CN211530084U - 一种冷却加热两用中冷器及燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种冷却加热两用中冷器及其应用的燃料电池系统，包括壳体和盖板，壳体上设有空腔，空腔的腔口处安装盖板，空腔里安装有加热装置和热交换装置，冷却液通过冷却液入口进入壳体内部与加热装置和热交换装置进行热量交换后从冷却液出口流出；空气从空气入口进入至壳体内部与热交换装置进行热量交换后从空气出口排出，壳体上还设有若干温度传感器，若干温度传感器用来检测空气和/或冷却液的温度，精确的调节空气供应系统中的空气的温度，在低温状态下，可给空气路中的冷空气进行快速精准的加热，在高温状态下，可给空气路中的高温空气进行快速精准的降温，运行额外功耗小，提升性能，节约能源。

Description

一种冷却加热两用中冷器及燃料电池系统

技术领域：

本实用新型涉及一种冷却加热两用中冷器及燃料电池系统。

背景技术：

现有燃料电池的中冷器是一种热交换器，就是能使两种或者两种以上的流体不直接接触，但是热量或者能量却发生了相互传递的设备。燃料电池系统工作原理是：将氢气送到燃料电池的阳极板，氧气送入燃料电池阴极板，经过催化剂的催化反应，氢原子中的一个电子被分离出来，电子无法通过质子交换膜，经外部电路，到达燃料电池阴极板，从而在外电路中产生电流。穿过质子交换膜的氢离子和氧原子重新结合为水。

由于供应给阴极板的氧气，是直接从空气中获取的，因此只要不断的给燃料电池系统中输入空气和氢气，就可以源源不断的提供电能。燃料电池系统产生的电能，经DC－DC逆变器、电机控制器等装置，给驱动电机供电，驱动整车在道路行驶。燃料电池系统的内部最佳的运行温度是在70－80℃，然而燃料电池车的运行工况是非常复杂的，运行的外部环境温度也是变化巨大的，可从－50℃到+50℃。在如此低温或者高温环境中，必须保证燃料电池系统正常工作，且保证在最佳的运行温度范围内。这对空气供应系统中的中冷器提出了很高的要求。综上所述，燃料电池车运行的工况及环境非常复杂，为保证燃料电池系统正常运行，就必须保证送入电堆中的空气温度在所需的一定范围内。所以在高温或者低温状态下，必须对空气供应系统的空气进行快速冷却或者加热，使进入的空气达到所需的温度，满足燃料电池系统正常启动及运行的要求，提高整个系统的精度和可靠性，节约能源，降低成本。

发明内容：

本实用新型的目的是提供一种冷却加热两用中冷器及燃料电池系统，解决高温及低温状态下，进入燃料电池系统中的空气快速精准的冷却和加热的问题，满足燃料电池系统正常启动及运行的要求，提高整个系统的精度和可靠性，节约能源，降低成本。

本实用新型的目的是通过下述技术方案予以实现的：

一种冷却加热两用中冷器，包括壳体和盖板，壳体上设有空腔，空腔的腔口处安装盖板，空腔里安装有加热装置和热交换装置，壳体上设有冷却液入口和冷却液出口，冷却液通过冷却液入口进入壳体内部与加热装置和热交换装置进行热量交换后从冷却液出口流出；壳体上还设有空气入口和空气出口，空气从空气入口进入至壳体内部与热交换装置进行热量交换后从空气出口排出，其特征在于：所述壳体上还设有若干温度传感器，若干温度传感器用来检测空气和/或冷却液的温度。

上述所述的壳体的空腔里安装有第一分隔板和第二分隔板，第一分隔板与壳体之间形成冷却液进液腔室，第二分隔板与壳体之间形成冷却液出液腔室，冷却液进液腔室与冷却液入口连通，冷却液出液腔室与冷却液出口连通，空腔还包括进气腔室和出气腔室，进气腔室与空气入口连通，出气腔室与空气出口连通，热交换装置安装在冷却液进液腔室、冷却液出液腔室、进气腔室和出气腔室之间，若干温度传感包括第一温度传感器和第二温度传感器，壳体上设置第一安装孔、第二安装孔，第一安装孔与进气腔室连通，第一温度传感器安装在第一安装孔上并伸入到进气腔室里面检测入口处的空气温度；第二安装孔与冷却液进液腔室连通，第二温度传感器安装在第二安装孔上并伸入到冷却液进液腔室里面检测入口处的冷却液温度。

上述所述的若干温度传感器还包括第三温度传感器和第四温度传感器，壳体上设置第三安装孔和第四安装孔，第三安装孔与出气腔室连通，第三温度传感器安装在第三安装孔上并伸入到出气腔室里面检测出口处的空气温度；第四安装孔与冷却液出液腔室连通，第四温度传感器安装在第四安装孔上并伸入到冷却液出液腔室里面检测出口处的冷却液温度。

上述所述的热交换装置包括若干片散热波纹板和带有水道的若干块层板，若干片散热波纹板和若干块层板之间间隔分布，散热波纹板与层板之间形成若干空气流道，进气腔室与出气腔室之间通过空气流道连通，冷却液进液腔室与冷却液出液腔室之间设有若干水道连通，第一分隔板和第二分隔板上分别设有若干水道入口和水道出口，若干水道与若干水道入口和水道出口是对应的，加热装置安装在水道内。

上述所述的水道入口和水道出口的外侧边缘上设有水道引流凸块。

上述所述的相邻的散热波纹板与层板之间设有空气流道引流凸块。

上述所述的若干散热波纹板、若干块层板、第一分隔板和第二分隔板一体焊接成型。

上述所述的加热装置是电加热片。

一种燃料电池系统，包括空气滤清器、空气流量计、空压机、空压机控制器、冷却加热两用中冷器、加湿器、燃料电池电堆模组、冷却液循环系统和燃料电池系统控制器，其特征在于：所述冷却加热两用中冷器为上述所述的的冷却加热两用中冷器，空气经过空气滤清器和空气流量计后进入空压机，空压机控制器控制空压机将进入的空气压缩后从冷却加热两用中冷器的空气入口进入到壳体内，在冷却加热两用中冷器内加热或者冷却后通过空气出口将空气往加湿器输送，加湿器再将加湿的空气输入到燃料电池电堆模组，冷却加热两用中冷器的冷却液入口和冷却液出口与冷却液循环系统连接，若干温度传感器检测的温度信号送到燃料电池系统控制器，燃料电池系统控制器输出信号控制冷却加热两用中冷器和冷却液循环系统工作。

上述所述的若干温度传感器包括第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器，通过第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器分别检测空气入口处的空气温度、冷却液入口处的冷却液温度、空气出口处的空气温度和冷却液出口出的冷却液温度信号，第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器将温度信号送到燃料电池系统控制器，燃料电池系统控制器根据温度信号控制冷却加热两用中冷器和冷却液循环系统工作。

本实用新型与现有技术相比，具有如下效果：

1)本实用新型包括壳体和盖板，壳体上设有空腔，空腔的腔口处安装盖板，空腔里安装有加热装置和热交换装置，壳体上设有冷却液入口和冷却液出口，冷却液通过冷却液入口进入壳体内部与加热装置和热交换装置进行热量交换后从冷却液出口流出；壳体上还设有空气入口和空气出口，空气从空气入口进入至壳体内部与热交换装置进行热量交换后从空气出口排出，其特征在于：所述壳体上还设有若干温度传感器，若干温度传感器用来检测空气和/或冷却液的温度，精确的调节空气供应系统中的空气的温度，在低温状态下，可给空气路中的冷空气进行快速精准的加热，在高温状态下，可给空气路中的高温空气进行快速精准的降温，运行额外功耗小，提升性能，节约能源。

2)本实用新型的其它优点在实施例部分展开详细描述。

附图说明：

图1是本实用新型实施例一的立体图；

图2是本实用新型实施例一的立体分解图；

图3是本实用新型实施例一的局部结构示意图；

图4是本实用新型实施例一中热交换装置的立体图；

图5是本实用新型实施例一的正视图；

图6是图5中A－A的剖视图；

图7是图5中B－B的剖视图；

图8是本实用新型实施例二的示意图；

图9是本实用新型实施例三的示意图。

具体实施方式：

下面通过具体实施例并结合附图对本实用新型作进一步详细的描述。

实施例一：

如图1至图7所示，本实施例提供的是一种冷却加热两用中冷器，包括壳体61和盖板62，壳体61上设有空腔63，空腔63的腔口处安装盖板62，空腔63里安装有加热装置64和热交换装置65，壳体61上设有冷却液入口66和冷却液出口67，冷却液通过冷却液入口66进入壳体61内部与加热装置64和热交换装置65进行热量交换后从冷却液出口67流出；壳体61上还设有空气入口68和空气出口69，空气从空气入口68进入至壳体61内部与热交换装置65进行热量交换后从空气出口69排出，其特征在于：所述壳体61上还设有若干温度传感器200，若干温度传感器200用来检测空气和/或冷却液的温度，精确的调节空气供应系统中的空气的温度，在低温状态下，可给空气路中的冷空气进行快速精准的加热，在高温状态下，可给空气路中的高温空气进行快速精准的降温，运行额外功耗小，提升性能，节约能源。

壳体61的空腔63里安装有第一分隔板633和第二分隔板634，第一分隔板633与壳体61之间形成冷却液进液腔室631，第二分隔板634与壳体61之间形成冷却液出液腔室632，冷却液进液腔室631与冷却液入口66连通，冷却液出液腔室632与冷却液出口67连通，空腔63还包括进气腔室635和出气腔室636，进气腔室635与空气入口68连通，出气腔室636与空气出口69连通，热交换装置65安装在冷却液进液腔室631、冷却液出液腔室632、进气腔室635和出气腔室636之间，若干温度传感200包括第一温度传感器201和第二温度传感器202，壳体61上设置第一安装孔611、第二安装孔612，第一安装孔与进气腔室635连通，第一温度传感器201安装在第一安装孔611上并伸入到进气腔室635里面检测入口处的空气温度；第二安装孔612与冷却液进液腔室631连通，第二温度传感器202安装在第二安装孔612上并伸入到冷却液进液腔室631里面检测入口处的冷却液温度，结构简单，布置合理，温度监控精准，热管理调节精度高。

若干温度传感器还包括第三温度传感器203和第四温度传感器204，壳体61上设置第三安装孔613和第四安装孔614，第三安装孔613与出气腔室636连通，第三温度传感器203安装在第三安装孔613上并伸入到出气腔室636里面检测出口处的空气温度；第四安装孔614与冷却液出液腔室632连通，第四温度传感器204安装在第四安装孔614上并伸入到冷却液出液腔室632里面检测出口处的冷却液温度，结构简单，布置合理，温度监控精准，热管理调节精度高。

热交换装置65包括若干片散热波纹板652和带有水道651的若干块层板650，若干片散热波纹板652和若干块层板650之间间隔分布，散热波纹板652与层板650之间形成若干空气流道653，进气腔室635与出气腔室636之间通过空气流道653连通，冷却液进液腔室631与冷却液出液腔室632之间设有若干水道651连通，第一分隔板633和第二分隔板634上分别设有若干水道入口6331和水道出口6341，若干水道651与若干水道入口6331和水道出口6341是对应的，加热装置64安装在水道651内，结构布置合理，加热效果好。

水道入口6331和水道出口6341的外侧边缘上设有水道引流凸块101，引导冷却液进入水道651，减小冷却液的阻力。

相邻的散热波纹板652与层板650之间设有空气流道引流凸块102，引导空气进入空气流道653，减小空气的阻力。

若干散热波纹板652、若干块层板650、第一分隔板633和第二分隔板634一体焊接成型，整体性好，结构简单，便于热量的传导。

加热装置64是电加热片。

实施例二：

如图8和图9所示，本实施例是一种燃料电池系统，包括空气滤清器1、空气流量计2、空压机3、空压机控制器4、冷却加热两用中冷器、加湿器7、燃料电池电堆模组8、冷却液循环系统10和燃料电池系统控制器300，其特征在于：所述冷却加热两用中冷器为实施例一所述的冷却加热两用中冷器，空气经过空气滤清器1和空气流量计2后进入空压机3，空压机控制器4控制空压机3将进入的空气压缩后从冷却加热两用中冷器的空气入口68进入到壳体61内，在冷却加热两用中冷器内加热或者冷却后通过空气出口69将空气往加湿器7输送，加湿器7再将加湿的空气输入到燃料电池电堆模组8，冷却加热两用中冷器的冷却液入口66和冷却液出口67与冷却液循环系统10连接，若干温度传感器200检测的温度信号送到燃料电池系统控制器300，燃料电池系统控制器300输出信号控制冷却液循环系统10和冷却加热两用中冷器内的加热装置64工作。

若干温度传感器200包括第一温度传感器201、第二温度传感器202、第三温度传感器203和第四温度传感器204，通过第一温度传感器201、第二温度传感器202、第三温度传感器203和第四温度传感器204分别检测空气入口68处的空气温度、冷却液入口66处的冷却液温度、空气出口69处的空气温度和冷却液出口67出的冷却液温度信号，第一温度传感器201、第二温度传感器202、第三温度传感器203和第四温度传感器204将温度信号送到燃料电池系统控制器300，燃料电池系统控制器300根据温度信号控制冷却加热两用中冷器和冷却液循环系统10工作。

本实施例三：

如图8和图9所示，一种燃料电池系统的控制方法，其特征在于：燃料电池系统是实施例二所述的燃料电池系统，燃料电池电堆模组8受燃料电池系统控制器300控制，第一温度传感器201检测空气入口68处的空气温度，第一温度传感器201将检测的温度信号传送到燃料电池系统控制器300中，空气经过空气滤清器1和空气流量计2后进入空压机3，空压机3将空气压缩输送到冷却加热两用中冷器，当第一温度传感器201检测空气低于某个设定温度值T1时，燃料电池系统控制器300控制冷却加热两用中冷器中的加热装置64的加热功能开启，将进入冷却加热两用中冷器的冷却液加热，从而为进入冷却加热两用中冷器的空气提供热量，使空气温度上升；当第一温度传感器201检测空气高于某个设定温度值T2时，燃料电池系统控制器300控制冷却加热两用中冷器中的加热装置加热功能关闭，进入冷却加热两用中冷器中的低温冷却液带走空气中的热量，使空气温度下降，起到降温作用。

第三温度传感器203检测空气出口69处的空气温度，第三温度传感器203将检测的温度信号传送到燃料电池系统控制器300，当燃料电池系统控制器300开启冷却加热两用中冷器中的加热装置64加热功能，将进入冷却加热两用中冷器中的冷却液加热，从而为进入冷却加热两用中冷器的空气提供热量，当加热冷却加热两用中冷器的空气出口69中的空气温度热量达不到所需的设定温度值T3时，第三温度传感器203将信号传回燃料电池系统控制器300，燃料电池系统控制器300在控制冷却加热两用中冷器中的加热装置64提高输出功率，使空气温度迅速上升后，使冷却加热两用中冷器输出的空气温度迅速达到所需的温度。

第二温度传感器202检测冷却液入口66处的冷却液温度，第二温度传感器202将检测的温度信号传送到燃料电池系统控制器300，当冷却液的温度达不到所需的设定温度值T4时，第二温度传感器202将信号传回燃料电池系统控制器300，燃料电池系统控制器300控制冷却加热两用中冷器中的加热装置64提高输出功率，使冷却加热两用中冷器中水道冷却液的温度迅速达到所需的温度，便于燃料电池系统控制器300精准的控制加热装置，节约能源。

第四温度传感器204检测冷却液出口67处的冷却液温度信号，第四温度传感器204实时监控冷却液出口67内的冷却液温度，并将检测的温度信号传送到燃料电池系统控制器300，根据空气与冷却液的热交换的效率，便于燃料电池系统控制器精准的控制加热装置的功率调节，减少不必要的能源浪费。

以上实施例为本实用新型的较佳实施方式，但本实用新型的实施方式不限于此，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种冷却加热两用中冷器，包括壳体(61)和盖板(62)，壳体(61)上设有空腔(63)，空腔(63)的腔口处安装盖板(62)，空腔(63)里安装有加热装置(64)和热交换装置(65)，壳体(61)上设有冷却液入口(66)和冷却液出口(67)，冷却液通过冷却液入口(66)进入壳体(61)内部与加热装置(64)和热交换装置(65)进行热量交换后从冷却液出口(67)流出；壳体(61)上还设有空气入口(68)和空气出口(69)，空气从空气入口(68)进入至壳体(61)内部与热交换装置(65)进行热量交换后从空气出口(69)排出，其特征在于：所述壳体(61)上还设有若干温度传感器(200)，若干温度传感器(200)用来检测空气和/或冷却液的温度。

2.根据权利要求1所述的一种冷却加热两用中冷器，其特征在于：壳体(61)的空腔(63)里安装有第一分隔板(633)和第二分隔板(634)，第一分隔板(633)与壳体(61)之间形成冷却液进液腔室(631)，第二分隔板(634)与壳体(61)之间形成冷却液出液腔室(632)，冷却液进液腔室(631)与冷却液入口(66)连通，冷却液出液腔室(632)与冷却液出口(67)连通，空腔(63)还包括进气腔室(635)和出气腔室(636)，进气腔室(635)与空气入口(68)连通，出气腔室(636)与空气出口(69)连通，热交换装置(65)安装在冷却液进液腔室(631)、冷却液出液腔室(632)、进气腔室(635)和出气腔室(636)之间，若干温度传感器(200)包括第一温度传感器(201)和第二温度传感器(202)，壳体(61)上设置第一安装孔(611)、第二安装孔(612)，第一安装孔与进气腔室(635)连通，第一温度传感器(201)安装在第一安装孔(611)上并伸入到进气腔室(635)里面检测入口处的空气温度；第二安装孔(612)与冷却液进液腔室(631)连通，第二温度传感器(202)安装在第二安装孔(612)上并伸入到冷却液进液腔室(631)里面检测入口处的冷却液温度。

3.根据权利要求2所述的一种冷却加热两用中冷器，其特征在于：若干温度传感器还包括第三温度传感器(203)和第四温度传感器(204)，壳体(61)上设置第三安装孔(613)和第四安装孔(614)，第三安装孔(613)与出气腔室(636)连通，第三温度传感器(203)安装在第三安装孔(613)上并伸入到出气腔室(636)里面检测出口处的空气温度；第四安装孔(614)与冷却液出液腔室(632)连通，第四温度传感器(204)安装在第四安装孔(614)上并伸入到冷却液出液腔室(632)里面检测出口处的冷却液温度。

4.根据权利要求2或3所述的一种冷却加热两用中冷器，其特征在于：热交换装置(65)包括若干片散热波纹板(652)和带有水道(651)的若干块层板(650)，若干片散热波纹板(652)和若干块层板(650)之间间隔分布，散热波纹板(652)与层板(650)之间形成若干空气流道(653)，进气腔室(635)与出气腔室(636)之间通过空气流道(653)连通，冷却液进液腔室(631)与冷却液出液腔室(632)之间设有若干水道(651)连通，第一分隔板(633)和第二分隔板(634)上分别设有若干水道入口(6331)和水道出口(6341)，若干水道(651)与若干水道入口(6331)和水道出口(6341)是对应的，加热装置(64)安装在水道(651)内。

5.根据权利要求4所述的一种冷却加热两用中冷器，其特征在于：水道入口(6331)和水道出口(6341)的外侧边缘上设有水道引流凸块(101)。

6.根据权利要求5所述的一种冷却加热两用中冷器，其特征在于：相邻的散热波纹板(652)与层板(650)之间设有空气流道引流凸块(102)。

7.根据权利要求6所述的一种冷却加热两用中冷器，其特征在于：若干散热波纹板(652)、若干块层板(650)、第一分隔板(633)和第二分隔板(634)一体焊接成型。

8.根据权利要求4所述的一种冷却加热两用中冷器，其特征在于：加热装置(64)是电加热片。

9.一种燃料电池系统，包括空气滤清器(1)、空气流量计(2)、空压机(3)、空压机控制器(4)、冷却加热两用中冷器、加湿器(7)、燃料电池电堆模组(8)、冷却液循环系统(10)和燃料电池系统控制器(300)，其特征在于：所述冷却加热两用中冷器为权利要求1至权利要求8所述的任意一项冷却加热两用中冷器，空气经过空气滤清器(1)和空气流量计(2)后进入空压机(3)，空压机控制器(4)控制空压机(3)将进入的空气压缩后从冷却加热两用中冷器的空气入口(68)进入到壳体(61)内，在冷却加热两用中冷器内加热或者冷却后通过空气出口(69)将空气往加湿器(7)输送，加湿器(7)再将加湿的空气输入到燃料电池电堆模组(8)，冷却加热两用中冷器的冷却液入口(66)和冷却液出口(67)与冷却液循环系统(10)连接，若干温度传感器(200)检测的温度信号送到燃料电池系统控制器(300)，燃料电池系统控制器(300)输出信号控制冷却加热两用中冷器和冷却液循环系统(10)工作。

10.根据权利要求9所述的一种燃料电池系统，其特征在于：若干温度传感器(200)包括第一温度传感器(201)、第二温度传感器(202)、第三温度传感器(203)和第四温度传感器(204)，通过第一温度传感器(201)、第二温度传感器(202)、第三温度传感器(203)和第四温度传感器(204)分别检测空气入口(68)处的空气温度、冷却液入口(66)处的冷却液温度、空气出口(69)处的空气温度和冷却液出口(67)出的冷却液温度信号，第一温度传感器(201)、第二温度传感器(202)、第三温度传感器(203)和第四温度传感器(204)将温度信号送到燃料电池系统控制器(300)，燃料电池系统控制器(300)根据温度信号控制冷却加热两用中冷器和冷却液循环系统(10)工作。

Images