CN114899451A - 一种旋风式分水器与引射器集成式氢循环系统 - Google Patents

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Abstract

一种旋风式分水器与引射器集成式氢循环系统，包括：集成壳体，所述集成壳体包括上部的引射器壳体和下部的分水器壳体分水器壳体内通过隔板分隔成上部的分离腔和下部的储水腔，所述分离腔的一侧上部设有回氢入口，所述储水腔底部设有排水口，分离腔顶部设有回氢出口；所述引射器壳体的内部设有低压吸入区和高压区，所述喷射器本体外侧通过连接法兰与引射器壳体连接，所述连接法兰内靠近喷射通道的位置设有环形槽，所述环形槽内安装有电热环。体积小，占用空间小，大大提高了分离效率，分离率可达98％，能有效的将氢气与水分离，避免大量水进入引射器和电堆而产生水淹；可快速将喷射通道内部结冰融化，保证了氢气循环泵和燃料电池系统工作的稳定性。

Description

一种旋风式分水器与引射器集成式氢循环系统
技术领域：
本发明涉及一种旋风式分水器与引射器集成式氢循环系统。
背景技术：
目前发展新能源燃料电池汽车被认为是交通能源动力转型的重要环节，为了保障燃料电池发动机正常工作，燃料电池发动机一般需要氢气供应子系统、空气供应子系统和循环水冷却管理子系统等辅助系统。燃料电池是通过可燃物质(氢气)与空气中的氧气之间的电化学反应产生电能，其中，燃料电池反应后，排出的气体中含有大量的氢气，这些氢气若直接排放到大气中，一方面是能源的浪费，另一方面是对环境造成污染，三是氢气易燃易爆会产生危险，因此，需要对这些氢气进行回收再利用。目前，有时采用引射器将这些含氢混合气体循环回燃料电池进行回收再利用。
但是，燃料电池电堆在发电的过程中，反应生成的水会被含氢混合气体带出，导致含氢混合气体内的水蒸气含量很高，湿度很大，在这些含氢混合气体进入引射器之前，需要将水蒸气进行分离，现在一般采用气水分离器。现在的气水分离器与引射器，一般都是分体设置，两者之间通过管路进行连接，传输距离远，传输过程中会产生损耗，降低增压效率，管路连接复杂，安装效率低，体积大，占用空间大，在一些空间小的区域不易安装使用，且管路内容易积水，温度过低时容易结冰堵塞。同时，现有的气水分离器，分水效果差，不能有效的将未参加反应剩余的氢气与水分离，导致大量水进入引射器和燃料电池电堆而产生水淹，造成电堆功率下降，影响燃料电池系统工作的稳定性。另外，现在的引射器，在工作时，由于燃料电池排出的含氢混合气体中会带有一些水蒸汽，使用一段时间后便会在引射器的喷射通道内积攒一定量的水，这些水如不及时排出，冬天温度过低时停机后水会凝结成冰，从而将喷射通道堵塞，造成燃料电池氢路循环不畅，严重时甚至造成停机维修的情况，影响燃料电池系统的正常工作。
综上所述，燃料电池氢循环系统的上述问题，已成为行业内亟需解决的技术难题。
发明内容：
本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种旋风式分水器与引射器集成式氢循环系统，解决了以往的气水分离器与引射器分体设置、体积大、占用空间大的问题，解决了以往的气水分离器分水效果差导致大量水进入引射器和燃料电池电堆而产生水淹的问题，解决了以往的引射器温度过低时喷射通道内部结冰堵塞的问题。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种旋风式分水器与引射器集成式氢循环系统，包括：
集成壳体，所述集成壳体包括上部的引射器壳体和下部的分水器壳体；
所述分水器壳体内通过隔板分隔成上部的分离腔和下部的储水腔，所述分离腔的一侧上部设有回氢入口，所述储水腔底部设有排水口，所述分离腔顶部设有回氢出口，所述分离腔内设有一级分水筒，所述一级分水筒的顶部与分离腔顶部固连，一级分水筒的底部开放且与隔板间隔设置，所述一级分水筒内设有二级过滤网，所述二级过滤网的顶部与分离腔顶部固连，二级过滤网上设有若干过滤孔，所述隔板上设有若干漏水孔；
所述引射器壳体的内部设有低压吸入区和高压区，所述低压吸入区与回氢出口相连通，所述高压区包括混合区、扩散区和稳压区；所述低压吸入区的后端安装有喷射器，所述喷射器包括喷射器本体，所述喷射器本体内部设有喷射通道，所述喷射器本体前端设有伸至低压吸入区内部的高压喷嘴，所述喷射器本体外侧通过连接法兰与引射器壳体连接，所述连接法兰内靠近喷射通道的位置设有环形槽，所述环形槽内安装有电热环，所述电热环用于对喷射通道内部进行破冰。
所述分离腔内对应回氢入口的位置设有向下的导气板，所述分水器壳体的形状为圆柱形，所述分离腔的内壁表面设有螺旋挡板。
所述储水腔内安装有漏斗形的集水板，集水板的中部设有排水孔，所述漏水孔设在隔板的边缘，与排水孔的位置交错设置。
所述电热环的导线穿出连接法兰上的通孔伸至喷射器本体外侧，环形槽的外侧填充固定灌封胶用于对导线进行固定。
所述连接法兰的通孔内安装有温度传感器，温度传感器的导线穿出通孔伸至喷射器本体外侧。
所述电热环与环形槽之间缝隙通过导热灌封胶进行填充。
所述电热环包括陶瓷电热环。
所述喷射器本体的后端外侧表面设有快接插头。
所述连接法兰与引射器壳体之间设有密封圈。
本发明采用上述方案，具有以下优点：
通过将旋风式分水器与引射器集成于一体，体积小，占用空间小，在一些空间小的区域可以安装使用，取消了两者之间的连接管路，气体传输距离短，减小了传输过程中的能量损耗，提升了增压效率，且安装效率高，避免了温度过低时因管路内积水导致的结冰堵塞情况；
通过在分离腔内设置一级分水筒，具有一定压力的含氢混合气体从回氢入口进入后，在一级分水筒与分水器壳体之间形成旋转离心力，液滴甩向分水器壳体壁面被捕捉向下流入储水腔，剩余的含氢混合气体被隔板阻挡后向上进入一级分水筒内部，经二级过滤网进入出气腔从回氢出口排出，未被捕捉的液滴被二级过滤网上的若干个过滤孔再次捕捉向下流入储水腔，大大提高了分离效率，分离率可达98％，能有效的将氢气与水分离，避免大量水进入引射器和电堆而产生水淹；
通过在喷射器本体内靠近喷射通道的位置开设环形槽，在环形槽内安装有电热环，在冬天温度过低时，通过电热环对喷射通道内部进行破冰，可快速将喷射通道内部结冰融化，保证引射器正常工作，保持燃料电池氢路循环通畅，避免造成停机维修的情况，保证了氢气循环泵和燃料电池系统工作的稳定性。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图。
图中，1、分水器壳体，2、隔板，3、温度传感器，4、螺旋挡板，5、分离腔，6、储水腔，7、回氢入口，8、排水口，9、回氢出口，10、一级分水筒，11、二级过滤网，12、漏水孔，13、导气板，14、集水板，15、排水孔，16、引射器壳体，17、低压吸入区，18、密封圈，19、混合区，20、扩散区，21、稳压区，22、喷射器本体，23、喷射通道，24、高压喷嘴，25、连接法兰，26、环形槽，27、电热环，28、快接插头，29、导热灌封胶，30、导线，31、通孔，32、固定灌封胶。
具体实施方式：
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。
如图1所示，一种旋风式分水器与引射器集成式氢循环系统，包括：
集成壳体，所述集成壳体包括上部的引射器壳体16和下部的分水器壳体1，引射器壳体16和下部的分水器壳体1一体成型制成；
所述分水器壳体1内通过隔板2分隔成上部的分离腔5和下部的储水腔6，所述分离腔5的一侧上部设有回氢入口7，所述储水腔6底部设有排水口8，所述分离腔5顶部设有回氢出口9，所述分离腔5内设有一级分水筒10，所述一级分水筒10的顶部与分离腔顶部固连，一级分水筒10的底部开放且与隔板2间隔设置，所述一级分水筒10内设有二级过滤网11，所述二级过滤网11的顶部与分离腔顶部固连，二级过滤网11上设有若干过滤孔，所述隔板2上设有若干漏水孔12。
所述分离腔5内对应回氢入口7的位置设有向下的导气板13，对含氢混合气体起到向下的导向作用。
所述分水器壳体1的形状为圆柱形，便于含氢混合气体在内部形成旋转离心力。
所述分离腔5的内壁表面设有螺旋挡板4，螺旋挡板4的设置，既可引导含氢混合气体在一级分水筒与分水器壳体之间形成旋转离心力，增强离心分水效果，螺旋挡板4本身又可对液滴进行捕捉，提高分离效率。
所述储水腔6内安装有漏斗形的集水板14，集水板14的中部设有排水孔15，集水板14对从隔板2上的漏水孔12滴落的水进行收集，并从排水孔15排入下部储水腔6。
所述漏水孔12设在隔板2的边缘，与排水孔15的位置交错设置，避免了含氢混合气体将储水腔6内的水重新携带出去，增强了气水脱离效果。
所述引射器壳体16的内部设有低压吸入区17和高压区，所述低压吸入区17与回氢出口9相连通，所述高压区包括混合区19、扩散区20和稳压区21；所述低压吸入区17的后端安装有喷射器，所述喷射器包括喷射器本体22，所述喷射器本体22内部设有喷射通道23，所述喷射器本体22前端设有伸至低压吸入区17内部的高压喷嘴24，所述喷射器本体22外侧通过连接法兰25与引射器壳体16连接，所述连接法兰25内靠近喷射通道23的位置设有环形槽26，所述环形槽26内安装有电热环27，所述电热环27用于对喷射通道23内部进行破冰。
所述电热环27与环形槽26之间缝隙通过导热灌封胶29进行填充，导热灌封胶29既可对电热环27进行固定，又可起到导热作用，电热环27的引线向外穿出导热灌封胶与控制器连接，用于对电热环27供电或断电。
所述电热环27包括陶瓷电热环，陶瓷电热环热效率高，升温快，可快速将喷射通道内部结冰融化。
所述电热环27的导线30穿出连接法兰25上的通孔31伸至喷射器本体22外侧，环形槽26的外侧填充固定灌封胶32用于对导线进行固定。
所述连接法兰25的通孔31内安装有温度传感器3，温度传感器3的导线穿出通孔伸至喷射器本体22外侧与控制器连接，温度传感器3用于检测喷射通道23内部的温度。
所述喷射器本体22的后端外侧表面设有快接插头28，便于与其他部件快速插装连接。
所述连接法兰25与引射器壳体16之间设有密封圈18，避免气体从连接法兰25与引射器壳体16之间向外泄漏。
所述引射器壳体16和喷射器本体22的材质包括铝或钢。
工作原理：
回氢入口7与燃料电池氢路循环的输出管路连接，从燃料电池电堆排出的含氢混合气体从回氢入口7进入后，在螺旋挡板4的作用下，含氢混合气体在一级分水筒10与分水器壳体1之间形成旋转离心力，液滴甩向分水器壳体1壁面被捕捉向下流入储水腔6，螺旋挡板4本身也可对液滴进行捕捉，剩余的含氢混合气体被隔板2阻挡后向上进入一级分水筒10内部，经二级过滤网11从回氢出口9排出，未被捕捉的液滴被二级过滤网11上的若干个过滤孔再次捕捉向下流入储水腔6，经过两级气水分离，大大提高了气水分离效率；从回氢出口9排出的含氢混合气体进入低压吸入区17，喷射器本体22通过快接插头28与氢源管路连接，氢源的高压氢气经喷射通道23从高压喷嘴24喷出，低压吸入区17将回氢出口9内的含氢混合气体吸入进来，氢源的氢气与含氢混合气体在混合区19内进行混合，然后依次经过扩散区20和稳压区21向后输出。当温度传感器3检测到喷射通道23内部的温度过低时，温度传感器3将信号发送给控制器，通过控制器对电热环27进行供电，电热环27通电后温度快速升高，快速对喷射通道23内部结冰融化进行破冰，保证引射器正常工作，以保持燃料电池氢路循环通畅，避免造成停机维修的情况，保证了氢气循环泵和燃料电池系统工作的稳定性。破冰完成后通过控制器对电热环27进行断电即可。
上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。
本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种旋风式分水器与引射器集成式氢循环系统，其特征在于：包括：
集成壳体，所述集成壳体包括上部的引射器壳体和下部的分水器壳体；
所述分水器壳体内通过隔板分隔成上部的分离腔和下部的储水腔，所述分离腔的一侧上部设有回氢入口，所述储水腔底部设有排水口，所述分离腔顶部设有回氢出口，所述分离腔内设有一级分水筒，所述一级分水筒的顶部与分离腔顶部固连，一级分水筒的底部开放且与隔板间隔设置，所述一级分水筒内设有二级过滤网，所述二级过滤网的顶部与分离腔顶部固连，二级过滤网上设有若干过滤孔，所述隔板上设有若干漏水孔；
所述引射器壳体的内部设有低压吸入区和高压区，所述低压吸入区与回氢出口相连通，所述高压区包括混合区、扩散区和稳压区；所述低压吸入区的后端安装有喷射器，所述喷射器包括喷射器本体，所述喷射器本体内部设有喷射通道，所述喷射器本体前端设有伸至低压吸入区内部的高压喷嘴，所述喷射器本体外侧通过连接法兰与引射器壳体连接，所述连接法兰内靠近喷射通道的位置设有环形槽，所述环形槽内安装有电热环，所述电热环用于对喷射通道内部进行破冰。
2.根据权利要求1所述的一种旋风式分水器与引射器集成式氢循环系统，其特征在于：所述分离腔内对应回氢入口的位置设有向下的导气板，所述分水器壳体的形状为圆柱形，所述分离腔的内壁表面设有螺旋挡板。
3.根据权利要求1所述的一种旋风式分水器与引射器集成式氢循环系统，其特征在于：所述储水腔内安装有漏斗形的集水板，集水板的中部设有排水孔，所述漏水孔设在隔板的边缘，与排水孔的位置交错设置。
4.根据权利要求1所述的一种旋风式分水器与引射器集成式氢循环系统，其特征在于：所述电热环的导线穿出连接法兰上的通孔伸至喷射器本体外侧，环形槽的外侧填充固定灌封胶用于对导线进行固定。
5.根据权利要求4所述的一种旋风式分水器与引射器集成式氢循环系统，其特征在于：所述连接法兰的通孔内安装有温度传感器，温度传感器的导线穿出通孔伸至喷射器本体外侧。
6.根据权利要求1所述的一种旋风式分水器与引射器集成式氢循环系统，其特征在于：所述电热环与环形槽之间缝隙通过导热灌封胶进行填充。
7.根据权利要求1所述的一种旋风式分水器与引射器集成式氢循环系统，其特征在于：所述电热环包括陶瓷电热环。
8.根据权利要求1所述的一种旋风式分水器与引射器集成式氢循环系统，其特征在于：所述喷射器本体的后端外侧表面设有快接插头。
9.根据权利要求1所述的一种旋风式分水器与引射器集成式氢循环系统，其特征在于：所述连接法兰与引射器壳体之间设有密封圈。
10.根据权利要求1所述的一种旋风式分水器与引射器集成式氢循环系统，其特征在于：所述引射器壳体和喷射器本体的材质包括铝或钢。
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