CN216092651U - 一种气液分离装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种气液分离装置，所述的气液分离装置包括外壳，所述的外壳内形成气液分离腔体，所述的气液分离腔体内设置有多个分离挡板，所述的分离挡板与外壳的内壁之间，或多个分离挡板相互之间形成供气水通过的通道，由内壁和分离挡板形成多个储液腔，储液腔之间通过连通通道连接，连通通道为下窄上宽的“倒梯形”结构。从而解决气液分离装置腔体内排水与气流流动相互冲突的难点，增强排水能力，显著提高分离效率和稳定性。

Description

一种气液分离装置

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，为一种气液分离装置，具体指燃料电池系统氢气侧的气液分离结构，又被简称为分水装置、分水器。

背景技术

燃料电池氢气侧常设有氢回流系统,即燃料电池出堆氢气混合物，经由氢循环泵（或引射器）驱动回流至氢气入堆管路,并与新供给的氢气混合,进入电堆。燃料电池氢气出堆混合物中主要含有氢、氮及水等成分，其中的水常以气液混合形式存在，同时含有水蒸汽及液态水两种形式。如若出堆混合物中液态水未能被及时分离，氢气回流路会将其重新带至电堆入口，会影响电堆的运行湿度控制，严重时会造成电堆内部堵水。为去除燃料电池氢气侧电堆出堆混合物中的所含的液态水滴，电堆氢气出口均设有气液分离结构或装置。

根据用途及需求，常用的气液分离装置分为离心式、惯性力/重力分离、滤芯式等形式。其中，惯性力/重力分离方式主要利用被分离的气液混合物中气相、液相密度特性的差异，在气液分离装置流动过程中受惯性力及重力作用后气相、液相流动轨迹不同，形成气体聚集区和液体聚集区。惯性/重力气液分离的不需额外驱动能量、流动损失小、运行可靠程度高。但惯性力及重力气液分离装置设计主要依赖于流体的惯性力及重力作用来实现气液分离，通常气液分离效率偏低，并需要气液分离的空间较大。

车用燃料电池系统工况负载变化大、车辆运行晃动幅度大，气液分离效率受气流瞬态变化、液位晃动等因素干扰大。因此，发明探讨一种燃料电池用气液分离效率高且分离效果稳定的气液分离结构。

发明内容

本发明提出一种多次分水气液分离装置，解决腔体之间排水与气流流动相互冲突的难点，增强排水能力，显著提高分离效率和稳定性。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种气液分离装置，所述的气液分离装置包括外壳，所述的外壳内形成气液分离腔体，所述的气液分离腔体内设置有多个分离挡板，所述的分离挡板与外壳的内壁之间，或多个分离挡板相互之间形成供气水通过的通道，由内壁和分离挡板形成多个储液腔，其特征在于，储液腔之间通过连通通道连接。

进一步地，连通通道可以设置为下窄上宽的“倒梯形”结构。其中，窄部主要起截流作用，即降低向上流动的旁通气流的流量；宽部主要降低旁通气流的流速，避免气流流速过高而造成下水困难。同时，窄、宽部具有一定的高度差，即使发生液态水堵塞时，液态水能借助该高度差下的自身重力克服气流压力，沿通道壁面下水，增强排水能力。其中，宽窄部的流通面积需要根据系统工况匹配。

优选地，进一步可以将分离挡板设置于连通通道正上方。该分离挡板的上侧壁面有助于二次分离液态水向下流动；下侧壁面可直接阻挡旁通气流，防止气流携水冲向分离装置的出口，进而提升分离效果。同时，优选地，设置于连通通道正上方的分离挡板可以向下倾斜，与水平方向成一定的夹角。

优选地，可以对储液腔进行进一步优化，储液腔的下部通过向内倾斜设置内壁或分离挡板，将储液腔设置为下窄上宽的结构。

优选地，如附图1所示，所述的气液分离装置可以设置为如下的结构。该气液分离装置外壳的侧面设置有气液混合物入口，所述的外壳的顶部设置有气液分离后的混合气出口，所述的外壳的底部设置有气液分离装置的排液口，所述的分离腔内设置有挡板9f、9g、9h、9i、9g'、9h'，所述的分离腔内设置有连通通道9j、9j'、9j"，所述的分离腔内有上述内壁、挡板以及连接通道形成一次储液腔9d，二次储液腔9e，三次储液腔9e'，四次储液腔9e"，所述的连通通道为为下窄上宽的“倒梯形”结构。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本申请公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本申请的理解。

图1 为多次气液分离装置的腔体正面示意图

图2 为多次气液分离装置的腔体剖视图

图3 为多次气液分离装置的过程图

图4 为二次气液分离装置示例

附图中零件及结构说明：

其中多次气液分离装置：气液混合物入口9a，气液分离后的混合气出口9b，气液分离装置的排液口9c，一次储液腔9d，二次储液腔9e，三次储液腔9e'，四次储液腔9e"，挡板9f、9g、9h、9i，挡板9g'、9h'，连通通道9j、9j'、9j"。

其中二次气液分离装置：气液混合物入口11a，气液分离后的混合气出口11b，气液分离装置的排液口11c ，一次储液腔11d，二次储液腔11e，挡板11f、11g、11h、11i，连通通道11j。

具体实施方式

下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。

多次气液分离装置特征及分离过程，如附图1、图3所示：

气流顶部流通通道：挡板9f、9g、9h、9f'、9g'共同形成的分离腔内的顶部流通通道，实现气流顶部流动，流动受液位干扰小；

当进行气液一次分离时：气液混合物流经挡板9f，气体发生转向并沿挡板9g向顶部攀升，该过程中由于气液相密度特性差异，液态水在离心力和惯性力作用下，流动方向偏离与气流发生分离，分离后的液态水汇集至一次储液腔9d底部；

气液二次、三次分离：一次分离后的气液混合物，沿挡板9h流动进入二次分离腔体发生转向，发生二次气液分离；分离后的液态水沿倾斜的挡板9g和挡板9i汇集于二次储液腔9e底部。同理，通过设置与9g、9h相似的挡板9g'、9h',同二次分离过程相同，实现第三次气液分离过程，液态水沿倾斜挡板9i汇集至三次储液腔9e'底部。二次、三次分离显著提高气液的分离效率，且腔体均位于顶部，减弱了液位晃动影响，分离效果稳定；

进一步当储液腔排水时：二次储液腔9e、三次储液腔9e'通过连通通道9j、9j'都与四次储液腔9e"连通；四次储液腔9e"与一次储液腔9d通过连通通道9j"连通。通过连通通道9j、9j'和9j"实现将各个储液腔的液态水汇集至一次储液腔底部，然后通过尾排阀开启排出。

该气液分离装置没有外部部件引入，结构简单可靠；同时可以集成与系统内部或外置，实施灵活。顶部增设多组挡板，形成气流顶部通道，实现一次分水后的气液混合物多次实现气液分离，气液分离效率显著提升；多次分离腔位于气液分离装置的顶部位置，受液位晃动干扰小，气液分离效果稳定。

Claims (5)

1.一种气液分离装置，所述的气液分离装置包括外壳，所述的外壳内形成气液分离腔体，所述的气液分离腔体内设置有多个分离挡板，所述的分离挡板与外壳的内壁之间，或多个分离挡板相互之间形成供气水通过的通道，由内壁和分离挡板形成多个储液腔，其特征在于，储液腔之间通过连通通道连接。

2.如权利要求1所述的气液分离装置，其特征在于，连通通道为下窄上宽的“倒梯形”结构。

3.如权利要求2所述的气液分离装置，其特征在于，将分离挡板设置于连通通道正上方。

4.如权利要求1所述的气液分离装置，其特征在于，储液腔设置为下窄上宽的结构。

5.如权利要求1所述的气液分离装置，其特征在于，所述的外壳侧面设置有气液混合物入口，所述的外壳的顶部设置有气液分离后的混合气出口，所述的外壳的底部设置有气液分离装置的排液口，所述的分离腔内顶部设置有三个分离挡板，底部设置有两个分离挡板，顶部分离挡板与底部分离挡板依次间隔排列，所述的分离腔内由上述内壁、分离挡板形成一次储液腔，二次储液腔，三次储液腔，四次储液腔，所述的分离腔内设置有连通通道，将储液腔进行连接，所述的连通通道为下窄上宽的“倒梯形”结构。

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