一种燃料电池余热利用换热器制造技术

本发明专利技术公开了一种燃料电池余热利用换热器，其包括换热壳体，换热壳体的两端通过实心法兰盘封装，换热壳体的两端分别设置有热源进口腔和热源出口腔，热源进口腔和热源出口腔上分别设置有热源进口和热源出口；换热壳体内设置有若干换热管，若干换热管均匀分布在换热壳体内；换热壳体的上端和下端分别设置有冷源出口和冷源进口，换热壳体内设置有与冷源出口和冷源进口连通的Z形通道，换热管穿过Z形通道。本发明专利技术在不影响换热效率与流体阻力的情况下有效减小了整个换热器的体积，提高换热器使用的便捷性，使换热器在燃料电池中的应用中更加广泛。广泛。广泛。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池余热利用换热器


[0001]本专利技术涉及燃料电池预热利用计算领域，具体涉及一种燃料电池余热利用换热器。

技术介绍

[0002]燃料电池发电系统是通过氢气与氧气产生电化学反应生成水来产生电能的发电装置，由在产生电能的同时，还会产生大量的热。燃料电池整体反应温度低（质子交换膜燃料电池反应温度＜100℃），因此产生热品味较低，无法高效利用，常用于供暖或者供热等需求。因此产热可利用为其极小部分，大部分热量需通过散热器散发。常规换热器换热效率低，体积较大，在燃料电池应用中会占据较大空间，限制了换热器的使用。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的上述不足，本专利技术提供了一种在无增加流体阻力的条件下，有效提高了换热效率的燃料电池余热利用换热器。
[0004]为达到上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案为：提供一种燃料电池余热利用换热器，其包括换热壳体，换热壳体的两端通过实心法兰盘封装，换热壳体的两端分别设置有热源进口腔和热源出口腔，热源进口腔和热源出口腔上分别设置有热源进口和热源出口，热源进口腔和热源出口腔的端部均通过空心法兰盘固定在实心法兰盘上；换热壳体内设置有若干换热管，若干换热管均匀分布在换热壳体内，换热管的两端均贯穿换热壳体两端的实心法兰盘，且换热管的两端分别与热源进口腔和热源出口腔内设置的管箱连接，热源进口腔内的管箱与热源进口连接，热源出口腔内的管箱与热源出口连接；换热壳体的上端和下端分别设置有冷源出口和冷源进口，换热壳体内设置有与冷源出口和冷源进口连通的Z形通道，换热管穿过Z形通道。
[0005]进一步地，Z形通道包括设置在换热壳体内表面上端和下端的若干折流板，若干折流板均间隔设置，且固定在换热壳体内表面上端的折流板与换热壳体内表面下端之间设置有间隙，固定在换热壳体内表面下端的折流板与换热壳体内表面上端之间设置有间隙。
[0006]进一步地，实心法兰盘上设置有若干定距管，若干定距管穿过折流板对折流板进行固定，且定距管的端部设置有拉杆，拉杆的端部固定在折流板上。
[0007]进一步地，实心法兰盘的边沿设置有沉台，空心法兰盘的边沿设置有凸台，凸台与沉台配合限位和定位。
[0008]进一步地，若干换热管设置在换热壳体中央成正方形阵列排布。
[0009]进一步地，换热管的尺寸设计方法为：S1：根据燃料电池电堆的工作电流I、单片电压ε
cell
、电堆节数n
stack
计算燃料电池的产热量Q
stack
：
其中，ε0为燃料电池的理论电动势；S2：利用燃料电池电堆工作时的冷却系统的进口温度T
stack，in
与出口温度T
stack，out
计算燃料电池冷却系统内的冷却液流量M
stack
：其中，c
pstack
为燃料电池冷却液的定压比热容；S3：根据冷源进口的温度t1、冷源出口的温度t2、以及冷源进口与冷源出口之间流动的冷却液流量M
cool
，计算利用余热量Q
cool
：其中，C
pcool
为换热壳体内的冷却液定压比热容；S4：利用产热量Q
stack
、冷却系统流量M
stack
和换热管的进口端温度T1计算换热管的出口端温度T2：其中，c
pi
为换热管内流动的冷却液定压比热容，μ
pi
为换热管内流动的冷却液的粘度；S5：根据换热管的进口端温度T1、出口端温度T2、冷源进口的温度t1、冷源出口的温度t2计算对数温差Δt
mc
：S6：计算修正对数温差Δt
m
：其中，为温差修正系数，P、R分别为温差修正指数；S7：利用余热量Q
cool
、修正对数温差Δt
m
计算设计传热面积F'：其中，K'为设计传热系数；
S8：根据设计的换热管流速u
i
、燃料电池冷却系统内的冷却液流量M
stack
计算换热管的数量n及换热管截面积A
i
：其中，ρ
i
为换热管内的冷却液密度，A
i
为换热管的截面积，d
i
为换热管的设计内径；S9：根据设计传热面积F'、换热管的数量n和换热管的设计外径d0计算换热管的长度L：。
[0010]进一步地，换热壳体的尺寸计算方法为：A1：根据换热管的设计外径d0计算相邻换热管之间的中心距S：A2：根据中心距S、换热管的设计外径d0、换热管数量n计算换热壳体的内径D
s
：其中，D
L
为若干换热管形成的管束距换热壳体的中心最远距离，d
L
为换热壳体的最外层壳体距管束的间距；A3：设置冷却液在换热管内的流速u1、冷却液在换热壳体内流动的流速u2，计算冷源出口和冷源进口的内径D
i
、热源进口和热源出口的内径D0：其中，ρ
i
为在换热管内流动的冷却液密度，ρ0为在换热壳体内流动的冷却液密度，M
i
为冷却液在换热管内的流量，M0为冷却液在换热壳体内的流量。
[0011]进一步地，折流板的尺寸设计方法为：B1：根据换热壳体的内径D
s
计算折流板与换热壳体内表面上端、下端形成的间隙高度h：B2：利用高度h和内径D
s
计算折流板端部缺口的圆心角θ：
B3：折流板之间的间距设置为50mm，依据换热管长度L，计算折流板数量N：。
[0012]本专利技术的有益效果为：本专利技术在不影响换热效率与流体阻力的情况下有效减小了整个换热器的体积，提高换热器使用的便捷性，使换热器在燃料电池中的应用中更加广泛。本方案通过改变管式换热器中换热管排列方式，减小换热管的管径，增加换热管的数量进而有效提高换热效率，大大减少换热器尺寸的同时不对燃料电池系统的冷却液造成大的阻力损失。同时，通过合理的设计折流板数量和结构，使得换热壳体内流动用于吸收热量的冷却液形成Z形通道，增加在换热壳体内流动的距离，进而能增加换热效果。本专利技术根据燃料电池中电锥的产热量Q
stack
来精确计算换热器中各零部件的尺寸，使得燃料电池能对应每个燃料电池进行匹配设计，确保换热器达到最佳的换热效率。
附图说明
[0013]图1为燃料电池余热利用换热器的主视图。
[0014]图2为图1的A
‑
A视图。
[0015]图3为燃料电池余热利用换热器的剖视图。
[0016]图4为图3的B
‑
B视图。
[0017]其中，1、换热壳体，2、冷源出口，3、实心法兰盘，4、空心法兰盘，5、热源进口，6、热源进口腔，7、沉台，8、热源出口腔，9、热源出口，10、冷源进口，11、支架，12、管箱，13、换热管，14、定距管，15、折流板。
具体实施方式
[0018]下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池余热利用换热器，其特征在于，包括换热壳体，所述换热壳体的两端通过实心法兰盘封装，所述换热壳体的两端分别设置有热源进口腔和热源出口腔，所述热源进口腔和热源出口腔上分别设置有热源进口和热源出口，所述热源进口腔和热源出口腔的端部均通过空心法兰盘固定在实心法兰盘上；所述换热壳体内设置有若干换热管，若干所述换热管均匀分布在换热壳体内，所述换热管的两端均贯穿换热壳体两端的实心法兰盘，且换热管的两端分别与热源进口腔和热源出口腔内设置的管箱连接，所述热源进口腔内的管箱与热源进口连接，所述热源出口腔内的管箱与热源出口连接；所述换热壳体的上端和下端分别设置有冷源出口和冷源进口，所述换热壳体内设置有与冷源出口和冷源进口连通的Z形通道，所述换热管穿过Z形通道。2.根据权利要求1所述的燃料电池余热利用换热器，其特征在于，所述Z形通道包括设置在换热壳体内表面上端和下端的若干折流板，若干所述折流板均间隔设置，且固定在换热壳体内表面上端的折流板与换热壳体内表面下端之间设置有间隙，固定在换热壳体内表面下端的折流板与换热壳体内表面上端之间设置有间隙。3.根据权利要求2所述的燃料电池余热利用换热器，其特征在于，所述实心法兰盘上设置有若干定距管，若干所述定距管穿过折流板对折流板进行固定，且定距管的端部设置有拉杆，所述拉杆的端部固定在折流板上。4.根据权利要求1所述的燃料电池余热利用换热器，其特征在于，所述实心法兰盘的边沿设置有沉台，所述空心法兰盘的边沿设置有凸台，所述凸台与沉台配合限位和定位。5.根据权利要求1所述的燃料电池余热利用换热器，其特征在于，若干所述换热管设置在换热壳体中央成正方形阵列排布。6.根据权利要求1所述的燃料电池余热利用换热器，其特征在于，所述换热管的尺寸设计方法为：S1：根据燃料电池电堆的工作电流I、单片电压ε
cell
、电堆节数n
stack
计算燃料电池的产热量Q
stack
：其中，ε0为燃料电池的理论电动势；S2：利用燃料电池电堆工作时的冷却系统的进口温度T
stack，in
与出口温度T
stack，out
计算燃料电池冷却系统内的冷却液流量M
stack
：其中，c
pstack
为燃料电池冷却液的定压比热容；S3：根据冷源进口的温度t1、冷源出口的温度t2、以及冷源进口与冷源出口之间流动的冷却液流量M
cool
，计算利用余热量Q
cool
：其中，C
pcool
为换热壳体内的冷却液定压比热容；S4：利用产热量Q<...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷枢，陶诗涌，杨春华，徐丰云，张伟明，周厚庆，
申请(专利权)人：四川荣创新能动力系统有限公司，
类型：发明
国别省市：