CN109999591A - 组合式气水分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种组合式气水分离装置，具备：上部开口且下部设有排水口的壳体，安装于排水口上的电磁阀，覆盖壳体的上部开口、且形成有相互独立的出气口和蜗壳进气口、与蜗壳进气口相连的蜗壳旋转室的上盖，与壳体同轴地位于壳体内部、且以与出气口连通的形式安装于上盖的套筒，和与壳体同轴地安装于套筒的下部的滤芯。根据本发明的组合式气水分离装置集成了旋风分离器及滤芯过滤器的功能，无需安装导流叶片，具有结构小巧、压降低、水分离效果好、安装灵活等有益效果。

Description

组合式气水分离装置

技术领域

本发明涉及汽车动力系统，一种组合式气水分离装置。

背景技术

目前，我国燃料电池汽车相关系统技术和产业链尚未成熟，多种零部件有待开发优化。在燃料电池系统中，供应氢气的计量比大于1，未反应的氢气形成循环气路，封闭的循环使管路中存在燃料电池电堆反应产生的液态水，需将其定期排出。因此在燃料电池系统中需使用结构小巧，具有一定储水能力，且高效的气水分离装置分离管道中的液态水，以保证燃料电池较高的工作性能。

现有的车用气水分离器主要采用滤芯过滤，借鉴空气压缩机所使用的气水分离器，滤芯顶部安装有导流叶片，但导流叶片的导流作用十分有限，并不能形成充分的旋转气流促进液滴从气体中的分离。且在不同工况下，气体流量改变时，尤其是增大气体流量时，分离效果不稳定或有所降低，使氢气管路中仍存在一定的液态水，影响燃料电池电堆工作性能。

发明内容

发明要解决的问题：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种能通过小巧简单的结构避免气水分离不彻底、分离效果不稳定的组合式气水分离装置。

解决问题的技术手段：

本发明提供一种组合式气水分离装置，具备：

上部开口且下部设有排水口的壳体，

安装于所述排水口上的电磁阀，

覆盖所述壳体的上部开口、且形成有相互独立的出气口和蜗壳进气口、与所述蜗壳进气口相连的蜗壳旋转室的上盖，

与所述壳体同轴地位于所述壳体内部、且以与所述出气口连通的形式安装于所述上盖的套筒，和

与所述壳体同轴地安装于所述套筒的下部的滤芯。

根据本发明，由于在上盖形成有蜗壳旋转室，因而能在上盖内部促进进气形成高速旋转气流，分离效率高。而上盖附近处安装有套筒，其具有稳定气体旋流的作用，因而在无需安装导流叶片的条件下形成更强的旋流效果。同时通过滤芯进一步强化过滤效果，可实现高效气水分离。蜗壳进气口与壳体内的套筒的组合相比于导流叶片可显著提高气体旋流效果，使燃料电池在工况范围内具有稳定高效的气水分离效果。因此，本发明的组合式气水分离装置集成了旋风分离器及滤芯过滤器的功能，无需安装导流叶片，具有结构小巧、压降低、水分离效果好、安装灵活等有益效果。

也可以是，本发明中，还包括与所述壳体同轴地安装于所述滤芯的下部、且与所述壳体下方内部形成储水腔的伞形挡板。由此，伞形挡板可防止中心向上旋转气流夹带液态水进入出气口影响分离效果。

也可以是，本发明中，所述伞形挡板顶部设有固定所述滤芯的卡槽。由此，可进一步夹紧固定滤芯。

也可以是，本发明中，所述上盖中面向壳体的一侧上形成有带螺纹的环形隔板。由此，可通过环形隔板连接固定套筒。

也可以是，本发明中，所述上盖的中央顶部固定有沿所述壳体的中心轴线延伸至所述壳体内部的螺柱，所述伞形挡板中心设有供所述螺柱穿过的中心孔。由此，螺柱的一端穿过伞形挡板的中心孔而另一端固定于所述上盖的中心处，从而可将伞形挡板、滤芯与壳体更稳定地同轴固定。

也可以是，本发明中，所述套筒的下部还形成有裙边，所述滤芯安装于所述裙边的内侧，所述裙边底部设有固定所述滤芯的卡槽。由此，可通过裙边发挥分离附着水膜的作用，以及夹紧固定滤芯。

也可以是，本发明中，所述壳体的侧壁上安装有温度和/或压力传感器。

也可以是，本发明中，所述滤芯材质为铜、尼龙等材质。

也可以是，本发明中，所述上盖与所述壳体连接处设置有异形密封圈。

也可以是，本发明中，所述上盖与所述壳体通过设置于周边的螺栓连接固定。

发明效果：

本发明能提供一种能通过小巧简单的结构避免气水分离不彻底、分离效果不稳定的组合式气水分离装置。

附图说明

图1是根据本发明的组合式气水分离装置的剖视立体图；

图2是根据本发明的组合式气水分离装置的剖视俯视图；

符号说明：

1 蜗壳进气口，

2 出气口，

3 套筒，

4 滤芯，

5 伞形挡板，

6 螺柱，

7 储水腔，

8 出水口，

9 上盖，

10 壳体，

11 电磁阀，

12 蜗壳旋转室，

13 异形密封圈，

14 环形隔板

15 裙边，

16 中心孔。

具体实施方式

以下结合下述实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。在各图中相同或相应的附图标记表示同一部件，并省略重复说明。

图1是根据本发明的组合式气水分离装置的剖视立体图，图2是根据本发明的组合式气水分离装置的剖视俯视图。在此公开一种组合式气水分离装置，如图1所示包括壳体10和上盖9。壳体10形成为上方开口且中空有底的筒形，其底部形成有出水口8，出水口8上安装有控制排水与否的电磁阀11，本实施形态中出水口8形成于底部正中央、即壳体轴线处，但具体位置可根据具体需求调整。

如图2所示，上盖9覆盖壳体10的上方开口，于侧方形成有蜗壳进气口1，于内部形成有绕壳体10的轴线以半径逐渐缩小的形式旋转的蜗壳旋转室12，蜗壳旋转室12的一端与蜗壳进气口1连通，另一端与壳体10的内部空间连通。又，上盖9上还开设有与蜗壳进气口1相独立的出气口2，其在上盖9与壳体10相向的下侧的中央处沿壳体10的轴线开孔并延伸一段距离，而后于上盖9内部偏转至上盖9的侧方开口。另，上盖9的出气口2的方向无需必须是本实施形态中的侧方开口，完全可根据安装空间需要灵活调整。

如图1所示，在上盖9中面向壳体10的一侧的中央顶部处固定有螺柱6，其沿壳体10的中心轴线穿过出气口2中与壳体10同轴延伸的一部分，并继续向下延伸至壳体10内部，但不与壳体10的底部接触。本实施形态中，螺柱6与上盖9一体成型，但不限于此，也可分体安装而成。

又，上盖9中面向壳体10的一侧上形成有带螺纹的环形隔板14，该环形隔板14与壳体10同轴且形成于出气口2的外围附近，本实施形态中，图1中示出的环形隔板14与上盖9一体形成且与出气口2半径等同，但不限于此，可根据具体需求而定。于环形隔板14下安装并固定有中空的套筒3，套筒3与壳体10同轴且至少一部分位于壳体10的内部。套筒3的内部与出气口2相连通，下部形成有用于分离附着水膜的裙边15。又，裙边15底部设有卡槽用以固定滤芯4。

滤芯4以与壳体10同轴的形式安装于套筒3下部，其底部具有伞形挡板5。相对地，伞形挡板5顶部设有固定滤芯4的卡槽，从而可与裙边15底部的卡槽相配合地进一步夹紧固定滤芯4。伞形挡板5的中心设有供螺柱6穿过的中心孔16。由此，螺柱6的下部一端穿过伞形挡板5的中心孔而上部一端固定于上盖9的中心处，从而可更稳定地固定伞形挡板5、滤芯4，使它们与壳体10始终同轴。另，如图1所示，伞形挡板5的下侧的挡板部分与壳体10下方的内部空间形成了储水腔7。此外，该挡板部分的半径应略小于壳体10内径的尺寸。

因此，如图1所示，壳体10与上盖9形成的内部封闭空间内，下部空间形成为储水腔7，上部空间形成为双层套筒式结构，换言之，上部空间内进一步形成有内外双层空间。其中，上部空间的外层空间由壳体10的内壁、套筒3的外壁、滤芯4（滤芯4内可能存在介质，但此处忽略不计）的外壁和伞形挡板5的一部分形成，并通过上盖9的蜗壳旋转室12和蜗壳进气口1与外部相通，上部空间的内层空间由套筒3的内壁、滤芯4的内壁（滤芯4内可能存在介质，但此处忽略不计）、伞形挡板5的一部分形成，并通过上盖9的出气口2与外部相通。

基于本发明的上述结构，当接近饱和湿度的氢气从蜗壳进气口1进入上盖9的蜗壳旋转室12，从而形成高速旋转气流，该高速旋转气流在套管3的约束下逐渐进入壳体10内部，即上部空间的外层空间。借助于气流高速旋转产生的离心力而将气体中的液态水甩至壳体10内腔壁面上，液态水因重力作用而沿内侧壁面流入储水腔7内，进而通过电磁阀11的控制而经由出水口8排出。其中，伞形挡板5可防止中心向上旋转气流夹带液态水进入出气口2。经初步分离液态水后的壳体10内的旋转气流经由滤芯4进入上部空间的内层空间，与此同时通过滤芯4而进一步分离细小的液滴，达到更高的分离效率，最后气体从出气口2排出至外部。

由此可知，本发明的组合式气水分离装置仅通过蜗壳旋转室12和套筒3在结构紧凑的壳体10内的配合，即可形成更加稳定的旋转气流，无需安装导流叶片。与此同时，本发明还进一步结合了滤芯4的过滤效果，从而保证了更高效的气水分离效果。

此外，本实施形态中，还可以进一地根据需求而在壳体10的侧壁上安装有温度/压力传感器。又，滤芯4材质为铜、尼龙等等可替换材质，但不限于此。上盖9与壳体10可通过螺栓等连接件实现固定安装，但不限于此，例如还可通过卡合等方式连接固定。为了保证密封性，可在上盖9与壳体10连接处设置有异形密封圈13，但其他功能相同的结构设置亦可采用。再者，上盖9可与汽车系统的其他部件进行集成，从而可节省安装空间，降低制造成本等。

根据本发明，由于在上盖9形成有蜗壳旋转室12，因而能在上盖9内部促进进气形成高速旋转气流。而上盖9处安装有套筒3，其具有稳定气体旋流的作用，因而在无需安装导流叶片的条件下形成更强的旋流效果。蜗壳进气口1与壳体10内的套筒3的组合相比于导流叶片可显著提高气体旋流效果，使燃料电池在工况范围内具有稳定高效的气水分离效果。因此，本发明的组合式气水分离装置集成了旋风分离器及滤芯4过滤器的功能，无需安装导流叶片，具有结构小巧、压降低、水分离效果好、安装灵活等有益效果。

以上的具体实施方式对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应当理解的是，以上仅为本发明的一种具体实施方式而已，并不限于本发明的保护范围，在不脱离本发明的基本特征的宗旨下，本发明可体现为多种形式，因此本发明中的实施形态是用于说明而非限制，由于本发明的范围由权利要求限定而非由说明书限定，而且落在权利要求界定的范围，或其界定的范围的等价范围内的所有变化都应理解为包括在权利要求书中。凡在本发明的精神和原则之内的，所做出的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种组合式气水分离装置，其特征在于，具备：

上部开口且下部设有排水口的壳体，

安装于所述排水口上的电磁阀，

覆盖所述壳体的上部开口、且形成有相互独立的出气口和蜗壳进气口、与所述蜗壳进气口相连的蜗壳旋转室的上盖，

与所述壳体同轴地位于所述壳体内部、且以与所述出气口连通的形式安装于所述上盖的套筒，和

与所述壳体同轴地安装于所述套筒的下部的滤芯。

2.根据权利要求1所述的组合式气水分离装置，其特征在于，

还包括与所述壳体同轴地安装于所述滤芯的下部、且与所述壳体下方内部形成储水腔的伞形挡板。

3.根据权利要求2所述的组合式气水分离装置，其特征在于，

所述伞形挡板顶部设有固定所述滤芯的卡槽。

4.根据权利要求1所述的组合式气水分离装置，其特征在于，

所述上盖中面向壳体的一侧上形成有带螺纹的环形隔板。

5.根据权利要求2所述的组合式气水分离装置，其特征在于，

所述上盖的中央顶部固定有沿所述壳体的中心轴线延伸至所述壳体内部的螺柱，所述伞形挡板中心设有供所述螺柱穿过的中心孔。

6.根据权利要求1所述的组合式气水分离装置，其特征在于，

所述套筒的下部还形成有裙边，所述滤芯安装于所述裙边的内侧，所述裙边底部设有固定所述滤芯的卡槽。

7.根据权利要求1所述的组合式气水分离装置，其特征在于，

所述壳体的侧壁上安装有温度和/或压力传感器。

8.根据权利要求1所述的组合式气水分离装置，其特征在于，

所述滤芯材质为铜或尼龙。

9.根据权利要求1所述的组合式气水分离装置，其特征在于，

所述上盖与所述壳体连接处设置有异形密封圈。

10.根据权利要求1所述的组合式气水分离装置，其特征在于，

所述上盖与所述壳体通过设置于周边的螺栓连接固定。