CN116053522B - 一种气水分离器与引射器集成装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种气水分离器与引射器集成装置，包括：气水分离器壳体及引射器壳体，隔板将气水分离器壳体内的空间分隔成第一收容空间及第二收容空间，所述第一收容空间内设有立柱，所述立柱的外壁处设有螺旋形换向板及分液板，分液板的上方形成一级旋风式气水分离腔，所述分液板的下方形成一级集水腔，所述第二收容空间内设有挡水板及分水板，所述挡水板的上方形成二级挡板式气水分离腔，所述挡水板的下方形成二级集水腔，所述隔板上设有导气口及导流口，所述引射器壳体内设有低压吸入区及高压区，所述低压吸入区设有高压喷嘴，所述高压喷嘴通过喷射通道与一次流氢气入口相连，所述喷射通道设置于立柱内，从而可防止引射器内产生大量液态水。

Description

一种气水分离器与引射器集成装置
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，尤其涉及一种气水分离器与引射器集成装置。
背景技术
氢燃料电池因具有高效率、高功率密度和零排放等优点，被普遍认为是未来新能源车辆发展的重要趋势之一。氢燃料电池的氢气供给量通常会大于氢气的理论消耗量，如果不做氢气回收循环利用而将这些过量供应的氢气直接排放，会造成氢气的大量浪费，同时，大量未反应的氢气排放至大气会造成极大的高浓度排氢隐患，因此需要对氢气进行回收利用，由于电堆反应后的尾排气流中含有液滴，因此需要通过气水分离器将尾排气流中的液滴分离出，然后收集尾排气流中的二次流氢气，收集的二次流氢气再通过引射器送入燃料电池电堆中，引射器工作时通入一次流氢气，一次流氢气经过高压喷嘴喷出形成低压吸入区，然后将二次流氢气吸入两者混合后送入电堆中，气水分离器与引射器一般集中在一个装置中，请参阅中国专利第202122154266.X，其揭示了该种气水分离器与引射器集成装置，包括集成壳体，所述集成壳体包括气水分离器壳体及引射器壳体，所述气水分离器壳体顶部设有二次流氢气出口，所述引射器壳体内部设有高压喷嘴，高压喷嘴前侧为一次流氢气喷射通道，高压喷嘴外围形成低压区，所述低压区与回氢出口相连通，一次流氢气经喷射通道从高压喷嘴喷出，然后在低压区将二次流氢气吸入，接着混合后输出。该种气水分离器与引射器集成装置的缺陷在于：1、该集成装置中的气水分离器仅进行了一级气水分离（即通过在气水分离器壳体内设置数个分水板进行分离），因此其气水分离效果较差；2、该集成装置气水分离器内的分离腔与一次流氢气喷射通道是单独设置的（即气水分离器内的分离腔设置在下方，所述一次流氢气喷射通道设置在左端），因此在高压喷嘴喷射前，分离腔内的二次流氢气与一次流氢气喷射通道中的一次流氢气是无法进行热交换的，因此当含高浓度水蒸气的二次流氢气与温度较低的一次流氢气在混合区进行混合时会冷凝产生大量液态水，该液态水进入电堆后会堵塞氢路通道并造成电堆性能下降。而且当环境温度较低时，该液态水还会结冰。请参阅中国专利第202210481729.X号，为了解决液态水结冰的问题，该专利通过在引射器内设置电热环来解决，不仅增加了引射器的结构复杂性，还额外消耗了能耗。
因此，如何通过对气水分离器与引射器集成装置本身的结构进行改进来实现一次流氢气在进入高压喷嘴前温度获得提升，二次流氢气在被吸入前温度获得降低，从而使混合前的一次流氢气与二次流氢气之间温差降低成为了本领域技术人员所研发的一个方向。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种可防止引射器内产生大量液态水的气水分离器与引射器集成装置。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种气水分离器与引射器集成装置，包括：集成壳体，所述集成壳体包括：气水分离器壳体及引射器壳体，所述气水分离器壳体内设有隔板从而将气水分离器壳体内的空间分隔成第一收容空间及第二收容空间，所述第一收容空间内设有立柱，所述立柱的外壁处设有螺旋形换向板及分液板，所述分液板设置于螺旋形换向板的下方，所述分液板的上方形成一级旋风式气水分离腔，所述分液板的下方形成一级集水腔，所述第二收容空间内设有挡水板及分水板，所述挡水板设置于分水板的下方，所述挡水板的上方形成二级挡板式气水分离腔，所述挡水板的下方形成二级集水腔，所述隔板上设有导气口及导流口，所述导气口贯通一级旋风式气水分离腔及二级挡板式气水分离腔，所述导流口贯通一级集水腔及二级集水腔，所述气水分离器壳体的顶部设有与一级旋风式气水分离腔相贯通的二次流氢气入口及与二级挡板式气水分离腔相贯通的二次流氢气回流口，所述气水分离器壳体的底部设有与二级集水腔相贯通的排水口，所述气水分离器壳体设有与一级旋风式气水分离腔或二级挡板式气水分离腔相贯通的排气口，所述引射器壳体内设有低压吸入区及高压区，所述低压吸入区与二次流氢气回流口相贯通，所述高压区包括混合区、扩散区及稳压区，所述低压吸入区设有高压喷嘴，所述高压喷嘴通过喷射通道与一次流氢气入口相连，所述喷射通道设置于立柱内，所述一次流氢气入口设置于气水分离器壳体上。
优选地，本发明中的一种气水分离器与引射器集成装置进一步设置为：所述一级集水腔的底部设有导流斜坡。
优选地，本发明中的一种气水分离器与引射器集成装置进一步设置为：所述分水板及挡水板的端部设有落水孔。
优选地，本发明中的一种气水分离器与引射器集成装置进一步设置为：所述喷射通道呈倒L型设置，且喷射通道贯穿整个立柱。
优选地，本发明中的一种气水分离器与引射器集成装置进一步设置为：所述稳压区的自由末端为氢气出口，所述氢气出口处设有连接端板，所述连接端板上设有安装孔。
优选地，本发明中的一种气水分离器与引射器集成装置进一步设置为：所述稳压区呈L型设置。
优选地，本发明中的一种气水分离器与引射器集成装置进一步设置为：所述一次流氢气入口设置于气水分离器壳体的底部。
优选地，本发明中的一种气水分离器与引射器集成装置进一步设置为：所述螺旋形换向板、分液板与一级旋风式气水分离腔的腔壁之间设有液滴导流间隙。
优选地，本发明中的一种气水分离器与引射器集成装置进一步设置为：所述排气口连接排气电磁阀。
优选地，本发明中的一种气水分离器与引射器集成装置进一步设置为：所述立柱呈中空圆筒状设置，所述立柱的壁厚为1.8~2.3mm。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明通过在气水分离器壳体内设置一级旋风式气水分离腔、一级集水腔、二级挡板式气水分离腔及二级集水腔，从而可对二次流氢气进行二级气水分离，相比于现有技术中的一级气水分离，本发明中采用二级气水分离后将大大提升气水分离效果。另外本发明将一次流氢气喷射通道设置于立柱内，因此当一次流氢气流经一次流氢气喷射通道时，温度较低的一次流氢气与一级旋风式气水分离腔中温度较高的二次流氢气进行热交换，热交换后喷射通道中的一次流氢气温度得到提升，一级旋风式气水分离腔中的二次流氢气温度得到降低，从而缩小了一次流氢气与二次流氢气之间的温差，当一次流氢气与二次流氢气进入引射器中后可避免产生大量液态水，而且二次流氢气的温度降低后其携带的部分水蒸气液化，增强了分水效果。
附图说明
图1为本发明中气水分离器与引射器集成装置的立体结构示意图。
图2为本发明中气水分离器与引射器集成装置的剖视结构示意图。
图1及图2中：1、气水分离器壳体，2、引射器壳体，3、隔板，4、立柱，5、螺旋形换向板，6、分液板，7、一级旋风式气水分离腔，8、一级集水腔，9、导流斜坡，10、液滴导流间隙，11、挡水板，12、分水板，13、落水孔，14、二级挡板式气水分离腔，15、二级集水腔，16、导气口，17、导流口，18、二次流氢气入口，19、二次流氢气回流口，20、排水口，21、排气口，22、低压吸入区，23、混合区，24、扩散区，25、稳压区，26、氢气出口，27、连接端板，28、安装孔，29、高压喷嘴，30、喷射通道，31、一次流氢气入口，32、密封圈。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明所述的一种气水分离器与引射器集成装置作进一步的详细描述。
参图1及图2所示，一种气水分离器与引射器集成装置，包括：集成壳体，所述集成壳体包括：气水分离器壳体1及引射器壳体2，在本实施方式中，所述气水分离器壳体1及引射器壳体2一体成型。所述气水分离器壳体1内设有隔板3从而将气水分离器壳体1内的空间分隔成第一收容空间及第二收容空间，所述第一收容空间内设有立柱4，所述立柱4呈中空圆筒状设置，所述立柱4的壁厚为1.8~2.3mm。所述立柱4的外壁处设有螺旋形换向板5及分液板6，所述分液板6设置于螺旋形换向板5的下方，所述分液板6的上方形成一级旋风式气水分离腔7，所述分液板6的下方形成一级集水腔8，所述一级集水腔8的底部设有导流斜坡9，所述螺旋形换向板5、分液板6与一级旋风式气水分离腔7的腔壁之间设有液滴导流间隙10。
所述第二收容空间内设有挡水板11及分水板12，所述挡水板11设置于分水板12的下方，所述分水板12及挡水板11的端部设有落水孔13。所述挡水板11的上方形成二级挡板式气水分离腔14，所述挡水板11的下方形成二级集水腔15，所述隔板3上设有导气口16及导流口17，所述导气口16贯通一级旋风式气水分离腔7及二级挡板式气水分离腔14，所述导流口17贯通一级集水腔8及二级集水腔15，所述气水分离器壳体1的顶部设有与一级旋风式气水分离腔7相贯通的二次流氢气入口18及与二级挡板式气水分离腔14相贯通的二次流氢气回流口19，所述气水分离器壳体1的底部设有与二级集水腔15相贯通的排水口20，在本实施方式中，所述气水分离器壳体1设有与二级挡板式气水分离腔14相贯通的排气口21，所述排气口21连接排气电磁阀（未图示），当然在其他的实施方式中，所述排气口21也可与一级旋风式气水分离腔7相贯通，同样可以实现本发明，所述排气口21的作用是：1、由于二次流氢气中除了会有从阳极渗透过来的水还会有从阳极渗透过来的氮气，氮气多了会导致燃料电池缺气，影响电池效率，因此通过设置与排气电磁阀相连接的排气口21，可根据电流或氮气浓度作定时排气，以减少进堆氢气中氮气的浓度，提高燃料电池的效率。2、工作时燃料电池阳极侧流道内部有时候会有液态水堵塞，导致单片电池上的氢气不足，单片电压过低，出现极差偏大，从而影响电池寿命，打开排气口21可促进氢气流动，吹出流道内液体，以减小极差。所述引射器壳体2内设有低压吸入区22及高压区，所述低压吸入区22与二次流氢气回流口19相贯通，所述高压区包括混合区23、扩散区24及稳压区25，在本实施方式中，所述稳压区25呈L型设置，所述稳压区25的自由末端为氢气出口26，所述氢气出口26处设有连接端板27，所述连接端板27上设有安装孔28，所述连接端板27与电堆端板（未图示）之间通过安装于安装孔28内的固定件连接，所述连接端板27与电堆端板之间设有密封圈32，相比于现有技术中的管路连接，该种连接方式可大大减小压损，安装效率高且占用空间小。所述低压吸入区22设有高压喷嘴29，所述高压喷嘴29通过喷射通道30与一次流氢气入口31相连，所述喷射通道30设置于立柱4内，所述一次流氢气入口31设置于气水分离器壳体1的底部，在本实施方式中，所述喷射通道30呈倒L型设置，且喷射通道30贯穿整个立柱4。
本发明中气水分离器与引射器集成装置的工作原理为：当燃料电池系统工作时，电堆排出的二次流氢气从二次流氢气入口18进入一级旋风式气水分离腔7，在螺旋形换向板5的作用下二次流氢气形成离心力，液滴被甩到一级旋风式气水分离腔7的腔壁上并沿液滴导流间隙10流到分液板6下的一级集水腔8中，立柱4的外壁和螺旋形换向板5同时捕捉液滴，液滴进入一级集水腔8后沿导流斜坡9通过隔板3上的导流口17进入二级集水腔15中，最终从二级集水腔15底部的排水口20排出。一次流氢气从一次流氢气入口31进入喷射通道30中，喷射通道30中温度较低的一次流氢气与一级旋风式气水分离腔7内温度较高的二次流氢气进行热交换，从而使得温度较高的二次流氢气温度获得降低，使得携带的部分水蒸气液化，增强了分水效果，同时，换热后一次流氢气的温度也获得升高，因此缩小了一次流氢气与二次流氢气之间的温差，从而可防止两者混合时在引射器内部冷凝产生液滴，堵塞引射器内部喷头与管路。经一级分水后的二次流氢气从导气口16进入二级挡板式气水分离腔14，二次流氢气在二级挡板式气水分离腔14内向上走碰撞到两块分水板12，最终从顶部的二次流氢气回流口19被吸入低压吸入区22，水蒸气在分水板12的下表面凝结成液滴，液滴经落水孔13汇聚到二级集水腔15，最终从二级集水腔15底部的排水口20排出。氢瓶供应的一次流氢气从一次流氢气入口31通入喷射通道30中，然后与一级旋风式气水分离腔7中的二次流氢气进行换热后，经高压喷嘴29喷出形成低压吸入区22，经二级分水处理后的二次流氢气从顶部的二次流氢气回流口19被吸入低压吸入区22，一次流氢气和被吸入的二次流氢气在混合区23混合后，依次通过扩散区24和稳压区25，最终从氢气出口26进入电堆。
综上所述，本发明通过在气水分离器壳体1内设置一级旋风式气水分离腔7、一级集水腔8、二级挡板式气水分离腔14及二级集水腔15，从而可对二次流氢气进行二级气水分离，相比于现有技术中的一级气水分离，本发明中采用二级气水分离后将大大提升气水分离效果。另外本发明将一次流氢气喷射通道30设置于立柱4内，因此当一次流氢气流经一次流氢气喷射通道30时，温度较低的一次流氢气与一级旋风式气水分离腔7中温度较高的二次流氢气进行热交换，热交换后喷射通道30中的一次流氢气温度得到提升，一级旋风式气水分离腔7中的二次流氢气温度得到降低，从而缩小了一次流氢气与二次流氢气之间的温差，当一次流氢气与二次流氢气进入引射器中后可避免产生大量液态水，而且二次流氢气的温度降低后其携带的部分水蒸气液化，增强了分水效果。
上述的实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本发明；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种气水分离器与引射器集成装置，包括：集成壳体，所述集成壳体包括：气水分离器壳体及引射器壳体，其特征在于：所述气水分离器壳体内设有隔板从而将气水分离器壳体内的空间分隔成第一收容空间及第二收容空间，所述第一收容空间内设有立柱，所述立柱的外壁处设有螺旋形换向板及分液板，所述分液板设置于螺旋形换向板的下方，所述分液板的上方形成一级旋风式气水分离腔，所述分液板的下方形成一级集水腔，所述第二收容空间内设有挡水板及分水板，所述挡水板设置于分水板的下方，所述挡水板的上方形成二级挡板式气水分离腔，所述挡水板的下方形成二级集水腔，所述隔板上设有导气口及导流口，所述导气口贯通一级旋风式气水分离腔及二级挡板式气水分离腔，所述导流口贯通一级集水腔及二级集水腔，所述气水分离器壳体的顶部设有与一级旋风式气水分离腔相贯通的二次流氢气入口及与二级挡板式气水分离腔相贯通的二次流氢气回流口，所述气水分离器壳体的底部设有与二级集水腔相贯通的排水口，所述气水分离器壳体设有与一级旋风式气水分离腔或二级挡板式气水分离腔相贯通的排气口，所述引射器壳体内设有低压吸入区及高压区，所述低压吸入区与二次流氢气回流口相贯通，所述高压区包括混合区、扩散区及稳压区，所述低压吸入区设有高压喷嘴，所述高压喷嘴通过喷射通道与一次流氢气入口相连，所述喷射通道设置于立柱内，所述一次流氢气入口设置于气水分离器壳体上。
2.如权利要求1所述的一种气水分离器与引射器集成装置，其特征在于：所述一级集水腔的底部设有导流斜坡。
3.如权利要求1所述的一种气水分离器与引射器集成装置，其特征在于：所述分水板及挡水板的端部设有落水孔。
4.如权利要求1所述的一种气水分离器与引射器集成装置，其特征在于：所述喷射通道呈倒L型设置，且喷射通道贯穿整个立柱。
5.如权利要求1所述的一种气水分离器与引射器集成装置，其特征在于：所述稳压区的自由末端为氢气出口，所述氢气出口处设有连接端板，所述连接端板上设有安装孔。
6.如权利要求5所述的一种气水分离器与引射器集成装置，其特征在于：所述稳压区呈L型设置。
7.如权利要求1所述的一种气水分离器与引射器集成装置，其特征在于：所述一次流氢气入口设置于气水分离器壳体的底部。
8.如权利要求1所述的一种气水分离器与引射器集成装置，其特征在于：所述螺旋形换向板、分液板与一级旋风式气水分离腔的腔壁之间设有液滴导流间隙。
9.如权利要求1所述的一种气水分离器与引射器集成装置，其特征在于：所述排气口连接排气电磁阀。
10.如权利要求1所述的一种气水分离器与引射器集成装置，其特征在于：所述立柱呈中空圆筒状设置，所述立柱的壁厚为1.8~2.3mm。
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