一种大功率引射器燃料电池用螺旋式分水器

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种大功率引射器燃料电池用螺旋式分水器。

背景技术

燃料电池是一种把氢气所具有的化学能直接转化电能的发电装置，燃料电池在电化学反应时阴极会生成水，一部分水会渗透到膜的阳极一侧，并通过阳极出口排出电堆。使用阳极氢气循环系统可以将阳极未利用的氢气和液态水引回至阳极入口。由于循环氢气会携带部分反应产生的水，如果不进行气液分离，直接将循环氢气通入电堆，势必造成电堆内水累积过多而出现“水淹”，从而影响电堆性能和寿命，同时过多的水还会对循环泵等阳极零部件的正常工作造成影响。因此，在燃料电池系统阳极路设计和使用气水分离装置，对循环氢气中携带的水进行有效分离，保证入堆氢气浓度和湿度在合理的范围内，对提高氢气利用率和维持系统稳定运行具有重要意义。

然而，现有技术的气水分离装置只考虑到将出堆液态水分离，并未考虑到湿氢气与新氢在引射器处汇合后二次产生的液态水；而且现有技术的气水分离装置只能解决循环氢中液态水问题，不能提升新氢温度。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种大功率引射器燃料电池用螺旋式分水器。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种大功率引射器燃料电池用螺旋式分水器，包括外壳，外壳内设有导气管，外壳内壁表面设有双螺旋隔板，双螺旋隔板将外壳内部空间分为循环氢腔和新氢腔，循环氢与新氢在双螺旋隔板中逆向流动后在出口处混合引射。

作为上述方案的优选，所述外壳顶部设有氢出口，上部设有与循环氢腔相连通的循环氢入口，下部设有与新氢腔相连通的新氢入口，底部设有液态水出口，所述新氢腔出口处连通有喷嘴，喷嘴套设在氢出口内。

作为上述方案的优选，所述氢出口连接引射器，所述循环氢入口连接燃料电池电堆出口，所述新氢入口连接燃料电池氢气循环系统的氢高压组件，所述液态水出口连接排水管路。

作为上述方案的优选，所述导气管底部设有挡板。

作为上述方案的优选，所述导气管采用拉瓦尔喷管。

由于具有上述结构，本发明的有益效果在于：

1、通过双螺旋板结构，使循环氢内液态水冷凝，新氢温度上升，增强循环氢分水能力的同时也增强换热能力，避免了在引射器内新氢与循环氢汇流时产生液态水造成电堆电压单低的现象出现，保证了系统低温运行稳定性，也充分利用了循环氢中的废热；

2、导气管采用拉瓦尔喷管形式，能够加速气流，使内部没有分离干净的液态水在里面震动破碎，减小液态水直径，让它更容易蒸发成气态水进入电堆，同时小颗粒液态水进入电堆配气歧管后分布也更均匀；

3、通过在新氢腔出口处设置喷嘴，直接将新旧氢气在分水器内部引射，相当于将分水器与引射器集成起来，能够使得气体传输距离短，减小传输过程中的能量损耗，提升增压效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明的剖视结构示意图；

图2为本发明的透视结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

如图1、图2所示，本实施例提供一种大功率引射器燃料电池用螺旋式分水器，包括外壳1，外壳1内设有导气管2，外壳1内壁表面设有双螺旋隔板3，双螺旋隔板3将外壳1内部空间分为循环氢腔4和新氢腔5，循环氢与新氢在双螺旋隔板3中逆向流动后在出口处混合引射。

在本实施例中，所述外壳1顶部设有氢出口6，上部设有与循环氢腔4相连通的循环氢入口7，下部设有与新氢腔5相连通的新氢入口8，底部设有液态水出口9，所述新氢腔5出口处连通有喷嘴10，喷嘴10套设在氢出口6内。各出入口如此分布设置，能够使得循环氢与新氢在螺旋隔板中成逆向流动，进而增强换热效率。而在新氢腔5出口处设置喷嘴10，直接将新旧氢气在分水器内部引射，这就相当于将分水器与引射器集成起来，能够使得气体传输距离短，减小传输过程中的能量损耗，提升增压效率。

在本实施例中，所述导气管2底部设有挡板11，能够防止分离出去的水顺着气流从氢出口6流出。

在本实施例中，所述导气管2采用拉瓦尔喷管，能够加速气流，使内部没有分离干净的液态水在里面震动破碎，减小液态水直径，让它更容易蒸发成气态水进入电堆，同时小颗粒液态水进入电堆配气歧管后分布也更均匀。

上述结构的工作原理：

氢出口6连接引射器，循环氢入口7连接燃料电池电堆出口，新氢入口8连接燃料电池氢气循环系统的氢高压组件(比例阀)，液态水出口9连接排水管路。

从燃料电池电堆排出的含氢混合气体由循环氢入口7进入后，在双螺旋隔板3的作用下进入循环氢腔4，含氢混合气体在循环氢腔4内通过离心力作用分离冷凝出液态水，液态水在重力作用下在分水器底部空腔中螺旋下降，最终从液态水出口9排出，而干燥循环氢通过中部导气管2流向氢出口6，实现水气分离的作用。

与此同时，从燃料电池氢气循环系统的氢气供给管路过来的新氢由新氢入口8进入新氢腔5，与循环氢逆向流动，新氢与循环氢通过双螺旋隔板3进行换热，使循环氢内液态水冷凝，新氢温度上升，增强循环氢分水能力的同时避免了在引射器内新氢与循环氢汇流时产生液态水造成电堆电压单低的现象出现，保证了系统低温运行稳定性，也充分利用了循环氢中的废热。

换热后的新氢在氢出口6处从喷嘴10喷出，与氢出口6处的循环氢汇合，进入引射器。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。