[19]
中华人民共和国国家知识产权局
[12]实用新型专利说明书
[11]授权公告号CN 2738405Y [45]授权公告日2005年11月2日
专利号 ZL 200420107968.6[22]申请日2004.11.04
[21]申请号200420107968.6
[73]专利权人上海神力科技有限公司
地址201400上海市奉贤区奉浦工业区奉浦大道
111号1001室
[72]设计人沈爱明 赵景辉 [74]专利代理机构上海世贸专利代理有限责任公司代理人叶克英
[51]Int.CI 7H01M 8/02H01M 8/04
权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 2 页
[54]实用新型名称
[57]摘要
本实用新型设计了一种燃料电池发动机冷却系
统中的水箱。包括水箱主体、加液口、出液口和循
环液入口，循环液入口与水箱主体的连接处设有插
入水箱主体中的液面中的液管。本实用新型的水箱
的运行和使用方法与常规的相同，但是，来自循环
系统的冷却介质进入水箱时，直接混入水箱中的冷
却介质，而不再与水箱主体中上部的空气接触，使
整个冷却系统的水处于封闭状态，空气不再进入冷
却介质中，能够有效地提高冷却效果，同时，即使
水箱处于系统最低处，停机后系统中的冷却介质也
不会倒灌入水箱，能够保证燃料电池发动机的正常
运行。本实用新型的结构相当简单，但是效果十分
明显，具有较大的实用价值。
200420107968.6权 利 要 求 书第1/1页 1.一种燃料电池发动机冷却系统中的水箱，包括水箱主体(14)、加液口(15)、出液口(16)和循环液入口(17)，加液口(15)设置在水箱主体(14)的顶端，出液口(16)设置在水箱主体(14)的底端，循环液入口(17)设置在水箱主体(14)的顶端，其特征在于，循环液入口(17)与水箱主体(14)的连接处设有插入水箱主体(14)中的液面(18)中的液管(19)。
2.根据权利要求1所述的燃料电池发动机水冷系统中的水箱，其特征在于，液管(19)的出水口靠近水箱主体(14)的底面。
200420107968.6说 明 书第1/5页
燃料电池发动机冷却系统中的水箱
技术领域
本实用新型涉及一种燃料电池发动机冷却系统，特别涉及燃料电池发动机冷却系统中的水箱，具体涉及水箱的入口。
背景技术
电化学燃料电池是一种能够将氢及氧化剂转化成电能及反应产物的装置。该装置的内部核心部件是膜电极(Membrane Electrode Assembly，简称M E A)，膜电极(M E A)由一张质子交换膜、膜两面夹两张多孔性的可导电的材料，如碳纸组成。在膜与碳纸的两边界面上含有均匀细小分散的引发电化学反应的催化剂，如金属铂催化剂。膜电极两边可用导电物体将发生电化学发应过程中生成的电子，通过外电路引出，构成电流回路。在膜电极的阳极端，燃料可以通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应，失去电子，形成正离子，正离子可通过迁移穿过质子交换膜，到达膜电极的另一端阴极端。在膜电极的阴极端，含有氧化剂(如氧气)的气体，如空气，通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应得到电子，形成负离子。在阴极端形成的阴离子与阳极端迁移过来的正离子发生反应，形成反应产物。 在采用氢气为燃料，含有氧气的空气为氧化剂(或纯氧为氧化剂)的质子交换膜燃料电池中，燃料氢气在阳极区的催化电化学反应就产生了氢正离子(或叫质子)。质子交换膜帮助氢正离子从阳极区迁移到阴极区。除此之外，质子交换膜将含氢气燃料的气流与含氧的气流分隔开来，使它们不会相互混合而产生爆发式反应。
在阴极区，氧气在催化剂表面上得到电子，形成负离子，并与阳极区迁移过来的氢正离子反应，生成反应产物水。在采用氢气、空气(氧气)的质子交换膜燃料电池中，阳极反应与阴极反应可以用以下方程式表达： 阳极反应：H2→2H++2e
阴极反应：1/2O2+2H++2e→H2O
在典型的质子交换膜燃料电池中，膜电极(MEA)一般均放在两块导电的极板中间，每块导流极板与膜电极接触的表面通过压铸、冲压或机械铣刻，形成至少一条以上的导流槽。这些导流极板可以是金属材料的极板，也可以是石墨材料的极板。这些导流极板上的导流孔道与导流槽分别将燃料和氧化剂导入膜电极两边的阳极区与阴极区。在一个质子交换膜燃料电池单电池的构造中，只存在一个膜电极，膜电极两边分别是阳极燃料的导流板与阴极氧化剂的导流板。这些导流板既作为电流集流板，也作为膜电极两边的机械支撑，导流板上的导流槽又作为燃料与氧化剂进入阳极、阴极表面的通道，并作为带走燃料电池运行过程中生成的水的通道。 为了增大整个质子交换膜燃料电池的总功率，两个或两个以上的单电池通常可通过直叠的方式串联成电池组或通过平铺的方式联成电池组。在直叠、串联式的电池组中，一块极板的两面都可以有导流槽，其中一面可以作为一个膜电极的阳极导流面，而另一面又可作为另一个相邻膜电极的阴极导流面，这种极板叫做双极板。一连串的单电池通过一定方式连在一起而组成一个电池组。电池组通常通过前端板、后端板及拉杆紧固在一起成为一体。 一个典型电池组通常包括：(1)燃料及氧化剂气体的导流进口和导流通道，将燃料(如氢气、甲醇或由甲醇、天然气、汽油经重整后得到的富氢气体)和氧化剂(主要是氧气或空气)均匀地分布到各个阳极、阴极面
的导流槽中；(2)冷却流体(如水)的进出口与导流通道，将冷却流体均匀分布到各个电池组内冷却通道中，将燃料电池内氢、氧电化学放热反应生成的热吸收并带出电池组进行散热；(3)燃料与氧化剂气体的出口与相应的导流通道，燃料气体与氧化剂气体在排出时，可携带出燃料电池中生成的液、汽态的水。通常，将所有燃料、氧化剂、冷却流体的进出口都开在燃料电池组的一个端板上或两个端板上。
质子交换膜燃料电池可用作一切车、船等运载工具的动力系统，又可用作手提式、移动式、固定式的发电装置。
质子交换膜燃料电池一般用氢气作燃料。在用作车、船动力系统或移动式、固定式发电站时，一般用空气作氧化剂。质子交换膜燃料电池用作车、船动力系统或移动式、固定式的发电装置时必须包括电池堆、燃料氢气供应、空气供应、冷却散热、自动控制及电能输出各个部分。 其中冷却散热是必不可缺少的。冷却流体循环系统是燃料电池发动机的一个重要构成部分，而冷却流体储水箱是冷却散热系统的一个不可缺少的部件。
例如，在燃料电池发动机的运行过程中，冷却介质，如去离子水中，如果存在着有空气，将对燃料电池发动机带来无法估量的损害。如果水中存在空气，通常情况下会降低水冷系统的效率，在发动机大功率输出的情况下，有可能造成发动机内部热量积聚，温度过高，严重时将烧毁电极，甚至毁坏整个燃料电池。
图1为目前典型的燃料电池发电系统，在图1中1为燃料电池堆；2为储氢瓶或其他储氢装置；3为减压阀；4为空气过滤虑装置；5为空气压缩供应装置；6为水-汽分离器；7为水箱；8为冷却流体循环泵；9为散
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