一种用于燃料电池系统的分水器及氢气供应系统的制作方法

1.本实用新型涉及，具体涉及一种用于燃料电池系统的分水器及氢气供应系统。


背景技术：

2.燃料电池反应过程中，为了提高其经济型，提高氢气利用率，常用的技术方案为将流经燃料电池堆后未经反应完全的氢气收集，并通过分水器对其中的液态水进行分离，继而重新导入燃料电池系统氢气供给回路内，与前端由氢气罐供给并经压力调节模块减压后的新氢通过引射器进行汇流并重新导入燃料电池堆中进行反应。
3.然而，回收的氢气其温度及湿度较高，新氢温度较低，二者汇流在引射器中进行汇流，因温差较大，往往回收的高湿高温氢气中的水蒸气往往会发生冷凝并形成液态水，液态水随氢气流流入燃料电池堆中将导致燃料电池堆性能降低等，长时间运行将对燃料电池堆造成不可逆损伤；低温状态下，冷凝形成的液态水甚至在引射器中发生冻结，堵塞其氢气供给流道，导致系统无法工作。为解决这一问题，通常采用电加热以及引流冷却水对其进行加热的方式，虽然能部分解决此问题，但同时会消耗一定的能量或者分流一部分冷却液流量，导致燃料电池系统附件功耗的增加，同时外置加热的方式需要新增相关零部件，导致成本上升，带来系统设计的复杂化。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种用于燃料电池系统的分水器及氢气供应系统，能够有效地利用新氢气对燃料电池系统反应残余后的高温高湿旧氢气进行冷却，实现水气分离，降低后续旧氢气与新氢汇流混合时冷凝的概率。
5.为实现上述目的，本实用新型提供一种用于燃料电池系统的分水器，包括第一壳体、以及包围于第一壳体外的第二壳体，所述第一壳体中具有第一空腔，所述第二壳体与第一壳体之间具有第二空腔，且第一壳体位于第二空腔中的壳壁为导热的；所述第二壳体上设有都与第二空腔连通的新氢入口和新氢出口，且新氢入口和新氢出口分别用于新氢气的进入和排出；所述第一壳体上设有都与第一空腔连通的旧氢入口和旧氢出口，且旧氢入口和旧氢出口分别用于燃料电池系统残余氢气的进入和排出，所述第一壳体底部还设有与第一空腔连通的排放口。
6.进一步地，所述第一壳体的下部分位于第二壳体之外。
7.进一步地，所述第一壳体外壁上设有凸出的第一翅片。
8.进一步地，所述第二壳体内壁上设有凸出的第二翅片。
9.进一步地，所述第一翅片和第二翅片相互交错布置。
10.进一步地，所述第一壳体外壁呈圆筒形，且第一翅片为多片并在第一壳体外壁上环形阵列布置，所述第二壳体内壁呈圆筒形，且第二翅片为多片并在第二壳体内壁上环形阵列布置。
11.进一步地，所述第一翅片为条状，且沿着第一壳体外壁轴向延伸至其两端分别位于第二空腔两端侧，所述第二翅片为条状，且沿着第二壳体内壁轴向延伸至其两端分别位于第二空腔两端侧。
12.进一步地，所述第一翅片与第二壳体内壁之间具有间隙、形成用于氢气通过的第一流道，所述第二翅片与第一壳体外壁之间具有间隙、形成用于氢气通过的第二流道，所述第一流道和第二流道的流道截面积都大于新氢入口的横截面积。
13.进一步地，所述新氢入口和新氢出口分别位于第二空腔的下侧和上侧，且分别位于相对两侧。
14.本实用新型还提供一种用于燃料电池系统的氢气供应系统，用于对燃料电池堆进行氢气供应，包括储氢瓶和引射器，还包括上述的分水器，所述储氢瓶与分水器的新氢入口之间设有氢气供给管路进行连通，所述分水器的新氢出口与引射器之间设有管路进行连通，所述引射器与燃料电池堆之间设有进氢管路进行连通，所述燃料电池堆与分水器的旧氢入口之间设有电堆排氢管路进行连通，所述分水器的旧氢出口与引射器之间设有氢循环管路进行连通，所述分水器的排放口还连接有排放管路。
15.如上所述，本实用新型涉及的分水器和氢气供应系统，具有以下有益效果：
16.分水器利用低温干燥的新氢气对燃料电池系统残余的高温高湿的旧氢气进行冷却，使旧氢气中的水分冷凝而实现水气分离，降低了残余旧氢气混合气中的水含量，并提高新氢气的温度，降低后续旧氢气与新氢汇流混合时冷凝的概率，并将除去水分的旧氢气与新氢气混合重新送至燃料电池堆进行循环利用，提高氢气利用率，整个氢气供应系统不需要额外的加热部件及回路，无需额外能量消耗，减少降低成本，同时使得系统设计得以简化。
附图说明
17.图1为本实用新型的分水器的结构示意图。
18.图2为图1中的a-a向剖视图。
19.图3为本实用新型的氢气供应系统的结构示意图。
20.元件标号说明
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储氢瓶
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开关阀
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减压阀
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分水器
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第一壳体
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第二壳体
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第一空腔
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第二空腔
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新氢入口
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新氢出口
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旧氢入口
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旧氢出口
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49
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排放口
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第一翅片
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411
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第一流道
[0036]
412
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第二翅片
[0037]
413
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第二流道
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引射器
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燃料电池堆
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排放阀
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进氢管路
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氢循环管路
[0043]
10
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电堆排氢管路
[0044]
11
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氢气供给管路
[0045]
12
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排放管路
具体实施方式
[0046]
以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。
[0047]
须知，本说明书附图所绘的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
[0048]
参见图1至图3，本实用新型提供了一种用于燃料电池系统的分水器4，包括第一壳体 41、以及包围于第一壳体41外的第二壳体42，第一壳体41中具有第一空腔43，第二壳体 42与第一壳体41之间具有第二空腔44，且第一壳体41位于第二空腔44中的壳壁为导热的；第二壳体42上设有都与第二空腔44连通的新氢入口45和新氢出口46，且新氢入口45和新氢出口46分别用于新氢气的进入和排出；第一壳体41上设有都与第一空腔43连通的旧氢入口47和旧氢出口48，且旧氢入口47和旧氢出口48分别用于燃料电池系统残余氢气的进入和排出，第一壳体41底部还设有与第一空腔43连通的排放口49。
[0049]
本实用新型还提供了一种用于燃料电池系统的氢气供应系统，用于对燃料电池堆6进行氢气供应，包括储氢瓶1和引射器5，还包括上述的分水器4，储氢瓶1与分水器4的新氢入口45之间设有氢气供给管路11进行连通，分水器4的新氢出口46与引射器5之间设有管路进行连通，引射器5与燃料电池堆6之间设有进氢管路8进行连通，燃料电池堆6与分水器 4的旧氢入口47之间设有电堆排氢管路10进行连通，分水器4的旧氢出口48与引射器5之间设有氢循环管路9进行连通，分水器4的排放口49还连接有排放管路12。
[0050]
本实用新型的分水器4和氢气供应系统原理为：通过分水器4利用新氢气对燃料电池系统残余氢气进行加热除水，具体地，参见图3，储氢瓶1提供的低温干燥的新氢气经过氢
气供给管路11，从新氢入口45进入到第二空腔44中，并从新氢出口46排出至引射器5，而燃料电池堆6反应后残余的高温高湿的旧氢气经过电堆排氢管路10并从旧氢入口47进入到第一空腔43，由于第一壳体41位于第二空腔44中的壳壁为导热的，形成传热壁，因此高温高湿的旧氢气与低温干燥的新氢气通过传热壁进行热交换，从而将高温高湿的旧氢气降温，发生冷凝，从而使得其饱和水蒸气含量减低，降低了残余氢气混合气中的水含量，实现水气分离后，旧氢气从旧氢出口48排出，经由氢循环管路9至引射器5，同时，新氢气会在第二空腔44中被升温；新氢气和旧氢气在引射器5混合，一起通过进氢管路8进入到燃料电池堆6 中进行反应，并且由于两者温度接近，在混合时不易再发生水冷凝问题。残余旧氢气中水凝结在第一空腔43中后，最终通过底部的排放口49、以及排放管路12排出。此外，当某些情况下旧氢气不需要循环利用时，也可以通过排放管路12直接排出去。
[0051]
本实用新型的分水器4和氢气供应系统，利用低温干燥的新氢气对燃料电池系统残余的高温高湿的旧氢气进行冷却，使旧氢气中的水分冷凝而实现水气分离，降低了残余旧氢气混合气中的水含量，并提高新氢气的温度，降低后续旧氢气与新氢汇流混合时冷凝的概率，并将除去水分的旧氢气与新氢气混合重新送至燃料电池堆6进行循环利用，提高氢气利用率，整个氢气供应系统不需要额外的加热部件及回路，无需额外能量消耗，减少降低成本，同时使得系统设计得以简化。
[0052]
作为优选设计，在本实施例中，参见图1，分水器4中的第一壳体41的下部分位于第二壳体42之外，冷凝后的水汇集在第一空腔43下部。当然，在其他的实施例中，第一壳体41 也可以全部位于第二壳体42内。
[0053]
作为优选设计，在本实施例中，参见图1和图2，第一壳体41外壁上设有凸出的第一翅片410，并且优选地，第一壳体41外壁呈圆筒形，且第一翅片410为多片并在第一壳体41 外壁上环形阵列布置，第一翅片410用于增加传热面积，提高传热效果。进一步地，第二壳体42内壁上设有凸出的第二翅片412，第二壳体42内壁也呈圆筒形，且第二翅片412为多片并在第二壳体42内壁上环形阵列布置，并且第一翅片410和第二翅片412相互交错布置。进一步地，第一翅片410为条状，且沿着第一壳体41外壁轴向延伸至其两端分别位于第二空腔44两端侧，第二翅片412为条状，且沿着第二壳体42内壁轴向延伸至其两端分别位于第二空腔44两端侧，以此，通过第一翅片410和第二翅片412能够增加第一空腔43与第二空腔44之间的传热面积，同时还能够减缓新氢气在第二空腔44中的流动速度，使得热交换更充分。
[0054]
作为优选设计，参见图2，在本实施例中，分水器4中的第一翅片410与第二壳体42内壁之间具有间隙、形成用于氢气通过的第一流道411，第二翅片412与第一壳体41外壁之间具有间隙、形成用于氢气通过的第二流道413，第一流道411和第二流道413的流道截面积尺寸相同，都大于新氢入口45的横截面积，采用这种设计，保证新氢气在第二空腔44流动过程中不过多的增大其流阻。
[0055]
作为优选设计，参见图1和图2，在本实施例的分水器4中，新氢入口45和新氢出口46 分别位于第二空腔44的下侧和上侧，且分别位于左右相对两侧，此外，旧氢出口48位于第一空腔43顶部，旧氢入口47位于第二壳体42的下端位置处，以此，新氢气和旧氢气之间的热交换效果更好。
[0056]
作为优选设计，参见图3，在本实施例中，氢气供应系统在氢气供给管路11上还设有减压阀3和开关阀2，开关阀2具体可为电磁阀，减压阀3用于调节新氢气压力，开关阀2用
于控制新氢气供给的开闭。在排放管路12上设有排放阀7，用于控制冷凝水或者旧氢混合气的排放。
[0057]
综上所述，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具有高度产业利用价值。
[0058]
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。