CN217933875U - 一种燃料电池系统用氢气换热器及燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种燃料电池系统用氢气换热器，在高温介质入口接头通入高温介质，经由换热器本体的热媒通道从高温介质出口接头排出，氢气入口接头通入电堆阳极氢气出口的分水器排出的剩余部分的水、氢气及氮气，经由换热器本体的冷媒通道从氢气出口接头排出。通过高温介质加热冷媒介质，以提高冷媒介质的温度、防止产生液态水。本实用新型提供的燃料电池系统用氢气换热器，用于喷射器前端氢气加热，提高了氢气换热效率，避免燃料电池系统电堆阳极入口产生液态水，提高了电堆性能及寿命。本实用新型还提供一种具有上述燃料电池系统用氢气换热器的燃料电池系统。

Description

一种燃料电池系统用氢气换热器及燃料电池系统

技术领域

本实用新型属于燃料电池技术领域，特别涉及一种燃料电池系统用氢气换热器及燃料电池系统。

背景技术

燃料电池系统运行时会产生大量的水，其中电堆阳极端氢气出口的分水器将大部分水进行分离排出到外界，剩余部分的水、氢气及氮气将以气态形式循环回到电堆阳极入口，提高氢气利用率，而且适量的气态水可以调节计量比提升电堆性能和寿命。

但是循环的混合气为高温高湿状态，与喷射进入燃料电池系统的低温氢气混合，会产生较多液态水进入电堆，影响电堆及系统性能。

此外，通常氢气对配接口为活套螺母，活套螺母与管路配合将管路连接于接口处，影响了燃料电池系统集成度，该管路连接方式增加了潜在泄漏风险点。

因此，如何克服上述技术缺陷，是本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种燃料电池系统用氢气换热器及燃料电池系统，可防止燃料电池系统的电堆进入较多的液态水，提高了电堆性能及寿命。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种燃料电池系统用氢气换热器，包括换热器本体，所述换热器本体的热媒通道的两端分别设置有高温介质入口接头和高温介质出口接头，且冷媒通道的两端分别设置有氢气入口接头和氢气出口接头；

所述氢气入口接头用于与电堆阳极氢气出口的分水器连接，所述氢气出口接头用于与电堆阳极入口连接；

高温介质加热冷媒介质，以提高冷媒介质的温度、防止产生液态水。

可选的，在上述燃料电池系统用氢气换热器中，所述氢气入口接头和所述氢气出口接头设置于所述换热器本体的底部两侧，所述高温介质入口接头和所述高温介质出口接头设置于所述换热器本体的顶部两侧。

可选的，在上述燃料电池系统用氢气换热器中，所述氢气入口接头为具有进气通道的连接块，所述连接块的通道入口和通道出口的轴线垂直。

可选的，在上述燃料电池系统用氢气换热器中，所述连接块的通道入口所在面与所述换热器本体连接，所述连接块的通道出口所在面设置有沉孔，所述沉孔的底部开设第一通孔，所述第一通孔为所述进气通道；

还包括双径向密封凸法兰接头，所述双径向密封凸法兰接头包括与所述沉孔卡接配合的卡块，所述卡块开设有第二通孔，所述第二通孔的一端与所述沉孔连通、另一端用于插入所述分水器的管道或接口。

可选的，在上述燃料电池系统用氢气换热器中，所述卡块的外侧设置环形凹槽，所述环形凹槽内设置密封圈，以实现所述双径向密封凸法兰接头和所述氢气入口接头之间的密封。

可选的，在上述燃料电池系统用氢气换热器中，所述密封圈和所述环形凹槽均为一一对应且沿轴向设置的多个。

可选的，在上述燃料电池系统用氢气换热器中，所述连接块的通道出口所在面开设有第一螺纹孔，所述卡块开设有与所述第一螺纹孔相对应的第二螺纹孔。

可选的，在上述燃料电池系统用氢气换热器中，还包括用于连接所述换热器本体和电堆的固定支架。

可选的，在上述燃料电池系统用氢气换热器中，所述换热器本体为板翅式换热器。

本实用新型还提供一种燃料电池系统，包括电堆以及上文所述的氢气换热器。

本实用新型提供了一种燃料电池系统用氢气换热器，其有益效果在于：

在高温介质入口接头通入高温介质，经由换热器本体的热媒通道从高温介质出口接头排出，氢气入口接头通入电堆阳极氢气出口的分水器排出的剩余部分的水、氢气及氮气(即冷媒介质)，经由换热器本体的冷媒通道从氢气出口接头排出。通过高温介质加热冷媒介质，以提高冷媒介质的温度、防止产生液态水。

本实用新型提供的燃料电池系统用氢气换热器，用于喷射器前端氢气加热，提高了氢气换热效率，避免燃料电池系统电堆阳极入口产生液态水，提高了电堆性能及寿命。

本实用新型还提供一种具有上述燃料电池系统用氢气换热器的燃料电池系统，其有益效果同上，在此不再进一步赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的燃料电池系统用氢气换热器的结构示意图；

图2为图1的主视图；

图3为图1的俯视图；

图4为本实用新型实施例提供的氢气入口接头的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的双径向密封凸法兰接头的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的氢气入口接头与双径向密封凸法兰接头的装配剖视图。

上图中：

1-换热器本体；2-高温介质入口接头；3-高温介质出口接头；4-氢气入口接头；401-第一通孔；402-沉孔；403-第一螺纹孔；5-氢气出口接头；6-固定支架；7-双径向密封凸法兰接头；701-密封圈；702-第二通孔；703-第二螺纹孔；8-紧固螺栓。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，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，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，多个的含义是两个以上，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型的核心是提供一种燃料电池系统用氢气换热器及燃料电池系统，可防止燃料电池系统的电堆进入较多液态水，提高了电堆性能及寿命。

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型提供的技术方案，下面将结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

请参考图1-图6，图1为本实用新型实施例提供的燃料电池系统用氢气换热器的结构示意图；图2为图1的主视图；图3为图1的俯视图；图4为本实用新型实施例提供的氢气入口接头的结构示意图；图5为本实用新型实施例提供的双径向密封凸法兰接头的结构示意图；图6为本实用新型实施例提供的氢气入口接头与双径向密封凸法兰接头的装配剖视图。

本实用新型提供了一种燃料电池系统用氢气换热器，包括换热器本体1，换热器本体1的热媒通道的两端分别设置有高温介质入口接头2，且冷媒通道的两端分别设置有氢气入口接头4和氢气出口接头5。

氢气入口接头4用于与电堆阳极氢气出口的分水器连接，氢气出口接头5用于与电堆阳极入口连接。

在高温介质入口接头2通入高温介质，经由换热器本体1的热媒通道从高温介质出口接头3排出，氢气入口接头4通入电堆阳极氢气出口的分水器排出的剩余部分的水、氢气及氮气(即冷媒介质)，经由换热器本体1的冷媒通道从氢气出口接头5排出。通过高温介质加热冷媒介质，以提高冷媒介质的温度、防止产生液态水。

本实用新型提供的燃料电池系统用氢气换热器，用于喷射器前端氢气加热，提高了氢气换热效率，避免燃料电池系统电堆阳极入口产生液态水，提高了电堆性能及寿命。

如图1所示，氢气入口接头4和氢气出口接头5设置于换热器本体1的底部两侧，高温介质入口接头2和高温介质出口接头3设置于换热器本体1的顶部两侧。

如图3所示，氢气入口接头4为具有进气通道的连接块，连接块的通道入口和通道出口的轴线垂直，该设置可使氢气入口接头4实现通道入口和通道出口的转向，以便于换热器和分水器可以按照整体布局调整自身位置。由于高温介质接口和氢气接口位于不同平面上，无需在接头轴线垂直方向预留工具操作空间，可根据任何连接设备相配合连接。

连接块的顶部与换热器本体1的底部端面连接。

在具体实施例中，连接块的通道入口所在面与换热器本体1连接，连接块的通道出口所在面设置有沉孔402，沉孔402的底部开设第一通孔401，第一通孔401为进气通道。

相对应的，本案还包括双径向密封凸法兰接头7，双径向密封凸法兰接头7与氢气入口接头4对配，如图4所示，双径向密封凸法兰接头7包括与沉孔402卡接配合的卡块，卡块开设有第二通孔702，第二通孔702的一端与沉孔402连通、另一端用于插入分水器的管道或接口。

上述设置的双径向密封连接结构的氢气入口接头4和氢气出口接头5，可以与对配零件接口直接装配，节省过渡管路，流阻小，实现了燃料电池系统集成度和可靠性的提升。

进一步地，卡块的外侧设置环形凹槽，环形凹槽内设置密封圈701，以实现双径向密封凸法兰接头7和氢气入口接头4之间的密封。

密封圈701和环形凹槽均为一一对应且沿轴向设置的多个。密封圈701可以为橡胶材质的密封圈701，具体可为O型密封圈701。当然，密封圈701的截面形状、布置方式和数量可根据密封位置进行适应性的改进，在此不作进一步限定，任何可实现的方式均在本案保护范围内。

连接块的通道出口所在面开设有第一螺纹孔403，卡块开设有与第一螺纹孔403相对应的第二螺纹孔703。紧固螺栓8通过第一螺纹孔403和第二螺纹孔703将连接块和卡块连接在一起。

为了提高连接稳定性，本方案还包括用于连接换热器本体1和电堆的固定支架6。

在一种具体实施例中，如图1所示，高温介质入口接头2和高温介质出口接头3分别设置在换热器本体1的顶部的两侧，并呈对角线布置，高温介质入口接头2和高温介质出口接头3的内部与换热器本体1内部的热媒流道连通，保证换热器中高温介质的流通；高温介质入口接头2和高温介质出口接头3的端部均采用接管墩头结构，可以直接与高温介质胶管使用卡箍紧固连接。

氢气入口接头4位于换热器本体1的下方侧面，第一通孔401与换热器本体1内部的氢气流道连通。

如图2所示，的氢气入口接头4设计为双径向密封凹法兰结构，氢气入口接头4设置有第一通孔401和沉孔402，沉孔402的入口边缘设置有斜角及圆角，方便对配的双径向密封凸法兰接头7装配，并且避免对密封圈701的划伤；氢气入口接头4的安装面上与沉孔402轴向平行设置有第一螺纹孔403，用于固定对配的双径向密封凸法兰接头7。

如图3所示，双径向密封凸法兰接头7设置有两个密封凹槽，密封凹槽内各装配一个橡胶密封圈701，与密封凹槽同轴设置有第二通孔702，与第二通孔702轴向平行设置有第二螺纹孔703。

如图3、图4所示，双径向密封凸法兰接头7与氢气入口接头4装配后，使用紧固螺栓8连接，防止双径向密封凸法兰接头7脱出，外部管路或装置中的氢气流经第二通孔702和氢气入口接头4中的第一通孔401进入换热器，密封圈701与氢气入口接头4的沉孔402内侧壁贴合压缩形成密封，实现了对氢气泄漏的双重密封保护，该连接结构耐压强度高、密封可靠、装配方便，并且结构紧凑，节省装配空间，提升了燃料电池系统集成度。

氢气出口接头5位于换热器本体1的正下方，与双径向密封凸法兰接头7结构一致，不需过渡管路，可以直接与对配零件装配后固定压紧即可。

固定支架6上设置有安装孔，与对配件通过螺栓装配，实现了换热器及其氢气出口接头5的装配固定。

特别的，换热器本体1为板翅式换热器。其中的板翅流道和隔板提供了热交换面积，实现了使用高温介质加热低温氢气的功能，又保证了需求的换热量和流阻性能。板翅式换热器的换热面积大，提高了氢气换热效率，避免燃料电池系统阳极入口产生液态水。

本案提供的燃料电池系统用氢气换热器，其有益效果在于：

1、实现了氢气加热的功能，防止电堆阳极端产生液态水，提升了电堆性能及寿命；

2、采用板翅式换热芯体，流阻小、结构紧凑、流道换热面积大，提高了换热效率；

3、氢气接口采用双径向密封结构，与对配零件直接装配固定，提升了燃料电池系统集成度和可靠性。

此外，本实施例中还提供了一种燃料电池系统，包括电堆以及燃料电池系统用氢气换热器，此燃料电池系统用氢气换热器即为上文的燃料电池系统用氢气换热器。

由于燃料电池系统具有上述的燃料电池系统用氢气换热器，所以燃料电池系统具有燃料电池系统用氢气换热器带来的有益效果，请参照上述内容，在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种燃料电池系统用氢气换热器，其特征在于，包括换热器本体，所述换热器本体的热媒通道的两端分别设置有高温介质入口接头和高温介质出口接头，且冷媒通道的两端分别设置有氢气入口接头和氢气出口接头；

所述氢气入口接头用于与电堆阳极氢气出口的分水器连接，所述氢气出口接头用于与电堆阳极入口连接；

高温介质加热冷媒介质，以提高冷媒介质的温度、防止产生液态水。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统用氢气换热器，其特征在于，所述氢气入口接头和所述氢气出口接头设置于所述换热器本体的底部两侧，所述高温介质入口接头和所述高温介质出口接头设置于所述换热器本体的顶部两侧。

3.根据权利要求2所述的燃料电池系统用氢气换热器，其特征在于，所述氢气入口接头为具有进气通道的连接块，所述连接块的通道入口和通道出口的轴线垂直。

4.根据权利要求3所述的燃料电池系统用氢气换热器，其特征在于，所述连接块的通道入口所在面与所述换热器本体连接，所述连接块的通道出口所在面设置有沉孔，所述沉孔的底部开设第一通孔，所述第一通孔为所述进气通道；

还包括双径向密封凸法兰接头，所述双径向密封凸法兰接头包括与所述沉孔卡接配合的卡块，所述卡块开设有第二通孔，所述第二通孔的一端与所述沉孔连通、另一端用于插入所述分水器的管道或接口。

5.根据权利要求4所述的燃料电池系统用氢气换热器，其特征在于，所述卡块的外侧设置环形凹槽，所述环形凹槽内设置密封圈，以实现所述双径向密封凸法兰接头和所述氢气入口接头之间的密封。

6.根据权利要求5所述的燃料电池系统用氢气换热器，其特征在于，所述密封圈和所述环形凹槽均为一一对应且沿轴向设置的多个。

7.根据权利要求4所述的燃料电池系统用氢气换热器，其特征在于，所述连接块的通道出口所在面开设有第一螺纹孔，所述卡块开设有与所述第一螺纹孔相对应的第二螺纹孔。

8.根据权利要求1所述的燃料电池系统用氢气换热器，其特征在于，还包括用于连接所述换热器本体和电堆的固定支架。

9.根据权利要求1所述的燃料电池系统用氢气换热器，其特征在于，所述换热器本体为板翅式换热器。

10.一种燃料电池系统，其特征在于，包括电堆以及上述权利要求书1-9任一项所述的氢气换热器。

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