CN116072924B - 一种燃料电池氢气循环组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃料电池氢气循环组件，包括：引氢器、气水分离器、机械式疏水阀及气水分离器外壳，引氢器设有高压氢气入口、气水混合物入口、被引射氢气入口及氢气出口，所述气水分离器包括：中空立柱、螺旋流道及挡板件，所述螺旋流道的上方自由末端为螺旋流道进口，所述螺旋流道的下方自由末端为螺旋流道出口，所述气水分离器外壳的底部设有底座，所述底座的侧壁上设有若干个排水口，所述机械式疏水阀包括：支撑轴套、弹性件及浮子，支撑轴套安装于气水分离器外壳的底座内，所述弹性件设置于支撑轴套与底座之间，浮子通过连接件安装于所述支撑轴套上，通过支撑轴套的上下运动来实现排水口的开闭，从而大大提高了工作稳定性。

Description

一种燃料电池氢气循环组件

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，尤其涉及一种燃料电池氢气循环组件。

背景技术

氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置。其基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极。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随尾气排放，会造成氢气的大量浪费，同时，大量未反应的氢气直接经尾排口排放至大气会造成极大的高浓度排氢隐患，因此需要使用到燃料电池氢气循环组件来对氢气进行回收利用，请参阅中国专利第202221170263.3号，其揭示了现有技术中的一种燃料电池氢气循环组件结构，该燃料电池氢气循环组件由多个单个部件通过管路连接，布置繁琐且集成度不高，从而导致整个燃料电池氢气循环组件结构较为复杂，另外排氢阀、单向阀均为电气开关阀，容易出现失效空开的情况，因此导致燃料电池氢气循环组件的工作稳定性较差。

因此，有必要提供一种解决上述技术问题的燃料电池氢气循环组件。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种集成度高、结构紧凑的燃料电池氢气循环组件。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种燃料电池氢气循环组件，包括：引氢器、气水分离器、机械式疏水阀及气水分离器外壳，所述引氢器与气水分离器外壳之间形成可拆卸式连接，所述引氢器与气水分离器外壳内形成收容空间，所述气水分离器及机械式疏水阀设置于该收容空间内，所述引氢器设有高压氢气入口、气水混合物入口、被引射氢气入口及氢气出口，所述气水分离器包括：中空立柱、螺旋流道及挡板件，所述螺旋流道盘旋设置于中空立柱的外圆周面上，所述螺旋流道的上方自由末端为螺旋流道进口，所述螺旋流道进口与引氢器的气水混合物入口相贯通，所述螺旋流道的下方自由末端为螺旋流道出口，所述中空立柱的顶部与引氢器相连接，所述挡板件设置于中空立柱的下方，所述气水分离器外壳的底部设有底座，所述底座的侧壁上设有若干个排水口，所述气水分离器外壳的底部设有与若干个排水口相贯通的开口，所述机械式疏水阀包括：支撑轴套、弹性件及浮子，所述支撑轴套安装于气水分离器外壳的底座内并延伸入气水分离器外壳内，所述弹性件设置于支撑轴套与底座之间，所述浮子通过连接件安装于所述支撑轴套延伸入气水分离器外壳内的轴套段上，通过支撑轴套的上下运动来实现排水口的开闭。

优选地，本发明中的一种燃料电池氢气循环组件进一步设置为：所述支撑轴套包括轴套主体部及设置于轴套主体部底部的挡圈部，该挡圈部与气水分离器外壳底部底座上的排水口相配合来实现排水口的开闭。

优选地，本发明中的一种燃料电池氢气循环组件进一步设置为：所述弹性件为弹簧，所述弹簧套设于支撑轴套的轴套主体部上，且弹簧的底部与支撑轴套的挡圈部相抵接，弹簧的顶部与气水分离器外壳底部底座的顶壁相抵接。

优选地，本发明中的一种燃料电池氢气循环组件进一步设置为：所述挡板件位于螺旋流道出口的正下方。

优选地，本发明中的一种燃料电池氢气循环组件进一步设置为：所述浮子为凸盘式浮子，所述连接件为平键。

优选地，本发明中的一种燃料电池氢气循环组件进一步设置为：所述螺旋流道的外侧板由金属孔板制成。

优选地，本发明中的一种燃料电池氢气循环组件进一步设置为：所述挡板件呈喇叭状设置，所述挡板件上设有若干个穿气孔。

优选地，本发明中的一种燃料电池氢气循环组件进一步设置为：所述浮子的上表面为坡面。

优选地，本发明中的一种燃料电池氢气循环组件进一步设置为：所述气水分离器外壳包括底壁及侧壁，所述气水分离器外壳的侧壁的顶部设有内螺纹，所述引氢器设有与内螺纹相配合的外螺纹。

优选地，本发明中的一种燃料电池氢气循环组件进一步设置为：所述底座自气水分离器外壳的底壁向上延伸设置。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明中的燃料电池氢气循环组件通过对多个部件进行集成化处理，从而使得整个燃料电池氢气循环组件的结构得到简化，从而降低了制造难度及生产成本，另外本发明中的燃料电池氢气循环组件通过设置机械式疏水阀来替代现有技术中的电气开关阀，从而可避免出现失效空开的情况，大大提高了工作稳定性。

附图说明

图1为本发明中燃料电池氢气循环组件的立体结构示意图。

图2为本发明中燃料电池氢气循环组件的分解结构示意图。

图3为本发明中燃料电池氢气循环组件的剖视结构示意图。

图4为图3中A处的局部放大图。

图5为本发明中引氢器的剖视结构示意图。

图6为本发明中气水分离器的剖视结构示意图。

图7为本发明中气水分离器外壳的剖视结构示意图。

图1至图7中：1、引氢器，10、高压氢气入口，11、气水混合物入口，12、被引射氢气入口，13、氢气出口，2、气水分离器，20、立柱，21、螺旋流道，210、外侧板，22、挡板件，220、穿气孔，23、螺旋流道进口，24、螺旋流道出口，3、机械式疏水阀，30、支撑轴套，300、轴套主体部，301、挡圈部，31、弹性件，32、浮子，33、连接件，4、气水分离器外壳，40、底壁，41、气水分离器外壳的侧壁，42、底座，420、底座的侧壁，421、顶壁，422、排水口，43、开口，5、收容空间。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明所述的一种燃料电池氢气循环组件作进一步的详细描述。

请参阅图1至图7，一种燃料电池氢气循环组件，包括：引氢器1、气水分离器2、机械式疏水阀3及气水分离器外壳4，所述引氢器1与气水分离器外壳4之间形成可拆卸式连接，在本实施方式中，所述引氢器1设有外螺纹，所述气水分离器外壳4设有内螺纹，当然在其他的实施方式中，所述引氢器1设有内螺纹，所述气水分离器外壳4设有外螺纹，同样可以实现本发明。所述引氢器1与气水分离器外壳4内形成收容空间5，所述气水分离器2及机械式疏水阀3设置于该收容空间5内，所述引氢器1设有高压氢气入口10、气水混合物入口11、被引射氢气入口12及氢气出口13。

所述气水分离器2包括：中空立柱20、螺旋流道21及挡板件22，所述螺旋流道21盘旋设置于中空立柱20的外圆周面上，所述螺旋流道21的外侧板210由金属孔板制成，这样设置的好处在于：金属孔板上的孔有利于吸附水气从而形成水滴并导流至螺旋流道21的底部。所述螺旋流道21的上方自由末端为螺旋流道进口23，所述螺旋流道进口23与引氢器1的气水混合物入口11相贯通，所述螺旋流道21的下方自由末端为螺旋流道出口24，所述中空立柱20的顶部与引氢器1之间通过螺纹连接，在本实施方式中，所述中空立柱20设有外螺纹，所述引氢器1设有内螺纹，当然在其他的实施方式中，所述中空立柱20设有内螺纹，所述引氢器1设有外螺纹，同样可以实现本发明。所述挡板件22焊接于中空立柱20的下方且位于螺旋流道出口24的正下方。所述挡板件22呈喇叭状设置，所述挡板件22上设有若干个穿气孔220。

所述气水分离器外壳4包括底壁40及侧壁41，所述内螺纹具体设置于所述气水分离器外壳4的侧壁41的顶部，所述气水分离器外壳4自底壁40向上延伸设置有底座42，所述底座42包括侧壁420及顶壁421，所述底座42的侧壁420上设有若干个排水口422，所述若干个排水口422沿底座42的侧壁420圆周方向均匀排布，所述气水分离器外壳4的底部设有与若干个排水口422相贯通的开口43，所述机械式疏水阀3包括：支撑轴套30、弹性件31及浮子32，所述支撑轴套30安装于气水分离器外壳4的底座42内并延伸入气水分离器外壳4内，所述支撑轴套30包括轴套主体部300及设置于轴套主体部300底部的挡圈部301，该挡圈部301与气水分离器外壳4底部底座42上的排水口422相配合，在本实施方式中，所述弹性件31为弹簧，所述弹簧套设于支撑轴套30的轴套主体部300上，且弹簧的底部与支撑轴套30的挡圈部301相抵接，所述弹簧的顶部与气水分离器外壳4底部底座42的顶壁421相抵接。所述浮子32通过连接件33安装于所述支撑轴套30延伸入气水分离器外壳4内的轴套段上，所述浮子32的上表面为坡面，坡面设置的好处是可防止水积压在浮子32上。在本实施方式中，所述连接件33为平键，所述浮子32为凸盘式浮子，支撑轴套30向上运动，带动挡圈部301向上运动，排水口422脱离挡圈部301的阻挡实现打开状态，支撑轴套30向下运动，带动挡圈部301向下运动，挡圈部301挡住排水口422实现关闭状态。

本发明中燃料电池氢气循环组件的工作原理为：工作时湿润氢气（即氢气、氮气跟水的混合物）从引氢器1的气水混合物入口11进入，并通过螺旋流道进口23进入螺旋流道21内，由于氢气、氮气、水三者在分子质量上差距较大，根据气旋离心力可知在螺旋流道21中氢气、氮气趋向于在内侧，水在外侧，从而达到气、水分离的目的，分离后的氢气、氮气从螺旋流道出口24的内侧出来并途径挡板件22上的穿气孔220从中空立柱20的底部流入中空立柱20内，流入中空立柱20内的氢气跟氮气再从中空立柱20的上方进入到引氢器1的被引射氢气入口12内，高压氢气从引氢器1的高压氢气入口10进入，然后将从被引射氢气入口12进入的氢气跟氮气推入氢气出口13中并最终进入到电堆中进行回收利用。通过气水分离器2分离后的水从螺旋流道出口24的外侧流到下方的挡板件22上，然后再沿挡板件22的下边沿向下流入到气水分离器外壳4内，接着气水分离器外壳4内的水液面越升越高，当水的液面达到一定高度时，水的浮力克服弹簧的压力跟浮子32的重力，从而推动浮子32向上运动，由于浮子32与支撑轴套30之间通过平键连接，因此浮子32向上运动带动支撑轴套30向上运动，排水口422脱离挡圈部301的阻挡实现打开状态。然后气水分离器外壳4内的水从排水口422排出（此时机械式疏水阀3处于打开状态），从若干个排水口422排出的水再通过设置于气水分离器外壳4底部的开口43排出气水分离器外壳4外，当水流出后气水分离器外壳4内的水的液面下降，水的浮力下降，因此浮子32跟支撑轴套30向下运动，挡圈部301挡住排水口422（此时机械式疏水阀3处于关闭状态），然后气水分离器外壳4内的水液面继续升高，以此循环往复来实现气水分离器外壳4内的水的自动排出。

综上所述，本发明中的燃料电池氢气循环组件通过对多个部件进行集成化处理，从而使得整个燃料电池氢气循环组件的结构得到简化，从而降低了制造难度及生产成本，另外本发明中的燃料电池氢气循环组件通过设置机械式疏水阀来替代现有技术中的电气开关阀，从而可避免出现失效空开的情况，大大提高了工作稳定性。

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)

1.一种燃料电池氢气循环组件，其特征在于：包括：引氢器、气水分离器、机械式疏水阀及气水分离器外壳，所述引氢器与气水分离器外壳之间形成可拆卸式连接，所述引氢器与气水分离器外壳内形成收容空间，所述气水分离器及机械式疏水阀设置于该收容空间内，所述引氢器设有高压氢气入口、气水混合物入口、被引射氢气入口及氢气出口，所述气水分离器包括：中空立柱、螺旋流道及挡板件，所述螺旋流道盘旋设置于中空立柱的外圆周面上，所述螺旋流道的上方自由末端为螺旋流道进口，所述螺旋流道进口与引氢器的气水混合物入口相贯通，所述螺旋流道的下方自由末端为螺旋流道出口，所述中空立柱的顶部与引氢器相连接，所述挡板件设置于中空立柱的下方，所述气水分离器外壳的底部设有底座，所述底座的侧壁上设有若干个排水口，所述气水分离器外壳的底部设有与若干个排水口相贯通的开口，所述机械式疏水阀包括：支撑轴套、弹性件及浮子，所述支撑轴套安装于气水分离器外壳的底座内并延伸入气水分离器外壳内，所述弹性件设置于支撑轴套与底座之间，所述浮子通过连接件安装于所述支撑轴套延伸入气水分离器外壳内的轴套段上，通过支撑轴套的上下运动来实现排水口的开闭。

2.如权利要求1所述的一种燃料电池氢气循环组件，其特征在于：所述支撑轴套包括轴套主体部及设置于轴套主体部底部的挡圈部，该挡圈部与气水分离器外壳底部底座上的排水口相配合来实现排水口的开闭。

3.如权利要求2所述的一种燃料电池氢气循环组件，其特征在于：所述弹性件为弹簧，所述弹簧套设于支撑轴套的轴套主体部上，且弹簧的底部与支撑轴套的挡圈部相抵接，弹簧的顶部与气水分离器外壳底部底座的顶壁相抵接。

4.如权利要求1所述的一种燃料电池氢气循环组件，其特征在于：所述挡板件位于螺旋流道出口的正下方。

5.如权利要求1所述的一种燃料电池氢气循环组件，其特征在于：所述浮子为凸盘式浮子，所述连接件为平键。

6.如权利要求1所述的一种燃料电池氢气循环组件，其特征在于：所述螺旋流道的外侧板由金属孔板制成。

7.如权利要求6所述的一种燃料电池氢气循环组件，其特征在于：所述挡板件呈喇叭状设置，所述挡板件上设有若干个穿气孔。

8.如权利要求1所述的一种燃料电池氢气循环组件，其特征在于：所述浮子的上表面为坡面。

9.如权利要求1所述的一种燃料电池氢气循环组件，其特征在于：所述气水分离器外壳包括底壁及侧壁，所述气水分离器外壳的侧壁的顶部设有内螺纹，所述引氢器设有与内螺纹相配合的外螺纹。

10.如权利要求9所述的一种燃料电池氢气循环组件，其特征在于：所述底座自气水分离器外壳的底壁向上延伸设置。

Images