CN115581972A - 气液两相分离装置及太阳能制氢系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及气液分离技术领域，公开一种气液两相分离装置及包括该气液两相分离装置的太阳能制氢系统。气液两相分离装置包括：主体，其内部形成有波浪形流道，主体的底部沿自身长度方向依次设置有多个贯通结构；疏水组件，其设置于波浪形流道内部，其包括多个疏水钩板，波浪形流道的各个弯曲位置均设置有疏水钩板，各个疏水钩板与波浪形流道的内壁均围成一疏水腔，各个疏水腔的开口均朝向流体的流动方向；排液组件，排液组件包括至少一个排液结构，全部贯通结构中，部分贯通结构与排液结构一一对应并连通，剩余部分贯通结构各通过一个封堵结构封堵，或者，全部贯通结构与排液结构一一对应并连通。该装置分离效率高，且能够及时将液体排出。

Description

气液两相分离装置及太阳能制氢系统

技术领域

本发明涉及气液分离技术领域，特别是涉及一种气液两相分离装置及包括该气液两相分离装置的太阳能制氢系统。

背景技术

目前太阳能制氢过程中常用的波形板气液分离器主要由两块平行并相对设置的波形板构成，两个波形板之间形成波浪形流道。工作时，在波浪形流道弯曲处，由于液滴受到的惯性力大于气流对其的携带剪切力，液滴会脱离气流，撞击并附在波浪形流道内壁上，随着分离过程的推进，波浪形流道内壁上捕集的液滴不断增多，液滴集聚形成了液膜，液膜受自身重力的影响，沿内壁面向下流动，并最终被收集，完成气液两相分离过程。

目前太阳能制氢过程中常用的波形板气液分离器主要存在以下缺陷：

1)、气液分离效率低；

2)、分离器内部分离出的液体经由一个排出结构排出，液体无法及时排出。

因此，如何克服上述缺陷成为本领域技术人员目前所亟待解决的问题。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种气液分离效率高，且液体能够及时排出的气液两相分离装置及包括该气液两相分离装置的太阳能制氢系统。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种气液两相分离装置，包括：主体，所述主体内部形成有波浪形流道，所述主体的底部沿所述主体的长度方向依次设置有多个贯通结构；疏水组件，所述疏水组件设置于所述波浪形流道内部，所述疏水组件包括多个疏水钩板，所述波浪形流道的各个弯曲位置均设置有所述疏水钩板，各个所述疏水钩板与所述波浪形流道的内壁均围成一疏水腔，各个所述疏水腔的开口均朝向流体的流动方向；排液组件，所述排液组件包括至少一个排液结构，全部所述贯通结构中，部分所述贯通结构与所述排液结构一一对应并连通，剩余部分所述贯通结构各通过一个封堵结构封堵，或者，全部所述贯通结构与所述排液结构一一对应并连通。

优选地，所述疏水钩板包括平板和斜板，所述平板通过所述斜板与所述波浪形流道的内壁相连，所述平板与其相对应的所述波浪形流道的内壁相平行，且二者之间具有第一间隙，以形成所述疏水腔，所述平板与所述斜板的连接位置做倒圆角处理。

优选地，气液两相分离装置还包括挡水板，所述挡水板设置于所述波浪形流道的出口端，所述挡水板与所述波浪形流道的一侧内壁相连，且所述挡水板与所述波浪形流道的另一侧内壁之间具有第二间隙。

优选地，所述主体内部还形成有两个直流道，两个所述直流道分别设置于所述波浪形流道的入口端和出口端，且两个所述直流道分别与所述波浪形流道的入口端和出口端相连通，所述主体的顶部设置有分别与两个所述直流道相连通的两个连接接头，且各个所述连接接头内部均能够拆卸的设置有封堵件。

优选地，所述主体的两侧分别设置有入口接头和出口接头，所述入口接头和所述出口接头分别与两个所述直流道相连通。

优选地，所述主体包括顶板、底板、波形板组件、两个直板组件以及两个侧板，所述波形板组件包括两个平行并相对设置的波形板，两个所述直板组件分别设置于所述波形板组件的两端，所述直板组件包括两个平行并相对设置的直板，且两个所述直板的一端分别与两个所述波形板的一端相连，所述顶板和所述底板平行并相对设置，且所述顶板和所述底板分别设置于所述波形板组件及所述直板组件的顶部和底部，各个所述直板组件的两个所述直板远离所述波形板的一端均通过所述侧板连接，两个所述波形板与所述顶板及所述底板围成所述波浪形流道，各所述直板组件与所述顶板、所述底板以及所述侧板均围成所述直流道，所述底板上设置有所述贯通结构。

优选地，所述波浪形流道的弯曲位置均设置有所述贯通结构。

优选地，所述排液结构包括排液管道及疏水阀，所述疏水阀设置于所述排液管道上。

本发明还提供一种太阳能制氢系统，其包括所述的气液两相分离装置。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的气液两相分离装置包括：主体，主体内部形成有波浪形流道，主体的底部沿主体的长度方向依次设置有多个贯通结构；疏水组件，疏水组件设置于波浪形流道内部，疏水组件包括多个疏水钩板，波浪形流道的各个弯曲位置均设置有疏水钩板，各个疏水钩板与波浪形流道的内壁均围成一疏水腔，各个疏水腔的开口均朝向流体的流动方向；排液组件，排液组件包括至少一个排液结构，全部贯通结构中，部分贯通结构与排液结构一一对应并连通，剩余部分贯通结构各通过一个封堵结构封堵，或者，全部贯通结构与排液结构一一对应并连通。通过设置疏水钩板，有效提高了气液两相分离装置的气液分离效率。通过设置多个贯通结构，具体使用时，根据需要开启对应位置的贯通结构，能够及时的将分离出的液体，即本发明中的水排出。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中提供的气液两相分离装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中提供的气液两相分离装置疏水钩板及贯通结构的设置方式示意图；

图3为本发明实施例中提供的太阳能制氢系统的结构示意图；

附图标记说明：100、气液两相分离装置；1、波浪形流道；2、贯通结构；3、疏水腔；301、开口；4、疏水钩板；401、平板；402、斜板；5、挡水板；6、直流道；7、连接接头；8、入口接头；9、出口接头；10、顶板；11、波形板；12、直板；13、侧板；14、U型管压力计；15、排液管道；16、疏水阀；17、蒸汽发生器；18、反应器；19、氢气储存装置。

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做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。

本发明的目的是提供一种气液分离效率高，且液体能够及时排出的气液两相分离装置及包括该气液两相分离装置的太阳能制氢系统。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参考图1-图2所示，本实施例提供的气液两相分离装置100，包括：主体，主体内部形成有波浪形流道1，主体的底部沿主体的长度方向依次设置有多个贯通结构2；疏水组件，疏水组件设置于波浪形流道1内部，疏水组件包括多个疏水钩板4，波浪形流道1的各个弯曲位置均设置有疏水钩板4，各个疏水钩板4与波浪形流道1的内壁均围成一疏水腔3，各个疏水腔3的开口301均朝向流体的流动方向；排液组件，排液组件包括至少一个排液结构，全部贯通结构2中，部分贯通结构2与排液结构一一对应并连通，剩余部分贯通结构2各通过一个封堵结构封堵，或者，全部贯通结构2与排液结构一一对应并连通。需要说明的是，当部分贯通结构2需要开启时，排液结构的数量与封堵结构的数量之和等于贯通结构2的数量，当全部贯通结构2均需要开启时，本实施例提供的气液两相分离装置100无需设置封堵结构，贯通结构2的数量与排液结构的数量一致。

波浪形流道1的宽度越小，分离效果越好。疏水钩板4的存在一方面相当于部分减小了波浪形流道1的宽度，从而提高了分离效率，另一方面工作时，疏水钩板4与波浪形流道1的内壁围成的疏水腔3内会产生局部漩涡，这些漩涡便于小直径液滴的分离，从而提高了小液滴的分离效率，进而增加了整体的分离效率。另外，通过设置多个贯通结构2，能够及时将分离出的液体排出。

具体地，疏水钩板4包括平板401和斜板402，平板401通过斜板402与波浪形流道1的内壁相连，平板401与其相对应的波浪形流道1的内壁相平行，且二者之间具有第一间隙，以形成疏水腔3。

进一步地，疏水钩板4的弯折位置做倒圆角处理。具体地，平板401与斜板402的连接位置，即疏水钩板4的弯折位置，对平板401与斜板402的连接位置做倒圆角处理。二次携带为随着气流的高速流动，将原本附着在板壁的液膜撕裂，从而产生直径更小的液滴混入汽水混合物中。通过对疏水钩板4的弯折位置做倒圆角处理可以减小二次携带，也极大的降低了压降。

具体地，波浪形流道1的弯曲位置均设置有贯通结构2。

一些实施例中，如图2所示，气液两相分离装置100还包括挡水板5，挡水板5设置于波浪形流道1的出口端，挡水板5与波浪形流道1的一侧内壁相连，且挡水板5与波浪形流道1的另一侧内壁之间具有第二间隙。

一些实施例中，如图2所示，主体内部还形成有两个直流道6，两个直流道6分别设置于波浪形流道1的入口端和出口端，且两个直流道6分别与波浪形流道1的入口端和出口端相连通。

进一步地，如图1所示，为了方便测量压降，主体的顶部设置有分别与两个直流道6相连通的两个连接接头7，且各个连接接头7内部均能够拆卸的设置有封堵件。如图3所示，当需要测量压降时，U型管压力计14或其他设备的两端分别与两个连接接头7连通。无需测量时，采用两个封堵件分别将两个连接接头7封死，以免蒸汽流出。

一些实施例中，如图2所示，主体的两侧分别设置有入口接头8和出口接头9，入口接头8和出口接头9分别与两个直流道6相连通。具体使用过程中，待分离的流体自入口接头8进入主体内部，分离出的气体经出口接头9自主体内部排出。

一些实施例中，如图1-图2所示，主体包括顶板10、底板、波形板组件、两个直板组件以及两个侧板13，波形板组件包括两个平行并相对设置的波形板11，两个直板组件分别设置于波形板组件的两端，直板组件包括两个平行并相对设置的直板12，且两个直板12的一端分别与两个波形板11的一端相连，顶板10和底板平行并相对设置，且顶板10和底板分别设置于波形板组件及直板组件的顶部和底部，各个直板组件的两个直板12远离波形板11的一端均通过侧板13连接，两个波形板11与顶板10及底板围成波浪形流道1，各直板组件与顶板10、底板以及侧板13均围成直流道6，底板上设置有贯通结构2。

进一步地，两个波形板11之间的距离、各个直板组件两个直板12之间的距离、入口接头8内径以及出口接头9的内径均与蒸汽发生器17的出口内径相等，这样能保证速度变化不大的情况下尽可能的实现高分离效率和低压降。

具体地，蒸汽发生器17的出口直径为25mm。对应地，两个波形板11之间的距离、各个直板组件两个直板12之间的距离、入口接头8内径以及出口接头9的内径均为25mm。

具体地，波形板11为不锈钢波形板11。各个波形形板均包括六个并排设置，并依次连接的倒V型板，各个倒V型板均采用不锈钢制成。倒V型板包括两个连接板，两个连接板的一端连接，另一端相互远离。

具体地，贯通结构2为贯通孔，贯通结构2的数量为12个，全部贯通结构2依次划分为第一贯通组、第二贯通组、第三贯通组和第四贯通组，第一贯通组、第二贯通组、第三贯通组以及第四贯通组的贯通结构2直径不同，并依次减小，第一贯通组包括8个直径相等的第一贯通结构，第二贯通组件和包括1个第二贯通结构，第三贯穿组件包括1个第三贯通结构，第四贯通组包括2个第四贯通结构，第一贯通结构、第二贯通结构、第三贯通结构以及第四贯通结构直径递减。需要说明的是，将全部贯通结构2分为第一贯通结构、第二贯通结构、第三贯通结构以及第四贯通结构的目的是为了便于区分不同直径的贯通结构2。

一些实施例中，如图3所示，排液结构包括排液管道15及疏水阀16，疏水阀16设置于排液管道15上。具体使用过程中，在分离的水量小于疏水阀16的预设水量时，疏水阀16自动关闭，减少对内部流场流动的影响。相反地，当分离的水量大于疏水阀16的预设水量时，疏水阀16自动打开。

如图3所示，本发明还提供一种太阳能制氢系统，其包括上述任一实施例中所述的气液两相分离装置100。

进一步地，太阳能制氢系统还包括蒸汽发生器17、反应器18以及氢气储存装置19，蒸汽发生器17、气液两相分离装置100、反应器18以及氢气储存装置19依次连通。

具体地，蒸汽发生器17与气液两相分离装置100的入口接头8相连通，反应器18与气液两相分离器的出口接头9相连通。

需要说明的是，蒸汽发生器17、反应器18以及氢气储存装置19的具体结构均属于现有技术，且不属于本发明保护的重点，故在此不再赘述。另外，还需要说明的是本发明提供的气液两相分离装置100，并不仅限于对太阳能制氢过程中的气液两相进行分离，还适用于其它需要进行气液两相分离的场合。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种气液两相分离装置，其特征在于，包括：

主体，所述主体内部形成有波浪形流道，所述主体的底部沿所述主体的长度方向依次设置有多个贯通结构；

疏水组件，所述疏水组件设置于所述波浪形流道内部，所述疏水组件包括多个疏水钩板，所述波浪形流道的各个弯曲位置均设置有所述疏水钩板，各个所述疏水钩板与所述波浪形流道的内壁均围成一疏水腔，各个所述疏水腔的开口均朝向流体的流动方向；

排液组件，所述排液组件包括至少一个排液结构，全部所述贯通结构中，部分所述贯通结构与所述排液结构一一对应并连通，剩余部分所述贯通结构各通过一个封堵结构封堵，或者，全部所述贯通结构与所述排液结构一一对应并连通。

2.根据权利要求1所述的气液两相分离装置，其特征在于，所述疏水钩板包括平板和斜板，所述平板通过所述斜板与所述波浪形流道的内壁相连，所述平板与其相对应的所述波浪形流道的内壁相平行，且二者之间具有第一间隙，以形成所述疏水腔，所述平板与所述斜板的连接位置做倒圆角处理。

3.根据权利要求1所述的气液两相分离装置，其特征在于，还包括挡水板，所述挡水板设置于所述波浪形流道的出口端，所述挡水板与所述波浪形流道的一侧内壁相连，且所述挡水板与所述波浪形流道的另一侧内壁之间具有第二间隙。

4.根据权利要求1所述的气液两相分离装置，其特征在于，所述主体内部还形成有两个直流道，两个所述直流道分别设置于所述波浪形流道的入口端和出口端，且两个所述直流道分别与所述波浪形流道的入口端和出口端相连通，所述主体的顶部设置有分别与两个所述直流道相连通的两个连接接头，且各个所述连接接头内部均能够拆卸的设置有封堵件。

5.根据权利要求4所述的气液两相分离装置，其特征在于，所述主体的两侧分别设置有入口接头和出口接头，所述入口接头和所述出口接头分别与两个所述直流道相连通。

6.根据权利要求4所述的气液两相分离装置，其特征在于，所述主体包括顶板、底板、波形板组件、两个直板组件以及两个侧板，所述波形板组件包括两个平行并相对设置的波形板，两个所述直板组件分别设置于所述波形板组件的两端，所述直板组件包括两个平行并相对设置的直板，且两个所述直板的一端分别与两个所述波形板的一端相连，所述顶板和所述底板平行并相对设置，且所述顶板和所述底板分别设置于所述波形板组件及所述直板组件的顶部和底部，各个所述直板组件的两个所述直板远离所述波形板的一端均通过所述侧板连接，两个所述波形板与所述顶板及所述底板围成所述波浪形流道，各所述直板组件与所述顶板、所述底板以及所述侧板均围成所述直流道，所述底板上设置有所述贯通结构。

7.根据权利要求1所述的气液两相分离装置，其特征在于，所述波浪形流道的弯曲位置均设置有所述贯通结构。

8.根据权利要求1所述的气液两相分离装置，其特征在于，所述排液结构包括排液管道及疏水阀，所述疏水阀设置于所述排液管道上。

9.一种太阳能制氢系统，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的气液两相分离装置。

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