本发明专利技术涉及一种便于电堆快速冷启动的氢燃料电池氢水分离循环装置，属于氢燃料电池技术领域。包括氢水分离器、引射器和涡旋泵，氢水分离器、引射器和涡旋泵一体化成型，氢水分离器还集成有冷却循环系统；氢水分离器的壳体为双层结构，冷却循环系统的冷却水位于氢水分离器的双层结构之间，氢水分离器的内部设置有上下两层滤网，两层滤网之间设置有导流片。本发明专利技术的氢气循环系统集成了涡旋泵和引射器的优点，实现大流量工况点引射器主导引射回流，小流量工况点涡旋泵主动调节转速控制流量，双路并联高效循环回收尾氢；氢水分离器的双层结构和导流片设计，在提高气液分离效率的同时，有利于电堆在低温状态下的预热、保温和快速冷启动。动。动。
【技术实现步骤摘要】
一种便于电堆快速冷启动的氢燃料电池氢水分离循环装置
[0001]本专利技术属于氢燃料电池
，具体涉及一种便于电堆快速冷启动的氢燃料电池氢水分离循环装置。
技术介绍
[0002]氢燃料电池通过电化学反应，在适宜的温度和催化剂条件下，可不经过燃烧，直接以电化学反应将氢气和氧化剂中的化学能转化为电能，唯一的产物为水，是一种清洁零碳、转换效率高的新能源发电装置。反应物氢气从氢燃料电池阳极侧通入，氧化剂氧气从阴极侧通入。为了提高反应性能和效率，阳极侧的供氢量会大于理论的反应需求氢气量，因此需要建立阳极氢气循环系统，将未消耗的氢气再次循环利用，以提高氢气的利用率。氢气再循环方案通常有氢气循环泵和引射器两种技术途径，而氢循环泵结构复杂、具有移动部件，运行不稳定、噪音大以及功耗较大；引射器在怠速低功率工况下的引射循环效果一般，且无法主动调节气体流量和提升压力。
[0003]其次，燃料电池系统中，阴极电化学反应的水绝大多数通过空气出口排出，但仍有一部分水分通过质子膜扩散至阳极，阴极通入的空气中含有的氮气不参与反应，但也会因为浓度差，通过膜电极渗透到阳极集聚。在氢燃料电池实际应用中，冰点温度以下的启动过程称为“冷启动”。冷启动过程中，由于整体温度低于水的冰点，氢燃料电池反应生成的水和残留的水都可能结冰。结冰形成的冰晶会堵塞反应气体传输、降低膜电极活性表面，降低反应速率，容易损伤膜结构，损坏电池内部结构。因此在寒冷条件下，若膜电极表面及内部储水未能有效排出，含水量过高，低温下结冰会影响膜电极表面反应区域，导致冷启动失败，且在多次启停后将会对电池堆和膜电极产生永久性的损坏。
技术实现思路
[0004]为解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种便于电堆快速冷启动的氢燃料电池氢水分离循环装置，通过集成了涡旋泵和引射器的优点，实现大流量工况点引射器主导引射回流，小流量工况点涡旋泵主动调节转速控制流量，双路并联高效回收尾氢。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种便于电堆快速冷启动的氢燃料电池氢水分离循环装置，包括氢水分离器、引射器和涡旋泵，所述氢水分离器、引射器和涡旋泵一体化成型，所述氢水分离器还集成有冷却循环系统；所述引射器的一次流入口与氢系统通过管道一连接；所述引射器的二次流入口通过管道二连接电堆的出口；所述引射器的出口通过管道三连接电堆的入口；所述管道二上设置有支路二，所述支路二的另一端连接至管道三，所述支路二上靠近管道二的一侧依次集成有涡旋泵和单向阀；所述氢水分离器的壳体为双层结构，所述冷却循环系统的冷却水位于氢水分离器的双层结构之间，所述氢水分离器的内部设置有上下两层滤网，两层所述滤网之间设置有
导流片。
[0006]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述管道一上靠近引射器的一侧依次集成有氢中压传感器、比例阀、开关电磁阀和过滤器，所述氢中压传感器和比例阀之间设置有支路一，所述支路一连接有尾排罐，所述支路一上集成有卸荷阀。
[0007]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述管道二靠近引射器的一侧依次集成有单向阀、氢水分离器、氢出温压传感器和湿度传感器。
[0008]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述支路二设置于管道二上的单向阀和氢水分离器之间。
[0009]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述管道三上集成有氢入温压传感器和湿度传感器。
[0010]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述氢水分离器的底部出口通过支路三和支路四集成有排水排氮阀，所述氢水分离器的底部出口通过排水排氮阀连接至尾排罐。
[0011]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述氢水分离器包括罐体，所述罐体包括第一壳体、第二壳体、第三壳体、第一滤网和第二滤网，所述第二壳体的顶部通过所述第一滤网与所述第一壳体的底部连接，所述第二壳体的底部通过所述第二滤网与所述第三壳体的顶部连接，所述第一滤网与所述第二滤网之间设置有若干导流片，将经所述第一滤网过滤后的滤液导流至所述第二滤网；所述第一壳体的侧壁开设有冷却水出口，所述第二壳体的侧壁开设有氢水分离器进口，所述冷却水出口与所述氢水分离器进口分别设置于所述罐体相对两侧壁，且所述冷却水出口中轴线所在平面与所述氢水分离器进口中轴线所在平面以及所述罐体中轴线所在平面共面；所述冷却循环系统的冷却水出口处集成有PTC加热阀，所述PTC加热阀的两端分别连接冷却循环系统的冷却水出口和冷却水入口；所述PTC加热阀集成了开关控制、内腔加温供热和腔体温度实时监测。
[0012]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述第三壳体侧壁开设有冷却水进口，所述冷却水进口的中轴线所在平面与所述罐体的中轴线所在平面垂直；所述第三壳体的底部连接有支路四，所述支路四端部设置有尾排口，所述第三壳体的侧壁设置有与所述支路四连接的支路三。
[0013]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述第一壳体的顶部连接有分流接头进行分流，所述分流接头的一端连接有涡旋泵进口，其另一端连接有引射器的二次流入口，所述管道二上位于支路二和引射器的二次流入口之间的位置设置有单向阀，所述涡旋泵的出口与引射器出口的管道三相连，所述引射器出口与引射器的一次流入口的连线与所述罐体的中轴线垂直。
[0014]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述氢水分离器的壳体内壁和导流片的表面涂布有疏水层。
[0015]本专利技术的有益效果为：（1）本专利技术的氢气循环系统集成了涡旋泵和引射器的优点，实现大流量工况点引射器主导引射回流，小流量工况点涡旋泵主动调节转速控制流量，双路并联满足全工况点氢气的稳定供应，同时可高效循环回收尾氢，并联的两路中设置的单向阀，可以有效防止氢气回流。
[0016]（2）通过设置有冷却水循环系统引入冷却水，在低温时通过加温的冷却液，在电堆出口的结构处来预热氢气，使电堆内部升温，有利于快速冷启动；在正常工作状态时，冷却液温度低，氢气和水蒸气从较高温度的电堆中出来的时候，可在氢水分离循环腔体内被冷凝，降低出口混合气体中气态水蒸气的含量，从而增加循环气体中氢气的纯度。
[0017]（3）本专利技术氢水分离器的底部出口两路分支集成一个排水排氮阀，通过控制阀门的开启时间和开启间隔，分时排氮气和水，同时减少一个单独的控制阀门，降低硬件成本，同时分支设计的管路可以起到排气时的缓冲，减少氢气供气气压波动。
[0018]（4）本专利技术模块化集成设计，便于全自动化安装及维修拆卸，实现机器手自动化安装；集成湿度传感器、温压一体传感器和涡旋泵支路、单向阀接口，根据传感器的数据，可计算进堆气体湿度，同时也能动态反应汽水分离的效果数据。
附图说明
[0019]为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。
[0020]图1为本专利技术氢燃料电池电堆氢水分离循环装置的结构示意图；图2为本专利技术中氢水分离器的立体结构示意图；图3为本专利技术中氢水分离器的主视图；图4为本专利技术中氢水分离器的剖视图。
具体实施方式
[0021]为更进一步阐述本专利技术为实现预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合附本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种便于电堆快速冷启动的氢燃料电池氢水分离循环装置，其特征在于：包括氢水分离器、引射器和涡旋泵，所述氢水分离器、引射器和涡旋泵一体化成型，所述氢水分离器还集成有冷却循环系统；所述引射器的一次流入口与氢系统通过管道一连接；所述引射器的二次流入口通过管道二连接电堆的出口；所述引射器的出口通过管道三连接电堆的入口；所述管道二上设置有支路二，所述支路二的另一端连接至管道三，所述支路二上靠近管道二的一侧依次集成有涡旋泵和单向阀；所述氢水分离器的壳体为双层结构，所述冷却循环系统的冷却水位于氢水分离器的双层结构之间，所述氢水分离器的内部设置有上下两层滤网，两层所述滤网之间设置有导流片。2.根据权利要求1所述的一种便于电堆快速冷启动的氢燃料电池氢水分离循环装置，其特征在于：所述管道一上靠近引射器的一侧依次集成有氢中压传感器、比例阀、开关电磁阀和过滤器，所述氢中压传感器和比例阀之间设置有支路一，所述支路一连接有尾排罐，所述支路一上集成有卸荷阀。3.根据权利要求1所述的一种便于电堆快速冷启动的氢燃料电池氢水分离循环装置，其特征在于：所述管道二靠近引射器的一侧依次集成有单向阀、氢水分离器、氢出温压传感器和湿度传感器。4.根据权利要求3所述的一种便于电堆快速冷启动的氢燃料电池氢水分离循环装置，其特征在于：所述支路二设置于管道二上的单向阀和氢水分离器之间。5.根据权利要求1所述的一种便于电堆快速冷启动的氢燃料电池氢水分离循环装置，其特征在于：所述管道三上集成有氢入温压传感器和湿度传感器。6.根据权利要求1所述的一种便于电堆快速冷启动的氢燃料电池氢水分离循环装置，其特征在于：所述氢水分离器的底部出口通过支路三和支路四集成有排水排氮阀，所述氢水分离器的底部出口通过排水排氮阀连接至尾排罐。7.根据权利要求6所述的一种便于电堆快速冷启动的氢燃料电池氢水分离循环装置，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪树恒，赖一明，刘娜，何文祥，
申请(专利权)人：雄川氢能科技广州有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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