CN111900437A - 一种汽水分离器及集成式燃料电池系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及汽水分离技术领域，公开了一种汽水分离器及集成式燃料电池系统。汽水分离器包括本体和堵头。本体为一体成型结构，本体包括分离管、第一支管和第二支管，分离管的上端和下端均设置有开口，第一支管和第二支管分别连接在分离管的两侧。堵头为一体成型结构，堵头包括相连接的封堵部和分离部，封堵部封堵在分离管上端的开口处，分离部插设在分离管内，分离部上设置有撞击面，撞击面朝向第一支管与分离管的连通口，分离部上还设置有出气通道，出气通道的入口朝下，出气通道的出口朝向第二支管与分离管的连通口。本发明提供的汽水分离器，分离效率高，结构简单，重量轻，集成度高，可以减少空间占用，同时便于加工和安装。
Description
技术领域
本发明涉及汽水分离技术领域，特别是涉及一种汽水分离器及集成式燃料电池系统。
背景技术
在氢燃料电池系统中，通常利用汽水分离器对氢气与液体进行分离。在燃料电池系统小型化和轻量化的现状和趋势下，对燃料电池系统的集成度和空间利用率的要求也越来越严格。然而，现有的汽水分离器通常集成度较低，占用空间较大，不能满足燃料电池系统对集成度和空间利用率要求。
因此，亟需一种新型的汽水分离器及燃料电池系统，以解决上述问题。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种汽水分离器，结构简单紧凑，集成度高，可以减小空间占用，提高分离效率。
本发明的另一个目的是提供一种集成式燃料电池系统，通过应用上述的汽水分离器，能够提高集成度和空间利用率。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种汽水分离器，包括：
本体，为一体成型结构，所述本体包括分离管、第一支管和第二支管，所述分离管的上端和下端均设置有开口，所述第一支管和所述第二支管分别连接在所述分离管的两侧；
堵头，为一体成型结构，所述堵头包括相连接的封堵部和分离部，所述封堵部封堵在所述分离管上端的开口处，所述分离部插设在所述分离管内，所述分离部上设置有撞击面，所述撞击面朝向所述第一支管与所述分离管的连通口，且所述撞击面与所述分离管的内壁间隔设置，所述分离部上还设置有出气通道，所述出气通道的入口朝下，所述出气通道的出口朝向所述第二支管与所述分离管的连通口。
作为所述汽水分离器的优选方案，还包括电动排水阀，所述电动排水阀安装在所述分离管的下端，用于控制所述分离管下端开口的开闭。
作为所述汽水分离器的优选方案，所述分离管包括相连通的上管体和下管体，所述上管体的内径大于所述下管体的内径，所述封堵部封堵在所述上管体的开口处，所述分离部插设在所述上管体内，所述分离部的下端与所述上管体的底部间隔设置，以形成储液腔，所述电动排水阀安装在所述下管体上。
作为所述汽水分离器的优选方案，所述第一支管与所述分离管的连接位置高于所述第二支管与所述分离管的连接位置。
作为所述汽水分离器的优选方案，所述第一支管与所述分离管之间的夹角为90°。
作为所述汽水分离器的优选方案，所述封堵部的顶部设置有方向标识，所述方向标识用于指示所述出口的朝向。
作为所述汽水分离器的优选方案，所述分离部上还设置有贴合面，所述贴合面与所述撞击面背对设置，所述贴合面与所述分离管的内壁贴合。
作为所述汽水分离器的优选方案，所述汽水分离器的高度H小于或等于210mm，所述汽水分离器的宽度D小于或等于120mm。
作为所述汽水分离器的优选方案，还包括：
第一紧固卡箍，所述封堵部与所述分离管的上端之间通过所述第一紧固卡箍固定；和/或
第二紧固卡箍，所述电动排水阀与所述分离管的下端之间通过所述第二紧固卡箍固定。
一种集成式燃料电池系统，包括如上所述的汽水分离器，还包括燃料电池电堆和氢气循环泵，所述汽水分离器的第一支管与所述燃料电池电堆的氢气出口直接接通，所述汽水分离器的第二支管与所述氢气循环泵的入口直接接通。
本发明提供的汽水分离器及集成式燃料电池系统与现有技术相比，其有益效果在于：
本发明提供的汽水分离器，在使用时，将第一支管与电堆氢气出口接通，将第二支管与氢气循环泵入口接通，由电堆氢气出口出来的混合气体(氢气和水蒸气)进入到第一支管，并由第一支管流至分离管内，进入到分离管内的混合气体会先撞击到堵头的撞击面，迫使混合气体降速，并改变流向，沿着由撞击面和分离管的内壁形成的流道向下流动，通过碰撞、降速、变向和凝聚的方法迫使氢气和液态水珠分离，由于气体和液体的密度不一样，水蒸气液化，凝聚成小水珠，流至分离管的下部并能够由分离管下端的开口排出，氢气密度小，向分离管的上部漂浮，且在氢气循环泵的吸力作用下，氢气将从出气通道的入口进入出气通道，并从出口流出至第二支管中，最终通过第二支管进入氢气循环泵，完成氢气的循环利用。
本发明提供的汽水分离器，结构简单，重量轻，本体采用一体成型结构，将分离管、第一支管和第二支管三个流道集成在一起，结构紧凑，集成度高，可以大大减少空间占用，同时便于加工、安装以及拆卸；同时，堵头也采用一体成型结构，兼具了封堵开口和汽水分离的功能；另外，设计了撞击面，通过碰撞、降速、变向和凝聚的方法迫使氢气和液态水珠分离，分离效率高。
本发明提供的燃料电池系统，通过应用上述的汽水分离器，能够提高集成度和空间利用率，满足燃料电池系统在小型化和轻量化的趋势下对集成度和空间利用率的要求。
附图说明
图1是本发明实施例提供的汽水分离器的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的汽水分离器的剖视图；
图3是本发明实施例提供的堵头的剖视图；
图4是本发明实施例提供的本体的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的本体的剖视图；
图6是本发明实施例提供的堵头在第一角度下的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的堵头在第二角度下的结构示意图；
图8是本发明实施例提供的汽水分离器的尺寸示意图。
图中：
1-本体；11-分离管；111-上管体；112-下管体；12-第一支管；13-第二支管；
2-堵头；21-封堵部；211-方向标识；22-分离部；221-撞击面；222-出气通道；223-入口；224-出口；225-贴合面；
3-电动排水阀；
4-第一紧固卡箍；
5-第二紧固卡箍。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-图3所示，本实施例提供一种汽水分离器，包括本体1和堵头2。本体1为一体成型结构，本体1包括分离管11、第一支管12和第二支管13，分离管11的上端和下端均设置有开口，第一支管12和第二支管13分别连接在分离管11的两侧。堵头2为一体成型结构，堵头2包括相连接的封堵部21和分离部22，封堵部21封堵在分离管11上端的开口处，分离部22插设在分离管11内，分离部22上设置有撞击面221，撞击面221朝向第一支管12与分离管11的连通口，且撞击面221与分离管11的内壁间隔设置，分离部22上还设置有出气通道222，出气通道222的入口223朝下，出气通道222的出口224朝向第二支管13与分离管11的连通口。
本实施例提供的汽水分离器，在使用时，将第一支管12与燃料电池电堆氢气出口接通，将第二支管13与氢气循环泵入口接通，由电堆氢气出口出来的混合气体(氢气和水蒸气)进入到第一支管12，并由第一支管12流至分离管11内，进入到分离管11内的混合气体会先撞击到堵头2的撞击面221，迫使混合气体降速，并改变流向，沿着由撞击面221和分离管11的内壁形成的流道向下流动，通过碰撞、降速、变向和凝聚的方法迫使氢气和液态水珠分离，由于气体和液体的密度不一样，水蒸气液化，凝聚成小水珠，流至分离管11的下部并能够由分离管11下端的开口排出，氢气密度小，向分离管11的上部漂浮，且在氢气循环泵的吸力作用下，氢气将从出气通道222的入口223进入出气通道222，并从出口224流出至第二支管13中，最终通过第二支管13进入氢气循环泵，完成氢气的循环利用。
本实施例提供的汽水分离器，结构简单，重量轻，本体1采用一体成型结构，将分离管11、第一支管12和第二支管13三个流道集成在一起，结构紧凑，集成度高，可以大大减少空间占用，同时便于加工、安装以及拆卸；同时，堵头2也采用一体成型结构，兼具了封堵开口和汽水分离的功能；另外，设计了撞击面221，通过碰撞、降速、变向和凝聚的方法迫使氢气和液态水珠分离，分离效率高。
如图1和图2所示，本实施例提供的汽水分离器还包括电动排水阀3，电动排水阀3安装在分离管11的下端，用于控制分离管11下端开口的开闭。电动排水阀3可以周期性的开启，利用压差的原理，使分离管11内的液体由下端开口排出。
本实施例提供的汽水分离器还包括第一紧固卡箍4，分离管11的上端与封堵部21之间通过第一紧固卡箍4固定。即第一紧固卡箍4抱紧在上管体111的外壁上，以使封堵部21可靠地封堵分离管11上端的开口。
本实施例提供的汽水分离器还包括第二紧固卡箍5，分离管11的下端与电动排水阀3之间通过第二紧固卡箍5固定。即第二紧固卡箍5抱紧在下管体112的外壁上，以保证电动排水阀3与下管体112牢固稳定地连接。
如图4和图5所示，本实施例提供的分离管11包括相连通的上管体111和下管体112，上管体111的内径大于下管体112的内径，封堵部21封堵在上管体111的开口处，分离部22插设在上管体111内，分离部22的下端与上管体111的底部间隔设置，以形成储液腔，电动排水阀3安装在下管体112上。上管体111的上部相当于分离腔，在分离腔分离出来的液体会流至下部的储液腔中，当电动排水阀3打开时，由储液腔中排出。即分离管11不仅集成了分离腔和储液腔，而且集成了安装电动排水阀3的下管体112，结构紧凑，提高了空间利用率。本实施例中，储液腔能够储存75g的水。
优选地，上管体111的内壁与下管体112的内壁之间通过圆弧光滑过渡，以便液体能够顺利地流入储液腔中。
优选地，第一支管12与分离管11的连接位置高于第二支管13与分离管11的连接位置。按照此种方式设置，可以增加由撞击面221和分离管11的内壁形成的流道的长度，保证分离效果，同时可以缩短出气通道222的长度，使分离出的氢气快速排出分离腔。
优选地，第一支管12与分离管11之间的夹角为90°，从而使由第一支管12进入的混合气体能够与撞击面221垂直碰撞，同时以90°方向进行转向，提高分离效果。
具体地，第一支管12和第二支管13均呈L形，且第一支管12的开口与第二支管13的开口朝向相反，以便于分别与燃料电池电堆的氢气出口和氢气循环泵的入口接通。
如图6所示，封堵部21的顶部设置有方向标识211，方向标识211用于指示出口224的朝向。通过设置方向标识211，有利于保证堵头2能够正确安装，使出口224朝向第二支管13，撞击面221朝向第一支管12。具体地，在本实施例中，方向标识211为指示箭头。
如图7所示，分离部22上还设置有贴合面225，贴合面225与撞击面221背对设置，贴合面225与分离管11的内壁贴合。按照此种方式设计，有利于防止在分离管11和分离部22之间形成流动死区。
优选地，如图8所示，汽水分离器的高度H小于或等于210mm，汽水分离器的宽度D小于或等于120mm。鉴于燃料电池电堆的进出口间距为371mm，所以将汽水分离器的高度和宽度分别控制在210mm和120mm内，在此范围内实现汽水分离功能，从电堆出口到电堆入口的氢气回收利用。
优选地，本体1由硅胶材料制成。硅胶材料能够满足汽水混合物对压力和清洁度的要求，同时有利于减轻汽水分离器的重量，降低制作成本。
本实施例还提供一种集成式燃料电池系统，包括上述的汽水分离器，还包括燃料电池电堆和氢气循环泵，汽水分离器的第一支管12与燃料电池电堆的氢气出口直接接通，汽水分离器的第二支管13与氢气循环泵的入口直接接通。即汽水分离器集成在了燃料电池电堆的氢气出口和氢气循环泵的入口之间，以便提高集成度和空间利用率，减少空间占用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种汽水分离器，其特征在于，包括：
本体(1)，为一体成型结构，所述本体(1)包括分离管(11)、第一支管(12)和第二支管(13)，所述分离管(11)的上端和下端均设置有开口，所述第一支管(12)和所述第二支管(13)分别连接在所述分离管(11)的两侧；
堵头(2)，为一体成型结构，所述堵头(2)包括相连接的封堵部(21)和分离部(22)，所述封堵部(21)封堵在所述分离管(11)上端的开口处，所述分离部(22)插设在所述分离管(11)内，所述分离部(22)上设置有撞击面(221)，所述撞击面(221)朝向所述第一支管(12)与所述分离管(11)的连通口，且所述撞击面(221)与所述分离管(11)的内壁间隔设置，所述分离部(22)上还设置有出气通道(222)，所述出气通道(222)的入口(223)朝下，所述出气通道(222)的出口(224)朝向所述第二支管(13)与所述分离管(11)的连通口。
2.根据权利要求1所述的汽水分离器，其特征在于，还包括电动排水阀(3)，所述电动排水阀(3)安装在所述分离管(11)的下端，用于控制所述分离管(11)下端开口的开闭。
3.根据权利要求2所述的汽水分离器，其特征在于，所述分离管(11)包括相连通的上管体(111)和下管体(112)，所述上管体(111)的内径大于所述下管体(112)的内径，所述封堵部(21)封堵在所述上管体(111)的开口处，所述分离部(22)插设在所述上管体(111)内，所述分离部(22)的下端与所述上管体(111)的底部间隔设置，以形成储液腔，所述电动排水阀(3)安装在所述下管体(112)上。
4.根据权利要求1所述的汽水分离器，其特征在于，所述第一支管(12)与所述分离管(11)的连接位置高于所述第二支管(13)与所述分离管(11)的连接位置。
5.根据权利要求1所述的汽水分离器，其特征在于，所述第一支管(12)与所述分离管(11)之间的夹角为90°。
6.根据权利要求1所述的汽水分离器，其特征在于，所述封堵部(21)的顶部设置有方向标识(211)，所述方向标识(211)用于指示所述出口(224)的朝向。
7.根据权利要求1所述的汽水分离器，其特征在于，所述分离部(22)上还设置有贴合面(225)，所述贴合面(225)与所述撞击面(221)背对设置，所述贴合面(225)与所述分离管(11)的内壁贴合。
8.根据权利要求1所述的汽水分离器，其特征在于，所述汽水分离器的高度H小于或等于210mm，所述汽水分离器的宽度D小于或等于120mm。
9.根据权利要求2所述的汽水分离器，其特征在于，还包括：
第一紧固卡箍(4)，所述封堵部(21)与所述分离管(11)的上端之间通过所述第一紧固卡箍(4)固定；和/或
第二紧固卡箍(5)，所述电动排水阀(3)与所述分离管(11)的下端之间通过所述第二紧固卡箍(5)固定。
10.一种集成式燃料电池系统，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的汽水分离器，还包括燃料电池电堆和氢气循环泵，所述汽水分离器的第一支管(12)与所述燃料电池电堆的氢气出口直接接通，所述汽水分离器的第二支管(13)与所述氢气循环泵的入口直接接通。
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