CN113517455A - 一种燃料电池的中冷加湿集成总成装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池的中冷加湿集成总成装置，涉及氢燃料电池供气系统技术领域；为了解决减少燃料电池系统体积的问题；包括中冷器壳体和加湿器壳体，所述中冷器壳体内部设置有散热芯体，中冷器壳体顶部外壁开设有冷却出水口和冷却进水口，中冷器壳体一侧外壁开设有中冷进气口，中冷器壳体与中冷进气口相对的一侧外壁开设有出气口。本发明的燃料电池的中冷加湿集成总成体积紧凑，减少燃料电池系统体积，布置便利；燃料电池的中冷加湿集成总成减少了中冷器及加湿器之间的管路，减少了管路中的阻力；提高燃料电池系统反应效率；采用燃料电池的中冷加湿集成总成装置，集冷却、加湿两大功能于一体，减少零部件，降低成本。

Description

一种燃料电池的中冷加湿集成总成装置
技术领域
本发明涉及氢燃料电池供气系统技术领域，尤其涉及一种燃料电池的中冷加湿集成总成装置。
背景技术
氢燃料电池系统(Hydrogen Fuel Cell System)，利用氢气和氧气的电化学反应，产生电能、水、热量的装置；氢气通过燃料电池的正极当中的催化剂(通常为铂)分解成电子和氢离子(质子)；其中质子通过质子交换膜(Proton Exchange Membrane)到达负极和氧气反应变成水和热量，质子膜需要在湿润状态下才能正常地传输氢质子；目前通常需要采用外部增湿辅助系统对进入燃料电池组内部的反应气体进行加湿处理来保持质子交换膜的水含量。
中冷器是氢燃料进气系统的重要组成部分，氢燃料空气压气机在工作过程中对进入管路的空气进行压缩，空气分子势能转化为内能，温度升高，为了降低燃料电池进口空气的温度，保证其在合适的反应温度范围内，需要通过中冷器冷却从压气机进入燃料电池组的空气。
现有技术中，加湿器及中冷器需要单独进行布置，中间通过软管进行连接，占用空间体积比较多，不利于燃料电池系统集成化布置，同时气体在管路中流通增加阻力，影响燃料电池工作效率。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种燃料电池的中冷加湿集成总成装置。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种燃料电池的中冷加湿集成总成装置，包括中冷器壳体和加湿器壳体，所述中冷器壳体内部设置有散热芯体，中冷器壳体顶部外壁开设有冷却出水口和冷却进水口，中冷器壳体一侧外壁开设有中冷进气口，中冷器壳体与中冷进气口相对的一侧外壁开设有出气口，加湿器壳体一侧外壁开设有进气口，出气口与进气口通过密封圈相连通；所述加湿器壳体内部设有增湿单元-中空纤维膜，加湿器壳体底部外壁开设有湿气进口和湿气出口，加湿器壳体相对于进气口的一侧外壁开设有加湿器出气口。
优选的：所述中冷器壳体采用铝合金材质，加湿器壳体采用PE塑料(聚乙烯)。
进一步的：所述中冷器壳体内部的散热芯体为板翅式翅片。
作为本发明一种优选的方案：所述中冷器壳体底部外壁开设有空气旁通口。
作为本发明进一步的方案：所述空气旁通口内形成有空气旁通流道。
作为本发明再进一步的方案：所述中冷进气口和加湿器出气口中间形成有空气主流道。
在前述方案的基础上：所述冷却出水口和冷却进水口形成有中冷散热流道。
在前述方案的基础上：所述湿气进口和湿气出口形成有增湿流道。
在前述方案的基础上：所述中冷器壳体(21)及加湿器壳体(22)对接面分别设有密封单元。
在前述方案的基础上：所述密封单元外壁开设有安装孔，两个密封单元上的相对应的安装孔分别通过螺栓相连接。
本发明的有益效果为：
1.一种燃料电池的中冷加湿集成总成装置，该燃料电池的中冷加湿集成总成体积紧凑，减少燃料电池系统体积，布置便利；燃料电池的中冷加湿集成总成减少了中冷器及加湿器之间的管路，减少了管路中的阻力；提高燃料电池系统反应效率；采用燃料电池的中冷加湿集成总成装置，集冷却、加湿两大功能于一体，减少零部件，降低成本。
2.一种燃料电池的中冷加湿集成总成装置，通过设置有板翅式翅片，提高传热效率，同时提高中冷器壳体的强度和承压能力。
3.一种燃料电池的中冷加湿集成总成装置，通过设置有空气主流道，经过空压机压缩后的高温空气经过中冷进气口进入，经过中冷器热交换模块-散热芯体的热交换，空气冷却后大部分沿空气主流道流通，部分沿空气旁通流道流通。
4.一种燃料电池的中冷加湿集成总成装置，通过设置有空气旁通口，为调节进入燃料电池内的空气主流道中的空气加湿量，特从空气旁通流道引入干燥的空气，实现对空气湿度的调节；加湿器增湿单元-中空纤维膜中的增湿水则来自于氢燃料电池反应后湿度饱和气体通过湿气出口及湿气进口中的增湿流道获得。
5.一种燃料电池的中冷加湿集成总成装置，该燃料电池的中冷加湿集成总成装置的固定通过密封单元上的安装孔进行安装布置。
附图说明
图1是本发明提出的一种燃料电池的中冷加湿集成总成装置的主视结构示意图；
图2是本发明提出的一种燃料电池的中冷加湿集成总成装置的工作原理示意图；
图3是本发明提出的一种燃料电池的中冷加湿集成总成装置的安装孔结构示意图。
图中：1中冷进气口、101空气主流道、102空气旁通流道、103中冷散热流道、104增湿流道、2空气旁通口、21中冷器壳体、22加湿器壳体、3冷却出水口、4冷却进水口、5湿气出口、6湿气进口、7加湿器出气口、8安装孔。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。
在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。
在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。
实施例1：
一种燃料电池的中冷加湿集成总成装置，如图1和2所示，包括中冷器壳体21和加湿器壳体22，所述中冷器壳体21内部设置有散热芯体，中冷器壳体21顶部外壁开设有冷却出水口3和冷却进水口4，中冷器壳体21一侧外壁开设有中冷进气口1，中冷器壳体21与中冷进气口1相对的一侧外壁开设有出气口，加湿器壳体22一侧外壁开设有进气口，出气口与进气口通过密封圈相连通；所述加湿器壳体22内部设有增湿单元-中空纤维膜，加湿器壳体22底部外壁开设有湿气进口6和湿气出口5，加湿器壳体22相对于进气口的一侧外壁开设有加湿器出气口7；该燃料电池的中冷加湿集成总成体积紧凑，减少燃料电池系统体积，布置便利；燃料电池的中冷加湿集成总成减少了中冷器及加湿器之间的管路，减少了管路中的阻力。提高燃料电池系统反应效率；采用燃料电池的中冷加湿集成总成装置，集冷却、加湿两大功能于一体，减少零部件，降低成本。
为了解决提高传热效率的问题；如图1和2所示，所述中冷器壳体21采用铝合金材质，加湿器壳体22采用PE塑料(聚乙烯)；中冷器壳体21内部的散热芯体为板翅式翅片；通过设置有板翅式翅片，提高传热效率，同时提高中冷器壳体21的强度和承压能力。
为了解决热交换的问题；如图1和2所示，所述中冷进气口1和加湿器出气口7中间形成有空气主流道101，冷却出水口3和冷却进水口4形成有中冷散热流道103，湿气进口6和湿气出口5形成有增湿流道104；通过设置有空气主流道101，经过空压机压缩后的高温空气经过中冷进气口1进入，经过中冷器热交换模块-散热芯体的热交换，空气冷却后大部分沿空气主流道101流通，部分沿空气旁通流道102流通。
为了解决对空气湿度的调节问题；如图1和2所示，所述中冷器壳体21底部外壁开设有空气旁通口2，空气旁通口2内形成有空气旁通流道102；通过设置有空气旁通口2，为调节进入燃料电池内的空气主流道101中的空气加湿量，特从空气旁通流道102引入干燥的空气，实现对空气湿度的调节；加湿器增湿单元-中空纤维膜中的增湿水则来自于氢燃料电池反应后湿度饱和气体通过湿气出口5及湿气进口6中的增湿流道104获得。
本实施例在使用时，经过空压机压缩后的高温空气经过中冷进气口1进入，经过中冷器热交换模块-散热芯体的热交换，空气冷却后大部分沿空气主流道101流通，部分沿空气旁通流道102流通；散热芯体的热交换由流经的空气和通过冷却出水口3及冷却进水口4内循环的冷却液进行热交换；经空气主流道101流入到加湿器内的干燥冷空气经过加湿器增湿单元-中空纤维膜对干燥的空气进行加湿处理后通过加湿器出气口7进入燃料电池组；加湿器增湿单元-中空纤维膜中的增湿水则来自于氢燃料电池反应后湿度饱和气体通过湿气出口5及湿气进口6中的增湿流道104获得；为调节进入燃料电池内的空气主流道101中的空气加湿量，特从空气旁通流道102引入干燥的空气，实现对空气湿度的调节。
实施例2：
一种燃料电池的中冷加湿集成总成装置，如图3所示，为了解决连接中冷器壳体21和加湿器壳体22的问题；本实施例在实施例1的基础上作出以下改进：所述中冷器壳体21及加湿器壳体22对接面分别设有密封单元，密封单元外壁开设有安装孔8，两个密封单元上的相对应的安装孔8分别通过螺栓相连接；燃料电池的中冷加湿集成总成装置的固定通过密封单元上的安装孔8进行安装布置。
本实施例在使用时，燃料电池的中冷加湿集成总成装置的固定通过密封单元上的安装孔8进行安装布置。
以上所述，为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内结合现有技术或公众常识，在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料电池的中冷加湿集成总成装置，包括中冷器壳体(21)和加湿器壳体(22)，其特征在于，所述中冷器壳体(21)内部设置有散热芯体，中冷器壳体(21)顶部外壁开设有冷却出水口(3)和冷却进水口(4)，中冷器壳体(21)一侧外壁开设有中冷进气口(1)，中冷器壳体(21)与中冷进气口(1)相对的一侧外壁开设有出气口，加湿器壳体(22)一侧外壁开设有进气口，出气口与进气口通过密封圈相连通；所述加湿器壳体(22)内部设有增湿单元-中空纤维膜，加湿器壳体(22)底部外壁开设有湿气进口(6)和湿气出口(5)，加湿器壳体(22)相对于进气口的一侧外壁开设有加湿器出气口(7)。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池的中冷加湿集成总成装置，其特征在于，所述中冷器壳体(21)采用铝合金材质，加湿器壳体(22)采用PE塑料(聚乙烯)。
3.根据权利要求2所述的一种燃料电池的中冷加湿集成总成装置，其特征在于，所述中冷器壳体(21)内部的散热芯体为板翅式翅片。
4.根据权利要求3所述的一种燃料电池的中冷加湿集成总成装置，其特征在于，所述中冷器壳体(21)底部外壁开设有空气旁通口(2)。
5.根据权利要求4所述的一种燃料电池的中冷加湿集成总成装置，其特征在于，所述空气旁通口(2)内形成有空气旁通流道(102)。
6.根据权利要求1所述的一种燃料电池的中冷加湿集成总成装置，其特征在于，所述中冷进气口(1)和加湿器出气口(7)中间形成有空气主流道(101)。
7.根据权利要求6所述的一种燃料电池的中冷加湿集成总成装置，其特征在于，所述冷却出水口(3)和冷却进水口(4)形成有中冷散热流道(103)。
8.根据权利要求1所述的一种燃料电池的中冷加湿集成总成装置，其特征在于，所述湿气进口(6)和湿气出口(5)形成有增湿流道(104)。
9.根据权利要求1所述的一种燃料电池的中冷加湿集成总成装置，其特征在于，所述中冷器壳体(21)及加湿器壳体(22)对接面分别设有密封单元。
10.根据权利要求9所述的一种燃料电池的中冷加湿集成总成装置，其特征在于，所述密封单元外壁开设有安装孔(8)，两个密封单元上的相对应的安装孔(8)分别通过螺栓相连接。
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