CN219203210U - 一种中冷器增湿器集成装置、燃料电池发动机及车辆 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种中冷器增湿器集成装置、燃料电池发动机及车辆，该集成装置包括：中冷器，其设有热空气进口、冷空气出口、冷却水进口和冷却水出口；气体缓冲室，冷空气出口与气体缓冲室相连通；以及增湿器，增湿器的干侧进气口与气体缓冲室相连通；增湿器还设有干侧出气口、湿侧进气口和湿侧出气口；其中，气体缓冲室夹设于中冷器和增湿器之间，并分别与中冷器和增湿器密封连接。该集成装置将中冷器和增湿器集成设计成一体，减少了燃料电池系统中用于连接的胶管的数量，减少了连接接头的设置，使得燃料电池系统中各组成部件间布置更紧密，利于减小燃料电池系统的布置空间，使得燃料电池系统在特别是车辆中的空间布局更加优化。

Description

一种中冷器增湿器集成装置、燃料电池发动机及车辆

技术领域

本申请属于燃料电池发动机技术领域，更具体地说，是涉及一种中冷器增湿器集成装置、燃料电池发动机及车辆。

背景技术

对于燃料电池系统，增湿器、中冷器、背压阀以及各类传感器等均是重要的组成部件，但这些组成部件在燃料电池系统中布置比较复杂，组成部件间需要多个胶管进行连接，使其在整个燃料电池系统的所占体积变得较大，不仅外观感受较差，而且考虑到燃料电池系统在特别是整车上的布置空间限制，这种复杂的零件布置方式不利于燃料电池系统的尺寸优化。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种中冷器增湿器集成装置、燃料电池发动机及车辆，以解决现有技术中的增湿器、中冷器等部件在燃料电池系统中布置复杂、集成度低、所占空间较大的技术问题。

为实现上述目的，第一方面，本申请提供了一种中冷器增湿器集成装置，包括：

中冷器，其设有热空气进口、冷空气出口、冷却水进口和冷却水出口；

气体缓冲室，所述冷空气出口与所述气体缓冲室相连通；以及

增湿器，所述增湿器的干侧进气口与所述气体缓冲室相连通；所述增湿器还设有干侧出气口、湿侧进气口和湿侧出气口；

其中，所述气体缓冲室夹设于所述中冷器和所述增湿器之间，并分别与所述中冷器和所述增湿器密封连接。

进一步地，所述气体缓冲室的侧壁设置有吹扫口，所述吹扫口与所述气体缓冲室相连通。

进一步地，所述湿侧进气口处设有湿进截止阀安装位，所述湿侧出气口处设有湿出截止阀安装位。

进一步地，所述气体缓冲室的侧壁上设置有温度传感器接口和/或压力传感器接口。

进一步地，还包括旁通气室，所述旁通气室与所述气体缓冲室相连通，所述旁通气室上设有旁通气出口。

进一步地，还包括进气气室，所述热空气进口与所述进气气室相连通，所述进气气室设有高温空气入口。

进一步地，所述旁通气出口处设有旁通气截止阀安装位。

进一步地，还包括出气气室，所述干侧出气口与所述出气气室相连通，所述出气气室上设有湿冷空气出口。

进一步地，所述进气气室的出气侧与所述中冷器的进气侧密封连接，所述出气气室的进气侧与所述增湿器的出气侧密封连接。

进一步地，所述湿冷空气出口处设有湿冷空气截止阀安装位。

进一步地，还包括安装底座，所述安装底座用于固定连接所述中冷器增湿器集成装置。

第二方面，本申请还提供了一种燃料电池发动机，包括电堆和空气系统，所述空气系统包括空压机和上述任一项所述的一种中冷器增湿器集成装置，所述空压机的排气口与所述热空气进口相连通，所述干侧出气口与所述电堆的空气进口相连通；所述电堆的空气出口与所述湿侧进气口相连通。

第三方面，本申请还提供了一种车辆，包括上述所述的一种燃料电池发动机。

与现有技术相比，本申请具有以下的技术效果：

本申请的一种中冷器增湿器集成装置将中冷器和增湿器集成设计成一体，减少了燃料电池系统中用于连接的胶管的数量，减少了连接接头的设置，使得燃料电池系统中各组成部件间布置更紧密，利于减小燃料电池系统的布置空间，使得燃料电池系统在整个车辆中的空间布局更加优化。

本申请的一种燃料电池发动机和车辆因具有本申请的一种中冷器增湿器集成装置，因此，其同样具有上述有益效果，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种中冷器增湿器集成装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种中冷器增湿器集成装置的另一视角的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种中冷器增湿器集成装置的另一视角的结构示意图；

图4为图3的结构爆炸图；

图5为图4中的局部结构爆炸图；

图6为本申请实施例提供的一种中冷器增湿器集成装置内部物质传输流向的示意图。

其中，图中各附图标记：

1、中冷器，2、气体缓冲室，3、增湿器，4、温度传感器，5、压力传感器，6、旁通气室，7、进气气室，8、出气气室，9、安装底座，101、冷却水出口，102、冷却水进口，201、吹扫口，301、湿侧进气口，302、湿侧出气口，601、旁通气出口，701、高温空气入口，801、湿冷空气出口。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“上”、“下”、“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申请和简化描述，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申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本申请实施例提供了一种车辆，该车辆具有燃料电池发动机，该燃料电池发动机具有一种中冷器增湿器集成装置，实现了中冷器和增湿器的集成化设计，简化了燃料电池系统中各组成部件的连接线布置结构，提高了车辆整体的空间利用效率。

请一并参阅图1-图5，现对本申请实施例提供的一种中冷器增湿器集成装置进行说明。

本申请实施例的一种中冷器增湿器集成装置，包括中冷器1、气体缓冲室2和增湿器3，中冷器1上设有热空气进口、冷空气出口、冷却水出口101和冷却水进口102；气体缓冲室2的一侧与中冷器1的一侧密封连接，中冷器1的冷空气出口与气体缓冲室2相连通；增湿器3的一侧与气体缓冲室2的另一侧密封连接，增湿器3的干侧进气口与气体缓冲室2相连通，即气体缓冲室2夹设于中冷器1和增湿器3之间，并分别与中冷器1和增湿器3密封连接；增湿器3上还设有干侧出气口、湿侧进气口301和湿侧出气口302。湿侧进气口301处的湿进截止阀安装位和湿侧出气口302处的湿出截止阀安装位可分别集成安装湿进截止阀和湿出截止阀。

在本申请实施例中，为了便于描述本申请各个组件的位置关系，以图1的上下左右前后方向为基准方位进行说明，但实际应用中不应以此为限，中冷器1的出气侧(图1中右侧)与气体缓冲室2的进气侧(图1中左侧)密封连接，气体缓冲室2的出气侧(图1中右侧)与增湿器3的进气侧(图1中左侧)密封连接，具体可通过法兰密封连接或焊接的形式连接成一体。

本申请实施例的中冷器1和增湿器3的内部结构均采用现有常规设计结构，增湿器3内设有多个由防气透水膜制成的细管，用于交换水汽以完成对干空气的增湿过程，由于多个由防气透水膜制成的细管在增湿器3的横截面内并非均匀排布，因此，本申请实施例在中冷器1和增湿器3之间增设气体缓冲室2，使得经过中冷器1冷却后的冷干空气进入气体缓冲室2后再进入到增湿器3内进行增湿，以避免冷干空气从中冷器1出来后直接进入到增湿器3，进而减小气流阻力。

本申请实施例的一种中冷器增湿器集成装置在工作时，来自空压机出口的高温气体(温度通常在100℃以上)通过中冷器1的热空气进口进入到中冷器1中，冷却水通过冷却水进口102和冷却水出口101在中冷器1内流过完成与热空气的热交换，经过中冷器1冷却后的冷干空气从中冷器1的冷空气出口出来，之后流入到气体缓冲室2，通过气体缓冲室2再流入到增湿器3的进气口，进入到增湿器3内进行增湿，同时，湿空气通过增湿器3上的湿侧进气口301流入，并通过湿侧出气口302流出，湿空气与冷干空气相互之间发生水汽交换以完成对冷干空气的增湿过程，经过增湿后的湿冷空气从增湿器3的干侧出气口排出后进入到电堆内参与反应。

本申请实施例的一种中冷器增湿器集成装置将中冷器1和增湿器3集成设计成一体，减少了燃料电池系统中用于连接的胶管的数量，减少了连接接头的设置，使得燃料电池系统中各组成部件间布置更紧密，利于减小燃料电池系统的布置空间，使得燃料电池系统在整个车辆中的空间布局更加优化。

进一步地，本申请实施例的气体缓冲室2的侧壁上设置有吹扫口201，吹扫口201与气体缓冲室2相连通。通过在气体缓冲室2上集成设计吹扫口201，利用冷却后的空气为电堆封装内提供持续的气体吹扫，来防止电堆封装内氢气聚集。

进一步地，本申请实施例的气体缓冲室2的侧壁上设置有温度传感器接口，用于集成安装温度传感器4。进一步地，本申请实施例的气体缓冲室2的侧壁上设置有压力传感器接口，用于集成安装压力传感器5。本申请实施例的气体缓冲室2的侧壁上同时设置有温度传感器4和压力传感器5，这样，在气体缓冲室2的侧壁上同时集成设计温度传感器4和压力传感器5的接口，用于实时监测空气冷却后的压力和温度，以便实时调节空压机转速和安装于增湿器3上湿侧出气口302处的湿出截止阀安装位的背压阀(即湿出截止阀)开度，来保证电堆处于最佳工况。

进一步地，本申请实施例的一种中冷器增湿器集成装置还包括旁通气室6，旁通气室6与气体缓冲室2相连通，旁通气室6上设有旁通气出口601。本申请实施例的旁通气室6和气体缓冲室2可以一体化设计。经过冷却后的冷干空气一部分可以通过旁通气室6上的旁通气出口601排出，通过集成安装在旁通气出口601处的旁通气截止阀安装位的旁通气截止阀来调节旁通气量，可用在怠速时或低功率时电堆进气需求不高时的气体旁通，从而可防止空压机喘振。高温空气经过中冷器1冷却后，再通过旁通气室6上的旁通气出口601排出，一方面可提升排气操作的安全性，另一方面还可以降低对旁通口截止阀的选用标准，因为常规截止阀的工作温度最高只允许到110℃左右，而不经过冷却的高温空气温度可能达到200℃以上。

进一步地，本申请实施例的一种中冷器增湿器集成装置还包括进气气室7，进气气室7的一侧与中冷器1的另一侧密封连接，中冷器1的热空气进口与进气气室7相连通，进气气室7上设有高温空气入口701。这样，从空压机出来的高温空气通过进气气室7上的高温空气入口701进入到进气气室7内，之后再进入到中冷器1内。本申请实施例的进气气室7、中冷器1和气体缓冲室2相互之间可以通过焊接的形式密封连接成一体。

进一步地，本申请实施例的一种中冷器增湿器集成装置还包括出气气室8，出气气室8的一侧与增湿器3的另一侧密封连接，增湿器3的出气口与出气气室8相连通，出气气室8上设有湿冷空气出口801，湿冷空气出口801处的湿冷空气截止阀安装位可集成安装湿冷空气截止阀。这样，经过增湿器3增湿后的湿冷空气在出气气室8内汇集混合，之后通过湿冷空气出口801排出进入到电堆内参与反应。

进一步地，本申请实施例的一种中冷器增湿器集成装置还包括安装底座9，安装底座9固定连接在中冷器增湿器集成装置上。通过安装底座9将中冷器增湿器集成装置固定集成到燃料电池发动机系统上。本申请实施例的安装底座9设置有多个，分别设置在进气气室7和出气气室8的底侧。

在本申请实施例中，进气气室7的出气侧(图1中右侧)与中冷器1的进气侧(图1中左侧)密封连接，出气气室8的进气侧(图1中左侧)与增湿器的3的出气侧(图1中右侧)密封连接，具体可通过法兰密封连接或焊接的形式连接成一体。此外，旁通气室6和气体缓冲室2呈一体L型腔设计(如图5所示)，并绕设于中冷器1布置，该L型腔的内壁可以中冷器1的外侧表面为其内侧壁，气体缓冲室2的敞口端一侧与中冷器1的出气侧密封连接成一体，气体缓冲室2的出气侧与增湿器3的进气侧密封连接成一体。进气气室7、中冷器1、气体缓冲室2、增湿器3和出气气室8由左而右沿空气流动方向依次布置；旁通气室6设于中冷器1的前侧；旁通气出口601和旁通气截止阀设于旁通气室6的前侧且靠下设置；冷却水进口102设于中冷器1的上侧，冷却水出口101设于中冷器1的下侧，且冷却水进口102和冷却水出口101均朝后设置；温度传感器接口、温度传感器4、吹扫口201、压力传感器接口和压力传感器5均设于气体缓冲室2的后侧且均沿左右方向延展布置；湿侧出气口302、湿侧进气口301、湿进截止阀和背压阀(即湿出截止阀)均设于增湿器3的前侧，且湿侧出气口302和背压阀(即湿出截止阀)靠上设置，湿侧进气口301和湿进截止阀靠下设置；湿冷空气出口801和湿冷空气截止阀均设于出气气室8的前侧且靠下设置；安装底座9分设于本申请的四个边角处且靠下设置。

本申请实施例的一种中冷器增湿器集成装置的内部物质传输流向的示意图如图6所示，图中箭头的指示方向代表空气的流动方向或水的传输方向。其中，高温空气通过进气气室7上的高温空气入口701流入，之后依次流经中冷器1、气体缓冲室2(或另起一个支路，流经旁通气室6上的旁通气出口601排出)、增湿器3和出气气室8，并通过出气气室8上的湿冷空气出口801排出；从电堆排出的湿空气通过增湿器3上的湿侧进气口301流入，并通过湿侧出气口302流出；冷却水通过中冷器1上的冷却水进口102流入，并通过冷却水出口101流出。

在燃料电池系统停机时，通过关闭增湿器3的湿侧进气口301上的湿进截止阀和出气气室8的湿冷空气出口801上的湿冷空气截止阀来封闭电堆内部的空间，从而减少从外部进入电堆的空气量。

本申请实施例还提供了一种燃料电池发动机，该燃料电池发动机包括电堆和空气系统，空气系统包括空压机和上述所述的一种中冷器增湿器集成装置，空压机的高温空气排气口与中冷器1的热空气进口相连通，增湿器3的干侧出气口与电堆的空气进口相连通，电堆的空气出口与增湿器3的湿侧进气口301相连通。

本申请实施例还提供了一种车辆，包括上述所述的一种燃料电池发动机。

以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种中冷器增湿器集成装置，其特征在于，包括：

中冷器，其设有热空气进口、冷空气出口、冷却水进口和冷却水出口；

气体缓冲室，所述冷空气出口与所述气体缓冲室相连通；以及，

增湿器，所述增湿器的干侧进气口与所述气体缓冲室相连通；所述增湿器还设有干侧出气口、湿侧进气口和湿侧出气口；

其中，所述气体缓冲室夹设于所述中冷器和所述增湿器之间，并分别与所述中冷器和所述增湿器密封连接。

2.如权利要求1所述的一种中冷器增湿器集成装置，其特征在于，所述气体缓冲室的侧壁设置有吹扫口，所述吹扫口与所述气体缓冲室相连通；和/或，

所述湿侧进气口处设有湿进截止阀安装位，所述湿侧出气口处设有湿出截止阀安装位。

3.如权利要求1所述的一种中冷器增湿器集成装置，其特征在于，所述气体缓冲室的侧壁上设置有温度传感器接口和/或压力传感器接口。

4.如权利要求1-3任意一项所述的一种中冷器增湿器集成装置，其特征在于，还包括旁通气室，所述旁通气室与所述气体缓冲室相连通，所述旁通气室上设有旁通气出口。

5.如权利要求4所述的一种中冷器增湿器集成装置，其特征在于，还包括进气气室，所述热空气进口与所述进气气室相连通，所述进气气室设有高温空气入口；和/或，

所述旁通气出口处设有旁通气截止阀安装位。

6.如权利要求5所述的一种中冷器增湿器集成装置，其特征在于，还包括出气气室，所述干侧出气口与所述出气气室相连通，所述出气气室上设有湿冷空气出口。

7.如权利要求6所述的一种中冷器增湿器集成装置，其特征在于，所述进气气室的出气侧与所述中冷器的进气侧密封连接，所述出气气室的进气侧与所述增湿器的出气侧密封连接；和/或，

所述湿冷空气出口处设有湿冷空气截止阀安装位。

8.如权利要求1-3或5-7任意一项所述的一种中冷器增湿器集成装置，其特征在于，还包括安装底座，所述安装底座用于固定连接所述中冷器增湿器集成装置。

9.一种燃料电池发动机，其特征在于，包括电堆和空气系统，所述空气系统包括空压机和上述权利要求1-8任意一项所述的中冷器增湿器集成装置，所述空压机的排气口与所述热空气进口相连通，所述干侧出气口与所述电堆的空气进口相连通；所述电堆的空气出口与所述湿侧进气口相连通。

10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求9所述的一种燃料电池发动机。

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