CN216909797U - 一种自冷型气液分离器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种自冷型气液分离器，包括由内向外依次同轴设置的分水内轴、分水芯体和壳体，所述分水内轴包括轴体以及绕所述轴体设置的冷却通道，所述分水芯体包括支撑轴以及绕所述支撑轴设置的气流通道，所述气流通道与冷却通道相连通；所述壳体的底部设有进气口，顶部设有出气口，所述进气口和出气口均与所述气流通道相连通。本实用新型的有益之处在于，结构简单，便于制造组装；通过设置同轴的分水内轴和分水芯体，实现对直径大小不同的水汽颗粒的分离，有效地提升了气液分离器的分水效率，确保流出的气体干燥，延长了设备的使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种自冷型气液分离器。
背景技术
燃料电池的阳极系统在反应过程中会产生高湿度的气体，在遇到较冷物体或气压发生变化时，气体中的水分会以液态水滴的形式析出，进而影响整个燃料电池系统的性能和寿命。
为解决这一问题，目前大多会在阳极气体回收装置中布置一个分水器，分水器对回收气体中的水分进行分离，其工作原理是采用离心力将气体甩到分水器的内腔壁上或利用格挡筋与气体之间的撞击效果将水汽从气体中分离。这两种方法仅适用于分离直径较大的水汽颗粒，对于10微米以下的水汽颗粒，因自身质量太小，其在离心过程中无法与空气彻底分层，仍会继续随气流进入阳极参与反应，进而严重影响系统的寿命。
实用新型内容
针对上述缺陷，本实用新型的目的在于提供一种针对不同直径的水汽颗粒均具有良好分离效果的气液分离器。
本实用新型提供了一种自冷型气液分离器，包括由内向外依次同轴设置的分水内轴、分水芯体和壳体，所述分水内轴包括轴体以及绕所述轴体设置的冷却通道，所述分水芯体包括支撑轴以及绕所述支撑轴设置的气流通道，所述气流通道与冷却通道相连通；所述壳体的底部设有进气口，顶部设有出气口，所述进气口和出气口均与所述气流通道相连通。
优选地，所述支撑轴上开有多个供气体进出的小孔。
优选地，所述气流通道由绕所述支撑轴设置的螺旋叶片围成。
优选地，所述螺旋叶片的半径沿所述壳体底部向壳体顶部方向逐渐变大。
优选地，所述螺旋叶片的节距沿所述壳体底部向壳体顶部方向逐渐变小。
优选地，所述螺旋叶片的顶部末端连接有竖直设置的挡板，所述挡板的顶部与所述壳体的顶部相连接。
优选地，所述支撑轴的底部开有入口，顶部开有出口，所述入口和出口用于连通所述气流通道与冷却通道。
优选地，所述冷却通道呈螺旋状或Z字型。
优选地，所述出气口处设有用于过滤水汽颗粒的过滤件。
优选地，所述过滤件为膨体聚四氟乙烯薄膜。
本实用新型的有益之处在于，结构简单，便于制造组装；通过设置同轴的分水内轴和分水芯体，实现对直径大小不同的水汽颗粒的分离，有效地提升了气液分离器的分水效率，确保流出的气体干燥，延长了设备的使用寿命。
附图说明
图1是本实用新型气液分离器的立体图；
图2是本实用新型气液分离器的爆炸图；
图3是本实用新型气液分离器的侧视图；
图4是图3中A-A方向的剖视图；
图5是分水芯体的结构示意图；
图6是分水内轴的一种实施例示意图；
图7是分水内轴的另一种实施例示意图。
元件标号说明：
1 壳体
11 进气口
2 盖体
3 出气口
4 分水芯体
41 支撑轴
411 入口
42 螺旋叶片
43 气流通道
5 分水内轴
51 轴体
52 冷却通道
53 限位板
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
本实用新型提供了一种可以用于燃料电池阳极系统的气液分离器，该气液分离器设置在燃料电池堆的出口与循环泵的入口之间，对燃料电池堆反应后的残余气体中的水分进行分离，避免水汽影响设备的使用寿命。如图1-4所示，该气液分离器包括由内向外依次同轴设置的分水内轴5、分水芯体4和壳体1。其中，分水内轴5包括轴体51以及绕轴体51设置的冷却通道52；分水芯体4包括支撑轴41以及绕支撑轴41设置的气流通道43，气流通道43具体地呈螺旋状，其与冷却通道52相连通；壳体1的底部设有进气口11，顶部设有出气口3，进气口11和出气口3均与气流通道43相连通。工作时，燃料电池产生的潮湿气体从进气口11进入壳体1，螺旋状的气流通道43增加了潮湿气体在气液分离器中的碰撞路径，使得气体中直径较大的水汽颗粒可以与气流通道43的腔壁相撞形成水滴，实现分离。对于直径较小的水汽颗粒来说，其自身质量较小，无法通过单纯的离心作用完成分离，故本实用新型设置了带有冷却通道52的分水内轴5。由于分水内轴5的外表面温度低于潮湿气体的温度，当直径较小的水汽颗粒靠近分水内轴5的外表面时会遇冷凝结，待形成直径较大的水滴即可在沿冷却通道52运动的过程中被离心分离。
在本实用新型的一个具体实施例中，分水芯体4如图5所示，气流通道43由绕支撑轴41设置的螺旋叶片42围成。气体中的水分在与螺旋叶片42接触或碰撞后会形成水滴下落，提高气液分离器的分离效率。优选地，螺旋叶片42的半径r沿壳体1底部向壳体1顶部方向逐渐变大，这样设计有助于气流从进气口11进入壳体1内后上升，降低气体流动所受到的阻力。本领域技术人员也可以根据需要调整半径r的变化方式，或采用具有固定半径值的螺旋叶片42。
进一步地，螺旋叶片42的节距a沿壳体1底部向壳体1顶部方向逐渐变小。这样设置使得分水芯体4的截面积沿壳体1底部向壳体1顶部方向逐渐变小，当气体流量一定时，截面积越小，气体流速越高，因此在潮湿气体的上升过程中，其始终处于加速状态。根据伯努利伯努利方程
可知，流体速度越高，则压强越低，同时潮湿气体的饱和度也与压强正相关，因此随着压强的不断降低，气体中的水分会在上升过程中逐渐析出并在离心作用下被甩至壳体1的内壁，最终通过连接在壳体1底部的排水管排出。
如图1和图5所示，在螺旋叶片42的顶部末端还连接有竖直设置的挡板44，挡板44位于出气口3下方，其顶部与壳体1的顶部相连接。挡板44一方面可以帮助气体流入出气口3，防止气体沿螺旋方向继续前行，另一方面可以让水汽在此与挡板44撞击，进而分离。
为提高分水效率，如图4所示，支撑轴41上开有多个供气体进出的小孔，这些小孔具体地为开设在支撑轴41底部的入口411，以及开设在支撑轴41顶部的出口(未示出)，入口411位于进气口11和冷却通道52的底部起始端之间，出口则位于冷却通道52的顶部终止端和气流通道43之间。从支撑轴41进入分水内轴5中的气体在沿着冷却通道52运动完后可以经出口进入气流通道43进行进一步的分离，最终通过出气口3离开。冷却通道52的形式并不局限，可以呈如图6所示的螺旋状或如图7所示的Z字型，具体可根据实际冷却位置进行调整。优选地，支撑轴41为设有轴向贯通空腔的圆柱体，轴体51的顶部连接有限位板53，安装时，可以将轴体51的底部插入支撑轴41的空腔中，直到限位板53与支撑轴41的顶部相抵接。这样设置既可以使轴体51与支撑轴41的内壁之间留有空隙，使得气体与支撑轴41的内壁碰撞，增加碰撞路径，进一步提高水分分离效率，又可以使得轴体51的底部与壳体1的底部之间保持一定距离，便于排出分离的水分。
如图1、2、4和5所示，在具体实施中，壳体1包括设置在顶部且与自身侧壁之间可拆卸连接的盖体2，出气口3开设在盖体2上，限位板53与盖体2相连接，挡板44的顶部固定在盖体2上。在出气口3处设有用于过滤水汽颗粒的过滤件。具体地，过滤件为膨体聚四氟乙烯薄膜。膨体聚四氟乙烯薄膜的特点是拥有致密稳定的分子结构，并伴有多微孔，可以实现防水透气的功能，在潮湿环境中可以有效过滤所有0.03微米以上直径的水汽颗粒，进而保证流出本气液分离器的气体干燥。薄膜的面积和数量可根据实际气体流量、压力损失要求做相应的调整。本领域技术人员也可以根据需要选择其他具有同样功能的滤水薄膜作为过滤件。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种自冷型气液分离器，其特征在于，包括由内向外依次同轴设置的分水内轴(5)、分水芯体(4)和壳体(1)，所述分水内轴(5)包括轴体(51)以及绕所述轴体(51)设置的冷却通道(52)，所述分水芯体(4)包括支撑轴(41)以及绕所述支撑轴(41)设置的气流通道(43)，所述气流通道(43)与冷却通道(52)相连通；所述壳体(1)的底部设有进气口(11)，顶部设有出气口(3)，所述进气口(11)和出气口(3)均与所述气流通道(43)相连通；所述出气口(3)处设有用于过滤水汽颗粒的过滤件。
2.根据权利要求1所述的自冷型气液分离器，其特征在于，所述支撑轴(41)上开有多个供气体进出的小孔。
3.根据权利要求1所述的自冷型气液分离器，其特征在于，所述气流通道(43)由绕所述支撑轴(41)设置的螺旋叶片(42)围成。
4.根据权利要求3所述的自冷型气液分离器，其特征在于，所述螺旋叶片(42)的半径沿所述壳体(1)底部向壳体(1)顶部方向逐渐变大。
5.根据权利要求3所述的自冷型气液分离器，其特征在于，所述螺旋叶片(42)的节距沿所述壳体(1)底部向壳体(1)顶部方向逐渐变小。
6.根据权利要求3所述的自冷型气液分离器，其特征在于，所述螺旋叶片(42)的顶部末端连接有竖直设置的挡板(44)，所述挡板(44)的顶部与所述壳体(1)的顶部相连接。
7.根据权利要求1所述的自冷型气液分离器，其特征在于，所述支撑轴(41)的底部开有入口(411)，顶部开有出口，所述入口(411)和出口用于连通所述气流通道(43)与冷却通道(52)。
8.根据权利要求1所述的自冷型气液分离器，其特征在于，所述冷却通道(52)呈螺旋状或Z字型。
9.根据权利要求1所述的自冷型气液分离器，其特征在于，所述过滤件为膨体聚四氟乙烯薄膜。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202122335954.6U CN216909797U (zh) | 2021-09-26 | 2021-09-26 | 一种自冷型气液分离器 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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| CN216909797U true CN216909797U (zh) | 2022-07-08 |
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ID=82224169
Family Applications (1)
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| CN202122335954.6U Active CN216909797U (zh) | 2021-09-26 | 2021-09-26 | 一种自冷型气液分离器 |
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2021
- 2021-09-26 CN CN202122335954.6U patent/CN216909797U/zh active Active
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