CN215731804U - 一种简易的水汽分离器及其应用的燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种简易的水汽分离器及其应用的燃料电池系统，水汽分离器包括螺旋装置和分水器外管，分水器外管包括管体和密封端板，管体的底端形成开口，螺旋装置包括螺旋片和底部托盘，螺旋片从管体的底端的开口嵌入到分水器外管里面，分水器外管支承在底部托盘上，分水器外管和底部托盘围成一密闭的空腔；在管体上分别设置有进气管、出气管和排水管，进气管、出气管和排水管均与所述空腔连通，螺旋装置和分水器外管均为独立个体，使得组装时所用到的零件数少，且结构简单，组装方便，利于提高生产效率，降低生产成本；另外，由于水汽分离器整体呈柱状设计，在同等尺寸要求的条件下，可以有效减少自身结构的体积，更利于空间的利用。

Description

一种简易的水汽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简易的水汽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。目前市场上现有的标准化的水汽分离器多为方壳式结构，一般包括带管道结构的端盖安装在端盖底部的分水器外管，在分水器外管内部设置水汽分离结构，但上述的标准化的水汽分离器存在体积大，加之新型的燃料电池模组的内部结构空间紧凑，使得上述的水汽分离器并不适用于新型的燃料电池模组，且上述的水汽分离器结构复杂，装配难度高，使得生产效率低，导致生产成本高。

发明内容：

本实用新型的目的是提供一种简易的水汽分离器及其应用的燃料电池系统，能解决现有技术中的水汽分离器体积大，结构复杂，装配难度高，使得生产效率低，导致生产成本高的技术问题。

本实用新型的目的是通过下述技术方案予以实现的。

本实用新型的一个目的是提供一种简易的水汽分离器，包括安装在一起的螺旋装置和分水器外管，所述分水器外管包括管体和位于管体顶壁的密封端板，管体的底端形成开口，所述螺旋装置包括螺旋片和位于所述螺旋片的底部的底部托盘，螺旋片从管体的底端的开口嵌入到分水器外管里面，所述分水器外管支承在所述底部托盘上由底部托盘封闭开口，所述分水器外管和所述底部托盘围成一密闭的空腔，所述螺旋片置于所述空腔内；在所述管体上分别设置有进气管、出气管和排水管，所述进气管、所述出气管和所述排水管均与所述空腔连通。

优选地，在所述螺旋片的中心位置设置有中心杆，中心杆的一端与底部托盘连接，中心杆的另一端连接有第一安装部，螺旋片位于底部托盘与第一安装部之间。

优选地，所述底部托盘包括第二安装部和位于所述第二安装部的底部的安装板，在所述安装板的边缘处开设有若干安装孔，所述分水器外管的管体套设在所述第一安装部和所述第二安装部的外面。

优选地，第一安装部和第二安装部是圆柱体，分水器外管是软管，利用管箍将分水器外管箍紧在第一安装部和第二安装部上。

优选地，所述排水管位于所述分水器外管的下部，所述出气管位于所述分水器外管的上部，所述进气管位于所述排水管和所述出气管之间。

优选地，所述第一安装部、所述中心杆、所述螺旋片和所述底部托盘连接成一整体。

本实用新型的另一个目的是提供一种燃料电池系统，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，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，出氢口连接有水汽分离器；所述的水汽分离器是上述所述的一种简易的水汽分离器。

优选地，所述的供氢系统包括氢气瓶、截止阀、第一比例阀和泄压阀，氢气瓶的氢气经过截止阀、第一比例阀、泄压阀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水气和氢气混合的混合气体输送到水汽分离器处，所述混合气体从水汽分离器的进气口进入水汽分离器的空腔后沿着水汽分离器的螺旋片进行螺旋形向上流动，形成外旋气流，外旋气流在旋转的过程中产生离心力，使所述混合气体中水气被甩至水汽分离器的分水器外管的内壁面上并形成液滴，液滴沿内壁面下落到水汽分离器的排水管，分离出水分后的氢气从出气口排出输送到氢气循环泵的入口。

优选地，所述水汽分离器的排水管连接有一排水阀，所述排水阀受所述燃料电池系统控制器控制，当所述排水阀打开时，排水管里的水被排出。

本实用新型与现有技术相比，具有如下效果：

1)本实用新型的提供水汽分离器包括螺旋装置和分水器外管，螺旋装置和分水器外管均为独立个体，零件的结构均为一体化结构，使得组装时所用到的零件数少，且结构简单，组装方便，利于提高水汽分离器的生产效率，能有效降低生产成本；另外，由于本方案中的水汽分离器整体呈柱状设计，可以有效增加螺旋装置的高度和气道的长度，使得水汽分离时的发生时间足够长，从而保证水汽分离的效果良好，而且在同等尺寸要求的限制条件下，柱状设计可以有效减少自身结构的体积，更利于空间的利用，使得本方案中的水汽分离器能适用于内部结构空间紧凑的新型燃料电池模组中；

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是为本实用新型实施例一提供的水汽分离器的立体结构示意图；

图2是为本实用新型实施例一提供的水汽分离器的分解结构示意图；

图3是为本实用新型实施例一提供的水汽分离器的俯视结构示意图；

图4是为图3提供的A-A的剖面结构示意图；

图5是为本实用新型实施例一提供的螺旋装置的立体结构示意图；

图6是本实用新型实施例二的原理示意图；

图7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5所示，本实施例提供的是本实用新型的一个目的是提供一种简易的水汽分离器，包括安装在一起的螺旋装置1和分水器外管2，所述分水器外管2包括管体22和位于管体22顶壁的密封端板21，管体22的底端形成开口 23，所述螺旋装置1包括螺旋片11和位于所述螺旋片11的底部的底部托盘12，螺旋片11从管体22的底端的开口23嵌入到分水器外管2里面，所述分水器外管2支承在所述底部托盘12上由底部托盘12封闭开口23，所述分水器外管2 和所述底部托盘12围成一密闭的空腔3，所述螺旋片11置于所述空腔3内；在所述管体22上分别设置有进气管4、出气管5和排水管6，所述进气管4、所述出气管5和所述排水管6均与所述空腔3连通；在本实施例中，分水器外管2 是软管。

本实用新型的提供水汽分离器包括螺旋装置1和分水器外管2，螺旋装置1 和分水器外管2均为独立个体，零件的结构均为一体化结构，使得组装时所用到的零件数少，且结构简单，组装方便，利于提高水汽分离器的生产效率，能有效降低生产成本；另外，由于本方案中的水汽分离器整体呈柱状设计，可以有效增加螺旋装置1的高度和气道的长度，使得水汽分离时的发生时间足够长，从而保证水汽分离的效果良好，而且在同等尺寸要求的限制条件下，柱状设计可以有效减少自身结构的体积，更利于空间的利用，使得本方案中的水汽分离器能适用于内部结构空间紧凑的新型燃料电池模组中。

在所述螺旋片11的中心位置设置有中心杆111，中心杆111的一端与底部托盘12连接，中心杆111的另一端连接有第一安装部13，螺旋片11位于底部托盘12与第一安装部13之间；所述第一安装部13、所述中心杆111、所述螺旋片11和所述底部托盘12连接成一整体；在本实施例中，所述螺旋片11可以焊接在所述中心杆111外周，所述第一安装部13和所述底部托盘12分别可以焊接在所述中心轴111的两端部，结构简单，加工方便。

所述底部托盘12包括第二安装部121和位于所述第二安装部121的底部的安装板122，在所述安装板122的边缘处开设有若干安装孔1221，安装孔1221 便于水汽分离器的安装，所述分水器外管2的管体22套设在所述第一安装部13 和所述第二安装部121的外面；具体地，第一安装部13和第二安装部121是圆柱体，利用管箍7将分水器外管2箍紧在第一安装部13和第二安装部121上，安装简单快捷，降低了水汽分离器的组装难度，有效提高组装效率；在本实施例中，所述分水器外管2所选用的软管是非金属软管。

所述排水管6位于所述分水器外管2的下部，所述出气管5位于所述分水器外管2的上部，所述进气管4位于所述排水管6和所述出气管5之间，设计合理，确保分离后的水能够有效排出。

工作原理：混合气体从水汽分离器的进气口41进入水汽分离器的空腔3后沿着水汽分离器的螺旋片11进行螺旋形向上流动，形成外旋气流，外旋气流在旋转的过程中产生离心力，使所述混合气体中水气被甩至水汽分离器的分水器外管2的内壁面上并形成液滴，液滴与内壁面接触后失去惯性力而靠入口速度的动量和向下的重力沿内壁面下落到水汽分离器的排水管6。

实施例二：

如图6和图7所示，本实施例提供的是一种燃料电池系统，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，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，出氢口连接有水汽分离器8；所述的水汽分离器8是实施例一所述的一种简易的水汽分离器。

所述的供氢系统包括氢气瓶、截止阀、第一比例阀和泄压阀，氢气瓶的氢气经过截止阀、第一比例阀、泄压阀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水气和氢气混合的混合气体输送到水汽分离器处，所述混合气体从水汽分离器的进气口41进入水汽分离器的空腔3后沿着水汽分离器的螺旋片11进行螺旋形向上流动，形成外旋气流，外旋气流在旋转的过程中产生离心力，使所述混合气体中水气被甩至水汽分离器的分水器外管2的内壁面上并形成液滴，液滴与内壁面接触后失去惯性力而靠入口速度的动量和向下的重力沿内壁面下落到水汽分离器的排水管6，分离出水分后的氢气从出气口51排出输送到氢气循环泵的入口。

所述水汽分离器的排水管6连接有一排水阀，所述排水阀受所述燃料电池系统控制器控制，当所述排水阀打开时，排水管6里的水被排出。

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 (9)

1.一种简易的水汽分离器，其特征在于：包括安装在一起的螺旋装置(1)和分水器外管(2)，所述分水器外管(2)包括管体(22)和位于管体(22)顶壁的密封端板(21)，管体(22)的底端形成开口(23)，所述螺旋装置(1)包括螺旋片(11)和位于所述螺旋片(11)的底部的底部托盘(12)，螺旋片(11)从管体(22)的底端的开口(23)嵌入到分水器外管(2)里面，所述分水器外管(2)支承在所述底部托盘(12)上由底部托盘(12)封闭开口(23)，所述分水器外管(2)和所述底部托盘(12)围成一密闭的空腔(3)，所述螺旋片(11)置于所述空腔(3)内；在所述管体(22)上分别设置有进气管(4)、出气管(5)和排水管(6)，所述进气管(4)、所述出气管(5)和所述排水管(6)均与所述空腔(3)连通。

2.根据权利要求1所述的一种简易的水汽分离器，其特征在于：在所述螺旋片(11)的中心位置设置有中心杆(111)，中心杆(111)的一端与底部托盘(12)连接，中心杆(111)的另一端连接有第一安装部(13)，螺旋片(11)位于底部托盘(12)与第一安装部(13)之间。

3.根据权利要求2所述的一种简易的水汽分离器，其特征在于：所述底部托盘(12)包括第二安装部(121)和位于所述第二安装部(121)的底部的安装板(122)，在所述安装板(122)的边缘处开设有若干安装孔(1221)，所述分水器外管(2)的管体(22)套设在所述第一安装部(13)和所述第二安装部(121)的外面。

4.根据权利要求2所述的一种简易的水汽分离器，其特征在于：第一安装部(13)和第二安装部(121)是圆柱体，分水器外管(2)是软管，利用管箍(7)将分水器外管(2)箍紧在第一安装部(13)和第二安装部(121)上。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种简易的水汽分离器，其特征在于：所述排水管(6)位于所述分水器外管(2)的下部，所述出气管(5)位于所述分水器外管(2)的上部，所述进气管(4)位于所述排水管(6)和所述出气管(5)之间。

6.根据权利要求2或3或4所述的一种简易的水汽分离器，其特征在于：所述第一安装部(13)、所述中心杆(111)、所述螺旋片(11)和所述底部托盘(12)连接成一整体。

7.一种燃料电池系统，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，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，出氢口连接有水汽分离器(8)；其特征在于：所述的水汽分离器(8)是权利要求1至6任一项所述的一种简易的水汽分离器。

8.根据权利要求7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、第一比例阀和泄压阀，氢气瓶的氢气经过截止阀、第一比例阀、泄压阀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水气和氢气混合的混合气体输送到水汽分离器处，所述混合气体从水汽分离器的进气口(41)进入水汽分离器的空腔(3)后沿着水汽分离器的螺旋片(11)进行螺旋形向上流动，形成外旋气流，外旋气流在旋转的过程中产生离心力，使所述混合气体中水气被甩至水汽分离器的分水器外管(2)的内壁面上并形成液滴，液滴沿内壁面下落到水汽分离器的排水管(6)，分离出水分后的氢气从出气口(51)排出输送到氢气循环泵的入口。

9.根据权利要求8所述的一种燃料电池系统，其特征在于：所述水汽分离器的排水管(6)连接有一排水阀，所述排水阀受所述燃料电池系统控制器控制，当所述排水阀打开时，排水管(6)里的水被排出。

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