CN211799779U - 一种燃料电池系统尾气气液分离装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池系统尾气气液分离装置，该气液分离装置包括壳体、入口滤网、出口滤网及控制阀，壳体内设置有内部流道以及与内部流道连通的进气、出气通道，内部流道的一端设置有出水口；入口滤网设置于进气通道内；出口滤网设置于出气通道内；控制阀设置于壳体上，控制阀用于开启或关闭出水口，且控制阀与内部流道连通的入口所在位置低于入口滤网及出口滤网所在位置；上述气液分离装置结构简单，便于制作，成本低，结合多种气液分离原理，能够有效、可靠且稳定地进行气液分离，可匹配燃料电池系统循环气体装置流阻要求进行设计，灵活性较高，可匹配不同功率燃料电池系统使用，具备良好的集成通用性、环境适应性和功能稳定性。

Description

一种燃料电池系统尾气气液分离装置

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种燃料电池系统尾气气液分离装置。

背景技术

燃料电池汽车依靠氢气和氧气反应生成水的化学反应过程中电子转移带来电能，产生的电能可用于驱动电机，带动整车运行，除了反应生成的水之外，没有任何污染性气体排出，被视为未来环保出行的首选。继丰田Mirai推出自增湿燃料电池整车以来，利用自循环增湿技术的燃料电池系统近年来渐渐成为大体积功率密度，高可靠性的燃料电池系统开发首选，自循环增湿技术关键在于循环气体的湿度保证和对气体中液态水的去除。因此，在系统尾气循环路加装分水器，将循环气体中的液态水分离和滤除，对提升系统运行的可靠性和耐久性至关重要。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种用于将循环尾气中的液态水分离和滤除的燃料电池系统尾气气液分离装置。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种燃料电池系统尾气气液分离装置，包括：

壳体，所述壳体内设置有内部流道、进气通道以及出气通道，所述进气通道以及所述出气通道分别与所述内部流道连通，所述内部流道的一端设置有出水口；

设置于所述进气通道内的入口滤网，所述入口滤网用于将尾气中的大液滴打散；

设置于所述出气通道内的出口滤网，所述出口滤网用于拦截尾气中的液滴进行气液分离；

设置于所述壳体上的控制阀，所述控制阀用于开启或关闭所述出水口，且所述控制阀与所述内部流道连通的入口所在位置低于所述入口滤网以及所述出口滤网所在位置。

优选地，所述壳体包括上壳以及下壳，所述内部流道设置于所述下壳，所述上壳与所述下壳配合构成所述进气通道以及所述出气通道，所述入口滤网以及所述出口滤网由所述上壳与所述下壳夹持固定，所述上壳与所述下壳之间设置有环绕所述进气通道以及所述出气通道设置的密封结构。

优选地，所述密封结构包括设置于所述上壳与所述下壳之间的环形密封槽以及设置于所述环形密封槽中的密封圈，所述上壳与所述下壳配合将所述密封圈压紧形成密封。

优选地，所述壳体呈扁平状结构。

优选地，所述内部流道全部或部分倾斜以使所述控制阀与所述内部流道连通的入口位于所述内部流道的低点。

优选地，所述内部流道包括前段流道以及后段流道，所述前段流道与所述进气通道以及所述出气通道连通，所述后段流道与所述出水口连通，所述前段流道倾斜设置且所述前段流道的最高点高于所述后段流道的最高点。

优选地，还包括用于检测所述内部流道内的液位的液位检测装置以及与所述液位检测装置连接的控制器，所述控制器在所述液位检测装置检测到所述内部流道内的液位达到预设液位时控制所述控制阀开启。

优选地，所述液位检测装置设置于所述控制阀与所述内部流道连通的入口处。

优选地，所述进气通道具有从进气口到出气口方向径向渐扩的变径结构，所述出气通道具有从进气口到出气口方向径向渐缩的变径结构。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种燃料电池系统尾气气液分离装置，包括壳体、入口滤网、出口滤网以及控制阀，其中，壳体内设置有内部流道、进气通道以及出气通道，进气通道以及出气通道分别与内部流道连通，内部流道的一端设置有出水口；入口滤网设置于进气通道内，入口滤网用于将尾气中的大液滴打散；出口滤网设置于出气通道内，出口滤网用于拦截尾气中的液滴进行气液分离；控制阀设置于壳体上，控制阀用于开启或关闭出水口，且控制阀与内部流道连通的入口所在位置低于入口滤网以及出口滤网所在位置；在应用时，将燃料电池系统尾气气液分离装置的进气通道连接于燃料电池系统的尾排口，同时将出气通道连接至燃料电池系统循环气体装置入口，然后运行燃料电池系统，尾排口排出含液态水的湿气经过入口滤网进入内部流道，在通过入口滤网时，湿气内的大液滴被打散，大量吸附于内部流道内壁，同时由于燃料电池系统尾气气液分离装置的内部流道容积变大，湿气流速变慢，由于重力作用，液滴进一步回落后吸附在内部流道内壁上，剩余的少量液滴在燃料电池系统尾气气液分离装置在出口通道内被出口滤网进一步拦截，并且在从进气通道向出气通道移动的过程中，湿气需要弯折变向，对湿气中的液滴起到一定的折流分离作用，进一步提高液滴分离效果，滤去液滴的湿气通过进入到循环气体装置，和燃料电池系统的入口干气混合，起到加湿作用，同时有效避免液态水的进入导致电堆内部双极板欠气、水淹等问题；在完成一段时间的湿气循环后，内部流道内积存液态水逐渐增多，液位上升，在内部流道内的液位达到预设液位后，控制阀开启，在燃料电池系统的排氢装置开启时，利用排氢压力将内部流道中的积水排出；由此可见，本实用新型提供的燃料电池系统尾气气液分离装置结构简单，便于制作，成本低，且结合重力沉降，折流分离和滤网分离等气液分离原理，能够有效、可靠且稳定地进行气液分离，可匹配燃料电池系统循环气体装置流阻要求进行设计，灵活性较高，可匹配集成在不同功率的燃料电池系统使用，具备良好的集成通用性、环境适应性和功能稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例提供的燃料电池系统尾气气液分离装置的轴测图；

图2为本实用新型实施例提供的燃料电池系统尾气气液分离装置的爆炸图；

图3为本实用新型实施例提供的燃料电池系统尾气气液分离装置的剖视图；

图4为本实用新型实施例提供的燃料电池系统尾气气液分离装置的工作流程图。

图中：

1为壳体；101为上壳；102为下壳；103、104为盖板；2为进气通道；3为出气通道；4为控制阀；5为入口滤网；6为出口滤网；7为密封圈；8为内部流道；801为前段流道；802为后段流道。

具体实施方式

本实用新型的核心在于提供一种用于将循环尾气中的液态水分离和滤除的燃料电池系统尾气气液分离装置。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

请参阅图1-图3，图1为本实用新型实施例提供的燃料电池系统尾气气液分离装置的轴测图，图2为本实用新型实施例提供的燃料电池系统尾气气液分离装置的爆炸图，图3为本实用新型实施例提供的燃料电池系统尾气气液分离装置的剖视图。

本实用新型实施例提供的一种燃料电池系统尾气气液分离装置，该燃料电池系统尾气气液分离装置包括壳体1、入口滤网5、出口滤网6以及控制阀4。

其中，壳体1内设置有内部流道8、进气通道2以及出气通道3，进气通道2以及出气通道3分别与内部流道8连通，内部流道8的一端设置有出水口；入口滤网5设置于进气通道2内，入口滤网5用于将尾气中的大液滴打散；出口滤网6设置于出气通道3内，出口滤网6用于拦截尾气中的液滴进行气液分离；控制阀4设置于壳体1上，控制阀4用于开启或关闭出水口，且控制阀4与内部流道8连通的入口所在位置低于入口滤网5以及出口滤网6所在位置。

与现有技术相比，本实用新型实施例提供的燃料电池系统尾气气液分离装置在应用时，如图4所示，将燃料电池系统尾气气液分离装置的进气通道2连接于燃料电池系统的尾排口，同时将出气通道3连接至燃料电池系统循环气体装置入口，然后运行燃料电池系统，尾排口排出含液态水的湿气经过入口滤网5进入内部流道8，在通过入口滤网5时，湿气内的大液滴被打散，大量吸附于内部流道8内壁，同时由于燃料电池系统尾气气液分离装置的内部流道8容积变大，湿气流速变慢，由于重力作用，液滴进一步回落后吸附在内部流道8内壁上，剩余的少量液滴在燃料电池系统尾气气液分离装置在出口通道内被出口滤网6进一步拦截，并且在从进气通道2向出气通道3移动的过程中，湿气需要弯折变向，对湿气中的液滴起到一定的折流分离作用，进一步提高液滴分离效果，滤去液滴的湿气通过进入到循环气体装置，和燃料电池系统的入口干气混合，起到加湿作用，同时有效避免液态水的进入导致电堆内部双极板欠气、水淹等问题；在完成一段时间的湿气循环后，内部流道8内积存液态水逐渐增多，液位上升，在内部流道8内的液位达到预设液位后，控制阀4开启，在燃料电池系统的排氢装置开启时，利用排氢压力将内部流道8中的积水排出；由此可见，本实用新型提供的燃料电池系统尾气气液分离装置结构简单，便于制作，成本低，且结合重力沉降，折流分离和滤网分离等气液分离原理，能够有效、可靠且稳定地进行气液分离，可匹配燃料电池系统循环气体装置流阻要求进行设计，灵活性较高，可匹配集成在不同功率的燃料电池系统使用，具备良好的集成通用性、环境适应性和功能稳定性。

较优地，为便于生产组装，在本实用新型实施例中，壳体1采用分体式结构，包括上壳101以及下壳102，内部流道8设置于下壳102，上壳101与下壳102配合构成进气通道2以及出气通道3，入口滤网5以及出口滤网6由上壳101与下壳102夹持固定，上壳101与下壳102之间设置有环绕进气通道2以及出气通道3设置的密封结构。

需要说明的是，壳体1并不局限于上述的上壳101及下壳102结构，在其他实施例中，壳体1还可为一体式结构，或者由两个以上的部分组成，在此不做限定。

进一步地，如图2所示，为便于内部流道8的开设，下壳102由主体部分以及两端的盖板103、104构成，内部流道8贯穿下壳102的主体部分，两端的盖板103、104分别封盖内部流道8的两端开口。

进一步优化上述技术方案，如图3所示，密封结构包括设置于上壳101与下壳102之间的环形密封槽以及设置于环形密封槽中的密封圈7，上壳101与下壳102配合将密封圈7压紧形成密封，避免上壳101与下壳102之间形成泄露。

较优地，在本实用新型实施例中，壳体1呈扁平状结构，以避免占用过多纵向空间，便于燃料电池系统的布置，具体地，上壳101与下壳102堆叠高度尺寸由所需排水腔体容积和集成布置需求决定，横向尺寸由包络空间决定。

进一步地，内部流道8全部或部分倾斜以使控制阀4与内部流道8连通的入口位于内部流道8的低点，以使内部流道8内的积水向出水口所在方向聚集，以便于排出。

具体地，如图3所示，内部流道8包括前段流道801以及后段流道802，前段流道801与进气通道2以及出气通道3连通，后段流道802与出水口连通，前段流道801倾斜设置且前段流道801的最高点高于后段流道802的最高点，从而使后段流道802在工作过程中处于被浸没的状态，以便于利用气压将积水排出。

进一步优化上述技术方案，本实用新型实施例提供的燃料电池系统尾气气液分离装置还包括用于检测内部流道8内的液位的液位检测装置以及与液位检测装置连接的控制器，控制器在液位检测装置检测到内部流道8内的液位达到预设液位时控制控制阀4开启，从而实现燃料电池系统尾气气液分离装置的自动控制，液位检测装置可以根据需要设置在内部流道8内的任意位置。

进一步优化上述技术方案，液位检测装置设置于控制阀4与内部流道8连通的入口处，则上述预设液位为控制阀4与内部流道8连通的入口所在位置。

较优地，如图3所示，进气通道2具有从进气口到出气口方向径向渐扩的变径结构，出气通道3具有从进气口到出气口方向径向渐缩的变径结构，这样尾气在从进气通道2进入时，由于进气通道2的变径结构，能够起到减缓流速的作用，进一步提高气液分离效果，而出气通道3的变径结构能够一定程度上提高气体流速，保证气体能够顺利进入燃料电池系统循环气体装置。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种燃料电池系统尾气气液分离装置，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体内设置有内部流道、进气通道以及出气通道，所述进气通道以及所述出气通道分别与所述内部流道连通，所述内部流道的一端设置有出水口；

设置于所述进气通道内的入口滤网，所述入口滤网用于将尾气中的大液滴打散；

设置于所述出气通道内的出口滤网，所述出口滤网用于拦截尾气中的液滴进行气液分离；

设置于所述壳体上的控制阀，所述控制阀用于开启或关闭所述出水口，且所述控制阀与所述内部流道连通的入口所在位置低于所述入口滤网以及所述出口滤网所在位置。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统尾气气液分离装置，其特征在于，所述壳体包括上壳以及下壳，所述内部流道设置于所述下壳，所述上壳与所述下壳配合构成所述进气通道以及所述出气通道，所述入口滤网以及所述出口滤网由所述上壳与所述下壳夹持固定，所述上壳与所述下壳之间设置有环绕所述进气通道以及所述出气通道设置的密封结构。

3.根据权利要求2所述的燃料电池系统尾气气液分离装置，其特征在于，所述密封结构包括设置于所述上壳与所述下壳之间的环形密封槽以及设置于所述环形密封槽中的密封圈，所述上壳与所述下壳配合将所述密封圈压紧形成密封。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的燃料电池系统尾气气液分离装置，其特征在于，所述壳体呈扁平状结构。

5.根据权利要求1-3任意一项所述的燃料电池系统尾气气液分离装置，其特征在于，所述内部流道全部或部分倾斜以使所述控制阀与所述内部流道连通的入口位于所述内部流道的低点。

6.根据权利要求5所述的燃料电池系统尾气气液分离装置，其特征在于，所述内部流道包括前段流道以及后段流道，所述前段流道与所述进气通道以及所述出气通道连通，所述后段流道与所述出水口连通，所述前段流道倾斜设置且所述前段流道的最高点高于所述后段流道的最高点。

7.根据权利要求1-3及6任意一项所述的燃料电池系统尾气气液分离装置，其特征在于，还包括用于检测所述内部流道内的液位的液位检测装置以及与所述液位检测装置连接的控制器，所述控制器在所述液位检测装置检测到所述内部流道内的液位达到预设液位时控制所述控制阀开启。

8.根据权利要求7所述的燃料电池系统尾气气液分离装置，其特征在于，所述液位检测装置设置于所述控制阀与所述内部流道连通的入口处。

9.根据权利要求1-3、6及8任意一项所述的燃料电池系统尾气气液分离装置，其特征在于，所述进气通道具有从进气口到出气口方向径向渐扩的变径结构，所述出气通道具有从进气口到出气口方向径向渐缩的变径结构。

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