一种板式自加湿冷却装置、加湿冷却单元及加湿冷却方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种板式自加湿冷却装置、加湿冷却单元及加湿冷却方法，包括前压板、前端导热板、阻气性透水膜、后端导热板以及后压板。其中一组前端导热板、透水膜和后端导热板构成一个“加湿、冷却单元”。将多组加湿、冷却单元依次叠加形成具有自加湿和冷却双重功效的结构，通过多组螺栓连接紧固，形成板式自加湿及冷却装置。利用燃料电池系统自身冷却水和尾排湿空气对进入电堆的高温干空气进行冷却和加湿，不仅实现了燃料电池自加湿和冷却的双重功效，而且通过集成化设计，极大的降低了系统的复杂性，减少了系统部件，节省了空间，提高了燃料电池系统的功率密度，具有非常好的实用价值和借鉴意义。意义。意义。

【技术实现步骤摘要】
一种板式自加湿冷却装置、加湿冷却单元及加湿冷却方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，特别涉及一种板式自加湿冷却装置、加湿冷却单元及加湿冷却方法。

技术介绍

[0002]燃料电池技术作为提供新一代高效零污染的清洁能源的环境友好型技术，正被越来越多的运用于动力、电源以及储能等行业。而在燃料电池中，广泛使用和开发应用的电池结构则是质子交换膜燃料电池(PEMFC)。
[0003]质子交换膜燃料电池是将燃料和电解质的化学能直接转换成电能的发电装置，对于燃料电池的运行而言，质子交换膜的水传导率是影响其性能的重要参数。根据国内外实验数据表明，燃料电池工作在60℃，气体湿度为80％～100％之间，反应效率最高，如果反应气体过于干燥，会造成质子交换膜中水分子过少，导致燃料电池工作效率下降，并可能造成交换膜损坏；而反应气体加湿过度，则会由于“水淹”等原因造成电池系统的性能恶化。由此可以看出，燃料电池工作时对整体性能具有较大的影响当属其加湿系统。
[0004]而在目前的燃料电池系统的氧气反应气供应中，采用的是由高转速和大流量的空压机提供的空气，其中，空气部分用于燃料电池化学反应发电，剩余的含有较多反应水的空气，随尾排予以排出，空压机由于工作时其出口空气温度很高(通常高达到120～130℃左右)，这就需要将进入燃料电池电堆的空气冷却降至满足电堆正常工作的温度，通常是40～50℃左右，而增设必要的空气冷却系统，对进入电堆的干热空气进行冷却和加湿，以保证燃料电池的正常运行。
[0005]对燃料电池的加湿系统，目前的技术方面多数仍然采用加湿器对干热空气进行加湿，其分类上主要分为外加湿和内加湿两类，所谓内加湿，即是在电堆内加入加湿段，依靠膜的阻气特性与水在膜内的浓差扩散来实现加湿；而外加湿主要采用包括鼓泡法加湿、液态水喷射加湿、湿膜加湿、中空纤维加湿和蒸汽注射加湿等方法的加湿器进行加湿。
[0006]现有的燃料电池系统对空压机提供的热空气的冷却系统和加湿系统，皆为一套相对各自独立的系统，其中空压机出口空气的冷却多数采用中冷器进行冷却，需要采用一整套完整的冷却系统，包括冷却水泵、中冷器、散热风扇以及管道和水箱等；而对干热空气的加湿有采用外部的加湿器的方式，也有采用燃料电池的尾排空气进行自加湿方式的，相对来说，无论哪一种加湿方式，都是独立于空气的冷却系统的，在一定程度上都增加了燃料电池系统的复杂性，也占用了大量的空间，增加了系统的故障率和系统的成本；从成本和系统的简易性和实用性方面，都有对燃料电池系统进行改善和优化的需求，目前对燃料电池的技术发展方面的要求，向着提高燃料电池的体积功率比和大功率设计的技术方向发展，势必需要简化和优化系统，降低成本，提高功效，以增加产品的竞争力。

技术实现思路

[0007]为了解决上述问题并紧随市场和技术发展的需求，本专利技术提供了一种燃料电池的
加湿、冷却集成为一体的装置，直接与燃料电池相连接，实现对进入燃料电池的空气进行冷却和加湿。其包括前压板、前端导热板、阻气性透水膜、后端导热板和后压板，以及将其组合连接为一体的一组紧固螺栓或钢带。
[0008]所述的一种燃料电池的加湿、冷却集成一体的装置，其一组前端导热板、阻气性透水膜和后端导热板构成一个加湿、冷却单元。所述加湿、冷却单元中，前端导热板和后端导热板的板两侧分布有用于热交换的水流场和气体加湿的气体流场；基于优化的生产工艺实施，采用后一组加湿、冷却单元的前端导热板与前一组加湿、冷却单元的后端导热板组合成为内部具有冷却水腔体的“双导热板”；阻气性透水膜处于前后两组的“双导热板”之间，三者通过密封垫(圈)进行密封，将多组加湿、冷却单元依次叠加形成具有自加湿和冷却双重功效的结构，由前、后压板通过多组螺栓(或钢带)进行连接紧固形成自加湿、冷却装置。
[0009]所述的一种燃料电池的加湿、冷却集成为一体的装置，其第一加湿、冷却单元的前端导热板与阻气性透水膜相贴合，构成一组通过干热空气流场的腔体；其第一加湿、冷却单元的阻气性透水膜与后端导热板的相贴合，构成一组通过电堆尾排空气流场的腔体；其第一加湿、冷却单元的后端导热板与第二加湿、冷却单元的前端导热板相贴合，中间形成一组通过冷却水流场的腔体，构成“双导热板”；
[0010]进一步的，所述的一种燃料电池的加湿、冷却集成一体的装置，其前压板左面设置有三个第一开孔，分别作为燃料电池工作所需的燃料气、冷却水和干热空气的入口；其前压板右侧设置有三个第二开孔，分别作为燃料电池工作所需的燃料气尾排、冷却水和空气尾排的出口。
[0011]进一步的，所述的一种燃料电池的加湿、冷却集成一体的装置，其构成一组加湿、冷却单元的前端导热板、阻气性透水膜和后端导热板分别在其左端设置有四个第一开孔，多组加湿、冷却单元连接组合后，分别作为提供给电堆的燃料气、冷却水和干热空气的通道，以及通过电堆尾排空气(尚未与干热空气交互)的第一通道；
[0012]前压板左侧面的三个第一开孔与多组加湿、冷却单元中的三个通道(燃料气、冷却水和干热空气)相连接，其中燃料气通道为过孔通道，冷却水通道与各组“双导热板”内部的冷却水腔体联通；干热空气通道与各组加湿、冷却单元的干热空气流场的腔体联通；电堆尾排空气通道(第一通道)与各组加湿、冷却单元的尾排空气流场的腔体联通；四组通道之间通过密封圈(垫)与其他腔体或通道相隔离；尾排空气通道(第一通道)在前压板处形成盲堵。
[0013]进一步的，所述的一种燃料电池的加湿、冷却集成一体的装置，其构成一组加湿、冷却单元的前端导热板、阻气性透水膜和后端导热板分别在其右端设置有四个第二开孔，多组加湿、冷却单元连接组合后，分别作为通过电堆尾排燃料气、冷却水回水和湿冷空气(干热空气与电堆尾排空气交互后)的通道，以及电堆尾排空气(与干热空气交互后)的第二通道；
[0014]前压板右侧面的三个第二开孔与多组加湿、冷却单元中的三个通道(燃料气尾排、冷却水回水和电堆尾排空气)相连接，其中燃料气尾排通道为过孔通道；冷却水回水通道与各组加湿、冷却单元的冷却水腔体联通；尾排空气通道(第二通道)与各组加湿、冷却单元的尾排空气流场的腔体联通；湿冷空气的通道与各组加湿、冷却单元的干热空气流场的腔体联通，四组通道之间通过密封圈(垫)与其他腔体或通道相隔离；湿冷空气的通道在前压板
处形成盲堵。
[0015]进一步的，所述的一种燃料电池的加湿、冷却集成一体的装置，其后压板与电堆的前端板相连接。该后压板左侧面设置有三个第一开孔，分别作为为电堆提供燃料气和冷却水的出口以及电堆尾排空气的入口，与电堆的前端板的燃料气入口、冷却水入口以及尾排空气出口相连接；
[0016]后压板的三个第一开孔与多组加湿、冷却单元中的左侧三个通道(燃料气、冷却水和尾排空气)相连接，最后一组加湿、冷却单元作为干热空气的通道，在后压板此处通道形成盲堵。
[0017]进一步的，所述的一种燃料电池的加湿、冷却集成一体的装置，其后压板右侧面设置有三个第二开孔，分别作为为燃料电池提供工作所反应后的燃料气尾排和冷却本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种板式自加湿冷却装置，其特征在于，用于燃料电池系统，包括依次叠加的前压板、至少一个加湿冷却单元和后压板；所述前压板与所述后压板之间设有若干组螺栓，用于压紧并固定所述前压板和所述后压板；其中，所述加湿冷却单元包括依次叠加的前端导热板、阻气性透水膜和后端导热板；所述前端导热板和所述后端导热板的两面均设置有由流道构成的流场，所述前端导热板的流场与所述阻气性透水膜的一面配合形成一干热空气腔体，所述后端导热板的流场与所述阻气性透水膜的另一面配合形成一湿空气腔体；相邻的所述加湿冷却单元中，前一所述加湿冷却单元的后端导热板的流场与后一所述加湿冷却单元的前端导热板的流场配合形成冷却水腔体；最前端的所述加湿冷却单元的前端导热板的流场与所述前压板配合形成冷却水腔体，最后端的所述加湿冷却单元的后端导热板的流场与所述后压板配合形成冷却水腔体；还包括干热空气输入通道、冷却水输入通道、尾排空气输入通道、湿冷空气输出通道、冷却水输出通道和尾排空气输出通道；所述干热空气输入通道分别与每一干热空气腔体的一侧连通；所述冷却水输入通道分别与所述每一所述冷却水腔体的一侧连通；所述尾排空气输入通道分别与所述每一湿空气腔体的一侧连通；所述湿冷空气输出通道分别与每一干热空气腔体的另一侧连通；所述冷却水输出通道分别与所述每一所述冷却水腔体的另一侧连通；所述尾排空气输出通道分别与所述每一湿空气腔体的另一侧连通。2.如权利要求1所述的板式自加湿冷却装置，其特征在于，所述前压板、所述前端导热板、所述阻气性透水膜、所述后端导热板和所述后压板的第一侧开设有至少三组对应的第一开孔，三组对应的所述第一开孔分别配合形成所述干热空气输入通道、所述冷却水输入通道和所述尾排空气输入通道；所述干热空气输入通道位于所述前压板的一侧与外部空压机连通，所述干热空气输入通道位于所述后压板的一侧封堵；所述冷却水输入通道位于所述前压板的一侧与外部供水装置连通，所述冷却水输入通道位于所述后压板的一侧与燃料电池的冷却水输入端连通；所述尾排空气输入通道位于所述前压板的一侧封堵，所述尾排空气输入通道位于所述后压板的一侧与燃料电池的尾排空气输出端连通；所述前压板、所述前端导热板、所述阻气性透水膜、所述后端导热板和所述后压板的第二侧开设有至少三组对应的第二开孔，三组对应的所述第二开孔分别配合形成所述湿冷空气输出通道、所述冷却水输出通道和所述尾排空气输出通道；所述湿冷空气输出通道位于所述前压板的一侧封堵，所述湿冷空气输出通道位于所述后压板的一侧与燃料电池的湿冷空气输入端连通；所述冷却水输出通道位于所述前压板的一侧与外部供水装置连通，所述冷却水输出通道位于所述后压板的一侧与燃料电池的冷却水输出端连通；所述尾排空气输出通道位于所述前压板的一侧与外部大气连通，所述尾排空气输入通道位于所述后压板的一侧封堵。3.如权利要求2所述的板式自加湿冷却装置，其特征在于，还包括开设于所述前压板、所述前端导热板、所述阻气性透水膜、所述后端导热板和所述后压板的第一侧的第四组对应的所述第一开孔，以及开设于所述前压板、所述前端导热板、所述阻气性透水膜、所述后
端导热板和所述后压板的第二侧的第四组对应的所述第二开孔；第四组对应的所述第一开孔配合形成氢气输入通道；所述氢气输入通道位于所述前压板的一侧与外部氢气提供装置连通，所述氢气输入通道位于所述后压板的一侧与燃料电池的氢气输入端连通；第四组对应的所述第二开孔配合形成氢气尾排通道；所述氢气尾排通道位于所述后压板的一侧与燃料电池的氢气输出端连通。4.如权利要求2所述的板式自加湿冷却装置，其特征在于，所述加湿冷却单元还包括若干密封件；所述密封件分别设于所述前端导热板与所述阻气性透水膜之间的所述第一开孔的相接处和所述第二开孔的相接处，以及所述阻气性透水膜与所述后端导热板之间的所述第一开孔的相接处和所述第二开孔的相接处。5.如权利要求2所述的板式自加湿冷却装置，其特征在于，所述前端导热板和/或所述后端导热板上开有第一凹槽，所述第一凹槽的两端分别与所述冷却水输入通道和所述冷却水腔体连通；所述前端导热板和/或所述后端导热板上开有第二凹槽，所述第二凹槽的两端分别与所述冷却水输出通道和所述冷却水腔体连通；所述前端导热板上开有第三凹槽和第四凹槽；所述第三凹槽的两端分别与所述干热空气输入通道和所述干热空气腔体连通；所述第四凹槽的两端分别与所述湿冷空气输出通道和所述干热空气腔体连通；所述后端导热板开有第五凹槽和第六凹...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：上海羿沣氢能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：