CN115954503B - 一种氢燃料电池水气分离系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及氢燃料电池水气分离技术领域，具体提出了一种氢燃料电池水气分离系统，包括分离箱，分离箱由分散罩与导排罩以及二者之间连接的分离盒组成。本发明工作时，从涡旋通道内分离出的水会沿着漏水槽、人型槽、排水槽后通过上下相对的漏水孔进入储存盒内，水将阻隔板上的热量吸附对阻隔板进行降温，阻隔板上凝结的水同样通过其下方的排水槽与漏水孔向下流淌对阻隔板进行降温，避免阻隔板长时间对气体进行阻隔后升温，影响水气凝结效果，并且气体从分散罩进入分离通道内时，有部分气体从减流板的下漏槽进入储水盒内，气体中的热量被水吸收，防止凝结的水结冰，而气体中的水蒸气在降温之后发生凝结与氢气脱离，起到两用的效果。
Description
技术领域
本发明涉及氢燃料电池水气分离技术领域，具体提出了一种氢燃料电池水气分离系统。
背景技术
氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置，氢能汽车的工作原理是将氢能汽车储氢装置中的氢气导入氢能汽车燃料电池的电堆中，然后与空气中的氧气反应产生电能从而驱动汽车行驶，燃料电池的电堆中，氢气与氧气发生反应时会导入过量的氢气，未反应完全的氢气会带出大量的水汽，为提高氢气利用率，需要使反应后的剩余氢气经过水气分离器，去除其中的水汽，再经过循环装置输送回电堆继续反应。
氢燃料电池水气分离装置在对气体中的水与氢气进行分离时，常通过主动离心式与重力式对气体中的水与氢气进行分离，但是在分离的过程中，因气体中带有一定的热量，易导致分离腔腔体内的温度升高，而气体中的水的分离不仅需要通过离心与重力的作用，还需要保证腔体内结构的温度低于水蒸气的温度才能达到较好的分离效果，因此腔体内的温度升高会导致水气分离效果不佳。此外，水气分离装置内分离出的水均是定时排出的，而在低温环境下工作时，分离出的水易结冰，影响水气分离装置中的水排出。
发明内容
鉴于上述问题，本申请实施例提供一种氢燃料电池水气分离系统，以解决相关技术中分离腔内的温度上升，影响水气分离的效果以及分离出的水凝结难以排出的技术问题。
为了实现上述目的，本申请实施例提供如下技术方案：一种氢燃料电池水气分离系统，包括：分离箱，分离箱由分散罩与导排罩以及二者之间连接的分离盒组成，分离箱的底部安装有上端开口的储水盒，储水盒的底部安装有排水阀，分散罩与导排罩的内壁均安装有减流板，减流板上开设有下漏槽。
分离盒的顶部通过沿其宽度方向排布的端封板安装有涡旋片，涡旋片与两个端封板之间形成一个涡旋通道，其中一个端封板上安装有与涡旋通道连通的进气管道。
所述分散罩靠近涡旋片的侧壁开设有与涡旋通道连通的进气口，导排罩上开设有干燥口，干燥口的顶部开设有氢气出口，干燥口上设置有对氢气进行干燥的干燥组。
所述分离盒上设置有分离组，分离组包括分离盒上开设的与分散罩、导排罩连通的分离通道，分离通道上下对称布置，分离通道由两个连通的菱形组成，分离通道的菱形中部安装有阻隔板，阻隔板上开设有均匀排布的排气孔，阻隔板与分离通道的上下两侧均留有缝隙，阻隔板上开设有沿其长度方向均匀排布且与排气孔交错的漏水孔，分离通道的上下两侧均开设有排水槽，阻隔板的顶部与分离通道之间安装有对漏水孔与排水槽连通处进行密封的密封组件，涡旋片上每个涡旋弧形的最下端均开设有漏水槽，分离盒的顶部开设有与最上方的两个排水槽连通的人型槽，人型槽与漏水槽通过连接管连通。
所述干燥组包括两个干燥盒与驱动烘干组件，干燥盒内放置有氧化铝干燥剂。
涡旋通道内凝结的水从漏水槽、人型槽然后经过排水槽依次经过上下相对的漏水孔后进入储存盒内，水将阻隔板上的热量吸附对阻隔板进行降温。
在一种可能实施的方式中，所述驱动烘干组件包括干燥口上开设的与其连通的干燥腔，干燥腔与干燥口呈十字型排布，干燥腔沿其长度方向排布的两侧下端面均开设有烘干槽，烘干槽内设置加热丝，导排罩上开设有与干燥腔连通的调节槽，调节槽内滑动连接有调换板，调换板与两个干燥盒连接。
在一种可能实施的方式中，所述密封组件包括阻隔板沿其厚度方向的两个侧壁与分离通道之间连接的密封板，阻隔板顶部安装有沿其长度方向对称布置的导流板，阻隔板的顶部安装有均匀排布的弧形块，弧形块与漏水孔交错排布。
在一种可能实施的方式中，所述导排罩的内壁安装有从上向下依次排布的折流板，折流板位于分离通道上方，折流板呈竖直段向分离盒倾斜的倒L型结构，且折流板的顶部为倾斜结构。
在一种可能实施的方式中，所述涡旋片的侧壁安装有位于涡旋通道内的阻流板，阻流板悬空的一端呈弧形结构，阻流板上开设有排液槽。
在一种可能实施的方式中，所述排气孔呈直径由分散罩向导排罩逐渐减小的锥形结构。
在一种可能实施的方式中，所述阻隔板靠近分散罩的端面安装有位于上下相邻两个排气孔之间的半凸球。
本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：1.本发明所设计的一种氢燃料电池水气分离系统，在对气体中的氢气与水蒸气进行分离时，从涡旋通道内分离出的水会沿着漏水槽、人型槽、排水槽后通过上下相对的漏水孔进入储存盒内，水将阻隔板上的热量吸附对阻隔板进行降温，阻隔板上凝结的水同样通过其下方的排水槽与漏水孔向下流淌对阻隔板进行降温，避免了阻隔板长时间对气体进行阻隔，导致阻隔板较热，影响气体中的水气的凝结效果，并且气体从分散罩进入分离通道内时，有部分气体从减流板的下漏槽进入储水盒内，气体中的热量被水吸收，防止凝结的水结冰，而气体中的水蒸气在降温之后发生凝结与氢气脱离，起到两用的效果。
2.本发明中多次分离之后的氢气从氢气出口排出进入与氢气出口连接的现有的氢气循环泵时，干燥盒上的氧化铝干燥剂再次对氢气中的水进行吸附，从而提高氢气与水的分离效果，防止氢气中的水分影响氢气用量计量，使得实际用氢量低，导致氢燃料电池性能下降或损伤的问题，同时干燥盒可以定时移动烘干，提高了对氢气内水分的干燥效果。
3.本发明中的涡旋通道可以延长气体的流动路径，气体(含水的氢气)经进气管道进入涡旋通道内，然后沿着涡旋通道向分散罩流动，气体中的部分水蒸气在遇到涡旋片的阻挡后凝结在涡旋片的侧壁上，并且气体沿涡旋通道流动的过程中，延长了气体中的水和氢气的分离路径，提高了气体中的水与氢气的分离效果。
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，下面将对实施例或现有技术描述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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本发明的主立体结构示意图。
图2是本发明的局部剖视立体结构示意图。
图3是本发明阻隔板与密封组件的立体结构示意图。
图4是本发明阻隔板与密封组件的剖视图。
图5是本发明的俯视图。
图6是本发明图5的A-A向剖视图。
图7是本发明图6的B处放大图。
图8是本发明图6的C处放大图。
图9是本发明图6的D处放大图。
图10是本发明干燥组的俯向剖视图。
附图标记：1、分离箱；10、分散罩；11、导排罩；12、分离盒；13、储水盒；2、端封板；3、涡旋通道；4、进气管道；5、分离组；6、干燥组。
101、减流板；102、进气口。
110、干燥口；111、氢气出口；112、折流板。
30、阻流板。
50、分离通道；51、阻隔板；510、半凸球；52、排气孔；53、漏水孔；54、排水槽；56、漏水槽；57、人型槽。
55、密封组件；550、密封板；551、导流板；552、弧形块。
60、干燥盒；61、驱动烘干组件；610、干燥腔；611、烘干槽；612、加热丝；613、调节槽；614、调换板。
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。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
参阅图1、图2与图5，一种氢燃料电池水气分离系统，包括：分离箱1，分离箱1由分散罩10与导排罩11以及二者之间连接的分离盒12组成，分离箱1的底部安装有上端开口的储水盒13，储水盒13的底部安装有排水阀，分散罩10与导排罩11的内壁均安装有减流板101，减流板101用于减少流入储水盒13的气体的量，减流板101上开设有下漏槽。
参阅图1、图2与图6，分离盒12的顶部通过沿其宽度方向排布的端封板2安装有涡旋片，涡旋片与两个端封板2之间形成一个涡旋通道3，其中一个端封板2上安装有与涡旋通道3连通的进气管道4。
参阅图6、图8与图10，所述分散罩10靠近涡旋片的侧壁开设有与涡旋通道3连通的进气口102，导排罩11上开设有干燥口110，干燥口110的顶部开设有氢气出口111，干燥口110上设置有对氢气进行干燥的干燥组6。
参阅图2、图3、图4、图6与图7，所述分离盒12上设置有分离组5，分离组5包括分离盒12上开设的与分散罩10、导排罩11连通的分离通道50，分离通道50上下对称布置，分离通道50由两个连通的菱形组成，分离通道50的菱形中部安装有阻隔板51，阻隔板51上开设有均匀排布的排气孔52，阻隔板51与分离通道50的上下两侧均留有缝隙，阻隔板51上开设有沿其长度方向均匀排布且与排气孔52交错的漏水孔53，分离通道50的上下两侧均开设有排水槽54，阻隔板51的顶部与分离通道50之间安装有对漏水孔53与排水槽54连通处进行密封的密封组件55，涡旋片上每个涡旋弧形的最下端均开设有漏水槽56，分离盒12的顶部开设有与最上方的两个排水槽54连通的人型槽57，人型槽57与漏水槽56通过连接管连通。
从电池堆排出的气体(含水的氢气)经进气管道4进入涡旋通道3内，然后沿着涡旋通道3向分散罩10流动，此时随着气体一起进入的水滴沿着涡旋片侧壁向下流，而在气体在沿着涡旋通道3进行弧形旋转时，气体中的部分水蒸气在遇到涡旋片的阻挡后凝结在涡旋片的侧壁上，实现第一次分离，并且涡旋通道3的设置，延长了气体中的水和氢气的分离路径，提高了气体中的水与氢气的分离效果。
经过初步水气分离的气体经过分散罩10后进入分离通道50内，由于分离通道50由两个菱形组成，气体从分离通道50的小口处进入分离通道50内时，部分水凝结在分散罩10上，实现二次分离，然后凝结的水滴沿着分散罩10与减流板101流向储水盒13，而进入分离通道50内的气体与阻隔板51产生撞击时，气体中的氢气从排气孔52向导排罩11流动，水气则凝结在阻隔板51与分离通道50的侧壁上，之后凝结的水滴沿着排水槽54向下流淌，直至进入储水盒13内，通过多次水气分离，有效的提高了氢气与水的分离效果。
涡旋片与阻隔板51上凝结的水可以对阻隔板51起到降温的作用，从涡旋通道3内分离出的水沿着涡旋片的侧壁向漏水槽56流淌与从进气管道4直接进入的水聚集，然后水从人型槽57分流进入排水槽54后进入漏水孔53内，水经过漏水孔53时，将阻隔板51上的热量吸收，从而达到对阻隔板51降温的效果，避免了阻隔板51长时间对气体进行阻隔，导致阻隔板51较热，影响气体中的水气凝结效果的问题，若通过现有需要驱动的降温组件对阻隔板51进行降温，则会导致氢燃料电池水气分离结构较复杂，以及额外消耗氢燃料电池能量的问题。
并且气体从分散罩10进入分离通道50内时，有部分气体从减流板101的下漏槽进入储水盒13内，气体中的热量被水吸收，防止凝结的水结冰，而气体中的水蒸气在降温之后发生凝结与氢气脱离，起到两用的效果。
参阅图6，涡旋通道3内凝结的水从依次经过漏水槽56、人型槽57、排水槽54后穿过上下相对的漏水孔53后进入储水盒13内，水吸收部分阻隔板51上的热量从而对阻隔板51进行降温。
参阅图3与图4，所述密封组件55包括阻隔板51沿其厚度方向的两个侧壁与分离通道50之间连接的密封板550，阻隔板51顶部安装有沿其长度方向对称布置的导流板551，阻隔板51的顶部安装有均匀排布的弧形块552，弧形块552与漏水孔53交错排布。
密封板550与导流板551在阻隔板51的顶部形成了一个与排水槽54连通的聚水腔，以便于水向下流淌时分散进入漏水孔53，同时弧形块552也能够对水进行导向，便于水快速向下流淌。
参阅图6，所述导排罩11的内壁安装有从上向下依次排布的折流板112，折流板112位于分离通道50上方，折流板112呈竖直段向分离盒12倾斜的倒L型结构，且折流板112的顶部为倾斜结构。
从分离通道50分离出的氢气撞击到折流板112上时，氢气在折流板112竖直段倾斜的阻挡作用下沿着折流板112倾斜的竖直段向下流动，增加了氢气与折流板112的接触时间，便于氢气中的水凝结粘附，从而实现再一次的水气分离，进一步提高水气分离的效果，而折流板112顶部的倾斜结构便于凝结的水向下滴落，防止水堆积在折流板112上。
参阅图9，所述涡旋片的侧壁安装有位于涡旋通道3内的阻流板30，阻流板30悬空的一端呈弧形结构，阻流板30上开设有排液槽，气体在涡旋通道3内与阻流板30碰撞后，沿着阻流板30的弧形段产生弧形旋转，并且会有部分水凝结在阻流板30上，进一步提高了水气分离的效果。
参阅图7，所述排气孔52呈直径由分散罩10向导排罩11逐渐减小的锥形结构，气体经过排气孔52时，气体中的液体撞击在排气孔52孔壁上，进而凝结在排气孔52内，排气孔52便于气体水气分离的同时，也便于凝结的水向下流淌。
参阅图7，所述阻隔板51靠近分散罩10的端面安装有位于上下相邻两个排气孔52之间的半凸球510，含水的氢气流在通过阻隔板51时，部分水吸附在半凸球510上然后沿着半凸球510向下滴落，半凸球510增加了阻隔板51的吸水面积。
参阅图8，所述干燥组6包括两个干燥盒60与驱动烘干组件61，干燥盒60内放置有氧化铝干燥剂。
多次分离之后的氢气从氢气出口111排出并进入与氢气出口111连接的现有氢气循环泵时，干燥盒60上的氧化铝干燥剂再次对氢气中的水进行吸附，从而提高氢气与水的分离效果，防止氢气中的水分影响氢气用量计量，使得实际用氢量低，导致氢燃料电池性能下降或损伤的问题。
参阅图8与图10，所述驱动烘干组件61包括干燥口110上开设的与其连通的干燥腔610，干燥腔610与干燥口110呈十字型排布，干燥腔610沿其长度方向排布的两侧下端面均开设有烘干槽611，烘干槽611内设置加热丝612，导排罩11上开设有与干燥腔610连通的调节槽613，调节槽613内滑动连接有调换板614，调换板614与两个干燥盒60连接。
调换板614上安装有带动两个干燥盒60进行定时移动的驱动滑块，当其中一个干燥盒60对经过干燥口110的氢气干燥一定时间之后，驱动滑块带动干燥盒60向相邻的烘干槽611上方移动，而另一个干燥盒60同步向干燥口110移动以对氢气进行干燥，移动至烘干槽611上方的干燥盒60内的氧化铝干燥剂在加热丝612的加热作用下进行烘干干燥，从而使得干燥盒60内的氧化铝干燥剂可以进行循环使用。
工作时，从电池堆排出的气体(含水的氢气)经进气管道4进入涡旋通道3内，然后沿着涡旋通道3向分散罩10流动，此时随着气体的一起进入的水滴沿着涡旋片侧壁向下流，而在气体在沿着涡旋通道3进行弧形旋转时，气体中的部分水蒸气在遇到涡旋片的阻挡后凝结在涡旋片的侧壁上，实现第一次分离，并且气体沿涡旋通道3流动的过程中，增加了气体中的水和氢气的分离路径，提高了气体中的水与氢气的分离效果。
经过初步水气分离的气体经过分散罩10后进入分离通道50内，由于分离通道50由两个菱形组成，气体从分离通道50的小口处进入分离通道50内时，部分水凝结在分散罩10上，实现二次分离，然后凝结的水滴沿着分散罩10与减流板101流向储水盒13，而进入分离通道50内的气体与阻隔板51产生撞击时，气体中的氢气从排气孔52向导排罩11流动，水气则凝结在阻隔板51与分离通道50的侧壁上，之后凝结的水滴沿着排水槽54向下流淌，直至进入储水盒13内，通过多次水气分离，有效的提高了氢气与水的分离效果。
并且涡旋片与阻隔板51上凝结的水可以对阻隔板51起到降温的作用，从涡旋通道3内分离出的水沿着涡旋片的侧壁向漏水槽56流淌与从进气管道4直接进入的水聚集，然后水从人型槽57分流进入排水槽54后进入漏水孔53内，水经过漏水孔53时，将阻隔板51上的热量吸收，从而达到对阻隔板51降温的效果，避免了阻隔板51长时间对气体进行阻隔，导致阻隔板51较热，影响阻隔板51对气体中的水气进行凝结的效果，同时也防止通过驱动对阻隔板51降温，造成氢燃料电池水气分离结构较复杂，以及驱动消耗氢燃料电池能量。
多次分离之后的氢气从氢气出口111排出进入与氢气出口111连接的现有的氢气循环泵时，干燥盒60上的氧化铝干燥剂再次对氢气中的水进行吸附，从而提高氢气与水的分离效果，防止氢气中的水分影响氢气用量计量，使得实际用氢量低，导致氢燃料电池性能下降或损伤的问题。
上述所出现的驱动滑块、加热丝612、排水阀均通过外界的燃料电池主控制器进行控制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、“厚度”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"设置"、“相连”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种氢燃料电池水气分离系统，其特征在于，包括：
分离箱(1)，分离箱(1)由分散罩(10)与导排罩(11)以及二者之间连接的分离盒(12)组成，分离箱(1)的底部安装有上端开口的储水盒(13)，储水盒(13)的底部安装有排水阀，分散罩(10)与导排罩(11)的内壁均安装有减流板(101)，减流板(101)上开设有下漏槽；
分离盒(12)的顶部通过沿其宽度方向排布的端封板(2)安装有涡旋片，涡旋片与两个端封板(2)之间形成一个涡旋通道(3)，其中一个端封板(2)上安装有与涡旋通道(3)连通的进气管道(4)；
所述分散罩(10)靠近涡旋片的侧壁开设有与涡旋通道(3)连通的进气口(102)，导排罩(11)上开设有干燥口(110)，干燥口(110)的顶部开设有氢气出口(111)，干燥口(110)上设置有对氢气进行干燥的干燥组(6)；
所述分离盒(12)上设置有分离组(5)，分离组(5)包括分离盒(12)上开设的与分散罩(10)、导排罩(11)连通的分离通道(50)，分离通道(50)上下对称布置，分离通道(50)由两个连通的菱形组成，分离通道(50)的菱形中部安装有阻隔板(51)，阻隔板(51)上开设有均匀排布的排气孔(52)，阻隔板(51)与分离通道(50)的上下两侧均留有缝隙，阻隔板(51)上开设有沿其长度方向均匀排布且与排气孔(52)交错的漏水孔(53)，分离通道(50)的上下两侧均开设有排水槽(54)，阻隔板(51)的顶部与分离通道(50)之间安装有对漏水孔(53)与排水槽(54)连通处进行密封的密封组件(55)，涡旋片上每个涡旋弧形的最下端均开设有漏水槽(56)，分离盒(12)的顶部开设有与最上方的两个排水槽(54)连通的人型槽(57)，人型槽(57)与漏水槽(56)通过连接管连通；
所述干燥组(6)包括两个干燥盒(60)与驱动烘干组件(61)，干燥盒(60)内放置有氧化铝干燥剂；
涡旋通道(3)内凝结的水从漏水槽(56)、人型槽(57)然后经过排水槽(54)依次经过上下相对的漏水孔(53)后进入储存盒内，水将阻隔板(51)上的热量吸附对阻隔板(51)进行降温；
所述驱动烘干组件(61)包括干燥口(110)上开设的与其连通的干燥腔(610)，干燥腔(610)与干燥口(110)呈十字型排布，干燥腔(610)沿其长度方向排布的两侧下端面均开设有烘干槽(611)，烘干槽(611)内设置加热丝(612)，导排罩(11)上开设有与干燥腔(610)连通的调节槽(613)，调节槽(613)内滑动连接有调换板(614)，调换板(614)与两个干燥盒(60)连接。
2.根据权利要求1所述一种氢燃料电池水气分离系统，其特征在于：所述密封组件(55)包括阻隔板(51)沿其厚度方向的两个侧壁与分离通道(50)之间连接的密封板(550)，阻隔板(51)顶部安装有沿其长度方向对称布置的导流板(551)，阻隔板(51)的顶部安装有均匀排布的弧形块(552)，弧形块(552)与漏水孔(53)交错排布。
3.根据权利要求1所述一种氢燃料电池水气分离系统，其特征在于：所述导排罩(11)的内壁安装有从上向下依次排布的折流板(112)，折流板(112)位于分离通道(50)上方，折流板(112)呈竖直段向分离盒(12)倾斜的倒L型结构，且折流板(112)的顶部为倾斜结构。
4.根据权利要求1所述一种氢燃料电池水气分离系统，其特征在于：所述涡旋片的侧壁安装有位于涡旋通道(3)内的阻流板(30)，阻流板(30)悬空的一端呈弧形结构，阻流板(30)上开设有排液槽。
5.根据权利要求1所述一种氢燃料电池水气分离系统，其特征在于：所述排气孔(52)呈直径由分散罩(10)向导排罩(11)逐渐减小的锥形结构。
6.根据权利要求1所述一种氢燃料电池水气分离系统，其特征在于：所述阻隔板(51)靠近分散罩(10)的端面安装有位于上下相邻两个排气孔(52)之间的半凸球(510)。
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