用于去除液体中离子的离子交换器的制作方法

[0001]
本实用新型涉及氢燃料电池技术领域，尤其涉及一种用于去除氢燃料电池汽车冷却循环系统中冷却液里的离子的装置。


背景技术：

[0002]
氢燃料电池是将携带的燃料氢气和空气中氧气发生反应直接将化学能直接转化成电能的发电装置，具有能量密度高、转化效率高、零污染排放等优点，在航天领域、军用电源、交通运输、固定式电站以及便捷式电源等方面均具有广阔的应用前景。
[0003]
氢燃料电池运行过程中会产生大量热量，温度过高或过低都会降低燃料电池系统的性能。为了达到最佳工作温度，目前通常采用电导率极低的冷却液对燃料电池系统进行冷却，然而循环一段时间后，系统中相关的管件以及零部件自身会析出一些离子，会导致冷却液的电导率逐步升高，冷却液电导率过高会使整个系统的绝缘性能下降，影响整车的安全性能，因此需要在冷却循环系统中加装一去离子装置，滤除冷却循环系统中产生的带电离子，从而降低系统中冷却液的电导率。
[0004]
现有用于氢燃料电池的去离子装置包括筒体，筒体内填充有树脂，筒体两端分别设有进水口和出水口，进水口和出水口处设有滤片。这种去离子装置具有如下缺陷：
[0005]
1、树脂不能均匀分布在筒体内部各处，会有部分冷却液未对脂而直接流出，去离子效果有待提升；
[0006]
2、整体流阻较高；
[0007]
3、树脂有可能出现较为严重的粘接现象。
[0008]
如果将筒体内沿筒体轴线分隔为若干流道，在每个流道内分别填充树脂，将会大幅提高树脂在筒体内分布的均匀性，并保证所有的冷却液在筒体中都会流经树脂，但这样的方式又会产生如下问题：1、某一流道在某一处发生堵塞时，该流道全长失去导流和去离子的作用。2、加工难度高，制造成本高。


技术实现要素：

[0009]
本实用新型的目的在于提供一种用于去除液体中离子的离子交换器，既提高树脂在筒体内分布的均匀性、防止部分冷却液不流经树脂，又防止某一流道局部堵塞造成该流道全长失去导流和去离子的作用，并且易于加工制造，无须为不同车型设计不同的分隔结构。
[0010]
为实现上述目的，本实用新型的用于去除液体中离子的离子交换器包括筒体，筒体轴向一端设有出口部件且轴向另一端设有入口部件，筒体通过出口部件和入口部件串联连接在氢燃料电池冷却液管路中；
[0011]
筒体内设有由多个分隔件沿筒体轴线方向插接串联而成的分隔结构；分隔件与筒体同轴线设置，分隔件的径向外端与筒体内壁相接，分隔件在垂直于轴线的平面上均匀设有多个流道孔，各相邻分隔件的流道孔一一对应并相互连通；在同一直线方向上连通的各
分隔件的流道孔组成一条流道，各流道内均装有阳树脂颗粒和阴树脂颗粒；阳树脂颗粒和阴树脂颗粒的粒径均为0.3毫米－0.5毫米；各流道孔的平均截面面积为s平方毫米，各流道孔的截面面积与s的比值介于0.8－1.2之间；
[0012]
各分隔件的轴向两端部于各流道孔的相接处设有连通相邻流道的通槽。
[0013]
入口部件和出口部件结构对称；
[0014]
入口部件包括用于连接在氢燃料电池冷却管路中的通水管，通水管连接有用于与筒体相连接的端盖，端盖与通水管的连接处为喇叭口，喇叭口处设有用于分流冷却液的液体通道；端盖朝向筒体的一侧连接有用于防止冷却液中的杂质颗粒进入筒体同时防止阳树脂颗粒和阴树脂颗粒流出筒体的滤网；
[0015]
入口部件的通水管用于连接筒体上游的冷却液管路，出口部件的通水管用于连接筒体下游的冷却液管路。
[0016]
分隔件之间的插接结构是：
[0017]
分隔件一端中心处沿轴向方向设有插接凸起，分隔件另一端中心处沿轴线方向设有插接凹槽，插接凹槽与插接凸起相适配；相邻分隔件通过插接凸起与插接凹槽插接固定在一起。
[0018]
分隔结构的轴线两端处设有用于将阳树脂颗粒和阴树脂颗粒封闭在各流道内的孔板，孔板上均匀分布有通孔，通孔的直径小于阳树脂颗粒和阴树脂颗粒的直径。
[0019]
本实用新型具有如下的优点：
[0020]
1.本实用新型通过多个插接串联的分隔件形成分隔结构，相比较整个分隔结构一体成型，更加容易制造，并且连接起来非常方便。
[0021]
不同车型需要不同长度的离子交换器，如果整个分隔结构一体成型，则需要为不同车型设计并制造不同的分隔结构模板及分隔结构，设计成本和制造成本均较高，且设计制造的效率较低。
[0022]
采用本实用新型多个插接串联的分隔件形成分隔结构，则长度不同的离子交换器可以采用相同的分隔件，通过不同数量的分隔件组成不同长度的分隔结构，因而节省了为不同车型制造不同分隔结构的设计成本和制造成本，并且提高了设计和制造的效率。
[0023]
2、阳树脂颗粒和阴树脂颗粒在整个筒体的截面上均匀分布，各流道内均有阳树脂颗粒和阴树脂颗粒，因而杜绝了部件冷却液不流经树脂颗粒的现象，提升去离子效果。
[0024]
3、各分隔件的轴向两端部于各流道孔的相接处设有连通相邻流道的通槽，这样在一个流道某处发生堵塞时，堵塞点上游方的该流道仍然能够发挥流道的作用，冷却液仍然能够通过该流道并被该流道内的阳树脂颗粒和阴树脂颗粒去除离子，冷却液在堵塞点上游邻近的通槽处流向其他流道，并通过其他流道流出。
[0025]
4、各流道分隔了树脂，杜绝了树脂大规模粘接的现象。
[0026]
5、各流道孔的平均截面面积为s平方毫米，各流道孔的截面面积与s的比值介于0.8－1.2之间，这样各流道孔的面积近似相等，各流道的阻力相差不大，有利于降低整体流阻以及提高冷却液去离子效果的均匀性。
[0027]
6、本实用新型具有大交换容量和低流阻的特性，树脂颗粒通过振动等方式填充入各流道的空缺处。
[0028]
7、整体上，本实用新型结构紧凑，更容易满足有限的车内安装空间的要求，因而能
够适应更多车型。冷却液流经本实用新型时整体减小约30%的压力损失，整体流阻较低、树脂利用率较高，交换效率较高。
[0029]
8、入口部件和出口部件结构对称，使本实用新型在轴向方向上没有正反，无须区分正反即可串联安装在冷却液管路上，十分方便安装工作，无论如何安装，进入筒体的冷却液必定得到滤网的过滤。滤网优选采用不锈钢网或塑料网。
[0030]
9、普通的滤网的作用是单向过滤，以单向过滤为目标时，滤网的网孔大小没有考虑另一侧的颗粒物，无法防止另一侧的颗粒物通过滤网。本实用新型中的滤网则考虑了双向阻止作用，对外防止冷却液中的杂质进入筒体，对内防止阳树脂颗粒和阴树脂颗粒流出筒体，在此目标下本领域技术人员能够选择合适的滤网网孔大小以实现上述双向阻止作用。一个滤网实现双重作用（过滤和防树脂流失），简化了结构。
附图说明
[0031]
图1是本实用新型的结构示意图；
[0032]
图2是入口部件和出口部件的结构示意图；
[0033]
图3是图2的右视图；
[0034]
图4是第一种形状的分隔件的结构示意图；
[0035]
图5是第一种形状的分隔件的立体图；
[0036]
图6是第二种形状的分隔件的立体图；
[0037]
图7是第三种形状的分隔件的立体图。
具体实施方式
[0038]
如图1至图7所示，本实用新型的用于去除液体中离子的离子交换器包括筒体1，筒体1轴向一端设有出口部件2且轴向另一端设有入口部件3，筒体1通过出口部件2和入口部件3串联连接在氢燃料电池冷却液管路中；
[0039]
筒体1内设有由多个分隔件4沿筒体1轴线方向插接串联而成的分隔结构；分隔件4与筒体1同轴线设置，分隔件4的径向外端与筒体1内壁相接，分隔件4在垂直于轴线的平面上均匀设有多个流道孔5，各相邻分隔件4的流道孔5一一对应并相互连通；在同一直线方向上连通的各分隔件4的流道孔5组成一条流道，各流道内均装有阳树脂颗粒6和阴树脂颗粒7；阳树脂颗粒6和阴树脂颗粒7的粒径均为0.3毫米－0.5毫米（包括两端值）；各流道孔5的平均截面面积为s平方毫米，各流道孔5的截面面积与s的比值介于0.8－1.2之间（包括两端值）；
[0040]
各分隔件4的轴向两端部于各流道孔5的相接处设有连通相邻流道的通槽8。
[0041]
本实用新型中，各处固定连接处（如出口部件2和入口部件3与筒体1的连接处）均可以采用但不限于注塑、焊接或粘接等连接方式。
[0042]
本实用新型中，各分隔件4的高度通常为15毫米－20毫米，轴向厚度为0.8毫米－1.2毫米，各流道孔5的截面面积在200平方毫米－300平方毫米之间。以上各数值范围均包括两端值。分隔件4的形状可以有多种，如图4－图7所示是三种便于制作的形状。
[0043]
其中，筒体1的截面可以是圆形，也可以是方形或其他形状。
[0044]
入口部件3和出口部件2结构对称；入口部件3包括用于连接在氢燃料电池冷却管
路中的通水管9，通水管9连接有用于与筒体1相连接的端盖11，端盖11与通水管9的连接处为喇叭口10，喇叭口10处设有经cae优化后的用于分流冷却液的液体通道12；端盖11朝向筒体1的一侧连接有用于防止冷却液中的杂质颗粒进入筒体1同时防止阳树脂颗粒6和阴树脂颗粒7流出筒体1的滤网13；
[0045]
入口部件3和出口部件2结构对称，使本实用新型在轴向方向上没有正反，无须区分正反即可串联安装在冷却液管路上，十分方便安装工作，无论如何安装，进入筒体1的冷却液必定得到滤网13的过滤。滤网13优选采用不锈钢网或塑料网。
[0046]
普通的滤网13的作用是单向过滤，以单向过滤为目标时，滤网13的网孔大小没有考虑另一侧的颗粒物，无法防止另一侧的颗粒物通过滤网13。本实用新型中的滤网13则考虑了双向阻止作用，对外防止冷却液中的杂质进入筒体1，对内防止阳树脂颗粒6和阴树脂颗粒7流出筒体1，在此目标下本领域技术人员能够选择合适的滤网13网孔大小以实现上述双向阻止作用。一个滤网13实现双重作用（过滤和防树脂流失），简化了结构。
[0047]
入口部件3的通水管9用于连接筒体1上游的冷却液管路，出口部件2的通水管9用于连接筒体1下游的冷却液管路。入口部件3和出口部件2可以互换使用，使得本实用新型在安装时无须区分正反。
[0048]
分隔件4之间的插接结构是：分隔件4一端中心处沿轴向方向设有插接凸起14，分隔件4另一端中心处沿轴线方向设有插接凹槽15，插接凹槽15与插接凸起14相适配；相邻分隔件4通过插接凸起14与插接凹槽15插接固定在一起。
[0049]
分隔结构的轴线两端处设有用于将阳树脂颗粒6和阴树脂颗粒7封闭在各流道内的孔板，孔板上均匀分布有通孔，通孔的直径小于阳树脂颗粒6和阴树脂颗粒7的直径。孔板为选择性部件，也可以没有孔板。孔板是常规结构，图未示。没有孔板流阻更小，有孔板则同一流道内能够封装更多的阳树脂颗粒6和阴树脂颗粒7，各有优点，供设计人员根据需要选用。
[0050]
使用时，本实用新型通过入口部件3和出口部件2的通水管9串联在氢燃料电池冷却液管路中，入口部件3和出口部件2没有区别，可以相互转化，使得本实用新型在安装时不用区分正反。冷却液进入入口部件3的通水管9，然后经喇叭口10后经液体通道12和端盖11分散，然后在通过滤网13时得到过滤。过滤后的冷却液进入筒体1，进而进入各流道，在各流道内与阳树脂颗粒6和阴树脂颗粒7相接触，阳树脂颗粒6去除冷却液中的阴离子，阴树脂颗粒7去除冷却液中的阳离子。去离子后的冷却液的电导率显著降低，从而防止因冷却液导电而给整车带来安全隐患。
[0051]
以上实施例仅用以说明而非限制本实用新型的技术方案，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。