入容器10的第二空間12內的冷卻劑可通過第二空間12內的負壓經由冷卻劑排出口 33排出而不被排放至冷卻劑注入管41。
[0045]當分隔壁構件21的長度大於預定長度(例如，非常長)時，由於通道23的寬度減小，並且由於壓力損失導致冷卻劑的流速變得不足，因此冷卻劑可能未以必要的流速供應至被冷卻物體。此外，當分隔壁構件21的長度小於預定長度(例如，非常短)時，由於通道23的寬度增加，因此流入第一空間11內的冷卻劑可通過冷卻劑泵的壓力被排放至冷卻劑注入管41，而不經由冷卻劑排出口 33排出。具體地，分隔壁構件21的長度可被定義為從容器10的一個內壁面至另一內壁面的長度。由於分隔壁構件21的長度可基於容器10的體積、燃料電池的體積等而改變，因此本發明的示例性實施例不限於任何特定值。
[0046]此外，通過離子過濾器組件70去除的氣泡可流入容器10的第二空間12中的冷卻劑注入管41中，並可經帽43排放至冷卻裝置的外部。此外，可通過液位計51視覺地指示存儲於容器10中的冷卻劑的液位，並且容器10中的冷卻劑可通過分離排洩塞53而被排出。當離子過濾器組件70需要被更換時，手柄83可通過在鬆開方向上的旋轉而從容器10上被移除。隨後，可通過移除手柄83露出的開口，將離子過濾器組件70與容器10容易地分離。
[0047]在上述本發明的示例性實施例中，由於離子過濾器組件70可與容器10整體地構造，因此可確保發動機室內的可用空間，可降低製造成本，並可減輕車輛重量。另外，在本發明的示例性實施例中，由於可通過分隔壁構件21在容器10中形成差壓，因此可平穩地去除在電池組冷卻迴路中循環的冷卻劑中的氣泡，可減少用於去除氣泡的時間，並可提高用於去除氣泡的車輛可維護性。
[0048]此外，在本發明的示例性實施例中，由於可平穩地去除冷卻劑中的氣泡，因此可提高燃料電池組的散熱效率，並可改善由於冷卻劑中的氣泡導致的冷卻劑流動噪聲。由於離子過濾器組件70可以是管筒型的，因此離子過濾器組件70可與容器10連接和分離，並且可無需使用附加工具而更換離子過濾器組件70。另外，由於排放空氣的帽43可安裝在冷卻劑注入管41上，因此當更換離子過濾器組件70時可防止冷卻劑洩漏。
[0049]雖然已結合目前認為的示例性實施例說明了本發明，但是將要理解的是，本發明並不限於所公開的實施例，而是相反，本發明意在涵蓋包括在所附權利要求的精神和範圍內的多種改型和等同配置。
【權利要求】
1.一種用於燃料電池的冷卻裝置，包括: 容器，其構造用於存儲冷卻劑；以及 離子過濾器組件，其整體地安裝在所述容器上，並構造用於去除所述冷卻劑中的氣泡。
2.如權利要求1所述的冷卻裝置，其中所述離子過濾器組件被安裝成與所述容器可附裝和可拆卸。
3.如權利要求2所述的冷卻裝置，其中所述離子過濾器組件作為管筒型被安裝成與所述容器連接和分離。
4.如權利要求3所述的冷卻裝置，還包括: 設置於所述離子過濾器組件的上部的手柄。
5.如權利要求4所述的冷卻裝置，其中所述手柄與所述容器螺紋連接。
6.如權利要求1所述的冷卻裝置，其中所述容器包括: 分隔壁構件，通過所述分隔壁構件將安裝所述離子過濾器組件的第一空間與連接至所述第一空間的第二空間分隔。
7.如權利要求6所述的冷卻裝置，其中所述分隔壁構件在所述第一空間內在所述分隔壁構件與所述容器的內壁面之間形成連接至所述第二空間的通道。
8.如權利要求7所述的冷卻裝置，其中所述分隔壁構件經由所述通道在所述第一空間內形成正壓並在所述第二空間內形成負壓。
9.如權利要求8所述的冷卻裝置，其中所述分隔壁構件形成為差壓壁。
10.如權利要求6所述的冷卻裝置，還包括: 設置在所述容器上的連接至所述第一空間的冷卻劑注入口和連接至所述第二空間的冷卻劑排出口。
11.如權利要求1所述的冷卻裝置，還包括: 安裝在所述容器上的冷卻劑注入管；以及 安裝在所述冷卻劑注入管上的排放空氣的帽。
12.如權利要求1所述的冷卻裝置，還包括: 安裝在所述容器上的指示所述冷卻劑的液位的液位計。
13.如權利要求1所述的冷卻裝置，還包括: 安裝在所述容器上的排出所述冷卻劑的排洩塞。
【文檔編號】H01M8/04GK103811782SQ201310680275
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年11月8日 優先權日:2012年11月8日
【發明者】羅盛煜, 金治明, 樸庸善 申請人:現代自動車株式會社, 起亞自動車株式會社