CN211530096U - 水平式燃料电池氢气与空气混合及液相存储器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种水平式燃料电池氢气与空气混合及液相存储器，它解决了燃料电池尾气无害化处理等问题，其包括气水分离器，气水分离器的排气口通过过滤器和尾气排空端相连，气水分离器的排水口和储液罐的进液口相连，储液罐的出液口和排放端相连，气水分离器包括分离壳体，分离壳体内设有分隔呈上腔体和下腔体的静态混合单元，在上腔体内设有若干挡流板，且空气入口与一个沿下腔体水平延伸设置的毛细管组件相连通，且毛细管组件具有若干布气孔，分离壳体底部具有导流部，排水口设置在导流部底部，且导流部周向内侧形成临时储液室。本实用新型具有氢气降解充分、气水分离效果好等优点。

Description

水平式燃料电池氢气与空气混合及液相存储器

技术领域

本实用新型属于燃料电池尾气处理技术领域，具体涉及一种水平式燃料电池氢气与空气混合及液相存储器。

背景技术

燃料电池其原理是通过电化学反应，将化学能转化成电能。其工作时，需不断将氢气和氧气供入燃料电池电堆内部反应，与此同时，还要排出氢气等摩尔量的反应产物水。其中氧气供给一般采用空气，通过空压机加压送入燃料电池电堆，因空气中氧气储存量大，故不需要经循环再次利用，在反应结束后，空气中的残余氧气及不参加反应的其它气体，以及水和水蒸气将以尾气的方式直接进行排放。其中氢气供给由系统的供氢系统提供，反应结束后，残余的氢气经氢气循环泵将被再次循环利用进入燃料电池电堆。为降低氢气循环泵的工作负荷，以及堵塞燃料电池电堆极板流道，诱发燃料电池故障，需将残余氢气中的水及水蒸气分离出来，分离出来的水和水蒸气将以尾气的方式进行排放。在燃料电池停止工作时，残余氢气不需循环进入电堆，亦需要作为尾气及时排放。依据氢气的理化性质，需要对其进行无害化处理。目前国内车用储氢装置以耐高压铝胆碳纤维气瓶为主，压力等级35MPa，以4组140L气瓶组为例，因其能过存储13.276kg氢气，系统完全消耗完这些氢气，将产生119.484kg的水及水蒸气。燃料电池产生的水虽然无环境污染，但是若不分离储存而直接排放到道路上，易使道路湿滑，影响汽车行驶。

为了解决现有技术存在的不足，人们进行了长期的探索，提出了各式各样的解决方案。例如，中国专利文献公开了一种一种氢能尾气处理装置[201821216902.9]，其包括第一输入管道、安装于第一输入管道上的电磁阀及连通所述第一输入管道的自呼吸燃料小电池，还包括通过所述第一输入管道连通所述呼吸燃料小电池的稀释块，所述稀释块包括用于稀释氢气的主体、位于所述主体一侧边的第一进气口和第二进气口、位于所述主体另一侧边的排气口及位于所述主体的底部的排水口，所述氢能尾气处理装置还包括用于输入空气的第二输入管道，稀释块的第一进气口连通第一输入管道，第二输入管道连通稀释块的第二进气口。

上述方案在一定程度上解决了氢燃料电池尾气无害化处理的问题，但是该方案依然存在着诸多不足，例如处理后产生的水未分离储存等问题。

发明内容

本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种设计合理，气水分离排放的水平式燃料电池氢气与空气混合及液相存储器。

为达到上述目的，本实用新型采用了下列技术方案：本水平式燃料电池氢气与空气混合及液相存储器，包括气水分离器，气水分离器上分别具有氢气入口、空气入口、排气口以及排水口，且气水分离器的排气口通过过滤器和尾气排空端相连，气水分离器的排水口和储液罐的进液口相连，储液罐的出液口和排放端相连，气水分离器包括水平设置且具有内腔的分离壳体，分离壳体内设有水平设置且能将内腔分隔呈上腔体和下腔体的静态混合单元，且氢气入口设置在分离壳体上端一侧且与上腔体一端相连通，排气口设置在分离壳体上端另一侧且与上腔体另一端相连通，在上腔体内设有若干呈竖直设置且一一错位分布的挡流板，且空气入口设置在分离壳体下端一侧且与一个沿下腔体水平延伸设置的毛细管组件相连通，且毛细管组件具有若干水平分布设置的布气孔，分离壳体底部具有向下延伸设置的导流部，排水口设置在导流部底部，且导流部周向内侧形成位于下腔体下方且与排水口相连通的临时储液室。通过挡流板和静态混合单元，帮助水汽快速凝结集中到临时储液室中，减少排气口排气的水汽含量。

在上述的水平式燃料电池氢气与空气混合及液相存储器中，挡流板分为两组，一组为若干依次等间距竖直设置在分离壳体顶部内壁的上挡流板，另一组为若干依次等间距竖直设置在静态混合单元上端的下挡流板，且上挡流板和下挡流板一一错位分布设置。上挡流板和下挡流板竖直交替设置，延长了气体通道长度，便于水汽在挡流板上凝结。

在上述的水平式燃料电池氢气与空气混合及液相存储器中，毛细管组件包括水平设置在下腔体内的毛细管体，布气孔依次均匀分布设置在毛细管体周向外侧，且毛细管体一端具有固定穿设于分离壳体上的空气连接管，空气入口形成于空气连接管远离和毛细管体相连的一端。毛细管组件将空气中的氧气均匀传输至静态混合单元下方与氢气反应，减少了排气口排出气体中的氢气含量。

在上述的水平式燃料电池氢气与空气混合及液相存储器中，空气连接管和毛细管体连为一体式结构，且空气连接管的直径大小大于毛细管体的直径大小。空气连接管直径较大，有利于通入更多的空气。

在上述的水平式燃料电池氢气与空气混合及液相存储器中，储液罐内具有液位监测单元和/或温度检测单元，且液位监测单元与温度检测单元均与控制系统相连。液位监测单元与温度检测单元随时监测储液罐内状况。

在上述的水平式燃料电池氢气与空气混合及液相存储器中，氢气入口通过第一电磁阀和废气氢气入口端相连，空气入口通过第二电磁阀和残余空气入口端相连，且储液罐的出液口排放端之间设有第三电磁阀，且第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀均与控制系统相连，保证气水分离器的工作状态稳定。

在上述的水平式燃料电池氢气与空气混合及液相存储器中，温度检测单元为设置在储液罐内的温度传感器，温度传感器和控制系统相连，且控制系统连接有设置在储液罐内的伴热装置。天气寒冷时，伴热装置加热储液罐，避免罐内结冰堵塞。

在上述的水平式燃料电池氢气与空气混合及液相存储器中，液位监测单元为设置在储液罐内的液位计，且液位计和控制系统相连，帮助使用者了解罐内储水量。

在上述的水平式燃料电池氢气与空气混合及液相存储器中，导流部包括相互对应设置且均倾斜向下延伸设置的第一倾斜部和第二倾斜部，排水口设置在第一倾斜部下端和第二倾斜部下端之间，且第一倾斜部上端连接有水平设置的平直部，且平直部延伸至分离壳体下端一侧，且第二倾斜部上端延伸至分离壳体下端另一侧。第一倾斜部和第二倾斜部互相配合，将水集中到临时储液室后输送到储液罐内。

在上述的水平式燃料电池氢气与空气混合及液相存储器中，第一倾斜部、第二倾斜部和平直部连为一体式结构且共同构成分离壳体的底部。一体式设计有利于气水分离器的安装使用。

与现有的技术相比，本实用新型的优点在于：空气与氢气充分混合反应，降低了排出气体中氢气的含量；气水分离器中设置的挡流板有助于水汽凝结，降低水气排放量；储液罐将气水分离器排出液体储存，避免时随意排放导致的道路湿滑。

附图说明

图1是本实用新型的气水分离器的结构示意图；

图2是本实用新型的整体结构示意图；

图中，气水分离器1、氢气入口11、空气入口12、排气口13、排水口14、废气氢气入口端15、残余空气入口端16、过滤器2、尾气排空端21、储液罐3、进液口31、出液口4、排放端41、分离壳体5、内腔51、上腔体52、下腔体53、静态混合单元54、挡流板6、上挡流板61、下挡流板62、毛细管组件7、布气孔71、毛细管体72、空气连接管73、导流部8、临时储液室81、第一倾斜部82、第二倾斜部83、平直部84、控制系统9、液位监测单元 91、温度检测单元92、第一电磁阀93、第二电磁阀94、第三电磁阀95、温度传感器96、伴热装置97、液位计98。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。

如图1-2所示，本水平式燃料电池氢气与空气混合及液相存储器，包括气水分离器1，气水分离器1上分别具有氢气入口11、空气入口12、排气口13以及排水口14，且气水分离器1的排气口13通过过滤器2和尾气排空端21相连，气水分离器1的排水口14和储液罐3的进液口31相连，储液罐3的出液口4和排放端41相连，气水分离器1包括水平设置且具有内腔51的分离壳体5，分离壳体5内设有水平设置且能将内腔51分隔呈上腔体52 和下腔体53的静态混合单元54，且氢气入口11设置在分离壳体 5上端一侧且与上腔体52一端相连通，排气口13设置在分离壳体5上端另一侧且与上腔体52另一端相连通，在上腔体52内设有若干呈竖直设置且一一错位分布的挡流板6，且空气入口12设置在分离壳体5下端一侧且与一个沿下腔体53水平延伸设置的毛细管组件7相连通，且毛细管组件7具有若干水平分布设置的布气孔71，分离壳体5底部具有向下延伸设置的导流部8，排水口 14设置在导流部8底部，且导流部8周向内侧形成位于下腔体53 下方且与排水口14相连通的临时储液室81。氢气和空气进入气水分离器1中混合反应，消耗残余氢气同时产生水，在挡流板6 和静态混合单元54的作用下水汽凝结集中输入到储液罐3内。

具体地，挡流板6分为两组，一组为若干依次等间距竖直设置在分离壳体5顶部内壁的上挡流板61，另一组为若干依次等间距竖直设置在静态混合单元54上端的下挡流板62，且上挡流板 61和下挡流板62一一错位分布设置。上挡流板61和下挡流板62 之间的通道连通氢气入口11和排气口13，有效地降低了排出气体中水汽的含量。

进一步地，毛细管组件7包括水平设置在下腔体53内的毛细管体72，布气孔71依次均匀分布设置在毛细管体72周向外侧，且毛细管体72一端具有固定穿设于分离壳体5上的空气连接管 73，空气入口12形成于空气连接管73远离和毛细管体72相连的一端。空气入口12内通入空气，空气从毛细管体72分散到下腔体53中。

更进一步地，空气连接管73和毛细管体72连为一体式结构，且空气连接管73的直径大小大于毛细管体72的直径大小。通入空气时，毛细管体72将空气均匀分散到气水分离器1中。

深入地，储液罐3内具有液位监测单元91和/或温度检测单元92，且液位监测单元91与温度检测单元92均与控制系统9相连。

除此之外，氢气入口11通过第一电磁阀93和废气氢气入口端15相连，空气入口12通过第二电磁阀94和残余空气入口端 16相连，且储液罐3的出液口4和排放端41之间设有第三电磁阀95，且第一电磁阀93、第二电磁阀94和第三电磁阀95均与控制系统9相连。在控制系统9的控制下，气水分离器1内部压强稳定。

同时，温度检测单元92为设置在储液罐3内的温度传感器 96，温度传感器96和控制系统9相连，且控制系统9连接有设置在储液罐3内的伴热装置97。气温较低时，伴热装置97启动加热储液罐3，避免罐内液体结冰堵塞。

可见地，液位监测单元91为设置在储液罐3内的液位计98，且液位计98和控制系统9相连。液位计98配合控制系统9开闭第三电磁阀95。

很明显，导流部8包括相互对应设置且均倾斜向下延伸设置的第一倾斜部82和第二倾斜部83，排水口14设置在第一倾斜部 82下端和第二倾斜部83下端之间，且第一倾斜部82上端连接有水平设置的平直部84，且平直部84延伸至分离壳体5下端一侧，且第二倾斜部83上端延伸至分离壳体5下端另一侧。第一倾斜部 82下端和第二倾斜部83倾斜设置构成临时储液室81，有利于液体集中输送到储液罐3中。

优选地，第一倾斜部82、第二倾斜部83和平直部84连为一体式结构且共同构成分离壳体5的底部。气水分离器1安装完成后，第一倾斜部82和第二倾斜部83构成的临时储液室81位于最底部。

综上所述，本实施例的原理在于：气水分离器1内置交替设置的挡流板6，水汽在运动途中易凝结在挡流板6上，从而减少排气口13排出气体中水汽的含量；氢气入口11内通入尾气，尾气中的氢气与空气中的氧气混合反应，生成的水通过导流部8集中排放到储液罐3内，避免低温天气直接排放导致的道路结冰。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了气水分离器1、氢气入口11、空气入口12、排气口13、排水口14、废气氢气入口端15、残余空气入口端16、过滤器2、尾气排空端21、储液罐3、进液口31、出液口4、排放端41、分离壳体5、内腔51、上腔体52、下腔体53、静态混合单元54、挡流板6、上挡流板61、下挡流板62、毛细管组件7、布气孔71、毛细管体72、空气连接管73、导流部8、临时储液室81、第一倾斜部82、第二倾斜部83、平直部84、控制系统9、液位监测单元91、温度检测单元92、第一电磁阀93、第二电磁阀94、第三电磁阀95、温度传感器96、伴热装置97、液位计98等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

Claims (10)

1.一种水平式燃料电池氢气与空气混合及液相存储器，包括气水分离器(1)，所述的气水分离器(1)上分别具有氢气入口(11)、空气入口(12)、排气口(13)以及排水口(14)，且所述的气水分离器(1)的排气口(13)通过过滤器(2)和尾气排空端(21)相连，所述的气水分离器(1)的排水口(14)和储液罐(3)的进液口(31)相连，所述的储液罐(3)的出液口(4)和排放端(41)相连，其特征在于，所述的气水分离器(1)包括水平设置且具有内腔(51)的分离壳体(5)，所述的分离壳体(5)内设有水平设置且能将内腔(51)分隔呈上腔体(52)和下腔体(53)的静态混合单元(54)，且所述的氢气入口(11)设置在分离壳体(5)上端一侧且与上腔体(52)一端相连通，所述的排气口(13)设置在分离壳体(5)上端另一侧且与上腔体(52)另一端相连通，在上腔体(52)内设有若干呈竖直设置且一一错位分布的挡流板(6)，且所述的空气入口(12)设置在分离壳体(5)下端一侧且与一个沿下腔体(53)水平延伸设置的毛细管组件(7)相连通，且所述的毛细管组件(7)具有若干水平分布设置的布气孔(71)，所述的分离壳体(5)底部具有向下延伸设置的导流部(8)，所述的排水口(14)设置在导流部(8)底部，且所述的导流部(8)周向内侧形成位于下腔体(53)下方且与排水口(14)相连通的临时储液室(81)。

2.根据权利要求1所述的水平式燃料电池氢气与空气混合及液相存储器，其特征在于，所述的挡流板(6)分为两组，一组为若干依次等间距竖直设置在分离壳体(5)顶部内壁的上挡流板(61)，另一组为若干依次等间距竖直设置在静态混合单元(54)上端的下挡流板(62)，且所述的上挡流板(61)和下挡流板(62)一一错位分布设置。

3.根据权利要求2所述的水平式燃料电池氢气与空气混合及液相存储器，其特征在于，所述的毛细管组件(7)包括水平设置在下腔体(53)内的毛细管体(72)，所述的布气孔(71)依次均匀分布设置在毛细管体(72)周向外侧，且所述的毛细管体(72)一端具有固定穿设于分离壳体(5)上的空气连接管(73)，所述的空气入口(12)形成于空气连接管(73)远离和毛细管体(72)相连的一端。

4.根据权利要求3所述的水平式燃料电池氢气与空气混合及液相存储器，其特征在于，所述的空气连接管(73)和毛细管体(72)连为一体式结构，且所述的空气连接管(73)的直径大小大于毛细管体(72)的直径大小。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的水平式燃料电池氢气与空气混合及液相存储器，其特征在于，所述的储液罐(3)内具有液位监测单元(91)和/或温度检测单元(92)，且所述的液位监测单元(91)与温度检测单元(92)均与控制系统(9)相连。

6.根据权利要求5所述的水平式燃料电池氢气与空气混合及液相存储器，其特征在于，所述的氢气入口(11)通过第一电磁阀(93)和废气氢气入口端(15)相连，空气入口(12)通过第二电磁阀(94)和残余空气入口端(16)相连，且所述的储液罐(3)的出液口(4)和排放端(41)之间设有第三电磁阀(95)，且所述的第一电磁阀(93)、第二电磁阀(94)和第三电磁阀(95)均与控制系统(9)相连。

7.根据权利要求5所述的水平式燃料电池氢气与空气混合及液相存储器，其特征在于，所述的温度检测单元(92)为设置在储液罐(3)内的温度传感器(96)，所述的温度传感器(96)和控制系统(9)相连，且所述的控制系统(9)连接有设置在储液罐(3)内的伴热装置(97)。

8.根据权利要求5所述的水平式燃料电池氢气与空气混合及液相存储器，其特征在于，所述的液位监测单元(91)为设置在储液罐(3)内的液位计(98)，且所述的液位计(98)和控制系统(9)相连。

9.根据权利要求1所述的水平式燃料电池氢气与空气混合及液相存储器，其特征在于，所述的导流部(8)包括相互对应设置且均倾斜向下延伸设置的第一倾斜部(82)和第二倾斜部(83)，所述的排水口(14)设置在第一倾斜部(82)下端和第二倾斜部(83)下端之间，且所述的第一倾斜部(82)上端连接有水平设置的平直部(84)，且所述的平直部(84)延伸至分离壳体(5)下端一侧，且所述的第二倾斜部(83)上端延伸至分离壳体(5)下端另一侧。

10.根据权利要求9所述的水平式燃料电池氢气与空气混合及液相存储器，其特征在于，所述的第一倾斜部(82)、第二倾斜部(83)和平直部(84)连为一体式结构且共同构成分离壳体(5)的底部。

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