专利名称：双泵燃料电池温度管理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有两个冷却剂泵的温度管理系统，其中一个泵用于主流，另一个泵用于空气分离喷射器，并且带有防空化的特征。
背景技术：
在燃料电池动力设备中，需要对燃料电池进行冷却，这可通过多孔的输水板使水和反应气体扩散；或通过冷却剂板，或者采用这两种。在使用质子交换膜(PEM)燃料电池的燃料电池动力设备中，紧凑性和最小寄生能量要求使用输水板。
还已经知道，在使冷却剂回到泵之前，使用分离器从主冷却剂源中分离空气和多泡沫的水，以避免泵产生空化。
图1显示了一种形式。其中，主冷却剂泵11通过分离器12从连接到燃料电池组件15的冷却剂出口14的管路13抽水。冷却剂入口18通过管路19连接到液体收集器21的冷却剂出口20，收集器21设有传统的通气孔29。
冷却剂泵11的流出物通过管路23提供到收集器21。泵流出物还通过减压孔25和管路24提供到脱矿质器26，使一部分的循环水被连续地去矿物质(去除离子)。泵11的冷却水流出物还通过管路30提供到喷射器32的主入口31。喷射器的次入口33连接到分离器12，用来从分离器12抽吸出多泡沫的水和空气。喷射器的出口37通过管路38连接到收集器21。
这种现有技术的系统因为难以使泵11的水流要求与喷射器32的入口压力要求相匹配，而产生了一些问题。需要适当选择喷射器入口压力，以提供所希望的清洁分离器12的功能。还需要泵11在燃料电池组15的水出口14处在所需的压力下提供适当的水流。
发明内容
本发明的一些方面包括提供了一种用于燃料电池动力设备的温度管理系统，其可提供适当的水流和对水/空气分离器的适当清洁；改善和加快了燃料电池组件的初始填充；改进了燃料电池组冷却剂泵的启动；优化了燃料电池组冷却系统中的喷射器操作；改进了燃料电池组中的冷却剂脱矿质器的操作；并且改进了燃料电池动力设备的水温管理系统的性能。
根据本发明，燃料电池动力设备包括两个泵，其中一个泵简单地选择成用于引导冷却剂从燃料电池动力设备的冷却剂出口到达收集器，另一个泵选择成仅用于在喷射器的主入口处提供适当压力，以便从空气/水分离器中清理空气和带泡沫的水。还根据本发明，喷射器的主出口连通到收集器中的液面以下，从而在喷射器泵有故障的情况下，避免出现空气从喷射器出口抽吸到喷射器的次入口，因此冷却剂可继续循环，主冷却剂泵不出现空化现象。
通过了解下面对附图所示的本发明的示例性实施例的详细介绍，可对本发明的其它方面、特征和优点有更清楚的了解。
附图简介图1是现有技术已知的燃料电池动力设备温度管理系统的简化的固定格式的示意图；图2是采用了本发明的燃料电池动力设备温度管理系统的简化的固定格式的示意图。
本发明的实施方式在图2中，根据本发明，次级泵44通过管路45，19接收来自收集器21的水。通过管路30a提供冷却剂流到喷射器32的主入口31。根据本发明的这个方面，现在可简单地选择主泵11a，以便提供所希望的冷却剂流，同时可简单地选择次级泵44，以用于在所希望的压力下将冷却剂提供到喷射器32的入口31。主泵11在高流率下提供低压冷却剂，这对于通过燃料电池组15抽吸足够的脱矿质水流是有利的。
在图2的实施例中，还通过孔25从次级泵44提供冷却剂到脱矿质器26中。次级泵44在高压力下但在低流率下提供冷却剂，以通过脱矿质器26来改善污染的冷却剂的处理。但是，如果需要，可利用管路23代替管路30a来使脱矿质器26运转。
次级泵44(见图2)也是低负荷的泵。在出现损坏的情况下，喷射器32可用作T形管，通过喷射器出口37从收集器21的液面上方抽吸空气。在现有技术中，如图1所示，管路38在收集器21的液面上方终止。但是，根据本发明，喷射器出口37的管路38也终止于收集器21中，故而总是低于其液面。因此，如果次级泵44出现故障，则响应于主泵11a而产生的流过分离器12的液流，将仅仅从收集器21向回通过喷射器沿管路38抽水，以及从喷射器的次入口33到分离器12抽水。在这样的结构中，空气不会被抽入分离器中，所以主泵11a将不会因次级泵44出现故障而空化。
因此，即使当次级泵44损坏时由于喷射器不能操作而使空气和气泡不能完全分离，主泵也不会空化，并且能够继续使冷却剂流动到燃料电池组15达较长一段时间。这对于汽车是非常重要的，使得汽车能够在次级泵44损坏而造成主泵11a空化之前完成行程并返回其目的地。
本发明有助于在启动时利用冷却剂来初始填充燃料电池组件，这是因为次级泵44不仅驱动喷射器从电池组中抽吸空气，而且还可在启动时帮助启动主泵11a。本发明的双泵系统允许喷射器32在低的冷却剂流率和高压力下独立于主泵而操作，因此可优化喷射器的操作。本发明允许高压力、低流率的冷却剂到达脱矿质器26，因此改善了对冷却剂的净化。
权利要求
1.一种具有温度管理系统的燃料电池动力设备，包括燃料电池组，其包括冷却机构(14)，所述冷却机构可选自布置在所述燃料电池组中的至少一些燃料电池之间的冷却板和位于所有或其中一些所述燃料电池中的输水板；并且具有用于传输来自所述冷却机构的冷却剂的冷却剂出口(14)；液体/气体分离器(12)，其具有连接到所述燃料电池组的所述冷却剂出口上的入口(13)；主泵(11)，其具有连接到所述气体/液体分离器的液体出口上的入口；液体收集器(21)，其接受所述主泵的冷却剂流出物；其特征在于次级泵(44)，其具有连接到所述液体收集器的液体出口(20)上的入口(45)；喷射器(32)，所述喷射器(32)的主入口(31)连接到所述次级泵的流出管路(30a)，并且所述喷射器(32)的次入口(33)连接到所述气体/液体分离器的气体出口，所述喷射器的出口(37)连通至所述液体收集器(38)。
2.根据权利要求1所述的动力设备，其特征在于，所述喷射器的出口(37)连通至所述液体收集器(20)的液面以下的点处。
全文摘要
燃料电池组(15)的冷却器或输水板的流出口提供至气体/液体分离器(12)的入口，其液体出口通过主泵(11a)连接到液体收集器(21)。连接到液体收集器的液体出口(20)的次级泵(44)连接到喷射器(32)的主入口(31)，次入口连接到气体/液体分离器的气体出口。喷射器的出口(37)通过管路(38)连通到液体收集器中的液面以下的点。因此，次级泵(44)的故障将不会导致主泵(11a)通过喷射器而出现空化，因此冷却剂可继续流过燃料电池组。脱矿质器(26)从次级泵的出口连通到减压孔(25)。
文档编号H01M8/04GK101084596SQ200580042825
公开日2007年12月5日 申请日期2005年11月30日 优先权日2004年12月16日
发明者G·M·格伦, P·塞沙德里, M·P·威尔逊 申请人:Utc电力公司