CN216354323U - 一种具有气水分离功能的供料组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有气水分离功能的供料组件，包括供料端板、分水模块；供料端板包括端板本体、进水通道和出水通道、进气通道和出气通道、进氢通道和第一出氢通道；分水模块包括模块本体、分离腔、第一进氢口和第一出氢口、分离组件；第一进氢口与第一出氢通道相连通，第一出氢口与进氢通道相连通。本实用新型的供料组件，一方面，通过供料端板的设置，能够极大的提高空间利用率；另一方面，通过将分水模块集成于供料端板上，使得氢燃料电池中输出的氢气能够直接通过分水模块进行气水分离后送回氢燃料电池，不仅省去了管路的连接，进一步提高了空间利用率，而且缩短了回收氢气的流动路径，提高了氢燃料电池的反应效率。

Description

一种具有气水分离功能的供料组件

技术领域

本实用新型涉及氢燃料电池领域，具体涉及一种具有气水分离功能的供料组件。

背景技术

氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置。其基本原理是电解水的逆反应，使用时，将氢气和氧气分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极。

目前，对于反应物料的供给，通常是通过多条独立的进出管路来实现；而对于氢燃料电池中排出的未消耗完全的氢气，因其中含有水分，也需要再外接两条管路将氢气通向分水器中进行气水分离随后再通回氢燃料电池。如此，虽然能够实现反应物料的供给以及氢气的回收利用，但是会导致设备整体占用空间大，严重的降低了空间利用率；同时未消耗完全的氢气的流动路径过长，严重影响了氢燃料电池的反应效率。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种具有气水分离功能的供料组件。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种具有气水分离功能的供料组件，用于为氢燃料电池提供反应物料，包括供料端板、设于所述供料端板上的分水模块；

所述供料端板包括端板本体、开设于所述端板本体内的进水通道和出水通道、进气通道和出气通道、进氢通道和第一出氢通道；

所述分水模块包括模块本体、形成于所述模块本体内的分离腔、开设于所述模块本体上且与所述分离腔相连通的第一进氢口和第一出氢口、设于所述分离腔内的分离组件；

其中，所述第一进氢口与所述第一出氢通道相连通，所述第一出氢口与所述进氢通道相连通。

优选地，所述第一出氢通道沿着所述端板本体的厚度方向贯穿所述端板本体，所述第一进氢口与所述第一出氢通道靠近所述分水模块一端的通道口相连通。

优选地，所述供料端板还包括开设于所述端板本体宽度方向的一侧部且与所述进氢通道相连通的回氢口，所述第一出氢口与所述回氢口相连通。

优选地，所述分水模块还包括设于所述分离腔内的挡板、形成于所述挡板两侧且相互连通的第一腔室和第二腔室，所述第一进氢口与所述第一腔室相连通，所述第一出氢口与所述第二腔室相连通，所述分离组件包括多个阵列排布于所述挡板上且位于所述第一腔室中的分离柱、设于所述第二腔室中的分离筒，所述的多个分离柱的延伸方向与所述第一进氢口的开口方向相垂直，所述分离筒的轴心线方向与所述第一出氢口的开口方向一致且其筒径沿着靠近所述第一出氢口的方向逐渐减小。

进一步优选地，所述分离柱的延伸方向与所述分离筒的轴心线方向相垂直，所述分水模块还包括开设于所述挡板上的连通口、开设于所述分离筒径向的一侧部的第二进氢口、开设于所述分离筒轴向的一端部的第二出氢口、两端分别与所述连通口和所述第二进氢口相连通的气体通道。

进一步优选地，所述分水模块还包括两端分别与所述分离腔和所述第一出氢口相连通的第二出氢通道、开设于所述模块本体上的排气口、两端分别与所述第二出氢通道和所述排气口相连通的排气通道、设于所述排气通道中的排气阀。

进一步优选地，所述分水模块还包括形成于所述模块本体内且与所述分离腔相连通的排水腔、插设于所述排水腔内的加热器、开设于所述模块本体上的排水口、两端分别与所述排水腔和所述排水口相连通的排水通道、设于所述排水通道中的排水阀，所述排水腔位于所述分离腔下方。

优选地，所述供料端板还包括形成于所述进水通道两端的第一进水口和第一出水口、形成于所述进气通道两端的第一进气口和第一出气口、形成于所述进氢通道两端的第三进氢口和第三出氢口、形成于所述出水通道两端的第二进水口和第二出水口、形成于所述出气通道两端的第二进气口和第二出气口，所述第一进水口、所述第一进气口、所述第三进氢口、所述第二出水口和所述第二出气口分别开设于所述端板本体宽度方向的一侧部，所述第一出水口、所述第一出气口、所述第三出氢口、所述第二进水口和所述第二进气口分别开设于所述端板本体厚度方向的一侧部。

进一步优选地，所述第一进水口、所述第一进气口、所述第二出水口和所述第二出气口均位于所述端板本体的同一侧且沿着所述端板本体的长度方向间隔排布，所述第一出水口、所述第一出气口、所述第三出氢口、所述第二进水口和所述第二进气口均位于所述端板本体靠近所述氢燃料电池的一侧部。

进一步优选地，所述供料端板还包括开设于所述端板本体宽度方向的一侧部的补水口、开设于所述端板本体上的多个用于安装温压传感器的检测口，其中，所述补水口与所述出水通道相连通。

由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：本实用新型的供料组件，一方面，通过供料端板的设置，将进水通道和出水通道、进气通道和出气通道、进氢通道和第一出氢通道集成于同一端板本体上，能够极大的提高空间利用率；另一方面，通过将分水模块集成于供料端板上，使得氢燃料电池中输出的氢气能够直接通过分水模块进行气水分离后送回氢燃料电池，不仅省去了管路的连接，进一步提高了空间利用率，而且缩短了回收氢气的流动路径，提高了氢燃料电池的反应效率。

附图说明

附图1为本实用新型的具体实施例中的供料组件的外部结构示意图；

附图2为本实用新型的具体实施例中的分水模块沿其长度方向的剖面示意图；

附图3为本实用新型的具体实施例中的供料端板沿其长度方向的剖面示意图。

图中：1、端板本体；2、进水通道；3、出水通道；4、进气通道；5、出气通道；6、进氢通道；7、第一出氢通道；8、模块本体；9、分离腔；9a、第一腔室；9b、第二腔室；10、第一进氢口；11、第一出氢口；12、回氢口；13、挡板；14、分离柱；15、分离筒；15a、第一筒体；15b、第二筒体；16、连通口；17、第二进氢口；18、第二出氢口；19、气体通道；20、第二出氢通道；21、排气口；22、排气通道；23、排气阀；24、排水腔；25、加热器；26、排水口；27、排水通道；28、排水阀；29、第一进水口；30、第一出水口；31、第一进气口；32、第一出气口；33、第三进氢口；34、第三出氢口；35、第二进水口；36、第二出水口；37、第二进气口；38、第二出气口；39、补水口；40、检测口。

具体实施方式

下面结合附图来对本实用新型的技术方案作进一步的阐述。

本实用新型涉及对氢燃料电池的供料的改进，提出了一种供料组件，一方面，通过供料端板的设置，将进水通道2和出水通道3、进气通道4和出气通道5、进氢通道6和第一出氢通道7集成于同一端板本体1上，能够极大的提高空间利用率；另一方面，通过将分水模块集成于供料端板上，使得氢燃料电池中输出的氢气能够直接通过分水模块进行气水分离后送回氢燃料电池，不仅省去了管路的连接，进一步提高了空间利用率，而且缩短了回收氢气的流动路径，提高了氢燃料电池的反应效率。

参见图1-3所示，其中示出了一种具有气水分离功能的供料组件，用于为氢燃料电池提供反应物料，包括供料端板、设于供料端板上的分水模块。

结合图2-3所示，供料端板包括端板本体1、开设于端板本体1内的进水通道2和出水通道3、进气通道4和出气通道5、进氢通道6和第一出氢通道7；分水模块包括模块本体8、形成于模块本体8内的分离腔9、开设于模块本体8上且与分离腔9相连通的第一进氢口10和第一出氢口11、设于分离腔9内的分离组件；其中，第一进氢口10与第一出氢通道7相连通，第一出氢口11与进氢通道6相连通。

这里，进水通道2和出水通道3、进气通道4和出气通道5、进氢通道6均为弯折流道且延伸方向均与端板本体1的厚度方向相垂直，进水通道2和出水通道3分别用于向氢燃料电池供水以及氢燃料电池的出水，进气通道4和出气通道5分别用于向氢燃料电池供应空气以及氢燃料电池的出气，进氢通道6和第一出氢通道7分别用于向氢燃料电池供应氢气以及未完全消耗的氢气的排出，自第一出氢通道7输出的未消耗完全的氢气能够自第一进氢口10进入分离腔9并进行气水分离后自第一出氢口11再次回到进氢通道6中。

进一步地，第一出氢通道7沿着端板本体1的厚度方向贯穿端板本体1，第一进氢口10与第一出氢通道7靠近分水模块一端的通道口相连通。如此，氢燃料电池中未消耗完全的氢气能够自贯通的第一出氢通道7中直接进入分水模块，保证了氢气的流通效率。

供料端板还包括开设于端板本体1宽度方向的一侧部且与进氢通道6相连通的回氢口12，第一出氢口11与回氢口12相连通。经分水模块气水分离后的氢气能够自回氢口12进入进氢通道6中并与进氢通道6中的氢气混合后再次进入氢燃料电池中。

在本实施例中，结合图2所示，分水模块还包括设于分离腔9内的挡板13、形成于挡板13两侧且相互连通的第一腔室9a和第二腔室9b，第一进氢口10与第一腔室9a相连通，第一出氢口11与第二腔室9b相连通，分离组件包括多个阵列排布于挡板13上且位于第一腔室9a中的分离柱14、设于第二腔室9b中的分离筒15，多个分离柱14的延伸方向与第一进氢口10的开口方向相垂直，分离筒15的轴心线方向与第一出氢口11的开口方向一致且其筒径沿着靠近第一出氢口11的方向逐渐减小。这里的多个分离柱14成矩形阵列排布。

进一步地，分离柱14的延伸方向与分离筒15的轴心线方向相垂直，分水模块还包括开设于挡板13上的连通口16、开设于分离筒15径向的一侧部的第二进氢口17、开设于分离筒15轴向的一端部的第二出氢口18、两端分别与连通口16和第二进氢口17相连通的气体通道19。

如此，氢气自第一进氢口10进入第一腔室9a后撞击在多个分离柱14上，在多个分离柱14的折流作用下实现一级气水分离，一级分离后的氢气进入第二腔室9b中并自第二进氢口17进入分离筒15后撞击在分离筒15的内壁上，随后绕着分离筒15的径向做离心运动，实现二级气水分离，二级分离后的氢气自第二出氢口18流出分离筒15后自第一出氢口11排出

进一步地，分离筒15包括沿着靠近第一出氢口11的方向排布且相互连通的第一筒体15a和第二筒体15b，第二进氢口17开设于第一筒体15a的侧壁，第二筒体15b沿着第一筒体15a至第一出氢口11的方向径向减小，第二出氢口18开设于第二筒体15b靠近第一出氢口11的一端。

在本实施例中，分水模块还包括两端分别与分离腔9和第一出氢口11相连通的第二出氢通道20、开设于模块本体8上的排气口21、两端分别与第二出氢通道20和排气口21相连通的排气通道22、设于排气通道22中的排气阀23。这里的排气阀23为电磁阀且通过PLC控制器控制。这样，通过排气通道22和排气阀23的设置，PLC控制器能够根据实际的反应工况间歇开启排气阀23，以定期排出一部分的混合气体，降低自第一出氢口11输出的混合氢气中的其他气体的浓度。

分水模块还包括形成于模块本体8内且与分离腔9相连通的排水腔24、插设于排水腔24内的加热器25、开设于模块本体8上的排水口26、两端分别与排水腔24和排水口26相连通的排水通道27、设于排水通道27中的排水阀28，排水腔24位于分离腔9下方。这里的排水阀28为电磁阀且通过PLC控制器控制，用于定期排出排水腔24中的水；加热器25包括多根插设于排水腔24中的PTC加热柱，用于对排水腔24内的水以及排水腔24上方的氢气进行加热，以保证反应的稳定性。

在本实施例中，结合图3所示，供料端板还包括形成于进水通道2两端的第一进水口29和第一出水口30、形成于进气通道4两端的第一进气口31和第一出气口32、形成于进氢通道6两端的第三进氢口33和第三出氢口34、形成于出水通道3两端的第二进水口35和第二出水口36、形成于出气通道5两端的第二进气口37和第二出气口38，第一进水口29、第一进气口31、第三进氢口33、第二出水口36和第二出气口38分别开设于端板本体1宽度方向的一侧部，第一出水口30、第一出气口32、第三出氢口34、第二进水口35和第二进气口37分别开设于端板本体1厚度方向的一侧部。

进一步地，第一进水口29、第一进气口31、第二出水口36和第二出气口38均位于端板本体1的同一侧且沿着端板本体1的长度方向间隔排布，第三进氢口33开设于第一进水口29、第一进气口31、第二出水口36和第二出气口38的相对的另一侧，第一出水口30、第一出气口32、第三出氢口34、第二进水口35和第二进气口37均位于端板本体1靠近氢燃料电池的一侧部。

进一步地，供料端板还包括开设于端板本体1宽度方向的一侧部的补水口39、开设于端板本体1上的多个用于安装温压传感器的检测口40，其中，补水口39与出水通道3相连通。通过补水口39的设置，能够向出水通道3中补水，以挤出出水通道3中的气体，保证进水通道2和出水通道3中水的流动。

以下具体阐述下本实施例的工作过程：将水、空气和氢气分别自第一进水口29、第一进气口31和第三进氢口33通入进水通道2、进气通道4和进氢通道6中，水、空气和氢气分别自第一出水口30、第一出气口32和第三出氢口34进入氢燃料电池中进行反应，反应后的水和空气分别通过出水通道3和出气通道5输出；

剩余的氢气通过第一出氢通道7进入分水模块中，并首先进入第一腔室9a后撞击在多个分离柱14上，在多个分离柱14的折流作用下实现一级气水分离，一级分离后的氢气通过气体通道19进入分离筒15后撞击在分离筒15的内壁上，分离后的水沿着挡板13向下流入排水腔24中；

一级分离后的氢气绕着分离筒157的径向做离心运动，实现二级气水分离，二级分离后的氢气自第二出氢口18流出分离筒15后自第一出氢口11排出并自回氢口12再次进入进氢通道6，分离后的水沿着分离筒15的筒壁向下流入排水腔24中。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有气水分离功能的供料组件，用于为氢燃料电池提供反应物料，其特征在于：包括供料端板、设于所述供料端板上的分水模块；

所述供料端板包括端板本体、开设于所述端板本体内的进水通道和出水通道、进气通道和出气通道、进氢通道和第一出氢通道；

所述分水模块包括模块本体、形成于所述模块本体内的分离腔、开设于所述模块本体上且与所述分离腔相连通的第一进氢口和第一出氢口、设于所述分离腔内的分离组件；

其中，所述第一进氢口与所述第一出氢通道相连通，所述第一出氢口与所述进氢通道相连通。

2.根据权利要求1所述的一种具有气水分离功能的供料组件，其特征在于：所述第一出氢通道沿着所述端板本体的厚度方向贯穿所述端板本体，所述第一进氢口与所述第一出氢通道靠近所述分水模块一端的通道口相连通。

3.根据权利要求1所述的一种具有气水分离功能的供料组件，其特征在于：所述供料端板还包括开设于所述端板本体宽度方向的一侧部且与所述进氢通道相连通的回氢口，所述第一出氢口与所述回氢口相连通。

4.根据权利要求1所述的一种具有气水分离功能的供料组件，其特征在于：所述分水模块还包括设于所述分离腔内的挡板、形成于所述挡板两侧且相互连通的第一腔室和第二腔室，所述第一进氢口与所述第一腔室相连通，所述第一出氢口与所述第二腔室相连通，所述分离组件包括多个阵列排布于所述挡板上且位于所述第一腔室中的分离柱、设于所述第二腔室中的分离筒，所述的多个分离柱的延伸方向与所述第一进氢口的开口方向相垂直，所述分离筒的轴心线方向与所述第一出氢口的开口方向一致且其筒径沿着靠近所述第一出氢口的方向逐渐减小。

5.根据权利要求4所述的一种具有气水分离功能的供料组件，其特征在于：所述分离柱的延伸方向与所述分离筒的轴心线方向相垂直，所述分水模块还包括开设于所述挡板上的连通口、开设于所述分离筒径向的一侧部的第二进氢口、开设于所述分离筒轴向的一端部的第二出氢口、两端分别与所述连通口和所述第二进氢口相连通的气体通道。

6.根据权利要求1或4所述的一种具有气水分离功能的供料组件，其特征在于：所述分水模块还包括两端分别与所述分离腔和所述第一出氢口相连通的第二出氢通道、开设于所述模块本体上的排气口、两端分别与所述第二出氢通道和所述排气口相连通的排气通道、设于所述排气通道中的排气阀。

7.根据权利要求1或4所述的一种具有气水分离功能的供料组件，其特征在于：所述分水模块还包括形成于所述模块本体内且与所述分离腔相连通的排水腔、插设于所述排水腔内的加热器、开设于所述模块本体上的排水口、两端分别与所述排水腔和所述排水口相连通的排水通道、设于所述排水通道中的排水阀，所述排水腔位于所述分离腔下方。

8.根据权利要求1所述的一种具有气水分离功能的供料组件，其特征在于：所述供料端板还包括形成于所述进水通道两端的第一进水口和第一出水口、形成于所述进气通道两端的第一进气口和第一出气口、形成于所述进氢通道两端的第三进氢口和第三出氢口、形成于所述出水通道两端的第二进水口和第二出水口、形成于所述出气通道两端的第二进气口和第二出气口，所述第一进水口、所述第一进气口、所述第三进氢口、所述第二出水口和所述第二出气口分别开设于所述端板本体宽度方向的一侧部，所述第一出水口、所述第一出气口、所述第三出氢口、所述第二进水口和所述第二进气口分别开设于所述端板本体厚度方向的一侧部。

9.根据权利要求8所述的一种具有气水分离功能的供料组件，其特征在于：所述第一进水口、所述第一进气口、所述第二出水口和所述第二出气口均位于所述端板本体的同一侧且沿着所述端板本体的长度方向间隔排布，所述第一出水口、所述第一出气口、所述第三出氢口、所述第二进水口和所述第二进气口均位于所述端板本体靠近所述氢燃料电池的一侧部。

10.根据权利要求8所述的一种具有气水分离功能的供料组件，其特征在于：所述供料端板还包括开设于所述端板本体宽度方向的一侧部的补水口、开设于所述端板本体上的多个用于安装温压传感器的检测口，其中，所述补水口与所述出水通道相连通。

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