CN113903952A - 一种带有汽水分离功能的燃料电池用引射器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带有汽水分离功能的燃料电池用引射器,包括壳体,所述壳体一端设有一次流入口,壳体另一端设有二次流入口、汽水分离部件、出气管和排水口,所述二次流入口和所述汽水分离部件设于所述壳体的上部,所述排水口设于所述壳体的下部,所述出气管一端向所述一次流入口延伸,所述壳体内部靠近所述一次流入口的一端形成引射区,壳体内部靠近所述二次流入口的一端形成汽水分离区。本发明有利于脱水,避免经引射后混合的气体与水分直接接触。

Description

一种带有汽水分离功能的燃料电池用引射器
技术领域
本发明涉及燃料电池发动机领域,尤其涉及一种带有汽水分离功能的燃料电池用引射器。
背景技术
氢燃料电池发动机是一种清洁、高效动力装置,在其中的氢气循环系统中,引射器因具有无寄生功耗、结构简单和可靠性高等优点,可以有效的替代氢循环泵。
氢燃料电池发动机工作时,氢气首先经引射器的一次流入口送入电堆内,未反应完全的剩余氢气经引射器二次流入口再次流入电堆,以增加氢气的利用率。由于电堆内质子交换膜上水分子的反扩散作用和水力渗透的缘故,未反应完全的剩余氢气需先经过汽水分离器干燥后再流入电堆内。
专利文献CN208706775U公开了一种燃料电池用的可调式引射器,能够根据燃料电池功率情况调节喷嘴与扩压管之间混合室大小,以提高混合效率。诸如此类的技术方案只是在引射功能上取得了一定进步,但整个氢气循环系统并未得到简化或优化,且系统仍需独立配置汽水分离器装置,不利于实现燃料电池发动机系统的小型化、轻量化设计需求。
专利文献CN112057958A公开了一种带有旋流叶片的引射器,二次流经旋流叶片进行汽水分离后与一次流气体混合,集成了一定的汽水分离功能。但该技术方案,一方面脱离出的水分需要同混合气体共同经过混合段和扩张段后才能由排水口排出,脱离出的水容易被混合气体裹挟再次进入电堆,未能将分离后的水分与气体有效隔离;另一方面脱离处的水容易在叶片下端聚集无法顺利排出。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种有利于脱水,避免经引射后混合的气体与水分直接接触的带有汽水分离功能的燃料电池用引射器。
为解决上述技术问题,本发明采用以下技术方案:
一种带有汽水分离功能的燃料电池用引射器,包括壳体,所述壳体一端设有一次流入口,壳体另一端设有二次流入口、汽水分离部件、出气管和排水口,所述二次流入口和所述汽水分离部件设于所述壳体的上部,所述排水口设于所述壳体的下部,所述出气管一端向所述一次流入口延伸,所述壳体内部靠近所述一次流入口的一端形成引射区,壳体内部靠近所述二次流入口的一端形成汽水分离区。
作为上述技术方案的进一步改进:
所述汽水分离部件为挡板,所述出气管位于所述二次流入口和所述排水口之间,所述挡板的上部与所述壳体密封连接,挡板的下部与所述出气管密封连接。
所述壳体设有所述排水口的一端为圆锥形结构且越靠近所述一次流入口直径越小。
所述壳体设有所述一次流入口的一端为圆柱形结构。
所述一次流入口靠近所述出气管的一端还设有加速喷嘴。
所述出气管依次设有吸入段、混合段、扩压段及出口段,所述吸入段位于所述出气管靠近所述一次流入口的一端。
所述吸入段为圆锥形结构且靠近所述混合段的一端直径较小。
所述扩压段为圆锥形结构且靠近所述出口段的一端直径较大。
所述混合段和所述出口段为圆柱形结构。
所述汽水分离部件为气旋型或吸附型汽水分离部件。
与现有技术相比,本发明的优点在于:本发明公开的带有汽水分离功能的燃料电池用引射器,兼具汽水分离和引射功能,有利于实现燃料电池发动机系统的小型化、轻量化设计需求;二次流在到达引射区被吸入出气管前便已经完成汽水分离和排水,避免了射入电堆的混合气体在被引射后与水分直接接触,从而保证混合后气体的干燥性;二次流入口与排水口位于壳体的同侧,且远离引射区,利于排水的同时保证引射区的脱水效果。
附图说明
图1是本发明带有汽水分离功能的燃料电池用引射器的立体结构示意图。
图2是本发明带有汽水分离功能的燃料电池用引射器的透视立体结构示意图。
图3是本发明带有汽水分离功能的燃料电池用引射器的剖视结构示意图。
图中各标号表示:1、壳体;2、一次流入口;3、二次流入口;4、汽水分离部件;5、出气管;6、排水口;7、引射区;8、汽水分离区;9、加速喷嘴;10、吸入段;11、混合段;12、扩压段;13、出口段。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
图1至图3示出了本发明带有汽水分离功能的燃料电池用引射器的一种实施例,本实施例的带有汽水分离功能的燃料电池用引射器,包括壳体1,壳体1一端(参见图3,具体为壳体1左端)设有一次流入口2,壳体1另一端(参见图3,具体为壳体1右端)设有二次流入口3、汽水分离部件4、出气管5和排水口6,二次流入口3和汽水分离部件4设于壳体1的上部,排水口6设于壳体1的下部,出气管5一端向一次流入口2延伸,壳体1内部靠近一次流入口2的一端形成引射区7,壳体1内部靠近二次流入口3的一端形成汽水分离区8。
该带有汽水分离功能的燃料电池用引射器,兼具汽水分离和引射功能,有利于实现燃料电池发动机系统的小型化、轻量化设计需求;二次流在到达引射区7被吸入出气管5前便已经完成汽水分离和排水,避免了射入电堆的混合气体与水分直接接触,从而保证混合后气体的干燥性;二次流入口3与排水口6位于壳体1的同侧,且远离引射区7,利于排水的同时保证引射区7的脱水效果。
进一步地,本实施例中,汽水分离部件4为挡板,出气管5位于二次流入口3和排水口6之间,挡板的上部与壳体1密封连接,挡板的下部与出气管5密封连接。气液混合气体经过二次流入口3进入汽水分离区8,气液混合气体在高速流动时由于挡板的作用,路径突然改变,悬浮的水滴因具有更大的质量和惯性会附着在挡板上,然后在重力作用下往下流动,干燥的气体则会绕过挡板,从而实现汽水分离,结构简单、可靠,试验表明汽水分离效果好。当然在其他实施例中,汽水分离部件4也可以是气旋型或吸附型汽水分离部件,也能够实现汽水分离。
更进一步地,本实施例中,壳体1设有排水口6的一端(参见图3,具体为壳体1右端)为圆锥形结构且越靠近一次流入口2直径越小。采用圆锥形结构,有利于促进分离后的水分通过排水口6排出,并抑制分离后的水分往引射区7流动的趋势。
作为优选的实施例,壳体1设有一次流入口2的一端(参见图3,具体为壳体1左端)为圆柱形结构。
进一步地,本实施例中,一次流入口2靠近出气管5的一端还设有加速喷嘴9。加速喷嘴9的出口通常设置为1至2mm,因此喷出的氢气具有很大的流动速度和压力。氢气被加压后经过一次流入口2进入壳体1内,并在加速喷嘴9内加速膨胀形成射流至出气管5内,并产生卷吸流动,位于引射区7内的二次氢气通过气流的黏性剪切作用,被吸入出气管5内。
进一步地,本实施例中,出气管5依次设有吸入段10、混合段11、扩压段12及出口段13,吸入段10位于出气管5靠近一次流入口2的一端。加速喷嘴9喷射出的氢气和二次氢气首先进入吸入段10内,再在混合段11混合均匀,然后在扩压段12进行扩压减速,完成对引射氢气的增压,最后经过出口段13排出,进入燃料电池堆内发生氧化还原反应。
进一步地,本实施例中,吸入段10为圆锥形结构且靠近混合段11的一端直径较小,有利于使加速喷嘴9喷射出的氢气和二次氢气进入吸入段10。
进一步地,本实施例中,扩压段12的为圆锥形结构且靠近出口段13的一端直径较大,有利于对混合后的气体进行扩压减速,完成对引射氢气的增压。
作为优选的实施例,混合段11和出口段13为圆柱形结构。
本发明带有汽水分离功能的燃料电池用引射器的工作原理如下:
氢气被加压后经一次流入口2进入加速喷嘴9内,在加速喷嘴9内加速膨胀形成射流至出气管5的吸入段10内,并产生卷吸流动。位于引射区7内的二次氢气通过气流的黏性剪切作用,被吸进吸入段10内,氢气和二次气氢气在混合段11混合均匀后进入扩压段12扩压减速,完成对引射氢气的增压,最后经出口段13排出,并进入燃料电池堆内发生氧化还原反应。
未充分反应的氢气由于电堆内质子交换膜上水分子反扩散和水力渗透的缘故,会裹挟一部分水分子共同通过二次流入口3进入壳体1内的汽水分离区8。在汽水分离区8入口处的挡板作用下,路径突然改变,悬浮的水滴因具有更大的质量和惯性会附着在挡板上,然后在重力作用下往下流动,干燥的气体则会绕过挡板,从而在此处实现二次流气体的气液分离。
汽水分离区8内的气体受压差作用被吸入引射区7,汽水分离区8内形成的液体水会聚集于汽水分离区8,汽水分离区8底面为锥面,待液面达到一定高度后排水口6打开将水排出,也可将排水口6接入加湿器入水口,从而实现系统的高效循环利用。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围的情况下,都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰,或修改为等同变化的等效实施例。因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰,均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种带有汽水分离功能的燃料电池用引射器,其特征在于:包括壳体(1),所述壳体(1)一端设有一次流入口(2),壳体(1)另一端设有二次流入口(3)、汽水分离部件(4)、出气管(5)和排水口(6),所述二次流入口(3)和所述汽水分离部件(4)设于所述壳体(1)的上部,所述排水口(6)设于所述壳体(1)的下部,所述出气管(5)一端向所述一次流入口(2)延伸,所述壳体(1)内部靠近所述一次流入口(2)的一端形成引射区(7),壳体(1)内部靠近所述二次流入口(3)的一端形成汽水分离区(8)。
2.根据权利要求1所述的带有汽水分离功能的燃料电池用引射器,其特征在于:所述汽水分离部件(4)为挡板,所述出气管(5)位于所述二次流入口(3)和所述排水口(6)之间,所述挡板的上部与所述壳体(1)密封连接,挡板的下部与所述出气管(5)密封连接。
3.根据权利要求2所述的带有汽水分离功能的燃料电池用引射器,其特征在于:所述壳体(1)设有所述排水口(6)的一端为圆锥形结构且越靠近所述一次流入口(2)直径越小。
4.根据权利要求3所述的带有汽水分离功能的燃料电池用引射器,其特征在于:所述壳体(1)设有所述一次流入口(2)的一端为圆柱形结构。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的带有汽水分离功能的燃料电池用引射器,其特征在于:所述一次流入口(2)靠近所述出气管(5)的一端还设有加速喷嘴(9)。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的带有汽水分离功能的燃料电池用引射器,其特征在于:所述出气管(5)依次设有吸入段(10)、混合段(11)、扩压段(12)及出口段(13),所述吸入段(10)位于所述出气管(5)靠近所述一次流入口(2)的一端。
7.根据权利要求6所述的带有汽水分离功能的燃料电池用引射器,其特征在于:所述吸入段(10)为圆锥形结构且靠近所述混合段(11)的一端直径较小。
8.根据权利要求7所述的带有汽水分离功能的燃料电池用引射器,其特征在于:所述扩压段(12)为圆锥形结构且靠近所述出口段(13)的一端直径较大。
9.根据权利要求8所述的带有汽水分离功能的燃料电池用引射器,其特征在于:所述混合段(11)和所述出口段(13)为圆柱形结构。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的带有汽水分离功能的燃料电池用引射器,其特征在于:所述汽水分离部件(4)为气旋型或吸附型汽水分离部件。
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