[发明专利]一种用于燃料电池系统的气体加热方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种用于燃料电池系统的气体加热方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池发电系统(包括燃料电池测试系统)涉及的空气和氢气加热，尤其在一些不进行增湿的燃料电池系统中，它们的气体流量小至每分钟几毫升，大到每分钟几立方米。对于提高这些气体的温度，一般采用电加热的办法进行调控。在气量很小的情况下，尽管电功率满足要求，但电加热管的表面积有一定限制，致使流过的气体来不及加热。在气量很大的情况下，由于气体的流速高，停留时间短，同样存在气体来不及加热的现象。上述现象造成气体升温缓慢，甚至无法实现燃料电池系统要求的工况条件。

分析其产生这种现象的主要原因是：小气流呈附壁效应，气体的流动往往处于滞流状态甚至短路，难以有效的接触；大气流直通短路、气体与电加热管表面有效接触时间短、传热效果较差等情况。

本发明提供了一种用于燃料电池系统(包括燃料电池测试系统)的气体加热方法，通过缩小电加热管与加热容器之间的间隙，增加传热面积(金属填料和翅片)，延长气体停留时间，提高气体传热效率，解决了燃料电池系统气体电加热效率低的问题，能够满足燃料电池系统在不同气体流量工况条件下的气体温度要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于燃料电池系统(包括燃料电池测试系统)的气体加热方法。其特征是通过缩小电加热管与加热容器之间的间隙，增加传热面积(金属填料和翅片)，延长气体停留时间，提高气体传热效率。

本发明的目的通过下述技术方案实现：当燃料电池系统中气体流量较小，为每分钟几毫升时，缩小电加热管与加热容器的空隙，并在电加热管和加热容器的空隙之间填充传热金属网状填料，强迫气流从进口进入到出口排出的过程中，使气体处于湍流状态，在填料夹缝中交错流动，延长气体在加热容器中的停留时间，以此提高电加热管传热效率。当燃料电池系统中气体流量较大，达每分钟几立方米时，在电加热管外表面焊制或轧制螺旋形翅片，将电加热管连同翅片再放入加热容器中，使翅片外径与加热容器内径保持尽可能小的间隙，强迫气流在环形管道中螺旋流动，增加气体的接触面积，延长气体停留时间，以提高气体与电加热管的传热效率。

上述两种方式均达到了增大电加热管传热面积，增加气体传热流动距离，延长气体通过电加热管停留时间的目的，从而较大程度提高了气体加热效率，保证了燃料电池发电系统或测试系统在不同气体流量工况下对气体温度的要求。

附图说明

下面结合附图详细说明本发明：

图1为本发明提供的气体在小流量工况时的加热方式示意图。

图2为本发明提供的气体在大流量工况时的加热方式示意图。

具体实施方式

如图1所示，在气体小流量工况条件下，通过缩小电加热管(1)与加热容器(2)之间的空隙，并在其空隙间填充传热金属网状填料(3)，使气体从气体进口(5)进入到气体出口(2)排出的过程中，强迫气流在填料夹缝中交错流动，延长气体在加热容器(2)中的停留时间，以此提高气体与电热管之间的传热效率。

如图2所示，在气体大流量工况条件下，通过减小电加热管(1)与加热容器(2)之间通道横截面积的方法，即在电加热管(1)外表面焊制或轧制螺旋形翅片(3)，电加热管(1)连同翅片(3)再放入加热容器(2)中，使翅片(3)外径与加热容器(4)内径保持尽可能小的间隙，使气体从气体进口(5)进入到气体出口(2)排出的过程中，强迫气流在环形管道中螺旋流动，使气体处于湍流状态，增大了电热管传热面积，以提高气体与电热管的传热效率。