[發(fā)明專利]一種氣水分離組件、燃料電池氫氣循環(huán)系統(tǒng)及應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010825521.6
• 申請(qǐng)日: 2020-08-17
• 公開（公告）號(hào): CN112057958B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮健美;韓濟(jì)泉;彭學(xué)院
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): B01D45/16
• 分類號(hào): B01D45/16;B01D53/26;B01F5/04;H01M8/04089
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務(wù)所 11430
• 代理人: 范盈

本申請(qǐng)屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種氣水分離組件、燃料電池氫氣循環(huán)系統(tǒng)及應(yīng)用。目前使用單個(gè)引射器的燃料電池氫氣循環(huán)系統(tǒng)，引射器不能在寬功率范圍內(nèi)工作，同時(shí)系統(tǒng)中的氣水分離器的阻力損失也較大。如果使用多個(gè)引射器來聯(lián)合工作以拓寬引射器適用的功率范圍，又會(huì)使系統(tǒng)部件增多，控制變得復(fù)雜、可靠性降低。本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N氣水分離組件，包括主體，所述主體一端設(shè)置有噴嘴，所述噴嘴與旋流葉片連接，所述主體一端設(shè)置有氣液混合物入口；所述主體另一端設(shè)置有排氣管，所述主體另一端設(shè)置有排水管。具有部分引射功能，拓寬引射器的工作范圍；代替?zhèn)鹘y(tǒng)的氣水分離器，優(yōu)勢是小型、緊湊，壓力損失小，有利于提高引射器的性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種氣水分離組件、燃料電池氫氣循環(huán)系統(tǒng)及應(yīng)用。

背景技術(shù)

氫燃料電池可直接將氫氣的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能而無需燃燒，其具有高效率和功率密度，零排放，靜音運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)，是一種非常具有前景的新能源發(fā)電動(dòng)力裝置。氫燃料電池將陽極側(cè)的氫氣和陰極側(cè)的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電能和水，為保證燃料電池高效率運(yùn)行，陽極側(cè)的供氫量大于反應(yīng)掉的氫氣量，因此需要建立陽極氫氣循環(huán)系統(tǒng)來將未消耗的氫氣再次循環(huán)利用，以提高氫氣的利用率。

在氫燃料電池汽車的氫氣循環(huán)系統(tǒng)中，通常使用氫循環(huán)泵或引射器作為氫氣循環(huán)的裝置，相比于機(jī)械氫泵，引射器具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本低，并且安裝在系統(tǒng)中不會(huì)額外耗功等突出優(yōu)點(diǎn)。但是，在實(shí)際的應(yīng)用中，燃料電池汽車的功率經(jīng)常改變，這要求氫循環(huán)裝置能夠在較寬的功率范圍內(nèi)可以提供穩(wěn)定的循環(huán)能力，但是由于引射器自身的結(jié)構(gòu)特性，其不能夠滿足燃料電池寬的功率范圍。比如對(duì)于一個(gè)功率范圍是10-100kW的電堆，所設(shè)計(jì)性能優(yōu)良的引射器也只能適應(yīng)40-100kW的功率范圍。目前有一些拓寬引射器應(yīng)用功率范圍的方法，比如常用的是使用2個(gè)引射器結(jié)合的方法，兩個(gè)引射器分別工作在不同的功率范圍區(qū)間，因此可以拓寬引射器應(yīng)用功率范圍。

引射器需要克服系統(tǒng)中的壓降，主要包括跨越燃料電池堆的壓力損失和氣水分離器的壓力損失。壓力損失越小，相對(duì)的引射器能夠提供的引射率越高，所以引射器能夠在更寬的工作范圍內(nèi)工作。在實(shí)際的氫燃料電池的陽極氫氣系統(tǒng)中，電池堆排出的陽極排出的尾氣含有產(chǎn)生的液態(tài)水，循環(huán)尾氣在進(jìn)入引射器之前需要使用氣水分離器將尾氣中的液態(tài)水分離出來。目前的氣水分離器一般是旋風(fēng)式分離器或過濾式分離器。這些氣水分離器會(huì)產(chǎn)生較大的額外的阻力損失，會(huì)造成引射器的引射率下降，使得引射器適用的功率范圍變窄。因此，在進(jìn)行水分離時(shí)應(yīng)該避免產(chǎn)生較大的阻力損失。通過減小阻力損失，可以進(jìn)一步的提升引射器的引射能力，拓寬引射器的工作范圍。

目前使用單個(gè)引射器的燃料電池氫氣循環(huán)系統(tǒng)，引射器不能在寬功率范圍內(nèi)工作，同時(shí)系統(tǒng)中的氣水分離器的阻力損失也較大。如果使用多個(gè)引射器來聯(lián)合工作以拓寬引射器適用的功率范圍，又會(huì)使系統(tǒng)部件增多，控制變得復(fù)雜、可靠性降低。

發(fā)明內(nèi)容

1.要解決的技術(shù)問題

基于目前使用單個(gè)引射器的燃料電池氫氣循環(huán)系統(tǒng)，引射器不能在寬功率范圍內(nèi)工作，同時(shí)系統(tǒng)中的氣水分離器的阻力損失也較大。如果使用多個(gè)引射器來聯(lián)合工作以拓寬引射器適用的功率范圍，又會(huì)使系統(tǒng)部件增多，控制變得復(fù)雜、可靠性降低的問題，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N氣水分離組件、燃料電池氫氣循環(huán)系統(tǒng)及應(yīng)用。

2.技術(shù)方案

為了達(dá)到上述的目的，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N氣水分離組件，包括主體，所述主體一端設(shè)置有噴嘴，所述噴嘴與旋流葉片連接，所述主體一端設(shè)置有氣液混合物入口；所述主體另一端設(shè)置有排氣管，所述主體另一端設(shè)置有排水管。

本申請(qǐng)涉及的另一種實(shí)施方式為：所述噴嘴設(shè)置于所述主體中心軸線上；所述旋流葉片嵌套在所述噴嘴上；所述排氣管懸空設(shè)置。

本申請(qǐng)涉及的另一種實(shí)施方式為：所述旋流葉片包括葉片，所述葉片一端與葉片內(nèi)壁連接，所述葉片另一端與葉片外壁連接；所述葉片內(nèi)壁與所述噴嘴連接。