CN212934684U - 分水器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种分水器，其包括带内腔的壳体，所述壳体的顶部设有排氮阀，排氮阀的进气流道与所述内腔相通，所述排氮阀的进气流道的进气口为沿进气方向内径逐渐变小的喇叭状。本实用新型将排氮阀的进气口设置成沿进气方向内径逐渐变小的喇叭状，以此增大其截面积，避免水蒸气在进气流道处发生凝结导致冻结，避免排氮阀开启失效。

Description

分水器

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种燃料电池系统用的分水器。

背景技术

燃料电池是将氢气的化学能转化为电能的装置，其优点是产物是水，零排放无污染，噪音低，转化效率高。工作温度可在低温环境下运行，是移动电源和基站电源和固定电源的首选。

燃料电池阳极系统在运行过程中会有产生高湿气体在阳极管路中循环流动，并由于高湿气体饱和析出与冷凝作用而产生液态水，所以燃料电池系统会在阳极管路中设计分水器。其中分水器的作用，是将从燃料电池堆内部出来的尾气中的水蒸气分离出来，使未反应的气体进入到气体回收利用装置(回流泵或循环喷射器)中，并重新进入燃料电池堆。在目前的技术条件下，气体回收利用装置对进入该设备的气体湿度非常敏感，只要有水分进入这类设备，就会对该设备的使用寿命造成影响。这一问题也是目前燃料电池市场化进展较慢的原因之一。

为了解决这一问题，在燃料电池堆的尾气出口和气体回收利用装置之间布置一分水器是比较普遍被采用的方案，但传统的分水器的存在以下缺点：1、分水效果差，不能有效地把尾气中的水分分离出来，仍然会造成气体回收利用装置等寿命衰减严重；2、分水器使用时，难以确保排水阀寿命满足燃料电池系统全生命周期，整车大坡度运行时正常排水功能的保障等。

因此，需要提供一种液态水分离效果高、安全保障高的分水器。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种分水器，用于解决现有技术中分水器的液态水分离效果较差的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种分水器，其包括带内腔的壳体，所述壳体的顶部设有排氮阀，排氮阀的进气流道与所述内腔相通，所述排氮阀的进气流道的进气口为沿进气方向内径逐渐变小的喇叭状。

优选的，所述排氮阀的进气流道的进气端设有沿进气流道的轴向向外凸起的凸缘。

优选的，所述壳体的顶部设有出气口，所述出气口与所述排氮阀的出气流道连通。

优选的，所述内腔的顶部设有过滤组件，且所述过滤组件位于所述出气口的下方。

优选的，所述壳体内设有分水芯体，所述分水芯体包括支撑轴以及绕所述支撑轴设置呈螺旋状的气流通道，所述支撑轴与所述壳体顶部内壁相固定。

优选的，所述气流通道由绕所述支撑轴设置的螺旋叶片围成。

优选的，所述螺旋叶片的外周与所述壳体内壁间具有空隙。

优选的，所述螺旋叶片的半径由壳体的底部向壳体的顶部方向逐渐增大。

优选的，所述气流通道由绕所述支撑轴高低错位设置的多个弧状板围成。

优选的，壳体的底部具有构成内腔底部的锥形腔，在锥形腔的小口端设有排水口以及安装在排水口处的排水阀.

如上所述，本实用新型的分水器，具有以下有益效果：其将排氮阀的进气口设置成沿进气方向内径逐渐变小的喇叭状，以此增大其截面积，避免水蒸气在进气流道处发生凝结导致冻结，避免排氮阀开启失效；另外，在在进气流道的端部设计凸缘，避免水汽凝结扩散至进气流道的内部，避免排氮阀开启失效。

附图说明

图1显示为本实用新型的分水器的示意图。

图2显示为本实用新型的分水器的爆炸图。

图3显示为本实用新型的分水器的剖视图。

图4显示为本实用新型的分水器的底部放大示意图。

图5显示为本实用新型的分水器的倾斜状态示意图。

图6显示为本实用新型的分水芯体的一实施例图。

图7显示为本实用新型的分水芯体的另一实施例图。

图8显示为本实用新型的分水器的顶部放大示意图。

图9显示为本实用新型的分水器的上盖示意图。

元件标号说明

1 外壳

2 上盖

21 突缘

3 分水芯体

4 过滤网

5 排氮阀

6 排水阀

7 液位传感器

8 密封圈

9 支撑轴

10 螺旋叶片

11 进气口

12 内腔

121 锥形腔

13 进气流道

131 进气流道的进气口

14 弧状板

15 出气口

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅图1至图9。须知，本说明书所附图中所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

本实用新型提供一种分水器，其可以用于燃料电池阳极系统，该燃料电池阳极系统主要包括燃料电池堆，其工作过程为：高压瓶中的氢气通过调压阀基于压力传感器调压后、与循环泵循环气体汇流混合后进入燃料电池堆，经过燃料电池堆反应后残余气体通过本实施例的分水器分水后进入循环泵压缩增压回到氢气汇流点。本实施例的分水器串设在燃料电池堆的出口与循环泵的入口间。

如图1至图9所示，本实用新型的分水器，其包括带有内腔12的壳体，如图1和图2所示，本实施例中上述壳体主要由上盖2和外壳1组成，外壳为尼龙材料的1，上盖2为金属材质，上述壳体的顶部(即在上盖2上)设有出气口15，本实施例中在上盖2上设有排氮阀5，见图8及图9所示，排氮阀5的进气流道13与所述内腔12相通，所述排氮阀5的出气流道与所述出气口15连通。当燃料电池阳极系统中氢气回路内氮气浓度达到一定量时，排氮阀5打开，经过滤后的混合气经进气流道13流经排氮阀5，并由上盖2上出气口15排出系统。具体地，见图8及图9所示，本实施例排氮阀5的进气流道的进气口131为沿进气方向内径逐渐变小的喇叭状。排氮阀5的进气流道13的进气端设有沿进气流道的轴向向外凸起的凸缘。当燃料电池阳极系统关闭后，系统内残留部分水蒸气，因关机后系统温度降低尤其是在低温环境下，残留的水蒸气极易发生冷凝冻结，对于分水器内残留的水蒸气，相比尼龙材料的外壳1和金属材质的上盖2来说，水蒸气更容易在上盖2的表面发生无序凝结结冰，为了避免水蒸气在上盖2上的进气流道13处发生凝结导致冻结，本实施例在上盖2的进气流道13的进气口131处设计成喇叭形开孔，增大其截面积。

更优的，在排氮阀的进气流道13的进气端设计沿进气流道的轴向向外凸起的凸缘，避免水汽凝结扩散至进气流道13的内部，避免排氮阀开启失效。

本实施例在壳体内设有分水芯体3，所述分水芯体3包括支撑轴9以及绕所述支撑轴9设置呈螺旋状的气流通道，9支撑轴9与所述壳体顶部内壁相固定；壳体的底部具有构成内腔底部的锥形腔121，见图3所示，在锥形腔121的小口端设有排水口以及安装在排水口处的排水阀6。本实施例的分水芯体3具有螺旋状的气流通道，增加了高湿气体在分水器内所碰撞的路径，使高湿气体中的水分可与气流通道的腔壁接触形成水滴下落，提高水分分离效率；且底部设计为锥形，使排水阀6位于内腔12的最低处，从而保证即便整车运行倾斜环境下(上下坡)，排水阀6始终保持在分水器最底端，保证液态水能够稳定排出。

为提高分水效率，作为分水芯体的一实施例，见图6所示，本实施例中上述分水芯体包括支撑轴9以及绕所述支撑轴9设置的螺旋叶片10，螺旋叶片10间构成螺旋状的气流通道，所述支撑轴9与所述壳体顶部内壁相固定。本实施例通过螺旋状的气流通道，增加气体通过分水器时所碰撞的路径，使气体中的水分可与螺旋叶片10接触形成水滴下落，提高水分分离效率。

更进一步的，上述螺旋叶片10的外周与所述壳体内壁间具有空隙，使高湿气体在通过螺旋状的气流通道向出气口处流通时，不仅与螺旋叶片碰撞，还与所述壳体内壁碰撞，打散气体流向，增加碰撞路径，以此再度提高水分分离效率。一般的，所述螺旋叶片10间的间距为1cm-3cm。优选的，所述螺旋叶片10间的间距为2cm。

见图6所示，所述螺旋叶片10的半径r由壳体的底部向壳体的顶部方向逐渐增大。见图3所示，半径逐渐增大的设计其可便于气流从进气口11进入内腔12后上升，降低气体流动所受到的阻力，又螺旋设置提高水分分离效果。所有圆形叶片的半径r其也可相同，也可具有其他变径方式。

作为分水芯体的另一实施例，见图7所示，本实施例中分水芯体包括支撑轴9以及绕所述支撑轴高低错位设置的多个弧状板14(本实施例中弧状板14为半圆状)，所有弧状板14围成气流通道，所述支撑轴9与所述壳体顶部内壁相固定。

本实施例中在壳体的底部设有排水口以及安装在排水口处的排水阀6，壳体的周向侧壁上设有进气口11以及液位传感器7，所述壳体内设有与外壳的顶部内壁相固定的分水芯体3，所述排水阀6、液位传感器7均与控制器相连。

为保证液态水能够正常排出，排水阀6安装在分水器的最底端，同时分水器的外壳底部设计为V形，以此形成上述锥形腔121，见图4所示，外壳底部与水平面呈一定夹角a，并且夹角a大于整车最大允许倾斜角度，从而保证即便整车运行倾斜环境下(上下坡)，见图5所示，排水阀6始终保持在分水器最底端，保证液态水能够稳定排出。

本实施例中内腔12的顶部设有过滤组件，且过滤组件位于出气口15的下方且分水芯体3的上方。见图2及图8所示，过滤组件包括过滤网4和密封圈8，分水芯体3与过滤网4被一同安装在外壳1与上盖2构成的凹槽内，并且由上盖2的突缘21压紧过滤网4上的密封圈8，构成密封结构同时保证过滤网4与分水芯体3完全固定；过滤网4由胶条(可构成上述密封圈8)、支撑骨架和过滤网片构成，对流入分水器的混合气进行过滤，过滤掉混合器中可能存在的颗粒杂质保证后回路中阀件(即位于出气口15后方的阀件)及循环泵不被堵塞损伤；过滤掉的杂质随液态水回流至分水器中的内腔12内，随液态水经排水阀6排出，过滤后的气体则经由上盖2上的出气口15流出。

本实施例中，液位传感器7所处的轴向截面和所述进气口11所处的轴向截面将所述壳体的内腔12沿轴向分成三段，见图3所示，所述液位传感器7所处的轴向截面与壳体的底部间形成壳体内的第一腔段，第一腔段的容积不小于V1，V1＝q1*f/n，其中，q1为燃料电池系统最大功率时的阳极产水率，n为排水阀的全生命开关次数，f为燃料电池系统所设计的寿命。

本实施例将排水阀6设于壳体的底部，进气口11、液位传感器7设于外壳的周向侧壁上，出气口15设于上盖1上，且通过对液位传感器7所处的轴向截面与壳体的底部间形成壳体内的第一腔段的容积V1进行设置，使其在排水阀6寿命期间内确保满足燃料电池系统全生命周期，另外，进气口11处于液位传感器7的上方，在整车大坡度运行时可满足通过排水阀正常排水，不会使分水器中的水从进气口处泄露等，提高了分水器的使用安全性。

本实施例中具体将上述分水器的内腔12分成四段，见图3所示，分别为：

液位传感器7所处的轴向截面与壳体的底部间形成壳体内的第一腔段，其容积不小于上述V1，若分水器的底面积设计为S，则分水器的第一段高度不小于h1，h1的计算方法如下：h1＝V1/S(其中S为分水器底面面积)。

液位传感器7所处的轴向截面和进气口11所处的轴向截面之间为第二腔段，其容积记为V2，进气口所处的轴向截面所处位置高于一预设高度h，本实施例的预设高度指进气口所处的轴向截面至壳体的底部间的竖直高度；所述预设高度h为：所述壳体内置满一定容量的液态水，所述液态水的体积为上述V1，见图5所示，将壳体轴向倾斜预设角度后所获得的最高液面处，预设角度小于等于30°，其中预设角度可为30°或15°。

本实施例中分水芯体下方与所述进气口11所处的轴向截面间形成壳体内的第三腔段，所述第三腔段的容积不小于V3，V3＝q2*t，其中，q2为燃料电池系统关机过程中的最大阳极产水率，t为关机所需最长时长。第三腔段的高度h3可根据容积V3和底面积S获得。

分水芯体所处的一段记为第四腔段，第四段容积V4与第四段高度h4主要由分水结构3的尺寸大小决定。

本实施例对分水器的内腔12进行分段设计，即确保进气口11、液位传感器7的位置，取保液位传感器7处有水立即开启排水阀6排水，且即使水面处于液位传感器7处，整车在爬坡过程中即分水器倾斜状态下，水也不会从进气口11处流出，且第一腔段的容积也确保了排水阀6的有限次寿命可满足燃料电池系统的生命周期，提高整个系统的安全性。

本实施例的分水器其不仅可用于燃料电池的阳极系统，其也可以用于燃料电池的阴极系统，满足气液分离。

综上所述，本实用新型的分水器，其内分水芯体具有螺旋状的气流通道，增加高湿气体在分水器内所碰撞的路径，使高湿气体中的水分可与气流通道的腔壁接触形成水滴下落，提高水分分离效率。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种分水器，其特征在于，包括带内腔的壳体，所述壳体的顶部设有排氮阀，排氮阀的进气流道与所述内腔相通，所述排氮阀的进气流道的进气口为沿进气方向内径逐渐变小的喇叭状。

2.根据权利要求1所述的分水器，其特征在于：所述排氮阀的进气流道的进气端设有沿进气流道的轴向向外凸起的凸缘。

3.根据权利要求1所述的分水器，其特征在于：所述壳体的顶部设有出气口，所述出气口与所述排氮阀的出气流道连通。

4.根据权利要求3所述的分水器，其特征在于：所述内腔的顶部设有过滤组件，且所述过滤组件位于所述出气口的下方。

5.根据权利要求1所述的分水器，其特征在于：所述壳体内设有分水芯体，所述分水芯体包括支撑轴以及绕所述支撑轴设置呈螺旋状的气流通道，所述支撑轴与所述壳体顶部内壁相固定。

6.根据权利要求5所述的分水器，其特征在于：所述气流通道由绕所述支撑轴设置的螺旋叶片围成。

7.根据权利要求6所述的分水器，其特征在于：所述螺旋叶片的外周与所述壳体内壁间具有空隙。

8.根据权利要求6所述的分水器，其特征在于：所述螺旋叶片的半径由壳体的底部向壳体的顶部方向逐渐增大。

9.根据权利要求5所述的分水器，其特征在于：所述气流通道由绕所述支撑轴高低错位设置的多个弧状板围成。

10.根据权利要求1所述的分水器，其特征在于：壳体的底部具有构成内腔底部的锥形腔，在锥形腔的小口端设有排水口以及安装在排水口处的排水阀。

Images