[发明专利]与冷却剂积贮器成一体的燃料电池软化器

说明书

技术领域

本发明涉及将燃料电池动力设备的水软化器设置在冷却剂积贮器内，以便在启动时特别是在冰点以下温度下启动时所述水软化器受到燃料电池堆冷却剂的加温。

背景技术

图1是燃料电池动力设备的简化图。

燃料电池堆组件9(CSA)内的冷却器板8通过导管10接收来自积贮器11的水。来自冷却器板8的流出物通过导管15被施加到具有排气口如大气排气口17的分离器16上，通过所述排气口从冷却剂水中除去携带的气体。导管22将冷却剂供应至冷却剂泵23的输入端，所述冷却剂泵的流出物通过导管24将冷却剂输送至热交换器25。当燃料电池动力设备处于运行中时，热交换器将消散一些热量以将重新进入冷却器板8的冷却剂水温保持在适当温度下。热交换器可典型地包括利用大气中的空气作为冷却介质的风机，且可具有受到恒温控制的旁路，所有这些都是常规的且是本领域公知的，为清晰起见而未在此进一步进行披露。

冷却剂随后通过导管29、31到达积贮器11。流量限制器30允许平衡积贮器与软化器33之间的水流量。在一些构型中，流量限制器可位于导管32中。软化器33包含大量常规去离子树脂以便从冷却剂中除去矿物质。

在冰点以下温度下，即使大量水系统被解冻且使水产生流动并且受到在电池堆组件9内的过程热量的作用而得到加温，但由于软化器中存在热质量较大的去离子树脂，加上通过软化器的水的流量极低，因此使得流入软化器内的水迅速结冰，且阻止了任何进一步的流动。因此，软化器要耗费极长的时间进行解冻，可能会耗费数个小时。

为了适应软化器33所具有的较大的冷质量，通常在软化器的外表面上设置加热器36，或采取一些其它方式以加热其中的大量去离子树脂。

使大质量软化器的温度升高到水的冰点温度以上需要大量热量，且导致产生过多的寄生功率消耗。在通过燃料电池动力设备驱动电马达的车辆应用情况中，空间是很重要的且寄生功率必须被保持在最小水平，原因是燃料贮存装置必须被最小化。车辆系统中总的水体积也应该被最小化。

在启动过程中，在软化器中产生足够大的流量之前，水变得越来越具有传导性，由此降低了所产生的有用功率。

在美国专利6,368,737、6,428,916和6,656,622中，披露了具有独立的去离子器的燃料电池动力设备。

发明内容

本发明的多个方面包括：减小燃料电池动力设备的尺寸；降低燃料电池动力设备中的寄生功率；减少燃料电池动力设备中的水体积和温度管理系统所需要的管道；减少燃料电池动力设备水系统中所需要的管道；简化用于在冰点以下温度的环境中使用的燃料电池动力设备中的排水系统的关闭策略；以及减小燃料电池动力设备所需的体积。

进一步地，根据本发明，位于燃料电池动力设备的水体积和温度管理系统的水流中的气体分离器包括设置在带排气口的积贮器的顶部中的导流板，由此减小了动力设备的总体积。

根据本发明，燃料电池动力设备中的一个或多个软化器被设置在所述燃料电池动力设备的水积贮器内。

本发明借助于在所述水积贮器中的冷却剂与所述水积贮器中包含的软化器之间进行的热传递而利用由所述燃料电池动力设备在启动时产生的热量以使所述软化器得到加温。通过本发明，由于围绕所述一个或多个软化器的空间被用于容纳积贮器的水，而不是简单地占据壳体内的空间，因此本发明节省了燃料电池动力设备所需要的总体积。

本发明的优点在于，由于积贮器中包含的所述一个或多个软化器的导流板效应，而减小了水在积贮器内的晃动。

根据对本发明的典型实施例进行的下列详细描述并结合附图将更易于理解本发明的其它方面、特征和优点。

附图说明

图1是现有技术中已知的具有独立的软化器的燃料电池动力设备的简化的程式化框图；和

图2是根据本发明的具有设置在水积贮器内的软化器的燃料电池动力设备的简化的程式化示意框图。

具体实施方式

参见图2，一个或多个软化器33被直接设置在积贮器11内。在积贮器的顶部处，分离器16包括锥形导流板，水围绕所述锥形导流板向下流入积贮器内，所述锥形导流板允许气体通过排气口17逸出。所述导流板可具有其它形状或在一些实施例中可以是喷嘴。在图2所示的形式中，本发明不仅通过将软化器设置在积贮器内而减小了燃料电池动力设备的体积，而且还通过将分离器设置在积贮器内而减小了体积。

在一个优选实施例中，流量限制器30和多条管道29、31、32将被设置在积贮器11内。