CN220106592U - 一种燃料电池用冷却空气加热氢气装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种燃料电池用冷却空气加热氢气装置，属于燃料电池技术领域。一种燃料电池用冷却空气加热氢气装置，包括板体，板体具有供空气通过的第一腔室、冷态氢气通过的第二腔室和热交换管路，第一腔室具有空气入口和空气出口；第二腔室具有氢气入口和氢气出口；热交换管路经过第一腔室和第二腔室，且至少部分的热交换管路的表面暴露在第一腔室和第二腔室内，热交换管路的靠近第一腔室一端具有进液口，靠近第二腔室一端具有出液口。
Description
技术领域
本实用新型属于燃料电池技术领域，特别是一种燃料电池用冷却空气加热氢气装置。
背景技术
质子交换膜燃料电池是将燃料中化学能直接转化为电能的发电装置，具有比功率高、可快速启动、能量转化效率高、无污染等优点，在便携式电源、固定式电源及车载电源等领域得到了广泛应用。
空气和氢气需要具备合适的温度、压力才能进入燃料电池电堆参与反应，具体地，空气需要经过增压升温后，最终进入燃料电池系统，而冷态氢气自气源经减压升温后，最终进入燃料电池系统。
就现有技术而言，经空压机增压后的高温压缩空气需要经中冷器降温，而冷态氢气进入燃料电池系统之前，一般需要用板式换热器进行加热，中冷器和板式换热器分离，且通过的换热水管路置于外部，可能引发泄漏的风险。
一部分氢气自气源直接进入电堆，另一部分氢气通过氢气循环系统进入电堆，当氢瓶中氢气温度过低时，低温氢气直接进入电堆存在两种隐患：首先，低温氢气与氢气循环系统出口处高温氢气混合，水汽遇冷易凝结成水滴，堵塞电堆氢气入口或氢气流道，造成氢气饥饿，加速燃料电池的衰减，使其寿命降低；其次，质子交换膜接触温差较大的氢气和空气，骤热骤冷，造成质子交换膜破裂。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种燃料电池用冷却空气加热氢气装置，具有将中冷器和板式换热器结合，结构紧凑，方便零部件布置，取消了外部水管路，减小了泄露的风险。
本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：
一种燃料电池用冷却空气加热氢气装置，包括板体，所述板体具有供空气通过的第一腔室、冷态氢气通过的第二腔室和热交换管路，所述第一腔室具有空气入口和空气出口；所述第二腔室具有氢气入口和氢气出口；所述热交换管路经过所述第一腔室和所述第二腔室，且至少部分的热交换管路的表面暴露在所述第一腔室和第二腔室内，所述热交换管路的靠近第一腔室一端具有进液口，靠近第二腔室一端具有出液口。
在上述燃料电池用冷却空气加热氢气装置中，所述空气入口和空气出口分别分布在热交换管路的两侧。
在上述燃料电池用冷却空气加热氢气装置中，所述氢气入口和氢气出口分别分布在热交换管路的两侧。
在上述燃料电池用冷却空气加热氢气装置中，所述热交换管路垂直于空气流通方向以及液体氢气流通方向。
在上述燃料电池用冷却空气加热氢气装置中，所述热交换管路包括多个流道、进口连接腔和出口连接腔，所述多个流道间隔设置，且多个流道一端连通进口连接腔，另一端连通出口连接腔，所述进液口与进口连接腔连通，所述出液口与出口连接腔连通。
在上述燃料电池用冷却空气加热氢气装置中，所述热交换管路穿过所述第一腔室、第二腔室。
与现有技术相比，本申请具有以下优点：
经空压机增压后的高温压缩空气一般需要经中冷器降温，而冷态氢气进入燃料电池系统之前，一般需要用板式换热器进行加热，本实用新型把中冷器和板式换热器进行集成设计，结构紧凑，方便零部件布置，取消了外部水管路，减小了泄露的风险。
附图说明
图1是本申请的一种结构示意图。
图中，
1、进液口；
2、出液口；
3、空气入口；
4、空气出口；
5、氢气入口；
6、氢气出口；
7、进口连接腔；
8、出口连接腔；
9、第一腔室；
10、第二腔室。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，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。
如图1所示，一种燃料电池用冷却空气加热氢气装置，包括板体，板体具有供空气通过的第一腔室9、冷态氢气通过的第二腔室10和热交换管路，第一腔室9具有空气入口3和空气出口4；第二腔室10具有氢气入口5和氢气出口6；热交换管路经过第一腔室9和第二腔室10，且至少部分的热交换管路的表面暴露在第一腔室9和第二腔室10内，热交换管路的靠近第一腔室9一端作为进液口1，靠近第二腔室10一端作为出液口2。
本申请中，经空压机增压后的高温压缩空气经空气入口3进入第一腔室9，通过空气出口4流出。同时，液体氢气从氢气入口5进入第二腔室10，然后从氢气出口6流出。在热交换管路内通入热交换液，热交换液与高温压缩空气接触，进行热交换，使热交换液加热。加热后的热交换液经过第二腔室10时与液态氢气进行热交换，进一步加热液态氢气，最后进入燃料电池参与反应。与此同时，经过第二腔室10内部的高温热交换液经热交换后，温度下降，并从出液口2流出，参与燃料电池换热液循环中。
本实施例中，热交换液采用的是水，也可以采用其他能够换热的液体。
经空压机增压后的高温压缩空气一般需要经中冷器降温，而冷态氢气进入燃料电池系统之前，一般需要用板式换热器进行加热，本实用新型把中冷器和板式换热器进行集成设计，结构紧凑，方便零部件布置，取消了外部水管路，减小了泄露的风险。
具体地，空气入口3和空气出口4分别分布在热交换管路的两侧。
该设计能够实现有效的热量传递，使经过的空气与热交换管路内的热交换液充分进行热交换。通过这种方式，内部的热量能够被充分利用并转移到热交换液中。这样可以最大限度地提高热能的利用效率，并确保高温压缩空气中的热量得到有效转移和利用。
具体地，氢气入口5和氢气出口6分别分布在热交换管路的两侧。
该设计能够实现液态氢气与热交换管路内的热交换液之间的充分热交换。经过设计的流通路径，液态氢气能够与热交换液充分接触，从而有效地传递热量。这样可以最大限度地利用管路内部的热量，使液态氢气得到加热。通过热交换的过程，液态氢气的温度得到提升，为后续进入燃料电池进行反应提供了适宜的温度条件。因此，该设计能够有效地加热液态氢气，提高能源利用效率。
具体地，热交换管路垂直于空气流通方向以及液体氢气流通方向。
该设计能够在板件的基础上，优化对高温空气的降温以及液态氢气的加热，且在冷却效果以及加热效果上都较为出色。
具体地，热交换管路包括多个流道、进口连接腔7和出口连接腔8，多个流道间隔设置，且多个流道一端连通进口连接腔7，另一端连通出口连接腔8，进液口1与进口连接腔7连通，出液口2与出口连接腔8连通。
多个流道的设置增加了热交换的表面积，使得热量能够更充分地传递和交换。这样可以提高热交换的效率，使得热量的转移更加迅速和均匀。多个流道的设计可以将进入的热交换液分流，从而在经过高温空气时，能够使整个流道内的热交换液进行加热，且在加热后的温度更高，在后续对液态氢气加热的效果较好。
通过进口连接腔7和出口连接腔8的设计，使外部仅需要一个进液口1和一个出液口2。
具体地，流道穿过第一腔室9、第二腔室10。
流道的穿设布置使得空气和液体氢气能够充分接触管壁，从而有效地传递热量。这种穿设布置有利于形成更大的接触面积，提高热交换效率，使热量更有效地传递和利用。
需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示，诸如上、下、左、右、前、后……，仅用于解释在某一特定姿态，如附图所示，下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。同时，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
以上部件均为通用标准件或本技术领域人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。
Claims (6)
1.一种燃料电池用冷却空气加热氢气装置，其特征在于，包括板体，所述板体具有供空气通过的第一腔室(9)、冷态氢气通过的第二腔室(10)和热交换管路，所述第一腔室(9)具有空气入口(3)和空气出口(4)；所述第二腔室(10)具有氢气入口(5)和氢气出口(6)；所述热交换管路经过所述第一腔室(9)和所述第二腔室(10)，且至少部分的热交换管路的表面暴露在所述第一腔室(9)和第二腔室(10)内，所述热交换管路的靠近第一腔室(9)一端具有进液口(1)，靠近第二腔室(10)一端具有出液口(2)。
2.根据权利要求1所述的燃料电池用冷却空气加热氢气装置，其特征在于，所述空气入口(3)和空气出口(4)分别分布在热交换管路的两侧。
3.根据权利要求1所述的燃料电池用冷却空气加热氢气装置，其特征在于，所述氢气入口(5)和氢气出口(6)分别分布在热交换管路的两侧。
4.根据权利要求1所述的燃料电池用冷却空气加热氢气装置，其特征在于，所述热交换管路垂直于空气流通方向以及液体氢气流通方向。
5.根据权利要求1所述的燃料电池用冷却空气加热氢气装置，其特征在于，所述热交换管路包括多个流道、进口连接腔(7)和出口连接腔(8)，所述多个流道间隔设置，且多个流道一端连通进口连接腔(7)，另一端连通出口连接腔(8)，所述进液口(1)与进口连接腔(7)连通，所述出液口(2)与出口连接腔(8)连通。
6.根据权利要求1所述的燃料电池用冷却空气加热氢气装置，其特征在于，所述热交换管路穿过所述第一腔室(9)、第二腔室(10)。
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| CN202321282343.2U CN220106592U (zh) | 2023-05-25 | 2023-05-25 | 一种燃料电池用冷却空气加热氢气装置 |
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- 2023-05-25 CN CN202321282343.2U patent/CN220106592U/zh active Active
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