CN103894019A - 燃料电池用气液分离装置及燃料电池系统 - Google Patents

燃料电池用气液分离装置及燃料电池系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池用气液分离装置及燃料电池系统。本发明提供的燃料电池用气液分离装置包括：主体部，上部形成包含气体和液滴的混合流体流入的流入管，下部形成所述气体流出的流出管；旋转扇，以所述主体部的中心为准旋转地安装于所述主体部的内部，使所述液滴通离心力向所述主体部的内部边缘方向移动；液滴引导流路，沿着所述主体部的内部边缘形成，引导被所述旋转扇移动的液滴；液滴排出口，连接于所述液滴引导流路而排出所述液滴。当含气体和液滴的混合流体流入时，本发明主体部内部安装的旋转扇旋转使液滴移动到所述主体内部边缘，引导所述液滴被排到外部，从而增加再循环氢中包含的液滴的捕收量。

Description

燃料电池用气液分离装置及燃料电池系统
技术领域
本发明涉及气液分装置，具体是为再利用燃料电池系统中的未反应氢，使燃料电池系统中生成的发电副产物气液分离的气液分离装置及燃料电池系统。
背景技术
如内燃机具备由供给燃料和空气、冷却、排气装置构成的发动机运转装置，燃料电池汽车的燃料电池发电系统也具备具有类似功能的燃料电池运转装置（Balance of Plant，BOP）。
所述燃料电池汽车的系统运转装置大致分为空气供给系统（Air Process System）、供氢系统（FPS, Fuel Process System）以及水/热控制系统（TMS, Thermal Management System）。
图1是传统的燃料电池汽车的系统运转装置10的简图。根据图1，空气供给系统12为向燃料电堆11供给需与氢产生反应的空气（氧气）的系统，其组成包括空气过滤器、鼓风机等。供氢系统13是向燃料电池堆11供给氢的系统，包括使燃料电池堆11中未反应氢再循环的系统。供氢系统13包括：氢罐、调压器、氢再循环风箱等。水/热控制系统14具有整个系统所需的保持水均衡的功能，以及反应时使燃料电池堆11上发生的热保持适当温度的功能。水/热控制系统14的组成包括散热器、冷却泵、离子泵等。系统运转装置10还包括将燃料电池堆11中反应的空气、氢和水排出的通风孔（vent）系统15。而且所述系统均为本技术领域的普通内容，故不再详述。
另外，燃料电池堆11的阳极和阴极容易热电厂出发电副产物，而且不只是排出水，还有未反应的氢也一起被排出。未反应的氢可以再次向燃料电池堆11的前端循环，以再利用，因此需要将所述水和未反应的水相互分离。
所需配件就是燃料电池用气液分离装置，而传统的燃料电池用气液分离装置采用重力分离（gravity separation）技术，如果流入含气体和液滴的混合流体，则利用所述气体和液滴的密度之差实施重力分离而实现气液分离。
但，利用重力分离的气液分离是气液分离效果不明显，液滴未能完全分离并与气体混合在一起。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有效实施气液分离，可增加再循环氢中含有的液滴捕收量的燃料电池用气液分离装置及及燃料电池系统。
本发明一方面提供一种燃料电池用气液分离装置，包括：主体部，上部形成包含气体和液滴的混合流体流入的流入管，下部形成所述气体流出的流出管；旋转扇，以所述主体部的中心为准旋转地安装于所述主体部的内部，使所述液滴通离心力向所述主体部的内部边缘方向移动；液滴引导流路，沿着所述主体部的内部边缘形成，引导被所述旋转扇移动的液滴；液滴排出口，连接于所述液滴引导流路而排出所述液滴。
所述旋转扇包括：地面板，在所述主体部内部地面可旋转地配置；以及翼片，在所述地面板上部安装有多个。
所述液滴排出口向切向连接于所述液滴引导流路而向既定角度方向下方倾斜地形成。 
所述主体部内部地面有圆筒形凸出部向上凸出形成；
所述旋转扇的地面板下部面形成所述凸出部的边缘被插进的旋转槽。
本发明另一方面提供一种燃料电池系统，包括本发明的燃料电池用气液分离装置。
本发明具有的优点在于：
当含气体和液滴的混合流体流入时，本发明主体部内部安装的旋转扇旋转使液滴移动到所述主体内部边缘，引导所述液滴被排到外部，从而增加再循环氢中包含的液滴的捕收量。
附图说明
图1是传统燃料电池汽车的系统转运装置的简图。
图2是本发明一个实施例的燃料电池用气液分离装置的简图。
图3是图2的气液分离装置中旋转扇在主体部上配备的状态的简单示意图。
图4是图2的气液分离装置的简图。
图中：
10: 传统的燃料电池汽车的系统运转装置;
11: 燃料电池堆;       12: 空气供给系统;
13: 供氢系统;            14: 水/热控制系统;
15: 通风孔系统;       100: 燃料电池用气液分离装置;
110: 主体部;          111: 流入管;
113: 流出管;          115: 凸出部;
120: 旋转扇;          121: 地面板;
123: 翼片;            125: 旋转槽;
130: 液滴引导流路;    140: 液滴排出口;
1: 氢气;                 2: 液滴;
3: 混合流体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例详细进行说明。
图2是本发明一个实施例的燃料电池用气液分离装置100，下称气液分离装置）的简图。根据图2，气液分离装置100可以与燃料电池堆（无图示，见图1的阳极排出口连接安装。所述燃料电池堆的阳极排出口是在燃料电池堆中未反应的氢，以及氢和氧反应生成的水同进被排出。也就是说，所述燃料电池堆的阳极排出口排出氢气和液滴（droplet）。本说明书中将含有所述氢气和液滴的流体称为混合流体。
气液分离装置100可以与所述燃料电池堆的阳极排出口直接或间接地连接。但，为说明上的便利，本说明书是主要围绕气液分离装置100与所述燃料电池堆的阳极排出口直接连接的状态进行说明。
气液分离装置100包括主体部110、主体部110的内部配备的旋转扇120、在主体部110的内部边缘上形成的液滴引导流路130、连接于液滴引导流路130形成的液滴排出口140。
主体部110形成气液分离装置100的主体，但其形态没有限制。例如，主体部110如图2所示，可以高度低的圆筒形状形成。而且主体部110可以形成密封形态。
主体部110的上部面形成混合流体流入的流入管111，主体部110的下部面形成所述混合流体中的液滴被清除的气体流出的流出管113。例如，主体部110的上部面中央有管道形状的流入管111与主体部110垂直地安装，主体部110的下部面中央与流入管111对应的管道状流管出113与主体部110垂直地安装。流入管111和流出管113的直径等不受限制。
含有氢气和液滴的混合流体从流入管111流入，在主体部110内液滴被清除之后只有氢气重新从流出管113流出。
旋转扇120可旋转配置于主体部110的内部。旋转扇120以主体部110的中心为准，安装于主体部110的内部。旋转扇120对流入主体部110流入管111的混合流体实施通过离心力清除液滴的功能。旋转扇120的旋转可以利用混合流体的流速自动地形成，利用连接于旋转扇120的其它驱动源（电动机等，无图示）自动或被动地形成。
旋转扇120可以包括安装于地面板121和地面板121上部的多个翼片123。
地面板121是在主体部110的内部地面上可旋转地配置。图3是图2的气液分离装置100中旋转扇120配置于主体部110的状态简图。
根据图3，主体部110的内部地面形成凸出部115。凸出部115的形态没有限制，例如如图3所示可以形成圆筒形。另一方面，旋转扇120的地面板121下部面可以形成旋转槽125供凸出部115的边缘插入。凸出部115的边缘插入旋转槽125而主体部110的内部地面与旋转扇120的地面板121接合。凸出部115的边缘和旋转槽125的内部缝隙间隔达到既定大小时，旋转扇120的地面板121会沿着凸出部115的边缘旋转。
重新根据图2，旋转扇120的翼片123是在地面板121上部面按等间隔安装多个。翼片123是薄板与地面板121垂直地接合设置的，翼片123以地面板121中心为准形成既定角度的曲线。
液滴引导流路130可以沿着主体部110内部边缘形成。例如，液滴引导流路130如图2所示，沿着主体部110的内部边缘形成既定大小的槽。混合流体流入主体部110的流入管111，则主体部110内部的旋转扇120旋转，在随着旋转扇120的旋转形成的离心力作用下，所述混合流体内的液滴向主体部110内部边缘上的液滴引导流路130移动。在旋转扇120持续旋转形成的离心力的作用下，聚集于液滴引导流路130的液滴向旋转扇120的旋转方向同一个方向移动。
液滴排出口140是与液滴引导流路130连接形成的。具体是，液滴排出口140可以在主体部110的外部边缘的一部分上形成。液滴排出口140是与液滴引导流路130连通形成。例如，液滴排出口140向切向连接于液滴引导流路130，其中液滴排出口140可以向既定角度下方倾斜形成。液滴排出口140实施将在液滴引导流路130流动的液滴排到外部的功能。
图4是图2的气液分离装置100的驱动例的简图。根据图4，主体部110的上部面形成的流入管111连接于燃料电池堆的阳极排出口，从所述阳极排出口排出的混合流体3通过流入管111流入主体部110。而且主体部110内部配备的旋转扇120会自动或被动地旋转。例如，旋转扇120以主体部110的中央为准向顺时针方向旋转。
所述混合流体3包含氢气1和液滴2，其中轻的氢气1不会受到旋转扇120的旋轩影响，会从主体部110的下部面上形成的流出管113流出。另外，液滴2随着旋转扇120的旋转形成的离心力的作用下不会从流出管113流入（液滴的极少部分会与氢气一起从流出管113流出，而是沿着主体部110的内部边缘上具备的液滴引导流路130移动。
液滴引导流路130的一部分与液滴排出口140连通，沿着液滴引导流路130移动的液滴2可以通过液滴排出口140排到外部。随之流入气液分离装置100的混合流体相互分离为氢气1和液滴2而分别被排出。
如上所述，本发明的实施例是包含气体和液滴的混合流体流入时主体部内部安装的旋转扇旋转，使液滴向所述主体部内部边缘移动，引导所述液滴被排到外部，从而增加再循环氢中含有的液滴的捕收量。
本发明还可以提供包含上述的燃料电池用气液分离装置的燃料电池系统。所述燃料电池系统可以应用于汽车的发电装置乃至各种发电装置。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所述的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例所述技术方案的范围。本发明的保护范围应根据下述的权利要求范围进行解释，而且在其同等范围内的所有技术方案应都属于本发明的权利要求范围。

Claims (5)

1.一种燃料电池用气液分离装置，其特征在于，包括：
主体部，上部形成包含气体和液滴的混合流体流入的流入管，下部形成所述气体流出的流出管；
旋转扇，以所述主体部的中心为准旋转地安装于所述主体部的内部，使所述液滴通离心力向所述主体部的内部边缘方向移动；
液滴引导流路，沿着所述主体部的内部边缘形成，引导被所述旋转扇移动的液滴；
液滴排出口，连接于所述液滴引导流路而排出所述液滴。
2.根据权利要求1所述的燃料电池用气液分离装置，其特征在于，所述旋转扇包括：
地面板，在所述主体部内部地面能够旋转地配置；以及
翼片，在所述地面板上部安装有多个。
3.根据权利要求1所述的燃料电池用气液分离装置，其特征在于，所述液滴排出口向切向连接于所述液滴引导流路而向既定角度下方倾斜地形成。
4.根据权利要求2所述的燃料电池用气液分离装置，其特征在于，
所述主体部内部地面有圆筒形凸出部向上凸出形成；
所述旋转扇的地面板下部面形成所述凸出部的边缘被插进的旋转槽。
5.一种燃料电池系统，其特征在于，
包括权利要求1至权利要求4中任意一项所述的燃料电池气液分离装置。
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