CN218447981U - 一种燃料电池的散热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及燃料电池领域，具体公开了一种燃料电池的散热装置，该散热装置包括冷却系统和空气系统，在冷却系统的电堆入口管路处和空气系统的电堆出口管路处共同设置一个集成的板换，冷却系统的管路上连接板换热流道，空气系统的管路上连接板换冷流道，利用空气系统的低温气体和液态水来与冷却系统的冷却液进行热交换，使得入堆的冷却液温度降低，提高冷却系统的冷却能力；在空气系统的管路上增设雾化器和消音器，并将雾化器和消音器以及混排进行集成设计在板换上，能够在提高板换热交换效率的同时，提高系统的集成度，减小系统的体积，使得系统管路的布置更加简洁。

Description

一种燃料电池的散热装置

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池的散热装置。

背景技术

在燃料电池发动机中，燃料电池电堆是电化学反应发生的场所。反应物为氢气和空气，氢气在阳极催化剂表面反应生成质子，质子通过交换膜传递至阴极，在阴极催化剂表面发与氧气生电化学反应，生成电和水，同时释放大量的热。电堆释放的热量需要冷却系统来进行降温，以保证电堆在一个合适的温度区间内运行。

现有燃料电池系统技术中，冷却系统独立存在，经过散热器散热后的冷却液进入电堆，和电堆发生热交换，电堆出口冷却液温度升高，通过水泵进入散热器进行降温。当前提高冷却系统散热效率的常用手段是增加冷却液流量、增大水泵体积、增大散热风扇的功率或尺寸等，但是这样操作会增加整车设计难度。

此外，从电堆空气出口的气体流经加湿器，再流经膨胀机涡轮，高湿高热的空气能量大幅度损失，气体温度降低的同时气态水也变成液态水，低温气体和液态水同时通过混排排出，低温气体和液态水是一种很好的冷却介质，却未加利用，存在一定程度浪费。

实用新型内容

为了解决上述现有技术的缺陷，本实用新型提出一种燃料电池的散热装置，在冷却系统的电堆入口处增加一个和空气系统电堆出口处集成的板换，使得冷却系统不再独立存在，空气系统的低温气体和液态水参与散热。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种燃料电池的散热装置，所述散热装置包括空气系统和冷却系统，分别与电堆连接，所述冷却系统的电堆入口管路处和空气系统的电堆出口管路处共同设置一个集成的板换，所述板换的热流道位于冷却系统的管路，所述板换的冷流道位于空气系统的管路。。

其中，所述冷却系统的管路上依次包括连接的水泵、散热器、板换热流道以及电堆；

所述空气系统的管路上包括依次连接的空压机、加湿器、电堆、涡轮、板换冷流道以及混排；

进一步设置，所述空气系统的管路上还连接有雾化器，所述雾化器设置在涡轮和板换冷流道之间；

该设置的目的在于，从电堆的空气出口流出的气体为高湿高热气体，气体经涡轮转动后，气体的温度大幅度降低的同时，部分低温气体会变成液态水，雾化器可将液态水打散成小液滴。

优选的，所述雾化器集成设置在板换冷流道上，提高系统集成度，减小系统体积。

优选的，所述雾化器和混排集成设置在板换冷流道上，更大程度上提高系统集成度。

进一步的，所述空气系统的管路上还设置有消音器，所述消音器集成设置在混排上；

优选的，所述消音器、雾化器、混排集成设置在板换冷流道上。

进一步的，所述冷却系统的管路上和空气系统的管路上还设置有若干个温度传感器，用于测量流体的温度。

通过在冷却系统中增加一个和空气系统出口管路集成的板换，充分利用空气系统管路中的经涡轮转动后的低温气体混合物，进行热量交换，使得冷却系统的冷却液释放热量温度降低的同时，空气系统的低温混合物吸收热量，提高冷却系统的冷却能力，达到更好的冷却电堆的效果。

本实用新型至少具有以下有益效果：

1、本实用新型提供的一种燃料电池的散热装置，通过在空气系统和冷却系统的管路增设板换，利用空气系统的低温气体和液态水来与冷却液换热，进一步降低冷却液温度，使得入堆的冷却液能够更好的对电堆进行降温散热，提高了冷却系统的冷却能力，避免了浪费；

2、本实用新型提供的一种燃料电池的散热装置，通过在空气系统的涡轮后增设雾化器或将雾化器集成设置在板换上，提高板换的换热效率；

3、本实用新型提供的一种燃料电池的散热装置，可将雾化器、消音器以及混排集中设计在板换上，提高系统集成度，减小系统体积，实现高度集成化，降低了燃料电池的设计布局压力。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种燃料电池的散热装置的结构示意图；

图2为本实用新型提供的一种燃料电池的散热装置的实施例二的结构示意图；

图3为本实用新型提供的一种燃料电池的散热装置的实施例三的结构示意图；

图4为本实用新型提供的一种燃料电池的散热装置的实施例四的结构示意图；

图5为本实用新型提供的一种燃料电池的散热装置的实施例五的结构示意图；

图6为本实用新型提供的一种燃料电池的散热装置的实施例六的结构示意图。

标号说明：1、电堆；2、水泵；3、散热器；4、板换；401、板换热流道；402、板换冷流道；5、空压机；6、加湿器；7、涡轮；8、混排；9、雾化器；10、消音器。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

如图1所示，本实用新型提供一种燃料电池的散热装置，该散热装置包括空气系统和冷却系统，两个系统通过管路分别与电堆1连接，冷却系统的电堆入口管路处和空气系统的电堆出口管路处共同设置一个集成的板换4，板换热流道401设置在冷却系统的管路上，板换冷流道402设置在空气系统的管路上。

其中，冷却系统的管路上依次包括连接的水泵2、散热器3、板换热流道401以及电堆1，电堆1包括冷却系统电堆入口和冷却系统电堆出口，从冷却系统电堆出口流出的冷却液经过水泵2、散热器3、板换热流道401后从冷却系统电堆入口循环进入电堆1，形成一个循环的冷却系统；

其中，空气系统的管路上包括依次连接的空压机5、加湿器6、电堆1、涡轮7、板换冷流道402以及混排8；空气依次通过空压机5、加湿器6，进入电堆后从电堆空气出口流出再次进入加湿器6，流经涡轮7后进入板换冷流道，参与换热后从混排8排出。

本实施例提供的燃料电池的散热装置工作原理如下：

在循环系统冷却系统中，从电堆出口出来的冷却液温度较高，通过水泵进入散热器进行降温；与此同时在空气系统中从电堆空气出口流出的气体为高温高湿的氮气、氢气和气态水的混合物(可能还存在少量液态水)，该混合物流经加湿器，再经过膨胀剂涡轮，在涡轮的转动下，该混合物经过膨胀过程变成低温气体和液态水；

此时，空气系统管路的低温气体和液态水温度比冷却系统管路的冷却液低，因此，冷却液流经板换的热流道，低温气体和液态水流经板换的冷流道，两者之间进行热交换，冷却液释放热量温度降低再次进入电堆对电堆进行散热降温处理，低温气体和液态水吸收热量温度升高后再从混排排出。

本实用新型提供的一种燃料电池的散热装置按照下述具体步骤进行操作：

S1：启动散热装置的冷却系统和空气系统；

S2：控制冷却液通过水泵进入散热器进行散热降温，随后进入板换热流道换热降温，释放热量；

S3：同时控制电堆空气出口的气体流经加湿器和涡轮，进入板换冷流道，吸收热量；

S4：充分降温的冷却液进入电堆，与电堆发生热交换完成电堆的散热。

实施例二

如图2所示，本实用新型提供一种燃料电池的散热装置，该散热装置包括空气系统和冷却系统，两个系统通过管路分别与电堆1连接，冷却系统的电堆入口管路处和空气系统的电堆出口管路处共同设置一个集成的板换4。

与实施例一不同之处在于：

空气系统的管路上增设雾化器9，即空气系统的管路上依次连接有空压机5、加湿器6、电堆1、涡轮7、雾化器9、板换冷流道402以及混排8。

本实施例提供的燃料电池的散热装置工作原理如下：

在燃料电池运转时，启动该散热装置，冷却系统管路上的冷却液经过水泵进入散热器散热后，流经板换热流道；

空气系统管路中电堆空气出口的高湿高热气体混合物经过加湿器以及膨胀剂涡轮后，变成低温气体和液态水，低温气体和液态水流经雾化器，雾化器将液态水打散成小液滴，随后小液滴和低温气体流经板换冷流道，与冷却液进行热交换。

该实施例中通过在空气系统管路上，涡轮与板换冷流道之间增设一个雾化器，雾化器先将液态水打散成小液滴，小液滴和低温气体再进入板换冷流道，打散后形成的小液体表面积增大吸收热量效果更好，使得热交换效率变高，热交换效果更好。

实施例三

如图3所示，本实用新型提供的一种燃料电池的散热装置，与实施例二相同之处此处不再阐述，不同之处在于：

将实施例二中的雾化器9集成设置在板换4上，即板换冷流道402的入口处。

通过将空气系统管路上的雾化器集成设置在板换冷流道上，不仅保留了雾化器打散液态水的功能，还提高系统的集成度，减小了整个散热装置的体积，使得系统的管路布置更加合理。

实施例四

如图4所示，本实用新型提供的一种燃料电池的散热装置，与实施例三相同之处此处不在阐述，不同之处在于：

将实施例三中的混排8也集成设置在板换4上，即板换冷流道402的出口处。

此时，雾化器和混排均集成设计在板换上，雾化器位于板换冷流道入口处，混排位于板换冷流道出口处，低温气体和液态水先通过雾化器进行雾化，随后进入板换冷流道进行热交换吸收热量，后从混排排出，进一步提高了系统的集成度。

实施例五

如图5所述，本实用新型提供的一种燃料电池的散热装置，与实施例三相同之处此处不在阐述，不同之处在于：

在实施例三的燃料电池的散热装置的基础上，在空气系统的管路上增加设置一个消音器10，用于对尾排进行消音，降低噪声，且将该消音器10集成设置在混排8上。该实施例中的散热装置，通过两处集成设计：雾化器和板换的集成；消音器和混排的集成。不仅保留了雾化器打散液态水的功能以及消音器的降噪功能，还大大提高了系统的集成度，合理布置了系统的管路。

实施例六

如图6所示，本实用新型提供的一种燃料电池的散热装置，与实施例五相同之处此处不在阐述，不同之处在于：

将集成消音器的混排设置在板换冷流道出口处，使得雾化器、板换、消音器以及混排高度集成。

通过上述六个实施例可看出，本实用新型提供的一种燃料电池的散热装置，通过增加设计板换模块，利用空气系统的低温气体和冷却水来与冷却液进行热量交换，降低冷却液温度的同时不造成低温气体和冷却水的浪费；进一步的在板换上集成设计雾化器、混排以及消音器，提高热交换效率和降低噪声的同时，整个系统高度集成，减小系统的体积。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种燃料电池的散热装置，所述散热装置包括空气系统和冷却系统，分别与电堆连接，其特征在于，所述冷却系统的电堆入口管路处和空气系统的电堆出口管路处共同设置一个集成的板换，所述板换的热流道位于冷却系统的管路，所述板换的冷流道位于空气系统的管路。

2.根据权利要求1所述的燃料电池的散热装置，其特征在于，

所述冷却系统的管路上包括依次连接的水泵、散热器、板换热流道以及电堆；

所述空气系统的管路上包括依次连接的空压机、加湿器、电堆、涡轮、板换冷流道以及混排；所述涡轮和板换冷流道之间还连接有雾化器。

3.根据权利要求2所述的燃料电池的散热装置，其特征在于，

所述空气系统的管路上还设置有消音器，所述消音器集成设置在混排上。

4.根据权利要求2所述的燃料电池的散热装置，其特征在于，所述雾化器集成设置在板换冷流道上。

5.根据权利要求4所述的燃料电池的散热装置，其特征在于，所述混排集成设置在板换冷流道上。

6.根据权利要求3所述的燃料电池的散热装置，其特征在于，所述雾化器、混排集成设置在板换冷流道上。

7.根据权利要求2-6任意一项所述的燃料电池的散热装置，其特征在于，所述冷却系统的管路上和空气系统的管路上还设置有温度传感器。

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