用于去除燃料电池汽车的冷却水中所含离子的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于去除燃料电池汽车的冷却水中所含离子的装置。更具体地，本发明专利技术通过利用能够使离子选择性地通过的渗透膜和被配置为吸引离子的电极来俘获冷却水中所含离子以去除离子。本发明专利技术可以减小泵的电力消耗并可以修改系统的总体性能来应对各种环境条件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于从燃料电池汽车的燃料电池堆中的冷却水中去除离子的装置。本专利技术更特别涉及一种有效地去除燃料电池汽车的燃料电池堆中的冷却水中所含离子的装置。
技术介绍
一般地，燃料电池系统作为燃料电池汽车的动力源，具有含有氢的燃料和含有氧的氧化剂。然后氢离子通过阴极中的催化反应从燃料中分离，并且将它们传输至阳极，由此通过连接到相反侧的电线移动电子管路，从而产生电力。由于该燃料电池系统需要大的输出能力，因此该系统一般由其中具有几百个燃料电池单元堆叠作为一个连续单元的燃料电池堆来形成。燃料电池中的反应产生电力，同时产生水。附带地，在聚合物电解质膜中，在高于最佳的温度时，该膜会被融化，或者由于水的蒸发而引起氢离子传输性能的降低。如果发生这种情况，聚合物电解质膜可能导致整个系统的功率中断(例如，导致总电压输出的降低)。在燃料电池系统中，反应时产生的水在低于燃料电池堆的最佳温度时不会被蒸发，其中过量的部分被浓缩而保持为液相。这将导致其中的阴极通道被阻塞并阻碍氧气的供给，因此会导致整个系统的功率中断。因此，有必要为了燃料电池的有效反应而保持一个最佳温度。为此，常规的燃料电池系统提供有冷却水循环回路，普通泵在循环回路中使冷却水通过燃料电池堆而循环，并且在其中还安装有冷却器以使其保持最佳温度。然而，由于冷却水流经具有不同电压的双极板，对于具有电导性的冷却水，所产生的电流部分地流经导电的冷却水，由此消耗一些能量。同样，在冷却水具有高电导性的情况，车辆内的电绝缘特性可能劣化从而违反乘客安全的标准。因此，有必要控制冷却水的导电性。在这点上，常规系统公开了离子去除装置的制造，其采用在安装于冷却水管管路上的装置中填充具有收集离子能力的离子交换树脂(参见韩国专利申请号 10-2008-0013354 以及 10-2010-0072409)。然而，这种由树脂型填充物形成的离子去除装置允许将过量的压差施加给冷却水，因此难以将该装置直接连接至主管道。相应地，该装置应该主要地连接至支管管路，因而，由于额外的放电的产生增加了泵的电力消耗，并且增加了使全部冷却水的电导率减小到最佳水平的时间，因为仅排出流总量的一部分流经离子去除装置。另外，上述现有技术的缺陷在于，不能响应于其所处的环境而有意地改变离子去除过程的性能，因为离子去除过程的性能是根据其中的树脂状态(resin state)来确定的。在该
技术介绍
部分公开的上述信息仅仅是用于提高对本专利技术的背景的理解，因此可能包括未构成被本领域普通技术人员所公知的现有技术的信息。
技术实现思路
本专利技术涉及一种去除燃料电池汽车的冷却水中所含离子的装置，其通过采用渗透膜和离子吸引电极来俘获冷却水中所含的离子，其中渗透膜允许离子选择性地通过，从而该装置响应于各种环境条件来改变离子去除过程的性能，同时减少泵中的电力消耗。本专利技术一方面提供一种用于燃料电池汽车的冷却水离子去除装置，包括壳体，安装在燃料电池堆的入口侧管路上以形成冷却水通过的通道；和多个阴离子渗透膜和阳离子渗透膜。多个阴离子渗透膜和阳离子渗透膜中的每个渗透膜分别安装在形成于壳体中的冷却水通道的两侧以允许冷却水中所含的阴离子和阳离子选择性地通过。此外，本专利技术还包括一个或多个分别布置在阴离子渗透膜和阳离子渗透膜各自后侧的浓缩液捕获元件，以收集已透过渗透膜的阴离子和阳离子。在浓缩液捕获元件各自后侧布置有至少两个或多个电极，其被配置成分别吸引冷却水中所含的阴离子和阳离子。另外，本专利技术还可包括用于控制电极的控制器和用于提供电力的电源，因此通过施加直流电源并吸引冷却水中所含的阳离子和阴离子来去除离子，将冷却水的电导率降低至最佳水平。有利地，和常规的通过填充离子交换树脂形成的离子去除装置不同，因为电流很少流经冷却水，因此电流的消耗量没有那么大；而且因为水阻力也较小，因此可以将离子去除装置安装到主管上，因此由于支管所需的流率和泵的功率消耗也因此减少，电力的消耗也必将减少。另外，在安装主管的情况下，管和使管分支所需的支架的数量也会减少，即使在使用支管时泵的功率消耗也会减少。第三，由于根据本专利技术的离子去除装置能够响应于环境的改变来改变离子去除过程的性能，因此离子去除装置可根据可变的环境而突然地提高离子去除处理的性能。即使在流进制冷器的流率突然地增加并且燃料电池堆入口的电导率也突然地增加的情况下，上述优点仍然有效。附图说明本专利技术的以上以及其他的特征将参照特定的示例性实施方式及其附图进行详细的描述，在此该描述仅仅是以说明性的方式给出，因此对本专利技术并不具有限制性，以及其中图1是示出根据本专利技术示例性实施方式的用于去除燃料电池汽车的冷却水中所含离子的装置的示意图2是示出根据本专利技术示例性实施方式的与用于去除燃料电池汽车的冷却水中所含离子的装置相关的电渗析型离子去除装置的横截面图；以及图3是示出根据本专利技术示例性实施方式的与用于去除燃料电池汽车的冷却水中所含离子的装置相关的电渗析型离子去除装置的工作状态的横截面图。附图标记说明10:壳体11:阴离子渗透膜12:阳离子渗透膜13a, 13b 浓缩液捕获元件514 电极15 控制器16 电源17:电导率传感器18:阀19 排出管路100:燃料电池堆110:储液器120 泵130 制冷器140:阀应当理解的是，附图不必按比例绘制，而是呈现出说明本专利技术基本原理的各种优选特征的简化表示。本文中所公开的本专利技术的特定设计特征，包括例如特定尺寸、方向、位置和形状，这些特征将部分地由预期的特定应用和使用环境来确定。在附图中，在全部的几张图中，附图标记始终指代本专利技术的相同或等同部件。具体实施方式以下将参照本专利技术的各实施方式并结合附图进行详细的说明和描述。尽管本专利技术将结合示例性实施方式进行说明，然而应当理解的是，本说明不是旨在将本专利技术限制为那些示例性的实施方式。相反，该专利技术旨在不仅仅覆盖示例性的实施方式，还覆盖包括在根据权利要求所定义的本专利技术的精神和范围之内的各种代替的、修改、等价以及其他的实施方式。应该理解的是，本文中使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括一般的机动车辆，诸如包括运动型多功能车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆在内的客车，包括各种艇和船在内的水运工具、飞行器等，并且包括混合动力车、电动车、插电式混合电动车、氢动力车以及其它代用燃料车(例如从除石油以外的资源中取得的燃料)。如本文中所述，混合动力车是具有两个或更多个动力源的车辆，例如既有汽油动力又有电动力的车辆。图1是示出根据本专利技术示例性实施方式的用于去除燃料电池汽车的冷却水中的离子的装置的示意图。如图1所示，用于去除冷却水中离子的装置被配置成通过利用选择性渗透离子的渗透膜和电吸引离子的电极，来电收集冷却水中所含的离子。为了获得该性能，该装置提供有壳体10，其中形成有包含冷却水流动通道，并且壳体10被设置在与燃料电池堆100平行的冷却水流动管路上。也就是说，壳体10安装在冷却水循环管路上、燃料电池堆100的入口侧管路处，其中冷却水循环管路形成在燃料电池堆100和制冷器130之间，壳体10被配置成捕获在提供给燃料电池堆100的冷却水中所含的离子。同时，壳体10与控制器15和电源16连接，使得控制器15和电源16用于将电力提供给安装在壳体10内的电极(未示出)并且控制其中的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：金治明，南起荣，金圣均，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：