一种高温燃料电池内置高效率换热装置

1.本发明涉及燃料电池技术领域，具体而言，尤其涉及一种高温燃料电池内置高效率换热装置。


背景技术：

2.现有的散热器属于机加工形式，导热油腔与散热空气腔是一体加工，导热油腔内有5mm深翅片且对应背面的散热空气腔有40mm深的翅片需要机加工，导致加工成本高且加工难度大；同时，现有散热器的翅片为机加工的铝合金翅片，换热器属于板翅式换热器，由于加工条件的限制致使换热器的换热面积小，换热效率低，再者，现有换热器的换热风扇采用40双轴反转风扇，为了达到设计要求的风量及风压，所选用的40双轴反转风扇功率比较大，因此会增加系统内耗。
3.现有的散热风扇风道方式为：散热风扇由于空间限制只能布置在整个蒸发器的侧面短边一侧，因此风道行程长导致风阻大，现有设计风道的出风口在蒸发器的散热空气腔的正下方，因此，散热空气在散热空气腔内的流动方向需要折流90度，会大大增加风阻进而严重影响换热效率，且2个40双轴反转风扇采用吹风的方式对换热器进行换热，由于空间的限制导致风扇必须紧贴在蒸发器侧面的壁上，吹风的方式容易引发流体在风道内的乱流现象从而降低换热效率。


技术实现要素：

4.根据上述提出的技术问题，而提供一种高温燃料电池内置高效率换热装置。本发明包括甲醇汽化室以及氢气冷却室，所述氢气冷却室设置在所述甲醇汽化室的背面，且与所述氢气冷却室为一个整体加工件，还包括由内置管翅式换热器以及散热装置组成的导热油散热室；由电堆和翅片组成的导热油与甲醇水溶液热交换室；导热油散热室、导热油与甲醇水溶液热交换室、甲醇汽化室以及氢气冷却室依次通过螺纹串联连接；其中，导热油散热室与所述导热油与甲醇水溶液热交换室为一个整体铝合金机加工件；导热油散热室和所述导热油与甲醇水溶液热交换室分别设置在所述整体铝合金机加工件的两面；且所述导热油与甲醇水溶液热交换室与所述甲醇汽化室相接触，并通过分隔板隔开，提高了换热器的换热效率。
5.本发明采用的技术手段如下：
6.一种高温燃料电池内置高效率换热装置，包括甲醇汽化室以及氢气冷却室，所述氢气冷却室设置在所述甲醇汽化室的背面，且与所述氢气冷却室为一个整体加工件，还包括：
7.由内置管翅式换热器以及散热装置组成的导热油散热室；
8.由电堆和翅片组成的导热油与甲醇水溶液热交换室；
9.所述导热油散热室、导热油与甲醇水溶液热交换室、甲醇汽化室以及氢气冷却室依次通过螺纹串联连接；其中，
10.所述导热油散热室与所述导热油与甲醇水溶液热交换室为一个整体铝合金机加工件；
11.所述导热油散热室和所述导热油与甲醇水溶液热交换室分别设置在所述整体铝合金机加工件的两面；且所述导热油与甲醇水溶液热交换室与所述甲醇汽化室相接触，并通过分隔板隔开。
12.进一步地，所述导热油散热室设置有第一管路和第二管路；所述第一管路的一端与所述管翅式换热器的一端固定连接，所述第一管路的另一端为导热油进口；所述第二管路的一端与所述管翅式换热器的另一端固定连接，所述第二管路的另一端为导热油出口。
13.进一步地，所述导热油散热室上表面侧壁上开设有进气通孔。
14.进一步地，所述散热装置为散热风扇，其固定设置在靠近所述管翅式换热器的一侧且紧贴所述管翅式换热器的翅片，并将缝隙用发泡硅胶填满密封。
15.进一步地，所述第一管路和第二管路的内径与管翅式换热器主体上的第一管路和第二管路的结构尺寸相匹配，所述导热油进口的长度为20～50mm，所述导热油出口的长度为20～50mm。
16.进一步地，所述管翅式换热器的翅片厚度为0.5～1.2mm、材料为黄铜、紫铜、6系铝合金、7系铝合金以及304不锈钢中的一种。
17.进一步地，所述导热油与甲醇水溶液热交换室内设置有与所述整体铝合金机加工件一体加工的翅片组成的流道，所述翅片的高度为5～10mm，翅片宽度为0.5～1.2mm，间距为1～2mm。
18.进一步地，所述导热油散热室与所述导热油与甲醇水溶液热交换室之间分隔板的厚度为0.5～3mm。
19.较现有技术相比，本发明具有以下优点：
20.1、本发明提供的高温燃料电池内置高效率换热装置，其导热油散热室的内置管翅式换热器，大大降低了铝合金机加工件的加工难度从而降低了加工成本。
21.2、本发明提供的高温燃料电池内置高效率换热装置，其导热油散热室的内置管翅式换热器，不仅换热材料采用导热系数更高的铜作为管翅材料，而且翅片能够实现薄且换热面积大。
22.3、本发明提供的高温燃料电池内置高效率换热装置，其采用散热风扇正对导热油散热室的内置管翅式换热器进行吸风换热，换热效率高且风阻小，进而能够降低对散热风扇的要求减小功耗提升换热效率。
23.4、本发明提供的高温燃料电池内置高效率换热装置，其采用散热风扇正对导热油散热室的内置管翅式换热器的吸风方式，节省空间、减小体积，更能够使空气在流道内进行稳定的流动从而提升换热器的性能。
24.基于上述理由本发明可在燃料电池等领域广泛推广。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以
根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本发明高温燃料电池内置高效率换热装置整体图。
27.图2为导热油散热室结构图。
28.图3为本发明内置管翅式换热器的导热油散热室结构图。
29.图4为本发明导热油与甲醇水溶液热交换室结构图。
30.图5为本发明实施例提供的分隔板为铝合金薄板的结构图。
31.图6为甲醇汽化室结构图。
32.图7为氢气冷却室结构图。
33.图8为本发明高温燃料电池内置高效率换热装置爆炸图。
34.图中：1、管翅式换热器；2、散热装置；3、导热油散热室；4、导热油与甲醇水溶液热交换室；5、甲醇汽化室；6、氢气冷却室；7、铝合金薄板；8、第一铜管；9、第二铜管；10、导热油进口；11、导热油出口；12、长方形进气孔；13、翅片。
具体实施方式
35.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
36.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
37.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
38.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
39.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
40.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
41.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
42.本发明包括四个腔室，分别为由内置管翅式换热器1以及外置散热装置2组成的导热油散热室3、导热油与甲醇水溶液热交换室4、甲醇汽化室5以及氢气冷却室6。其中，氢气冷却室6设置在甲醇汽化室5的背面，且与氢气冷却室6为一个整体加工件，导热油散热室3与导热油与甲醇水溶液热交换室4为一个整体铝合金机加工件；导热油散热室3和导热油与甲醇水溶液热交换室4分别设置在整体铝合金机加工件的两面；且导热油与甲醇水溶液热交换室4与甲醇汽化室5相接触，并通过分隔板隔开，本实施例中，选用如图5所示的厚度为2mm的铝合金薄板7将导热油与甲醇水溶液热交换室4与甲醇汽化室5分隔开，防止两腔室内介质互串。
43.下面结合附图对本发明高温燃料电池内置高效率换热装置进行进一步的详述：
44.如图1、8所示，本发明提供了一种高温燃料电池内置高效率换热装置，包括甲醇汽化室5以及氢气冷却室6，氢气冷却室6设置在甲醇汽化室5的背面，且与氢气冷却室6为一个整体加工件，还包括由内置管翅式换热器1以及外置散热装置2组成的导热油散热室3，其腔室内的深度为40mm；由电堆和翅片13组成的导热油与甲醇水溶液热交换室4；导热油散热室3与导热油与甲醇水溶液热交换室4为一个整体铝合金机加工件；导热油散热室3和导热油与甲醇水溶液热交换室4分别设置在整体铝合金机加工件的两面；导热油散热室3、导热油与甲醇水溶液热交换室4、甲醇汽化室5以及氢气冷却室6依次通过螺纹串联连接；且导热油与甲醇水溶液热交换室4与甲醇汽化室5相接触，并通过铝合金薄板7隔开。具体实施时，作为本发明优选的实施方式，散热装置2为两个散热风扇，其分别固定设置在靠近管翅式换热器1的一侧且紧贴管翅式换热器1的翅片，并将缝隙用发泡硅胶填满密封。
45.如图2、3所示，导热油散热室3设置有第一铜管8和第二铜管9；第一铜管8的一端与管翅式换热器1的一端固定连接，第一铜管8的另一端为导热油进口10；第二铜管9的一端与管翅式换热器1的另一端固定连接，第二铜管9的另一端为导热油出口11。具体实施时，优选的实施方式为将第一铜管8和第二铜管9分别与管翅式换热器1的翅片焊接，增大传热效率，且管翅式换热器1的翅片厚度优选为0.5mm、材料为黄铜，采用0.5mm薄翅片能够在有限的空间内增大换热面积达到更高的换热效率。第一铜管8和第二铜管9内径均为15mm，导热油进口10的长度为20mm，导热油出口11的长度为50mm。导热油散热室3上表面侧壁上开设有一个尺寸为240*20mm的长方形进气孔12，两个散热风扇采用吸风散热的形式，散热空气由长方形进气孔12进入内置管翅式换热器1组成的导热油散热室3，经过散热翅片后由风扇吹出，
达到给管翅式换热器铜管内的高温导热油散热的目的，同时经过换热后的空气作为高温尾气通过两个散热风扇排出。
46.如图4所示，导热油与甲醇水溶液热交换室4设置有电堆和与整体铝合金机加工件一体加工的翅片13组成的流道，翅片13的高度为5mm，宽度为1mm，间距为2mm。能够增加换热效率，达到更好的换热效果。
47.如图6所示，甲醇汽化室5由蛇形流道组成，在汽化室侧壁开有甲醇汽化室入口通道，进口处流道较深且有扰流柱，能够使液态甲醇迅速汽化，随着汽化程度加大，气态甲醇提及极具膨胀，因此流道截面积逐渐增大防止腔室内压力过大，甲醇汽化室5内有扰流柱，用来增强液态甲醇溶液的汽化效果。甲醇汽化室5内有蛇形流道且流道逐渐变宽来配合体积逐渐变大的甲醇蒸汽。在甲醇汽化室5带有扰流柱一侧的外壁上有甲醇溶液进口。此进口为外界燃料进入蒸发器的唯一入口。
48.如图7所示，氢气冷却室6内有两路流道分别为从甲醇汽化室5出来的甲醇蒸汽进入重整器的流道以及重整器催化反应后进入电堆的氢气冷却流道。
49.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。