CN215342674U - 一种用于氢燃料电池系统的气液分离装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于氢燃料电池系统的气液分离装置，包括分离器主体，所述分离器主体内部腔室分为进气腔、储液腔以及出气腔，在所述分离器主体内上部设置有竖直折板，所述竖直折板将进气腔和出气腔进行分隔，所述储液腔设置在分离器主体内下部且与进气腔和出气腔相通，在所述出气腔内设置有至少一级折流板，所述折流板使出气腔形成折返的出气通路，在所述分离器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液口，所述进气口和出气口设置在竖直折板的两侧。本实用新型通过对电堆阳极出口流体中的氢气和水进行多级分离，保证分离效率的同时，也提高了循环回路的氢气浓度，使得未反应的氢气能顺利地被循环利用。

Description

一种用于氢燃料电池系统的气液分离装置

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液分离装置。

背景技术

氢燃料电池是一种把氢气所具有的化学能直接转化电能的发电装置，因其具有能量转换效率高、产物水清洁无污染等优点，发展和应用前景广阔，在交通运输领域愈发被重视。在氢燃料电池工作过程中，未反应的氢气从电堆阳极侧出口流出，经循环再次进入电堆反应，以提高燃料利用率。由于循环氢气会携带部分反应产生的水，如果不进行气液分离，直接将循环氢气通入电堆，势必造成电堆内水累积过多而出现“水淹”，从而影响电堆性能和寿命，同时过多的水还会对循环泵等阳极零部件的正常工作造成影响。因此，对循环氢气中携带的水进行有效分离，保证入堆氢气浓度和湿度在合理的范围内，对提高氢气利用率和维持系统稳定运行具有重要意义。

此外，传统的气液分离装置多采用间歇性排水的方式，即排水频率和排水时长固定。此方法虽然操作简单，控制难度低，却存在排水不及时或排水时间过长以致燃料被排出的问题，难以适应燃料电池系统运行工况的变化。

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液分离装置。

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液分离装置，包括分离器主体，其特征在于：所述分离器主体内部腔室分为进气腔、储液腔以及出气腔，在所述分离器主体内上部设置有竖直折板，所述竖直折板将进气腔和出气腔进行分隔，所述储液腔设置在分离器主体内下部且与进气腔和出气腔相通，在所述出气腔内设置有至少一级折流板，所述折流板使出气腔形成折返的出气通路，在所述分离器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液口，所述进气口和出气口设置在竖直折板的两侧。

本实用新型所述的用于氢燃料电池系统的气液分离装置，其所述竖直折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液分离装置，其所述出气腔内的折流板为一级结构时，所述折流板的一端与分离器主体的内壁面连接，其另一端向竖直折板的方向延伸形成自由端；

所述出气腔内的折流板为多级结构时，多级折流板交替式地与分离器主体的内壁面和竖直折板连接，形成连续式折返的出气通路，其中，靠近出气口的折流板的一端与分离器主体的内壁面连接。

本实用新型所述的用于氢燃料电池系统的气液分离装置，其所述多级折流板中，相邻折流板在水平方向上的投影具有重叠部分。

本实用新型所述的用于氢燃料电池系统的气液分离装置，其所述多级折流板中，相邻折流板之间的高度差不小于出气口的宽度d。

本实用新型所述的用于氢燃料电池系统的气液分离装置，其所述折流板的自由端与竖直折板或分离器主体的内壁面之间的距离不小于出气口的宽度d。

本实用新型所述的用于氢燃料电池系统的气液分离装置，其在所述进气腔与储液腔的交界面处设置有多孔折板，所述多孔折板一端与分离器主体的内壁面连接。

本实用新型所述的用于氢燃料电池系统的气液分离装置，其所述多孔折板向分离器主体底部方向倾斜设置，所述多孔折板的倾斜角β为0-180°。

本实用新型所述的用于氢燃料电池系统的气液分离装置，其所述储液腔内底部设置有一定的坡度，所述排液口位于储液腔底部最低点处，所述储液腔的底部坡度倾斜角α为5-80°。

本实用新型所述的用于氢燃料电池系统的气液分离装置，其在所述分离器主体下部设置有与储液腔相连的支管口，所述支管口外接透明管，所述透明管连接有用于监测储液腔内液位高度的液位传感器，在所述排液口下方设置有排液电磁阀，所述排液电磁阀与液位传感器分别与中央控制单元电连接，所述中央控制单元通过接收液位传感器信号，并控制排液电磁阀的启闭。

本实用新型通过对电堆阳极出口流体中的氢气和水进行多级分离，保证分离效率的同时，也提高了循环回路的氢气浓度，使得未反应的氢气能顺利地被循环利用，此外，本实用新型提出的排水可适应复杂多变的工况，即保证了水的及时排出，又防止了因排水时间过长而出现氢气泄漏的情况发生，提高了氢气利用率，降低了电堆运行的成本，并能保证燃料电池系统能够长时间地稳定运行，具有较高的可操作性和开发使用的价值。

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是本实用新型中储液腔的横剖示意图。

图中标记：1为分离器主体，2为进气腔，3为储液腔，4为出气腔，5为竖直折板，6为折流板，7为进气口，8为出气口，9为排液口，10为多孔折板，11为支管口。

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、2和3所示，一种用于氢燃料电池系统的气液分离装置，包括分离器主体1，所述分离器主体1内部腔室分为进气腔2、储液腔3以及出气腔4，在所述分离器主体1内上部设置有竖直折板5，所述竖直折板5将进气腔2和出气腔4进行分隔，所述储液腔3设置在分离器主体1内下部且与进气腔2和出气腔4相通，在所述出气腔4内设置有至少一级折流板6，所述折流板6使出气腔4形成折返的出气通路，在所述分离器主体1上分别设置有与进气腔2相连的进气口7、与出气腔4相连的出气口8以及与储液腔3相连的排液口9，所述进气口7和出气口8设置在竖直折板5的两侧，这样在混合流体进入进气腔后，能够充分利用竖直折板的设置进行气液分离，此外也便于进气口和出气口防倒灌结构的设置，所述储液腔3内底部设置有一定的坡度，所述排液口9位于储液腔3底部最低点处，所述储液腔3的底部坡度倾斜角α为5-80°，有利于将分离出的水排净。

为进一步提高分离装器的分离效果，所述竖直折板5设置在更靠近进气口7处，即出气腔的宽度L3大于进气腔的宽度L4，所述进气腔2的腔体体积小于出气腔4的腔体体积。通过将竖直折板设置在略靠近进气口一侧，使得在气液混合物中的水珠能有效撞击到竖直折板上；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器的风险。

其中，所述出气腔4内的折流板6为一级结构时，所述折流板6的一端与分离器主体1的内壁面连接，其另一端向竖直折板5的方向延伸形成自由端；所述出气腔4内的折流板6为多级结构时，多级折流板6交替式地与分离器主体1的内壁面和竖直折板5连接，形成连续式折返的出气通路，其中，靠近出气口8的折流板6的一端与分离器主体1的内壁面连接，所述多级折流板6中，相邻折流板6在水平方向上的投影具有重叠部分，相邻折流板6之间的高度差不小于出气口8的宽度d，所述折流板6的自由端与竖直折板5或分离器主体1的内壁面之间的距离不小于出气口8的宽度d。通过多级折流板的设置，使得气液混合物能有效地撞击到折流板上，借助氢气和水惯性大小的不同达到分离的目的，此外，利用将靠近出气口的折流板与分离器主体的内壁面连接，基于折流板具有的一定长度，使其在分离器整体倾斜时，能够起到阻挡液体通过出气口流出的目的。

在本实施例中，所述出气腔4内采用两级折流板6，即第一级折流板和第二级折流板，所述第一级折流板靠近出气口8，所述第一级折流板设置在第二级折流板上方，具体地，如图2所示，储液腔容积V/第二级折流板的高度h2≥第二级折流板的长度L1，第二级折流板的长度L1+第一级折流板的长度L2＞出气腔的宽度L3，所述第一级折流板的高度h1＞第二级折流板的高度h2，且h1-h2≥出气口的宽度d，出气腔的宽度L3-第二级折流板的长度L1≥出气口的宽度d，出气腔的宽度L3-第一级折流板的长度L2≥出气口的宽度d，通过上述的结构设计，能够使气液分离的效果达到更优。

其中，为了防止储液腔内的液体由电堆阳极出口处倒灌进入到循环回路中，在所述进气腔2与储液腔3的交界面处设置有多孔折板10，所述多孔折板10一端与分离器主体1的内壁面连接，所述多孔折板10向分离器主体1底部方向倾斜设置，所述多孔折板10的倾斜角β为0-180°，通过多孔折板的设置，能够在一定程度上阻止水倒流到进气腔中，并保证分离出的水顺利流入到储液腔中。

在本实施例中，在所述分离器主体1下部设置有与储液腔3相连的支管口11，所述支管口11外接透明管，所述透明管连接有用于监测储液腔3内液位高度的液位传感器，在所述排液口9下方设置有排液电磁阀，所述排液电磁阀与液位传感器分别与中央控制单元电连接，所述中央控制单元通过接收液位传感器信号，并控制排液电磁阀的启闭。通过透明管路的液位来反映储液腔内液位高度，从而合理地控制排液电磁阀的开闭，当检测到储水箱内液位处于事先设置的高液位时打开排液电磁阀进行排水，直到液位处于事先设置的低液位时，关闭阀门，停止排水，实现在变化的工况下，使得储液腔内的液体能够及时有效地排出，同时，也避免了气液分离时液体向下流的过程中对液位传感器信号的干扰。

本实用新型的工作原理：

燃料电池电堆反应中生成的水携带未参与反应的氢气通过进气口进入到气液分离装置中，当混合流体碰到进气腔中的竖直折板时，由于惯性大小的不同，其中的水会汇聚在一起，并沿竖直折板向下流入到储液腔中，氢气则会迅速改变流向，穿过竖直折板的底部流至出气腔中，由此完成氢气和水的第一次分离；在出气腔中设计两级折流板，借助氢气和水惯性的差异再次将二者进行分离，最终经过三次折板分离后，氢气经气液分离装置上部的出气口流出装置，进入燃料电池阳极循环回路，被循环利用，以提高其利用率，降低燃料成本，分离出的水则汇集在装置底部的储液腔中，并能根据储水情况及时排出。

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 (10)

1.一种用于氢燃料电池系统的气液分离装置，包括分离器主体(1)，其特征在于：所述分离器主体(1)内部腔室分为进气腔(2)、储液腔(3)以及出气腔(4)，在所述分离器主体(1)内上部设置有竖直折板(5)，所述竖直折板(5)将进气腔(2)和出气腔(4)进行分隔，所述储液腔(3)设置在分离器主体(1)内下部且与进气腔(2)和出气腔(4)相通，在所述出气腔(4)内设置有至少一级折流板(6)，所述折流板(6)使出气腔(4)形成折返的出气通路，在所述分离器主体(1)上分别设置有与进气腔(2)相连的进气口(7)、与出气腔(4)相连的出气口(8)以及与储液腔(3)相连的排液口(9)，所述进气口(7)和出气口(8)设置在竖直折板(5)的两侧。

2.根据权利要求1所述的用于氢燃料电池系统的气液分离装置，其特征在于：所述竖直折板(5)设置在更靠近进气口(7)处，所述进气腔(2)的腔体体积小于出气腔(4)的腔体体积。

3.根据权利要求1所述的用于氢燃料电池系统的气液分离装置，其特征在于：所述出气腔(4)内的折流板(6)为一级结构时，所述折流板(6)的一端与分离器主体(1)的内壁面连接，其另一端向竖直折板(5)的方向延伸形成自由端；

所述出气腔(4)内的折流板(6)为多级结构时，多级折流板(6)交替式地与分离器主体(1)的内壁面和竖直折板(5)连接，形成连续式折返的出气通路，其中，靠近出气口(8)的折流板(6)的一端与分离器主体(1)的内壁面连接。

4.根据权利要求3所述的用于氢燃料电池系统的气液分离装置，其特征在于：所述多级折流板(6)中，相邻折流板(6)在水平方向上的投影具有重叠部分。

5.根据权利要求3所述的用于氢燃料电池系统的气液分离装置，其特征在于：所述多级折流板(6)中，相邻折流板(6)之间的高度差不小于出气口(8)的宽度d。

6.根据权利要求3所述的用于氢燃料电池系统的气液分离装置，其特征在于：所述折流板(6)的自由端与竖直折板(5)或分离器主体(1)的内壁面之间的距离不小于出气口(8)的宽度d。

7.根据权利要求1所述的用于氢燃料电池系统的气液分离装置，其特征在于：在所述进气腔(2)与储液腔(3)的交界面处设置有多孔折板(10)，所述多孔折板(10)一端与分离器主体(1)的内壁面连接。

8.根据权利要求7所述的用于氢燃料电池系统的气液分离装置，其特征在于：所述多孔折板(10)向分离器主体(1)底部方向倾斜设置，所述多孔折板(10)的倾斜角β为0-180°。

9.根据权利要求1所述的用于氢燃料电池系统的气液分离装置，其特征在于：所述储液腔(3)内底部设置有一定的坡度，所述排液口(9)位于储液腔(3)底部最低点处，所述储液腔(3)的底部坡度倾斜角α为5-80°。

10.根据权利要求1所述的用于氢燃料电池系统的气液分离装置，其特征在于：在所述分离器主体(1)下部设置有与储液腔(3)相连的支管口(11)，所述支管口(11)外接透明管，所述透明管连接有用于监测储液腔(3)内液位高度的液位传感器，在所述排液口(9)下方设置有排液电磁阀，所述排液电磁阀与液位传感器分别与中央控制单元电连接，所述中央控制单元通过接收液位传感器信号，并控制排液电磁阀的启闭。

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