本发明专利技术公开了一种燃料电池用氢空水集成式换热装置、系统及方法，涉及燃料电池技术领域，包括设于壳体内的冷却液换热部和氢气换热部，压缩空气进口和压缩空气出口分别设置于壳体长度方向的两端，进水口和出水口均连通于冷却液换热部，进氢口和出氢口均连通于氢气换热部，所述压缩空气进口和压缩空气出口之间形成有可供压缩气体通过的气体流动区域，所述气体流动区域经过冷却液换热部和氢气换热部。本发明专利技术提供的燃料电池用氢空水集成式换热装置、系统及方法，提供了一种集成度高的换热装置，利用高温压缩空气和发动机运行时产生的热量来加热氢气，降低高温压缩空气的温度，降低发动机性能受外界环境的影响，提高发动机的宽环境温度适应性。温度适应性。温度适应性。
【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池用氢空水集成式换热装置、系统及方法
[0001]本专利技术涉及燃料电池
，具体涉及一种燃料电池用氢空水集成式换热装置、系统及方法。
技术介绍
[0002]氢燃料电池是通过电化学催化反应，将燃料中的电化学能转化成电能的发电装置，具有高能量密度，环境优化无污染，低噪音、长续航里程及加注燃料时间短等优点，是交通领域动力来源的终极解决方案，具有广泛的发展前景。
[0003]氢燃料电池发动机一般由电池堆及空气供给系统、燃料供给系统、冷却换热系统及控制系统等子系统组成，目前氢燃料电池发动机的操作温度一般都在70～85℃左右。
[0004]氢燃料电池发动机具有优越的宽环境温度适用性，但当环境温度较低时，由于循环的氢气带有大量饱和的水蒸气，当这部分水蒸气遇到减压后的氢气，会造成水蒸气冷凝，析出液态水滴，对膜电极寿命会造成不可逆的损伤，因此需增加换热装置提高入口氢气温度；随着发动机功率的不断升高，所需空气量也随之提高，采用独立的冷却装置会增加空气系统的阻力，增大了空压机的功耗，降低燃料电池系统效率，同时占用较多的安装空间，降低了系统体积功率密度和产品的竞争性。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于：针对上述存在的问题，本专利技术提供一种燃料电池用氢空水集成式换热装置、系统及方法，利用高温压缩空气和发动机运行时产生的热量来加热氢气，降低高温压缩空气的温度，降低发动机性能受外界环境的影响，提高发动机的宽环境温度适应性。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种燃料电池用氢空水集成式换热装置，包括壳体、冷却液换热部、氢气换热部，所述冷却液换热部和氢气换热部设于壳体内，所述壳体上设有压缩空气进口、压缩空气出口、进水口、出水口、进氢口、出氢口，所述压缩空气进口和压缩空气出口分别设置于壳体长度方向的两端，所述进水口和出水口均连通于冷却液换热部，所述进氢口和出氢口均连通于氢气换热部，所述压缩空气进口和压缩空气出口之间形成有可供压缩气体通过的气体流动区域，所述气体流动区域经过冷却液换热部和氢气换热部。
[0008]进一步地，所述氢气换热部设于靠近压缩空气出口的一侧，所述冷却液换热部环设于氢气换热部；所述进水口、出水口设于靠近压缩空气进口的一侧，所述进氢口、出氢口设于靠近压缩空气出口的一侧；所述压缩空气出口处连接有用于对接加湿器的对接法兰。
[0009]进一步地，所述壳体宽度方向的两侧分别设有分隔区和连通区，所述分隔区包括相互分隔的进水模块、出水模块、进气模块和出气模块，所述连通区包括相互分隔的进出冷却液连通模块和进出氢气连通模块；所述冷却液换热部包括进水单元和出水单元，所述进水单元一端通过进水模块与进水口连通、另一端通过进出冷却液连通模块与出水单元连
通，所述出水单元另一端通过出水模块与出水口连通；所述氢气换热部包括进氢单元和出氢单元，所述进氢单元一端通过进气模块与进氢口连通、另一端通过进出氢气连通模块与出氢单元连通，所述出氢单元另一端通过出气模块与出氢口连通。
[0010]进一步地，所述进水单元、出水单元、进氢单元、出氢单元均由若干管体组成，相邻的管体之间形成气体流动区域。
[0011]进一步地，所述进水口和出水口错位设置，所述出水口的位置高于进水口。
[0012]由于采用了上述技术方案，气体会在液体的推动下向上排出，进水口和出水口错位设置。便于排除冷却液换热部内的气体，提高热交换效率。
[0013]进一步地，所述壳体上还设有压缩空气旁通出口，所述压缩空气旁通出口设有靠近压缩空气出口的一侧。
[0014]一种燃料电池用氢空水集成式换热系统，包括换热装置、电堆、氢源、空气压缩机和水泵，所述水泵与电堆连通并向电堆供水，所述水泵与换热装置的进水口连接形成进水支路，所述换热装置的出水口与电堆连接形成出水支路；所述氢源与换热装置的进氢口连接形成进氢支路，所述换热装置的出氢口与电堆连接形成出氢支路；所述空气压缩机与换热装置的压缩空气进口连接形成空气进气支路，所述换热装置的压缩空气出口经过加湿器与电堆连接形成空气出气支路；所述换热装置内设有冷却液换热部和氢气换热部，所述压缩空气进口和压缩空气出口分别设置于换热装置长度方向的两端，所述进水口和出水口均连通于冷却液换热部，所述进氢口和出氢口均连通于氢气换热部，所述压缩空气进口和压缩空气出口之间形成有可供压缩气体通过的气体流动区域，所述气体流动区域经过冷却液换热部和氢气换热部。
[0015]进一步地，还包括旁通支路，所述旁通支路一端通过压缩空气旁通出口与换热装置连通；所述压缩空气出口处连接有用于对接加湿器的对接法兰。
[0016]进一步地，所述进水支路上设有开度可调的第一阀体，所述进氢支路上设有开度可调的第二阀体，所述出氢支路上设有A温度传感器，所述压缩空气出口侧设有B温度传感器；所述第一阀体、第二阀体分别信号连接并受控于控制系统，所述A温度传感器、B温度传感器分别与控制系统信号连接，所述A温度传感器与控制系统之间传递有进堆氢气温度数据值，所述B温度传感器与控制系统之间传递有进堆空气温度数据值。
[0017]一种燃料电池用氢空水集成式换热方法，包括如下步骤：
[0018]预设置步骤：在控制系统中预设置空气被冷却后的最低温度t1、最高温度t2，氢气被加热后的最低温度t3、最高温度t4；
[0019]换热步骤：空气压缩机通过进气支路向换热装置中通入高温压缩空气，氢源通过进氢支路向换热装置中通入低温氢气，低温氢气在换热装置中的氢气换热部流通；水泵向进水支路通水作为冷却液，冷却液在换热装置中的冷却液换热部中流通，冷却液换热部作用于高温压缩空气使其降温、作用于氢气换热部使其升温，冷却液最后经出水口进入出水支路流入冷却液主路；高温压缩空气先在冷却液换热部的作用下进行液气换热，再流经氢气换热部进行进行气气换热，最后经压缩空气出口进入空气出气支路，流入电堆；低温氢气在冷却液换热部的作用下进行液气换热，在高温压缩空气的作用下进行气气换热，最后经出氢口进入出氢支路，流入电堆；
[0020]温度采集步骤：出氢支路处的A温度传感器实时采集进堆氢气温度数据值T1，并将
该数据值传递至控制系统；压缩空气出口侧的B温度传感器实时采集进堆空气温度数据值T2，并将该数据值传递至控制系统；
[0021]调节步骤：控制系统接收实时进堆氢气温度数据值T1、实时采集进堆空气温度数据值T2，当进堆空气温度数据值T2≥空气被冷却后的最高温度t2时，增大进水支路上第一阀体的开度；当进堆空气温度数据值T2≤空气被冷却后的最低温度t1时，减少第一阀体的开度；当空气被冷却后的最低温度t1＜进堆空气温度数据值T2＜t2时，保持第一阀体的开度；当进堆氢气温度数据值T1≥氢气被加热后的最高温度t4时，增大进氢支路上第二阀体的开度；当进堆氢气温度数据值T1≤氢气被加热后的最低温度t3时，减少第二阀体的开度；当氢气被加热后的最低温度t3＜进堆氢气温度数据值T1＜氢气被加热后的最高温度t4时，保持第二阀体开度。本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种燃料电池用氢空水集成式换热装置，包括壳体、冷却液换热部、氢气换热部，其特征在于，所述冷却液换热部和氢气换热部设于壳体内，所述壳体上设有压缩空气进口、压缩空气出口、进水口、出水口、进氢口、出氢口，所述压缩空气进口和压缩空气出口分别设置于壳体长度方向的两端，所述进水口和出水口均连通于冷却液换热部，所述进氢口和出氢口均连通于氢气换热部，所述压缩空气进口和压缩空气出口之间形成有可供压缩气体通过的气体流动区域，所述气体流动区域经过冷却液换热部和氢气换热部。2.如权利要求1所述的燃料电池用氢空水集成式换热装置，其特征在于，所述氢气换热部设于靠近压缩空气出口的一侧，所述冷却液换热部环设于氢气换热部；所述进水口、出水口设于靠近压缩空气进口的一侧，所述进氢口、出氢口设于靠近压缩空气出口的一侧；所述压缩空气出口处连接有用于对接加湿器的对接法兰。3.如权利要求2所述的燃料电池用氢空水集成式换热装置，其特征在于，所述壳体宽度方向的两侧分别设有分隔区和连通区，所述分隔区包括相互分隔的进水模块、出水模块、进气模块和出气模块，所述连通区包括相互分隔的进出冷却液连通模块和进出氢气连通模块；所述冷却液换热部包括进水单元和出水单元，所述进水单元一端通过进水模块与进水口连通、另一端通过进出冷却液连通模块与出水单元连通，所述出水单元另一端通过出水模块与出水口连通；所述氢气换热部包括进氢单元和出氢单元，所述进氢单元一端通过进气模块与进氢口连通、另一端通过进出氢气连通模块与出氢单元连通，所述出氢单元另一端通过出气模块出氢口连通。4.如权利要求1所述的燃料电池用氢空水集成式换热装置，其特征在于，所述进水单元、出水单元、进氢单元、出氢单元均由若干管体组成，相邻的管体之间形成气体流动区域。5.如权利要求1所述的燃料电池用氢空水集成式换热装置，其特征在于，所述进水口和出水口错位设置，所述出水口的位置高于进水口。6.如权利要求1所述的燃料电池用氢空水集成式换热装置，其特征在于，所述壳体上还设有压缩空气旁通出口，所述压缩空气旁通出口设有靠近压缩空气出口的一侧。7.一种燃料电池用氢空水集成式换热系统，包括换热装置、电堆、氢源、空气压缩机和水泵，所述水泵与电堆连通并向电堆供水，其特征在于，所述水泵与换热装置的进水口连接形成进水支路，所述换热装置的出水口与电堆连接形成出水支路；所述氢源与换热装置的进氢口连接形成进氢支路，所述换热装置的出氢口与电堆连接形成出氢支路；所述空气压缩机与换热装置的压缩空气进口连接形成空气进气支路，所述换热装置的压缩空气出口经过加湿器与电堆连接形成空气出气支路；所述换热装置内设有冷却液换热部和氢气换热部，所述压缩空气进口和压缩空气出口分别设置于换热装置长度方向的两端，所述进水口和出水口均连通于冷却液换热部，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭传宝，张昊，唐何飞，胡军，刘煜，孔红兵，
申请(专利权)人：东方电气成都氢燃料电池科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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