用于燃料電池系統(tǒng)中的離子過濾器的氣泡去除裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于燃料電池系統(tǒng)的離子過濾器的氣泡去除裝置，其中從經(jīng)過離子樹脂的冷卻水中產(chǎn)生的氣泡被排出至離子過濾器的外部，而且容易地被去除。氣泡去除構件可以安裝在位于燃料電池系統(tǒng)的頂部的離子過濾器中，從而使燃料電池系統(tǒng)的功率效率和散熱效率最大化。
【專利說明】用于燃料電池系統(tǒng)中的離子過濾器的氣泡去除裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于燃料電池系統(tǒng)中的離子過濾器的氣泡去除裝置，特別涉及從流經(jīng)離子樹脂的冷卻水中產(chǎn)生的氣泡容易被去除并排出至燃料電池系統(tǒng)外的氣泡去除裝置。
【背景技術】
[0002]燃料電池車輛中的燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池堆(fuel cell stack)、用于將燃料(氫)供給至燃料電池堆的燃料供應系統(tǒng)、用于將電化學反應所必需的氧化劑(如，來自空氣中的氧)供給至燃料電池堆的空氣供應系統(tǒng)、和用于控制燃料電池堆的運行溫度的熱和水管理系統(tǒng)。
[0003]熱和水管理系統(tǒng)，如圖6所示，基本包括用于將冷卻水傳送至燃料電池堆12的冷卻泵14和用于冷卻在冷卻燃料電池堆12之后排出的冷卻水的散熱器(radiator) 16。該系統(tǒng)可進一步包括離子過濾器10，其位于冷卻水回路中，用于過濾從冷卻水中流出(elute)的尚子。
[0004]因此，冷卻水在燃料電池堆中循環(huán)并通過離子過濾器10被排放，從而去除金屬離子。這使得冷卻水的電導率維持在低水平并使得燃料電池的使用壽命和燃料電池系統(tǒng)的電穩(wěn)定性得以延長。為此，離子過濾器典型地包含過濾包含在冷卻水中的離子的微小顆粒形態(tài)的離子樹脂。
[0005]例如，如圖5所示,微小顆粒形態(tài)的離子樹脂以套筒狀(form of cartridge)被嵌入離子過濾器10的主體部20的內部。用于將冷卻水供給至離子樹脂的冷卻水入口 22形成在主體部20的下端。配置在主體部20的頂端上的罩帽24具有用于排放過濾完離子的冷卻水的冷卻水出口 26。
[0006]所以，在冷卻水經(jīng)由燃料電池堆12循環(huán)之后，它從燃料電池堆12中排出并經(jīng)由冷卻水入口 22被引入至主體部20。冷卻水經(jīng)過離子樹脂，從而金屬離子被去除。然后，冷卻水通過罩帽24的冷卻水出口 22被排出并被送回至燃料電池堆12。
[0007]然而，如圖4所示，離子過濾器10位于熱和水管理系統(tǒng)的頂部。這導致冷卻水中的氣泡的聚集。
[0008]具體地，盡管冷卻水回路中的氣泡經(jīng)過離子過濾器10的離子樹脂，并且聚集在位于離子過濾器10頂端上的罩帽24的內部空間，但是該系統(tǒng)不提供單獨的氣泡的排出，因此，氣泡和冷卻水一同通過冷卻水出口 26排出。結果導致氣泡在燃料電池系統(tǒng)(燃料電池堆，散熱器，等)中循環(huán)。
[0009]當氣泡經(jīng)過離子過濾器10時，與冷卻水一同循環(huán)，去除氣泡耗費大約2天或3天的時間，而且氣泡聚集在散熱器中。結果，降低了散熱性能，并由冷卻水流產(chǎn)生了噪音。
[0010]所需要的是一種用于從在燃料電池系統(tǒng)內循環(huán)的冷卻水中去除氣泡的系統(tǒng)和方法，從而保持燃料電池系統(tǒng)的散熱效率。

【發(fā)明內容】
[0011]本發(fā)明提供一種用于燃料電池系統(tǒng)的離子過濾器的氣泡去除裝置。具體地，本發(fā)明提供一種氣泡去除裝置，其中，用于將氣泡排出至燃料電池系統(tǒng)外的構件被安裝在燃料電池系統(tǒng)的頂部上的離子過濾器中。氣泡去除裝置容易排出冷卻水經(jīng)過離子過濾器時產(chǎn)生的氣泡，從而使功率效率和散熱效率最大化。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種用于燃料電池系統(tǒng)的離子過濾器的氣泡去除裝置，其中離子過濾器包括位于下端部的冷卻水入口和其內嵌入有離子樹脂的離子過濾器主體部。氣泡去除裝置包括配置在離子過濾器的內頂部的氣泡去除構件。具體地通過利用浮力，氣泡去除構件可定位在相對于離子過濾器的外部的打開或關閉的位置之間。
[0013]根據(jù)不同的實施例，氣泡去除構件包括:氣泡出口，其形成在離子過濾器的上部(如，頂端)；球偏離防止引導件，其在離子過濾器的上(頂端)部的內部，整體地形成在氣泡出口的外圍部；和球，其定位在球偏離防止引導件中，從而通過冷卻水在球偏離防止引導件內向上或向下浮動，以此打開或關閉氣泡出口。具體地，當該球定位在球偏離防止引導件的上部時，阻斷(關閉)氣泡出口。隨著該球向下浮動，氣泡出口開啟(打開)，從而允許氣泡的排出。
[0014]只要該球能通過冷卻水在球偏離防止引導件內向上或向下移動，并且當定位在球偏離防止引導件的上部時，它的尺寸足以阻斷氣泡出口，該球的配置就沒有特別的限制。根據(jù)不同的實施例，該球可以具有帶有具有浮力的柔性的外罩材料的較重的內部(interiorportion)(如，鋼球等)。
[0015]根據(jù)不同的實施例，球偏離防止引導件可以包括具有從頂部到下部逐漸減少的直徑的球移送引導件。同樣地，當該球在球移送引導件的上部時，它與球移送引導件的內表面相接觸，以此防止在球和球移送引導件的內表面之間出現(xiàn)氣泡的通道。球移送引導件的下部被配置成防止該球向下浮動而離開球偏離防止引導件，并且例如可以包括限位器(stopper)，該限位器可以由球移送引導件的向內彎曲的部分形成。經(jīng)過孔的一個或多個氣泡在球移送引導件的下部和/或限位器的一個或多個表面形成。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]結合附圖中示出的示例性實施例詳細描述本發(fā)明的上述或其它特征，下面給出的附圖只是用于說明，因此并不限制本發(fā)明，其中:
[0017]圖1和2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的氣泡去除裝置的橫截面視圖；
[0018]圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例的浮球結構的橫截面視圖；
[0019]圖4是說明燃料電池系統(tǒng)的離子過濾器的傳統(tǒng)安裝位置的示意圖；
[0020]圖5是說明燃料電池系統(tǒng)的傳統(tǒng)的離子過濾器的外部的透視圖；和
[0021]圖6是說明傳統(tǒng)的燃料電池系統(tǒng)的框圖，其中離子過濾器配置在冷卻水循環(huán)通路中。
[0022]附圖標記
[0023]10:離子過濾器12:燃料電池堆
[0024]14:冷卻泵16:散熱器
[0025]18:離子樹脂20:主體部
[0026]22:冷卻水入口24:罩帽[0027]26:冷卻水出口30:氣泡去除構件
[0028]32:氣泡出口33:氣泡通孔
[0029]34:球偏離防止引導件35:球移送引導件
[0030]36:球37:核
[0031]38:殼39:限位器
【具體實施方式】
[0032]以下，結合附圖詳細描述本發(fā)明，以使得本領域技術人員容易實施本發(fā)明。
[0033]應理解的是，這里所使用的術語“車輛”或“車輛的”或其它類似術語包括通常的機動車輛，例如包括運動型多功能車(SUV)、公共汽車、卡車、各種商務車的乘用車輛、包括各種船只和船舶的水運工具、飛行器等等，并且包括混合動力車、電動車、插入式混合電動車、氫動力車和其它代用燃料車(如，來源于石油以外的資源的燃料)。如這里所提及的，混合動力車是指具有兩種或更多種動力源的車輛，例如，同時具有汽油動力和電動力的車輛。
[0034]本文使用的術語僅僅是為了說明示例性實施方式的目的而不是意在限制本發(fā)明。如本文所使用的，單數(shù)形式“一個、一種(a、an和the) ”也意在包括復數(shù)形式，除非上下文中清楚指明。還可以理解的是，在說明書中使用的術語“包括(compri ses和/或compri s ing) ”是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一個或多個其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或其群組。如本文所使用的，術語“和/或”包括一個或多個相關所列項目的任何和所有組合。
[0035]參考圖5，用于燃料電池系統(tǒng)的離子過濾器一般包括:離子過濾器主體部20，其具有嵌入其中的離子樹脂18(見圖1和2)，具體而言為套筒狀(cartridge type)的離子樹脂18 ;和罩帽24，其配置在離子過濾器主體部20的頂端部。
[0036]冷卻水入口 22形成在離子過濾器主體部20的下端部，通過該冷卻水入口 22，冷卻水在燃料電池堆內循環(huán)之后被引入。冷卻水出口 26被設置在罩帽24的一側，該冷卻水出口 26用于排出已通過離子樹脂18的冷卻水。優(yōu)選冷卻水出口 26整體地形成在罩帽24中。
[0037]因此，經(jīng)由燃料電池堆循環(huán)之后被排出的冷卻水經(jīng)由冷卻水入口 22被引入至離子樹脂18。隨著冷卻水通過離子樹脂18，冷卻水的金屬離子被去除。然后，冷卻水被噴射到位于離子樹脂18之上的罩帽24的內部空間，并在其后能夠經(jīng)由冷卻水出口 26被排出。之后，排出的冷卻水經(jīng)循環(huán)返回至散熱器、燃料電池堆等等。
[0038]由于離子過濾器10位于熱和水管理系統(tǒng)的頂部，于是隨著冷卻水通過離子樹脂18，在冷卻水中產(chǎn)生許多氣泡，并且聚集在罩帽24中。
[0039]根據(jù)本發(fā)明，為了從已通過離子樹脂18并被噴射到罩帽24的內部空間的冷卻水中去除氣泡，在罩帽24中配置有氣泡去除構件30。例如，如圖1和2所示，氣泡去除構件30能夠配置在罩帽24的上部。氣泡去除構件30被配置并安排為相對于離子過濾器10的外部在打開和關閉的位置之間能夠調整，以使氣泡能夠在打開位置被排出，而不是在關閉位置。
[0040]根據(jù)實施例，氣泡去除構件30被配置成通過浮力能夠在打開和關閉的位置之間調整。具體地，氣泡去除構件30能夠被配置并安排為離子過濾器10內部的冷卻水的浮力將氣泡去除構件30調整為打開和關閉的位置中的任一個。例如，如圖1和2所示的示例性實施例所示，氣泡去除構件30能夠配置在罩帽24的頂端部，并且與流經(jīng)離子過濾器18并經(jīng)由罩帽24流出的冷卻水相聯(lián)通。因此，氣泡去除構件30能夠通過冷卻水的浮力提升或下降，從而允許或者隔絕與系統(tǒng)外部的聯(lián)通。
[0041]如圖1和2所示，氣泡去除構件30包括作為主要部件的球36，該球36能夠通過流經(jīng)罩帽24的冷卻水的浮力向上或向下移動。具體地，球36被配置和安排為使其漂浮在噴射到罩帽24內的冷卻水的表面上。球36的提升和降低取決于冷卻水位(cooling waterlevel)。
[0042]進一步如圖1和2所示，氣泡出口 32形成在罩帽24的頂部末端，經(jīng)由該氣泡出口32，氣泡被排出到外界。
[0043]如圖1和2所示，氣泡去除構件還包括容納球36的球偏離防止引導件34。具體地，球偏離防止引導件34形成為垂直地從離子樹脂18之上的位置(并且在冷卻水流經(jīng)的通道內)延伸至配置在罩帽24的頂部的氣泡出口 32的中空結構(hollow structure)。球偏離防止引導件34可以整體地形成在罩帽24的頂端部。
[0044]更明確地，如圖1和2所示，球偏離防止引導件34具有內部直徑從上到下逐漸減小的中空結構。球偏離防止引導件34還包括球移送引導件35，該球移送引導件35允許球36提升或下降。能夠進一步在球移送引導件35的下端設置限位器39，從而防止球離開球偏離防止引導件34的下部。例如，如所示，限位器39可以是在球移送引導件35下部向內成角度或彎曲的延伸的形狀，球移送引導件35具有直徑小于球36的直徑的開口。
[0045]一個或多個氣泡通孔33被設置在球移送引導件35和/或限位器39上，其允許來自冷卻水中的氣泡進入球移送引導件35。優(yōu)選的是，例如，如圖1和2所示，多個孔以貫穿的形式設置在球移送引導件35的下部和限位器39中。例如，限位器39的整個表面可以具有氣泡通孔33。
[0046]球36被配置成通過浮力漂浮在冷卻水的表面上。例如，如圖3所示，定位在球偏離防止引導件34中的球36可以具有核殼結構(core shell structure),其具有由諸如鋼球之類的較重的材料形成的核37和可以由諸如泡沫聚苯乙烯之類的柔性材料形成的浮力殼37。然而，球36不局限于這種核殼結構，能夠由具有浮力的單一材料形成，如果需要也可以具有柔性(flexibility)。
[0047]在下文中，將描述上述的氣泡去除裝置的工作狀態(tài)。
[0048]首先，經(jīng)由燃料電池堆循環(huán)并對其進行冷卻之后排出的冷卻水經(jīng)由主體部20下端的冷卻水入口 22被引入至離子樹脂18。
[0049]之后，隨著冷卻水通過離子樹脂18，包含在冷卻水中的金屬離子被離子樹脂18過濾。然后，已過濾金屬離子的冷卻水被噴射到罩帽24的上部空間中。
[0050]在上述的配置中，因為離子過濾器10配置在熱和水管理系統(tǒng)的頂部，在流經(jīng)離子樹脂18的冷卻水中產(chǎn)生許多氣泡。這些氣泡聚集在罩帽24的上部空間。
[0051]如圖1所示，當冷卻帽24的上部空間中的冷卻水的水位低時(例如，當冷卻水還沒有被噴射到罩帽24的上部空間中時或當噴射到罩帽24的上部空間中的冷卻水的量少時)，球36在球移送引導件35內處于低的位置(例如，下降至球偏離防止引導件34的限位器39處，如圖1所示)。在此位置，形成在罩帽24的頂端部的氣泡出口 32與外界聯(lián)通，因此是打開的。[0052]因而，通過經(jīng)由球移送引導件35的下端部的氣泡通孔33和/或限位器39中的氣泡通孔33，聚集在罩帽24的上部空間中的氣泡經(jīng)由氣泡出口 32容易地被排出到外界并被去除。
[0053]如圖2所示，由于冷卻帽24的內部空間中的冷卻水位升高(例如，噴射到罩帽24的內部空間中的冷卻水的量增多)，球36在冷卻水面上漂浮并被浮力逐漸提升。
[0054]也就是說，隨著冷卻水位上升，球36沿著球偏離防止引導件34(沿著可具有從上到下逐漸減小的直徑的球偏離防止引導件34的內表面)向上被提升，直到球36到達它的直徑與球移送引導件35的內徑相等的位置(因此，不能再向上移動)。在這一位置，如圖2所示，球36阻斷形成在罩帽24的頂端部的氣泡出口 32。
[0055]在這一位置，通過來自冷卻水的向上壓力，球36阻斷氣泡出口 32，從而容易地防止冷卻水向外泄露的泄露現(xiàn)象。
[0056]在這一位置，已通過離子過濾器10的離子樹脂18并已聚集在罩帽24的內部空間中的的冷卻水的氣泡，容易地經(jīng)由氣泡出口 32被排出并去除。而且，已去除氣泡的冷卻水經(jīng)由罩帽24的冷卻水出口 26排出并沿著燃料電池系統(tǒng)的冷卻回路(燃料電池堆，散熱器等等)循環(huán)。
[0057]結果，實時去除氣泡的冷卻水沿著冷卻回路循環(huán)，從而使燃料電池系統(tǒng)的功率效率和散熱效率得以最大化，并解決了由冷卻水中的氣泡引起的流動噪聲問題。
[0058]因而，本發(fā)明具有以下作用。
[0059]根據(jù)本發(fā)明，用于排出包含在燃料電池系統(tǒng)的冷卻水中的氣泡的氣泡去除構件利用通過系統(tǒng)內的冷卻水的浮力能夠向上和向下移動的球。氣泡去除構件可安裝在燃料電池系統(tǒng)內的頂部位置的離子過濾器中。本發(fā)明的氣泡去除構件能夠排出和去除冷卻水通過離子過濾器時所產(chǎn)生的高濃度的氣泡。而且，通過提供基于冷卻水的水位來打開或關閉氣泡出口的球，保證了氣密性并且防止了冷卻水的泄露。
[0060]本發(fā)明的氣泡去除構件進一步被配置并安排為提供實時的氣泡去除，從而使燃料電池系統(tǒng)的功率效率和散熱效率最大化，而且進一步消除了經(jīng)常由冷卻水中的氣泡引起的流動噪聲問題。
【權利要求】
1.一種用于燃料電池系統(tǒng)的離子過濾器的氣泡去除裝置，其中所述離子過濾器包括具有上端和下端的主體部、配置在所述下端的冷卻水入口和嵌入所述主體部內的離子樹脂，所述氣泡去除裝置包括: 氣泡去除構件，其配置在所述主體部的上端，其中 所述氣泡去除構件通過浮力能夠在相對于所述離子過濾器的外部的打開或關閉的位置之間移動。
2.根據(jù)權利要求1所述的氣泡去除裝置，其中，所述氣泡去除構件包括: 氣泡出口，其配置在所述離子過濾器的頂部末端； 球偏離防止引導件，其整體地形成在所述氣泡出口的外圍部，并且隨所述離子過濾器的頂端向下延伸；和 球，其配置在所述球偏離防止引導件內，并且能夠在所述球偏離防止引導件內垂直移動， 由此，所述球在所述離子過濾器的頂端內，能夠通過冷卻水的浮力向上移動，從而打開或阻斷所述氣泡出口。
3.根據(jù)權利要求2所述的氣泡去除裝置，其中，所述球具有核殼結構，并且所述核使用具有浮力的柔性材料制成。
4.根據(jù)權利要求3所述的氣泡去除裝置，其中，所述核為鋼球的形式。
5.根據(jù)權利要求2所述的氣泡去除裝置，其中，所述球偏離防止引導件包括: 球移送引導件，其具有從上到下逐漸減小的直徑；和 一個或多個氣泡通孔，其位于所述球移送引導件的下部。
6.根據(jù)權利要求5所述的氣泡去除裝置，其中，所述球移送引導件還包括: 位于下部的限位器，所述限位器被配置成防止所述球通過。
7.根據(jù)權利要求6所述的氣泡去除裝置，還包括一個或多個位于所述限位器中的氣泡通孔。
8.根據(jù)權利要求6所述的氣泡去除裝置，其中，所述限位器包括形成在所述球移送引導件的下端部的向內彎曲部。
9.一種用于燃料電池的離子過濾器，包括: 主體部，其具有上端和下端； 冷卻水入口，其配置在所述下端； 離子樹脂，其被嵌入所述主體部內；和 根據(jù)權利要求1所述的氣泡去除裝置，其配置在所述主體部的上端。
【文檔編號】H01M8/04GK103811780SQ201210598986
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年12月19日 優(yōu)先權日:2012年11月1日
【發(fā)明者】羅盛煜, 樸勛雨 申請人:現(xiàn)代自動車株式會社, 起亞自動車株式會社