混合结构及燃料电池系统的制作方法

本技术涉及气体混合，特别是涉及一种混合结构及燃料电池系统。

背景技术：

1、质子交换膜燃料电池系统在运行时，阳极侧需要持续通入氢气以参与电化学反应。为提高氢气利用率，普遍采用引射器将电堆出口未反应的氢气与新鲜氢气进行混合后再循环至电堆入口。然而，电堆出口处的气体中含有反应生成的水蒸气，在循环管路中因温度降低而部分冷凝，形成液态水。当该气液两相流未经有效处理直接进入电堆（尤其是采用平行流道的电堆）时，液态水极易在靠近电堆入口处的发电单元的双极板流道内积聚，导致局部流道堵塞，进而引发该区域反应气体供应不足，造成电池性能波动、输出电压下降、效率降低，长期运行甚至会加速膜电极劣化，影响系统寿命。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述问题，提供一种混合结构及燃料电池系统。

2、其技术方案如下：

3、一方面，提供了一种混合结构，包括：

4、混合本体，设有混合通道及延伸至所述混合通道的内侧壁的排液通道，所述混合通道的内侧壁设有挡液导流部，所述挡液导流部用于汇聚液体并将所述液体导流至所述排液通道；

5、分气导流模块，安装于所述混合通道内，并沿混合气体在所述混合通道内的流动方向位于所述挡液导流部的上游，所述分气导流模块设有发散通道及至少一个螺旋通道，各个所述螺旋通道绕所述发散通道的轴线间隔设置，并均位于所述发散通道的外侧，所述分气导流模块用于将混合气体分为第一路气体及第二路气体，且所述第一路气体在所述发散通道的导流下朝向所述混合通道的内侧壁发散流动，所述第二路气体在各个所述螺旋通道的导流下沿所述混合通道的内侧壁螺旋流动。

6、下面进一步对技术方案进行说明：

7、在其中一个实施例中，所述分气导流模块包括分气本体、发散导流部及螺旋导流部，所述分气本体设有沿所述混合通道的轴向延伸的分气通孔，并与所述混合通道的内侧壁间隔设置，所述分气通孔具有第一出气端，所述发散导流部安装于所述第一出气端，并与所述第一出气端的内侧壁围合形成所述发散通道，所述螺旋导流部安装于所述分气本体的外侧壁与所述混合通道的内侧壁之间，并与所述分气本体的外侧壁及所述混合通道的内侧壁围合形成各个所述螺旋通道。

8、在其中一个实施例中，所述螺旋导流部包括至少一个螺旋导流叶片，各个所述螺旋导流叶片绕所述分气本体的轴线间隔安装于所述分气本体的外侧壁与所述混合通道的内侧壁之间。

9、在其中一个实施例中，所述混合本体、分气本体、发散导流部及螺旋导流部均一体成型。

10、在其中一个实施例中，所述发散导流部包括导流本体及连接本体，所述导流本体安装于所述第一出气端内，并与所述第一出气端的内侧壁间隔设置，所述导流本体的外侧壁设有朝向所述混合通道的内侧壁倾斜的第一导流面，所述第一出气端的内侧壁设有朝向所述混合通道的内侧壁倾斜的第二导流面，所述连接本体与所述导流本体及所述分气本体均固定连接，以使所述第一导流面与所述第二导流面间隔形成所述发散通道。

11、在其中一个实施例中，所述导流本体设置为导流圆锥，所述导流圆锥的尖端位于所述导流圆锥背离所述挡液导流部的一侧。

12、在其中一个实施例中，所述挡液导流部设置为环形凸台，所述环形凸台与所述分气导流模块同轴设置，所述排液通道包括聚液槽及排液孔，所述聚液槽设置于所述环形凸台靠近所述分气导流模块的一侧，所述聚液槽的一侧延伸至所述混合通道的内侧壁，所述排液孔与所述聚液槽的底部连通。

13、在其中一个实施例中，所述聚液槽沿所述环形凸台的周向两侧的侧壁分别设置为第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁与所述第二侧壁分别延伸至所述排液孔的相对两侧，并均用于将所述聚液槽内的液体导流至所述排液孔。

14、在其中一个实施例中，所述混合通道具有第一进气端和第二出气端，所述第二出气端的轮廓形状与电堆的进料端的轮廓形状相适配，所述第一进气端的外侧壁设有连接部，所述连接部用于与气管连接。

15、另一方面，提供了一种燃料电池系统，包括电堆、引射器及所述的混合结构，所述混合通道具有第二出气端和第一进气端，所述电堆设有进料端和出料端，所述混合结构安装于所述电堆上，以连通所述第二出气端与所述进料端，所述引射器设有相互连通的第二进气端、第三进气端及第三出气端，所述第二进气端与所述出料端连通以输送所述电堆未反应的回流燃气，所述第三进气端用于输送补充燃气，所述第三出气端与所述第一进气端连通。

16、上述实施例中的混合结构及燃料电池系统，使用时，将混合气体通入混合通道，混合气体先与分气导流模块接触，并被分气导流模块分为第一路气体和第二路气体，且第二路气体在螺旋通道的导流下沿混合通道的内侧壁螺旋流动并产生离心力，从而利用离心力初步将第二路气体中密度较大的液体甩向混合通道的内侧壁上，以实现气液分离并强化第二路气体的气体混合效果，同时，位于第二路气体内侧的第一路气体在发散通道的导流下朝向混合通道的内侧壁发散流动，使得第一路气体与第二路气体在混合通道内交汇碰撞以产生湍流，实现混合气体的快速、充分混合，确保排出混合通道的混合气体的气体浓度均匀，而且湍流对液团具有强大的剪切破碎作用，能将较大的液团破碎成更细微的雾状，以便于后续处理和随混合气体带出。另外，经湍流破碎后，未能雾化的液团以及由离心力汇聚在混合通道的内侧壁上的水膜会在混合气体的带动下遇到挡液导流部，挡液导流部有效阻挡液团及水膜流出混合通道，并将液团及水膜进行汇聚后导流至排液通道，进而通过排液通道定向排出，极大降低液体进入并积聚在电堆内的风险，保证电堆运行的稳定性、一致性及寿命，提高混合结构的实用性。另外，将气体混合功能和液体导流功能集成于混合本体内，结构紧凑性高，且混合本体的混合通道设计流畅，避免使用易堵塞的多孔介质，流阻低，压降小，对引射器工作影响小，提高燃料电池系统的可靠性及使用寿命。

1.一种混合结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的混合结构，其特征在于，所述分气导流模块包括分气本体、发散导流部及螺旋导流部，所述分气本体设有沿所述混合通道的轴向延伸的分气通孔，并与所述混合通道的内侧壁间隔设置，所述分气通孔具有第一出气端，所述发散导流部安装于所述第一出气端，并与所述第一出气端的内侧壁围合形成所述发散通道，所述螺旋导流部安装于所述分气本体的外侧壁与所述混合通道的内侧壁之间，并与所述分气本体的外侧壁及所述混合通道的内侧壁围合形成各个所述螺旋通道。

3.根据权利要求2所述的混合结构，其特征在于，所述螺旋导流部包括至少一个螺旋导流叶片，各个所述螺旋导流叶片绕所述分气本体的轴线间隔安装于所述分气本体的外侧壁与所述混合通道的内侧壁之间。

4.根据权利要求2所述的混合结构，其特征在于，所述混合本体、分气本体、发散导流部及螺旋导流部均一体成型。

5.根据权利要求2所述的混合结构，其特征在于，所述发散导流部包括导流本体及连接本体，所述导流本体安装于所述第一出气端内，并与所述第一出气端的内侧壁间隔设置，所述导流本体的外侧壁设有朝向所述混合通道的内侧壁倾斜的第一导流面，所述第一出气端的内侧壁设有朝向所述混合通道的内侧壁倾斜的第二导流面，所述连接本体与所述导流本体及所述分气本体均固定连接，以使所述第一导流面与所述第二导流面间隔形成所述发散通道。

6.根据权利要求5所述的混合结构，其特征在于，所述导流本体设置为导流圆锥，所述导流圆锥的尖端位于所述导流圆锥背离所述挡液导流部的一侧。

7.根据权利要求1至6任一项所述的混合结构，其特征在于，所述挡液导流部设置为环形凸台，所述环形凸台与所述分气导流模块同轴设置，所述排液通道包括聚液槽及排液孔，所述聚液槽设置于所述环形凸台靠近所述分气导流模块的一侧，所述聚液槽的一侧延伸至所述混合通道的内侧壁，所述排液孔与所述聚液槽的底部连通。

8.根据权利要求7所述的混合结构，其特征在于，所述聚液槽沿所述环形凸台的周向两侧的侧壁分别设置为第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁与所述第二侧壁分别延伸至所述排液孔的相对两侧，并均用于将所述聚液槽内的液体导流至所述排液孔。

9.根据权利要求1至6任一项所述的混合结构，其特征在于，所述混合通道具有第一进气端和第二出气端，所述第二出气端的轮廓形状与电堆的进料端的轮廓形状相适配，所述第一进气端的外侧壁设有连接部，所述连接部用于与气管连接。

10.一种燃料电池系统，其特征在于，包括电堆、引射器及如权利要求1至9任一项所述的混合结构，所述混合通道具有第二出气端和第一进气端，所述电堆设有进料端和出料端，所述混合结构安装于所述电堆上，以连通所述第二出气端与所述进料端，所述引射器设有相互连通的第二进气端、第三进气端及第三出气端，所述第二进气端与所述出料端连通以输送所述电堆未反应的回流燃气，所述第三进气端用于输送补充燃气，所述第三出气端与所述第一进气端连通。