一种燃料电池用燃气换热器制造技术

本发明专利技术提供一种燃料电池用燃气换热器，特别是一种燃料电池用氢气换热器，包括燃气管路、燃气换热螺旋管、空气管路，将燃气管路螺旋套装在空压机出口管路上，使用空压机出口的高温高压气体对燃气进行预热。通过电控三通阀对进入燃气换热器的燃气和旁路的燃气进行流量分配来调节燃气出口的温度，并通过燃气出口温度反馈形成闭环控制，提高燃气换热器的集成度，实现燃气入堆温度的精准控制，提高电堆性能和使用寿命；使用一体化螺旋管换热，燃气换热管更加耐压，降低了燃气泄漏风险；使用气体换热，避免了常规液体换热介质进入电堆的风险，保护电堆。保护电堆。保护电堆。

A gas heat exchanger for fuel cell

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池用燃气换热器


[0001]本专利技术属于燃料电池用燃气换热器，特别是氢气燃料电池用氢气换热器。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池是在电动汽车上最有应用前景的电力能源之一。当燃料电池工作时，向阳极通入燃气，同时向阴极通入氧气，燃气和氧气在催化剂的作用下进行电化学反应，产生电、热和水。燃料电池发动机在整车上使用时，燃气一般是由储气瓶提供。就现有技术而言，进入电堆的燃气一部分由储气瓶直接进入，另一部分通过燃气循环系统进入。一般储气瓶中燃气温度较低，燃气循环系统回流的燃气温度较高，当低温的燃气与高温高湿的回流燃气在电堆内混合后，回流燃气中所带的水汽遇冷形成液态水，有可能堵塞燃气管道造成阳极缺气，加速电堆性能的衰减，降低发动机的寿命。
[0003]因此，通过预热燃气，对进入电堆的燃气进行加热，降低与回流燃气之间的温差，能有效避免入堆燃气中液态水的形成。
[0004]现有技术方案一般采用板式换热器对进入燃料电池发动机的燃气进行加热。燃料电池发动机系统在工作时产生大量的热量，并通过冷却水带出，目前的技术一般通过板式换热器对低温燃气和高温的冷却水进行热交换，实现对燃气的加热。
[0005]现有的板式燃气换热器一般体积较大，在集成度较高的燃料电池发动机上不易布置，而且进入板式换热器的燃气压力较高（一般1.6Mpa左右），冷却水压力较低（一般110
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160kpa），冷侧和热侧压力差较大，而且换热器内的换热片承压面积较大，因此换热片受到的压力也比较大。换热片长时间承受较大的压力，容易有破裂的风险，进而造成燃气泄漏，冷却水也可能进入燃气管道造成电堆的损伤。

技术实现思路

[0006]本专利技术将燃气换热器与空压机出口管路进行集成，使用空压机出口的高温高压气体对燃气进行预热，有效避免了常规燃气换热器在集成燃料电池发动机上的体积占用。使用盘管的形式进行燃气换热，换热管能耐受的压力较高，避免管路破裂导致燃气管路混入其他物质的风险。
[0007]本专利技术提供一种燃料电池用燃气换热器，包括燃气管路、燃气换热螺旋管、空气管路，所述燃气管路的入口连接燃气源，燃气管路的出口与燃料电池电堆的燃气进气口连通，燃气管路上设置有所述燃气换热螺旋管，燃气换热螺旋管套装在所述空气管路上；所述空气管路的入口与空压机的出气口连通，所述空气管路的出口与燃料电池电堆的空气入口连通，用高温高压空气对进入燃料电池电堆的全部燃气进行预热，不设控制。
[0008]具体的，所述燃气换热螺旋管与所述空气管路一体化设置。
[0009]具体的，所述燃气管路上设置有燃气旁路，所述燃气旁路与所述燃气换热螺旋管并联，从而允许燃气管路中的部分燃气不经过所述燃气换热螺旋管而直接进入燃料电池电堆的燃气进气口。
[0010]具体的，在所述燃气管路与所述燃气旁路连接处设置有电控三通阀，控制经过预热和没有经过预热的燃气的比例。
[0011]具体的，在所述燃气管路的入口设置有燃气入口温度传感器，所述燃气管路的出口设置有燃气出口温度传感器；在所述空气管路的入口设置有空气温度传感器；所述燃气入口温度传感器、空气温度传感器、电控三通阀、燃气出口温度传感器分别连接控制器，所述控制器根据收集到的温度信息控制电控三通阀的开度。
[0012]具体的，所述燃料电池选自甲烷燃料电池、甲醇燃料电池、氢气燃料电池中的任意一种，优选氢气燃料电池。
[0013]本专利技术提高燃气换热器的集成度；实现燃气入堆温度的精准控制，提高电堆性能和使用寿命；使用一体化螺旋管换热，换热管更加耐压，降低了燃气泄漏风险；使用气体换热，避免了常规液体换热介质进入电堆的风险，保护电堆。电控三通阀装置可取消，使用燃气直接进入燃气换热螺旋管进行加热，取消控制，燃气换热器与空压机出口管路集成，利用空压机后端空气对燃气进行加热，使用螺旋盘管的方式实现换热。
[0014]提供
技术实现思路
部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。
技术实现思路
部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
[0015]通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
[0016]图1示出了实施例1中本专利技术提供的燃料电池用氢气换热器对全部氢气预热的结构示意图。
[0017]图2示出了实施例2中本专利技术提供的燃料电池用氢气换热器对部分氢气预热的结构示意图。
[0018]附图标注：1
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氢气入口；2
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氢气入口温度传感器；3
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电控三通阀；4
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氢气管路；5
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氢气出口温度传感器；6
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氢气出口；7
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空气入口；8
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空气温度传感器；9
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氢气换热螺旋管（连续螺旋结构）；10
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空气管路；11
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空气出口。
具体实施方式
[0019]下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
[0020]在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
[0021]本专利技术提供了一种燃料电池用燃气换热器，所述燃料电池选自甲烷燃料电池、甲醇燃料电池、氢气燃料电池中的任意一种。下文以氢气燃料电池举例说明：实施例1如图1所示，一种燃料电池用氢气换热器，包括氢气入口1、氢气管路4、氢气出口温度传感器5、氢气出口6、空气入口7、氢气换热螺旋管9、空气管路10、空气出口11 ，氢气换热螺旋管9设置为连续螺旋盘管结构，套装在所述空气管路10上；用高温高压空气对进入燃料电池电堆的全部氢气进行预热，不设控制。
[0022]所述氢气入口1连接氢气源，氢气出口6与燃料电池电堆连通，为所述燃料电池电堆提供加热后的氢气，空气入口7与空压机的出口连通，空气出口11与燃料电池电堆连通，为所述燃料电池电堆提供空气。
[0023]实施例2：如图2所示，一种燃料电池发动机用氢气换热器，包括氢气入口1、氢气入口温度传感器2、电控三通阀3、氢气管路4、氢气出口温度传感器5、氢气出口6、空气入口7、空气温度传感器8、氢气换热螺旋管9、空气管路10、空气出口11、控制器（图中未标出）；所述氢气入口1连接氢气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池用燃气换热器，包括燃气管路、燃气换热螺旋管、空气管路，其特征在于，所述燃气管路的入口连接燃气源，燃气管路的出口与燃料电池电堆的燃气进气口连通，燃气管路上设置有所述燃气换热螺旋管，燃气换热螺旋管套装在所述空气管路上；所述空气管路的入口与空压机的出气口连通，所述空气管路的出口与燃料电池电堆的空气入口连通。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池用燃气换热器，其特征在于，所述燃气换热螺旋管与所述空气管路一体化设置。3.根据权利要求1所述的一种燃料电池用燃气换热器，其特征在于，所述燃气管路上设置有燃气旁路，所述燃气旁路与所述燃气换热螺旋管并联，从而允许燃气管路中的部分燃气不经过所述燃气换热螺旋管而直接进入燃料电池电堆的燃气进...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亚馗，张潇丹，张静龙，滕朝军，
申请(专利权)人：北京亿华通科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：