一种燃料电池空气路进气装置的制作方法

1.本发明属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池空气路进气装置。


背景技术：

2.质子交换膜燃料电池是一个化学反应器，氢气在阳极催化层被分解为电子和质子。其中质子通过水合氢离子的形式跨膜输运至阴极，与氧气反应生成水，并排出流道。质子的跨膜输运要求质子交换膜要保持一定的湿度，否则将带来较大的质子传递阻力，影响发电效率。因此，要求进入电堆的反应气体具有一定的湿度。另外，在典型燃料电池系统中，空气在空压机中被加压升温，其温度明显高于燃料电池系统的运行温度。因此需要中冷器给高温空气降温。
3.而目前的燃料电池系统使用的增湿器以全氟磺酸树脂膜增湿器为主。虽然该增湿器可以调整入堆空气温度和湿度，但该增湿器体积庞大，显著降低了燃料电池发动机系统的体积能量密度。并且，在实际的工程应用中，发现了其稳定性差、湿度可控性差、性能衰减率高、成本高等问题。喷雾降温增湿技术一般应用于换热器、厂房增湿等领域，在燃料电池发动机系统的应用鲜有。现存的燃料电池用喷雾蒸发腔结构简单，增湿效果差，换热效率低。由于气流速度过大，液滴与空气在不充分换热的情况下即排出腔体。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种燃料电池空气路进气装置，可以解决现存的燃料电池用喷雾蒸发腔结构简单，增湿效果差，换热效率低。由于气流速度过大，液滴与空气在不充分换热的情况下即排出腔体的技术问题。
5.本发明提供的技术方案如下所示：
6.一种燃料电池空气路进气装置，所述装置包括：
7.冷却部，包括空气仓和空气挡板，所述空气挡板间隔错位设置在所述空气仓内，所述空气仓上具有进气口和喷雾接口；
8.冷却液均流腔，与所述空气仓连通，所述冷却液均流腔包括换热管与冷却液挡板，所述冷却液挡板在所述冷却液均流腔内间隔错位布置；
9.降温加湿空气出口部，与所述冷却液均流腔连通。
10.在一种可选的实施例中，所述空气挡板包括主空气挡板与多个子空气挡板；
11.所述主空气挡板沿第一方向与所述空气仓内壁连接，多个所述子空气挡板沿第二方形在所述主空气挡板上间隔设置；
12.所述第一方向与所述第二方向相交。
13.在一种可选的实施例中，所述子空气挡板包括第一子空气挡板和第二子空气挡板，所述主空气挡板包括第一主空气挡板与第二主空气挡板；
14.所述第一主空气挡板靠近所述进气口，所述第一主空气挡板与所述第二主空气挡板间隔错位设置；
15.所述第一子空气挡板沿第二方向在所述第一主空气挡板上间隔设置；
16.所述第二子空气挡板沿所述第二方向的反向延长线方向在所述第二主空气挡板上间隔设置。
17.在一种可选的实施例中，所述主空气挡板的尺寸大于所述子空气挡板的尺寸。
18.在一种可选的实施例中，所述冷却液挡板包括主冷却液挡板与多个子冷却液挡板；
19.所述主冷却液挡板沿第一方向与所述冷却液均流腔内壁连接，多个所述子冷却液挡板沿第二方向在所述主冷却液挡板上间隔设置。
20.在一种可选的实施例中，所述子冷却液挡板包括第一子冷却液挡板和第二子冷却液挡板，所述主冷却液挡板包括第一主冷却液挡板与第二主冷却液挡板；
21.所述第一主冷却液挡板靠近所述空气仓，所述第一主冷却液挡板与所述第二主冷却液挡板间隔错位设置；
22.所述第一子冷却液挡板沿第二方向在所述第一主冷却液挡板上间隔设置；
23.所述第二子冷却液挡板沿所述第二方向的反向延长线方向在所述第二主冷却液挡板上间隔设置。
24.在一种可选的实施例中，所述进气口和所述第一主空气挡板平行，所述喷雾接口垂直于所述第一主空气挡板。
25.在一种可选的实施例中，所述装置还包括蒸发腔中冷器，所述蒸发腔中冷器一端与所述降温加湿空气出口部连通，另一端与燃料电池电堆连接。
26.在一种可选的实施例中，所述装置还包括散热器，所述散热器进口与所述蒸发腔中冷器连接，出口与所述燃料电池电堆连接。
27.在一种可选的实施例中，所述冷却液挡板在所述冷却液均流腔内的设置间隙小于所述空气挡板在所述空气仓内的间隔。
28.本发明实施例提供的燃料电池系统至少具有以下有益效果：
29.本发明实施例提供的装置，空气从空气仓的进气口进入，与喷雾接口的喷雾液滴混合形成混流区，在该区域一部分混流液滴吸收热量，蒸发为水蒸气，同时气体温度降低，错位布置的空气挡板增加了流体在腔体内的滞留时间，并在空气挡板的拐角处形成涡流，强化了换热。本发明实施例中间部位为冷却区域，该区域的目的是当空气热量不足时，提供冷却液滴进一步蒸发的热量。燃料电池电堆冷却液进入冷却液均流腔，从下冷却液均流腔沿s形向前流动并沿换热管束向上流动至上冷却液均流腔，在上冷却液均流腔汇流后沿出口流出，空气侧，冷却液滴附着于垂直换热管束，在换热管束管壁蒸发吸热，冷却液降温。通过设置冷却液挡板在冷却液均流腔内间隔错位布置保证了垂直管束的流动均匀性。本发明实施例集成了喷雾蒸发腔和中冷器，取代了价格昂贵的全氟磺酸树脂膜增湿器，降低了燃料电池的成本，取消了庞大体积的膜增湿器，采用电堆冷却液的废热给液滴提供气化潜热，提高了燃料电池系统能量利用率，并且本发明实施例提供的装置将蒸发腔和中冷器一体化，稳定性高，提高了燃料电池系统稳定性。
附图说明
30.通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它
目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
31.图1示出了一种燃料电池空气路进气装置整体结构示意图；
32.图2示出了一种燃料电池空气路进气装置剖视图示意图；
33.图3示出了一种燃料电池空气路进气装置空气挡板示意图。
34.附图标记：
35.1-冷却部；11-空气仓；12-空气挡板；121-主空气挡板；122-子空气挡板；101-进气口；102-喷雾接口；2-冷却液均流腔；22-冷却液挡板；3-降温加湿空气出口部；
具体实施方式
36.下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
37.在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
38.本发明实施例提供一种燃料电池空气路进气装置，装置包括：
39.冷却部1，包括空气仓11和空气挡板12，空气挡板12间隔错位设置在空气仓11内，空气仓11上具有进气口101和喷雾接口102；
40.冷却液均流腔2，与空气仓11连通，冷却液均流腔2包括换热管21与冷却液挡板22，冷却液挡板22在冷却液均流腔2内间隔错位布置；
41.降温加湿空气出口部3，与冷却液均流腔2连通。
42.以下将通过可选的实施例进一步解释和描述本发明实施例提供的装置。
43.需要说明的是，本发明实施例提供的装置冷却部1和冷却液均流腔2以及降温加湿空气出口部3一体化，即一体成型，其中冷却部1位于一侧，冷却液均流腔2位于中间，并且与冷却部1中的空气仓11连通。空气从进气口101进来后经过间隔错位布置的空气挡板12的阻拦，减缓流动速度，进行初步降温。
44.在一种可选的实施例中，空气挡板12包括主空气挡板121与多个子空气挡板122；
45.主空气挡板121沿第一方向与空气仓11内壁连接，多个子空气挡板122沿第二方形在主空气挡板121上间隔设置；
46.第一方向与第二方向相交。
47.进一步地，主空气挡板121与空气仓11内壁间隔错位布置，示例的，主空气挡板121与空气仓11内壁之间可以为垂直连接，即第一方向为主空气挡板121垂直于空气仓11内壁的方向，或主空气挡板121与空气仓11相交的方向。作为另一种示例，主空气挡板121与空气仓11内壁之间夹角为锐角，其中，锐角的开口朝向空气流出的方向，以进一步减缓空气的流动速率。
48.子空气挡板122起到增加空气与子空气挡板122之间摩擦，减缓空气流动速率的作用。
49.在一种可选的实施例中，主空气挡板121的尺寸大于子空气挡板122的尺寸。
50.即子空气挡板122在主空气挡板121上形成类似于齿轮的形状，与空气接触，减缓空气运动速率。
51.第二方向只要与第一方向相交即可。
52.在一种可选的实施例中，子空气挡板122包括第一子空气挡板和第二子空气挡板，主空气挡板121包括第一主空气挡板与第二主空气挡板121；
53.第一主空气挡板靠近进气口101，第一主空气挡板与第二主空气挡板121间隔错位设置；
54.第一子空气挡板沿第二方向在第一主空气挡板上间隔设置；
55.第二子空气挡板沿第二方向的反向延长线方向在第二主空气挡板121上间隔设置。
56.需要说明的是，本发明实施例提供的冷却部1空气进来后基于间隔错位设置的空气挡板12呈s形流动，而本发明实施例进一步的设置子空气挡板122包括第一子空气挡板和第二子空气挡板，并且第一主空气挡板靠近进气口101，第二空气挡板12和第一空气挡板12间隔错位布置，将第一子空气挡板沿第二方向在第一主空气挡板上间隔设置，即第一子空气挡板与第一主空气挡板之间相交，呈预定角度，示例的，可以为30
°
、45
°
或60
°
等，第一子空气挡板与第一主空气挡板之间的夹角朝向进气口101，空气进来后通过子空气挡板122与第一主空气挡板之间的夹角，在夹角处作短暂停留后进入冷却液均流腔2，提高了冷却的效率，强化了换热。
57.进一步地，第二子空气挡板沿第二方向的反向延长线方向在第二主空气挡板121上间隔设置。即第二子空气挡板与第一子空气挡板的方向相反，也就是说空气每次经过第一子空气挡板与第二子空气挡板的时候与其方向相反，以此增强空气的换热，提高换热效率。
58.在一种可选的实施例中，冷却液挡板22包括主冷却液挡板与多个子冷却液挡板；
59.主冷却液挡板沿第一方向与冷却液均流腔2内壁连接，多个子冷却液挡板沿第二方向在主冷却液挡板上间隔设置。
60.同理，本发明实施例对冷却液挡板22的设置参照空气挡板12的设置，以增加冷却液在冷却腔内的流动时间，进而提高空气与冷却液的换热以及冷却液的蒸发。
61.进一步地，主冷却液挡板与冷却液均流腔2内壁间隔错位布置，示例的，主冷却液挡板与冷却液均流腔2内壁之间可以为垂直连接，即第一方向为主冷却液挡板垂直于冷却液均流腔2内壁的方向，或主冷却液挡板与冷却液均流腔2相交的方向。作为另一种示例，主冷却液挡板与冷却液均流腔2内壁之间夹角为锐角，其中，锐角的开口朝向冷却液流出的方向，以进一步减缓冷却液的流动速率，增强冷却液和空气的换热。
62.子冷却液挡板起到增加冷却液与子冷却液挡板之间摩擦，减缓冷却液流动速率的作用。
63.在一种可选的实施例中，子冷却液挡板包括第一子冷却液挡板和第二子冷却液挡板，主冷却液挡板包括第一主冷却液挡板与第二主冷却液挡板；
64.第一主冷却液挡板靠近空气仓11，第一主冷却液挡板与第二主冷却液挡板间隔错位设置；
65.第一子冷却液挡板沿第二方向在第一主冷却液挡板上间隔设置；
66.第二子冷却液挡板沿第二方向的反向延长线方向在第二主冷却液挡板上间隔设置。
67.需要说明的是，参见图2，本发明实施例提供的空气在冷却部1中的流动方向为直线式流动，冷却液基于冷却液挡板22的设置，在冷却液均流腔2中呈s形流动，因此通过设置第一子冷却液挡板沿第二方向在第一主冷却液挡板上间隔设置，即第一子冷却液挡板与冷却液流动方向相反，冷却液在第一子冷却液挡板与第一主冷却液挡板夹角进一步形成涡流，减缓液体流动，增大液体与空气的接触时间。进一步地，第二子冷却液挡板沿第二方向的反向延长线方向在第二主冷却液挡板上间隔设置，当冷却液转向流向下一个冷却液挡板22之间时，冷却液流动方向与第二子冷却液挡板的方向相反，进一步增大冷却液和空气的接触时间，提高换热效率。
68.即第一子冷却液挡板与第一主冷却液挡板之间相交，呈预定角度，示例的，可以为30
°
、45
°
或60
°
等，第一子冷却液挡板与第一主冷却液挡板之间的夹角朝向进气口101，冷却液进来后通过子冷却液挡板与第一主冷却液挡板之间的夹角，在夹角处作短暂停留后进入冷却液均流腔2，增大冷却液与空气接触时间，提高了冷却的效率，强化了换热。
69.进一步地，第二子冷却液挡板沿第二方向的反向延长线方向在第二主冷却液挡板上间隔设置。即第二子冷却液挡板与第一子冷却液挡板的方向相反，也就是说冷却液每次经过第一子冷却液挡板与第二子冷却液挡板的时候与其方向相反，以此增强空气的换热，提高换热效率。
70.在一种可选的实施例中，进气口101和第一主空气挡板平行，喷雾接口102垂直于第一主空气挡板。
71.喷雾接口102垂直于第一主空气挡板，这一布置方式使得液滴与入口空气强烈对流，加快了换热与蒸发。
72.在一种可选的实施例中，装置还包括蒸发腔中冷器，蒸发腔中冷器一端与降温加湿空气出口部3连通，另一端与燃料电池电堆连接。
73.参见图3，本发明实施例提供的装置基于将蒸发器和中冷器集成于一体，空压机出口高温空气直接进入本发明实施例提供的装置，高温空气与高压喷雾所形成的液滴在装置冷却部1发生第一步换热，然后进入冷却液均流腔2第二步换热，在出口处得到降温增湿的空气。同时，由于液滴蒸发需要吸收大量的气化潜热，使得燃料电池电堆冷却液在流出装置后降温，降低了冷却水路的散热负担，提高了系统能量利用率，增加了系统发电效率。
74.在一种可选的实施例中，装置还包括散热器，散热器进口与蒸发腔中冷器连接，出口与燃料电池电堆连接。
75.在一种可选的实施例中，冷却液挡板22在冷却液均流腔2内的设置间隙小于空气挡板12在空气仓11内的间隔。
76.以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨
在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

技术特征：
1.一种燃料电池空气路进气装置，其特征在于，所述装置包括：冷却部，包括空气仓和空气挡板，所述空气挡板间隔错位设置在所述空气仓内，所述空气仓上具有进气口和喷雾接口；冷却液均流腔，与所述空气仓连通，所述冷却液均流腔包括换热管与冷却液挡板，所述冷却液挡板在所述冷却液均流腔内间隔错位布置；降温加湿空气出口部，与所述冷却液均流腔连通。2.根据权利要求1所述的燃料电池空气路进气装置，其特征在于，所述空气挡板包括主空气挡板与多个子空气挡板；所述主空气挡板沿第一方向与所述空气仓内壁连接，多个所述子空气挡板沿第二方形在所述主空气挡板上间隔设置；所述第一方向与所述第二方向相交。3.根据权利要求2所述的燃料电池空气路进气装置，其特征在于，所述子空气挡板包括第一子空气挡板和第二子空气挡板，所述主空气挡板包括第一主空气挡板与第二主空气挡板；所述第一主空气挡板靠近所述进气口，所述第一主空气挡板与所述第二主空气挡板间隔错位设置；所述第一子空气挡板沿第二方向在所述第一主空气挡板上间隔设置；所述第二子空气挡板沿所述第二方向的反向延长线方向在所述第二主空气挡板上间隔设置。4.根据权利要求2所述的燃料电池空气路进气装置，其特征在于，所述主空气挡板的尺寸大于所述子空气挡板的尺寸。5.根据权利要求2所述的燃料电池空气路进气装置，其特征在于，所述冷却液挡板包括主冷却液挡板与多个子冷却液挡板；所述主冷却液挡板沿第一方向与所述冷却液均流腔内壁连接，多个所述子冷却液挡板沿第二方向在所述主冷却液挡板上间隔设置。6.根据权利要求5所述的燃料电池空气路进气装置，其特征在于，所述子冷却液挡板包括第一子冷却液挡板和第二子冷却液挡板，所述主冷却液挡板包括第一主冷却液挡板与第二主冷却液挡板；所述第一主冷却液挡板靠近所述空气仓，所述第一主冷却液挡板与所述第二主冷却液挡板间隔错位设置；所述第一子冷却液挡板沿第二方向在所述第一主冷却液挡板上间隔设置；所述第二子冷却液挡板沿所述第二方向的反向延长线方向在所述第二主冷却液挡板上间隔设置。7.根据权利要求3所述的燃料电池空气路进气装置，其特征在于，所述进气口和所述第一主空气挡板平行，所述喷雾接口垂直于所述第一主空气挡板。8.根据权利要求1所述的燃料电池空气路进气装置，其特征在于，所述装置还包括蒸发腔中冷器，所述蒸发腔中冷器一端与所述降温加湿空气出口部连通，另一端与燃料电池电堆连接。9.根据权利要求7所述的燃料电池空气路进气装置，其特征在于，所述装置还包括散热
器，所述散热器进口与所述蒸发腔中冷器连接，出口与所述燃料电池电堆连接。10.根据权利要求1所述的燃料电池空气路进气装置，其特征在于，所述冷却液挡板在所述冷却液均流腔内的设置间隙小于所述空气挡板在所述空气仓内的间隔。

技术总结
本发明提供了一种燃料电池空气路进气装置，属于燃料电池技术领域，装置包括：冷却部，包括空气仓和空气挡板，空气挡板间隔错位设置在空气仓内，空气仓上具有进气口和喷雾接口；冷却液均流腔，与空气仓连通，冷却液均流腔包括换热管与冷却液挡板，冷却液挡板在冷却液均流腔内间隔错位布置；降温加湿空气出口部，与冷却液均流腔连通。本发明集成了喷雾蒸发腔和中冷器，取代了价格昂贵的全氟磺酸树脂膜增湿器，降低了燃料电池的成本，取消了庞大体积的膜增湿器，采用电堆冷却液的废热给液滴提供气化潜热，提高了燃料电池系统能量利用率，并且本发明实施例提供的装置将蒸发腔和中冷器一体化，稳定性高，提高了燃料电池系统稳定性。提高了燃料电池系统稳定性。提高了燃料电池系统稳定性。


技术研发人员：李庆雨 李阳 李文文 方川 渠海洋 司宗正
受保护的技术使用者：北京亿华通科技股份有限公司
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/7/22