CN109590119A - 一种冷却式气液分离器 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种冷却式气液分离器，包括内筒体、设置在所述的内筒体内的导气筒，所述的内筒体的上端设置有一筒盖，所述的导气筒的上端部与筒盖的下表面密封连接，所述的导气筒的下端具有一开口，所述的导气筒的外壁上设置有至少一个螺旋片，所述的螺旋片的内侧边缘固定在所述的导气筒的外壁上，所述的螺旋片的外侧边缘与所述的内筒体的内壁密封连接，筒盖上设置有一溢流出口，所述的溢流出口与所述的导气筒相连通。本申请的一种冷却式气液分离器，与现有技术相比，本发明结构简单，可以克服普通气液分离器分离不彻底的弊端，分离效率可达95％以上，解决了燃料电池系统氢气循环回路中的气液混合物二次冷凝问题，提高了燃料电池的综合性能。
Description
技术领域
本申请涉及一种冷却式气液分离器。
背景技术
质子交换膜燃料电池在工作时通常会供给过量的氢气，为了提高燃料利用率，需要加装氢气循环系统来回收多余的氢气。氢气在经过电化学反应后排出电堆时，会携带一定量的水分(包括液态水和水蒸气)。如果不能将水分及时排出系统，将会增加氢气在循环管路中的流阻，降低氢气的回收率，从而影响燃料电池整体的输出性能。此外，质子交换膜燃料电池在低温环境运行时，管路中的积水很可能还会结冰，将进一步加重燃料电池系统的冷启动问题，因此必须对气液混合物中的水分进行有效地分离。
普通的气液分离器通常只能分离混合物中的液态水，并且对于液滴颗粒大小和混合物流速有一定的要求，液滴颗粒过小或混合物流速过低都会降低分离效率。从燃料电池电堆阳极排出的混合物中，包含了颗粒大小不同的液滴、水蒸气、氢气以及极少量的氮气等组分。若仅对液滴进行分离，那么混合物中携带的水蒸气在流经气液分离器后，由于环境的变化可能会发生二次冷凝，仍会影响到燃料电池系统的正常工作。因此，普通的气液分离器不适用于燃料电池系统阳极产物的分离。
发明内容
本申请要解决的技术问题是提供一种冷却式气液分离器。
为了解决上述技术问题，本申请提供了一种冷却式气液分离器，所述的分离器包括内筒体、设置在所述的内筒体内的导气筒，所述的内筒体的上端设置有一筒盖，所述的导气筒的上端部与筒盖的下表面密封连接，所述的导气筒的下端具有一开口，所述的导气筒的外壁上设置有至少一个螺旋片，所述的螺旋片的内侧边缘固定在所述的导气筒的外壁上，所述的螺旋片的外侧边缘与所述的内筒体的内壁密封连接，筒盖上设置有一溢流出口，所述的溢流出口与所述的导气筒相连通。
优选地，所述的内筒体的下端设置有一筒底，所述的筒底设置有一用于将液体排出的底流出口，所述的底流出口处设置有一控制液体流出的电磁阀。
优选地，所述的内筒体外还套设有一外筒体，所述的内筒体与外筒体之间形成一冷却腔体，所述的外筒体上设置有冷却液入口及冷却液出口，所述的冷却液入口位于所述的冷却液出口的下侧。
优选地，所述的筒底上设置有一用于测量筒底内液位的液位传感器。
优选地，所述的导气筒为上部开口小于下部开口的漏斗状。
优选地，所述螺旋片个数有3～10个，螺旋片倾斜角度为1°～30°，厚度小于5mm，螺距为5～30mm，直径为30～150mm，材料为不锈钢等金属或塑料。
优选地，所述液位传感器安装在筒底的壁面外侧，电磁阀用于当液位传感器所测的液位高度大于5～20mm时开启，当液位传感器所测的液位高度低于5～20mm时电磁阀关闭。
优选地，所述的冷却腔体内设置有螺旋状导流板。
本申请的一种冷却式气液分离器，与现有技术相比，本发明结构简单，易于制造，可以克服普通气液分离器分离不彻底的弊端，分离效率可达95％以上，解决了燃料电池系统氢气循环回路中的气液混合物二次冷凝问题，提高了燃料电池的综合性能。此外，本发明所带来的流动压降较小，可适用于更加宽广的液滴颗粒大小和混合物流速范围。
附图说明
图1是一种冷却式气液分离器的结构示意图；
图2是一种冷却式气液分离器的内部结构示意图。
其中：1-内筒体、2-筒盖、3-筒底、4-导气筒、5-螺旋片、6-溢流出口、7-气液混合物入口、8-底流出口、9-外筒体、10-冷却液出口、11-液位传感器、12-电磁阀、13-冷却液入口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本申请并能予以实施，但所举实施例不作为对本申请的限定。
如图所示，本申请提供了一种冷却式气液分离器，所述的分离器包括内筒体1、设置在所述的内筒体1内的导气筒4，所述的内筒体1的上端设置有一筒盖2，所述的导气筒4的上端部与筒盖2的下表面密封连接，所述的导气筒4的下端具有一开口，所述的导气筒4的外壁上设置有至少一个螺旋片5，所述的螺旋片5的内侧边缘固定在所述的导气筒4的外壁上，所述的螺旋片5的外侧边缘与所述的内筒体1的内壁密封连接，筒盖2上设置有一溢流出口6，所述的溢流出口6与所述的导气筒4相连通。所述筒盖2与内筒体1通过焊接相连，本发明也可采用金属浇铸或塑料开模成型等加工方式。所述的内筒体1的下端设置有一筒底3，所述的筒底3设置有一用于将液体排出的底流出口8，所述的底流出口8处设置有一控制液体流出的电磁阀12。所述外筒体9内的冷却液从下方进入，所述内筒体1内的气液混合物从上部进入，所述内筒体1和外筒体9的壁面为不锈钢等具有良好导热性的材料。所述的内筒体1外还套设有一外筒体9，所述的内筒体1与外筒体9之间形成一冷却腔体，所述的外筒体9上设置有冷却液入口12及冷却液出口10，所述的冷却液入口12位于所述的冷却液出口10的下侧。所述气液混合物入口7、溢流出口6和底流出口8与外部氢气循环管路相连，所述冷却液入口12、冷却液出口10与外部冷却系统管路相连，且后者进出口管径比前者略大2～5mm。所述的筒底3上设置有一用于测量筒底3内液位的液位传感器11。所述的导气筒4为上部开口小于下部开口的漏斗状，其上端与溢流出口6相连，下端靠近底流出口8，与底流出口8的距离为20～50mm，材料为不锈钢等金属或塑料。所述螺旋片5个数有3～10个，螺旋片5倾斜角度为1°～30°，厚度小于5mm，螺距为5～30mm，直径为30～150mm，材料为不锈钢等金属或塑料。所述液位传感器11安装在筒底3的壁面外侧，电磁阀12用于当液位传感器11所测的液位高度大于5～20mm时开启，当液位传感器11所测的液位高度低于5～20mm时电磁阀12关闭。在一种优选实施方式中，所述的冷却腔体内设置有螺旋状导流板。
本申请的一种冷却式气液分离器，与现有技术相比，本发明结构简单，易于制造，可以克服普通气液分离器分离不彻底的弊端，分离效率可达95％以上，解决了燃料电池系统氢气循环回路中的气液混合物二次冷凝问题，提高了燃料电池的综合性能。此外，本发明所带来的流动压降较小，可适用于更加宽广的液滴颗粒大小和混合物流速范围。
本发明的工作原理为：冷却液从外筒体9下部的冷却液入口12流入，经内筒体1壁面与气液混合物发生对流换热后从冷却液出口10流出；气液混合物从混合物入口进入内筒体1后，通过带倾斜角度的螺旋片5之间的狭窄通道时，气流速度迅速加快，并沿螺旋片5向下做旋转运动，混合物中原有的液态水和冷凝后的液滴在离心力作用下打到内筒体1壁面上，并在表面张力的作用下附着在壁面上，之后液态水不断聚集形成大的液滴之后，在重力的作用下沿着内筒体1壁面流至下部的筒底3，筒底3中回收的液态水最终在液位传感器11和电磁阀12的控制下排出气液分离器，而氢气则经由导气筒4向上流出。
本申请的一种冷却式气液分离器，与现有技术相比，本发明结构简单，易于制造，可以克服普通气液分离器分离不彻底的弊端，分离效率可达95％以上，解决了燃料电池系统氢气循环回路中的气液混合物二次冷凝问题，提高了燃料电池的综合性能。此外，本发明所带来的流动压降较小，可适用于更加宽广的液滴颗粒大小和混合物流速范围。
以上所述实施例仅是为充分说明本申请而所举的较佳的实施例，本申请的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本申请基础上所作的等同替代或变换，均在本申请的保护范围之内。本申请的保护范围以权利要求书为准。
Claims (8)
1.一种冷却式气液分离器，其特征在于，所述的分离器包括内筒体、设置在所述的内筒体内的导气筒，所述的内筒体的上端设置有一筒盖，所述的导气筒的上端部与筒盖的下表面密封连接，所述的导气筒的下端具有一开口，所述的导气筒的外壁上设置有至少一个螺旋片，所述的螺旋片的内侧边缘固定在所述的导气筒的外壁上，所述的螺旋片的外侧边缘与所述的内筒体的内壁密封连接，筒盖上设置有一溢流出口，所述的溢流出口与所述的导气筒相连通。
2.如权利要求1所述的一种冷却式气液分离器，其特征在于，所述的内筒体的下端设置有一筒底，所述的筒底设置有一用于将液体排出的底流出口，所述的底流出口处设置有一控制液体流出的电磁阀。
3.如权利要求1所述的一种冷却式气液分离器，其特征在于，所述的内筒体外还套设有一外筒体，所述的内筒体与外筒体之间形成一冷却腔体，所述的外筒体上设置有冷却液入口及冷却液出口，所述的冷却液入口位于所述的冷却液出口的下侧。
4.如权利要求2所述的一种冷却式气液分离器，其特征在于，所述的筒底上设置有一用于测量筒底内液位的液位传感器。
5.如权利要求1所述的一种冷却式气液分离器，其特征在于，所述的导气筒为上部开口小于下部开口的漏斗状。
6.如权利要求1所述的一种冷却式气液分离器，其特征在于，所述螺旋片个数有3～10个，螺旋片倾斜角度为1°～30°，厚度小于5mm，螺距为5～30mm，直径为30～150mm，材料为不锈钢等金属或塑料。
7.如权利要求4所述的一种冷却式气液分离器，其特征在于，所述液位传感器安装在筒底的壁面外侧，电磁阀用于当液位传感器所测的液位高度大于5～20mm时开启，当液位传感器所测的液位高度低于5～20mm时电磁阀关闭。
8.如权利要求3所述的一种冷却式气液分离器，其特征在于，所述的冷却腔体内设置有螺旋状导流板。
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