一种分水装置、燃料电池系统及其分水方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种分水装置、燃料电池系统及其分水方法，属于燃料电池领域。本发明专利技术的燃料电池系统的引射器与分水装置的进气端集成设计，分水装置包括均呈管状的壳体、第一分水件和第二分水件，壳体的第一端进气，第二端出气，第一分水件连接在壳体的第一端。第一分水件的A端进气，B端出气，B端伸入壳体内，A端内设有旋流叶片。第二分水件连接在壳体的第二端，第二分水件的进气端伸入A端端口内。本发明专利技术旋流叶片旋转时，第一分水件在A端部分形成螺旋形气流通道，液态水滴被旋出到导流内壁上，并在吹动力下向B端流动，分水后的气态混合物则通过气流通道自第二分水件的出气端进入电堆。本实施例的分水效果好，结构可靠性高。

【技术实现步骤摘要】
一种分水装置、燃料电池系统及其分水方法
本专利技术涉及燃料电池领域，尤其涉及一种分水装置、燃料电池系统及其分水方法。
技术介绍
为提高燃料电池系统性能,提高氢气利用率、改善系统水平衡，燃料电池系统中均采用阳极回流系统,即燃料电池阳极氢气反应气体过量供给电堆，电堆电化学反应消耗部分氢气，剩余氢气连同反应生成物混合排出电堆，出堆混合物经由驱动装置（氢循环泵或引射器）驱动回流,在电堆阳极入口之前与新供给的氢气混合,重新进入电堆。燃料电池电堆由数百单片单元堆叠而成，每个单片单元含若干气流微通道，水的气相、液相间的密度差异巨大，液态水的含量直接影响气体在燃料电池系统通道内流动状态，液态水累积严重的情况会阻塞气体传输通道，影响系统正常运行。当前的燃料电池系统设计，燃料电池阳极出堆口位置均设有分水结构，用以分离燃料电池阳极出堆混合物中携带的液态水。但即使燃料电池阳极出堆已很好分离出液态水，仍难以避免下游冷凝水进入电堆。主要原因如下：首先，随燃料电池出堆混合气温度下降，混合气中水饱和蒸汽压力降低，气态水蒸气冷凝为液态水。在燃料电池阳极回流系统中，出堆混合物温度一般为60-90度，阳极出堆混合物在回流路流动过程中会经壁面向环境散热，温度逐步降低。新鲜氢气的供给来自于氢瓶，供气温度接近环境温度。当回流混合物与新鲜供给氢气混合后温度会进一步降低。尤其是在冬季冷态环境运行的条件下，环境温度低、壁面向环境散热量大；氢瓶内新鲜氢气温度低，新鲜氢气与回流氢气混合后，温度降低幅度较大。其次，燃料电池系统阳极回流系统中，阳极出堆压力最低，受氢循环泵（或引射器）的驱动，阳极混合气压力显著提高，随压力提高，阳极混合物中也会有液态析出。现有技术中，针对阳极冷凝液态水入堆问题的主要解决方案为堆内分水设置分水结构：为缓解液态水进入电堆后的影响，专利US7163760B2和US2018/0342744A1在电堆内部增设旁通单元，分流液态水的措施。其主要特点是在电堆内侧紧邻端板增设氢气路旁通单元，旁通单元内设有连通氢气入口腔与出口腔的流通通道。氢气侧入堆混合物入堆后首先流经旁通单元，部分入堆的液态水会经旁通通道流至氢气出口腔体排出电堆，由此旁通单元下游的正常反应单元进入液态水的风险降低。然而，现有技术中，在堆内分水设置分水结构（即增设旁通单元）会增加电堆长度、影响电堆内部密封可靠性、接触压力分布、甚至关系到电堆整体性能，且该方案实施影响变量多、配适调整难度大。因此，亟需提供一种分水装置、燃料电池系统及其分水方法，以解决上述冷凝液态水有进入电堆的风险的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种分水装置、燃料电池系统及其分水方法，利用气态混合物气流流动中形成的旋流，将其中的液态水滴分离出去，其分水效果显著，大大降低了液态水进入电堆的风险。为实现上述目的，提供以下技术方案：本专利技术提供了一种分水装置，用于燃料电池系统，所述分水装置包括：均呈管状的壳体、第一分水件和第二分水件；所述第一分水件连接在所述壳体的第一端，所述第一分水件的A端进气，B端出气，所述B端伸入所述壳体内，所述A端内设有旋流叶片，所述旋流叶片被配置为当气态混合物流经所述第一分水件的管状通道时能够产生绕中心的旋流，气态混合物中的液态水滴受旋流作用，沿所述第一分水件的导流内壁向所述B端流动；所述第二分水件连接在所述壳体的第二端，所述第二分水件的进气端伸入所述A端端口内。进一步地，所述第二分水件伸入所述A端端口内的部分与所述第一分水件的内壁间隔设置。进一步地，所述壳体靠近第二端的位置处设置向下的出水流道，旋流出的液态水滴从所述出水流道排出。进一步地，所述B端呈喇叭状。进一步地，所述A端内设置有导流件，所述旋流叶片设于所述导流件上。进一步地，所述分水装置还包括以下至少一种方式：方式一：所述第一分水件伸入所述壳体内的部分与所述壳体内壁间隔设置；方式二：所述壳体的内径自第一端至出水流道逐渐变大呈圆锥状；方式三：所述第二分水件自进气端至出气端依次包括进气段、出气段和扩径段，所述进气段的内径小于所述出气段的内径，所述扩径段的内径渐变。本专利技术还提供了一种燃料电池系统，包括上述任一项技术方案所述的分水装置。进一步地，所述燃料电池系统还包括电堆、气液分离器、引射器和储氢装置，所述电堆包括阳极进口和阳极出口，所述阳极进口与所述第二分水件的出口连接，所述阳极出口与所述气液分离器的进口连接，所述气液分离器的第一出口与所述引射器的第一进口连接，所述引射器的第二进口与所述储氢装置的出口连接，所述引射器的出口与所述第一分水件的A端端口连接。进一步地，所述燃料电池系统还包括截流单元、储液腔体、排水阀和尾排阀，所述截流单元的进口与所述分水装置连接，出口与所述储液腔体的入口连接，以将分离的液态水滴排出至所述储液腔体，所述储液腔体的出口与所述排水阀连接，所述尾排阀与所述气液分离器的第二出口连接。本专利技术还提供了一种燃料电池系统的分水方法，包括上述任一项技术方案所述的分水装置，所述分水方法包括如下步骤：电堆阳极出来的混合物经过气液分离后，混合气与新鲜氢气一起形成气态混合物进入分水装置，经过旋流叶片旋流后，气态混合物中的液态水滴被旋出，剩余的气态混合物沿第一分水件和第二分水件的气流通道流出分水装置，进入电堆。与现有技术相比，本专利技术提供的分水装置、燃料电池系统及其分水方法，第一分水件内设置的旋流叶片，使得当气态混合物流经所述第一分水件的管状通道时能够产生绕中心的旋流，气态混合物中的液态水滴受旋流作用，沿所述第一分水件的导流内壁向所述B端流动，该方案分水效果显著，大大降低了液态水进入电堆的风险。且本专利技术采用固定的旋流叶片，没有运动件，结构可靠性高。本专利技术的分水装置与引射器集成设计，结构紧凑，占用空间小，系统集成性好。附图说明图1为本实施例中燃料电池系统的结构示意图；图2为本实施例中分水装置的结构示意图；图3为本实施例中导流件及旋流叶片的装配示意图一；图4为本实施例中导流件及旋流叶片的装配示意图二；图5为本实施例中引射器及分水装置的装配示意图。附图标记：1-储氢装置；2-减压阀；3-控制阀；4-引射器；40-引流入口；41-射流口；42-射出口；43-喷嘴；44-混合室；45-扩压室；5-分水装置；50-壳体；501-出水流道；51-第一分水件；510-旋流叶片；511-导流件；512-导流内壁；52-第二分水件；520-进气段；521-扩径段；522-出气段；523-支脚；6-电堆；61-阳极进口；62-阳极出口；63-阴极空气进口；64-阴极空气出口；7-气液分离器；8-尾排阀；9-截流单元；10-储液腔体；11-排水阀。具体实施方式为使本专利技术解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施例的技术方案作进一步地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分水装置，用于燃料电池系统，其特征在于，所述分水装置（5）包括：/n均呈管状的壳体（50）、第一分水件（51）和第二分水件（52）；/n所述第一分水件（51）连接在所述壳体（50）的第一端，所述第一分水件（51）的A端进气，B端出气，所述B端伸入所述壳体（50）内，所述A端内设有旋流叶片（510），所述旋流叶片（510）被配置为当气态混合物流经所述第一分水件（51）的管状通道时能够产生绕中心的旋流，气态混合物中的液态水滴受旋流作用，沿所述第一分水件（51）的导流内壁（512）向所述B端流动；/n所述第二分水件（52）连接在所述壳体（50）的第二端，所述第二分水件（52）的进气端伸入所述A端端口内。/n

【技术特征摘要】
1.一种分水装置，用于燃料电池系统，其特征在于，所述分水装置（5）包括：
均呈管状的壳体（50）、第一分水件（51）和第二分水件（52）；
所述第一分水件（51）连接在所述壳体（50）的第一端，所述第一分水件（51）的A端进气，B端出气，所述B端伸入所述壳体（50）内，所述A端内设有旋流叶片（510），所述旋流叶片（510）被配置为当气态混合物流经所述第一分水件（51）的管状通道时能够产生绕中心的旋流，气态混合物中的液态水滴受旋流作用，沿所述第一分水件（51）的导流内壁（512）向所述B端流动；
所述第二分水件（52）连接在所述壳体（50）的第二端，所述第二分水件（52）的进气端伸入所述A端端口内。


2.根据权利要求1所述的分水装置，其特征在于，所述第二分水件（52）伸入所述A端端口内的部分与所述第一分水件（51）的内壁间隔设置。


3.根据权利要求2所述的分水装置，其特征在于，所述壳体（50）靠近第二端的位置处设置向下的出水流道（501），旋流出的液态水滴从所述出水流道（501）排出。


4.根据权利要求2所述的分水装置，其特征在于，所述B端呈喇叭状。


5.根据权利要求1所述的分水装置，其特征在于，所述A端内设置有导流件（511），所述旋流叶片（510）设于所述导流件（511）上。


6.根据权利要求1所述的分水装置，其特征在于，所述分水装置（5）还包括以下至少一种方式：
方式一：所述第一分水件（51）伸入所述壳体（50）内的部分与所述壳体（50）内壁间隔设置；
方式二：所述壳体（50）的内径自第一端至出水流道（501）逐渐变大呈圆锥状；
方式三：所述第二分水件（52）自进气端至出气端依次...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁铁新，闪念，方川，
申请(专利权)人：北京亿华通科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11