[发明专利]用于燃料电池的大面积脱盐装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于燃料电池的冷却剂脱盐装置(coolant demineralizer)。更具体地说，本发明涉及大面积脱盐装置，其从燃料电池内的冷却剂去除离子。

背景技术

环境友好车辆的氢燃料电池车辆中采用的燃料电池系统，通常包括燃料电池组、氢供给系统、空气供给系统、热管理系统、和系统控制器，所述燃料电池组用于通过反应气体的电化学反应发电，所述氢供给系统用于将作为燃料的氢适当供给到该燃料电池组，所述空气供给系统用于适当供给作为燃料电池组中电化学反应所需要的氧化剂的含氧空气，所述热管理系统用于将反应热从燃料电池组适当去除到燃料电池系统外、控制燃料电池组的运行温度、并执行水分管理功能，所述系统控制器用于控制燃料电池系统的整体运行。

在上述构造中，该燃料电池组经由作为反应气体的氢和氧的电化学反应适当产生电能，并且排出作为反应副产物的热量和水。因此，为了防止燃料电池组内部温度上升，需要用于冷却燃料电池系统的系统。

在用于车辆的典型的燃料电池系统中，燃料电池组中使用用于将水循环通过冷却剂管道的水冷系统冷却燃料电池组，因此将燃料电池组维持在最佳温度。

图1示出燃料电池车辆的冷却系统的示例性构造。图1是燃料电池车辆的冷却剂回路的示意图，其包括布置在燃料电池组1和散热器(radiator)2之间的循环冷却剂的冷却剂管线3、用于绕过冷却剂以便其不穿过散热器2的旁通管线(bypass line)4和三通阀5、和用于泵抽冷却剂通过冷却剂回路的泵6。

由于各种材料经常释放进入冷却剂的离子的量，构成燃料电池系统的冷却剂回路的冷却剂液体连通的管道/管线/连接线路的适用的材料非常有限。因此，所选择的材料应该具有低的离子释放率。

当使用便宜的材料时，从与冷却剂接触的材料中释放杂质和离子。因此，从燃料电池组产生的电能够流过冷却剂，这是有问题的。而且，当移动同时发电并运载驾驶员和乘客的燃料电池车辆中使用的材料增加冷却剂的离子传导率时，电可以流过冷却剂回路，对于车辆上安装的电气装置和驱动构件可能很难正常运行并且进一步可能对驾驶员和乘客引起严重的危险(例如，触电)。因此，燃料电池车辆中冷却剂的导电率需要随时测量，并且当导电率增加到或者超过预定水平时采用用于关闭燃料电池系统的控制逻辑(control logic)。

此外，在冷却剂回路中设置脱盐装置7，从而维持冷却剂的离子传导率低于预定水平。通过过滤流过燃料电池组1的冷却剂中含有的离子，脱盐装置7起到减少离子传导率低于预定水平的作用。

图2是常规脱盐装置的透视图，图3是图2的纵向横截面视图，并且图4是示出常规脱盐装置中压差区域的图。

该脱盐装置100通常包括冷却剂穿过的外壳110、冷却剂引入和放出的入口120和出口130、填充外壳110从而过滤冷却剂中含有的离子的离子交换树脂101、和用于支撑填充外壳110的离子交换树脂101从而防止离子交换树脂101泄漏的网格组件(mesh assemblies)140a和140b。

在上述构造中，该网格组件140a和140b起到使冷却剂适当通过外壳并且俘获外壳110中小颗粒形式的离子交换树脂101的作用。在外壳110的两端的入口120和出口130适当设置网格组件140a和140b，从而防止外壳110内的离子交换树脂101泄漏。

在具有上述构造的脱盐装置100中，通过外壳110的入口120引入的冷却剂穿过网格组件140a、离子交换树脂101、和网格组件140b，然后通过外壳110的出口130放出。在冷却剂穿过离子交换树脂101时，离子被过滤并去除。从冷却剂除去离子，使得可以阻止从燃料电池组漏电，并且由此提高车辆的电力安全，从而满足工业标准。

然而，在图2至图4所示的常规脱盐装置100中，冷却剂流过入口120和出口130之间的纵向/竖直路径，并且沿着纵向路径的填充离子交换树脂101的区域对应其中入口侧和出口侧之间出现不同冷却剂压(压差)的区域。因此，冷却剂在纵向(轴向)方向上穿过区域，增加脱盐装置100中压差区域(differential pressure region)(在纵向上的区域，其中在图3和图4中填充离子交换树脂，即，外壳的顶部和底部之间的区域)，因此在通过入口120引入的冷却剂和通过出口130放出的冷却剂之间出现相当大的压差。

图5是示出常规脱盐装置中压差的增加关于冷却剂流率的增加的图。从图5可以看出，存在大的压差，其在冷却剂流速增加时形成。