[实用新型]一种用于燃料电池冷启动的多功能水箱

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种水箱，具体地说是一种用于燃料电池冷启动的多功能水箱。

背景技术

燃料电池具有无污染、高能量比、高效率等优点，目前汽车行业都在积极推进燃料电池汽车的商业化进程，但还存在着各种挑战，如：可靠性、耐久性、成本及氢燃料的储运和加注等基础设施建设问题等。除了这些问题外，燃料电池发动机冷启动能力也是制约FCV（燃料电池汽车）商业化应用的重要挑战之一。为完成燃料电池电堆冷启动过程，特别温度低于-20℃的冷启动过程，一般均需要使用辅助启动的方式完成。该过程主要通过以下三种方式实现燃料电池升温：

1、将氢气或者甲醇直接燃烧或催化转化成热量，并传导给循环系统或者直接在电堆内部完成该过程；

2、有外部供电方式或者燃料电池自身发电供给电热丝，加热循环系统或者空气系统达到整体升温的目的；

3、提高空气供应单元如空压机的压缩比，实现入口空气温度提升，从而完成辅助加热电堆过程。

存在的问题是，在同一系统内使用单一升温方法是不利于系统的启动速度；另外，以上罗列的三种升温方法中均存在没有充分利用发动机运行余热的问题；再有，使用催化法处理燃料电池氢气尾排时往往面临一个问题，即混入的空气无法冷却催化过程中所产生的废热，这对于后续的尾排气体处理是危险和不利的。因此，如何实现燃料电池冰点下快速启动，并且尽可能地减轻或者消除低温循环启动对燃料电池的损伤是一个急需解决的问题。

实用新型内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种用于燃料电池冷启动的多功能水箱。水箱在燃料电池系统中主要用于存储循环液，对系统进行溶液补充、气泡排放等。本实用新型通过对原有水箱的重新设计，综合利用以上三种升温方法，增加其功能，解决了燃料电池在冷启动过程外来加热功率不足问题。同时，在燃料电池正常运行阶段该水箱还可以作为氢气尾排气体处理，使其中氢气浓度低于爆炸极限值。

本实用新型采用的技术手段如下：

一种用于燃料电池冷启动的多功能水箱，包括封头前盖、封头、水箱主体和尾排收集封头，其特征在于：所述封头前盖上设有空气进气管套孔和氢气进气管；所述封头上设有至少两个氢气进气孔，所述封头的一侧设有与所述氢气进气孔固定连接的氢气送气管，所述封头的另一侧设有与所述空气进气管套孔相匹配的空气进气管；所述水箱主体内设有与所述氢气送气管相对应的催化管，所述催化管的管壁内侧设有可将氢气和氧气催化反应成水的催化剂，所述水箱主体内还设有至少一个加热棒，所述水箱主体上分别设有冷却液入口和冷却液出口；所述封头前盖、所述封头、所述水箱主体和所述尾气收集封头依次固定连接。

所述氢气送气管的管径小于所述催化管的管径。

所述催化管内的催化剂至少为铂黑、钯、铑及其合金，Pt/c，Cu_xFe_3-xO₄中的一种。

所述氢气送气管的管口为尖嘴式管口。

本实用新型的水箱主体用于储存冷却液，并参与冷却系统的循环。设置在封头内的氢气送气管与设置在水箱主体内的催化管一一对应，氢气送气管的管径小于催化管的管径，氢气送气管内的氢气流速远大于氢气送气管外的空气流速，在氢气送气管的出口端，由于氢气与空气的速度差使得大量空气被一同卷入催化管内，并在催化管内完成H₂+O₂→H₂O的催化反应，同时产生水并放出热量。

本实用新型的空气进气管与燃料电池系统的空气尾排管路相连接；氢气进气管与燃料电池系统的氢气尾排口相连；水箱主体上的冷却液入口和冷却液出口串联在燃料电池系统的循环系统中；加热棒可以从燃料电池系统中取电和控制。

较现有技术相比，本实用新型不仅保留了原有水箱的功能即储存冷却液、液位显示，还增加了在燃料电池低温启动过程中辅助升温的功能和稀释尾排氢气浓度的功能。充分利用系统产生的热量，从回收燃料电池系统高温空气、催化方式回收燃料电池系统氢气尾排能量和电加热三个方向出发，加快系统循环液的温升速度。经过燃料电池反应后的空气与氢气混合进入到水箱主体内进行催化反应，由于空气的流量远大于氢气的流量，反应后把空气和氢气混排，可以有效降低氢气浓度；另外，反应后的空气中氧气含量较低，可以通过控制使与氢气混合后的浓度又低于氢气爆炸极限浓度；而水箱主体由于采用管壳式结构，水箱主体内的加热棒的温度可以得到有效控制，因而催化管内的温度也可以得到有效控制，即使在常温下工作也不会因积聚能量而造成高温引燃氢气造成危险的情况发生。