一种应用在燃料电池系统上的氢气换热器

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，特别是一种应用在燃料电池系统上的氢气换热器。

背景技术

燃料电池发动机在使用时，氢气一般是由储气瓶提供。就现有技术而言，进入电堆的氢气一部分由储气瓶减压后直接进入，另一部分由氢气循环系统进入。储气瓶中氢气温度和湿度较低，氢气循环系统回流的氢气温度和湿度较高，当低温干燥的氢气与高温高湿的回流氢气在系统汇流腔室内混合后，回流氢气中所带的水汽遇冷形成液态水，有可能堵塞氢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。所以需要在干氢气和回流氢气汇流前提升干氢气温度。

现有技术方案一般是在氢喷前高压管路上安装板式换热器，水路从入堆管路支路取水，通过板式换热器对低温干氢气和高温冷却液进行热量交换，实现对干氢气的温度提升。

现有技术存在以下缺陷和不足：

现有的氢气换热器位置一般在氢喷前，在集成度较高的燃料电池发动机上不易布置；

氢气换热器的氢气腔压力较高一般高于1MPa.g，冷却液腔压力较低与电堆冷却路并联，一般不高于100kPa.g，内部换热片长时间承受较大的压力，板式换热器的密封可靠性降低。

燃料电池系统大功率运行时，氢气换热器冷却液温度较高，导致干氢气经换热器升温后气体温度较高；然后干氢气进入氢喷，造成氢喷阀阀体温度超出工作温度，阀体可靠性降低。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种应用在燃料电池系统上的氢气换热器，具有

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种应用在燃料电池系统上的氢气换热器，所述氢气换热器用于安装在引射氢喷阀、旁通氢喷阀和引射器之间；

氢气换热器包括：

主体，所述主体具有第一换热腔、第二换热腔、与所述第一换热腔相连的出液管、与所述第二换热腔连通的进液管，所述第一换热腔和第二换热器相连通；

引射氢气管路，所述引射氢气管路至少部分的设置在所述第一换热腔内，所述引射氢气管路用于连接引射氢喷阀和引射器；

旁通氢气管路，所述旁通氢气管路至少部分的设置在所述第二换热腔内，所述旁通氢气管路用于连接旁通氢喷阀和电堆入口；

分流管，所述分流管一端连通出液管，所述分流管另一端连通进液管；和

分流阀，所述分流阀安装在所述分流管上，用于调节分流管的流量。

在上述应用在燃料电池系统上的氢气换热器中，所述出液管与所述中冷器连接。

在上述应用在燃料电池系统上的氢气换热器中，所述进液管和出液管用于连接在电堆的冷却支路上。

在上述应用在燃料电池系统上的氢气换热器中，还包括燃料电池控制器，所述引射氢气管路上安装有氢气温度传感器，所述燃料电池控制器根据氢气温度传感器采集的温度控制分流阀的角度。

在上述应用在燃料电池系统上的氢气换热器中，所述第一换热腔和第二换热腔之间通过隔板分离，所述隔板上开设有交流通孔。

在上述应用在燃料电池系统上的氢气换热器中，所述分流管位于所述主体的外部。

与现有技术相比，本申请具有以下优点：

1.在本申请中，我们将换热器设置在引射氢喷阀和旁通氢喷阀的后侧。这样，通过从储气罐内喷出的氢气直接进入引射氢喷阀和旁通氢喷阀，可以降低氢气的温度，增加阀体的可靠性。同时，引射氢喷阀与引射器之间通过换热器隔离，极大地减少了关机后湿气扩散在引射氢喷阀处冷凝形成结冰的可能性。这种优化方案使得温度较低的氢气能够有效地对引射氢喷阀和旁通氢喷阀进行冷却，从而提高系统的整体性能和寿命。

2.将换热器设置在引射氢喷阀后侧能够使换热器的冷侧和热侧的压力差较小，从而降低了换热器泄露的可能性。这样的布置进一步提高了系统的可靠性，并有效地解决了现有技术方案中换热器密封可靠性降低的问题。

3.通过角度控制分流阀，可以改变冷却液流入第一换热腔、第二换热腔与分流管之间的流量。当需要降低氢气温度时，可以增大分流管内的流量，同时减少流入第一换热腔和第二换热腔的冷却液流量，从而有效控制氢气进堆的温度，提高电堆性能和使用寿命。这种方法使得在燃料电池发动机运行过程中，能够灵活地调节冷却液的流量分配，实现对氢气温度的精确控制，从而优化系统的工作效率和稳定性。

附图说明

图1是本发明中氢气换热器使用状态下的一种布局图；

图2是本发明中氢气换热器使用状态下且出液管接入中冷器后的一种布局图；

图3是本发明中氢气换热器中的内部结构示意图。

图中，

100、引射氢喷阀；200、旁通氢喷阀；300、引射器；400、电堆；

2、主体；21、第一换热腔；22、第二换热腔；23、进液管；24、出液管；25、隔板；251、交流通孔；

3、引射氢气管路；

4、旁通氢气管路；

5、分流管；

6、分流阀；

7、燃料电池控制器；

8、氢气温度传感器；

9、中冷器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

如图1至图3所示，一种应用在燃料电池系统上的氢气换热器，所述氢气换热器用于安装在引射氢喷阀100、旁通氢喷阀200和引射器300之间；氢气换热器包括：主体2、引射氢气管路3、旁通氢气管路4、分流管5和分流阀6，所述主体2具有第一换热腔21、第二换热腔22、与所述第一换热腔21相连的出液管24、与所述第二换热腔22连通的进液管23，所述第一换热腔21和第二换热器相连通；所述引射氢气管路3至少部分的设置在所述第一换热腔21内，所述引射氢气管路3用于连接引射氢喷阀100和引射器300；所述旁通氢气管路4至少部分的设置在所述第二换热腔22内，所述旁通氢气管路4用于连接旁通氢喷阀200和电堆400入口；所述分流管5一端连通进液管23，所述分流管5另一端连通出液管24；所述分流阀6安装在所述分流管5上，用于调节分流管5的流量。

在本申请中，我们将换热器设置在引射氢喷阀100和旁通氢喷阀200的后侧。这样，通过从储气罐内喷出的氢气直接进入引射氢喷阀100和旁通氢喷阀200，可以降低氢气的温度，增加阀体的可靠性。同时，引射氢喷阀100与引射器300之间通过换热器隔离，极大地减少了关机后湿气扩散在引射氢喷阀100处冷凝形成结冰的可能性。这种优化方案使得温度较低的氢气能够有效地对引射氢喷阀100和旁通氢喷阀200进行冷却，从而提高系统的整体性能和寿命。

同时，将换热器设置在引射氢喷阀100后侧能够使换热器的冷侧和热侧的压力差较小，从而降低了换热器泄露的可能性。这样的布置进一步提高了系统的可靠性，并有效地解决了现有技术方案中换热器密封可靠性降低的问题。

在本申请中，氢气从引射氢喷阀100进入引射氢气管路3内，同时通过进液管23流入的高温冷却液对氢气进行升温，使其达到预设的温度。同样地，旁通氢喷阀200也允许氢气进入旁通氢气管内，并通过进入的高温冷却液进行升温。值得注意的是，所使用的冷却液温度高于氢气的温度，而该冷却液用于对电堆400进行冷却，在从电堆400流出后冷却液仍处于高温状态。

通过角度控制分流阀6，可以改变冷却液流入第一换热腔21、第二换热腔22与分流管5之间的流量。当需要降低氢气温度时，可以增大分流管5内的流量，同时减少流入第一换热腔21和第二换热腔22的冷却液流量，从而有效控制氢气进堆的温度，提高电堆400性能和使用寿命。这种方法使得在燃料电池发动机运行过程中，能够灵活地调节冷却液的流量分配，实现对氢气温度的精确控制，从而优化系统的工作效率和稳定性。

本申请中，燃料电池系统包括储气罐、引射氢喷阀100、旁通氢喷阀200和引射器300、燃料电池控制器7。具体地，所述出液管24与所述中冷器9连接。

在高温冷却液对氢气加热后，从出液管24流出，在流出后进入中冷器9进一步降温。从而方便冷却液温度降低至预设温度，可用于其他部件的冷却，例如重新进入到电堆400内用于对电堆400的冷却。

具体地，所述进液管23和出液管24用于连接在电堆400的冷却支路上。

在本申请中，冷却液直接从电堆400的冷却管路中取水。在电堆400使用状态下，冷却液处于高温状态，恰好可以用于对氢气进行加热。这样的设计充分利用了电堆400冷却液的高温热能，实现了对氢气的高效加热，从而提高了能量利用效率，同时也简化了系统的设计和结构。这种优化方案使得冷却液的热能得到充分利用，为燃料电池系统提供了可靠的热管理方案，提高了系统的整体性能和效率。

具体地，还包括燃料电池控制器7，所述引射氢气管路3上安装有氢气温度传感器8，所述燃料电池控制器7根据氢气温度传感器8采集的温度控制分流阀6的角度。

通过氢气温度传感器8，能够实时检测引射氢气管路3中氢气的温度。借助燃料电池控制器7，可以精确控制分流阀6角度，从而使氢气温度始终保持在预设范围内。这样的控制机制确保了氢气的温度稳定，使其符合燃料电池系统的设计要求。通过实时监测和智能控制，燃料电池系统能够更加稳定和高效地运行，提高了系统的可靠性和性能。

具体地，所述第一换热腔21和第二换热腔22之间通过隔板25分离，所述隔板25上开设有交流通孔251。

通过该设计，高温冷却液能够充分地进入第一换热腔21后，顺利地进入第二换热腔22，从而实现充分的热交换。这种流程确保了冷却液在两个换热腔之间的有效流动，使得热能得到充分利用，并有效地将热量传递给氢气，实现了高效的热量交换。这样的优化设计有助于提高燃料电池系统的整体性能和效率，同时确保了系统的稳定运行。

具体地，所述分流管5位于所述主体2的外部。

该设计能够使高温冷却液的温度不会散发至引射氢气管路3、旁通氢气管路4内的氢气内，方便更好的调节温度。

需要说明，本发明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，在本发明中涉及“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，也不在本发明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发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。