[发明专利]用于去除燃料电池汽车的冷却水中所含离子的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于从燃料电池汽车的燃料电池堆中的冷却水中去除离子的装置。本发明更特别涉及一种有效地去除燃料电池汽车的燃料电池堆中的冷却水中所含离子的装置。

背景技术

一般地，燃料电池系统作为燃料电池汽车的动力源，具有含有氢的燃料和含有氧的氧化剂。然后氢离子通过阴极中的催化反应从燃料中分离，并且将它们传输至阳极，由此通过连接到相反侧的电线移动电子管路，从而产生电力。

由于该燃料电池系统需要大的输出能力，因此该系统一般由其中具有几百个燃料电池单元堆叠作为一个连续单元的燃料电池堆来形成。燃料电池中的反应产生电力，同时产生水。附带地，在聚合物电解质膜中，在高于最佳的温度时，该膜会被融化，或者由于水的蒸发而引起氢离子传输性能的降低。如果发生这种情况，聚合物电解质膜可能导致整个系统的功率中断(例如，导致总电压输出的降低)。

在燃料电池系统中，反应时产生的水在低于燃料电池堆的最佳温度时不会被蒸发，其中过量的部分被浓缩而保持为液相。这将导致其中的阴极通道被阻塞并阻碍氧气的供给，因此会导致整个系统的功率中断。因此，有必要为了燃料电池的有效反应而保持一个最佳温度。

为此，常规的燃料电池系统提供有冷却水循环回路，普通泵在循环回路中使冷却水通过燃料电池堆而循环，并且在其中还安装有冷却器以使其保持最佳温度。然而，由于冷却水流经具有不同电压的双极板，对于具有电导性的冷却水，所产生的电流部分地流经导电的冷却水，由此消耗一些能量。

同样，在冷却水具有高电导性的情况，车辆内的电绝缘特性可能劣化从而违反乘客安全的标准。因此，有必要控制冷却水的导电性。

在这点上，常规系统公开了离子去除装置的制造，其采用在安装于冷却水管管路上的装置中填充具有收集离子能力的离子交换树脂(参见韩国专利申请号10-2008-0013354以及10-2010-0072409)。

然而，这种由树脂型填充物形成的离子去除装置允许将过量的压差施加给冷却水，因此难以将该装置直接连接至主管道。相应地，该装置应该主要地连接至支管管路，因而，由于额外的放电的产生增加了泵的电力消耗，并且增加了使全部冷却水的电导率减小到最佳水平的时间，因为仅排出流总量的一部分流经离子去除装置。

另外，上述现有技术的缺陷在于，不能响应于其所处的环境而有意地改变离子去除过程的性能，因为离子去除过程的性能是根据其中的树脂状态(resin state)来确定的。

在该背景技术部分公开的上述信息仅仅是用于提高对本发明的背景的理解，因此可能包括未构成被本领域普通技术人员所公知的现有技术的信息。

发明内容

本发明涉及一种去除燃料电池汽车的冷却水中所含离子的装置，其通过采用渗透膜和离子吸引电极来俘获冷却水中所含的离子，其中渗透膜允许离子选择性地通过，从而该装置响应于各种环境条件来改变离子去除过程的性能，同时减少泵中的电力消耗。

本发明一方面提供一种用于燃料电池汽车的冷却水离子去除装置，包括：壳体，安装在燃料电池堆的入口侧管路上以形成冷却水通过的通道；和多个阴离子渗透膜和阳离子渗透膜。多个阴离子渗透膜和阳离子渗透膜中的每个渗透膜分别安装在形成于壳体中的冷却水通道的两侧以允许冷却水中所含的阴离子和阳离子选择性地通过。此外，本发明还包括一个或多个分别布置在阴离子渗透膜和阳离子渗透膜各自后侧的浓缩液捕获元件，以收集已透过渗透膜的阴离子和阳离子。在浓缩液捕获元件各自后侧布置有至少两个或多个电极，其被配置成分别吸引冷却水中所含的阴离子和阳离子。另外，本发明还可包括用于控制电极的控制器和用于提供电力的电源，因此通过施加直流电源并吸引冷却水中所含的阳离子和阴离子来去除离子，将冷却水的电导率降低至最佳水平。

有利地，和常规的通过填充离子交换树脂形成的离子去除装置不同，因为电流很少流经冷却水，因此电流的消耗量没有那么大；而且因为水阻力也较小，因此可以将离子去除装置安装到主管上，因此由于支管所需的流率和泵的功率消耗也因此减少，电力的消耗也必将减少。

另外，在安装主管的情况下，管和使管分支所需的支架的数量也会减少，即使在使用支管时泵的功率消耗也会减少。

第三，由于根据本发明的离子去除装置能够响应于环境的改变来改变离子去除过程的性能，因此离子去除装置可根据可变的环境而突然地提高离子去除处理的性能。即使在流进制冷器的流率突然地增加并且燃料电池堆入口的电导率也突然地增加的情况下，上述优点仍然有效。

附图说明