CN215184097U - 一种高效水气分离器及其应用的燃料电池系统 - Google Patents

一种高效水气分离器及其应用的燃料电池系统 Download PDF

Info

Publication number
CN215184097U
CN215184097U CN202121674581.9U CN202121674581U CN215184097U CN 215184097 U CN215184097 U CN 215184097U CN 202121674581 U CN202121674581 U CN 202121674581U CN 215184097 U CN215184097 U CN 215184097U
Authority
CN
China
Prior art keywords
end cover
hydrogen
gas
outlet
water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202121674581.9U
Other languages
English (en)
Inventor
刘小青
邓佳
梁未栋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dayang Electric Fuel Cell Technology Zhongshan Co ltd
Original Assignee
Zhongshan Broad Ocean Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhongshan Broad Ocean Motor Co Ltd filed Critical Zhongshan Broad Ocean Motor Co Ltd
Priority to CN202121674581.9U priority Critical patent/CN215184097U/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN215184097U publication Critical patent/CN215184097U/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本实用新型公开了一种高效水气分离器及其应用的燃料电池系统，包括中空的壳体、上端盖和下端盖,壳体上设置进气口和出气口，上端盖和下端盖分别安装在壳体的两端形成密闭的空腔，进气口和出气口与空腔连通，还包括一冷凝管道，冷凝管道安装在空腔内，冷凝管道的两端的进气管和出气管从空腔伸出，下端盖上设有排水口，外部低温冷却介质从进气管进入冷凝管道内，再从出气管排出，高温氢气和水气的混合气体从进气口流入至空腔里并与冷凝管道接触交换热量，水气冷凝后形成液态被分离出来在重力作用下汇流到下端盖，然后从下端盖的排水口排出，氢气从出气口排出，有效的实现氢气和液态的分离，结构简单，工作可靠，提高整体系统的效率和可靠性。

Description

一种高效水气分离器及其应用的燃料电池系统
技术领域：
本实用新型涉及一种高效水气分离器及其应用的燃料电池系统。
背景技术：
燃料电池是通过氢气和氧气的催化氧化反应，将化学能转换为电能的一种发电装置，是一种高效率、高能量密度、低噪音、对环境无污染的新型能源。燃料电池广泛应用于新能源汽车、轮船、无人机及应急供电等领域。
燃料电池运行过程中产生的副产品只有无任何污染的水和热量。送入电堆模块的氢气不会被100％的反应，有一部分未参加反应的氢气和产生的水一起从电堆模块出口排出。为了更好的提高氢气的利用率，所以需要一套可靠的氢气循环系统将电堆模块出口排出未参加反应的氢气重新送入电堆模块中进行反应。另外，送入电堆模块中的氢气湿度也是一个重要技术指标。在燃料电池工作过程中，质子交换膜必须保持一定的湿度才能保证质子的高传导性和良好的运行特性。进入电堆模块的氢气湿度过低或者过高都会影响电堆模块的性能，甚至损坏电堆模块。
因此，为了解决氢气湿度的问题，一般会在氢气循环系统中增加一个水气分离装置，将从电堆模块出口排出未参加反应的氢气和一部分的水分离，既保证重新送入电堆模块氢气有一定的湿度，也需排出多余的水分。在专利CN201920045141.3中公开了一种用于氢燃料电池氢气尾气循环系统的水分离器，通过沿分离器内壁切向进气方式，使进入分离器的气水混合气体发生旋转，在离心力和重力的作用下，大颗粒水珠滴落到储液腔内后排出。此方案有一定的水气分离效果，但是从电堆模块出口排出的氢气和水气温度很高，大概在70-80℃左右，排出的水有很大一部分是水蒸气的状态。此方案只能分离大颗粒水珠，对于气态水分的分离基本没有效果，过多的气态水分从氢气入口进入电堆模块中，在电堆模块中聚集并凝结成水珠，同样会造成水淹等系统风险。
发明内容：
本实用新型的目的是提供一种高效水气分离器及其应用的燃料电池系统，能解决现有技术中只能分离大颗粒水珠，对于气态水分的分离基本没有效果，过多的气态水分从氢气入口进入电堆模块中，在电堆模块中聚集并凝结成水珠，同样会造成水淹等系统风险的技术问题。
本实用新型的目的是通过下述技术方案予以实现的。
本实用新型的目的是提供一种高效水气分离器，包括中空的壳体、上端盖和下端盖,壳体上设置进气口和出气口，上端盖和下端盖分别安装在壳体的两端形成密闭的空腔，进气口和出气口与空腔连通，其特征在于：还包括一冷凝管道，冷凝管道安装在空腔内，冷凝管道的两端的进气管和出气管从空腔伸出，下端盖上设有排水口；
外部低温冷却介质从进气管进入冷凝管道内，再从出气管排出，高温氢气和水气的混合气体从进气口流入至空腔里并与冷凝管道接触交换热量，水气冷凝后形成液态被分离出来在重力作用下汇流到下端盖，然后从下端盖的排水口排出，氢气从出气口排出。
上述所述的冷凝管道包括螺旋管，进气管和出气管分别设置在螺旋管的两端。
上述所述的螺旋管的管壁外设有翅片，进气口位于出气口的下方。
上述所述的冷凝管道的两端分别伸出下端盖和上端盖形成进气管和出气管。
上述所述的下端盖的外端面上安装有排水阀，排水阀与排水口连通。
上述所述的下端盖的内端面上设有储水腔，储水腔与空腔和排水口连通。
上述所述的排水阀与下端盖之间设有密封圈。
上述所述的出气管连接在排气管的一端，排水阀的出口处与三通接头一个入口连接，三通接头的另一个入口与排气管的另一端连接。
上述所述的上端盖上设有第一安装孔，出气管从第一安装孔伸出上端盖，通过第一密封锁紧器将出气管固定连接在上端盖中；下端盖上设有第二安装孔，进气管从第二安装孔伸出下端盖，通过第二密封锁紧器将进气管固定连接在下端盖中。
一种燃料电池系统，包括电堆模块、燃料电池系统控制器、供氢系统、空气供应系统和冷却系统，其中：供氢系统的输出端连接到电堆模块的氢气入口为电堆模块提供氢气；空气供应系统的输出端连接到电堆模块的空气入口为电堆模块提供空气；电堆模块的设置出氢口输出反应后的混合气体，出氢口连接高效水气分离器；其特征在于：所述的高效水气分离器是上述所述的高效水气分离器。
上述所述的供氢系统包括氢气瓶、截止阀、第一比例阀、泄压阀和引射器，氢气瓶的氢气经过截止阀、第一比例阀、泄压阀和引射器进入电堆模块的氢气入口，电堆模块的氢气出口将反应后的高温氢气和水气混合气体输送到水气分离器处，高温氢气和水气的混合气体从水气分离器处的进气口流入至空腔里并与冷凝管道接触交换热量，水气冷凝后形成液态被分离出来在重力作用下汇流到下端盖，然后从下端盖的排水口排出，氢气从出气口排出输送到引射器的回氢引射口。
上述下端盖的外端面上安装有排水阀，排水阀与排水口连通，排水阀受燃料电池系统控制器控制。
本实用新型与现有技术相比，具有如下效果：
1)一种高效水气分离器，包括中空的壳体、上端盖和下端盖,壳体上设置进气口和出气口，上端盖和下端盖分别安装在壳体的两端形成密闭的空腔，进气口和出气口与空腔连通，其特征在于：还包括一冷凝管道，冷凝管道安装在空腔内，冷凝管道的两端的进气管和出气管从空腔伸出，下端盖上设有排水口，外部低温冷却介质从进气管进入冷凝管道内，再从出气管排出，高温氢气和水气的混合气体从进气口流入至空腔里并与冷凝管道接触交换热量，水气冷凝后形成液态被分离出来在重力作用下汇流到下端盖，然后从下端盖的排水口排出，氢气从出气口排出，有效的实现氢气和液态的分离，结构简单，工作可靠，提高整体系统的效率和可靠性。
2)本实用新型的其它优点在实施例部分展开详细描述。
附图说明：
图1是本实用新型实施例一提供的立体图；
图2是本实用新型实施例一提供的分解图；
图3是本实用新型实施例一提供的高效水气分离器剖视结构图；
图4是本实用新型实施例一提供的冷凝管道立体图；
图5是本实用新型实施例一提供的壳体立体图；
图6是本实用新型实施例一提供的下端盖剖视图结构图；
图7是本实用新型实施例二的原理示意图；
图8是本实用新型实施例二的燃料电池系统中排水阀的工作方框图。
具体实施方式：
下面通过具体实施例并结合附图对本实用新型作进一步详细的描述。
实施例一：
如图1至图6所示，本实施例提供的是一种高效水气分离器，包括中空的壳体60、上端盖67和下端盖62,壳体60上设置进气口602和出气口603，上端盖67和下端盖62分别安装在壳体60的两端形成密闭的空腔601，进气口602和出气口603与空腔601连通，其特征在于：还包括一冷凝管道61，冷凝管道61安装在空腔601内，冷凝管道61的两端的进气管611和出气管614从空腔601伸出，下端盖62上设有排水口622；
外部低温冷却介质从进气管611进入冷凝管道61内，再从出气管614排出，高温氢气和水气的混合气体从进气口602流入至空腔里并与冷凝管道61接触交换热量，水气冷凝后形成液态被分离出来在重力作用下汇流到下端盖62，然后从下端盖62的排水口622排出，氢气从出气口603排出，有效的实现氢气和液态的分离，结构简单，工作可靠，提高整体系统的效率和可靠性。
本实用新型通过从外部引入低温冷却介质与电堆模块排出的高温水气和氢气的混合气体进行热交换，并且增大混合气体气流与冷凝管的接触面积，将高温水气冷凝成水珠，在离心力和重力的作用下滴落到下端盖62，然后从下端盖62的排水口622排出。有效的实现氢气和水的分离，结构简单，工作可靠，提高整体系统的效率和可靠性。
上述的冷凝管道61包括螺旋管612，进气管611和出气管614分别设置在螺旋管612的两端，螺旋管612结构布置增大气流与冷凝管道61的接触面积，提高气体与冷凝管道61的热量交换，结构布置合理。低温冷却介质可以是气体或者液体。
上述的螺旋管612的管壁外设有翅片613，进一步增大气流与冷凝管道61的接触面积，进气口602位于出气口603的下方，便于氢气上浮排出，高温氢气和水气的混合气体进入空腔后将沿着带有翅片的螺旋管进行螺旋向上流动，形成外旋气流，外旋气流在旋转的过程中会产生离心力，外旋气流中的氢气旋转上升到出气口603处排出，外旋气流中密度较大的液滴甩向空腔601的壁面，液滴一旦与空腔601的壁面接触，便会失去惯性力在重力作用下汇流到下端盖62，然后从下端盖62的排水口622排出，结构布置合理，有效的实现氢气和液态的分离。
上述的冷凝管道61的两端分别伸出下端盖62和上端盖67形成进气管611和出气管614，结构简单。
上述的下端盖62的外端面上安装有排水阀64，排水阀64与排水口622连通，通过设置排水阀64定时开启，防止下端盖62积水过多，结构布置合理。
上述的下端盖62的内端面上设有储水腔623，储水腔623与空腔601和排水口622连通，分离出来的液态汇集到储水腔623中，通过排水阀64定时开启，完成排水工作，结构布置合理。
上述的排水阀64与下端盖62之间设有密封圈65，防水效果好。
上述的出气管614连接在排气管68的一端，排水阀64的出口处与三通接头66一个入口连接，三通接头66的另一个入口与排气管68的另一端连接，结构连接简单。水气分离器6中的冷凝管道61中热交换后的冷却介质和排水阀64排出的水汇集后一同排入到尾排出口中。
上述的上端盖67上设有第一安装孔670，出气管614从第一安装孔670伸出上端盖67，通过第一密封锁紧器631将出气管614固定连接在上端盖67中；下端盖62上设有第二安装孔620，进气管611从第二安装孔620伸出下端盖62，通过第二密封锁紧器632将进气管611固定连接在下端盖62中，结构连接牢固。
实施例二：
如图2、图7和图8所示，一种燃料电池系统，包括电堆模块、燃料电池系统控制器、供氢系统、空气供应系统和冷却系统，其中：供氢系统的输出端连接到电堆模块的氢气入口为电堆模块提供氢气；空气供应系统的输出端连接到电堆模块的空气入口为电堆模块提供空气；电堆模块的设置出氢口输出反应后的混合气体，出氢口连接高效水气分离器；其特征在于：所述的水气分离器是实施例一所述的高效水气分离器，有效的实现氢气和液态的分离，提高整体系统的效率和可靠性。
上述的所述的供氢系统包括氢气瓶、截止阀、第一比例阀、泄压阀和引射器，氢气瓶的氢气经过截止阀、第一比例阀、泄压阀和引射器进入电堆模块的氢气入口，电堆模块的氢气出口将反应后的高温氢气和水气混合气体输送到水气分离器处，高温氢气和水气的混合气体从水气分离器处的进气口602流入至空腔里并与冷凝管道61接触交换热量，水气冷凝后形成液态被分离出来在重力作用下汇流到下端盖62，然后从下端盖62的排水口622排出，氢气从出气口603排出输送到引射器的回氢引射口。
上述的水气分离器处的排水阀64受燃料电池系统控制器控制。电堆模块、供氢系统、空气供应系统和冷却系统都受燃料电池系统控制器控制。
以上实施例为本实用新型的较佳实施方式，但本实用新型的实施方式不限于此，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种高效水气分离器，包括中空的壳体(60)、上端盖(67)和下端盖(62),壳体(60)上设置进气口(602)和出气口(603)，上端盖(67)和下端盖(62)分别安装在壳体(60)的两端形成密闭的空腔(601)，进气口(602)和出气口(603)与空腔(601)连通，其特征在于：还包括一冷凝管道(61)，冷凝管道(61)安装在空腔(601)内，冷凝管道(61)的两端的进气管(611)和出气管(614)从空腔(601)伸出，下端盖(62)上设有排水口(622)；
外部低温冷却介质从进气管(611)进入冷凝管道(61)内，再从出气管(614)排出，高温氢气和水气的混合气体从进气口(602)流入至空腔里并与冷凝管道(61)接触交换热量，水气冷凝后形成液态被分离出来在重力作用下汇流到下端盖(62)，然后从下端盖(62)的排水口(622)排出，氢气从出气口(603)排出。
2.根据权利要求1所述的一种高效水气分离器，其特征在于：冷凝管道(61)包括螺旋管(612)，进气管(611)和出气管(614)分别设置在螺旋管(612)的两端。
3.根据权利要求2所述的一种高效水气分离器，其特征在于：螺旋管(612)的管壁外设有翅片(613),进气口(602)位于出气口(603)的下方。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种高效水气分离器，其特征在于：冷凝管道(61)的两端分别伸出下端盖(62)和上端盖(67)形成进气管(611)和出气管(614)。
5.根据权利要求4所述的一种高效水气分离器，其特征在于：下端盖(62)的外端面上安装有排水阀(64)，排水阀(64)与排水口(622)连通。
6.根据权利要求5所述的一种高效水气分离器，其特征在于：下端盖(62)的内端面上设有储水腔(623)，储水腔(623)与空腔(601)和排水口(622)连通。
7.根据权利要求6所述的一种高效水气分离器，其特征在于：排水阀(64)与下端盖(62)之间设有密封圈(65)。
8.根据权利要求7所述的一种高效水气分离器，其特征在于：出气管(614)连接在排气管(68)的一端，排水阀(64)的出口处与三通接头(66)一个入口连接，三通接头(66)的另一个入口与排气管(68)的另一端连接。
9.根据权利要求8所述的一种高效水气分离器，其特征在于：上端盖(67)上设有第一安装孔(670)，出气管(614)从第一安装孔(670)伸出上端盖(67)，通过第一密封锁紧器(631)将出气管(614)固定连接在上端盖(67)中；下端盖(62)上设有第二安装孔(620)，进气管(611)从第二安装孔(620)伸出下端盖(62)，通过第二密封锁紧器(632)将进气管(611)固定连接在下端盖(62)中。
10.一种燃料电池系统，包括电堆模块、燃料电池系统控制器、供氢系统、空气供应系统和冷却系统，其中：供氢系统的输出端连接到电堆模块的氢气入口为电堆模块提供氢气；空气供应系统的输出端连接到电堆模块的空气入口为电堆模块提供空气；电堆模块的设置出氢口输出反应后的混合气体，出氢口连接高效水气分离器；其特征在于：所述的水气分离器是权利要求1至权利要9所述的任意一项高效水气分离器。
11.根据权利要求10所述的一种燃料电池系统，其特征在于：所述的供氢系统包括氢气瓶、截止阀、第一比例阀、泄压阀和引射器，氢气瓶的氢气经过截止阀、第一比例阀、泄压阀和引射器进入电堆模块的氢气入口，电堆模块的氢气出口将反应后的高温氢气和水气混合气体输送到水气分离器处，高温氢气和水气的混合气体从水气分离器处的进气口(602)流入至空腔里并与冷凝管道(61)接触交换热量，水气冷凝后形成液态被分离出来在重力作用下汇流到下端盖(62)，然后从下端盖(62)的排水口(622)排出，氢气从出气口(603)排出输送到引射器的回氢引射口。
12.根据权利要求11所述的一种燃料电池系统，其特征在于：下端盖(62)的外端面上安装有排水阀(64)，排水阀(64)与排水口(622)连通，排水阀(64)受燃料电池系统控制器控制。
CN202121674581.9U 2021-07-22 2021-07-22 一种高效水气分离器及其应用的燃料电池系统 Active CN215184097U (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202121674581.9U CN215184097U (zh) 2021-07-22 2021-07-22 一种高效水气分离器及其应用的燃料电池系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202121674581.9U CN215184097U (zh) 2021-07-22 2021-07-22 一种高效水气分离器及其应用的燃料电池系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN215184097U true CN215184097U (zh) 2021-12-14

Family

ID=79393397

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202121674581.9U Active CN215184097U (zh) 2021-07-22 2021-07-22 一种高效水气分离器及其应用的燃料电池系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN215184097U (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114497628A (zh) * 2022-01-25 2022-05-13 中山大洋电机股份有限公司 一种燃料电池系统
CN115954503A (zh) * 2023-03-14 2023-04-11 西安旭旌再生资源有限公司 一种氢燃料电池水气分离系统

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114497628A (zh) * 2022-01-25 2022-05-13 中山大洋电机股份有限公司 一种燃料电池系统
CN114497628B (zh) * 2022-01-25 2024-01-05 中山大洋电机股份有限公司 一种燃料电池系统
CN115954503A (zh) * 2023-03-14 2023-04-11 西安旭旌再生资源有限公司 一种氢燃料电池水气分离系统
CN115954503B (zh) * 2023-03-14 2023-07-14 西安旭旌再生资源有限公司 一种氢燃料电池水气分离系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN215184097U (zh) 一种高效水气分离器及其应用的燃料电池系统
CN101680671B (zh) 加湿器和燃料电池系统
CN109301283A (zh) 一种带co2捕集的整体煤气化燃料电池系统
CN105594042B (zh) 流体交换膜组件
KR20180048003A (ko) 연료전지용 가습기
CN100565998C (zh) 一种高温质子交换膜燃料电池组的冷却方法及其系统
CN216288546U (zh) 一种用于燃料电池系统的多功能集成式增湿器
CN115036539A (zh) 一种燃料电池发电系统及其控制方法
CN215731804U (zh) 一种简易的水汽分离器及其应用的燃料电池系统
EP1714346B1 (en) Humidifying devices and methods for proton exchange membranes of fuel cells
CN102324537A (zh) 燃料电池的增湿系统
CN114497628A (zh) 一种燃料电池系统
CN111933988B (zh) 新型燃料电池集成系统
US6521366B1 (en) Fuel cell system
CN106887614B (zh) 一种燃料电池空气供应装置
JP2023545489A (ja) 燃料電池用加湿器のカートリッジ及び燃料電池用加湿器
JP4621370B2 (ja) 燃料電池積層構造体
CN209860060U (zh) 一种氢燃料电池进气增湿装置
CN216024030U (zh) 一种氢能源燃料电池测试台氢气回收装置
CN215184096U (zh) 一种用于燃料电池发动机的氢气水汽分离装置
CN215815960U (zh) 一种水气交换型燃料电池加湿器及加湿系统
EP4273975A1 (en) Humidifier for fuel cell
CN210934115U (zh) 一种新型燃料电池系统用氢水分离装置
JPH09223510A (ja) 燃料電池発電装置
JP2001202976A (ja) 加湿装置

Legal Events

Date Code Title Description
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20220914

Address after: 5th Floor, Office Building, No. 1 Guangfeng Industrial Avenue, West District, Zhongshan City, Guangdong Province, 528400

Patentee after: Dayang electric fuel cell technology (Zhongshan) Co.,Ltd.

Address before: No.22 Heli Road, Cuiheng New District, Zhongshan City, Guangdong Province, 528400

Patentee before: ZHONGSHAN BROAD-OCEAN MOTOR Co.,Ltd.

TR01 Transfer of patent right