一种车用燃料电池冷却系统去离子器的制作方法

1.本实用新型属于车载设备技术领域，具体涉及一种车用燃料电池冷却系统去离子器。


背景技术：

2.质子交换膜燃料电池是一种将氢气和氧气的化学反应转化为电能的装置，在转化的过程中伴随着热量的产生，这些产生的热量不及时散出将导致燃料电池电堆温度过高，进而影响燃料电池电堆的寿命，严重情况会导致电堆直接损坏。为保持燃料电池电堆在一定的温度(60～80℃)下稳定工作，燃料电池冷却系统通过冷却液在电堆内部的循环，将燃料电池化学反应产生的热量传导给冷却液，最终在散热器内进行热交换将热量散到外部环境当中。燃料电池冷却系统的零部件在运行过程中会伴随离子析出,导致冷却液电导率上升。燃料电池系统在正常运行过程中是一种带有高压电的装置，冷却液的电导率上升使得燃料电池的绝缘值降低，进而会触发电安全问题。因此在燃料电池冷却系统中通常都设置有去离子器，其内部的树脂能够交换冷却液中的离子从而降低冷却液的电导率。去离子器内部树脂的基本单元一般为直径小于1mm的颗粒，当冷却液流经这些颗粒时，冷却液中的阴阳离子会被去离子器内部树脂所吸附，从而达到降低冷却液电导率的目的。为了防止树脂漏出，去离子器内部树脂一般是被一层滤网所包裹。随着燃料电池行业的快速发展，对系统性能要求不断提高，需要更大流量的冷却液进入去离子器进行离子交换，进而导致对冷却系统运行压力要求提高，这样会使得去离子器在一个更高的运行压力下工作。通过去离子器的压力过高，会产生去离子器滤网损坏风险，以下两种情况会导致去离子器滤网压力过高：首先在冷却系统不断运行过程会存在冷却系统杂质在去离子器滤网表面聚集，使得滤网在同等压力下单位面积上的应力增加；其次冷却泵在大流量下转速的突然增加，导致进入去离子器的冷却液压力过高，两者会导致滤网存在损坏可能，较大的压力会导致颗粒过滤器树脂封装滤网损坏，去离子器内部树脂颗粒通过冷却液的流动进入电堆冷却腔流道中，导致电堆内部冷却通道的堵塞，引起电堆过热问题；同时较小的树脂颗粒进入冷却泵内部，导致冷却泵在工作中叶轮产生磨损，最终导致冷却泵出现破坏。
3.现有的技术方案是在去离子器两端并联一个冷却循环支路，支路设有电磁阀控制通过并联支路的冷却液流量，进而控制通过去离子器的冷却液流量，避免大流量冷却液对去离子器封装滤网的损坏，但是这种方式会大大增加冷却系统的占用空间，同时由于增加了电磁阀及其连接管路，导致设备成本增加。


技术实现要素：

4.针对现有技术的缺陷，本实用新型提供了一种具有自动泄压功能的车用燃料电池冷却系统去离子器。为实现上述技术目的，本实用新型采取的技术方案如下：
5.一种车用燃料电池冷却系统去离子器，包括固定底座和密封连接在固定底座上的外壳体，所述外壳体上设有冷却液进水口和冷却液出水口，外壳体内腔中在冷却液进水口
和冷却液出水口之间的区域设置有树脂封装壳体，树脂封装壳体的外壁与外壳体的内壁之间设有异形密封圈，树脂封装壳体的内腔包括沿冷却液流经方向中轴线设置的中央通道和环绕所述中央通道的树脂填充腔，中央通道的侧壁设有若干分流口，中央通道侧壁与树脂填充腔之间设有分流滤网，树脂封装壳体沿冷却液流经方向的两端与所述树脂填充腔相对应的区域分别设有过滤进液口和过滤出液口，所述过滤进液口和过滤出液口处均设置有树脂封装滤网，树脂封装壳体在中央通道的两端开口，中央通道靠近冷却液进水口的一端与外壳体内腔相连通，靠近冷却液出水口的一端设置有泄压阀组件。
6.优选的，泄压阀组件包括沿中央通道轴向设置并固定连接在树脂封装壳体上的导向柱，所述导向柱上套设有弹簧和可沿导向柱移动的压板，弹簧的一端限位在导向柱上，另一端顶压在压板上，压板在弹簧张力作用下抵压在树脂封装壳体位于中央通道开口处的外表面。
7.进一步的，压板朝向弹簧的一面设置有与所述弹簧内沿形状相配合的圆形凸起。
8.优选的，弹簧为锥形弹簧，弹簧的扩口端顶压在压板。
9.优选的，外壳体的横截面为圆形，冷却液进水口设置于外壳体中轴线的端部，冷却液出水口设置于外壳体的侧壁。
10.优选的，中央通道为中空的圆筒形结构。
11.优选的，各分流口的面积沿冷却液流动方向变小。
12.优选的，树脂封装壳体固定安装在固定底座上。
13.优选的，外壳体上设置有c形缺口，固定底座上设置有c形卡槽，所述外壳体通过一c形卡簧连接固定在固定底座上。
14.与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
15.1.结构简单、占用空间小，当流经去离子器的冷却液压力过大时，可通过树脂封装壳体内部的中央通道和泄压阀组件自动调节冷却液流通压力，减小树脂封装滤网受到的冲击力，对滤网起到有效的保护作用，可有效降低设备故障率，延长设备使用寿命。
16.2.中央通道可以调节冷却液的流动路径，部分冷却液流入中央通道，再经中央通道分流到树脂滤芯，避免所有冷却液直接流经树脂封装滤网和树脂滤芯从而产生大的流阻。
17.3.泄压阀组件采用纯机械结构，可靠性能更高，设备成本更低。
18.4.外壳体和固定底座采用c形卡簧连接固定，便于拆装更换滤芯，降低了制造、维修及人工成本。
附图说明
19.图1：本实用新型的内部纵向剖面结构示意图。
20.图2：本实用新型的外部立体结构示意图。
21.图3：本实用新型树脂封装壳体端部结构示意图。
22.图4：本实用新型中泄压组件的一种结构示意图。
23.图5：本实用新型中泄压组件的另一种结构示意图。
24.各图中：1.固定底座；11.c形卡槽；12.环型密封圈；2.外壳体；21.冷却液进水口；22.冷却液出水口；23.c形缺口；3.树脂封装壳体；31.中央通道；32.树脂填充腔；33.分流
口；34.分流滤网；35.过滤进液口；36.过滤出液口；37.树脂封装滤网；4.异形密封圈；5.泄压阀组件；51.导向柱；52.弹簧；53.压板；54.圆形凸起；55.导向柱支架；6.c形卡簧。
具体实施方式
25.下面将结合附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
26.一种车用燃料电池冷却系统去离子器，参照图1和图2所示，包括固定底座1和密封连接在固定底座1上的外壳体2，固定底座1与外壳2之间的密封可以通过加装密封垫或环形密封圈12等方式，其目的是为了防止冷却液外泄。外壳体2上设置有冷却液进水口21和冷却液出水口22，外壳体2的内腔中在冷却液进水口21和冷却液出水口22之间的区域设置有树脂封装壳体3，在一种优选实施例中，树脂封装壳体3固定连接在固定底座1上，进行滤芯更换时拆装更加方便，此外也可连接在外壳体2的内壁上。树脂封装壳体3的外壁和外壳体2的内壁之间设置有异形密封圈4，异形密封圈4的作用是防止冷却液从树脂封装壳体3之外的区域流过，确保冷却液由树脂封装壳体3腔内流通,在具体的应用中，异形密封圈4环绕树脂封装壳体3设置，外壳体2的内壁和树脂封装壳体3外壁分别设有与异形密封圈4形状相配合的密封槽，在进行树脂封装壳体3安装时，异型密封圈4卡嵌在密封槽中，起到密封效果。树脂封装壳体3的内腔包括沿沿冷却液流经方向中轴线设置的中央通道31和环绕中央通道31的树脂填充腔32，树脂填充腔32内填充有树脂颗粒，提供冷却液离子交换场所，中央通道31为分流和泄压通道，中央通道31侧壁设有若干分流口33，中央通道31的侧壁与树脂填充腔32之间设有分流滤网34，中央通道31优选中空的圆筒形结构。树脂封装壳体3沿冷却液流经方向的两端与树脂填充腔32相对应的区域分别设有过滤进液口35和过滤出液口36，所述过滤进液口35和过滤出液口36处均设有树脂封装滤网37，树脂封装壳体3端部的结构参照图3所示，在具体结构中，树脂封装壳体3可以由上壳体和下壳体两部分组成，两个壳体之间密封连接，过滤进液口35和过滤出液口36分别设置在上壳体和下壳体上。树脂封装壳体3在中央通道31的两端开口，中央通道31在靠近冷却液进水口21的一端与外壳体2内腔相连通，在靠近冷却液出水口22的一端设有泄压阀组件5。
27.该去离子器的工作过程和原理如下：冷却液由冷却液进水口21流入外壳体2内腔，部分冷却液由树脂封装滤网37进入树脂封填充腔32，部分冷却液进入中央通道31。当冷却液压力较低时，泄压阀组件5关闭，进入中央通道31的冷却液通过分流口33和分流滤网34进入树脂填充腔32，冷却液在树脂填充腔32内与树脂颗粒进行离子交换，并经另一端的树脂封装滤网37流出树脂封装壳体3，之后经冷却液出水口22流出外壳体2；当冷却液压力增高，大于泄压阀组件5临界压力时，泄压阀组件5开启，部分冷却液不流经树脂填充腔32进行离子交换，直接经由中央通道31和泄压阀组件5流出树脂封装壳体3，流经树脂封装滤网37的冷却液流量减小，压力变低，对树脂封装滤网37起到有效的保护作用。由于冷却系统零部件离子的析出是一个缓慢的过程，只要满足对一定量的冷却液进行离子交换就可保证去离子效果，同时导致冷却液流量过大的高功率状态通常不会持续太长时间，因此，牺牲部分冷却液的离子交换过程，并不会对去离子器整体的工作效果造成影响，但可有效避免树脂封装
滤网37损坏导致树脂泄漏，避免对电堆、循环水泵等零部件破坏造成大的经济损失，具有积极的现实意义。相较于现有技术，本实用新型所提供的去离子器具有的有益效果在于：结构简单、占用空间小，当流经去离子器的冷却液压力过大时，可通过树脂封装壳体3内部的中央通道31和泄压阀组件5自动调节冷却液流通压力，减小树脂封装滤网37受到的冲击力，对滤网起到有效的保护作用，可有效降低设备故障率，延长设备使用寿命；中央通道31可以调节冷却液的流动路径，部分冷却液流入中央通道31，再经中央通道31分流到树脂滤芯，避免所有冷却液直接流经树脂封装滤网37和树脂滤芯从而产生大的流阻。
28.在一种优选实施例中，参照图4、图5所示，泄压阀组件5为纯机械结构的弹簧式泄压阀，包括沿中央通道31轴向设置并固定连接在树脂封装壳体3上的导向柱51，导向柱51可通过固定设置在树脂封装壳体3上的导向柱支架55进行连接，导向柱51上套设有弹簧52和可沿导向柱51移动的压板53，弹簧52的一端限位在导向柱51上，弹簧52的限位可以通过在导向柱51上设置卡槽或限位卡块等方式实现，弹簧52的另一端顶压在压板53上，压板53在弹簧52张力作用下抵压在树脂封装壳体3位于中央通道31开口处的外表面，压板53与树脂封装壳体3的接触面相互配合，当压板53压紧在树脂封装壳体3上时，中央通道31朝向冷却液出水口22一端的开口被封闭，当冷却液压力超过弹簧52的张力时，冷却液将压板53顶起，弹簧52被压缩，部分冷却液由中央通道31开口处流出，流经树脂封装滤网37和树脂填充腔32的冷却液流量减少，压力降低。压板53沿导向柱51移动，可以在压板53中部设置圆孔套接配合在导向柱51上，参照图4所示，导向柱51和圆孔之间通过润滑脂实现密封，也可以在压板53上固定设置套接在导向柱51上的连接板，参照图5所示，均可实现压板53沿导向柱51移动。为了使弹簧52更加稳定的抵压在压板53上，在一种优选实施例中，压板53朝向弹簧52的一侧设有与弹簧52内沿形状相配合的圆形凸起54，通过圆形凸起54对弹簧52起到限位作用。弹簧52优选锥形弹簧，扩口端顶压在压板53上，在工作时的稳定性更好。泄压阀组件5采用弹簧式的纯机械结构，可靠性能更高，设备成本更低。此外，泄压阀组件5也可以为杠杆式等结构。
29.在一种优选实施例中，外壳体2为圆筒形结构，其横截面为圆形，冷却液进水口21设置于外壳体2中轴线的端部，冷却液出水口22设置于外壳体2的侧壁。冷却液沿中轴线方向流入，更容易进入中央通道31，具有更好的分流和泄压效果。
30.在泄压阀组件5关闭时，流入中央通道31的冷却液经分流口33和分流滤网34分流进入树脂填充腔32进行离子交换，在一种优选实施例中，各分流口33的面积沿冷却液流动方向变小，分流到树脂填充腔32的冷却液流量在接近中央通道31入口端较大，接近中央通道31出口端较小，冷却液在树脂填充腔32内的离子交换更加充分，可避免分流到树脂填充腔32的冷却液流量不均，影响去离子效果。
31.在一种优选实施例中，参照图2所示，外壳体2和固定底座1之间通过c形卡簧6进行连接固定，外壳体2上设置有c形缺口23，固定底座1上设置有c形卡槽11，c形卡簧6具有一定内夹的弹力，在具体应用中，c形卡簧6从外部通过外壳体2上的c形缺口23卡接在固定底座1上的c形卡槽11内，c形卡簧6的端部和弧顶部具有伸出c形缺口23范围的部分，在c形卡簧6卡接在c形卡槽11内的部分和伸出c形缺口23部分的共同作用下，将外壳体2和固定底座1固定连接在一起。该结构更加便于滤芯的拆装更换，降低了制造、维修和人工成本。
32.综上所述，该实用新型一种车用燃料电池冷却系统去离子器，能够有效解决现有
去离子器在冷却液流量压力过大时易损坏树脂封装滤网以及现有的滤网保护装置结构复杂、占用空间较大的问题，具有很高的利用价值和使用意义，可大量推广应用。
33.以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。