一种高温醇燃料电池蒸发散热装置转让专利
申请号 : CN201811537360.X
文献号 : CN111326765B
文献日 : 2021-07-27
发明人 : 杨林林 , 张浩 , 孙公权
申请人 : 中国科学院大连化学物理研究所
摘要 :
权利要求 :
1.一种高温醇燃料电池蒸发散热装置,包括甲醇汽化室以及氢气冷却室;其特征在于,所述装置还包括由翅片组成的空气散热室和由翅片组成的导热油热交换室;所述空气散热室、导热油热交换室、甲醇汽化室、氢气冷却室依次从上至下串联;所述导热油热交换室与空气散热室为一个整体加工件;所述整体加工件的一面为导热油热交换室,另一面为空气散热室;所述甲醇汽化室与氢气冷却室为一个整体加工件;所述整体加工件的一面为甲醇汽化室,另一面为氢气冷却室;所述甲醇汽化室与导热油换热室相邻,并通过隔板分隔开;
所述隔板的两面分别与所述甲醇汽化室和导热油热交换室接触,并用氟橡胶O型圈密封;所述蒸发散热装置的顶端和氢气冷却室的底端分别由端盖和底板密封;所述空气散热室侧壁上固定有两个强力风扇;所述空气散热室的一个短边侧壁开有两个圆孔,作为强力风扇进风口,所述圆孔直径等于强力风扇风道直径,所述端盖上设置有空气尾排口,用于排出热交换后的高温空气;所述短边为与翅片流道垂直的边。
2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述端盖和底板的材质为铝合金。
3.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述空气散热室包括由宽度均匀的翅片构成的散热空气流道,每条翅片被两道等宽度沟槽截断。
4.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述导热油热交换室由宽度均匀的5‑7mm深的翅片构成导热油流道;导热油热交换室设有导热油进口和导热油出口,导热油从进口进入,流经翅片流道后从导热油出口排出。
5.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述的空气散热室、导热油热交换室材料为铝合金。
6.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述隔板的材质为铝合金;所述隔板的厚度为2mm以上。
7.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述空气散热室、导热油热交换室、甲醇汽化室、氢气冷却室均设置有用于固定氟橡胶O型圈的凹槽。
8.根据权利要求4所述的装置,其特征在于,所述的导热油热交换室的导热油出口设置有热偶孔。
9.根据权利要求4所述的装置,其特征在于,所述导热油热交换室翅片宽0.8mm以上,翅片之间的间隙为0.8mm以上。
10.根据权利要求9所述的装置,其特征在于,所述导热油热交换室翅片宽为0.8‑
1.5mm,翅片之间的间隙为0.8‑1.5mm。
说明书 :
一种高温醇燃料电池蒸发散热装置
技术领域
背景技术
在原有蒸发器内与甲醇汽化室中的液体燃料进行热交换,由于导热油温度较高能够达到
165度以上,且汽化室液体所需要的汽化温度较低,通常在80度左右且汽化室处理量小,因
此现有技术中蒸发器内导热油多余的热量需要通过蒸发器外接的散热器及风扇的配合才
能正常工作,其余很大一部分高品质热源均排除蒸发器外进入系统外接散热器中使用大功
率风扇将导热油温度降低至目标温度,大量高品质热源白白浪费掉,并且外界散热器风扇
等装置不仅使系统结构变得复杂、占用空间大,外接散热器风扇等装置增多了管阀件的连
接、加大密封难度降低了系统的可靠性。
发明内容
室;所述空气散热室、导热油热交换室、甲醇汽化室、氢气冷却室通过螺纹连接依次从上至
下串联组成;所述导热油热交换室与空气散热室为一个整体加工件;整个加工件一面为雕
铣出的导热油热交换室流道,加工件另一面为雕铣出的空气散热室流道;因此,所述整体加
工件的一面为导热油热交换室,另一面为空气散热室;所述甲醇汽化室与氢气冷却室为一
个整体加工件;所述整体加工件的一面为甲醇汽化室,另一面为氢气冷却室;所述甲醇汽化
室与导热油换热室相邻,并通过隔板分隔开,防止两腔室内介质互串;所述隔板的两面分别
与所述甲醇汽化室和导热油热交换室接触并密封,所述密封采用氟橡胶密封线密封,两腔
室为整体加工件,增强了两室之间导热效率。
交换后的高温空气。
散热室的一个短边外侧壁上开有两个圆孔为强力风扇进风口;所述短边外侧壁为与空气散
热室翅片流道垂直的侧壁。
高温导热油进入导热油热交换室;导热油流经翅片后,在与进口处相对应的另一端流出导
热油热交换室;所述长边外侧壁为与导热油热交换室翅片流道平行的侧壁,导热油进口设
置于导热油热交换室长壁一侧靠近散热风扇开口端,该导热油出口用于将导热油排出本发
明装置,优选的,所述隔板上设有导热油进口通道,通过隔板通道的设置,导热油进口与甲
醇汽化室的进口贯通,使得导热油进入导热油热交换室不用外接其他管路,使得本发明的
装置结构更加紧凑。
间进行密封防止各腔室中的气体或者导热油发生泄漏。
好。此设计目的为由于流经导热油热交换室的导热油来源为高温醇燃料电池堆,高温燃料
电池堆正常工作状态下为一放热反应,为了维持电池堆正常的工作温度,需要通过低温的
导热油进入电池堆进行循环带走电池堆工作所产生的多余热量,电池堆输出的高温导热油
温度可达到160摄氏度‑170摄氏度之间,电池堆输出的导热油进入本发明设计的导热油热
交换腔进行散热使温度降低到150摄氏度左右后重新进入电池堆,如此反复为一个循环。因
此进入导热油热交换室的高温导热油需要很大的散热量使温度降低到目标温度150摄氏
度。因此设计空气散热室,用两个并排放置的强力风扇对导热油热交换室背面的与导热油
热交换室一体的空气散热室中的翅片进行散热,空气与空气散热器中的翅片进行热交换,
使大流量空气带走散热片上的热量。由于导热油与空气散热室中的翅片进行热交换,从而
间接的使强力风扇产生的大流量空气带走导热油的一部分热量。
氏度左右,当导热油热交换室中温度在150摄氏度左右时,通过热传导后甲醇汽化室内温度
能够达到100摄氏度以上,液态甲醇溶液沸点在80摄氏度左右,因此仅需要控制导热油出口
通道处的热电偶温度在150摄氏度左右即可同时满足电池堆堆导热油温度的要求以及甲醇
汽化室中液态甲醇溶液汽化对温度的需求。因此插在热偶孔中的热电偶与散热室中固定的
散热风扇相配合,当热电偶所测温度在152℃以上时,PCB控制散热风扇增大风扇输出功率
从而增大空气流量使导热油温度进一步降低。当热电偶所测温度在148℃以下时,PCB控制
散热风扇减小风扇输出功率从而减小空气流量使导热油温度逐渐升高,因此导热油温度能
够维持在150±2℃范围内实现精确控制。
油与甲醇汽化室进行热交换由高温的导热油提供甲醇汽化室中甲醇汽化所需要的热量。因
此将导热油热交换室设计在空气散热室与甲醇汽化室之间使导热油的高品质热源得到充
分利用,高温导热油的一部分热量用于甲醇汽化所需要的热量从而减少了空气散热室所需
要的热交换量,减小强力风扇的流量从而减小风扇功率节约系统功耗。
此重整制氢所产生的氢气温度过高不能直接进入电池堆进行阳极反应,需要将温度降低至
电堆的工作温度。因此本发明设计的氢气冷却室接受重整制氢装置所产生的高温氢气与甲
醇汽化室进行充分换热,不仅满足了液态甲醇汽化所需要的热量,更使重整制氢后的氢气
温度能够降低到电池堆的正常工作温度范围内。
汽化室外壁的甲醇汽化室入口通道进入汽化室流道,待甲醇溶液充分汽化后进入氢气冷却
室,然后进入重整器,经过催化重整后的氢气经过氢气冷却室对重整后的高温氢气进行降
温后进入电堆。
直径32mm圆孔为强力风扇进风口,两个强力风扇通过螺纹并列固定在侧壁外端,中间垫有
云母片用来隔热,防止风扇过热失效。空气散热室短边另一端开有空气尾排口,排出热交换
后的高温空气。
由此口进入导热油热交换室。导热油流经翅片在于进口处相对应的另一端流出导热油热交
换室。腔室内翅片的分布经过仿真设计使每两个翅片组成的流道对导热油造成的阻力降一
致从而使导热油更加均匀的流经翅片。
膨胀,因此流道截面积逐渐增大防止腔室内压力过大。
板进行与外界环境的密封。
散热来降低温度的电池堆输出的高温导热油以及重整制氢装置输出的高温氢气进行降温。
导热油吸收的热量有限相比于空气散热室内空气带走的热量占很小比例,因此将空气散热
室与导热油热交换室加工成一个整体,能够增加热传导的效率,将氢气冷却室与甲醇汽化
室加工成一个整体使高温氢气与液态甲醇换热更加充分。
输出的高温氢气进行降温,结构紧凑无外接散热器风扇等装置,简化连接管路、减小泄露风
险,集成度更高,提高了系统整体的可靠性。
附图说明
翅片;9:密封O圈槽;10:热偶孔;11:导热油热交换室翅片;12:导热油出口通道;13:导热油
进口通道;14:导热油热交换室与甲醇汽化室隔板;15:导热油进口;16:甲醇汽化室流道;
17:甲醇汽化室入口通道;18:扰流柱;19:氢气冷却室翅片;20:甲醇蒸汽进重整室流道;21:
导热油热交换室;22:甲醇汽化室;23:氢气冷却室。
具体实施方式
加工件5。在导热油换热室与甲醇汽化室之间带有2mm厚铝合金板用于将上述两个腔室分隔
开并起到腔室与外界密封的作用。
加均匀的分布在整个空气散热室内从而增强换热效果。空气散热室一个短边外侧壁开有两
个直径32mm圆孔为强力风扇进风口3,两个强力风扇通过螺纹并列固定在侧壁外端,中间垫
有云母片用来隔热,防止风扇过热失效。空气散热室盖板2上设有空气尾排口1,排出热交换
后的高温空气。
一侧短边内壁上开有进油口,此进油口通过隔板上的导热油进口通道15与甲醇汽化室上的
进口连通,作为导热油进口通道13,电池堆输出的高温导热油由此口进入导热油热交换室。
在导热油换热室靠近固定散热风扇位置一侧设计有导热油出口6,导热油热交换室长端一
侧靠近散热风扇一端开有导热油出口通道12,导热油流经翅片后,经导热油出口通道从流
出导热油出口流出导热油热交换室,将导热油排出装置,腔室内翅片的分布经过仿真设计
使每两个翅片组成的流道对导热油造成的阻力降一致从而使导热油更加均匀的流经翅片,
导热油出口设置有热偶孔10,用于监测导热油的温度,空气散热室的外周设有密封O圈槽9,
用于固定O圈,实现腔室之间的密封。
度加大,气态甲醇提及极具膨胀,因此流道逐渐变宽,流道截面积逐渐增大防止腔室内压力
过大。
构成。两路流道相互分隔并且由2mm厚的铝合金板进行与外界环境的密封。