CN211612189U - 氢燃料系统尾气的气液分离器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种氢燃料系统尾气的气液分离器，该气液分离器包括外筒、内筒和冷却水循环装置，外筒上设有进气口、出气口和排液口；内筒位于外筒内，内筒的上下两端呈开口状，内筒的上端与外筒的内壁密封连接，且内筒的下端与外筒的底部间隔预设距离，内筒的外壁与外筒的内壁之间的区域构成用于对尾气进行冷却的液化空间，进气口和排液口分别与液化空间连通，出气口与内筒连通；冷却水循环装置位于液化空间内以用于对液化空间内的尾气进行冷却，冷却水循环装置上具有延伸至外筒外部的进水口和出水口。本实用新型有利于从尾气中将氢气和气态水进行分离，从而有效的降低了氢气中水的含量。

Description

氢燃料系统尾气的气液分离器

技术领域

本实用新型涉及氢燃料电池技术领域，具体涉及一种氢燃料系统尾气的气液分离器。

背景技术

众所周知，氢燃料电池是一种以氢气为燃料的清洁能源，是作为未来清洁能源发展的方向之一，氢燃料电池在使用过程中通常会供给过量的氢气，而为了提高燃料利用率，一般会加装氢气循环系统来回收尾气中多余的氢气。

现有的回收氢气的方式一般是通过普通气液分离器对燃料电池的尾气中的水和氢气进行分离，从而回收尾气中的氢气。但是，普通的气液分离器只能分离尾气中的液态水，由于氢燃料电池尾气的温度较高，尾气中的部分水以气态的形式出现，使得回收的氢气中含水量较高，氢燃料电池以回收的氢气为燃料时，回收的氢气中的气态水容易出现二次液化，从而导致氢燃料电池效率降低。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种氢燃料系统尾气的气液分离器，旨在解决现有气液分离器只能分离液态水和气体的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提出一种氢燃料系统尾气的气液分离器，该气液分离器包括外筒、内筒和冷却水循环装置，所述外筒上设有进气口、出气口和排液口；所述内筒位于所述外筒内，所述内筒的上下两端呈开口状，所述内筒的上端与所述外筒的内壁密封连接，且所述内筒的下端与所述外筒的底部间隔预设距离，所述内筒的外壁与外筒的内壁之间的区域构成用于对尾气进行冷却的液化空间，所述进气口和排液口分别与所述液化空间连通，所述出气口与所述内筒连通；所述冷却水循环装置位于所述液化空间内以用于对所述液化空间内的尾气进行冷却，所述冷却水循环装置上具有延伸至所述外筒外部的进水口和出水口。

优选地，所述冷却水循环装置为套设在所述内筒上的中筒，且所述中筒的上下两端均与所述内筒的外壁密封连接，所述中筒与所述内筒之间的空间用于存储冷却水，且所述进水口位于所述中筒的下端，所述出水口位于所述中筒的上端。

优选地，还包括位于所述液化空间内并与所述中筒的外壁连接的冷却翅片。

优选地，所述冷却翅片所述冷却翅片呈螺旋状并套设在所述中筒上，且所述冷却翅片的内侧与所述中筒的外壁连接。

优选地，所述冷却水循环装置为呈螺旋状布置的冷水管，所述冷水管套设在所述内筒上，且所述冷水管的内侧与所述内筒的外壁密封连接，所述冷水管的外侧与所述外筒的内壁密封连接，以将所述液化空构造成供尾气通过的螺旋气道，所述螺旋气道的上端与所述进气口连通，且所述进水口为所述冷水管的下开口端，所述出水口为所述冷水管的上开口端。

优选地，所述内筒呈由上至下逐渐收缩的漏斗状。

优选地，所述外筒呈由上至下逐渐收缩的漏斗状，且所述排液口位于所述外筒底面的中心位置。

优选地，还包括设置所述外筒内并覆盖设置在所述排液口上的导水盖，且所述导水盖的顶部与所述内筒的下开口端间隔预设距离布置，所述导水盖上设置有与所述排液口连通的导流孔。

优选地，还包括用于检测所述外筒内的液化水液面高度的液位传感器和与所述排液口连通并用于控制液化水排放的控制阀。

优选地，所述液化空间包括多个由上至下层叠布置的温度区域，且每个所述温度区域内均设置有一个所述冷却水循环装置。

本实用新型实施例提供的氢燃料系统尾气的气液分离器，通过利用内筒和外筒之间的区域构成液化空间，同时利用冷却水循环装置对位于液化空间内的尾气进行冷却，以使尾气中的气态水液化成液态水。相对现有技术而言，本实用新型有利于从尾气中将氢气和气态水进行分离，从而有效的降低了氢气中水的含量。

附图说明

图1为本实用新型中氢燃料系统尾气的气液分离器一实施例的整体结构示意图；

图2为图1中所示的氢燃料系统尾气的气液分离器在一视角下的剖视图；

图3为本实用新型中氢燃料系统尾气的气液分离器另一实施例在一视角下的剖视图；

图4为本实用新型中氢燃料系统尾气的气液分离器又一实施例在一视角下的剖视图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制，基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提出一种氢燃料系统尾气的气液分离器，该气液分离器包括外筒10、内筒20和冷却水循环装置30，所述外筒10上设有进气口11、出气口12和排液口13；所述内筒20位于所述外筒10内，所述内筒20的上下两端呈开口状，所述内筒20的上端与所述外筒10的内壁密封连接，且所述内筒20的下端与所述外筒10的底部间隔预设距离，所述内筒20的外壁与外筒10的内壁之间的区域构成用于对尾气进行冷却的液化空间40，所述进气口11和排液口13分别与所述液化空间连通，所述出气口12与所述内筒20连通；所述冷却水循环装置30位于所述液化空间40内以用于对所述液化空间内40的尾气进行冷却，所述冷却水循环装置30上具有延伸至所述外筒10外部的进水口31和出水口32。

本实施例中，如图1和图2所示，外筒10和内筒20均优选采用金属材料制作而成，且内筒20位于外筒10的内部，从而至少可使内筒20的外壁和外筒10的内壁之间的一部分区域构成液化空间400，而冷却水循环装置30则位于液化空间400内，以对液化空间400内的尾气进行冷却，从而使尾气中的水汽液化成液态水。外筒10和内筒20(即液化空间400)的大小可根据燃料电池的功率来进行设置，以能处理燃料电池排放的尾气的最大值即可。优选外筒10和内筒20均圆柱形筒体，且外筒10与内筒20呈同轴状态布置。其中，外筒10上设有用于输入尾气的进气口11、排出氢气的出气口12和排出液化水的排液口13，优选进气口11位于外筒10的周向侧壁上且靠近外筒10的顶面布置以及排液口13位于外筒10的底面以与液化空间40连通，而出气口12位于外筒10的顶面并与内筒20的内部空间连通，至于进气口11、出气口12以及排液口13口径的大小可根据实际情况进行设置，同时，内筒20的上下两端均呈开口状布置。为了方便内筒20固定在外筒10内，内筒20的上端与外筒10的内壁密封连接(密封连接的方式可为焊接)，从而方便构成下端呈开口状的液化空间40。优选内筒20的外壁通过环形连接板50与外筒10的内壁密封连接，且环形连接板50与外筒10内壁的连接处位于进气口11的上方，优选环形连接板50与内筒20连接的位置位于内筒20的上开口端处。同时，内筒20的下开口端与外筒10的底部间隔预设距离，以使内筒20呈吊装状态布置，从而方便使进入到液化空间40内的尾气经过冷却水循环装置30冷却后，尾气中的氢气可沿内筒20的下开口端进入内筒20的内部并从而出气口12排出。冷却水循环装置30的布置形式可根据实际情况进行布置，如呈螺旋状布置的水管或也可以是呈正弦曲线的形式布置的水管，以及位于液化空间40内的水箱等，从而方便对经过液化空间40的尾气进行冷却，冷却水循环装置30具有延伸至外筒10外部的进水口31和出水口32，具体的布置方式可以是进水口31和出水口32均分别与管贯穿外筒10内外侧壁的布置水管连通，以使进水口31和出水口32延伸至外筒10的外部，至于向冷却水循环装置30内输入冷却水的方式利用水泵即可。本实用新型中，内筒20通过环形连接板50与外筒10的内壁密封连接，以使内筒20的外壁和外筒的内壁之间构成用于对尾气进行冷却的液化空间40，同时在液化空间40为设置冷却水循环装置30，利用向冷却水循环装置内输入冷却水，以对通过液化空间40的尾气进行冷却，从而使尾气中的气态水液化成液态水，而氢气则可由液化空间40进入内筒20的内部并从出气口12排出，从而实现了气态水和氢气的分离，有利于降低回收氢气中水的含量，同时有利于避免出现燃料电池利用回收氢气时功率下降的现象。

在一较佳实施例中，如图2所示，为了方便冷却水循环装置30对通过液化空间40的尾气进行冷却，冷却水循环装置30为套设在内筒20上的中筒，且中筒的上下两端均与内筒20的外壁密封连接，以是内筒20的外壁与中筒的内壁之间构成用于存储冷却水的储水空间，同时优选冷却水循环装置30的进水口31位于中筒的下端，出水口32位于中筒的上端，从而方便通过进水口31向储水空间内持续输入冷却水并使冷却水从出水口32排出，从而带走液化空间40的热量以达到对尾气进行冷却的目的，而利用从位于中筒下端的进水口31向储水空间输入冷却水有利于避免出现冷却水升温后加热液化水以使形成气态水的现象。此时，为了内筒20固定在外筒10内的稳定性，还可以在外筒10内设置支撑柱，支撑柱的一端与内筒20的底部连接，另一端与外筒10的内壁连接，优选支撑柱呈竖直状态布置，从而有利于对内筒20形成支撑。

在一较佳实施例中，如图2所示，为了进一步加强对尾气的冷却效果，还包括位于外筒10内的冷却翅片60，且冷却翅片60与中筒的外壁连接，从而有利于将冷却翅片60上的热量传导至中筒上，从而方便位于储水空间内的冷却水吸收热量。其中，冷却翅片60的布置形式可以是多个均匀布置在中筒上的片状体，当然冷却翅片60也可以是多个无序布置在中筒上的片状体。此时，优选中筒和冷却翅片60为金属材料制作而成，从而方便进行热量的传导。

在一较佳实施例中，如图3所示，优选冷却翅片60呈螺旋状布置，且冷却翅片60套设在中筒上，从而有利于增大了尾气与散热面的接触面积。同时，优选冷却翅片60的内侧与中筒的外壁连接，从而有利于利用储水空间内的冷却水对冷却翅片60进行降温。此时优选冷却翅片60的内外两侧呈倾斜状布置，且外侧为较低端，从而有利于位于冷却翅片60上的液化水从冷却翅片60上滑落。同时，为了增加散热效果，优选冷却翅片60的横截面呈等腰三角形状，且冷却翅片60的内侧为该三角形的底面，从而增大冷却翅片60与中筒外壁的接触面积，以此在增加导热性能的基础之上还可节约冷却翅片60的材料成本。当然，冷却翅片60的外侧也可与外筒10的内壁连接，此时优选冷却翅片60与外筒10和中筒的连接方式均采用密封连接，从而利用冷却翅片60将液化空间40构造成供尾气通过的螺旋气道，且该螺旋气道的上端与进气口11连通，以使尾气可在螺旋气道内盘旋下降，从而增大尾气在液化空间40的流动路径，以此增加了对尾气的冷却效果。

在一较佳实施例中，如图3所示，为了进一步增加尾气与冷却翅片60接触的面积，还可在冷却翅片60的表面设置有若干凸片。具体的，凸片可为沿冷却翅片60的螺旋路径设置的螺旋状条状体，相邻两螺旋状条状体间隔的距离和数量可根据实际情况进行布置。具体的布置方式还可以为螺旋状条状体的数量由液化空间40的上端朝向下端逐渐减少，以及相邻两螺旋状条状体间隔的距离由液化空间40的上端朝向下端逐渐增大，从而有利于降低制造成本。当然，凸片还可以是均匀布置在冷却翅片40表面的片状体或圆形凸起。

在一较佳实施例中，如图4所示，冷却水循环装置30为呈螺旋状布置的冷水管，冷水管套设在内筒20上，且优选冷水管的内侧与内筒2的外壁密封连接，冷水管的外侧与外筒10的内壁密封连接，以将液化空间40构成供尾气通过的螺旋气道。同时，螺旋气道的上端与进气口11连通，以使尾气可在螺旋气道内盘旋下降。此时，冷却水循环装置30的进水口31为冷水管的下开口端，出水口32为冷水管的上开口端。当然，冷水管的表面也可参照冷却翅片60的形式布置凸片，以此增大尾气与冷水管的接触面，详细结构在此不做详细说明。此时，还可在内筒的内部也设置冷却翅片，且该冷却翅片与内筒的内壁连接，从而方便对从内筒20的内部空间的氢气进行冷却，以进一步对呈气态的水汽进行液化。其中，该冷却翅片的布置形式可参照上实施例进行布置，在此不作详细说明。

在一较佳实施例中，如图2所示，优选内筒20呈由上至下逐渐收缩的漏斗状，以此减小内筒20下开口端的口径，从而有利于降低液化后的水珠跟随氢气从内筒20的下开口端排出的概率，从而降低了回收氢气中的水含量。此时，上述实施例中的中筒也可跟随内筒20呈由上至下逐渐收缩的漏斗状。

在一较佳实施例中，如图2所示，外筒10的呈由上至下逐渐收缩的漏斗状，且优选排液口13位于外筒10底面的中心位置，从而有利于排出位于外筒10底部的液化水。此时，具体可为外筒10下端的一部分呈漏斗状即可。

在一较佳实施例中，如图2所示，为了防止从内筒20的下开口端滴落的液化水跟随氢气排出，还包括设置在外筒10内并覆盖设置在排液口130上的导水盖70，且导水盖70的顶部与内筒20的下开口端间隔预设距离，预设距离优选为8～12mm，同时，导水盖70上设置有与排液口13连通的导流孔，优选导流孔位于导水盖70的底部，且导流孔为导水盖70的底面向上凹陷的弧形缺口，导流孔布置的方式优选为围绕导水盖70的周向布置，导流孔的数量则可根据实际情况进行布置。其中，优选导水盖70的上端呈锥形壳状体，且锥形壳状体的顶点位于内筒20的轴线上并位于内筒20的内部空间内。此时预设距离即为内筒20的下开口端沿水平方向到锥形壳状体的表面之间的距离，即内筒20下开口端的内壁与锥形壳状体的表面之间存在一定的缝隙，从而使氢气可从该缝隙穿过，而内筒20的下开口端滑落的水珠则可与导水盖70接触后滑落至外筒10的底部。

在一较佳实施例中，为了方便控制位于外筒10底部的液化水排出，还包括液位传感器和控制阀。液位传感器位于外筒10内，液位传感器可检测到也液化水的液面高度，从而在液位传感器检测的数值超过预设值时即可排出液化水。通过控制液化水的液面高度，利于避免液面过高时(即接近或超过内筒的下开口端)氢气带走液化水或氢气无法从内筒20的下开口端排出。在实际排出液化水的过程中，由于尾气中除了水汽和氢气之外，还含有一定量的杂质(如氮气)，为了避免氮气跟随氢气从出气口12排出，在当液位传感器检测到液化水的液面高度达到预设值时，则排出外筒底部的全部液化水，从而即可排出沉积在外筒底部的氮气，从而提高回收氢气的纯度。控制阀与排液口13连接，从而有利于控制排液口的开合，至于控制阀的形式可以是电磁阀或节流阀，具体可根据实际情况进行布置。当需要外筒10内的液化水的液面维持在一定高度时即可采用节流阀，当需要按阶段排放液化水时即可采用电磁阀。

在一较佳实施例中，为了进一步方便控制对通过液化空间40的尾气的冷却效果，还可在液化空间40内设置温度传感器，当温度传感器中检测的温度超过预设范围值时，即可增大冷却水循环装置30内冷却水的流动速度，从而保证对尾气的冷却效果。当然，还设置是在液化空间40内沿竖直方向依次间隔设置多个温度传感器，各个温度传感器检测的区域均具有各自的预设范围值，即各个区域的温度范围值由上朝向下依次递减，当任意一个温度传感器检测的温度超过其对应区域的温度范围值时，即可增大冷却水循环装置30内冷却水的流动速度，以保证了液化空间内温度不超过预设范围值。为了进一步增加对尾气的冷却效果，液化空间40由上至下分为多个温度区域，本实施例中优选温度区域的数量为三个，即依次由上向下分布的高温区(进气口11区域)、中温区和低温区(内筒20下端区域)，同时冷却水循环装置30也为三个，一一对应布置在三个温度区域内。此时，各个冷却水循环装置30内冷却水的流速也可不一样，即位于高温区的冷却水循环装置30内的冷却水流速较高，位于低温区的冷却水循环装置30内的冷却水的流速较低，而位于中温区的冷却水循环装置30内的冷却水的流速则介于两者之间，通过控制各个冷却水循环装置30冷却水不同的流速有利于降低水泵的功率。其中，三个冷却水循环装置30的供水方式可以是分别通过三个水泵进行供水，也可以是通过一个水泵进行供水。当为一个水泵进行供水时，水泵的出水端上分别与三个冷却水循环装置30的进水口31连通，且三个冷却水循环装置30的进水口31处分别设置有节流阀，从而方便控制各个冷却水循环装置30内冷却水不同的流速。

以上的仅为本实用新型的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本实用新型保护的范围，凡是在与本实用新型一个整体的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型保护的范围内。

Claims (10)

1.一种氢燃料系统尾气的气液分离器，其特征在于，包括外筒、内筒和冷却水循环装置，所述外筒上设有进气口、出气口和排液口；所述内筒位于所述外筒内，所述内筒的上下两端呈开口状，所述内筒的上端与所述外筒的内壁密封连接，且所述内筒的下端与所述外筒的底部间隔预设距离，所述内筒的外壁与外筒的内壁之间的区域构成用于对尾气进行冷却的液化空间，所述进气口和排液口分别与所述液化空间连通，所述出气口与所述内筒连通；所述冷却水循环装置位于所述液化空间内以用于对所述液化空间内的尾气进行冷却，所述冷却水循环装置上具有延伸至所述外筒外部的进水口和出水口。

2.根据权利要求1所述的气液分离器，其特征在于，所述冷却水循环装置为套设在所述内筒上的中筒，且所述中筒的上下两端均与所述内筒的外壁密封连接，所述中筒与所述内筒之间的空间用于存储冷却水，且所述进水口位于所述中筒的下端，所述出水口位于所述中筒的上端。

3.根据权利要求2所述的气液分离器，其特征在于，还包括位于所述液化空间内并与所述中筒的外壁连接的冷却翅片。

4.根据权利要求3所述的气液分离器，其特征在于，所述冷却翅片所述冷却翅片呈螺旋状并套设在所述中筒上，且所述冷却翅片的内侧与所述中筒的外壁连接。

5.根据权利要求1所述的气液分离器，其特征在于，所述冷却水循环装置为呈螺旋状布置的冷水管，所述冷水管套设在所述内筒上，且所述冷水管的内侧与所述内筒的外壁密封连接，所述冷水管的外侧与所述外筒的内壁密封连接，以将所述液化空构造成供尾气通过的螺旋气道，所述螺旋气道的上端与所述进气口连通，且所述进水口为所述冷水管的下开口端，所述出水口为所述冷水管的上开口端。

6.根据权利要求1至5任一项所述的气液分离器，其特征在于，所述内筒呈由上至下逐渐收缩的漏斗状。

7.根据权利要求1至5任一项所述的气液分离器，其特征在于，所述外筒呈由上至下逐渐收缩的漏斗状，且所述排液口位于所述外筒底面的中心位置。

8.根据权利要求1至5任一项所述的气液分离器，其特征在于，还包括设置所述外筒内并覆盖设置在所述排液口上的导水盖，且所述导水盖的顶部与所述内筒的下开口端间隔预设距离布置，所述导水盖上设置有与所述排液口连通的导流孔。

9.根据权利要求1至5任一项所述的气液分离器，其特征在于，还包括用于检测所述外筒内的液化水液面高度的液位传感器和与所述排液口连通并用于控制液化水排放的控制阀。

10.根据权利要求1至5任一项所述的气液分离器，其特征在于，所述液化空间包括多个由上至下层叠布置的温度区域，且每个所述温度区域内均设置有一个所述冷却水循环装置。

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