CN220341267U - 一种氢燃料电池电堆冷凝液离子过滤装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及新能源燃烧电池领域，具体公开了一种氢燃料电池电堆冷凝液离子过滤装置。其结构包括与电堆冷凝器接通的主管道，主管道上设置冷却泵，主管道上并联有副管道，副管道直径小于主管道直径，副管道上安装有去离子器。利用副管道上的去离子器去除离子的同时保证了冷凝液的循环温度通畅。解决氢燃烧电池的冷凝液中进入带电离子，不得不更换冷凝液，打断生产，破坏生产连续性的技术问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及新能源燃烧电池领域，具体为一种氢燃料电池电堆冷凝液离子过滤装置。
背景技术
氢燃料电池，也称亦质子交换膜燃料电池，是一种将氢氧反应气体的化学能直接转化成电能的装置，具有能量转换率高、环境友好、操作温度低等优点，是一种极具发展前景的清洁能源技术。
氢燃料电池的核心部件即膜电极，膜电极被安装在电堆上，因此氢气进入电堆后，在膜电极上被催化剂铂催化分解为2个氢离子，即质子H+，并释放出2个电子，质子H+可以直接穿过膜电极上的质子交换膜到达阴极，而电子必须通过外电路进入阴极，质子H+、电子在阴极和氧气汇合反应生成水，电子通过外电路时即可对外做功，将氢氧反应的化学能转化为电能。根据其使用环境，氢燃烧电池分为：汽车电池、生活供电电池和工业供电电池。
氢燃料电池在将燃料的化学能转化为电能过程中，部分化学能将会转变成热量，因此电堆温度会上升，工业供电电池由于供电量大，电堆体积大，其产生的热量更大，不及时进行降温，不仅仅使得氧化反应进行缓慢，还会伤害设备，因此技术人员在电堆中设计散热器，并通过管路向散热器中通入冷凝液(去离子水)对氢燃料电池电堆进行降温，但冷凝液的管道部分为金属管道，多次循环中发生电离反应，使得冷凝液中产生多种带电离子，这些离子会提高循环水的电导率，电导率较高的水相当于一个电解池，对管道有很大腐蚀，且影响传热效率。
在现有技术中，对于冷凝液中进入带电离子常规的解决办法是，将冷凝液重新进行更换，保证电池的冷凝效果；但这种简单的处理办法，导致企业不得不增加冷凝液的支出成本，且更换冷凝液还需将氢燃料电池停止工作，由氢燃烧电池供电的设备也得停机或使用其他电源，生产被迫打断，破坏生产连续性。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种氢燃料电池电堆冷凝液离子过滤装置，用以解决氢燃烧电池的冷凝液中进入带电离子，导致冷凝液腐蚀管道、冷凝效果降低；不得不更换冷凝液，生产被迫打断，破坏生产连续性的技术问题。
为了解决上述问题，本实用新型所采用的技术方案如下：一种氢燃料电池电堆冷凝液离子过滤装置，包括与电堆冷凝器接通的主管道、主管道上设置冷却泵，主管道上并联有副管道，副管道直径小于主管道直径，副管道上安装有去离子器。
本实施方案的有益效果在于：
1、在冷凝液循环管道上并联副管道，并在副管道上设置有去离子器，因此冷凝液在对电堆进行循环降温时，部分冷凝液会进入副管道，通过副管道进入去离子器中，去离子器将离子去除，通过不停的循环对电堆降温的同时完成离子的去除，保证冷凝液中的离子含量保持在一定范围，控制其电导率，延长冷凝液的使用寿命，减少冷凝液更换次数。
2、为保证电堆的降温效果，冷凝液需要持续稳定在某一速率进行循环冷却，去离子器去除离子过程，时间较长，若将去离子器直接安装在主管道上，使得冷凝液循环速率下降较大，使得冷却效果变差，但本申请中去离子器安装在与主管道并联的副管道上，且副管道直径小于主管道，因此只有部分冷凝液进入副管道，其他冷凝液仍继续循环，保证电堆的冷却效果，同时部分冷凝液去除离子后进入循环，随着循环的时间长，冷凝液源源不断的进入副管道进行去离子，使得循环中冷凝液的电导率控制在设计值之下，且保证冷凝系统的冷凝效果。
进一步，所述冷却泵安装在与副管道并联的主管道上。由于去离子器的去离子过程缓慢使得，副管道内水通过的阻力大于主管道，因此副管道内进入的冷凝液较少；若将冷却泵安装在与副管道并联的主管道上，利用冷却泵前后的压力差使得更多的冷凝液穿过冷却泵后，进入副管道中，使得离子去除效果更好。
进一步，所述主管道分为热管道与冷管道，所述副管道并联在热管道上。由于去离子器安装在热管道上，使得水中离子热运动活跃，因此更容易被去离子器吸附除去，水分子也更容易通过去离子器。
进一步，所述副管道上设有流量阀。流量阀使得可调节进入副管道的冷凝液的流量，保证主管道内的冷凝液循环稳定，且需要对去离子器内的离子膜进行更换时，可利用流量阀关闭副管道。
进一步，所述主管道与副管道均使用不锈钢316。不锈钢316材质更加耐腐蚀，使得不容易被电离产生带电离子进入冷凝液中。
进一步，所述去离子器中设有可吸附带电离子的离子膜，离子膜为磺化聚苯乙烯-二乙烯基苯树脂。
附图说明
图1为本实用新型实施例1的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：电堆1、主管道2、热管道21、冷管道22、冷却泵3、副管道4、流量阀41、去离子器5、冷冻机6。
实施例1如附图1所示：一种氢燃料电池电堆冷凝液离子过滤装置；包括主管道2，主管道2分为热管道21与冷管道22，冷凝液从电堆1中出来流向冷冻机6的管道为热管道21，冷凝液从冷冻机6中出来流向电堆1的管道为冷管道22。冷管道22与电堆1上的散热器进口接通，散热器内部为空腔，冷凝液(去离子水)通过冷管道22进入散热器后，利用热传导原理将电堆中的热量带走进行降温，热管道21与电堆1上散热器的出口接通，冷凝液(去离子水)在电堆中升温后从散热器出口进入热管道21中。
热管道21上设有冷却泵3，冷却泵3靠近电堆1，可将电堆1上散热器内的冷凝液快速泵出，使得电堆1内的冷凝液快速循环，保证冷却效果，冷凝液从热管道21中被冷却泵3快速泵回冷冻机6中，在冷冻机6的蒸发器上与冷冻机6的制冷剂进行热交换降温，将从电堆1中带出的热量去除，重新变为低温冷凝液进入冷管道22中，再通过冷管道22循环到电堆1中进行降温。
在热管道21上并联有副管道4，副管道4的直径为主管道的0.2倍，因此冷凝液流经有副管道4的主管道时，仅有部分冷凝液进入副管道，大部分冷凝液仍在主管道中循环，且副管道4上还设有流量阀41，副管道的流量过大，或需要更换去冷凝液时，可利用流量阀控制冷凝液进入副管道流量，或关闭副管道。在副管道4上设有去离子器5，去离子器5内设有去离子膜，离子膜有两层结构，一层为苯乙烯和二乙烯苯的多空立体结构，一层为大网络磺化聚苯乙烯-二乙烯基苯树脂，因此进入副管道4的冷凝液将被离子膜吸附离子，去除离子的冷凝液从副管道出口进入主管道2中与其他冷凝液汇合，进入冷冻机中。
实施例2与实施例1的区别在于，副管道4与热管道21并联，且冷却泵3安装在与副管道4并联的主管道2上。由于冷却泵3前后的产生压力差，使得副管道4在冷却泵3前的接口压力小于副管道4在冷却泵3后的压力，两端的压力差使得副管道内的冷凝液流向与主管道相反，且在不添加泵的情况下，利用冷却泵3的前后压力使得更多的冷凝液可以快速进入副管道4中。
具体实施过程如下：
在氢燃料电池启动为生产线上设备进行供电时，电堆1上的冷凝液也开始循环降温，冷凝液在冷冻机6的蒸发室中将热量传递给冷冻机6的制冷剂，变成低温冷凝液的同时通过冷管到22流向电堆1，进入电堆1中的冷凝液由于温度远低于电堆上的膜电极，因此膜电极上的热量通过热传导进入冷凝液中，冷凝液升温并从散热器出口进入热管道21中，热管道21上的冷却泵使得冷凝液加快流速，通过冷却泵3后遇到并联管道，并小部分进入副管道4中，通过副管道4进入去离子器5中，被去离子器除去带电离子后回到主管道2中；大部分通过主管道2回到冷冻机6中重新获得低温。
冷凝液一直循环，既可以对电堆进行冷却，也可完成冷凝液中离子的去除。
以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (6)
1.一种氢燃料电池电堆冷凝液离子过滤装置，包括与电堆冷凝器接通的主管道、主管道上设置冷却泵，其特征在于：主管道上并联有副管道，副管道直径小于主管道直径，副管道上安装有去离子器。
2.根据权利要求1所述的氢燃料电池电堆冷凝液离子过滤装置，其特征在于：所述冷却泵安装在与副管道并联的主管道上。
3.根据权利要求1所述的氢燃料电池电堆冷凝液离子过滤装置，其特征在于：所述主管道分为热管道与冷管道，所述副管道并联在热管道上。
4.根据权利要求1所述的氢燃料电池电堆冷凝液离子过滤装置，其特征在于：所述副管道上设有流量阀。
5.根据权利要求1所述的氢燃料电池电堆冷凝液离子过滤装置，其特征在于：所述主管道与副管道均使用不锈钢316。
6.根据权利要求1所述的氢燃料电池电堆冷凝液离子过滤装置，其特征在于：所述去离子器中设有可吸附带电离子的离子膜，离子膜为磺化聚苯乙烯-二乙烯基苯树脂。
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