CN113793950A - 一种燃料电池用疏水型氢水分离结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种燃料电池用疏水型氢水分离结构，换热管固定套接至分离器外壁，换热管外壁覆有一层保温层，换热管一端通过第一管路连通至氢气罐，且第一管路上安装一级减压阀，换热管另一端通过第二管路连通至文丘里管入口端，且第二管路上安装二级减压阀，文丘里管的扩散管口端通过第三管路连通至电堆入口端，电堆出口端通过第四管路连通至文丘里管侧壁，文丘里管还通过导流管连通至分离器顶端，本发明所述的一种燃料电池用疏水型氢水分离结构，分离器的热量传递给换热管，从而降低了分离器内混合气的温度，来将一部分水蒸气冷凝成液滴，最终提高了气水分离效率。
Description
技术领域
本发明属于燃料电池领域，尤其是涉及一种燃料电池用疏水型氢水分离结构。
背景技术
氢燃料电池是一种将燃料电池气体当中储存的化学能转化成为电能的装置，区别于锂电池用作能量储存装置，氢燃料电池内部不存储能量，而是类似于汽车发动机的能量转化装置，氢燃料电池作为一种清洁能源动力，具有替代传统汽油机柴油机的潜能，受到交通运输行业的普遍关注，质子交换膜燃料电池作为氢燃料电池的一种，使用聚合物薄膜作为固体电解质隔开电池的阴阳两极，聚合物薄膜还承担将阳极氢气反应产生的质子导向阴极的作用，质子到达阴极后与氧化气体反应,电子通过外电路形成电流回路，产生电能。
为了提高质子交换膜燃料电池的氢气利用率，阳极气流控制是一种简单易行的设计方式，阳极氢气循环设计使反应的氢气继续引入系统参与反应，有助于提高质子交换膜燃料电池系统对氢气的利用率，但是阳极没有常排出口更容易引起电池内部的堵水，质子交换膜燃料电池中的产物水产生于阴极，在大电流下阴极的水会远远大于阳极水，阴极水会顺着浓度梯度扩散至阳极，阳极不常排的设计无法及时排出燃料电池中的多余水，为避免由于堵水造成的性能下降，阳极不常排的结构需要添加辅助排水装置。
现有技术中进入分离器的氢水混合物温度约80℃，氢水混合物中的水有一部分是以水蒸气形式存在的，不易和氢气分离，使得分离器气水分离效果不理想。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种燃料电池用疏水型氢水分离结构，以降低进入分离器的氢水混合物中的水蒸气含量，进而提高气水分离效果。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种燃料电池用疏水型氢水分离结构，包括分离器、换热管、氢气罐、一级减压阀、二级减压阀、文丘里管、导流管和电堆，换热管为螺旋金属管结构，换热管固定套接至分离器外壁，换热管外壁覆有一层保温层，换热管一端通过第一管路连通至氢气罐，且第一管路上安装一级减压阀，换热管另一端通过第二管路连通至文丘里管入口端，且第二管路上安装二级减压阀，文丘里管的扩散管口端通过第三管路连通至电堆入口端，电堆出口端通过第四管路连通至文丘里管侧壁，文丘里管还通过导流管连通至分离器顶端，一级减压阀、二级减压阀分别信号连接至控制器。
进一步的，分离器底端安装出水管，出水管与分离器内部连通，出水管上安装排水阀，排水阀信号连接至控制器。
进一步的，文丘里管的收缩段设有用于连通至导流管顶端的第一通孔，分离器顶端设有用于穿过导流管底端的第二通孔，导流管底端与第二通孔内壁之间密封连接。
进一步的，保温层材质为聚苯乙烯泡沫塑料和聚氨酯泡沫塑料。
相对于现有技术，本发明所述的一种燃料电池用疏水型氢水分离结构具有以下有益效果：
(1)本发明所述的一种燃料电池用疏水型氢水分离结构，分离器的热量传递给换热管(利用热传导方式将分离器的热量带走，降低分离器的温度)，从而降低了分离器内混合气的温度，来将一部分水蒸气冷凝成液滴，最终提高了气水分离效率。
(2)本发明所述的一种燃料电池用疏水型氢水分离结构，保温层用于隔绝换热管与外界空气的换热，导流管底端与第二通孔内壁之间密封连接，优选的，导流管底端与第二通孔内壁之间安装密封圈，防止漏气，排水阀控制排水状态。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的一种燃料电池用疏水型氢水分离结构的示意图；
图2为本发明实施例所述的文丘里管、分离器、第四管路和导流管的装配内部示意图。
附图标记说明：
1-分离器；11-出水管；12-排水阀；2-换热管；3-氢气罐；4-一级减压阀；5-二级减压阀；6-文丘里管；7-导流管；8-电堆。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1-2所示，一种燃料电池用疏水型氢水分离结构包括：分离器1、换热管2、氢气罐3(氢气罐3为用于储存气体的储气瓶)、一级减压阀4、二级减压阀5、文丘里管6、导流管7和电堆8，换热管2为螺旋金属管结构，换热管2固定套接至分离器1外壁，换热管2外壁覆有一层保温层，换热管2一端通过第一管路连通至氢气罐3，且第一管路上安装一级减压阀4，换热管2另一端通过第二管路连通至文丘里管6入口端，且第二管路上安装二级减压阀，文丘里管6的扩散管口端通过第三管路连通至电堆8入口端，电堆8出口端通过第四管路连通至文丘里管6侧壁，文丘里管6还通过导流管7连通至分离器1顶端，一级减压阀4、二级减压阀5分别信号连接至控制器，控制器为PLC，且PLC型号为西门子S7-200 smart，一级减压阀4和二级减压阀5型号为华中HYDAC电磁减压阀PDBM06020-01-C-N-070-24PG-18.0，分离器1的热量传递给换热管2(利用热传导方式将分离器1的热量带走，降低分离器1的温度)，从而降低了分离器1内混合气的温度，来将一部分水蒸气冷凝成液滴，最终提高了气水分离效率，分离器1为常见的离心旋风式分离器；
分离器1底端安装出水管11，出水管11与分离器1内部连通，出水管11上安装排水阀12，排水阀12是电磁阀，且型号为，排水阀12信号连接至控制器，起排水作用；
文丘里管6的收缩段设有用于连通至导流管7顶端的第一通孔，分离器1顶端设有用于穿过导流管7底端的第二通孔(导流管7底端穿过第二通孔后位于分离器1的内部)，导流管7底端与第二通孔内壁之间密封连接，优选的，导流管7底端与第二通孔内壁之间安装密封圈，防止漏气；保温层材质为聚苯乙烯泡沫塑料和聚氨酯泡沫塑料，保温层用于隔绝换热管2与外界空气的换热。
本发明的工作原理：电堆8工作时，控制器同时分别给一级减压阀4、二级减压阀5发送信号，一级减压阀4、二级减压阀5开始工作，氢气罐3内的氢气依次经过第一管路、换热管2、第二管路、文丘里管6、第三管路后进入电堆8，途中氢气依次被一级减压阀4、二级减压阀5进行减压后，吸收换热管2的热量(来自分离器1传递的热量)，然后气体与电堆8反应后生成的氢水混合物经过第四管路流入文丘里管6中，由于循环氢气约为80℃左右，在放热后，温度下降，氢水混合物中的一部分水蒸气会随着温度的降低而液化，形成二次液滴，在分离器1中与氢气分离，分离后的氢气通过导流管7进入到文丘里管6中，与首次进入文丘里管6的氢气混合后，再经由第三管路后再次进入电堆8，2s后控制器给排水阀12发送信号，排水阀12开启，分离器1内的水会从出水管11中流出，0.1s后，控制器给排水阀12发送信号，排水阀12关闭，分离器1停止排水，之后每过2s控制器会让排水阀12再次开启(开始排水)，然后再过0.1s后控制器会让排水阀12再次关闭(停止排水)，如此反复，达到良性循环的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。
Claims (4)
1.一种燃料电池用疏水型氢水分离结构，其特征在于：包括分离器(1)、换热管(2)、氢气罐(3)、一级减压阀(4)、二级减压阀(5)、文丘里管(6)、导流管(7)和电堆(8)，换热管(2)为螺旋金属管结构，换热管(2)固定套接至分离器(1)外壁，换热管(2)外壁覆有一层保温层，换热管(2)一端通过第一管路连通至氢气罐(3)，且第一管路上安装一级减压阀(4)，换热管(2)另一端通过第二管路连通至文丘里管(6)入口端，且第二管路上安装二级减压阀，文丘里管(6)的扩散管口端通过第三管路连通至电堆(8)入口端，电堆(8)出口端通过第四管路连通至文丘里管(6)侧壁，文丘里管(6)还通过导流管(7)连通至分离器(1)顶端，一级减压阀(4)、二级减压阀(5)分别信号连接至控制器。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池用疏水型氢水分离结构，其特征在于：分离器(1)底端安装出水管(11)，出水管(11)与分离器(1)内部连通，出水管(11)上安装排水阀(12)，排水阀(12)信号连接至控制器。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池用疏水型氢水分离结构，其特征在于：文丘里管(6)的收缩段设有用于连通至导流管(7)顶端的第一通孔，分离器(1)顶端设有用于穿过导流管(7)底端的第二通孔，导流管(7)底端与第二通孔内壁之间密封连接。
4.根据权利要求1所述的一种燃料电池用疏水型氢水分离结构，其特征在于：保温层材质为聚苯乙烯泡沫塑料和聚氨酯泡沫塑料。
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