CN114645877A - 一种燃料电池尾气引射器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料电池尾气引射器，包括壳体、喷嘴和储水器，壳体内设有相互连接的吸入室和混合室，壳体一端设有引射器一次流入口，另一端设有引射器出口；引射器出口与混合室连接；壳体的上壁设有引射器二次流入口，引射器二次流入口与吸入室连接；喷嘴，嵌设在吸入室内，喷嘴与引射器一次流入口连接；喷嘴的喷口位于吸入室和混合室连接处；储水器，设于壳体的下部，与吸入室连接；吸入室内设有套设在喷嘴外壁的液气分离组件，用于分离二次流中的气体和液体，气体经过液气分离组件进入混合室，液体进入储水器；引射器能将引射、汽液分离、尾气冷却三个功能集成到一个装置中，体积小、紧凑，节省了空间。

Description

一种燃料电池尾气引射器
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池尾气引射器。
背景技术
氢燃料电池发动机是一种清洁、高效动力装置，受到越来越多的关注。为了保证发动机中燃料电池工作效率及防止电池水淹，在燃料电池的氢气供给系统设计中，氢气供给量要大于氢气消耗量。因此，燃料电池的尾气中必然有未参与反应的过剩氢气，直接排放污染环境且会造成爆炸隐患，实际运行中需要将这部分过剩氢气进行重新利用。
现有技术中，一种方法是采用循环泵处理，但燃料电池的尾气中还含有大量的水蒸气，还可能夹带液体水，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，未反应完全的剩余氢气需先经过汽水分离器干燥，然后再经过循环泵流入电堆内。另一种方法是采用引射器来实现氢气的回流。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。但采用引射器的方法，仍然存在需要对尾气中的水蒸气和水通过单独气液分离器进行分离的问题，且现有气液分离器需要用到额外的冷却介质，例如冷却水，从而使系统复杂，制造成本增加。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种燃料电池尾气引射器，能够将氢气引射器与气液分离器进行集成，使得系统更加紧凑，成本更低。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种燃料电池尾气引射器，包括：
壳体，内设有相互连接的吸入室和混合室，所述壳体一端设有引射器一次流入口，另一端设有引射器出口；所述引射器出口与所述混合室连接；所述壳体的上壁设有引射器二次流入口，所述引射器二次流入口与所述吸入室连接；
喷嘴，嵌设在所述吸入室内，所述喷嘴与所述引射器一次流入口连接；所述喷嘴的喷口位于所述吸入室和所述混合室连接处；
储水器，设于所述壳体的下部，与所述吸入室连接；
所述吸入室内设有套设在所述喷嘴外壁的液气分离组件，用于分离二次流中的气体和液体，所述气体经过所述液气分离组件进入所述混合室，所述液体进入所述储水器。
优选地，所述液气分离组件包括多孔板和反渗透膜，所述多孔板用于第一次使液体和气体分离，所述反渗透膜用于第二次使液体和气体分离。
优选地，所述多孔板和所述反渗透膜之间设有中间层缝隙。
优选地，所述中间层缝隙与所述储水器连接。
优选地，所述中间层缝隙的宽度满足所述冷却液液滴在重力作用下流入所述储水器。
优选地，所述反渗透膜的孔径小于所述液体分子直径，大于气体分子直径。
优选地，所述分离腔内所述喷嘴下方设置有防止分离后液体被二次流吹起的挡板。
优选地，所述液气分离组件的一侧为分离腔，另一侧为净化腔；所述分离腔位于所述引射器二次流入口一侧，所述喷嘴外壁设置有至少一个环形肋，所述环形肋位于所述分离腔内。
优选地，所述储水器下部设有排水口。
优选地，所述喷嘴的喷口端呈椎体状。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1.本发明提供的燃料电池尾气引射器，将引射、汽液分离、尾气冷却三个功能集成到一个装置中，装置体积小、紧凑，节省了空间；
2.采用了多孔板和反渗透膜共同作用的方式来进行液体分离，效率高、成本低；
3.利用一次流氢气的冷量来冷却尾气二次流中的水蒸气，实现水蒸气的冷凝，相比常规采用额外冷却介质的方法具有零能耗的优点。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的燃料电池尾气引射器剖视图；
图2是本发明该实施例提供的燃料电池尾气引射器工作流程图。
附图中标记：
1为壳体，2为喷嘴，3为储水器，4为吸入室，401为分离腔，402为净化腔，5为混合室，6为引射器一次流入口，7为引射器出口，8为引射器二次流入口，9为多孔板，10为反渗透膜，11为中间层缝隙，12为挡板，13为环形肋，14为排水口。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”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系统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。
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“装配”、“设置”、“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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供的一种燃料电池尾气引射器，将氢气引射器与气液分离器进行集成，分离过程无需冷却液冷却，使得系统更加紧凑，降低了制造成本。
下面，结合附图对本发明实施例进行详细的说明。
实施例
参照图1所示，本实施例提供的一种燃料电池尾气引射器，以进入引射器的尾气二次流为氢气与水的混合体为例，引射器包括壳体1、喷嘴和储水器3：
壳体1由多段拼接组成，具体的，壳体1由三段拼接组成，相邻段连接处外部设有连接台，便于相邻段的连接，每一段壳体之间密封连接，多段拼接降低了引射器的制造难度，降低了制造成本。壳体1内设有相互连接的吸入室4和混合室5，吸入室4从引射器二次流入口8吸入二次流，混合室5用于混合一次流的气体与二次流分离的氢气混合，吸入室4和混合室5连通连接，壳体1的一端设有引射器一次流入口6，另一端设有引射器出口7；引射器出口7与混合室5连通连接；壳体1的上壁设有引射器二次流入口8，引射器二次流入口8与吸入室4连通连接；
喷嘴2嵌设在吸入室4内，喷嘴2与引射器一次流入口6连通连接；喷嘴2的喷口位于吸入室4和混合室5连通处；喷嘴2靠近引射器一次流入口6端，与壳体1密封连接；喷嘴2整体呈阶梯圆筒状，靠近引射器一次流入口6端直径大于其他部分直径，喷嘴2的喷口端呈椎体状，喷口位于椎体尖端，较小的喷口可以增大从引射器一次流入口6进入喷嘴2的一次流的喷射力。
储水器3设于壳体1的下部，与吸入室4连通连接，用于储存分离的冷却水；
吸入室4内设有套设在喷嘴2外壁的液气分离组件，用于分离二次流中的气体和液体，液气分离组件将吸入室4分割成分离腔401和净化腔402；分离腔401位于引射器二次流入口8的一侧，二次流经过液气分离组件分离为气体和液体，液体进入储水器3，气体经过液气分离组件进入净化腔402；再从净化腔402进入混合室5。
本实施例中，引射器一次流入口6和引射器二次流入口8呈圆筒状，伸出壳体1，一次流从引射器一次流入口6进入喷嘴2；二次流从引射器二次流入口8被吸入到吸入室4；吸入室4末端与混合室5的连接，呈喇叭口状，喇叭口的小端与混合室5连通；混合室5与吸入室4连接处过渡段内腔尺寸相等，处过渡后尺寸逐渐增大，混合室5的后半段到引射器出口7处内腔尺寸相等。
本实施例中，液气分离组件包括多孔板9和反渗透膜10，多孔板9位于靠近分离腔401的一端，多孔板9结构类似筛子，具体可以为金属丝网的多孔板，气体可通过多孔板9，大部分液体被阻挡，多孔板9用于第一次使液体和气体分离；反渗透膜10位于靠近净化腔402的一端，反渗透膜10的外援与壳体1内壁固定密封连接，反渗透膜10用于第二次使液体和气体分离，多孔板9和反渗透膜10之间设有中间层缝隙11，壳体1在多孔板9底部设有台阶面，使多孔板9底部与壳体1之间留有空隙，多孔板9外缘的其他部分与壳体1内壁固定连接，中间层缝隙11与储水器3连通连接，被反渗透膜10阻挡的水，在重力作用下由中间层缝隙11经过多孔板9底部与壳体1之间的空隙流入储水器3内。中间层缝隙11的宽度满足被阻挡的水滴在重力作用下流入到储水器3中；多孔板9和反渗透膜10尺寸相同，便于加工，降低加工成本。
本实施例中，反渗透膜10优选为单层RO膜，其的孔径小于液体分子直径，大于气体分子直径，具体地，孔径小于水分子直径，大于氢气分子直径，反渗透膜10降低了二次流的流动阻力。
本实施例中，分离腔401内喷嘴2下方设置有防止水、气分离后水被二次流吹起的挡板12。
本实施例中，喷嘴2外壁设置有至少一个环形肋13，环形肋13位于分离腔内401，环形肋13的数量可根据二次流的流量、喷嘴长度来合理设置，具体的，本实施中环形肋13设置为三个，环形肋13用于对进入分离腔401内的高温二次流进行换热降温，使二次流中的水蒸气达到露点，凝结成水，水筒氢气进入多孔板后被阻挡。
本实施例中，储水器3可以方形存储器，储水器3的顶部与壳体1的下部连通连接，储水器3的进水口位于分离腔401内的最低点，便于分离腔401内的水流入到储水器3内，储水器3的下部设有排水口14，方便将储水器3中水排出。
参照图2所示，本实施的燃料电池尾气引射器工作步骤，包括如下：
步骤S1：一次流经过引射器一次流入口6进入喷嘴2，在喷嘴2的出口处形成超声速流动，抽吸二次流从引射器二次流入口8进入引射器；
步骤S2：二次流从引射器二次流入口8进入吸入室4内，经过液气分离组件，将水和氢气分离；
步骤S3：氢气穿过液气分离组件，进入混合室5与一次流混合，混合后从引射器出口7流出。
在步骤S2中，由于一次流为较低温度的氢气，二次流温度较高，当二次流进入吸入室4内，首先与喷嘴2外壁的环形肋13进行换热，使二次流的温度降低后达到水的露点，从而二次流中的水蒸气凝结成水，水与尾气二次流中的氢气一起进入多孔板9，大部分水被多孔板9阻挡后由于重力作用在多孔板9下方聚集，并流入储水器3，少量穿过多孔板9的水被反渗透膜10阻挡后，经过中间层缝11，被反渗透膜10阻挡的水在重力作用流入储水器3。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种燃料电池尾气引射器，其特征在于，包括：
壳体，内设有相互连接的吸入室和混合室，所述壳体一端设有引射器一次流入口，另一端设有引射器出口；所述引射器出口与所述混合室连接；所述壳体的上壁设有引射器二次流入口，所述引射器二次流入口与所述吸入室连接；
喷嘴，嵌设在所述吸入室内，所述喷嘴与所述引射器一次流入口连接；所述喷嘴的喷口位于所述吸入室和所述混合室连接处；
储水器，设于所述壳体的下部，与所述吸入室连接；
所述吸入室内设有套设在所述喷嘴外壁的液气分离组件，用于分离二次流中的气体和液体，所述气体经过所述液气分离组件进入所述混合室，所述液体进入所述储水器。
2.根据权利要求1所述的燃料电池尾气引射器，其特征在于，所述液气分离组件包括多孔板和反渗透膜，所述多孔板用于第一次使液体和气体分离，所述反渗透膜用于第二次使液体和气体分离。
3.根据权利要求2所述的燃料电池尾气引射器，其特征在于，所述多孔板和所述反渗透膜之间设有中间层缝隙。
4.根据权利要求3所述的燃料电池尾气引射器，其特征在于，所述中间层缝隙与所述储水器连接。
5.根据权利要求4所述的燃料电池尾气引射器，其特征在于，所述中间层缝隙的宽度满足所述冷却液液滴在重力作用下流入所述储水器。
6.根据权利要求2所述的燃料电池尾气引射器，其特征在于，所述反渗透膜的孔径小于所述液体分子直径，大于气体分子直径。
7.根据权利要求1所述的燃料电池尾气引射器，其特征在于，所述分离腔内所述喷嘴下方设置有防止分离后液体被二次流吹起的挡板。
8.根据权利要求1所述的燃料电池尾气引射器，其特征在于，所述液气分离组件的一侧为分离腔，另一侧为净化腔；所述分离腔位于所述引射器二次流入口一侧，所述喷嘴外壁设置有至少一个环形肋，所述环形肋位于所述分离腔内。
9.根据权利要求1所述的燃料电池尾气引射器，其特征在于，所述储水器下部设有排水口。
10.根据权利要求1所述的燃料电池尾气引射器，其特征在于，所述喷嘴的喷口端呈椎体状。
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