CN215184095U - 一种用于氢燃料电池系统的气水分离装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于氢燃料电池系统的气水分离装置，包括气水分离主体，在所述气水分离主体内上部设置有分离挡板，所述分离挡板上端与气水分离主体顶部连接，其下端沿竖直方向向下延伸一定长度，所述分离挡板将气水分离主体内对应腔体分隔为进气腔和出气腔，所述气水分离主体内下部为与进气腔和出气腔相通的储液腔，在所述气水分离主体上分别设置有与进气腔相连的进气口、与出气腔相连的出气口以及与储液腔相连的排水口。本实用新型的体积小、重量轻、结构简单、稳定可靠、工作负荷范围广，能将燃料电池堆反应产生的水有效分离，克服了传统气水分离装置体积大、重量过高、低流速时分离效果不佳等问题，具有非常高的商业价值。

Description

一种用于氢燃料电池系统的气水分离装置

技术领域

本实用新型属于燃料电池技术领域，特别涉及一种用于氢燃料电池系统的气水分离装置。

背景技术

氢燃料电池是将氢气的化学能直接转换为电能的装置，由于氢燃料电池的反应产物只有水，其清洁无污染的特性在新能源汽车领域受到越来越多的青睐。氢燃料电池工作过程中，未反应的氢气会混合部分反应生成的水从燃料电池堆阳极侧排出，若将这部分气水混合物直接排空会大大降低氢燃料电池系统的氢气利用率，若将未反应的氢气直接循环通入燃料电池堆，氢气中含有过量的水也会随之进入到燃料电池堆当中，造成燃料电池堆水淹，从而影响到燃料电池系统的安全稳定运行，因此，将未反应的氢气和燃料电池堆反应生成的水有效分离，对提升燃料电池系统的氢气利用率和保证氢燃料电池系统的稳定运行具有非常重要的意义。

传统的气液分离装置大都应用于化工领域，主要采用离心式的分离方式，气体和液体的混合物沿分离器内壁面的切线方向通入到分离器内部，气体和液体的混合物在分离器内部高速旋转，由于液体所受离心力更大便会撞击到分离器内壁面，最终由分离器内壁面收集汇聚于分离器底部；而气体会进入到布置在分离器中下部的出口管，并沿出口管排出分离器，最终实现气体和液体之间的分离。然而传统的气液分离器存在体积大、重量过高、低流速时分离效果不佳等问题，不太适用于氢燃料电池系统，尤其是车载氢燃料电池系统领域。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种能够将燃料电池堆反应产生的水有效分离的用于氢燃料电池系统的气水分离装置。

本实用新型采用的技术方案是：一种用于氢燃料电池系统的气水分离装置，包括气水分离主体，其特征在于：在所述气水分离主体内上部设置有分离挡板，所述分离挡板上端与气水分离主体顶部连接，其下端沿竖直方向向下延伸一定长度，所述分离挡板将气水分离主体内对应腔体分隔为进气腔和出气腔，所述气水分离主体内下部为与进气腔和出气腔相通的储液腔，在所述气水分离主体上分别设置有与进气腔相连的进气口、与出气腔相连的出气口以及与储液腔相连的排水口。

本实用新型所述的用于氢燃料电池系统的气水分离装置，其所述分离挡板的底部端面呈中间高两端低的形状，即分离挡板的底部端面由中部向两端向下倾斜形成导流斜面，并延伸至气水分离主体的内壁面。

本实用新型所述的用于氢燃料电池系统的气水分离装置，其所述导流斜面由平面或曲面形成。

本实用新型所述的用于氢燃料电池系统的气水分离装置，其所述分离挡板设置在更靠近进气口处，所述进气腔的腔体体积小于出气腔的腔体体积。

本实用新型所述的用于氢燃料电池系统的气水分离装置，其所述气水分离主体内底部为具有一定坡度的斜面，所述排水口设置在最低点处。

本实用新型所述的用于氢燃料电池系统的气水分离装置，其在所述气水分离主体内下部设置有用于检测储液腔内液位高度的液位传感器，在所述排水口下方设置有排水电磁阀，所述排水电磁阀与液位传感器电连接，通过液位传感器信号控制排水电磁阀的启闭。

本实用新型所述的用于氢燃料电池系统的气水分离装置，其所述气水分离主体由上部主体和下部主体密封连接而成，所述进气口和出气口设置在上部主体上，所述排水口设置在下部主体上。

本实用新型所述的用于氢燃料电池系统的气水分离装置，其在所述上部主体和下部主体的连接端部设置有多个对应配合的连接端耳，在所述连接端耳上设置有用于连接螺栓穿过的连接耳孔。

本实用新型所述的用于氢燃料电池系统的气水分离装置，其在所述上部主体或下部主体的连接端端面设置有密封圈安装槽，所述上部主体和下部主体连接端面之间设置的密封圈嵌装在密封圈安装槽内。

与现有技术相比，本实用新型的体积小、重量轻、结构简单、稳定可靠、工作负荷范围广，能将燃料电池堆反应产生的水有效分离，克服了传统气水分离装置体积大、重量过高、低流速时分离效果不佳等问题，具有非常高的商业价值；此外，本实用新型能够在保证分离出的水有效排出的基础上，提高燃料电池系统的氢气利用率，有效地保证燃料电池系统长期稳定运行。

附图说明

本实用新型将通过具体实施例并参照附图的方式说明，其中

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的剖视图。

图3是本实用新型中上部主体的结构示意图。

图4是本实用新型中下部主体的结构示意图。

图中标记：1为气水分离主体，2为分离挡板，3为进气腔，4为出气腔，5为储液腔，6为进气口，7为出气口，8为排水口，10为内壁面，11为上部主体，12为下部主体，13为连接端耳，14为连接耳孔，15为密封圈安装槽，21为底部端面的中部，22为导流斜面。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义；实施例中的附图用以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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

如图1和2所示，一种用于氢燃料电池系统的气水分离装置，包括气水分离主体1，在所述气水分离主体1内上部设置有分离挡板2，所述分离挡板2上端与气水分离主体1顶部连接，其下端沿竖直方向向下延伸一定长度，所述分离挡板2将气水分离主体1内对应腔体分隔为进气腔3和出气腔4，所述气水分离主体1内下部为与进气腔3和出气腔4相通的储液腔5，在所述气水分离主体1上分别设置有与进气腔3相连的进气口6、与出气腔4相连的出气口7以及与储液腔5相连的排水口8，所述气水分离主体1内底部为具有一定坡度的斜面，所述排水口8设置在最低点处，以保证储液腔内的水能完全排净。

在本实施例中，所述分离挡板2的底部端面呈中间高两端低的人字形形状，即分离挡板2的底部端面由中部21向两端向下倾斜形成导流斜面22，并延伸至气水分离主体1的内壁面10，所述导流斜面22由平面形成，或者由圆弧、半圆弧、抛物线等曲面形成。通过对分离挡板底部端面的结构设计，使得分离挡板捕获的水能向分离挡板下端两侧流动，最终沿分离装置内壁面流入到储液腔中。

为进一步提高分离装置的分离效果，所述分离挡板2设置在更靠近进气口6处，所述进气腔3的腔体体积小于出气腔4的腔体体积。通过将分离挡板设置在略靠近进气口一侧，使得在气水混合物中的水珠能有效撞击到分离挡板上；同时更大的出气腔能降低气体在出气腔中的流速，从而降低水珠被气体携带出分离装置的风险。

其中，在所述气水分离主体1内下部设置有用于检测储液腔5内液位高度的液位传感器，在所述排水口8下方设置有排水电磁阀，所述排水电磁阀与液位传感器电连接，通过液位传感器信号控制排水电磁阀的启闭，从而起到控制储液腔是否进行排水。

在本实施例中，如图3和4所示，所述气水分离主体1由上部主体11和下部主体12密封连接而成，以便于设备加工及运输，所述进气口6和出气口7设置在上部主体11上，所述排水口8设置在下部主体12上。具体地，在所述上部主体11和下部主体12的连接端部设置有多个对应配合的连接端耳13，在所述连接端耳13上设置有用于连接螺栓穿过的连接耳孔14，在所述上部主体11或下部主体12的连接端端面设置有密封圈安装槽15，所述上部主体11和下部主体12连接端面之间设置的密封圈嵌装在密封圈安装槽15内。上下部主体之间通过在连接耳孔中穿入螺栓、在密封圈安装槽中装入密封圈实现上下部主体之间的连接密封，相应的上下部主体之间也可通过法兰、螺纹等方式实现连接，同时可以采用密封垫片、密封胶等方式实现密封。

本实用新型的工作原理是：

燃料电池堆反应生成的水和未被消耗氢气的混合物通过进气口通入到气水分离装置的进气腔中。当氢气和水的混合物流速较低时，气水混合物中的水珠会汇聚成一小股水流，并沿气水分离装置的内壁面流入到下部主体，最终汇聚到储液腔中；当氢气和水的混合物流速较高时，气水混合物的水珠会撞击到分离挡板上，最终被分离挡板拦截下来；当氢气和水的混合物的流速非常高时，气水混合物中的水珠撞击分离挡板后会反弹，在分离挡板和分离装置的内壁面形成的进气腔中单次或多次反弹后，水珠速度下降最终由分离挡板和分离装置的内壁面拦截捕集。

具体地，利用分离挡板底部端面的结构设计，使得分离挡板捕集的水珠能沿分离挡板两端流动，最终沿分离装置的内壁面流入下部主体，并汇聚到储液腔，从而大大降低分离的水珠被气体携带出分离装置的风险。而分离后的氢气会从分离挡板下部进入到出气腔，最终从出气口流出分离装置，进入到燃料电池氢气的循环回路，实现氢气的循环利用，提高燃料电池系统的氢气利用率。

本实用新型并不局限于前述的具体实施方式，本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种用于氢燃料电池系统的气水分离装置，包括气水分离主体(1)，其特征在于：在所述气水分离主体(1)内上部设置有分离挡板(2)，所述分离挡板(2)上端与气水分离主体(1)顶部连接，其下端沿竖直方向向下延伸一定长度，所述分离挡板(2)将气水分离主体(1)内对应腔体分隔为进气腔(3)和出气腔(4)，所述气水分离主体(1)内下部为与进气腔(3)和出气腔(4)相通的储液腔(5)，在所述气水分离主体(1)上分别设置有与进气腔(3)相连的进气口(6)、与出气腔(4)相连的出气口(7)以及与储液腔(5)相连的排水口(8)。

2.根据权利要求1所述的用于氢燃料电池系统的气水分离装置，其特征在于：所述分离挡板(2)的底部端面呈中间高两端低的形状，即分离挡板(2)的底部端面由中部(21)向两端向下倾斜形成导流斜面(22)，并延伸至气水分离主体(1)的内壁面(10)。

3.根据权利要求2所述的用于氢燃料电池系统的气水分离装置，其特征在于：所述导流斜面(22)由平面或曲面形成。

4.根据权利要求1所述的用于氢燃料电池系统的气水分离装置，其特征在于：所述分离挡板(2)设置在更靠近进气口(6)处，所述进气腔(3)的腔体体积小于出气腔(4)的腔体体积。

5.根据权利要求1所述的用于氢燃料电池系统的气水分离装置，其特征在于：所述气水分离主体(1)内底部为具有一定坡度的斜面，所述排水口(8)设置在最低点处。

6.根据权利要求1所述的用于氢燃料电池系统的气水分离装置，其特征在于：在所述气水分离主体(1)内下部设置有用于检测储液腔(5)内液位高度的液位传感器，在所述排水口(8)下方设置有排水电磁阀，所述排水电磁阀与液位传感器电连接，通过液位传感器信号控制排水电磁阀的启闭。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的用于氢燃料电池系统的气水分离装置，其特征在于：所述气水分离主体(1)由上部主体(11)和下部主体(12)密封连接而成，所述进气口(6)和出气口(7)设置在上部主体(11)上，所述排水口(8)设置在下部主体(12)上。

8.根据权利要求7所述的用于氢燃料电池系统的气水分离装置，其特征在于：在所述上部主体(11)和下部主体(12)的连接端部设置有多个对应配合的连接端耳(13)，在所述连接端耳(13)上设置有用于连接螺栓穿过的连接耳孔(14)。

9.根据权利要求8所述的用于氢燃料电池系统的气水分离装置，其特征在于：在所述上部主体(11)或下部主体(12)的连接端端面设置有密封圈安装槽(15)，所述上部主体(11)和下部主体(12)连接端面之间设置的密封圈嵌装在密封圈安装槽(15)内。

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