CN114566674A - 一种电堆氢气入口加热结构 - Google Patents

一种电堆氢气入口加热结构 Download PDF

Info

Publication number
CN114566674A
CN114566674A CN202210120959.3A CN202210120959A CN114566674A CN 114566674 A CN114566674 A CN 114566674A CN 202210120959 A CN202210120959 A CN 202210120959A CN 114566674 A CN114566674 A CN 114566674A
Authority
CN
China
Prior art keywords
hydrogen
heating structure
inlet
stack
structure according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210120959.3A
Other languages
English (en)
Inventor
李国全
沈萍
宋盛
甘全全
戴威
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Shenli Technology Co Ltd
Original Assignee
Shanghai Shenli Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Shenli Technology Co Ltd filed Critical Shanghai Shenli Technology Co Ltd
Priority to CN202210120959.3A priority Critical patent/CN114566674A/zh
Publication of CN114566674A publication Critical patent/CN114566674A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04029—Heat exchange using liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04067—Heat exchange or temperature measuring elements, thermal insulation, e.g. heat pipes, heat pumps, fins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04225—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during start-up
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04328—Temperature; Ambient temperature of anode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04358—Temperature; Ambient temperature of the coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04388—Pressure; Ambient pressure; Flow of anode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04417—Pressure; Ambient pressure; Flow of the coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

本发明涉及一种电堆氢气入口加热结构，包括入口氢气腔道(1)和冷却液腔道(2)，所述的入口氢气腔道(1)和冷却液腔道(2)之间设有公共墙壁(3)，所述的公共墙壁(3)上设置有换热片(4)。与现有技术相比，本发明利用较低的成本和简单的结构即可实现氢气加热的功能，可解决冷启动慢以及靠近单端板处的水淹单低问题。

Description

一种电堆氢气入口加热结构
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种电堆氢气入口加热结构。
背景技术
当前燃料电池电堆由于入口氢气的温度较低，和氢气循环口的湿热氢气混合后容易产生冷凝水，且容易在电堆入口处结冰，导致电堆冷启动速度慢以及靠近端板处单个cell的性能单低，故需要对入口氢气进行加热，来解决这一问题。现有氢气加热的方式有利用空气或者冷却液来与入口氢气进行换热的方式，但是这种方式的实现都是在系统管道上额外增加一些控制单元和换热单元来进行实现，新增多余的系统控制会造成整个系统的控制变得复杂，此外额外的控制单元和换热装置相对来说成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种电堆氢气入口加热结构，利用较低的成本和简单的结构来实现氢气加热的功能。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种电堆氢气入口加热结构，包括入口氢气腔道和冷却液腔道，所述的入口氢气腔道和冷却液腔道之间设有公共墙壁，所述的公共墙壁上设置有换热片。
优选地，所述的入口氢气腔道和冷却液腔道上均设置有温度传感器和流量传感器。
优选地，所述的入口氢气腔道和冷却液腔道均设置在歧管上。
优选地，所述的换热片为翅片式换热片。
进一步优选地，所述的翅片式换热片包括多个平行且间隔设置的直翅片。
进一步优选地，所述的翅片式换热片包括多个间隔设置的波纹形翅片。
优选地，所述的换热片两端分别伸入入口氢气腔道和冷却液腔道。在本发明中，氢气循环中产生的冷凝水在遇到换热片后也会被阻挡与氢气分离，从而使得换热片还起到气水分离的作用。
优选地，所述的换热片采用注塑嵌入的方式固定在公共墙壁上。
优选地，所述的冷却液腔道为连接电堆出口的出口冷却液腔道。
优选地，所述的入口氢气腔道连接电堆入口。
优选地，所述的公共墙壁由导热材料制成。
在本发明中，换热片的形状和排列可根据实际的散热和流阻以及分水多方面因素影响结合在一起通过仿真等手段不断优化来设计，可先通过理论计算算出换热片的整个面积，得出面积后再根据流阻和分水来进行排布以及形状设计。换热片的面积可根据氢气入口温度以及目标温度算出换热片需要换的热量，再结合冷却液的入口和出口温度以及水力半径算出。得到换热片的面积后根据实际的空间和加工工艺得出大致的换热片数量，再结合流阻和分水需求设计换热片的排布和形状设计。设计时，可先做出初步的排布和形状设计，再通过初步的设计进行流阻、热量、分水的仿真，然后根据仿真结果不断优化得到满足目标流阻传热和分水效率的换热片形状和排布设计。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.本发明通过将入口氢气腔道和冷却液腔道集成在公共墙壁两侧，并在公共墙壁上设置换热片，利用冷却液的热量对氢气进行加热，有助于电堆冷启动，且成本较低；
2.本发明通过将能提供热源的流体腔道和需要加热的流体腔道设计在同一零部件上分层设计方式，无需在系统管道上额外增加一些控制单元和换热单元，利用较低的成本和简单的结构即可实现氢气加热的功能；
3.本发明可解决冷启动慢以及靠近单端板处的水淹单低问题；
4.本发明通过使用翅片形式的换热片，在有限的空间内将换热片的导热功率做到极限；
5.本发明通过对换热片的结构设计，既可起到导热作用，还可起到氢气入堆前的气水分离作用，水分的减少更加有助于电堆冷启动。
附图说明
图1为本发明电堆氢气入口加热结构的示意图；
图2为本发明换热片的一种排布方式示意图；
图中：1-入口氢气腔道，2-冷却液腔道，3-公共墙壁，4-换热片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
一种电堆氢气入口加热结构，将需要加热的入口氢气腔道1与能提供热源的冷却液腔道2设计在同一零部件(本实施例为歧管)上，同时使它们具有公共墙壁3，然后在两个流体腔道的公共墙壁3上设计能够满足换热功率的换热片4，使冷却液的热量能够交换到氢气上，从而实现氢气的加热。
实施例2
一种电堆氢气入口加热结构，如图1所示，换热片4为翅片式换热片，包括多个平行且间隔设置的直翅片，其他结构与实施例1相同。
实施例3
一种电堆氢气入口加热结构，如图1所示，换热片4为翅片式换热片，包括多个间隔设置的波纹形翅片，其他结构与实施例1相同。
实施例4
一种电堆氢气入口加热结构，将需要加热的入口氢气腔道1与能提供热源的冷却液腔道2设计在同一零部件上，同时使它们具有公共墙壁3，然后根据氢气入口的温度、流量和要被加热到的温度以及冷却液的初始温度、水力半径等计算出换热量以及最终的热传导系数，从而计算出换热片4的所需要的换热面积，再结合加工工艺和流阻来设计出合理的换热片4的结构和外形，换热片4可以采用注塑嵌入的方式固定在腔道的公共墙壁3上。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电堆氢气入口加热结构，其特征在于，包括入口氢气腔道(1)和冷却液腔道(2)，所述的入口氢气腔道(1)和冷却液腔道(2)之间设有公共墙壁(3)，所述的公共墙壁(3)上设置有换热片(4)。
2.根据权利要求1所述的电堆氢气入口加热结构，其特征在于，所述的入口氢气腔道(1)和冷却液腔道(2)均设置在歧管上。
3.根据权利要求1所述的电堆氢气入口加热结构，其特征在于，所述的换热片(4)为翅片式换热片。
4.根据权利要求3所述的电堆氢气入口加热结构，其特征在于，所述的翅片式换热片包括多个平行且间隔设置的直翅片。
5.根据权利要求3所述的电堆氢气入口加热结构，其特征在于，所述的翅片式换热片包括多个间隔设置的波纹形翅片。
6.根据权利要求1所述的电堆氢气入口加热结构，其特征在于，所述的换热片(4)两端分别伸入入口氢气腔道(1)和冷却液腔道(2)。
7.根据权利要求1所述的电堆氢气入口加热结构，其特征在于，所述的换热片(4)采用注塑嵌入的方式固定在公共墙壁(3)上。
8.根据权利要求1所述的电堆氢气入口加热结构，其特征在于，所述的冷却液腔道(2)为连接电堆出口的出口冷却液腔道。
9.根据权利要求1所述的电堆氢气入口加热结构，其特征在于，所述的入口氢气腔道(1)连接电堆入口。
10.根据权利要求1所述的电堆氢气入口加热结构，其特征在于，所述的公共墙壁(3)由导热材料制成。
CN202210120959.3A 2022-02-09 2022-02-09 一种电堆氢气入口加热结构 Pending CN114566674A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210120959.3A CN114566674A (zh) 2022-02-09 2022-02-09 一种电堆氢气入口加热结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210120959.3A CN114566674A (zh) 2022-02-09 2022-02-09 一种电堆氢气入口加热结构

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114566674A true CN114566674A (zh) 2022-05-31

Family

ID=81714484

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210120959.3A Pending CN114566674A (zh) 2022-02-09 2022-02-09 一种电堆氢气入口加热结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114566674A (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005326099A (ja) * 2004-05-14 2005-11-24 T Rad Co Ltd 樹脂製熱交換器
KR20130061910A (ko) * 2011-12-02 2013-06-12 주식회사 팬직 히터의 열교환장치의 제조방법
CN106558713A (zh) * 2015-09-18 2017-04-05 北京亿华通科技股份有限公司 一种燃料电池低温启动系统及运行方法
CN210040418U (zh) * 2019-07-17 2020-02-07 新源动力股份有限公司 一种燃料电池电堆模块流体分配结构
CN112103547A (zh) * 2020-09-18 2020-12-18 中国第一汽车股份有限公司 一种燃料电池电堆歧管总成
CN112713286A (zh) * 2021-03-08 2021-04-27 北京亿华通科技股份有限公司 一种换热装置、燃料电池系统及其温控方法
CN113113636A (zh) * 2020-01-13 2021-07-13 上海神力科技有限公司 燃料电池用歧管装置及电堆
CN113346120A (zh) * 2021-05-19 2021-09-03 武汉理工大学 一种燃料电池电堆用歧管装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005326099A (ja) * 2004-05-14 2005-11-24 T Rad Co Ltd 樹脂製熱交換器
KR20130061910A (ko) * 2011-12-02 2013-06-12 주식회사 팬직 히터의 열교환장치의 제조방법
CN106558713A (zh) * 2015-09-18 2017-04-05 北京亿华通科技股份有限公司 一种燃料电池低温启动系统及运行方法
CN210040418U (zh) * 2019-07-17 2020-02-07 新源动力股份有限公司 一种燃料电池电堆模块流体分配结构
CN113113636A (zh) * 2020-01-13 2021-07-13 上海神力科技有限公司 燃料电池用歧管装置及电堆
CN112103547A (zh) * 2020-09-18 2020-12-18 中国第一汽车股份有限公司 一种燃料电池电堆歧管总成
CN112713286A (zh) * 2021-03-08 2021-04-27 北京亿华通科技股份有限公司 一种换热装置、燃料电池系统及其温控方法
CN113346120A (zh) * 2021-05-19 2021-09-03 武汉理工大学 一种燃料电池电堆用歧管装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109037726B (zh) 一种用于燃料电池传热均温的风冷式模块
CN205194807U (zh) 电动汽车动力电池的热管理系统和电动汽车
CN201414093Y (zh) 基于平板型热管冷却的太阳能光伏电-热转换装置
WO2019085398A1 (zh) 具有热超导换热器的动力电池包及动力电池包系统
CN108306072B (zh) 一种并联式热交换电池包
CN106785213A (zh) 带有板式热管的电动汽车电池热管理系统
CN108847497B (zh) 一种车用燃料电池热管理系统
CN109686887A (zh) 一种可阻止热失控扩展的圆柱动力电池液冷热管理结构
CN109149009A (zh) 高效低温差集成液冷电池系统
CN110176653B (zh) 一种相变复合式电池热管理系统及其控制方法
CN207368172U (zh) 一种应用相变材料的电池组热管理系统
CN204333163U (zh) 一种强制液冷的内置式电动汽车车用电池包散热装置
CN110416570B (zh) 一种燃料电池氢气加热装置
CN115000578A (zh) 一种电池模组、电池包及热管理系统
CN104733799A (zh) 口琴通道式热交换器
CN204103859U (zh) 光伏光热用翅片式风循环装置
CN110010995A (zh) 一种基于平板热管的电池组热管理系统及其工作方法
CN106602170A (zh) 一种可变接触式电池热管理系统
CN114566674A (zh) 一种电堆氢气入口加热结构
CN208045580U (zh) 电池热管理系统及包括其的汽车
CN204408219U (zh) 一种将汽车排气管热能利用半导体发电装置
CN207651635U (zh) 一种电池热交换装置
CN215447552U (zh) 一种固体蓄热设备的循环风结构
CN204407445U (zh) 口琴通道式热交换器
CN209766601U (zh) 一种基于平板热管的电池组热管理系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination