一种高效多功能集成热交换的氢气控制装置的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池领域，具体涉及一种高效多功能集成热交换的氢气控制装置。


背景技术：

2.现阶段，能源环保问题在我国变得空前重要，碳排放也进入总量控制阶段，这促使能源消费结构优化变得尤为紧迫。氢气作为清洁高效的低碳能源，其快速发展可有效改善环境、减少co2排放、优化能源结构，尤其是氢气热电联供可实现能源阶梯级利用，具有输配电损耗低、能效利用高、供能安全可靠、节能环保及个性化强等优点，成为现阶段能源发展的一大热点。氢燃料电池系统热电联供项目能与生物质、风能、太阳能、地热能、余压余热余气等能源形势耦合互补，在未来必将得到迅速发展，成为能源利用的重要组成部分。
3.但是，传统的燃料电池系统换热器集成于系统框架，占用较大的系统体积，并且使用复杂的管路与进气端和氢气控制模块连接，而且换热器热量不能有效回收利用。因此，以上问题亟需解决。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题是提供一种高效多功能集成热交换的氢气控制装置，将换热器集成于氢气控制模块，且氢气经换热器热交换升温后通入氢气控制模块入口，结构简单，集成度高，使得系统氢气管路温度更加均匀，系统运行更加稳定。
5.为解决上述技术问题，本实用新型采取如下技术方案：本实用新型的一种高效多功能集成热交换的氢气控制装置，包括氢气控制模块和气水分离器，且所述气水分离器集成设置在所述氢气控制模块上；其创新点在于：还包括换热器、进气阀、加热器、循环泵和连接组件；所述换热器集成设置在所述氢气控制模块上，且与所述气水分离器贴合设置，并通过热传递对气水分离器进行加热；所述换热器的一侧输入端通过连接组件与氢气源密封连通，并将氢气通入换热器内进行加热，所述换热器的一侧输出端通过进气阀与氢气控制模块入口连通，并将热交换后的高温氢气通入氢气控制模块；所述换热器的另一侧输出端与所述加热器的输入端密封连通，并将热交换后的低温防冻液导入加热器进行加热；所述加热器的输出端通过循环泵与所述换热器的另一侧输入端密封连通，并将高温防冻液泵入换热器内进行热交换，形成循环回路。
6.优选的，所述换热器包括换热箱、隔板、温控阀、固定板和换热管；所述换热箱为竖直设置的中空长方体结构，且贴合设置在所述气水分离器的正下方；在所述换热箱的内部中间偏上位置还水平设有与换热箱内部相匹配的隔板，所述隔板将换热箱上下分割为上舱室和下舱室，且所述换热箱的上舱室靠近所述气水分离器设置；在所述隔板内靠右侧还竖直嵌入设有温控阀，且所述下舱室通过温控阀与所述上舱室密封线通，并将热交换升温后的氢气通入上舱室内；在所述下舱室内还上下对称平行间隔设有固定板，每一所述固定板均为与换热箱内部相匹配的长方形结构，且均水平设置，并分别与所述换热箱的左右内侧
壁固定连接；在两个所述固定板之间还从左至右依次竖直间隔设有数个换热管，每一所述换热管均为竖直纵向设置的中空扁平长方体结构，且其上下两端分别竖直延伸出两个所述固定板，左右相邻两个所述换热管的相邻两端之间分别错位密封连通，且整体成型，并形成一竖直设置的蜿蜒状结构；最左边一个所述换热管的下端水平向左延伸出所述换热箱的左侧面，并通过循环泵与所述加热器的输出端密封连通；最右边一个所述换热管的下端竖直向下延伸出所述换热箱的下表面，并与所述加热器的输入端密封连通。
7.优选的，在每一所述换热管的内部沿其竖直方向还分别依次间隔设有数个挡板，每一所述挡板均水平纵向设置，且均为与对应换热管内部相匹配的长方体结构；每一所述挡板的宽度均为对应换热管内部宽度的三分之二，且相邻所述挡板分别左右错位间隔设置，并分别与对应所述换热管的对应内壁固定连接，降低换热管内防冻液的流速。
8.优选的，所述连接组件包括锁紧螺母、橡胶塞、连接管和锥形锁紧机构；所述连接管为水平横向设置的中空圆柱体结构，且其一端与所述换热箱的右侧面偏下位置嵌入固定连接，并与下舱室密封连通；在所述连接管的另一端端面上还垂直设有锥形锁紧机构，所述锥形锁紧机构与所述连接管同轴心设置，且其大端与所述连接管的另一端端面固定连接；在所述锥形锁紧机构的内部还套接设有橡胶塞，且所述橡胶塞通过锁紧螺母紧固在所述锥形锁紧机构内；氢气源管路的一端与氢气源密封连通，且其另一端依次穿过所述橡胶塞以及连接管的内部后，与换热箱的下舱室密封连通，再通过锁紧螺母锁紧住，并将氢气通入下舱室内与换热管内的高温防冻液进行热交换升温。
9.优选的，所述锥形锁紧机构为可收紧的中空抓爪结构，且沿连接管圆周方向均布间隔设置在所述连接管的另一端端面上，并向其轴心方向收紧；所述锥形锁紧机构的大端外径与所述连接管的外径相匹配，且其外表面与所述锁紧螺母的内表面相匹配。
10.优选的，所述橡胶塞为锥形结构，且其外表面与所述锥形锁紧机构的内表面相匹配；在所述橡胶塞的一侧端面中间位置还垂直贯穿开设有贯通孔，且所述贯通孔与氢气源管路的直径相匹配。
11.优选的，在所述连接管的另一端外圆周壁上沿其圆周方向还开设有外螺纹，所述外螺纹与所述锁紧螺母相匹配，且所述连接管的另一端通过外螺纹与所述锁紧螺母螺接固定。
12.优选的，在所述换热箱的左侧面偏上位置还嵌入设有氢气出口，所述氢气出口与所述换热箱的上舱室密封连通，且所述上舱室的氢气出口通过进气阀与所述氢气控制模块入口连通，并将高温氢气通入氢气控制模块。
13.优选的，还包括数个导热辊；在所述上舱室内的中间位置呈矩阵还均布间隔竖直设有数个导热辊，且每一所述导热辊均包括辊体和引脚，在每一所述辊体的上端还分别引出直径小于辊体的引脚，且二者整体成型；每一所述导热辊的辊体均竖直内置于所述上舱室内，且其下端分别与所述隔板的上表面固定连接，每一所述导热辊的引脚分别竖直向上延伸出所述换热箱的上表面，并与所述气水分离器的下表面抵紧接触，通过热传递对气水分离器进行加热。
14.本实用新型的有益效果：
15.（1）本实用新型将换热器集成于氢气控制模块，且氢气经换热器热交换升温后通入氢气控制模块入口，结构简单，集成度高，使得系统氢气管路温度更加均匀，系统运行更
加稳定；
16.（2）本实用新型将换热器与气水分离器贴合设置，通过导热辊的热传递来确保气水分离器的运行温度，提高了运行效率，节约了成本；
17.（3）本实用新型中连接组件采用螺纹式快速连接，操作简单，使用方便，连接牢靠。
附图说明
18.为了更清晰地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本实用新型一种高效多功能集成热交换的氢气控制装置的结构示意图。
20.图2为图1中连接组件的结构示意图。
21.图3为图2的连接工艺图。
22.图4为图2中锁紧螺母的剖视图。
23.其中，1-氢气控制模块；2-气水分离器；3-进气阀；4-加热器；5-换热箱；6-连接组件；7-隔板；8-固定板；9-换热管；10-挡板；11-温控阀；12-导热辊；13-循环泵；61-锁紧螺母；62-橡胶塞；63-连接管；64-外螺纹；65-锥形锁紧机构；66-氢气源管路。
具体实施方式
24.下面将通过具体实施方式对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。
25.本实用新型的一种高效多功能集成热交换的氢气控制装置，包括氢气控制模块1、气水分离器2、换热器、进气阀3、加热器4、循环泵13和连接组件6，且气水分离器2集成设置在氢气控制模块1上；具体结构如图1所示，换热器集成设置在氢气控制模块1上，且与气水分离器2贴合设置，并通过热传递对气水分离器2进行加热；换热器的一侧输入端通过连接组件6与氢气源密封连通，并将氢气通入换热器内进行加热，换热器的一侧输出端通过进气阀3与氢气控制模块1入口连通，并将热交换后的高温氢气通入氢气控制模块1；换热器的另一侧输出端与加热器4的输入端密封连通，并将热交换后的低温防冻液导入加热器4进行加热；加热器4的输出端通过循环泵13与换热器的另一侧输入端密封连通，并将高温防冻液泵入换热器内进行热交换，形成循环回路。
26.本实用新型选择将换热器贴合设置在气水分离器的底部，但实际上换热器不局限于贴合设置在气水分离器的底部，而是可以贴合设置在气水分离器的任意面。
27.本实用新型中换热器包括换热箱5、隔板7、温控阀11、固定板8、换热管9和挡板10；如图1所示，换热箱5为竖直设置的中空长方体结构，且贴合设置在气水分离器2的正下方；在换热箱5的内部中间偏上位置还水平设有与换热箱5内部相匹配的隔板7，隔板7将换热箱5上下分割为上舱室和下舱室，且换热箱5的上舱室靠近气水分离器2设置；在隔板7内靠右侧还竖直嵌入设有温控阀11，且下舱室通过温控阀11与上舱室密封线通，并将热交换升温后的氢气通入上舱室内；
28.如图1所示，在下舱室内还上下对称平行间隔设有固定板8，每一个固定板8均为与换热箱5内部相匹配的长方形结构，且均水平设置，并分别与换热箱5的左右内侧壁固定连
接；在两个固定板8之间还从左至右依次竖直间隔设有数个换热管9，每一个换热管9均为竖直纵向设置的中空扁平长方体结构，且其上下两端分别竖直延伸出两个固定板8，左右相邻两个换热管9的相邻两端之间分别错位密封连通，且整体成型，并形成一竖直设置的蜿蜒状结构；本实用新型中最左边一个换热管9的下端水平向左延伸出换热箱5的左侧面，并通过循环泵13与加热器4的输出端密封连通；最右边一个换热管9的下端竖直向下延伸出换热箱5的下表面，并与加热器4的输入端密封连通。
29.如图1所示，在每一个换热管9的内部沿其竖直方向还分别依次间隔设有数个挡板10，每一个挡板10均水平纵向设置，且均为与对应换热管9内部相匹配的长方体结构；每一个挡板10的宽度均为对应换热管9内部宽度的三分之二，且相邻挡板10分别左右错位间隔设置，并分别与对应换热管9的对应内壁固定连接，从而降低换热管9内防冻液的流速，保证低温氢气与高温防冻液的热交换时间，提高热交换效率。
30.本实用新型中连接组件6包括锁紧螺母61、橡胶塞62、连接管63和锥形锁紧机构65；如图1~4所示，连接管63为水平横向设置的中空圆柱体结构，且其一端与换热箱5的右侧面偏下位置嵌入固定连接，并与下舱室密封连通；在连接管63的另一端端面上还垂直设有锥形锁紧机构65，锥形锁紧机构65与连接管63同轴心设置，且其大端与连接管63的另一端端面固定连接；其中，锥形锁紧机构65为可收紧的中空抓爪结构，且沿连接管63圆周方向均布间隔设置在连接管63的另一端端面上，并向其轴心方向收紧；锥形锁紧机构65的大端外径与连接管63的外径相匹配，且其外表面与锁紧螺母61的内表面相匹配。
31.在锥形锁紧机构65的内部还套接设有橡胶塞62，且橡胶塞62通过锁紧螺母61紧固在锥形锁紧机构65内；如图1~4所示，橡胶塞62为锥形结构，且其外表面与锥形锁紧机构65的内表面相匹配；在橡胶塞62的一侧端面中间位置还垂直贯穿开设有贯通孔，且贯通孔与氢气源管路66的直径相匹配。
32.如图1~4所示，在连接管63的另一端外圆周壁上沿其圆周方向还开设有外螺纹64，外螺纹64与锁紧螺母61相匹配，且连接管63的另一端通过外螺纹64与锁紧螺母61螺接固定。本实用新型中氢气源管路66的一端与氢气源密封连通，且其另一端依次穿过橡胶塞62以及连接管63的内部后，与换热箱5的下舱室密封连通，再通过锁紧螺母61锁紧住，并将氢气通入下舱室内与换热管9内的高温防冻液进行热交换升温。
33.本实用新型在换热箱5的左侧面偏上位置还嵌入设有氢气出口，如图1所示，该氢气出口与换热箱5的上舱室密封连通，且上舱室的氢气出口通过进气阀3与氢气控制模块1入口连通，并将高温氢气通入氢气控制模块1。
34.如图1所示，在上舱室内的中间位置呈矩阵还均布间隔竖直设有数个导热辊12，且每一个导热辊12均包括辊体和引脚，在每一个辊体的上端还分别引出直径小于辊体的引脚，且二者整体成型；每一个导热辊12的辊体均竖直内置于上舱室内，且其下端分别与隔板7的上表面固定连接，每一个导热辊12的引脚分别竖直向上延伸出换热箱5的上表面，并与气水分离器2的下表面抵紧接触，通过热传递对气水分离器2进行加热。
35.本实用新型的工作原理：
36.（1）首先通过连接组件6与氢气源连通，并将低温氢气通入下舱室内；
37.（2）然后换热管9内的高温防冻液与低温氢气进行热交换，同时热交换后的低温防冻液回到加热器4进行加热，并形成循环回路；
38.（3）当温控阀11处的氢气达到指定温度时，温控阀11自动打开，并将高温氢气导入上舱室内；
39.（4）然后上舱室内的高温氢气依次通过导热辊12后，再通过进气阀3通入氢气控制模块1入口；同时通过导热辊12的热传递对气水分离器2进行加热。
40.本实用新型的有益效果：
41.（1）本实用新型将换热器集成于氢气控制模块1，且氢气经换热器热交换升温后通入氢气控制模块1入口，结构简单，集成度高，使得系统氢气管路温度更加均匀，系统运行更加稳定；
42.（2）本实用新型将换热器与气水分离器2贴合设置，通过导热辊12的热传递来确保气水分离器2的运行温度，提高了运行效率，节约了成本；
43.（3）本实用新型中连接组件6采用螺纹式快速连接，操作简单，使用方便，连接牢靠。
44.上面所述的实施例仅仅是本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变型和改进均应落入本实用新型的保护范围，本实用新型的请求保护的技术内容，已经全部记载在技术要求书中。