CN108253820A - 一种用于甲醇燃料电池的多介质换热器 - Google Patents

一种用于甲醇燃料电池的多介质换热器 Download PDF

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袁永熠
廖中亮
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    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

本发明公开了一种用于甲醇燃料电池的多介质换热器。本发明的技术方案是：一种用于甲醇燃料电池的多介质换热器，包括三种介质的扁管和水室，翅片。一根第一介质扁管和两根第二介质扁管（或甲醇扁管）焊接为一组，所述换热器可有多个扁管组。高温冷却介质和低温介质在扁管组内进行热交换。燃料电池产生的高温尾气通过翅片可与扁管内冷却介质进行热交换，在利用尾气的废热余热的同时降低尾气温度，使其达到直排要求。本发明方案能有将燃料电池系统中四种介质的热交换整合，利用高温电堆和高温尾气产生的废热余热来对电堆所需燃料进行加热，降低了燃料预热所需的耗能。换热器结构紧凑，重量较轻，换热分级，提高了燃料电池能量综合利用效率。

Description

一种用于甲醇燃料电池的多介质换热器
技术领域
本发明涉及换热器制造技术领域和燃料电池热管理系统领域，特别涉及一种用于甲醇燃料电池的多介质换热器。
背景技术
随着传统化石能源资源的日趋紧张，全球温室效应的加剧和国内环境污染问题，国家对车辆节能减排提出了新的要求，并对新能源汽车进行了大力的政策扶持。新能源汽车将逐渐取代传统燃油汽车已经成为当前的主要趋势。目前新能源汽车主要采用纯锂电池电动汽车和燃料电池加锂电池的动力配置方案。虽然电池技术近年来发展迅速，但在电池的热管理系统方面相较于国外仍处于落后。一种多介质平行流多介质换热器(CN204666000U)(CN204666001U)提出了一种实现两液体介质和一种气体介质或气液两相介质的换热器。然而对于甲醇燃料电池来说需要实现三种液体介质和一种气体介质的热交换，并且需要多级换热来实现热能综合利用，此为本发明方案所要解决的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的主要目的在于提供一种能将甲醇燃料电池冷却系统中多个换热介质进行综合热交换的小体积轻量化的热交换器，改进当前热交换器体积大效率低的缺陷，并且实现高温电堆废热利用，提高综合能源利用效率。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种用于甲醇燃料电池的多介质换热器，包括第一介质水室，第一介质扁管，第二介质水室，第二介质扁管，甲醇水室，甲醇扁管，矩形(或波浪形)翅片，三种介质进出口。三扁管通过钎焊焊接为一组，所述多介质换热器可有多个扁管组。燃料电池产生的高温尾气通过翅片可与扁管内冷却介质进行热交换，在利用尾气的废热余热的同时降低尾气温度，使其达到直排要求。
优选的，三根扁管通过钎焊或其他工艺组装为一个扁管组。
优选的，一个扁管组中的上扁管和下扁管流通第一介质，中扁管流通第二介质或甲醇，流通不同介质的扁管连接不同的水室。
优选的，第一介质和甲醇的水室通过隔板隔开也可两水室进行拼焊组装。
优选的，第一介质的换热过程为双流程分级换热。
优选的，扁管组之间焊接矩形(或波浪形)翅片，高温尾气流经翅片进行换热。
本发明相对于现有技术具有如下优点，第一介质经高温电堆内部换热温度升高后，通过换热器第一级扁管组先与甲醇进行热交换，温度略微降低后再通过换热器第二级扁管组与第二介质进行热交换，第一介质温度达到电堆冷却介质温度要求后进入电堆内部冷却的下一次循环。甲醇温度经换热器第一级热交换后温度升高，可减少燃料预热能耗。换热器一级换热不能完全吸收的热量通过二级换热中的第二介质带走，第二介质通过外部冷却循环回路进行降温。这种换热器技术方案加入了甲醇预热功能，同时散热分级，可以在保证换热效率的同时合理利用高温电堆产生的余热废热，提升整体能效比。同时本发明中换热器结构紧凑重量较轻，减少了换热器的数量，减轻了散热设备的整体重量，一定程度上提升了燃料电池的性能和续航能力。
附图说明
图1为本发明的一种用于甲醇燃料电池的多介质热交换器。
图中：1、第一介质进水室；2、第一介质扁管；3、第一介质出水室；4、甲醇出水室；5、甲醇扁管；6、甲醇进水室；7、第二介质进水室；8、第二介质出水室；9、第二介质扁管。
图2为本发明的一种用于甲醇燃料电池的多介质热交换器三视图。
图3为本发明的一种用于甲醇燃料电池的多介质热交换器结构拆分示意图。
图4为本发明的一种用于甲醇燃料电池的多介质热交换器扁管及扁管组结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种用于甲醇燃料电池的多介质换热器，包括第一介质水室，第一介质扁管，第二介质水室，第二介质扁管，甲醇水室，甲醇扁管，矩形(或波浪形)翅片，三种介质进出口。三扁管通过钎焊工艺焊接为一组，所述多介质换热器可有多个扁管组。经电堆内部换热流出的高温第一介质进入第一介质水室后流入换热器一级换热扁管组中的第一介质扁管，低温的甲醇燃料经甲醇水室流入换热器一级换热扁管组中的甲醇扁管，在一级换热扁管组中高温第一介质与甲醇溶液进行热交换，使甲醇溶液升温，同时高温第一介质降温。经过一级降温后的第一介质经水室开始第二流程进入换热器二级换热扁管组。同时低温第二介质经第二介质水室流入二级换热扁管组与第一介质进行热交换，进一步降低第一介质的温度，使其满足燃料电池电堆内部冷却循环的介质温度要求。降温后的低温第一介质通过出口回到燃料电池电堆内部循环，升温后的第二介质流入外部冷却回路进行降温，降温后开始再次循环。优选的，三根扁管通过钎焊或其他工艺组装为一个扁管组。
优选的，一个扁管组中的上扁管和下扁管流通第一介质，中扁管流通第二介质或甲醇，流通不同介质的扁管连接不同的水室。
优选的，第一介质和甲醇的水室通过隔板隔开。也可以焊接两个独立的水室，本实施例不做限定。
优选的，第二介质的换热过程为双流程分级换热。一级换热为第一介质的冷却和甲醇燃料的加热，二级换热为第一介质的进一步冷却和第二介质的升温。
优选的，扁管组之间焊接矩形(或波浪形)翅片，高温尾气流经翅片进行换热。高温电堆工作产生的高温尾气可通过导风装置进入换热器，通过扁管组直接的翅片与甲醇和第二介质进行热交换，降低尾气温度，使其达到直排要求，可有效改善在燃料电池车辆的电池舱积热现象。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于甲醇燃料电池的多介质换热器，其特征在于：所述换热器实现四种介质之间的综合热交换，其结构包括第一介质水室，第一介质扁管，第二介质水室，第二介质扁管，甲醇水室，甲醇扁管，矩形（或波浪形）翅片，三种介质进出口。
2.根据权利要求1所述的一种用于甲醇燃料电池的多介质换热器，其特征在于：三根扁管通过钎焊或其他工艺组装为一个扁管组。
3.根据权利要求1所述的一种用于甲醇燃料电池的多介质换热器，其特征在于：一个扁管组中的上扁管和下扁管流通第二介质或甲醇，中扁管流通第一介质，流通不同介质的扁管连接不同的水室。
4.根据权利要求1所述的一种用于甲醇燃料电池的多介质换热器，其特征在于：第一介质和甲醇的水室通过隔板隔开也可将两个水室拼焊。
5.根据权利要求1所述的一种用于甲醇燃料电池的多介质换热器，其特征在于：第一介质的换热过程为双流程分级换热。
6.根据权利要求1所述的一种用于甲醇燃料电池的多介质换热器，其特征在于：扁管组之间焊接矩形（或波浪形）翅片，高温尾气流经翅片进行换热。
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