CN214075485U - 一种适用于低温启动的燃料电池的专用气水分离器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于低温启动的燃料电池的专用气水分离器，包括分离器入口、排气口、挡板、电磁阀、排水口，挡板的下侧设置有储液腔，挡板的上侧设置有回旋腔室，使得从分离器入口进入的尾气能够回旋碰撞从而水气分离，气体上升从排气口排出分离器，水下落在挡板上通过缺口进入储液腔内，挡板设置有储气板，储气板向下倾斜插入储液腔内，当储液腔内的液面上升越过储气板的最低端时，储气板液面低的一侧设置有电磁阀、排水口。本实用新型采用多级挡板，分别利用了旋转分离以及单板的壁面的阻力效应来分离液态水，并且增加导流片引导气流流向减少阻力。利用储气挡板可将一部分气体封闭在储气室中，防止电磁阀流道中积聚液体。

Description

一种适用于低温启动的燃料电池的专用气水分离器

技术领域

本实用新型属于燃料电池技术领域，具体涉及一种适用于低温启动的燃料电池的专用气水分离器。

背景技术

燃料电池发动机是一种依靠氢氧反应将化学能转换成电能的设备，可应用于乘用车或商用车等应用场景，但目前燃料电池发动机在零下环境中，其反应生成物水会因低温而冻结，造成燃料电池性能下降。

燃料电池分为阴阳两侧流道，阴极侧通入空气气量较大管道较粗不易冻结，阳极侧通入氢气，管径较小，在低温环境下如出口侧的反应生成水不能有效分离进入循环回路，会造成冷凝及结冰阻塞管路，造成循环不畅，影响电堆性能，并且如汽水分离器设计不合理，排水口可因低温导致堵塞无法排水，会导致系统停机。因此在冷启动过程中，需要有防结冰功能，目前多使用加热电磁阀解冻流道，但加热时间较为温和，耗时较长。

现有的燃料电池系统在运行过程中，需要分离阳极侧出口的液态水，保证循环气体中液态水的含量达到标准，且具备在低温冷启动时不被冻住，对于大功率系统产水量较大时，分离器的气水分离效率要求较高，需满足大功率分离水量的需求，同时，排水量也需要根据水位的变化调控。

因此气水分离器有效分离阳极生成液态水并且在运行过程中电磁阀排水通道内无液态水聚集十分重要。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种适用于低温启动的燃料电池的专用气水分离器，采用多级挡板，分别利用了旋转分离以及单板的壁面的阻力效应来分离液态水，并且增加导流片引导气流流向减少阻力。利用储气挡板可将一部分气体封闭在储气室中，防止电磁阀流道中积聚液体。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是，提出一种适用于低温启动的燃料电池的专用气水分离器，包括分离器入口、排气口、挡板、电磁阀、排水口，所述挡板的三个侧面分别与分离器的三个侧壁固接，所述挡板的另一个侧面与分离器的另一个侧壁之间设置缺口，所述缺口的位置最低，所述挡板的下侧设置有储液腔，所述挡板的上侧设置有回旋腔室，使得从所述分离器入口进入的尾气能够回旋碰撞从而水气分离，气体上升从所述排气口排出分离器，水下落在所述挡板上通过所述缺口进入所述储液腔内，所述挡板设置有储气板，所述储气板向下倾斜插入所述储液腔内，当所述储液腔内的液面上升越过所述储气板的最低端时，所述储气板液面低的一侧设置有所述电磁阀、所述排水口。

进一步的，所述分离器入口位于分离器的右上角，所述分离器入口内的尾气流向与重力方向呈45°角进入所述分离器，所述排气口位于分离器的上方且远离所述分离器入口。

进一步的，所述回旋腔室包括第一回旋腔室、第二回旋腔室，所述第一回旋腔室位于所述分离器入口处，所述第二回旋腔室位于所述排气口的下方，所述第一回旋腔室的出口连接所述第二回旋腔室的入口。

进一步的，所述分离器入口的上侧设置有第一回旋板，所述第一回旋板包括第一回旋部、连接部，所述连接部上端与分离器的顶部内壁固接，所述连接部的另一端延伸出第一回旋部，所述分离器入口的下侧设置有第二回旋部，所述第一回旋部与所述第二回旋部相对设置从而围成所述第一回旋腔室，所述第一回旋部的末端不与所述挡板接触从而形成所述第一回旋腔室的出口。

进一步的，所述第一回旋部、所述第二回旋部的结构均为圆弧形，所述第一回旋腔室的出口处设置有第一导流件，用以调整气流的流向。

进一步的，所述排气口的下方设置有第二回旋板，所述第二回旋板的弧形结构凹面朝下设置，所述挡板的分离板从所述第二回旋部延伸至所述缺口，使得所述第二回旋板、所述分离板、所述第一回旋部的外壁能够围成第二回旋腔室，所述第二回旋板的两侧均为第二回旋腔室的气体出口。

进一步的，所述第二回旋板的上方、所述排气口的正下方设置有第二导流件，用以调整气流的流向。

进一步的，所述储液腔内设置有液位传感器，用以检测所述储气板液面高的一侧的液位高度变化。

进一步的，所述排水口的管道外侧设置环形肋，使得排水管道与所述排水口能够稳定连接。

进一步的，所述分离器入口、所述排气口的连接口处均设置有环形止挡肋，用以加强连接稳定性。

本实用新型的有益效果为：

1.本实用新型提出的一种适用于低温启动的燃料电池的专用气水分离器，增加储液仓后可满足在大功率下有足够的储液空间满足高产水量的需求；增加液位传感器，可根据液位传感器的反馈以及产水公式计算值进行校核，动态调节排水周期；采用大储液仓防止启动过程中的液体结冰，在温度上升过程储气挡板封闭气体可有效隔绝液态水，使排水口不会再非排水动作下结冰冻住。

2.分离器的入口设置在右上角，使得从电堆阳极侧排出的尾气在通过分离器入口进入气水分离器时，进入方向与重力方向呈一定的角度；在分离器内部，位于分离器入口的上侧设置第一回旋板，第一回旋板包括连接部和第一回旋部，位于分离器入口的下侧设置第二回旋部，第一回旋部与第二回旋部相对设置形成第一回旋腔室，使得尾气能够在第一回旋腔室内回旋，液滴能够碰撞、聚合在一起，从而与气体分离。第一回旋部与挡板之间留有出口，作为第一回旋腔室的出口，使得聚集的液滴能够顺着挡板流出，气体直接从第一回旋腔室的出口排出。

3.第一回旋腔室的出口出设置第一导流件，用以控制气体的流动方向、轨迹，调整气流的流向。

4.分离器的内部还设置有第二回旋板，位于排气口的下方，排气口可以设置在分离器的上端靠左的位置，与分离器入口保持一定的距离，使得分离器的内部第一回旋腔的空间足够大，满足回旋需求。第二回旋板的高度高于第一回旋腔的出口高度，第二回旋板的回旋弧面向下设置；挡板的分离板的上表面、第二回旋板的回旋弧面、第一回旋部的外表面、分离器的部分内壁围成第二回旋腔室，使得从第一回旋腔室出来的气体能够在第二回旋腔室内回旋，液滴聚集增大，在重力作用下滴落，气体则通过第二回旋板的两侧向上进入到排气腔室内；排气腔室内设置有第二导流件，用以调整气流的流向。

5.分离的水均落入挡板的下方，挡板的分离板前端与分离器的内壁之间存在一定的距离，分离的后端与第二回旋部连接，从第二回旋部至分离板的前端，上表面光滑设置，且高度逐渐降低，使得液态水能够自动流入挡板的下方的储液腔内；挡板还设置有储气板，储气板的一端倾斜向下设置，储气板、挡板的下表面、分离器的部分内壁、液面能够为围成一个储气腔。当液位逐渐上升越过储气板的下端时，储气板左侧的液面会继续上升，储气板右侧的液面高度不再上升，可以防止水进入到电磁阀流道内，冻结、封堵电磁阀流道。

6.储液腔内设置有液位传感器，能够检测储液腔的液位高度，反馈给电磁阀控制器，根据液位的高度来调控排出水的流量、周期。

附图说明

并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本实用新型的实施例，并且与描述一起用于解释本实用新型的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，而不是全部实施例。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，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的一种适用于低温启动的燃料电池的专用气水分离器的内部结构图；

图2为本实用新型实施例的一种适用于低温启动的燃料电池的专用气水分离器的侧视图；

图3为本实用新型实施例的一种适用于低温启动的燃料电池的专用气水分离器的底部示意图。

图中：1、分离器入口；2、排气口；3、第一回旋板；4、第一导流件；5、第二回旋板；6、第二导流件；7、挡板；8、液位传感器；9、电磁阀；10、排水口；11、箱体；31、第一回旋部；32、连接部；71、第二回旋部；72、储气板；73、分离板；74、储气腔。

具体实施方式

为了更清楚的说明本实用新型实施例和现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。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，在不付出创在性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。另，设计方位的属于仅表示各部件间的相对位置关系，而不是绝对位置关系。

本实用新型实施例中，在图1中所示出的第一回旋板3、第二回旋板5、挡板7及挡板7的延伸结构的前后侧壁均与箱体11的前后内壁为固接状态，使得每个腔室均被分离开来，不能随意连通，仅能够通过本实用新型设计的结构出口、入口等连通。

本实用新型实施例提供了一种适用于低温启动的燃料电池的专用气水分离器，请参阅图1、图2、图3，主要包括分离器入口1、排气口2、挡板7、电磁阀9、排水口10，所述挡板7的三个侧面分别与分离器的三个侧壁固接，所述挡板7的另一个侧面与分离器的另一个侧壁之间设置缺口，所述缺口的位置最低，所述挡板7的下侧设置有储液腔，所述挡板7的上侧设置有回旋腔室，使得从所述分离器入口1进入的尾气能够回旋碰撞从而水气分离，气体上升从所述排气口2排出分离器，水下落在所述挡板7上通过所述缺口进入所述储液腔内，所述挡板7设置有储气板72，所述储气板72向下倾斜插入所述储液腔内，当所述储液腔内的液面上升越过所述储气板72的最低端时，所述储气板72液面低的一侧设置有所述电磁阀9、所述排水口10。

挡板7的上表面可以从右到左倾斜设置，使得左侧的缺口是整个挡板7的最低处，液滴均会流向缺口处，从而落入挡板7下方的储液腔内。挡板7的储气板72可以倾斜向下插入储液腔的内部，储气板72、分离器的右侧壁、挡板7的下表面和液面能够围成一个储气腔74。

当储液腔内的液面逐渐上升时，储气板72的最低端与液面接触时及接触之前，储气板72的两侧的液面高度相同；液面越过储气板72的最低端时，储气板72左侧的液面高度将持续上升，储气板72右侧的储气腔74内的液面将不再上升，使得液面的最高高度不超过储气板72的最低端，可以在储气腔74这一侧的箱体11的外侧设置电磁阀9、排水出口10，使得液态水不能进入电磁阀9的流道内部，不会产生冻结、封堵电磁阀9流道的情况。控制电磁阀9打开，则储液腔内的水即可由排水口10排出。

所述分离器入口1可以位于分离器的右上角，分离器入口1内的尾气流向可以与重力方向呈45°角进入分离器，所述排气口2位于分离器的上方且远离所述分离器入口1，如图1所示。

所述回旋腔室包括第一回旋腔室、第二回旋腔室，所述第一回旋腔室位于所述分离器入口1处，所述第二回旋腔室位于所述排气口2的下方，所述第一回旋腔室的出口连接所述第二回旋腔室的入口。

所述分离器入口1的上侧设置有第一回旋板3，所述第一回旋板3包括第一回旋部31、连接部32，所述连接部32上端与分离器的顶部内壁固接，所述连接部32的另一端延伸出第一回旋部31，所述分离器入口1的下侧设置有第二回旋部71，所述第一回旋部31与所述第二回旋部71相对设置从而围成所述第一回旋腔室，所述第一回旋部31的末端不与所述挡板7接触从而形成所述第一回旋腔室的出口。所述第一回旋部31、所述第二回旋部71的结构均为圆弧形，所述第一回旋腔室的出口处设置有第一导流件4，用以调整气流的流向。

当尾气通过所述分离器入口1进入所述第一回旋腔室时，尾气先与所述第一回旋部31接触从而产生回旋至所述第二回旋部71，回旋过程中，水汽碰撞、聚合成水滴落下，最后通过所述第一回旋腔室的出口流出，气体则直接通过出口经由第一导流件4调整流向。

所述排气口2的下方设置有第二回旋板5，所述第二回旋板5的弧形结构凹面朝下设置，所述挡板7的分离板73从所述第二回旋部71延伸至所述缺口，使得所述第二回旋板5、所述分离板73、所述第一回旋部31的外壁能够围成第二回旋腔室，所述第二回旋板5的两侧均为第二回旋腔室的气体出口。所述第二回旋板5的上方、所述排气口2的正下方设置有第二导流件6，用以调整气流的流向。

从第一回旋腔室内流出的气体经由第一分流件4调整流向之后，直接与第二回旋板5的弧形凹面接触，顺着第二回旋板5的走向流动，产生回旋，水汽再次碰撞、聚集，在重力的作用下自由落体在挡板7的分离板73上，然后流至缺口处，自动落入储液腔的内部，暂存。气体则上升，从第二回旋板5的两侧经由第二分流件6调整流向之后，通过排气口2排出。

第一导流件4与第二导流件6均可以设置为半圆形的棱柱体，即，一半的圆柱体。导流件与分离器的内壁之间可以设置为转动连接，使得导流件能够调节角度，改变气流的方向，以适应不同功率下的水气分离。

可以理解的是，第一回旋板3的延伸结构、第二导流件6、分离器上部内壁、第二回旋板5围成的空间可以作为第三回旋腔室，使得气体再次回旋，进行水气分离。分离器的内壁上也可以设置配合回旋的流线型凸起结构，增加气流的流程，使得气流之间能够回旋、碰撞。

所述储液腔内设置有液位传感器8，用以检测所述储气板72液面高的一侧的液位高度变化。通过液位传感器8检测储液腔内的液面高度，可以根据液面高度、尾气产生速率、分离效率等控制排水的流量、周期，动态调控。

所述排水口10的管道外侧设置环形肋，使得排水管道与所述排水口10能够稳定连接。所述分离器入口1、所述排气口2的连接口处均设置有环形止挡肋，用以加强连接稳定性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所做的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施例只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种适用于低温启动的燃料电池的专用气水分离器，其特征在于，包括分离器入口（1）、排气口（2）、挡板（7）、电磁阀（9）、排水口（10），所述挡板（7）的三个侧面分别与分离器的三个侧壁固接，所述挡板（7）的另一个侧面与分离器的另一个侧壁之间设置缺口，所述缺口的位置最低，所述挡板（7）的下侧设置有储液腔，所述挡板（7）的上侧设置有回旋腔室，使得从所述分离器入口（1）进入的尾气能够回旋碰撞从而水气分离，气体上升从所述排气口（2）排出分离器，水下落在所述挡板（7）上通过所述缺口进入所述储液腔内，所述挡板（7）设置有储气板（72），所述储气板（72）向下倾斜插入所述储液腔内，当所述储液腔内的液面上升越过所述储气板（72）的最低端时，所述储气板（72）液面低的一侧设置有所述电磁阀（9）、所述排水口（10）。

2.根据权利要求1所述的一种适用于低温启动的燃料电池的专用气水分离器，其特征在于，所述分离器入口（1）位于分离器的右上角，所述分离器入口（1）内的尾气流向与重力方向呈45°角进入所述分离器，所述排气口（2）位于分离器的上方且远离所述分离器入口（1）。

3.根据权利要求1所述的一种适用于低温启动的燃料电池的专用气水分离器，其特征在于，所述回旋腔室包括第一回旋腔室、第二回旋腔室，所述第一回旋腔室位于所述分离器入口（1）处，所述第二回旋腔室位于所述排气口（2）的下方，所述第一回旋腔室的出口连接所述第二回旋腔室的入口。

4.根据权利要求3所述的一种适用于低温启动的燃料电池的专用气水分离器，其特征在于，所述分离器入口（1）的上侧设置有第一回旋板（3），所述第一回旋板（3）包括第一回旋部（31）、连接部（32），所述连接部（32）上端与分离器的顶部内壁固接，所述连接部（32）的另一端延伸出第一回旋部（31），所述分离器入口（1）的下侧设置有第二回旋部（71），所述第一回旋部（31）与所述第二回旋部（71）相对设置从而围成所述第一回旋腔室，所述第一回旋部（31）的末端不与所述挡板（7）接触从而形成所述第一回旋腔室的出口。

5.根据权利要求4所述的一种适用于低温启动的燃料电池的专用气水分离器，其特征在于，所述第一回旋部（31）、所述第二回旋部（71）的结构均为圆弧形，所述第一回旋腔室的出口处设置有第一导流件（4），用以调整气流的流向。

6.根据权利要求4所述的一种适用于低温启动的燃料电池的专用气水分离器，其特征在于，所述排气口（2）的下方设置有第二回旋板（5），所述第二回旋板（5）的弧形结构凹面朝下设置，所述挡板（7）的分离板（73）从所述第二回旋部（71）延伸至所述缺口，使得所述第二回旋板（5）、所述分离板（73）、所述第一回旋部（31）的外壁能够围成第二回旋腔室，所述第二回旋板（5）的两侧均为第二回旋腔室的气体出口。

7.根据权利要求6所述的一种适用于低温启动的燃料电池的专用气水分离器，其特征在于，所述第二回旋板（5）的上方、所述排气口（2）的正下方设置有第二导流件（6），用以调整气流的流向。

8.根据权利要求1所述的一种适用于低温启动的燃料电池的专用气水分离器，其特征在于，所述储液腔内设置有液位传感器（8），用以检测所述储气板（72）液面高的一侧的液位高度变化。

9.根据权利要求1所述的一种适用于低温启动的燃料电池的专用气水分离器，其特征在于，所述排水口（10）的管道外侧设置环形肋，使得排水管道与所述排水口（10）能够稳定连接。

10.根据权利要求1所述的一种适用于低温启动的燃料电池的专用气水分离器，其特征在于，所述分离器入口（1）、所述排气口（2）的连接口处均设置有环形止挡肋，用以加强连接稳定性。

Images