CN111682242B - 一种用于氢燃料电池发动机的气水分离装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于氢燃料电池发动机的气水分离装置，包括分水器壳体、上分水板、下分水板、导流板、遮流板、防波板、电磁阀、电容式接近开关、中间继电器，上分水板、下分水板及导流板对气水混合物进行二级分水，底部遮流板防止气流将集液腔中水搅起，防波板避免液位波动造成排水电磁阀误动作；本发明采用多功能一体化设计，气水分离效果好，抗外部颠簸，并具有自动排水、运行状态检测等功能，结构简单、适用性强、技术难度低、安装运输方便、制造和维护成本低，适于规模化生产。

Description

一种用于氢燃料电池发动机的气水分离装置
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种用于氢燃料电池发动机的气水分离装置。
背景技术
氢燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能通过电化学反应直接转化为电能的发电装置，具有高能量转换效率、高能量密度、低振动噪声、零排放等优点。因此，氢燃料电池被视为21世纪清洁、高效的理想动力装置，是解决资源匮乏和污染恶化这两大问题重要的途径，在新能源汽车、绿色船舶领域具有广阔发展和应用前景。
燃料电池持续稳定运行的关键因素之一是将电化学反应生成的水及时的排出，过量的液态水的存在会阻碍反应气的传质，导致膜电极气体传输通道被水堵塞，增加电池的浓度极化，影响燃料电池持续稳定运行。
目前使用的分水器大部分是变种于空压机除水的通用分水器，形状、体积、重量难以与氢燃料电池发动机相匹配，流量、压力、运行工况、抗外部颠簸能力也与氢燃料电池发动机的需求大不相同，采用的自动排水阀大多是疏水阀，排水需要较高的压力，密封的可靠性、抗外部抖动能力也不能满足要求。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于氢燃料电池发动机的气水分离装置，该装置能够实现对氢气/氧气与液态水的分离，有效保障燃料电池电堆的持续稳定运行。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于氢燃料电池发动机的气水分离装置，包括分水器壳体以及设置在分水器壳体侧壁上的进气口和出气口，所述的分水器壳体内从上至下依次设置有上分水板、导流板、下分水板和遮流板，所述的上分水板和下分水板为抛物面形薄板，所述的导流板为直板，上分水板、导流板、下分水板交错分布于进气口和出气口之间，所述的积液腔内设置有防波板，遮流板下方为积液腔，所述的积液腔内壁设置有防波板，防波板为顶部有透气孔的倒L形，所述的分水器壳体底部外壁分别设置有电容式接近开关、电磁阀和内置续流二极管的中间继电器，所述电容式接近开关的探头位于积液腔的防波板内，用于检测集液腔内的水位，所述中间继电器的输入线圈与电容式接近开关的输出端相连，中间继电器的输出触点与电磁阀的线圈串联，电容式接近开关引出的输出端与电源负的引出端子，作为气水分离装置的运行状态检测端子。
所述的一种用于氢燃料电池发动机的气水分离装置，其中间继电器和电磁阀与电容式接近开关相对设置在分水器壳体两端。
所述的一种用于氢燃料电池发动机的气水分离装置，其遮流板中心部分高于边缘部分。
所述的一种用于氢燃料电池发动机的气水分离装置，其分水器壳体、上分水板、下分水板、遮流板、防波板和导流板为一体式结构的塑料。
所述的一种用于氢燃料电池发动机的气水分离装置，其导流板从进气口上方往出气口方向水平延伸，上分水板从出气口下方往导流板下方延伸，下分水板从出气口下方往导流板上方延伸。
本发明的技术效果是：
1，本发明采用多功能一体化设计，有效地将气液分离、自动排水、运行状态检测集成在一个气水分离装置中；
2，本发明采用二级气液分离措施，气液分离效果好，同时具有抗外界环境颠簸的能力；
3，本发明结构简单、技术难度低、安装运输方便、制造和维护成本低，适于规模化生产。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的电气原理图。
图中标记对应的构件名称为：1—分水器壳体，2—上分水板，3—下分水板，4－遮流板，5－中间继电器，6－电磁阀，7－电容式接近开关，8—防波板，9—导流板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明，实施例如下：
如图1所示，本发明公开了一种用于氢燃料电池发动机的气水分离装置，包括分水器壳体1以及设置在分水器壳体1侧壁上的进气口和出气口，所述的分水器壳体1内从上至下依次设置有上分水板2、导流板9、下分水板3和遮流板4，所述的上分水板2和下分水板3为抛物面形薄板，所述的导流板9为直板，上分水板2、导流板9、下分水板3交错分布于进气口和出气口之间，其中所述的导流板9从进气口上方往出气口方向水平延伸，所述的上分水板2从出气口下方往导流板9下方延伸，所述的下分水板3从出气口下方往导流板9上方延伸，所述的积液腔内设置有防波板8，防波板8为顶部有透气孔的倒L形，位于电容式接近开关7相对的集液腔的内壁上，遮流板4位于分水器壳体1内集液腔顶部，为中心部分高于边缘部分的伞状结构，遮流板4下方为积液腔，遮流板4位于分水器壳体1内集液腔顶部，所述的积液腔内壁设置有防波板8，防波板8为顶部有透气孔的倒L形，所述的分水器壳体1底部外壁分别设置有电容式接近开关7、电磁阀6和内置续流二极管的中间继电器5，中间继电器5和电磁阀6与电容式接近开关7相对设置在分水器壳体1两端，所述电容式接近开关7的探头位于积液腔的防波板8内，用于检测集液腔内的水位，所述中间继电器5的输入线圈与电容式接近开关7的输出端相连，中间继电器5的输出触点与电磁阀6的线圈串联，电容式接近开关7引出的输出端与电源负的引出端子，作为气水分离装置的运行状态检测端子。
结合本发明的结构，对本发明的技术原理作如下说明。
气、液态水混合物从分水器壳体1的入口进入气水分离装置后，气流截面积大大增加，气体流速骤降，由于气体分子惯性较小，液态水滴惯性较大，气体流速下降后沿着下分水板3与导流板9向上流动，液态水滴仍保持较高的水平速度运动，随后附着在下分水板3的下表面与分水器壳体1内壁上，在重力的作用下流进集液腔中。
气体进入下分水板3与导流板9之间的通道后，由于截面积较小，气体、液态水混合物经过时再次以较高的流速速度运动，随后气流的截面积又一次大大增加，气体流速再次骤降，并沿着上分水板2向上运动，而气体中残存的液态水滴仍保持较高的水平速度运动，经上分水板2的下表面与分水器壳体1内壁流入集液腔中，由此形成二次气液分离。
分水器壳体1内集液腔中收集的液态水水位高于电容式接近开关7的探头时，电容式接近开关7通过探头检测到液位变化信号，触点闭合，中间继电器5输入线圈得电、输出触点闭合，排水电磁阀6的线圈得电，分水器开始排水；当分水器壳体1内集液腔中液位低于电容式接近开关7的探头时，电容式接近开关7触点关闭，中间继电器5、排水电磁阀6线圈失电，停止排水。
如图2所示，电容式接近开关7上探头的信号检测端子（signal+、signal-）为分水器的运行提供状态检测。以DC 24V电源为例，当分水器液位高时，信号检测端子（signal+、signal-）之间的电压为DC 24V，当分水器液位低时，信号检测端子（signal+、signal-）之间电压为0V。
在燃料电池系统运行过程中，信号检测端子（signal+、signal-）之间长期未检测到DC 24V电压，则判断为分水器未收集到生成水，或接电容式接近开关7损坏，分水器功能失效；当信号检测端子（signal+、signal-）之间电压长期保持24V，则判断分水器排水电磁阀6处于常开状态，电磁阀漏气6，分水器功能失效；只有在信号检测端子（signal+、signal-）之间间歇性地检测到24V电压，则判断分水器处于正常运行状态。
中间继电器5内置的续流二极管可防止中间继电器5输入线圈失电时自感电流通过信号检测端子（signal+、signal-）损害外部信号检测器件。
所述的分水器壳体1、上分水板2、下分水板3、遮流板4、防波板8和导流板9制作为一整体，材料为工程塑料。分水器壳体1下部的遮流板4中心部分高于边缘部分，用于防止分水器中的气流将集液腔中的水搅起。
防波板8为顶部有透气孔的倒L形，位于分水器壳体1的集液腔的内壁上。当外部环境造成分水器颠簸时，防波板8将集液腔中的波浪挡住，使电容式接近开关7感应处的液位更加平稳，防止集液腔中的波浪导致液位检测失真，造成排水电磁阀的误动作。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种用于氢燃料电池发动机的气水分离装置，其特征在于：包括分水器壳体（1）以及设置在分水器壳体（1）侧壁上的进气口和出气口，所述的分水器壳体（1）内从上至下依次设置有上分水板（2）、导流板（9）、下分水板（3）和遮流板（4），所述的上分水板（2）和下分水板（3）为抛物面形薄板，所述的导流板（9）为直板，上分水板（2）、导流板（9）、下分水板（3）交错分布于进气口和出气口之间，遮流板（4）中心部分高于边缘部分，遮流板（4）下方为积液腔，所述的积液腔内壁设置有防波板（8），防波板（8）为顶部有透气孔的倒L形，所述的分水器壳体（1）底部外壁分别设置有电容式接近开关（7）、电磁阀（6）和内置续流二极管的中间继电器（5），所述电容式接近开关（7）的探头位于防波板（8）内，用于检测集液腔内的水位，所述中间继电器（5）的输入线圈与电容式接近开关（7）的输出端相连，中间继电器（5）的输出触点与电磁阀（6）的线圈串联，所述的中间继电器（5）和电磁阀（6）与电容式接近开关（7）相对设置在分水器壳体（1）两端；所述的分水器壳体（1）、上分水板（2）、下分水板（3）、遮流板（4）、防波板（8）和导流板（9）为一体式结构的塑料，所述的导流板（9）从进气口上方往出气口方向水平延伸，所述的上分水板（2）从出气口下方往导流板（9）下方延伸，所述的下分水板（3）从出气口下方往导流板（9）上方延伸。
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