CN219497846U - 用于燃料电池装置的水处理装置和燃料电池*** - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种用于燃料电池装置的水处理装置，所述水处理装置包括封闭式的水箱，所述水箱具有：水箱入口，所述水箱入口构造成适于与所述燃料电池装置的排放口连通以接收来自所述排放口的物质；透气阀，所述透气阀构造成适于平衡所述水箱内外的压力差。本申请还涉及一种燃料电池***。本申请的优点在于：通过透气阀，使得在保证水箱密封防尘的同时平衡水箱内外的压力差，以尽可能不影响燃料电池装置的排气并且防止水箱因压力过大而破裂；通过水汽分离装置，使得水汽不会经由透气阀逸出而是尽可能多地被收集于水箱中。

Description

用于燃料电池装置的水处理装置和燃料电池***

技术领域

本申请涉及一种用于燃料电池装置的水处理装置和一种燃料电池***。

背景技术

在燃料电池装置工作时，在阴极会由于电池反应而产生水。燃料电池的阳极气体需要润湿，由此在阳极也可能由于用于润湿阳极气体的水汽而产生水。为了避免燃料电池装置的电堆水淹和燃料供给不足的问题，需要将燃料电池装置所产生的水经由排放口排出。

在传统的燃料电池***中，通常直接将燃料电池装置所产生的水排出到外界，这一方面造成了水的浪费，另一方面在冬天时可能造成路面结冰。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种用于燃料电池装置的水处理装置，使得水处理装置具有极高的鲁棒性。

根据本申请的第一方面，提供了一种用于燃料电池装置的水处理装置，所述水处理装置包括封闭式的水箱，所述水箱具有：

水箱入口，所述水箱入口构造成适于与所述燃料电池装置的排放口连通以接收来自所述排放口的物质；

透气阀，所述透气阀构造成适于平衡所述水箱内外的压力差。

根据本申请的一个可选实施例，所述水箱集成有水汽分离装置，所述水汽分离装置适于分离并冷凝由所述水箱入口进入所述水箱内的物质中的水汽。

根据本申请的一个可选实施例，所述水箱集成有适于检测所述水箱内的液位的液位传感器。

根据本申请的一个可选实施例，所述水处理装置包括抽水泵，所述抽水泵构造成适于经由伸入到所述水箱内的抽水管从所述水箱抽水。

根据本申请的一个可选实施例，所述水箱集成有适于加热所述水箱内的液体的加热装置。

根据本申请的一个可选实施例，所述水箱集成有适于检测所述水箱内的液体的温度的温度传感器。

根据本申请的一个可选实施例，所述水汽分离装置包括水汽分离器和设置于所述水汽分离器下游的多孔管，所述水汽分离器构造成适于分离并冷凝经由安装于所述水箱入口的进水管通入到所述水汽分离器内的物质中的水汽，所述多孔管构造成适于将所述物质中的去水汽之后的气体经由所述多孔管上的孔排到所述水箱内。

根据本申请的一个可选实施例，所述水汽分离器包括设置于所述水汽分离器的顶侧的气体出口，所述多孔管的下端与所述气体出口衔接，所述多孔管的上端固定于所述水箱的箱体。

根据本申请的一个可选实施例，所述液位传感器包括第一液位传感器，所述第一液位传感器构造成适于监测所述水箱内的液位是否达到与所述水箱的最大允许容量相应的第一液位。

根据本申请的一个可选实施例，所述液位传感器包括第二液位传感器，所述第二液位传感器构造成适于监测所述水箱内的液位是否达到与所述抽水管在所述水箱内的最低点相应的第二液位。

根据本申请的一个可选实施例，所述液位传感器包括至少一个中间液位传感器，所述中间液位传感器构造成适于监测所述水箱内的液位是否达到在所述第一液位和所述第二液位之间的预设定液位。

根据本申请的一个可选实施例，所述抽水泵的全功率抽水流量构造成大于所述燃料电池装置的所述排放口的最大排水流量。

根据本申请的一个可选实施例，所述水处理装置包括喷洒装置，至少在所述水处理装置的一个工作状态下，所述喷洒装置与所述抽水泵的泵出口连通并且将自所述抽水泵的水喷洒至用于将所述燃料电池装置的冷却液冷却的散热器。

根据本申请的一个可选实施例，所述水处理装置包括与所述抽水泵和所述喷洒装置连接的控制器，所述控制器构造成适于根据所述水箱内的液位控制所述喷洒装置的喷洒流量。

根据本申请的一个可选实施例，所述抽水泵具有适于防止超过所述水箱的最大允许容量的第一工作模式，在所述第一工作模式中，所述抽水泵全功率地从所述水箱抽水。

根据本申请的一个可选实施例，所述抽水泵具有适于防止在所述燃料电池装置关闭后受冰冻损害的第二工作模式，在所述第二工作模式中，所述抽水泵从所述水箱抽水直至所述水箱内的液位到达所述抽水管在所述水箱内的最低点。

根据本申请的一个可选实施例，所述加热装置构造为穿过所述水箱的热交换管，所述热交换管构造成适于供热交换介质在其中流过。

根据本申请的一个可选实施例，所述透气阀设置于所述水箱的顶部。

根据本申请的一个可选实施例，所述水箱入口设置于所述水箱的顶部。

根据本申请的一个可选实施例，所述燃料电池装置是燃料电池发动机。

根据本申请的第二方面，提供了一种燃料电池***，所述燃料电池***包括燃料电池装置和前述的用于燃料电池装置的水处理装置。

本申请的积极效果在于：通过透气阀，使得在保证水箱密封防尘的同时平衡水箱内外的压力差，以尽可能不影响燃料电池装置的排气并且防止水箱因压力过大而破裂；通过水汽分离装置，使得水汽不会经由透气阀逸出而是尽可能多地被收集于水箱中。

附图说明

下面，通过参看附图更详细地描述本申请，可以更好地理解本申请的原理、特点和优点。附图包括：

图1以示意图示出了本申请的燃料电池***的一个示例。

图2以示意图示出了本申请的用于燃料电池装置的水处理装置的一个示例。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案以及有益的技术效果更加清楚明白，以下将结合附图以及多个示例性实施例对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而不是用于限定本申请的保护范围。

图1以示意图示出了本申请的燃料电池***的一个示例。所述燃料电池***包括燃料电池装置1。所述燃料电池装置1例如是燃料电池发动机或是其他用途的燃料电池装置。所述燃料电池装置1例如涉及氢燃料电池或涉及利用其他气体燃料的燃料电池。

在燃料电池装置1工作时，在阴极11会由于电池反应而产生水。供给给燃料电池装置1的阳极12的气体需要润湿，由此在阳极12也可能由于用于润湿阳极气体的水汽而产生水。为了避免电堆水淹和燃料供给不足的问题，需要将燃料电池装置1所产生的水经由排放口10排出。

在传统的燃料电池***中，通常直接将燃料电池装置1所产生的水排出到外界，这一方面造成了水的浪费，另一方面在冬天时可能造成路面结冰。为了克服这些问题，燃料电池***还包括用于燃料电池装置1的水处理装置。所述水处理装置可包括水箱2，以存储从燃料电池装置1排出的水。水箱2通常是封闭式的水箱2，以保证水箱2内所存储的水的清洁度。在燃料电池装置1工作时，从排放口10排出的物质中不仅有水，还可能混有气体，例如水汽、氢气、氧气、氮气等。这样的气体在进入封闭式的水箱2之后，会造成水箱2内的压力升高并影响燃料电池装置1的排气。

图2以示意图示出了本申请的用于燃料电池装置1的水处理装置的一个示例。在此，以虚线简示水箱2内的液体。所述水处理装置包括封闭式的水箱2，所述水箱2具有：

水箱入口22，所述水箱入口22构造成适于与所述燃料电池装置1的排放口10连通以接收来自所述排放口10的物质；

透气阀20，所述透气阀20构造成适于平衡所述水箱2内外的压力差。

通过透气阀20，使得在保证水箱2密封防尘的同时平衡水箱2内外的压力差，以尽可能不影响燃料电池装置1的排气并且防止水箱2因压力过大而破裂。水箱2外存在的例如是大气压。

示例性地，所述透气阀20和所述水箱入口22设置于所述水箱2的顶部。由此便于水处理装置的拆装和维护。

根据本申请的一个示例性实施例，如图2所示，所述水箱2集成有水汽分离装置21，所述水汽分离装置21适于分离并冷凝由所述水箱入口22进入所述水箱2内的物质中的水汽。通过水汽分离装置21，使得水汽不会经由透气阀20逸出而是尽可能多地被收集于水箱2中。

根据本申请的一个示例性实施例，如图2所示，所述水汽分离装置21包括水汽分离器210和设置于所述水汽分离器210下游的多孔管211，所述水汽分离器210构造成适于分离并冷凝经由安装于所述水箱入口22的进水管220通入到所述水汽分离器210内的物质中的水汽，所述多孔管211构造成适于将所述物质中的去水汽之后的气体经由所述多孔管211上的孔排到所述水箱2内。水汽分离器210包括容纳部分213和分离部分212。进水管220伸入到容纳部分213内。由进水管220进入的物质中的水下落到容纳部分213底部。容纳部分213顶口处的分离部分212将所述物质中的水汽阻隔。去水汽之后的其他气体穿过分离部分212进入多孔管211。通过多孔管211使得去水汽之后的气体能快速均匀分布于所述水箱2内。容纳部分213的底部例如还设有出水口，用于将水排出至所述水箱2。

根据本申请的一个示例性实施例，如图2所示，所述水汽分离器210包括设置于所述水汽分离器210的顶侧的气体出口214，所述多孔管211的下端与所述气体出口214衔接，所述多孔管211的上端固定于所述水箱2的箱体。由此便于去水汽之后的气体逸出并且防止多孔管211被水淹。

根据本申请的一个示例性实施例，所述水箱2集成有适于检测所述水箱2内的液位的液位传感器。

根据本申请的一个示例性实施例，如图2所示，所述液位传感器包括第一液位传感器231，所述第一液位传感器231构造成适于监测所述水箱2内的液位是否达到与所述水箱2的最大允许容量相应的第一液位。第一液位例如应在气体出口214以下，由此水箱2内的水不会将气体出口214淹没。

根据本申请的一个示例性实施例，如图2所示，所述液位传感器包括第二液位传感器232，所述第二液位传感器232构造成适于监测所述水箱2内的液位是否达到与所述抽水管30在所述水箱2内的最低点相应的第二液位。抽水管30在水箱2内的最低点尤其是靠近水箱2的底部。

根据本申请的一个示例性实施例，所述液位传感器包括至少一个中间液位传感器，所述中间液位传感器构造成适于监测所述水箱2内的液位是否达到在所述第一液位和所述第二液位之间的预设定液位。

第一液位传感器231、第二液位传感器232和中间液位传感器可以是相互独立的，也可以是集成在一起的。

根据本申请的一个示例性实施例，如图2所示，所述水处理装置包括抽水泵3，所述抽水泵3构造成适于经由伸入到所述水箱2内的抽水管30从所述水箱2抽水。

根据本申请的一个示例性实施例，所述抽水泵3的全功率抽水流量构造成大于所述燃料电池装置1的所述排放口10的最大排水流量。由此避免出现水箱2溢流的情况。

根据本申请的一个示例性实施例，如图1所示，所述水处理装置包括喷洒装置4，至少在所述水处理装置的一个工作状态下，所述喷洒装置4与所述抽水泵3的泵出口连通并且将自所述抽水泵3的水喷洒至用于将所述燃料电池装置1的冷却液冷却的散热器16。尤其对于燃料电池发动机而言，燃料电池发动机的电堆在工作时会产生大量的热。通过借助喷洒装置4将水喷洒到用于将燃料电池装置1的冷却液冷却的散热器16上，能附加于风冷散热地进行水冷散热。在图1中，以附图标记5标记出用于散热器16的风扇17产生的风，而以附图标记6标记出喷洒装置4喷出的水雾。

根据本申请的一个示例性实施例，如图1所示，在燃料电池装置1的开始启动阶段，燃料电池装置1的冷却液的流动回路为：燃料电池装置1的冷却液连接件13的出口、三通阀15、冷却液泵14、冷却液连接件13的入口。因为冷却液在该阶段尚不需要通过散热器16冷却。在燃料电池装置1的常规工作阶段，燃料电池装置1的冷却液的流动回路为：燃料电池装置1的冷却液连接件13的出口、三通阀15、散热器16、冷却液泵14、冷却液连接件13的入口。

根据本申请的一个示例性实施例，所述抽水泵3具有适于防止超过所述水箱2的最大允许容量的第一工作模式，在所述第一工作模式中，所述抽水泵3全功率地从所述水箱2抽水。可设想，在第一液位传感器231监测到水箱2内的液位达到第一液位时，抽水泵3采用第一工作模式。抽出的水例如通过喷洒装置4喷洒到散热器16上，或直接被喷洒到周围环境中。

根据本申请的一个示例性实施例，所述抽水泵3具有适于防止在所述燃料电池装置1关闭后受冰冻损害的第二工作模式，在所述第二工作模式中，所述抽水泵3从所述水箱2抽水直至所述水箱2内的液位到达所述抽水管30在所述水箱2内的最低点。在此可设想，尤其是在所述燃料电池装置1关闭之后，在控制器的控制下，持续地以抽水泵3从水箱2抽水，直至第二液位传感器232监测到水箱2内的液位达到第二液位为止。由此能防止在冬天抽水泵3和抽水管30由于残留其中的水结冰而损坏。

根据本申请的一个示例性实施例，所述水处理装置包括与所述抽水泵3和所述喷洒装置4连接的控制器，所述控制器构造成适于根据所述水箱2内的液位控制所述喷洒装置4的喷洒流量。在此可设想，存在多个中间液位传感器，在监测到高液位时采用大喷洒流量，以避免水箱2溢水，而在监测到低液位时则采用小喷洒流量，以避免抽水泵3空转。

根据本申请的一个示例性实施例，如图1和2所示，所述水箱2集成有适于加热所述水箱2内的液体的加热装置24。在冬天时，例如可通过加热装置24来将水箱2内的液体加热到合适的温度。为此，所述水箱2例如可集成有适于检测所述水箱2内的液体的温度的温度传感器25。

根据本申请的一个示例性实施例，如图1和2所示，所述加热装置24构造为穿过所述水箱2的热交换管，所述热交换管构造成适于供热交换介质在其中流过。如图1所示，所述热交换介质可以是由于冷却燃料电池装置1而变热的冷却液。在常规工作阶段中，变热的冷却液中的一部分可分流到呈热交换管形式的加热装置24，以防止水箱2内的液体结冰。

在此要指出的是，在上下文中，“连通”应理解为既涵盖直接连通、也涵盖经由管路或通道连通。燃料电池装置的“排放口”可以是阴极和/或阳极的排放口。“上”、“下”、“顶部”等表示方位的词句均是针对燃料电池***的正常工作位态而言的，而并不表示相应的元素绝对满足该方位。显然，如果燃料电池***并不处于正常工作位态，则所述词句的含义也相应地发生改变。如果一特征的数量未被限定，则存在至少一个该特征。

尽管这里详细描述了本申请的特定实施方式，但它们仅仅是为了解释的目的而给出的，而不应认为它们对本申请的范围构成限制。在不脱离本申请精神和范围的前提下，各种替换、变更和改造可被构想出来。

附图标记列表

1燃料电池装置

10排放口

11阴极

12阳极

13冷却连接件

14冷却液泵

15三通阀

16散热器

17风扇

2水箱

20透气阀

21水汽分离装置

210水汽分离器

211多孔管

212分离部分

213容纳部分

214气体出口

22水箱入口

220进水管

231第一液位传感器

232第二液位传感器

24加热装置

25温度传感器

3抽水泵

30抽水管

4喷洒装置

5风

6水雾。

Claims (9)

1.一种用于燃料电池装置的水处理装置，其特征在于，所述水处理装置包括封闭式的水箱(2)，所述水箱(2)具有：

水箱入口(22)，所述水箱入口(22)构造成适于与所述燃料电池装置(1)的排放口(10)连通以接收来自所述排放口(10)的物质；

透气阀(20)，所述透气阀(20)构造成适于平衡所述水箱(2)内外的压力差。

2.根据权利要求1所述的用于燃料电池装置的水处理装置，其特征在于，所述水处理装置包括以下特征中的至少一项：

所述水箱(2)集成有水汽分离装置(21)，所述水汽分离装置(21)适于分离并冷凝由所述水箱入口(22)进入所述水箱(2)内的物质中的水汽；

所述水箱(2)集成有适于检测所述水箱(2)内的液位的液位传感器；

所述水处理装置包括抽水泵(3)，所述抽水泵(3)构造成适于经由伸入到所述水箱(2)内的抽水管(30)从所述水箱(2)抽水；

所述水箱(2)集成有适于加热所述水箱(2)内的液体的加热装置(24)；

所述水箱(2)集成有适于检测所述水箱(2)内的液体的温度的温度传感器(25)。

3.根据权利要求2所述的用于燃料电池装置的水处理装置，其特征在于，

所述水汽分离装置(21)包括水汽分离器(210)和设置于所述水汽分离器(210)下游的多孔管(211)，所述水汽分离器(210)构造成适于分离并冷凝经由安装于所述水箱入口(22)的进水管(220)通入到所述水汽分离器(210)内的物质中的水汽，所述多孔管(211)构造成适于将所述物质中的去水汽之后的气体经由所述多孔管(211)上的孔排到所述水箱(2)内；

所述水汽分离器(210)包括设置于所述水汽分离器(210)的顶侧的气体出口(214)，所述多孔管(211)的下端与所述气体出口(214)衔接，所述多孔管(211)的上端固定于所述水箱(2)的箱体。

4.根据权利要求2所述的用于燃料电池装置的水处理装置，其特征在于，

所述液位传感器包括第一液位传感器(231)，所述第一液位传感器(231)构造成适于监测所述水箱(2)内的液位是否达到与所述水箱(2)的最大允许容量相应的第一液位；

所述液位传感器包括第二液位传感器(232)，所述第二液位传感器(232)构造成适于监测所述水箱(2)内的液位是否达到与所述抽水管(30)在所述水箱(2)内的最低点相应的第二液位；

所述液位传感器包括至少一个中间液位传感器，所述中间液位传感器构造成适于监测所述水箱(2)内的液位是否达到在所述第一液位和所述第二液位之间的预设定液位。

5.根据权利要求2所述的用于燃料电池装置的水处理装置，其特征在于，所述水处理装置包括以下特征中的至少一项：

所述抽水泵(3)的全功率抽水流量构造成大于所述燃料电池装置(1)的所述排放口(10)的最大排水流量；

所述水处理装置包括喷洒装置(4)，至少在所述水处理装置的一个工作状态下，所述喷洒装置(4)与所述抽水泵(3)的泵出口连通并且将自所述抽水泵(3)的水喷洒至用于将所述燃料电池装置(1)的冷却液冷却的散热器(16)；

所述水处理装置包括与所述抽水泵(3)和所述喷洒装置(4)连接的控制器，所述控制器构造成适于根据所述水箱(2)内的液位控制所述喷洒装置(4)的喷洒流量。

6.根据权利要求2所述的用于燃料电池装置的水处理装置，其特征在于，

所述抽水泵(3)具有适于防止超过所述水箱(2)的最大允许容量的第一工作模式，在所述第一工作模式中，所述抽水泵(3)全功率地从所述水箱(2)抽水；

所述抽水泵(3)具有适于防止在所述燃料电池装置(1)关闭后受冰冻损害的第二工作模式，在所述第二工作模式中，所述抽水泵(3)从所述水箱(2)抽水直至所述水箱(2)内的液位到达所述抽水管(30)在所述水箱(2)内的最低点。

7.根据权利要求2所述的用于燃料电池装置的水处理装置，其特征在于，所述加热装置(24)构造为穿过所述水箱(2)的热交换管，所述热交换管构造成适于供热交换介质在其中流过。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的用于燃料电池装置的水处理装置，其特征在于，所述水处理装置包括以下特征中的至少一项：

所述透气阀(20)设置于所述水箱(2)的顶部；

所述水箱入口(22)设置于所述水箱(2)的顶部；

所述燃料电池装置(1)是燃料电池发动机。

9.一种燃料电池***，其特征在于，所述燃料电池***包括燃料电池装置(1)和根据权利要求1至8中任一项所述的用于燃料电池装置的水处理装置。