CN112713285B - 一种氢燃料电池温度调控装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氢燃料电池温度调控装置，涉及氢燃料电池用温度控制装置技术领域。为解决目前市面上的氢燃料电池温度调控装置大多只着眼于氢燃料电池的工作温度，从而造成氢燃料电池性能未充分发挥的问题。所述氢燃料电池的一侧设置有氢气加热除湿机构，所述氢燃料电池的另一侧设置有氧气加热除湿机构，所述氢气加热除湿机构的进气端设置有氢气管，所述氢气加热除湿机构的出气端设置有氢气进气管，所述氢气进气管的中间位置处设置有氢气回流阀，所述氢气回流阀的一侧密封连接有氢气回流管，所述氧气加热除湿机构的进气端设置有氧气管，所述氧气加热除湿机构的出气端设置有氧气进气管，所述氢燃料电池下方的一侧设置有吸热机构。

Description

一种氢燃料电池温度调控装置
技术领域
本发明涉及氢燃料电池用温度控制装置技术领域，具体为一种氢燃料电池温度调控装置。
背景技术
氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置。其基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极。氢燃料电池严格地说是一种发电装置，像发电厂一样，是把化学能直接转化为电能的电化学发电装置。氢燃料电池的温度调控装置是将电堆反应生成的热量排出装置外，使电堆维持在适当的温度区间工作。目前燃料电池的技术难点之一是燃料电池放热电化学反应产生的散热问题。从氢燃料电池温度调控装置从组成来看，又主要由水泵、节温器、去离子器、中冷器、水暖PTC、冷却模块及冷却管路等不同部分组成。
氢燃料电池的运行时具有电池的工作温度、阴极气体的加湿温度和阳极气体的加湿温度三个参数，同时并不是保持运行温度越低工作效率越高，而是将三种温度保持在一定区间时，氢燃料电池的性能才能更好的发挥，但目前市面上的氢燃料电池温度调控装置大多只着眼于氢燃料电池的工作温度，从而造成氢燃料电池性能未充分发挥，因此市场上急需一种氢燃料电池温度调控装置来解决这些问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氢燃料电池温度调控装置，以解决上述背景技术中提出目前市面上的氢燃料电池温度调控装置大多只着眼于氢燃料电池的工作温度，从而造成氢燃料电池性能未充分发挥的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种氢燃料电池温度调控装置，包括氢燃料电池，所述氢燃料电池的一侧设置有氢气加热除湿机构，所述氢燃料电池的另一侧设置有氧气加热除湿机构，所述氢气加热除湿机构的进气端设置有氢气管，所述氢气加热除湿机构的出气端设置有氢气进气管，所述氢气进气管的中间位置处设置有氢气回流阀，所述氢气回流阀的一侧密封连接有氢气回流管，且氢气回流管的另一端与氢气管密封连接，所述氧气加热除湿机构的进气端设置有氧气管，所述氧气加热除湿机构的出气端设置有氧气进气管，所述氧气进气管的中间位置处设置有氧气回流阀，所述氧气回流阀的一侧密封连接氧气回流管，且氧气回流管的另一端与氧气管密封连接，所述氧气回流管靠近氧气管的一端和氢气回流管靠近氢气管的一端均设置有单向阀，所述氢燃料电池下方的一侧设置有吸热机构。
优选的，所述吸热机构的一侧设置有换热器，所述换热器与氢燃料电池之间通过冷却液出液管密封连接，且吸热机构位于冷却液出液管的中间位置处，所述换热器的下方设置有水泵，且水泵与换热器之间通过换热器出液管密封连接，所述水泵的一侧设置有水箱，所述水箱上方的一侧设置有冷却液过滤机构，且冷却液过滤机构与水箱之间通过水箱出液管密封连接，所述冷却液过滤机构与氢燃料电池之间通过冷却液进液管密封连接。
优选的，所述氢燃料电池包括氢燃料电池壳体、氢气槽、催化剂块、冷却液板、离子交换膜、氧气槽、氢气出气管和出水管，所述氢燃料电池壳体内部的一侧设置有氢气槽，且氢燃料电池壳体内部的另一侧设置有氧气槽，所述氢气槽和氧气槽靠近氢燃料电池中心位置处均设置有催化剂块，两个所述催化剂块之间设置有冷却液板和离子交换膜，所述冷却液板与离子交换膜之间间隔设置，所述冷却液板的上端与冷却液进液管密封连接，且冷却液板的下端与冷却液出液管密封连接，所述氢气槽的上端与氢气进气管密封连接，且氢气槽的下端与氢气出气管密封连接，所述氧气槽的上端与氧气进气管密封连接，且氧气槽的下端与出水管密封连接。
优选的，所述氢燃料电池的两端对称设置有散热板，所述氢燃料电池两端的上方和下方均固定安装有热驱动风扇，且热驱动风扇位于散热板的上方和下方。
优选的，所述氢气加热除湿机构和氧气加热除湿机构的内部均设置有引导槽，且引导槽与氢气管或氧气管密封连接，所述引导槽的内部设置有加热加湿槽，所述加热加湿槽的内部设置有排气管，所述加热加湿槽的下端一侧密封连接有进水管，所述加热加湿槽与排气管之间设置有两个加热机构，两个所述加热机构之间设置有第一温度传感器，且第一温度传感器固定于加热加湿槽内壁。
优选的，所述加热机构的下方和排气管的内部均设置有加湿膜，所述加热加湿槽下端的内部对称设置有雾化机构，所述加热加湿槽一侧的内壁设置有水位开关，所述排气管上端的内壁对称固定设置有湿度传感器和第二温度传感器。
优选的，所述吸热机构包括连接座、分水槽、换热座、换热槽、半导体制冷片和集水槽，且连接座分别位于换热座的两侧，一侧所述连接座的内部设置有分水槽，且另一侧所述连接座的内部设置有集水槽，所述集水槽与分水槽之间设置有若干个换热槽，所述换热槽下端的内壁固定设置有五个半导体制冷片，且五个半导体制冷片依次分布，所述半导体制冷片与热驱动风扇电性连接。
优选的，所述换热槽位于换热座的内部，且若干个换热槽依次分布。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明通过设置氢气加热除湿机构和氧气加热除湿机构分别对氧气和氢气的温度和湿度进行调节，同时通过第二温度传感器和湿度传感器对其进行检测，让温度和湿度未达到标准时，便通过氧气回流管和氢气回流管让其重新输入氢气管和氢气管中进行再次处理，同时实现了对氧气的加湿温度和氢气的加湿温度进行调控，解决了目前市面上的氢燃料电池温度调控装置大多只着眼于氢燃料电池的工作温度，从而造成氢燃料电池性能未充分发挥的问题。
2.本发明通过设置吸热机构让冷却液在其内部分流，此时通过半导体制冷片对分流后的冷却液进行换热，通过半导体制冷片两端的温差发生了塞贝克效应从而产生出电流，通过产生的电流对热驱动风扇进行驱动，从而实现了对氢燃料电池的降温，实现了热量的再利用，让降温作业变得更加绿色环保。
附图说明
图1为本发明的结构图；
图2为本发明氢燃料电池的结构图；
图3为本发明氧气加热除湿机构的结构图；
图4为本发明吸热机构的结构图；
图5为本发明氢燃料电池的俯视图。
图中：1、氢燃料电池；2、氢气管；3、氢气加热除湿机构；4、氢气进气管；5、氢气回流管；6、氢气回流阀；7、单向阀；8、氧气管；9、氧气加热除湿机构；10、氧气进气管；11、氧气回流管；12、氧气回流阀；13、冷却液出液管；14、吸热机构；15、换热器；16、换热器出液管；17、水泵；18、；19、水箱出液管；20、冷却液过滤机构；21、冷却液进液管；22、氢燃料电池壳体；23、氢气槽；24、催化剂块；25、冷却液板；26、离子交换膜；27、氧气槽；28、氢气出气管；29、出水管；30、引导槽；31、加热加湿槽；32、加热机构；33、第一温度传感器；34、加湿膜；35、雾化机构；36、水位开关；37、进水管；38、连接座；39、分水槽；40、换热座；41、换热槽；42、半导体制冷片；43、集水槽；44、散热板；45、热驱动风扇；46、排气管；47、湿度传感器；48、第二温度传感器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
请参阅图1-5，本发明提供的一种实施例：一种氢燃料电池温度调控装置，包括氢燃料电池1，氢燃料电池1的一侧设置有氢气加热除湿机构3，氢燃料电池1的另一侧设置有氧气加热除湿机构9，氧气加热除湿机构9用于增加氧气的温度和湿度，氢气加热除湿机构3的进气端设置有氢气管2，氢气加热除湿机构3用于增加氢气的温度和湿度，从而提高氢燃料电池性能，氢气加热除湿机构3的出气端设置有氢气进气管4，氢气进气管4的中间位置处设置有氢气回流阀6，氢气回流阀6的一侧密封连接有氢气回流管5，且氢气回流管5的另一端与氢气管2密封连接，氧气加热除湿机构9的进气端设置有氧气管8，氧气加热除湿机构9的出气端设置有氧气进气管10，氧气进气管10的中间位置处设置有氧气回流阀12，氧气回流阀12的一侧密封连接氧气回流管11，且氧气回流管11的另一端与氧气管8密封连接，氧气回流管11靠近氧气管8的一端和氢气回流管5靠近氢气管2的一端均设置有单向阀7，氢燃料电池1下方的一侧设置有吸热机构14，吸热机构14用于吸取冷却液的热量从而驱动热驱动风扇45对氢燃料电池1进行风冷散热，氢气加热除湿机构3和氧气加热除湿机构9的内部均设置有引导槽30，引导槽30的内部设置有加热加湿槽31，加热加湿槽31的内部设置有排气管46，两个加热机构32之间设置有第一温度传感器33，且第一温度传感器33固定于加热加湿槽31内壁，，排气管46上端的内壁对称固定设置有湿度传感器47和第二温度传感器48，吸热机构14包括连接座38、分水槽39、换热座40、换热槽41、半导体制冷片42和集水槽43，换热槽41下端的内壁固定设置有五个半导体制冷片42，且五个半导体制冷片42依次分布，半导体制冷片42与热驱动风扇45电性连接。
进一步，吸热机构14的一侧设置有换热器15，换热器15与氢燃料电池1之间通过冷却液出液管13密封连接，且吸热机构14位于冷却液出液管13的中间位置处，换热器15的下方设置有水泵17，且水泵17与换热器15之间通过换热器出液管16密封连接，水泵17的一侧设置有水箱18，水箱18上方的一侧设置有冷却液过滤机构20，且冷却液过滤机构20与水箱18之间通过水箱出液管19密封连接，冷却液过滤机构20与氢燃料电池1之间通过冷却液进液管21密封连接，通过各装置的设置实现了冷却液的冷却和流通。
进一步，氢燃料电池1包括氢燃料电池壳体22、氢气槽23、催化剂块24、冷却液板25、离子交换膜26、氧气槽27、氢气出气管28和出水管29，氢燃料电池壳体22内部的一侧设置有氢气槽23，且氢燃料电池壳体22内部的另一侧设置有氧气槽27，氢气槽23和氧气槽27靠近氢燃料电池1中心位置处均设置有催化剂块24，两个催化剂块24之间设置有冷却液板25和离子交换膜26，冷却液板25与离子交换膜26之间间隔设置，冷却液板25的上端与冷却液进液管21密封连接，且冷却液板25的下端与冷却液出液管13密封连接，氢气槽23的上端与氢气进气管4密封连接，且氢气槽23的下端与氢气出气管28密封连接，氧气槽27的上端与氧气进气管10密封连接，且氧气槽27的下端与出水管29密封连接，通过格结构的设置实现了氢燃料电池的发电作业。
进一步，氢燃料电池1的两端对称设置有散热板44，氢燃料电池1两端的上方和下方均固定安装有热驱动风扇45，且热驱动风扇45位于散热板44的上方和下方，上下的设置的热驱动风扇45吹动方向相同，从而有效提高对散热板44的降温。
进一步，引导槽30与氢气管2或氧气管8密封连接，加热加湿槽31的下端一侧密封连接有进水管37，加热加湿槽31与排气管46之间设置有两个加热机构32，通过第一温度传感器33对上方加热机构32加温后的气体温度进行检测，便于对下方加热机构32的功率进行灵活调节，从而高效的对气体进行加温。
进一步，加热机构32的下方和排气管46的内部均设置有加湿膜34，加热加湿槽31下端的内部对称设置有雾化机构35，加热加湿槽31一侧的内壁设置有水位开关36，排气管46上端的内壁对称固定设置有湿度传感器47和第二温度传感器48，通过雾化机构35将水进行汽化，通过加湿膜34增加了气体与雾气的接触，通过湿度传感器47对气体的湿度进行检测，通过第二温度传感器48对处理后的气体温度进行检测。
进一步，连接座38分别位于换热座40的两侧，一侧连接座38的内部设置有分水槽39，且另一侧连接座38的内部设置有集水槽43，集水槽43与分水槽39之间设置有若干个换热槽41，通过各结构的设置实现了半导体制冷片42与冷却液之间的换热，从而实现了热量的再利用。
进一步，换热槽41位于换热座40的内部，且若干个换热槽41依次分布，通过依次设置的换热槽41对冷却液进行分流，便于充分的吸收冷却液的热量。
工作原理：使用时，氢气通过氢气管2进入氢气加热除湿机构3的引导槽30内，通过引导槽30的引导进入加热加湿槽31的内部，此时加热加湿槽31内上方的加热机构32对氢气进行加热，加热后的氢气向下流动，此时第一温度传感器33对氢气温度进行检测，从而调节下方加热机构32的加热率，通过雾化机构35将加热加湿槽31底部的水进行雾化，被加湿膜34吸收，氢气穿过加湿膜34时增加了氢气的湿度，处理后的氢气通过排气管46的引导流入氢气进气管4，湿度传感器47对排出气体的湿度进行检测，第二温度传感器48对排出气体的温度进行检测，当处理的氢气温度和湿度不够时，可以通过氢气回流阀6让氢气通过氢气回流管5回流，从而进行重新处理，温度和湿度满足要求的氢气通过氢气进气管4进入氢燃料电池1，同时氧气也通过氧气管8进入氧气加热除湿机构9，通过加热机构32进行加热，通过加湿膜34进行加湿，让氧气温度和湿度不够时，可通过氧气回流阀12让氧气通过氧气回流管11回流，温度和湿度满足要求的氢气通过氢气进气管4进入氢燃料电池1，从而实现了对氧气的加湿温度和氢气的加湿温度进行调控，让氢燃料电池性能可以充分发挥，冷却液通过水泵17的驱动，从水箱18的内部通过水箱出液管19进入冷却液过滤机构20内进行过滤，再通过冷却液进液管21进入氢燃料电池1的氧气槽27内，对氢燃料电池1进行降温，吸热后的冷却液通过冷却液出液管13排除，进入吸热机构14的内部，通过分水槽39将冷却液分流入换热槽41的内部，通过换热槽41下端设置的半导体制冷片42的冷端对冷却液的热量进行吸取，半导体制冷片42吸取热量之后由于，半导体制冷片42热端接触空气，通过温度的差异发生了塞贝克效应从而产生出电流，通过该电流对热驱动风扇45进行连接，从而实现对热驱动风扇45的驱动，实现了热量的再利用，既能对氢燃料电池1进行散热，又无需连接额外电源，实现了清洁能源的使用。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (8)

1.一种氢燃料电池温度调控装置，包括氢燃料电池（1），其特征在于：所述氢燃料电池（1）的一侧设置有氢气加热除湿机构（3），所述氢燃料电池（1）的另一侧设置有氧气加热除湿机构（9），所述氢气加热除湿机构（3）的进气端设置有氢气管（2），所述氢气加热除湿机构（3）的出气端设置有氢气进气管（4），所述氢气进气管（4）的中间位置处设置有氢气回流阀（6），所述氢气回流阀（6）的一侧密封连接有氢气回流管（5），且氢气回流管（5）的另一端与氢气管（2）密封连接，所述氧气加热除湿机构（9）的进气端设置有氧气管（8），所述氧气加热除湿机构（9）的出气端设置有氧气进气管（10），所述氧气进气管（10）的中间位置处设置有氧气回流阀（12），所述氧气回流阀（12）的一侧密封连接氧气回流管（11），且氧气回流管（11）的另一端与氧气管（8）密封连接，所述氧气回流管（11）靠近氧气管（8）的一端和氢气回流管（5）靠近氢气管（2）的一端均设置有单向阀（7），所述氢燃料电池（1）下方的一侧设置有吸热机构（14），所述氢气加热除湿机构（3）和氧气加热除湿机构（9）的内部均设置有引导槽（30），所述引导槽（30）的内部设置有加热加湿槽（31），所述加热加湿槽（31）的内部设置有排气管（46），两个加热机构（32）之间设置有第一温度传感器（33），且第一温度传感器（33）固定于加热加湿槽（31）内壁，所述排气管（46）上端的内壁对称固定设置有湿度传感器（47）和第二温度传感器（48），所述吸热机构（14）包括连接座（38）、分水槽（39）、换热座（40）、换热槽（41）、半导体制冷片（42）和集水槽（43），所述换热槽（41）下端的内壁固定设置有五个半导体制冷片（42），且五个半导体制冷片（42）依次分布，所述半导体制冷片（42）与热驱动风扇（45）电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池温度调控装置，其特征在于：所述吸热机构（14）的一侧设置有换热器（15），所述换热器（15）与氢燃料电池（1）之间通过冷却液出液管（13）密封连接，且吸热机构（14）位于冷却液出液管（13）的中间位置处，所述换热器（15）的下方设置有水泵（17），且水泵（17）与换热器（15）之间通过换热器出液管（16）密封连接，所述水泵（17）的一侧设置有水箱（18），所述水箱（18）上方的一侧设置有冷却液过滤机构（20），且冷却液过滤机构（20）与水箱（18）之间通过水箱出液管（19）密封连接，所述冷却液过滤机构（20）与氢燃料电池（1）之间通过冷却液进液管（21）密封连接。
3.根据权利要求2所述的一种氢燃料电池温度调控装置，其特征在于：所述氢燃料电池（1）包括氢燃料电池壳体（22）、氢气槽（23）、催化剂块（24）、冷却液板（25）、离子交换膜（26）、氧气槽（27）、氢气出气管（28）和出水管（29），所述氢燃料电池壳体（22）内部的一侧设置有氢气槽（23），且氢燃料电池壳体（22）内部的另一侧设置有氧气槽（27），所述氢气槽（23）和氧气槽（27）靠近氢燃料电池（1）中心位置处均设置有催化剂块（24），两个所述催化剂块（24）之间设置有冷却液板（25）和离子交换膜（26），所述冷却液板（25）与离子交换膜（26）之间间隔设置，所述冷却液板（25）的上端与冷却液进液管（21）密封连接，且冷却液板（25）的下端与冷却液出液管（13）密封连接，所述氢气槽（23）的上端与氢气进气管（4）密封连接，且氢气槽（23）的下端与氢气出气管（28）密封连接，所述氧气槽（27）的上端与氧气进气管（10）密封连接，且氧气槽（27）的下端与出水管（29）密封连接。
4.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池温度调控装置，其特征在于：所述氢燃料电池（1）的两端对称设置有散热板（44），所述氢燃料电池（1）两端的上方和下方均固定安装有热驱动风扇（45），且热驱动风扇（45）位于散热板（44）的上方和下方。
5.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池温度调控装置，其特征在于：所述引导槽（30）与氢气管（2）或氧气管（8）密封连接，所述加热加湿槽（31）的下端一侧密封连接有进水管（37），所述加热加湿槽（31）与排气管（46）之间设置有两个加热机构（32）。
6.根据权利要求5所述的一种氢燃料电池温度调控装置，其特征在于：所述加热机构（32）的下方和排气管（46）的内部均设置有加湿膜（34），所述加热加湿槽（31）下端的内部对称设置有雾化机构（35），所述加热加湿槽（31）一侧的内壁设置有水位开关（36）。
7.根据权利要求4所述的一种氢燃料电池温度调控装置，其特征在于：所述连接座（38）分别位于换热座（40）的两侧，一侧所述连接座（38）的内部设置有分水槽（39），且另一侧所述连接座（38）的内部设置有集水槽（43），所述集水槽（43）与分水槽（39）之间设置有若干个换热槽（41）。
8.根据权利要求7所述的一种氢燃料电池温度调控装置，其特征在于：所述换热槽（41）位于换热座（40）的内部，且若干个换热槽（41）依次分布。
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