一种用于燃料电池加湿的热交换器和加湿系统技术方案

本发明专利技术提供一种用于燃料电池加湿的热交换器和使用该热交换器的加湿系统，热交换器包括壳体、冷空气入口、热空气出口、阴极入口、阴极出口、隔离层和设置在壳体内腔并与壳体的上端面垂直设置的多个散热片，冷空气入口和热空气出口设置在壳体的一侧，阴极入口和阴极出口设置在壳体的另一侧，散热片的截面呈波浪状，相邻两个散热片的波峰面相互抵靠，隔离层嵌在多个散热片上并把壳体内腔分成上腔室和下腔室，热空气出口和阴极出口分别与上腔室的位置对应，冷空气入口和阴极入口分别与下腔室的位置对应，冷空气入口和热空气出口与壳体之间设置有腔体，腔体的底部安装有进排水口。热交换器的结构简单紧凑，波浪状散热片具有高导热性能且能量损耗小。

A heat exchanger and humidification system for humidifying fuel cells

The present invention provides a heat exchanger for humidification of fuel cells and a humidifying system using the heat exchanger. The heat exchanger includes a shell, a cold air inlet, a hot air outlet, a cathode inlet, a cathode outlet, a isolation layer, and a plurality of heat dissipators set up in the inner chamber of the shell and vertical to the upper end of the shell. The outlet and hot air outlet are set on the side of the shell, the cathode entrance and the cathode outlet are set on the other side of the shell. The section of the heat sink is wavy, and the wave peak of the two adjacent heat dissipators is counterbalanced by each other. The isolation layer is embedded in a number of heat dissipators and the inner cavity of the shell is divided into the upper chamber and the lower chamber, the hot air exit and the cathode exit. Corresponding to the position of the upper chamber, the inlet of the cold air and the inlet of the cathode are corresponded to the position of the lower chamber respectively. The inlet of the cold air and the outlet of the hot air and the shell are provided with a cavity, and the bottom of the cavity is installed with the inlet and drainage. The heat exchanger has a simple and compact structure, and the wavy fin has high thermal conductivity and small energy loss.

【技术实现步骤摘要】
一种用于燃料电池加湿的热交换器和加湿系统
本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种用于燃料电池加湿的热交换器和使用该热交换器的加湿系统。
技术介绍
燃料电池是一种将化学能直接转化成电能的装置，由于效率高、噪声小、启动温度低、零污染等优点，被广泛应用于固定式发电、交通运输以及便携式电源等领域。燃料电池的核心部件是膜电极，膜电极一般由聚合物膜、催化剂层和气体扩散层组成，其中，聚合物膜的主要作用是传导质子、隔绝反应气体，由于质子的传导一般是以水合质子的形式进行，所以在燃料电池运行过程中，保持聚合物膜的湿度显得十分重要。一方面，如果聚合物膜的湿度不够，将会降低质子的传导率，从而影响燃料电池的性能，严重时还会引起膜脱水，造成膜收缩、穿孔，降低膜的使用寿命。另一方面，如果聚合物膜的湿度较大，将会引发膜电极水淹，阻碍反应气体的传输，从而降低燃料电池的性能。因此，保持聚合物膜的合适湿度对于提高燃料电池的性能和寿命是十分重要的。目前，一般采用对阴极空气进行加湿的方法来保持膜的湿度，加湿方法分为内加湿和外加湿。内加湿，就是在电堆内部增加加湿段对反应气体进行增湿，它依靠膜的阻气特性与水在膜内的浓度扩散来实现。外加湿，就是在电堆外引入一个能够产生液态水或水蒸气的元件，使水与反应气体一起进入电堆。外加湿可分为增温加湿、液态水喷射加湿和蒸汽注射加湿。增温加湿是通过在一定的温度下将水转化成水蒸气，与反应气体一起进入电堆，优点是结构简单，操作方便，缺点是耗能较大，且加湿过程的动态响应慢。液态水喷射加湿是直接将液态水喷入气体流道中，水喷入后形成雾状，在遇到电堆产生的热量时，水雾就会迅速蒸发，同时还能冷却电堆，结构简单，加湿效率高，缺点是难以形成稳定密集的水雾，且动态响应较慢。蒸汽注射加湿是通过附加在导流通道上的多孔基板向反应气体中连续注入水蒸气进行加湿，优点是加湿的连续性，缺点是结构复杂，制备难度加大。现有加湿技术大多集中在利用膜加湿器进行加湿，它的原理是在膜的一侧通入湿热气体(一般是电堆排放的尾气)，另一侧通入需要干燥的反应气体，利用膜两侧的湿度梯度为驱动力产生水分交换来实现对反应气体的加湿。这种技术的优点是设备安装简单，加湿效率高，缺点是加湿量不能任意调节，成本高，特别是在快速启动和大功率运行时，由于废气中的热量和水分供应不足，容易造成加湿无效。授权公告号为CN201146217Y的一种氢燃料电池全自动加湿和水管理系统，采用在超声波雾化箱中安装集成化超声波雾化器来对电堆进行加湿，并通过电堆、冷凝器、冷却风机、水位传感器、温湿度传感器、控制组件、水箱、循环水泵等组成的回路来实现电池的全自动加湿，优点是能耗小、体积小且使用寿命长，但是存在以下缺点：1、没有考虑雾化器的起雾高度，一般为5至9厘米，所以加湿效率有限；2、该技术是采用空气鼓入泵将水雾与空气一起吸入电堆，这就要求泵具有防水功能，增加泵的技术成本投入；3、加湿回路比较复杂；4.没有有效的热管理，为了得到冷凝水，尾气的热量全被浪费掉，没有热回收，且电堆入口端冷空气没有得到有效加热，影响燃料电池发电效率；5、没有考虑在零度下雾化器结冰的问题。
技术实现思路
本专利技术的第一目的是提供一种结构简单紧凑、高导热性能、制造成本底、能量损耗小且用于燃料电池加湿的热交换器。本专利技术的第二目的是提供一种使用上述热交换器的加湿系统。为了实现本专利技术的第一目的，本专利技术提供一种用于燃料电池加湿的热交换器，包括壳体、冷空气入口、热空气出口、阴极入口以及阴极出口，冷空气入口和热空气出口设置在壳体的一侧，阴极入口和阴极出口设置在壳体的另一侧，热交换器还包括隔离层和设置在壳体内腔的多个散热片，散热片的截面呈波浪状，相邻两个散热片的波峰面相互抵靠，散热片与壳体的上端面垂直设置，隔离层嵌在多个散热片上并把壳体内腔分成上腔室和下腔室，热空气出口和阴极出口分别与上腔室的位置对应，冷空气入口和阴极入口分别与下腔室的位置对应，冷空气入口和热空气出口与壳体的一侧之间设置有一腔体，腔体的底部安装有进排水口。更进一步的方案是，热交换器还包括第一吸水棉，第一吸水棉位于腔体内，第一吸水棉具有凹槽、肩部、弧形部、平面部以及多个开槽，平面部位于冷空气入口和热空气出口之间的腔体的侧壁上，肩部抵接在散热片的端面，弧形部朝向上腔室设置，凹槽朝向下腔室设置，多个开槽并排地设置在冷空气入口处。更进一步的方案是，热交换器还包括液态水过滤网，液态水过滤网位于凹槽内并抵接在散热片的端面。更进一步的方案是，热交换器还包括水槽，水槽位于第一吸水棉的下方并呈漏斗型设置，水槽的底部设置有雾化片，水槽与进排水口连通。更进一步的方案是，热交换器还包括液位传感器，液位传感器位于水槽的上方。更进一步的方案是，热交换器还包括控制器，控制器用于根据燃料电池的功率来调整雾化量。更进一步的方案是，隔离层为第二吸水棉，第二吸水棉填充在多个散热片形成的缝隙间。更进一步的方案是，散热片由铝合金制成。由上述方案可见，壳体内腔的多个散热片与壳体的上端面垂直设置，散热片的截面呈波浪状，相邻两个散热片的波峰面相互抵靠，从而多个散热片之间可形成蜂窝状流道。波浪状散热片具有高导热性能且能量损耗小，因此，用于燃料电池加湿的热交换器的结构简单紧凑，并且制造成本底。为了实现本专利技术的第二目的，本专利技术提供一种加湿系统，包括风机、雾化器、冷凝槽以及热交换器，冷凝槽中具有冷凝水，热交换器包括壳体、冷空气入口、热空气出口、阴极入口以及阴极出口，冷空气入口和热空气出口设置在壳体的一侧，阴极入口和阴极出口设置在壳体的另一侧，热交换器还包括隔离层和设置在壳体内腔的多个散热片，散热片的截面呈波浪状，相邻两个散热片的波峰面相互抵靠，散热片与壳体的上端面垂直设置，隔离层嵌在多个散热片上并把壳体内腔分成上腔室和下腔室，热空气出口和阴极出口分别与上腔室的位置对应，冷空气入口和阴极入口分别与下腔室的位置对应，冷空气入口和热空气出口与壳体的一侧之间设置有一腔体，腔体的底部安装有进排水口。更进一步的方案是，热交换器位于风机的后端，雾化器位于风机和热交换器之间，冷凝槽分别与热交换器的进排水口和雾化器连接，冷凝槽安装有排水阀。由上述方案可见，由于热交换器使用在风机的后端，可以不用考虑风机的防水问题，降低了风机的成本。冷凝槽安装有排水阀，一旦温度在零度以下，加湿系统关机后开启排水阀，可防止雾化器结冰。加湿系统的结构简单紧凑，降低了制造成本和能量损耗。附图说明图1为本专利技术加湿系统实施例的结构示意图。图2为本专利技术热交换器实施例的第一视角结构图。图3为本专利技术热交换器实施例的第二视角结构图。图4为本专利技术热交换器实施例的主视图。图5为本专利技术热交换器实施例的仰视图。图6为本专利技术热交换器实施例的俯视图。图7为图6在A-A处的剖视图。图8为本专利技术热交换器实施例的局部图。图9为本专利技术热交换器实施例中第一吸水棉的结构图。具体实施方式参见图1，加湿系统包括风机、雾化器、冷凝槽以及热交换器，冷凝槽中具有冷凝水，热交换器位于风机的后端，雾化器位于风机和热交换器之间，冷凝槽分别与热交换器的进排水口和雾化器连接，冷凝槽安装有排水阀，一旦温度在零度以下，加湿系统关机后开启排水阀，可防止雾化器结冰。本实施例加湿系统适用于风冷和水冷燃料电池的电堆，利用一套简单的热交本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于燃料电池加湿的热交换器，包括壳体、冷空气入口、热空气出口、阴极入口以及阴极出口，所述冷空气入口和所述热空气出口设置在所述壳体的一侧，所述阴极入口和所述阴极出口设置在所述壳体的另一侧，其特征在于：所述热交换器还包括隔离层和设置在所述壳体内腔的多个散热片，所述散热片的截面呈波浪状，相邻两个所述散热片的波峰面相互抵靠，所述散热片与所述壳体的上端面垂直设置；所述隔离层嵌在多个所述散热片上并把所述壳体内腔分成上腔室和下腔室，所述热空气出口和所述阴极出口分别与所述上腔室的位置对应，所述冷空气入口和所述阴极入口分别与所述下腔室的位置对应；所述冷空气入口和所述热空气出口与所述壳体的一侧之间设置有一腔体，所述腔体的底部安装有进排水口。

【技术特征摘要】
1.一种用于燃料电池加湿的热交换器，包括壳体、冷空气入口、热空气出口、阴极入口以及阴极出口，所述冷空气入口和所述热空气出口设置在所述壳体的一侧，所述阴极入口和所述阴极出口设置在所述壳体的另一侧，其特征在于：所述热交换器还包括隔离层和设置在所述壳体内腔的多个散热片，所述散热片的截面呈波浪状，相邻两个所述散热片的波峰面相互抵靠，所述散热片与所述壳体的上端面垂直设置；所述隔离层嵌在多个所述散热片上并把所述壳体内腔分成上腔室和下腔室，所述热空气出口和所述阴极出口分别与所述上腔室的位置对应，所述冷空气入口和所述阴极入口分别与所述下腔室的位置对应；所述冷空气入口和所述热空气出口与所述壳体的一侧之间设置有一腔体，所述腔体的底部安装有进排水口。2.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池加湿的热交换器，其特征在于：所述热交换器还包括第一吸水棉，所述第一吸水棉位于所述腔体内；所述第一吸水棉具有凹槽、肩部、弧形部、平面部以及多个开槽，所述平面部位于所述冷空气入口和所述热空气出口之间的所述腔体的侧壁上，所述肩部抵接在所述散热片的端面；所述弧形部朝向所述上腔室设置，所述凹槽朝向所述下腔室设置，多个所述开槽并排地设置在所述冷空气入口处。3.根据权利要求2所述的一种用于燃料电池加湿的热交换器，其特征在于：所述热交换器还包括液态水过...

【专利技术属性】
技术研发人员：常爱乐，王俊杰，朱俊娥，欧阳洵，
申请(专利权)人：江苏氢璞创能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32