一种换热机构及燃料系统的制作方法

1.本实用新型涉及车用燃料电池的技术领域，特别涉及一种换热机构及燃料系统。


背景技术：

2.在车用级燃料电池系统实际应用场景中，空压机作为整个系统的氧化剂供给“气源”，其存在的意义举足轻重。近年来，随着国内燃料电池技术的快速发展，空压机的种类层出不穷。
3.在繁多的空压机种类中，离心式空压机本着无油、高压比、低噪声、小体积等优势脱颖而出。随着国内燃料电池系统功率等级的增加，离心式空压机由单极增压逐渐发展成了双极增压，但随之而来的是空压机的高功耗。燃料电池净输出功率＝电堆输出功率-系统寄生功率；而空压机的功耗就归类为系统寄生功率，并占据其中的绝大部分。为了释放这部分功耗，带膨胀机(能量回收)的空压机应运而生。膨胀机通过回收电堆排气能量辅助电机驱动，在同样流量压比工况下功耗会显著下降，可以有效提高电堆效率。
4.但是，电堆的排气温度明显低于空压机出口温度，膨胀机内设有涡轮机，若将电堆的排气直接接入涡轮机会产生大量冷凝水，严重时会打坏涡轮机的叶片。而且冷凝水呈现弱酸性，长时间会腐蚀涡轮机的叶片。


技术实现要素：

5.本实用新型的主要目的是提出一种换热机构，旨在实现加热电堆的排气温度，以减少冷凝水的形成。
6.为实现上述目的，本实用新型提出的一种换热机构，包括导热件，所述导热件内设有用于输送气体的内腔以及安装于所述内腔中的多根芯体，每根所述芯体呈筒状的中空结构，且所述多根芯体之间设有间隙；
7.其中，所述导热件包括第一进气口、第一排气口、第二进气口以及第二排气口，所述多根芯体的一端与所述第一进气口之间以及所述多根芯体的另一端与所述第一排气口之间均设有密封板，所述密封板设有多个通孔，所述第一进气口通过所述多个通孔与所述多根芯体的一端连接，所述多根芯体的另一端通过所述多个通孔与所述第一排气口连接；
8.所述第一进气口和所述第一排气口均用于供热气流通，以使所述多根芯体加热；所述第二进气口用于接收电堆模块排放的冷气，所述多根芯体的外壁用于加热所述冷气，加热后的所述冷气通过所述间隙排出至所述第二排气口外。
9.优选地，所述芯体的外壁设有多个散热鳍片，所述多个散热鳍片之间设有凹槽，所述凹槽沿所述芯体的外壁周向延伸设置。优选地，所述多根芯体之间平行设置。
10.优选地，所述导热件包括第一锥体、壳体以及第二锥体，所述第一进气口位于所述第一锥体的最小端，所述第一锥体的最大端与所述壳体的一端连接，所述壳体的另一端与所述第二锥体的最大端连接，所述第一排气口位于所述第二锥体的最小端。
11.优选地，两个所述密封板分别位于所述壳体的两端，两个所述密封板分别安装于
所述第一锥体的最大端和所述第二锥体的最大端。
12.优选地，所述第二进气口和所述第二排气口分别位于所述壳体的上端和下端，且所述第二进气口通过所述间隙与所述第二排气口连通。
13.优选地，所述导热件采用金属制成。
14.本实用新型还提出一种燃料系统，包括如上述所述的换热机构，所述燃料系统设有空滤模块、压缩模块、中冷模块、电堆模块以及涡轮模块，所述空滤模块与所述压缩模块连接，所述压缩模块通过所述换热机构与所述中冷模块连接，所述中冷模块与所述电堆模块连接，所述电堆模块通过所述换热机构与所述涡轮模块连接。
15.优选地，所述中冷模块与所述电堆模块之间设有加湿模块。
16.优选地，所述换热机构与所述涡轮模块之间设有气阀，所述气阀用于打开或关闭所述第二排气口。
17.本实用新型的技术方案通过所述导热件内设有用于输送气体的内腔以及安装于所述内腔中的多根芯体，每根所述芯体呈筒状的中空结构，且所述多根芯体之间设有间隙；其中，所述导热件包括第一进气口、第一排气口、第二进气口以及第二排气口，所述多根芯体的一端与所述第一进气口之间以及所述多根芯体的另一端与所述第一排气口之间均设有密封板，所述密封板设有多个通孔，所述第一进气口通过所述多个通孔与所述多根芯体的一端连接，所述多根芯体的另一端通过所述多个通孔与所述第一排气口连接；所述第一进气口和所述第一排气口均用于供热气流通，以使所述多根芯体加热；所述第二进气口用于接收电堆模块排放的冷气，所述多根芯体的外壁用于加热所述冷气，加热后的所述冷气通过所述间隙排出至所述第二排气口外。此热气对多根芯体进行加热，热气通过多根芯体排放至电堆中处理，使导热件内的内腔升温，热气通过电堆处理后，热气中含有电堆需要的气体，热气中的部分气体被电堆吸收后，排出的残余冷气经过导热件，由于导热件内已经被多根芯体加热，导热件的内腔温度较高，从而对冷气进行加热，加热后的冷气通过第二排气口排放至涡轮机中，从而有效避免了冷气生成为冷凝水，提高涡轮机中叶片的使用寿命。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型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作简单地介绍，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示出的结构获得其他的附图。
19.图1为本实用新型换热机构一实施例的示意图。
20.图2为本实用新型换热机构一实施例的爆炸图。
21.图3为本实用新型换热机构一实施例中芯体的结构图。
22.图4为本实用新型换热机构一实施例中燃料系统的示意图。
23.附图标号说明：
[0024][0025][0026]
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0027]
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
[0028]
需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态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。
[0029]
另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“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。另外，若全文中出现的“和/或”或者“及/或”，其含义包括三个并列的方案，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，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
[0030]
本实用新型提出一种换热机构。参照图1至图3所示，在本实用新型实施例一中，该换热机构，包括导热件1，所述导热件1内设有用于输送气体的内腔15以及安装于所述内腔15中的多根芯体2，每根所述芯体呈筒状的中空结构，且所述多根芯体2之间设有间隙23；此芯体为换热管束，换热管束是使两种温度不同的流体进行热量交换的一种典型的换热结构，通过这种设备,可使一种流体降温另一种流体升温,以满足各自的需要。
[0031]
其中，所述导热件1包括第一进气口11、第一排气口12、第二进气口13以及第二排气口14，所述多根芯体2的一端与所述第一进气口11之间以及所述多根芯体2的另一端与所述第一排气口12之间均设有密封板3，所述密封板3设有多个通孔31，所述第一进气口11通过所述多个通孔31与所述多根芯体2的一端连接，所述多根芯体2的另一端通过所述多个通孔31与所述第一排气口12连接；此密封板3用于密封第一进气口11与多根芯体2的一端的连
接处，且还用于密封多根芯体2的另一端与第一排气口12的连接处，热气依次进入第一进气口11和多根芯体2从第一排气口12排出，热气对多根芯体2进行加热，多根芯体2的热量从多根芯体2的外壁进行扩散，以使导热件1的内腔15升温。
[0032]
所述第一进气口11和所述第一排气口12均用于供热气流通，以使所述多根芯体2加热；所述第二进气口13用于接收电堆模块排放的冷气，所述多根芯体2的外壁用于加热所述冷气，加热后的所述冷气通过所述间隙23排出至所述第二排气口14外。在本实施例中，此芯体的数量可以依据涡轮模块所能承受的温度进行设定，芯体数量越多，导热件1的第二排气口14的温度越高，此第二进气口13接收冷气，冷气在流出第二排气口14之前，冷气会经过多根芯体2的外壁，被加热后的多根芯体2对冷气进行加热，第二排气口14与涡轮模块连通，第二排气口14排放加热后的冷气，从而使第二排气口14排放热气，通过多根芯体2和密封板3的设置，使换热机构满足涡轮模块所需要的排气温度。
[0033]
本实用新型的技术方案通过所述导热件1内设有用于输送气体的内腔15以及安装于所述内腔15中的多根芯体2，每根所述芯体呈筒状的中空结构，且所述多根芯体2之间设有间隙23；其中，所述导热件1包括第一进气口11、第一排气口12、第二进气口13以及第二排气口14，所述多根芯体2的一端与所述第一进气口11之间以及所述多根芯体2的另一端与所述第一排气口12之间均设有密封板3，所述密封板3设有多个通孔31，所述第一进气口11通过所述多个通孔31与所述多根芯体2的一端连接，所述多根芯体2的另一端通过所述多个通孔31与所述第一排气口12连接；所述第一进气口11和所述第一排气口12均用于供热气流通，以使所述多根芯体2加热；所述第二进气口13用于接收电堆模块排放的冷气，所述多根芯体2的外壁用于加热所述冷气，加热后的所述冷气通过所述间隙23排出至所述第二排气14口外。此热气对多根芯体2进行加热，热气通过多根芯体2排放至电堆模块中处理，使导热件1内的内腔15升温，热气通过电堆模块处理后，热气中含有电堆需要的气体，热气中的部分气体被电堆模块吸收后，排出的剩余的冷气经过导热件1，由于导热件1内已经被多根芯体2加热，导热件1的内腔15温度较高，从而对冷气进行加热，加热后的冷气通过第二排气口14排放至涡轮机中，从而有效避免了冷气生成为冷凝水，提高涡轮机中叶片的使用寿命。
[0034]
如图2和图3所示，所述芯体的外壁设有多个散热鳍片22，所述多个散热鳍片22之间设有凹槽21，所述凹槽21沿所述芯体的外壁周向延伸设置。当热气经过芯体时，芯体吸收热气的热量，通过设置在芯体外壁的散热鳍片22，此散热鳍片22对热量进行扩散，从而加热导热件1的内腔15，凹槽21可以增加芯体外壁的散热面积，从而进一步提高散热鳍片22的散热效果。在本实施中，散热鳍片22又称为散热片，在电子工程设计的领域中被归类为"被动性散热元件"。以导热性佳、质轻、易加工之金属，散热片多采用铝或铜制作，且贴附于发热表面，以复合的热交换模式来散热，此散热片主要用于加热导热件1的内腔15。
[0035]
此外，所述多根芯体2之间平行设置，此多根芯体2采用平行设置，可以进一步节省导热件1的内腔15空间，从而摆放多根芯体2，而且使多根芯体2之间形成多个间隙23，此间隙23用于流通冷气，间隙23被多根芯体2的外壁加热，从而使间隙23中冷气被加热，进一步提高了第二排气口14的排气温度。
[0036]
此外，所述导热件1包括第一锥体120、壳体110以及第二锥体130，所述第一进气口11位于所述第一锥体120的最小端，所述第一锥体120的最大端与所述壳体110的一端连接，所述壳体110的另一端与所述第二锥体130的最大端连接，所述第一排气口12位于所述第二
锥体130的最小端。第一锥体120和第二锥体130均呈中空结构，此第一锥体120和第二锥体130可以更好的聚集热气，使第一进气口11的热气集中通过多根芯体2排放至第一排气口12，集中输送的热气通过多根芯体2对导热件1的内腔15进行加热，进一步提高换热机构的换热效果。
[0037]
此外，两个所述密封板3分别位于所述壳体110的两端，两个所述密封板3分别安装于所述第一锥体120的最大端和所述第二锥体130的最大端。此密封板3用于隔绝外部的热空气以及冷空气，密封板3上的多个通孔31的数量与多根芯体2的数量相对应；使多根芯体2集中运输热气，提高多根芯体2的加热效果。
[0038]
此外，所述第二进气口13和所述第二排气口14分别位于所述壳体110的上端和下端，且所述第二进气口13通过所述间隙23与所述第二排气口14连通。第二进气口13的冷气经过间隙23后排放至第二排气口14，由于间隙23会被多根芯体2加热，间隙23的局部温度升高加热冷气，使排放至第二排气口14的温度升高，不易形成冷凝水，从而避免损坏涡轮机中的叶片。
[0039]
此外，所述导热件1采用金属制成。在本实施中，该导热件1采用金属铝支撑，导热件1的表面采用阳极氧化工艺，使导热件1的表面形成一层氧化膜，提高耐腐蚀性、增强耐磨性及硬度，保护金属表面等，而且制作成本低廉。
[0040]
如图4所示，本实用新型还提出一种燃料系统，包括如上述所述的换热机构，所述燃料系统设有空滤模块、压缩模块、中冷模块、电堆模块以及涡轮模块，所述空滤模块与所述压缩模块连接，所述压缩模块通过所述换热机构与所述中冷模块连接，所述中冷模块与所述电堆模块连接，所述电堆模块通过所述换热机构与所述涡轮模块连接。在燃料系统中采用了换热机构后，使系统寄生功率的能耗减少，提高燃料电池净输出功率，还可以保护涡轮模块的使用寿命，提高燃料系统运行的稳定性。此涡轮模块还设有电机模块，电机模块用于驱动涡轮模块作业。此空滤模块是指清除热气中的微粒杂质的装置，空滤模块由滤芯和壳体两部分组成，空滤模块的滤清效率高、流动阻力低、能较长时间连续使用而无需保养。
[0041]
此外，所述中冷模块与所述电堆模块之间设有加湿模块。此加湿模块用于对中冷器排出的冷气进行加湿，以满足电堆作业的需要。
[0042]
此外，所述换热机构与所述涡轮模块之间设有气阀4，所述气阀4用于打开或关闭所述第二排气口14。在换热机构作业过程中，需要对导热件1进行加热，从而使换热机构可以通过第二排气口14排出热气，气阀4可以灵活调节第二排气口14的打开、关闭以及排气流量，当第二排气口14的温度太低时，可以考虑关闭气阀4或减少第二排气口14的排气流量，等导热件1充分加热后，在逐渐完全打开第二排气口14，从而进一步避免第二排气口14外形成冷凝水。
[0043]
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。