一种管壳式气化器的制作方法

本发明涉及液氢燃料电池供氢系统或液氢的气化设备领域，具体涉及一种管壳式气化器。

背景技术：

1、碳排放过多导致的全球性变暖如今成为全人类共同面对的问题。随着我国经济社会的发展，机动车保有量迅速增加。据统计，截至2022年8月底，全国机动车保有量达4.08亿辆，其中汽车3.12亿辆，机动车尾气排放导致的环境污染严重影响人们的身体健康。随着人们环保意识的提高和氢能的发展，氢能已经成为代替化石燃料的极佳选择。

2、氢能是新能源革命的重要领域，而液是氢能利用的关键领域。氢燃料电池是一种将氢气和氧气的化学能直接转化为电能的发电装置，氢燃料电池汽车具有动力强劲、启动速度快、安全可靠、经济节能、能量转化率高、噪声低、可实现低温冷启动等优点。液氢由于具有储氢密度大、能量密度高等特点。这就使得液氢成为氢燃料电池汽车最佳供氢方式。

3、在液氢燃料电池汽车中，液氢进入燃料电池之前要经过气化器汽化，转化为气态氢气，参与反应。目前常见的气化器有：开架式气化器、浸没燃烧式气化器、冷却液式气化器、缠绕管式气化器、水浴式气化器、空温式气化器等等，其中开架式汽化器易腐蚀，投资大；浸没燃烧式气化器易被腐蚀，操作费用较高；空温式气化器体积质量大，翅片易结冰，不稳定，维护困难。上述气化器大多用于lng的汽化，液氢的汽化对于气化器的要求更高，现有技术的气化器无法满足车载液氢汽化的要求。另外，现有的气化器技术对于液氢汽化产生的冷能利用不足，造成能源利用率不够高和能源浪费的现象。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种管壳式气化器，使得-253℃下的液氢经过气化器汽化满足燃料电池使用的条件，并且通过冷却液对液氢汽化过程产生的大量冷能进行回收利用。解决了现存气化器质量较大、翅片易结冰、不稳定和不易维护的问题。

2、本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

3、一种管壳式气化器，包括壳体、折流板、液氢气化管路、传感器控制组和阀门组；

4、所述壳体的上下表面内交替分布若干折流板，使壳体内腔构成s型换热通道；所述换热通道与循环的冷却液连通；

5、所述液氢气化管路用于将液氢通过换热汽化并输出；所述液氢气化管路包括第一管路和螺旋管路；若干所述第一管路周向分布在壳体内，且若干所述第一管路分别穿过若干折流板；相邻所述第一管路的一端通过u型管连通，使若干所述第一管路构成环形的盘管；所述环形的盘管的轴线位置设有螺旋管路；

6、所述传感器控制组和阀门组位于各个进出口，用于控制液氢、气氢和冷却液的流入流出；所述壳体底部安装固定装置，用于固定气化器。

7、进一步，所述壳体分别上设有液氢进口、冷却液出口、气氢出口和冷却液进口；所述液氢进口一端与供液氢设备连接，所述液氢进口另一端设有液氢分流装置；所述液氢分流装置分别与螺旋管路进口和环形的盘管进口连接；所述螺旋管路出口和环形的盘管出口交汇后与气氢出口连接；所述冷却液进口与冷却液出口之间连通s型换热通道。

8、进一步，所述壳体为含有镁2.6％、锌5.7％的铝合金；所述壳体外缠绕碳纤维材料；所述冷却液为60％的乙二醇、39.6％的去离子水和0.4％的三氧化二铝混合物。

9、进一步，所述螺旋管路螺旋穿过若干折流板；所述螺旋管路为变螺距螺旋管。

10、进一步，靠近所述液氢进口的螺旋管路的螺距小于靠近所述气氢出口的螺旋管路的螺距。

11、进一步，靠近所述液氢进口的螺旋管路的螺距为40-50mm；靠近所述气氢出口的螺旋管路的螺距为50-60mm。

12、进一步，所述螺旋管路的螺旋沿液氢进口到气氢出口的方向逐渐变大。

13、进一步，所述阀门组包括布置在所述液氢进口的第一电磁阀和安全阀、布置在气氢出口的第二电磁阀；所述第一电磁阀用于控制壳体输入液氢的流量，所述第二电磁阀用于控制壳体输出气氢的流量；所述冷却液进口与泵连通；

14、所述传感器控制组包括布置在所述冷却液出口的第一温度传感器、布置在所述气氢出口的第二温度传感器和压力传感器和控制器；控制器根据第一温度传感器的测量值，通过控制泵的转速，用于控制所述冷却液进口的流量；所述控制器根据第二温度传感器和压力传感器的测量值，通过控制第二电磁阀，用于控制所述气氢出口的流量。

15、本发明的有益效果在于：

16、1.本发明所述的管壳式气化器，相较于以往传统的的气化器，在壳体内设有环形的盘管和螺旋管路，这样液氢汽化更加充分，具有汽化换热效果好、使用寿命长、质量轻、防腐蚀、工作稳定、安全性高和维护方便等优点。

17、2.本发明所述的管壳式气化器，实现了液氢汽化过程中冷能的高效利用，提高了燃料电池热效率，实现冷能和热管理系统交互。

18、3.本发明所述的管壳式气化器，采用钛合金(含铁量为0.095％、含氧量为0.08％、含氢量为0.0009％、含氮量为0.0062％)、高强度铝合金(镁2.6％、锌5.7％)、碳纤维和锌铬涂层，实现了气化器轻量化和防腐蚀，本发明所采用的的冷却液为60％的乙二醇、39.6％的去离子水和0.4％的三氧化二铝混合物，可以满足换热和能量交互需求，并且冷却液的性能也有提高。

19、4.本发明所述的管壳式气化器，采用并联双层双管的汽化管组布置形式，强化了传热效率，比传统气化器的换热效率提高50％，体积减少60％，所述的折流板布置形式，在强化冷却液与液氢充分均匀换热的同时，对汽化直管和气化器壳起到支撑作用，保证了气化器稳定工作，延长了气化器寿命。

20、5.本发明所述的管壳式气化器，通过环形的盘管和螺旋管路，由于螺旋管路位于环形的盘管中心内，环形的盘管的管路比螺旋管路长，这样环形的盘管内的液氢可以充分汽化，而螺旋管路虽然短，但是流速较快，会导致旋管路中存在未完全汽化的液氢，因此在环形的盘管和螺旋管路末端设有混合室，可以利用环形的盘管内充分汽化的液氢进一步汽化螺旋管路中输出的未完全汽化的液氢。而且通过控制器控制环形的盘管和螺旋管路内的流量不同，确保混合室输出的是完全汽化的液氢。此外所述螺旋管路的螺旋沿液氢进口到气氢出口的方向逐渐变大，或者靠近所述液氢进口的螺旋管路的螺距小于靠近所述气氢出口的螺旋管路的螺距，其目的是可以使螺旋管路末端的流速变慢，为了充分汽化螺旋管路内的液氢，减少未完全汽化的液氢。

技术特征：

1.一种管壳式气化器，其特征在于，包括壳体(4)、折流板、液氢气化管路、传感器控制组和阀门组；

2.根据权利要求1所述的管壳式气化器，其特征在于，所述壳体(4)分别上设有液氢进口(2)、冷却液出口(5)、气氢出口(7)和冷却液进口(9)；所述液氢进口(2)一端与供液氢设备连接，所述液氢进口(2)另一端设有液氢分流装置；所述液氢分流装置分别与螺旋管路(11-2)进口和环形的盘管进口连接；所述螺旋管路(11-2)出口和环形的盘管出口交汇后与气氢出口(7)连接；所述冷却液进口(9)与冷却液出口(5)之间连通s型换热通道。

3.根据权利要求1所述的管壳式气化器，其特征在于，所述壳体(4)为含有镁2.6％、锌5.7％的铝合金；所述壳体(4)外缠绕碳纤维材料；所述冷却液(10)为60％的乙二醇、39.6％的去离子水和0.4％的三氧化二铝混合物。

4.根据权利要求1所述的管壳式气化器，其特征在于，所述螺旋管路(11-2)螺旋穿过若干折流板；所述螺旋管路(11-2)为变螺距螺旋管。

5.根据权利要求4所述的管壳式气化器，其特征在于，靠近所述液氢进口(2)的螺旋管路(11-2)的螺距小于靠近所述气氢出口(7)的螺旋管路(11-2)的螺距。

6.根据权利要求5所述的管壳式气化器，其特征在于，靠近所述液氢进口(2)的螺旋管路(11-2)的螺距为40-50mm；靠近所述气氢出口(7)的螺旋管路(11-2)的螺距为50-60mm。

7.根据权利要求4所述的管壳式气化器，其特征在于，所述螺旋管路(11-2)的螺旋沿液氢进口(2)到气氢出口(7)的方向逐渐变大。

8.根据权利要求1-7任一项所述的管壳式气化器，其特征在于，所述环形的盘管出口与螺旋管路(11-2)的出口在混合室内交汇，用于利用环形的盘管内充分汽化的液氢汽化螺旋管路(11-2)中输出的未完全汽化的液氢。

9.根据权利要求1所述的管壳式气化器，其特征在于，所述阀门组包括布置在所述液氢进口(2)的第一电磁阀和安全阀、布置在气氢出口(7)的第二电磁阀；所述第一电磁阀用于控制壳体(4)输入液氢的流量，所述第二电磁阀用于控制壳体(4)输出气氢的流量；所述冷却液进口(9)与泵连通；

技术总结
本发明提供了一种管壳式气化器，包括壳体、折流板、液氢气化管路、传感器控制组和阀门组；所述壳体的上下表面内交替分布若干折流板，使壳体内腔构成S型换热通道；所述换热通道与循环的冷却液连通；所述液氢气化管路用于将液氢通过换热汽化并输出；所述液氢气化管路包括第一管路和螺旋管路；若干所述第一管路周向分布在壳体内，且若干所述第一管路分别穿过若干折流板；相邻所述第一管路的一端通过U型管连通，使若干所述第一管路构成环形的盘管；所述环形的盘管的轴线位置设有螺旋管路；所述传感器控制组和阀门组位于各个进出口。本发明具有汽化换热效果好、使用寿命长、质量轻、防腐蚀、工作稳定、安全性高和维护方便等优点。

技术研发人员：王超,解玄,尹必峰,张保国,邱豪,代德维,郭世民
受保护的技术使用者：江苏天海特种装备有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13