一种用于燃料电池离子交换器内部树脂固持结构的装置的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及用于燃料电池离子交换器内部树脂固持结构的装置。


背景技术：

2.质子交换膜燃料电池（pemfc）汽车因其零排放和高能效的特点，已成为汽车发展的重要方向，且由于其结构及工作原理的特点，在发生电化学反应过程中不产生任何污染气体，具有输出功率高、节能环保的特点；随着技术研发的突破，使得其价格上显著降低、性能上也显著提高，令其在航天领域、军用电源、交通上得到广泛应用。
3.由于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；因此整套系统需要水热管理模块。
4.系统运行一段时间后，水热管理系统中的管件以及零部件自身会析出一些离子，使得水循环冷却液的电导率升高，此时电堆双极板上产生高电压，将通过冷却液传递到整个冷却循环流道。
5.如果冷却液的电导率过高，高电压下的工作模式将会使整个系统的绝缘性能下降，影响整车的安全性能；因此目前普遍的电堆系统都会在冷却循环系统中加装一去离子装置。去离子装置内部填充一定比例的阴、阳型离子交换树脂，通过树脂的离子吸附交换能力来降低水热管理系统的电导率。
6.树脂的吸附性能受多重因素影响，其中去离器装置的内部流场结构的设计对于去离子装置的整体树脂的吸附性能具有重要影响。
7.(1)防止分层；(2)对内部流场进行导流，使冷却液充分经过离子交换树脂；（3）可以实现任意方向（例如水平、垂直方向等）的安装，不受重力作用的影响。


技术实现要素：

8.本实用新型的目的在于提供一种能够防止树脂分层，并能对支离子装置内部的流场进行导流、能够在任意需要的方向上进行安装的燃料电池离子交换器内部树脂固持结构的装置。
9.为实现上述目的，本实用新型的一种用于燃料电池离子交换器内部树脂固持结构的装置包括呈筒形的拼接单体，拼接单体上下贯通，拼接单体的水平截面呈正六边形或平行四边形或等腰梯形；
10.拼接单体内固定连接有水平截面呈网格状的固持导流结构，固持导流结构的网孔沿垂直方向设置，网孔用于盛放树脂颗粒并对通过固持导流结构的水起到导流作用；
11.拼接单体的每一侧壁的中部均设有凸起卡接部或与凸起卡接部相适配的凹槽卡接部；
12.拼接单体任意相邻两侧壁中，一个侧壁上设置凸起卡接部且另一侧壁上设置凹槽卡接部；
13.多个拼接单体通过凸起卡接部和凹槽卡接部在水平方向上两两插接适配在一起，在水平方向上进行无缝拼接将过流面积扩展至预定大小。
14.拼接单体的固持导流结构的顶面中心处设有凸台或卡槽，拼接单体的固持导流结构的底面中心处设有卡槽或凸台，凸台与卡槽相互适配；凸台的截面呈多边形；
15.拼接单体包括单层拼接单体和双层拼接单体，单层拼接单体的凸台侧边与双层拼接单体的相应凸台侧边之间具有夹角；
16.在垂直方向上，相邻的单层拼接单体和双层拼接单体通过凸台与卡槽插接适配在一起形成错角度拼接；
17.同一层单层拼接单体在水平方向上通过凸起卡接部和凹槽卡接部两两插接适配在一起，在水平方向上进行无缝拼接将过流面积扩展至预定大小；
18.若干单层拼接单体和若干双层拼接单体上下交替插接适配在一起，在垂直方向上进行错角度拼接将过流长度扩展至预定大小。
19.还包括有位于中央的中心单体；
20.中心单体呈上下贯通的筒形，中心单体的形状和大小与拼接单体相同并具有相同的用于水平拼接的凸起卡接部和凹槽卡接部；
21.中心单体内固定连接有水平截面呈网格状的固持导流结构，固持导流结构的网孔沿垂直方向设置，固持导流结构的网孔用于盛放树脂颗粒并对通过固持导流结构的水起到导流作用；
22.中心单体的固持导流结构的顶面中心处设有凸台或卡槽，中心单体的固持导流结构的底面中心处设有卡槽或凸台，凸台与卡槽相互适配；凸台的截面呈多边形；
23.中心单体包括单层中心单体和双层中心单体，单层中心单体的凸台侧边与双层中心单体的相应凸台侧边之间具有夹角；
24.单层中心单体的各侧壁在水平方向上通过凸起卡接部或凹槽卡接部插接适配有拼接单体，多个拼接单体通过凸起卡接部和凹槽卡接部两两插接适配在一起，在水平方向上进行无缝拼接将过流面积扩展至预定大小；单层中心单体与多个拼接单体插接扩展形成单层拼接层；
25.双层中心单体的各侧壁在水平方向上通过凸起卡接部或凹槽卡接部插接适配有拼接单体，多个拼接单体通过凸起卡接部和凹槽卡接部两两插接适配在一起，在水平方向上进行无缝拼接将过流面积扩展至预定大小；双层中心单体与多个拼接单体插接扩展形成双层拼接层；
26.在垂直方向上，相邻的单层中心单体和双层中心单体通过凸台与卡槽插接适配在一起，从而在单层拼接层与双层拼接层之间形成错角度拼接；
27.若干单层拼接层和若干双层拼接层体上下交替插接适配在一起，在垂直方向上进行错角度拼接将过流长度扩展至预定大小。
28.固持导流结构的网孔的水平截面形状为圆形、方形或三角形。
29.本实用新型具有如下的优点：
30.（1）具有固持树脂颗粒的功能，防止离子交换器内发生树脂颗粒粘结、树脂颗粒分层以及树脂颗粒堆积等现象；
31.（2）微孔式通道优化内部流场分布，使得树脂可达到充分交换，提高阴阳树脂颗粒
的整体工作交换使用率；
32.（3）在水平方向和垂直方向上能够拼接至需要的大小，从而能够根据离子交换器产品的尺寸设计要求灵活适配填充入不同管径的管道内或不同大小的腔体内。
33.（4）在水平方向上进行无缝拼接可以将过流面积扩展至预定大小，在垂直方向上进行错角度拼接将过流长度扩展至预定大小，可以方便地在水平和垂直两个方向上调节树脂固持结构的空间大小至与特定的离子交换器型号相匹配的程度，适于各种不同型号和大小的离子交换器，具有非常强的通用性。
34.（5）由于在垂直方向上进行的是错角度拼接，因而能够使不同层的固持导流结构的网格进行错位连通，防止在垂直方向上一处堵塞造成该处整个垂直方向的通路全部不能过流的现象，将某处堵塞造成的影响在垂直方向上限定在一层的范围内，降低局部堵塞对整体的影响。
35.（6）本实用新型安装进离子交换器后，树脂颗粒不会因重力作用而聚集在离子交换器内部空间的下部，而是均匀分散于整个安装空间，使得树脂颗粒在离子交换器内分布得更加均匀。水循环冷却液在通过本实用新型的结构时，能够防止分层，且本实用新型内的流场被固持导流结构的网孔所导流，使水循环冷却液充分经过离子交换树脂颗粒。采用本实用新型的结构，无论离子交换器内部空间的倾斜角度如何，均可以方便地装入离子交换器内部，不受重力作用的影响。
36.总之，本实用新型能够对去离子器产品内部的混床树脂颗粒进行固持并具有流场导流作用，降低局部堵塞的影响，提高离子交换器树脂颗粒接触水循环冷却液的能力，改善产品的使用安装方式，不受重力影响，满足任意方向上的安装使用。
附图说明
37.图1是实施例一中拼接单体的俯视结构示意图；实施例一只有一层拼接单体；
38.图2是实施例一中拼接单体在水平方向上进行无缝拼接将过流面积扩展至预定大小后的俯视结构示意图；
39.图3是实施例二中的中心单体的结构示意图，也是实施例三中拼接单体的结构示意图；
40.图4是实施例二中的单层中心单体的俯视结构示意图，也是实施例三中单层拼接单体的俯视结构示意图；
41.图5是实施例二中的双层中心单体的俯视结构示意图，也是实施例三中双层拼接单体的俯视结构示意图；
42.图6是实施例二中若干单层拼接层和若干双层拼接层体上下交替插接适配在一起的结构示意图；
43.图7是实施例二中若干单层拼接层和若干双层拼接层体上下交替插接适配在一起的剖视结构示意图；
44.图8是实施例二中若干单层拼接层和若干双层拼接层体上下交替插接适配在一起的俯视结构示意图；
45.图9是实施例三中若干单层拼接单体和若干双层拼接单体上下交替插接适配在一起的结构示意图。
具体实施方式
46.实施例一
47.本实施例只有一层拼接单体。
48.如图1和图2所示，本实施例的一种用于燃料电池离子交换器内部树脂固持结构的装置包括呈筒形的拼接单体1，拼接单体1上下贯通，拼接单体1的水平截面呈正六边形或平行四边形（长方形和正方形均属于平行四边形）或等腰梯形，附图中以正六边形为例进行图示。
49.拼接单体1内固定连接有水平截面呈网格状的固持导流结构2，固持导流结构2的网孔3沿垂直方向设置，网孔3用于盛放树脂颗粒并对通过固持导流结构2的水起到导流作用；
50.拼接单体1的每一侧壁的中部均设有凸起卡接部4或与凸起卡接部4相适配的凹槽卡接部5；
51.拼接单体1任意相邻两侧壁中，一个侧壁上设置凸起卡接部4且另一侧壁上设置凹槽卡接部5；
52.多个拼接单体1通过凸起卡接部4和凹槽卡接部5在水平方向上两两插接适配在一起，在水平方向上进行无缝拼接将过流面积扩展至预定大小。
53.固持导流结构2的网孔3的水平截面形状包括但不限于圆形、方形或三角形。
54.装配时，将树脂颗粒均匀填充入各固持导流结构2内；根据目标离子交换器内具体的空间大小，在水平方向上使各拼接单体1进行无缝拼接（插接适配），将过流面积扩展至与目标离子交换器内部空间相匹配的程度；使本实用新型能够非常方便地适配（装入）多种不同型号的离子交换器。
55.实施例二
56.本实施例具有多层结构，每层中央是中心单体，中心单体外向外通过依次卡接适配的方式拓展连接有多个拼接单体1。
57.如图3至图8所示，本实施例与实施例一的不同之处在于：
58.一种用于燃料电池离子交换器内部树脂固持结构的装置还包括有位于中央的中心单体；
59.中心单体呈上下贯通的筒形，中心单体的形状和大小与拼接单体1相同并具有相同的用于水平拼接的凸起卡接部4和凹槽卡接部5；
60.中心单体内固定连接有水平截面呈网格状的固持导流结构2，固持导流结构2的网孔3沿垂直方向设置，固持导流结构2的网孔3用于盛放树脂颗粒并对通过固持导流结构2的水起到导流作用；
61.中心单体的固持导流结构2的顶面中心处设有凸台6或卡槽7，中心单体的固持导流结构2的底面中心处设有卡槽7或凸台6，凸台6与卡槽7相互适配；凸台6的截面呈多边形；
62.中心单体包括单层中心单体8和双层中心单体9，单层中心单体8的凸台6侧边与双层中心单体9的相应凸台6侧边之间具有夹角，这保证了单层中心单体8和双层中心单体9卡接在一起时，两者的相应侧壁之间具有夹角。
63.单层中心单体8的各侧壁在水平方向上通过凸起卡接部4或凹槽卡接部5插接适配有拼接单体1，多个拼接单体1通过凸起卡接部4和凹槽卡接部5两两插接适配在一起，在水
平方向上进行无缝拼接将过流面积扩展至预定大小；单层中心单体8与多个拼接单体1插接扩展形成单层拼接层10；
64.双层中心单体9的各侧壁在水平方向上通过凸起卡接部4或凹槽卡接部5插接适配有拼接单体1，多个拼接单体1通过凸起卡接部4和凹槽卡接部5两两插接适配在一起，在水平方向上进行无缝拼接将过流面积扩展至预定大小；双层中心单体9与多个拼接单体1插接扩展形成双层拼接层11；
65.在垂直方向上，相邻的单层中心单体8和双层中心单体9通过凸台6与卡槽7插接适配在一起，从而在单层拼接层10与双层拼接层11之间形成错角度拼接；相邻两层交错的角度可以根据需要自由设定，如相邻两层交错的角度可以为90度。
66.若干单层拼接层10和若干双层拼接层11体上下交替插接适配在一起，在垂直方向上进行错角度拼接将过流长度扩展至预定大小。
67.本实施例的以上结构具有的优点是：垂直插接配合的结构（凸台6和卡槽7）遮挡了一部分过流面积。只有中心单体具有垂直插接配合的凸台6和卡槽7，这样在同一层拼接层中，只有中心一处具有凸台6和卡槽7，垂直插接配合结构所遮挡的过流面积非常小，从而提升去离子的效能。同时同一拼接层中，各拼接单体1通过凸起卡接部4或凹槽卡接部5插接配合，保证了整层结构的稳定可靠。
68.在水平方向上进行无缝拼接可以将过流面积扩展至预定大小，在垂直方向上进行错角度拼接将过流长度扩展至预定大小，可以方便地在水平和垂直两个方向上调节树脂固持结构的空间大小至与特定的离子交换器型号相匹配的程度，适于各种不同型号和大小的离子交换器，具有非常强的通用性。
69.由于在垂直方向上进行的是错角度拼接，因而能够使不同层的固持导流结构2的网格进行错位连通，防止在垂直方向上一处堵塞造成该处整个垂直方向的通路全部不能过流的现象，将某处堵塞造成的影响在垂直方向上限定在一层的范围内，降低局部堵塞对整体的影响。
70.装配时，将树脂颗粒均匀填充入各固持导流结构2内；根据目标离子交换器内具体的空间大小，在水平方向上将各拼接单体1围绕中心单体进行无缝拼接（插接适配），将过流面积扩展至与目标离子交换器内部空间相匹配的程度；然后在垂直方向上将各层拼接层上下插接配合进行错角度拼接将过流长度扩展至与目标离子交换器内部空间相匹配的程度，从而使本实用新型能够非常方便地适配（装入）多种不同型号的离子交换器。
71.本实用新型安装进离子交换器后，树脂颗粒不会因重力作用而聚集在离子交换器内部空间的下部，而是均匀分散于整个安装空间，使得树脂颗粒在离子交换器内分布得更加均匀。水循环冷却液在通过本实用新型的结构时，能够防止分层，且本实用新型内的流场被固持导流结构2的网孔3所导流，使水循环冷却液充分经过离子交换树脂颗粒。采用本实用新型的结构，无论离子交换器内部空间的倾斜角度如何，均可以方便地装入离子交换器内部，不受重力作用的影响。
72.实施例三
73.本实施例具有多层结构，没有中心单体与拼接单体的区分。
74.如图3、图4、图5和图9所示，本实施例与实施例一的不同之处在于：
75.拼接单体1的固持导流结构2的顶面中心处设有凸台6或卡槽7，拼接单体1的固持
导流结构2的底面中心处设有卡槽7或凸台6，凸台6与卡槽7相互适配；凸台6的截面呈多边形；
76.拼接单体1包括单层拼接单体12和双层拼接单体13，单层拼接单体12的凸台6侧边与双层拼接单体13的相应凸台6侧边之间具有夹角；
77.在垂直方向上，相邻的单层拼接单体12和双层拼接单体13通过凸台6与卡槽7插接适配在一起形成错角度拼接；
78.同一层单层拼接单体12在水平方向上通过凸起卡接部4和凹槽卡接部5两两插接适配在一起，在水平方向上进行无缝拼接将过流面积扩展至预定大小；
79.若干单层拼接单体12和若干双层拼接单体13上下交替插接适配在一起，在垂直方向上进行错角度拼接将过流长度扩展至预定大小。
80.本实施例的以上结构具有的优点是：拼接单体1只分为单层拼接单体12和双层拼接单体13，没有中心单体，这样零件只有两种，便于制作。
81.在水平方向上进行无缝拼接可以将过流面积扩展至预定大小，在垂直方向上进行错角度拼接将过流长度扩展至预定大小，可以方便地在水平和垂直两个方向上调节树脂固持结构的空间大小至与特定的离子交换器型号相匹配的程度，适于各种不同型号和大小的离子交换器，具有非常强的通用性。
82.由于在垂直方向上进行的是错角度拼接，因而能够使不同层的固持导流结构2的网格进行错位连通，防止在垂直方向上一处堵塞造成该处整个垂直方向的通路全部不能过流的现象，将某处堵塞造成的影响在垂直方向上限定在一层的范围内，降低局部堵塞对整体的影响。
83.装配时，将树脂颗粒均匀填充入各固持导流结构2内；根据目标离子交换器内具体的空间大小，在水平方向上使各拼接单体1进行无缝拼接（插接适配），将过流面积扩展至与目标离子交换器内部空间相匹配的程度；然后在垂直方向上将相邻各层拼接单体1上下插接配合进行错角度拼接将过流长度扩展至与目标离子交换器内部空间相匹配的程度，从而使本实用新型能够非常方便地适配（装入）多种不同型号的离子交换器。
84.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。