CN116139599A - 一种燃料电池的气水分离器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池的气水分离器，包括主壳体、气水混合输入口、排气口、排水口、隔水板、浮动挡件、固定件和若干抑旋板，隔水板设置于主壳体内腔内，将主壳体内腔分为上腔体和下腔体，浮动挡件包括浮动板、固定杆和封孔板，浮动板固定于固定杆顶部，封孔板固定于固定杆底部，封孔板正对进水孔，固定件包括固定套筒和若干固定底板，固定套筒套住固定杆，且固定杆能够沿固定套筒上下自由运动；固定底板一端连接固定套筒，另一端连接隔水板。本发明通过设置可活动的浮动挡件，利用其自身重力与所受流体力之间的关系，完成自行升降运动，实现自动排水，并且能够在高流量下维持较高的分离效率。

Description

一种燃料电池的气水分离器

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种燃料电池的气水分离器。

背景技术

燃料电池系统的氢气子系统是重要的子系统之一，而氢循环则是该子系统的重要环节。电堆在反应过程中，会在氢出口排出混合气体，其中包括未反应完全的氢气、空气中的氮气以及饱和水蒸气和液态水。回收未反应完全的氢气时，液态水会随着氢气一同进入电堆，造成水淹现象，影响电堆效率，因此需要汽水分离将液态水分离出去。常见的旋风式汽水分离器，结构比较单一，在高流量工况下，分离效率会急剧变差，进而影响整个系统。

现有技术的气水分离器可能会存在的缺点：高功率的燃料电池系统，氢出混合流体的流量较大，气水分离器的分离效率会急剧下降，进而造成电堆“水淹”，影响系统的整体效率。

发明内容

本发明为解决上述技术问题之一，提供一种燃料电池的气水分离器，通过设置可活动的浮动挡件，利用其自身重力与所受流体力之间的关系，完成自行升降运动，实现自动排水，并且能够在高流量下维持较高的分离效率。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种燃料电池的气水分离器，包括主壳体、气水混合输入口、排气口和排水口，气水混合输入口设置于主壳体的侧面，排气口设置于主壳体顶部，排水口设置于主壳体底部；所述气水分离器还包括隔水板、浮动挡件和固定件；

隔水板设置于主壳体内腔内，将主壳体内腔分为上腔体和下腔体，隔水板中央位置设置有进水孔；

所述浮动挡件包括浮动板、固定杆和封孔板，浮动板固定于固定杆顶部，封孔板固定于固定杆底部，浮动板直径小于主壳体内腔直径，封孔板直径大于等于进水孔直径；

所述固定件包括固定套筒和若干固定底板，固定套筒套住所述浮动挡件的固定杆，且固定杆能够沿固定套筒上下自由运动；固定底板一端连接固定套筒，另一端连接隔水板，且浮动挡件的封孔板正对隔水板的进水孔。

进一步的，所述浮动挡件还包括排气孔和若干连接杆，排气孔设置于浮动板中央位置，连接杆顶部连接浮动板，连接杆底部连接固定杆，连接杆使得浮动板和固定杆之间形成间隙。

进一步的，所述封孔板设置有若干滴水孔。

进一步的，所述主壳体为圆柱腔体，所述浮动板和封孔板为圆形，所述隔水板的进水孔为圆形，浮动板直径小于主壳体内腔直径，封孔板直径大于等于进水孔直径。

进一步的，所述排气口为圆形管，且排气口穿过主壳体顶部并深入主壳体的内腔。

进一步的，所述气水分离器还包括抑旋板，抑旋板底面与隔水板固定连接且一侧面与主壳体内壁固定连接，抑旋板位于浮动板和隔水板之间。

采用上述技术方案后，本发明至少具有如下有益效果：本发明设置浮动挡件移动会带动封孔板，进而完成迅速泄水，保持高效的分离效率；设置的固定套筒能够约束浮动挡件上下运动；额外设置的滴水孔，在低功率下、低流量下，聚集在汽水分离内部的液态水会逐渐通过滴水孔滴落下腔体中，完成排放；设置的抑旋板能够防止上腔体底部液态水旋转速度过大，影响液态水排放进入下腔体；本发明通过可活动的浮动挡件结构，利用其自身重力与所受流体力之间的关系，完成自行升降运动，实现自动排水，并且能够在高流量下维持较高的分离效率。

附图说明

图1为本发明气水分离器的立体机构示意图。

图2为本发明气水分离器的立体结构剖视图。

图3为本发明浮动挡件和固定件组合的立体结构示意图。

图4为本发明浮动挡件的立体机构示意图。

图5为本发明浮动挡件的立体结构剖视图。

图6为本发明固定件的立体机构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细说明。

本实施例公开一种燃料电池的气水分离器，如图1至图6所示，气水分离器包括主壳体1、气水混合输入口2、排气口3、排水口4、隔水板5、浮动挡件6、固定件7和若干抑旋板8；

如图1和图2所示，所述主壳体1为圆柱腔体，气水混合输入口2设置于主壳体1的侧面，排气口3设置于主壳体1顶部，排水口4设置于主壳体1底部；优选的，所述排气口3为圆形管，且排气口3穿过主壳体1顶部并深入主壳体1的内腔。如图2所示，所述隔水板5设置于主壳体1内腔内，将主壳体1内腔分为上下两个腔体（上腔体和下腔体），隔水板5中央位置设置有进水孔51，上腔体的液态水可以通过进水孔51进入下腔体。抑旋板8设置于隔水板5上，抑旋板8底面与隔水板5固定连接且抑旋板8一侧面与主壳体1内壁固定连接。气水分离器在使用时，气水混合体从气水混合输入口2进入主壳体1内腔（即进入上腔体），气水混合体沿主壳体1内壁做离心运动，受重力的作用，冷凝后的水从进水孔51流进下腔体，气体从排气口3排出去，而抑旋板8的作用为：能够防止上腔体底部（即隔水板5上方）的液态水旋转速度过大，影响液态水通过进水孔51排放入下腔体。

如图3至图5所示，所述浮动挡件6包括浮动板61、固定杆62和封孔板63，浮动板61固定于固定杆62顶部，封孔板63固定于固定杆62底部。优选的，浮动板61和封孔板63为圆形，隔水板5的进水孔51也为圆形，浮动板61直径小于主壳体1内腔直径，封孔板63直径大于等于进水孔51直径。浮动挡件6还包括排气孔65和若干连接杆64，排气孔65设置于浮动板61中央位置，连接杆64顶部连接浮动板61，连接杆64底部连接固定杆62，连接杆64使得浮动板61和固定杆62之间形成间隙，这样设置的作用为：浮动板61下方的气体可以从浮动板61和固定杆62之间的间隙以及排气孔65排出。所述封孔板63设置有若干滴水孔631。抑旋板8位于浮动板61和隔水板5之间。

如图3和图6所示，所述固定件7包括固定套筒71和若干固定底板72，固定套筒71套住所述浮动挡件6的固定杆62，且固定杆62能够沿固定套筒71上下自由运动；固定底板72一端连接固定套筒71，另一端连接隔水板5，且浮动挡件6的封孔板63正对隔水板5的进水孔51，即浮动挡件6沿固定套筒71下滑到最低点的时候，封孔板63就会封住进水孔51，使得主壳体1上腔体的液态水无法直接通过进水孔51流进下腔体，但是液态水会从封孔板63的滴水孔631流进下腔体。

在一具体实施方式中，燃料电池处于低功率工作状态时，气水混合体会以低速由气水混合输入口2进入主壳体1内腔，在离心力的作用下，氢气会由顶部排气口3排出，液态水及冷凝水则会沿着主壳体1内壁以及穿过隔水板5的进水孔51进入下腔体。在液面较低时（即液面无法托起浮动挡件6），气水混合体对浮动挡件6的作用力小于其自身重力，此时浮动挡件6的封孔板63会闭合进水孔51，少量液态水会从封孔板63的滴水孔631缓慢流进下腔体，下腔体内的液面逐渐上升。随着液面的上升，液态水对浮动挡件6浮力开始增加，在浮力加流体力的共同作用下，浮力加流体力大于浮动挡件6重力，浮动挡件6向上运动，此时封孔板63解除闭合进水孔51，液态水能够在短时间从进水孔51进入主壳体1下腔体。当液态水流入主壳体1下腔体后，浮力加流体力小于浮动挡件6重力，浮动挡件6的封孔板63会重新闭合进水孔51。

在一具体实施方式中，燃料电池处于高功率工作状态时，气水混合体会以高速由气水混合输入口2进入主壳体1内腔，在离心力的作用下，氢气会由顶部排气口3排出，液态水及冷凝水则会沿着主壳体1内壁以及穿过隔水板5的进水孔51进入下腔体。此时由于气流速度更快，液态水对浮动挡件6的流体作用力开始增加，在浮力、流体力的共同作用下，浮动挡件6克服重力，会沿着固定套筒71向上运动，此时封孔板63会打开进水孔51，液态水能够在短时间迅速排向下腔体。当液态水流入下腔体后，液态水对浮动挡件6的流体作用力开始减弱，此时浮动挡件6会在重力的作用下沿着固定套筒71向下回落，并重新闭合进水孔51。燃料电池处于高功率工作状态时，流体力对浮动挡件6的作用会加强，浮动挡件6的上下移动频率也会逐渐增加，及时地对液态水进行排放，能够避免液态水淹过浮动挡件6的浮动板61，出现分离效率下降的问题。在峰值功率运行时，过量水进入分离器后，浮动挡件6的封孔板63能够及时开启，将液态水排向下腔体。

排水口4可外接排水阀，以设定的频率，可控的对储水腔内的液态水进行排放。

封孔板63上下移动时，可能会冲击固定套筒71以及进水孔51，产生噪音，可在封孔板63上下两侧布置橡胶垫，以降低噪音和冲击伤害。

本实施例的浮动挡件6移动会带动封孔板63，进而完成迅速泄水，保持高效的分离效率；固定套筒71能够约束浮动挡件6上下运动。额外设置的滴水孔631，在低功率下、低流量下，聚集在汽水分离内部的液态水会逐渐通过滴水孔631滴落下腔体中，完成排放。抑旋板8能够防止上腔体底部液态水旋转速度过大，影响液态水排放进入下腔体。

本实施例通过可活动的浮动挡件6结构，利用其自身重力与所受流体力之间的关系，完成自行升降运动，实现自动排水，并且能够在高流量下维持较高的分离效率。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解的是，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种等效的变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。

Claims (6)

1.一种燃料电池的气水分离器，包括主壳体、气水混合输入口、排气口和排水口，气水混合输入口设置于主壳体的侧面，排气口设置于主壳体顶部，排水口设置于主壳体底部，其特征在于，还包括隔水板、浮动挡件和固定件；

隔水板设置于主壳体内腔内，将主壳体内腔分为上腔体和下腔体，隔水板中央位置设置有进水孔；

所述浮动挡件包括浮动板、固定杆和封孔板，浮动板固定于固定杆顶部，封孔板固定于固定杆底部，浮动板直径小于主壳体内腔直径，封孔板直径大于等于进水孔直径；

所述固定件包括固定套筒和若干固定底板，固定套筒套住所述浮动挡件的固定杆，且固定杆能够沿固定套筒上下自由运动；固定底板一端连接固定套筒，另一端连接隔水板，且浮动挡件的封孔板正对隔水板的进水孔。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池的气水分离器，其特征在于，所述浮动挡件还包括排气孔和若干连接杆，排气孔设置于浮动板中央位置，连接杆顶部连接浮动板，连接杆底部连接固定杆，连接杆使得浮动板和固定杆之间形成间隙。

3.根据权利要求2所述的一种燃料电池的气水分离器，其特征在于，所述封孔板设置有若干滴水孔。

4.根据权利要求2所述的一种燃料电池的气水分离器，其特征在于，所述主壳体为圆柱腔体，所述浮动板和封孔板为圆形，所述隔水板的进水孔为圆形，浮动板直径小于主壳体内腔直径，封孔板直径大于等于进水孔直径。

5.根据权利要求1所述的一种燃料电池的气水分离器，其特征在于，所述排气口为圆形管，且排气口穿过主壳体顶部并深入主壳体的内腔。

6.根据权利要求1所述的一种燃料电池的气水分离器，其特征在于，还包括抑旋板，抑旋板底面与隔水板固定连接且一侧面与主壳体内壁固定连接，抑旋板位于浮动板和隔水板之间。

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