CN216958118U - 一种气水分离器及燃料电池用气水分离系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气水分离器及燃料电池用气水分离系统，包括气水分离室和储水室，所述气水分离室和储水室之间设有隔板，所述气水分离室的侧壁设有分离挡板，每个所述分离挡板相互靠近的一侧在上下方向上交叉设置，所述分离挡板内具有气体通道，所述气水分离室的侧壁设有气体入口和气体出口，所述气体入口连通到气体通道，所述气体出口连接到电堆的阴极；氢气自气体入口进入到气体通道内，在所述气水分离室的分离作用下经气体出口进入到电堆。本实用新型在燃料电池系统关机时，可有效防止冷凝水聚集在排水阀，防止低温环境下排水阀结冰，减少冷启动过程中能量消耗，缩短冷启动时间，也降低了成本。

Description

一种气水分离器及燃料电池用气水分离系统

技术领域

本实用新型涉及水气分离技术领域，尤其涉及一种气水分离器及燃料电池用气水分离系统。

背景技术

燃料电池系统阳极出口一般都设有气水分离器，它的主要作用是用于分离阳极出口混合物中的水，分离出来的水通过排水阀排出到燃料电池系统的尾排，最后排向大气中。

然而，现有技术当中燃料电池系统上的气水分离器体积一般比较大，当燃料电池系统启动以后，阳极产生水，未反应的氢气以及水蒸气和液态水经过气水分离器进行水气分离，由于阳极产生的水以及混合气体的温度很高，一般为电堆工作温度，高达70～80℃，这导致气水分离器的温度也会同步增加，约为60～75℃，温度升高则会导致气水分离的效果变差。

实用新型内容

为了解决上述技术存在的缺陷，本实用新型提供一种气水分离器，以解决现有气水分离器分离效果不佳的技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：一种气水分离器，包括气水分离室和位于所述气水分离室底部的储水室，所述气水分离室和所述储水室之间设有隔板，所述气水分离室的侧壁设有分离挡板，每个所述分离挡板相互靠近的一侧在上下方向上交叉设置，所述分离挡板内具有气体通道，所述气水分离室的侧壁设有气体入口和气体出口，所述气体入口连通到所述气体通道，所述气体出口连接到电堆的阴极，所述储水室的底部一侧还连接有排水管道，所述排水管道上设有排水阀。

可选地，所述分离挡板的表面均匀设有多个第一气体出口，每个所述第一气体出口均与所述气体通道相连通。

可选地，所述隔板上均匀设有多个通孔。

可选地，所述气水分离室的侧壁还设有混合气体入口和混合气体出口，所述混合气体入口和所述混合气体出口分别对应连接到所述电堆的阳极和阴极。

可选地，所述排水阀的出口轴心线C低于所述储水室的最低液面点线G。

可选地，所述最低液面点线G与所述出口轴心线C之间的间距P的取值范围为0≤P≤20mm。

可选地，所述储水室靠近所述排水阀的一侧设有挡板，所述挡板位于所述储水室的内部，且一端与所述储水室的内壁面相连，另一端以一定的倾斜角度向下倾斜，所述挡板的末端高于所述排水阀的出口轴心线C。

可选地，所述储水室的内壁高度为H，所述挡板的顶端距离所述出口轴心线C的高度为H1≥40％H，所述挡板与所述储水室的壁面夹角为α，α的取值范围为70°≤α＜90°。

可选地，所述储水室的底部设有圆形凸起，所述圆形凸起的水平径向线与所述排水阀的出口轴心线C重合，且所述圆形凸起的半径R的取值范围为1mm≤R≤5mm。

本发明的另一目的还在于提供一种燃料电池用气水分离系统，包括高压储氢系统、一级减压器、比例阀、电堆、氢气循环泵和上述所述的气水分离器，所述一级减压器的一端连接在所述高压储氢系统上，另一端连接到所述气水分离器的气体入口上，所述气水分离器的气体出口经所述比例阀连接到所述电堆的阴极，所述电堆的阳极连接到所述气水分离器的混合气体入口，所述氢气循环泵的一端连接到所述气水分离器的混合气体出口，另一端连接到所述比例阀与所述电堆的阴极之间。

本实用新型与现有技术相比，至少具有以下有益效果：

1、本实用新型中的燃料电池系统利用高压氢气减压后温度降低的特性，减压后的氢气通过气水分离装置，可以降低气水分离器的温度，从而提升气水分离器的效率。

2、在燃料电池系统关机时，可有效防止冷凝水聚集在排水阀，防止低温环境下排水阀结冰，减少冷启动过程中能量消耗，缩短冷启动时间，也降低了成本。

附图说明

图1为本实用新型实施例中燃料电池用气水分离系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中气水分离器的结构示意图；

图3为本实用新型实施例中气水分离器中气水分离室的内部结构示意图；

图4为本实用新型实施例中气水分离器中储水室的内部结构示意图；

图5为本实用新型实施例中储水室底部的俯视结构示意图。

附图标记说明：

1-高压储氢系统，2-一级减压器，3-气水分离器，31-气水分离室，311-气体入口，312-气体出口，313-混合气体入口，314-混合气体出口，32-储水室，321-圆形凸起，33-隔板，331-通孔，34-排水阀，35-气体通道，36-分离挡板，361-第一气体出口，4-氢气循环泵，5-比例阀，6-电堆，7-挡板,8-排水口。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型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。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

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；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。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。

图2-5所示为本实用新型实施例提供的一种气水分离器，气水分离器3包括气水分离室31和位于气水分离室31底部的储水室32，气水分离室31和储水室32之间设有隔板33，气水分离室31的侧壁设有分离挡板36，每个分离挡板36相互靠近的一侧在上下方向上交叉设置，分离挡板36内具有气体通道35，气水分离室31的侧壁设有气体入口311和气体出口312，气体入口311连通到气体通道35，气体出口312连接到电堆6的阴极；

氢气自气体入口311进入到气体通道35内，在气水分离室31的分离作用下经气体出口312进入到电堆6。

具体地，请参阅图3所示，在本实施例当中，分离挡板36的表面均匀设有多个第一气体出口361，每个第一气体出口361均与气体通道35相连通。

由此，高压氢气进入到气体通道35内，通过分离挡板36的作用进行气液分离，然后从均匀分布的第一气体出口361排出到气水分离室31内。

具体地，请参阅图2、3所示，在本实施例当中，隔板33上均匀设有多个通孔331。

由此，在气水分离室31内经过分离挡板36的作用下，液态水经过隔板33上的通孔331流入到储水室32内。

具体地，请参阅图2、3、4所示，在本实施例当中，储水室32的底部一侧还连接有排水管道，排水管道上设有排水阀34。

在本实施例中，储水室32的底部设有排水口8，排水阀34通过排水管道连接到排水口8上，这样当储水室32的底部积聚有液态水时，可通过排水阀34排出到储水室32的外部。

具体地，请参阅图4所示，在本实施例当中，排水阀34的出口轴心线C低于储水室32的最低液面点线G。

由此，当排水阀34的出口轴心线C低于储水室32的最低液面点线G，可保证储水室32内的液态水排净。

具体地，请参阅图4所示，在本实施例当中，最低液面点线G与出口轴心线C之间的间距P的取值范围为0≤P≤20mm，由此，可保证更好排除液态水。

具体地，请参阅图3所示，在本实施例当中，储水室32靠近排水阀34的一侧设有挡板7，挡板7位于储水室32的内部，且一端与储水室32的内壁面相连，另一端以一定的倾斜角度向下倾斜，挡板7的末端高于排水阀34的出口轴心线C。

本实施例当中，挡板7位于排水阀34侧，与储水室32的内壁面相连，挡板7的宽度与储水室32的内壁面相同，使得液态水经过隔板33上的通孔331流入到挡板7的上表面时，经挡板7流入到远离排水阀34的另一侧，可有效防止冷凝水聚集在排水阀34，防止低温环境下排水阀34内的液态水结冰，减少冷启动过程中能量消耗，缩短冷启动时间，也降低了成本。

具体地，请参阅图3所示，在本实施例当中，储水室32的内壁高度为H，挡板7的顶端距离出口轴心线C的高度H1≥40％H，挡板7与储水室32的壁面夹角为α，α的取值范围为70°≤α＜90°。

本实施例中，在储水室增加挡板7，通过限定挡板7的高度、夹角，可有效防止液态水积聚在排水阀34侧。

具体地，请参阅图4所示，在本实施例当中，储水室32的底部设有圆形凸起321，圆形凸起321的水平径向线与排水阀34的出口轴心线C重合，且圆形凸起321的半径R的取值范围为1mm≤R≤5mm。

由此，储水室32的底部有圆形凸起321，圆形凸起321的半径为R，其中1mm≤R≤5mm，圆形凸起321的圆心水平径向线与R线重合，

当然，圆形凸起321也可以设置为其他形状，如为矩形、棱形等，在此不做限定。

请参阅图1所示，本实用新型实施例还提供了一种燃料电池用气水分离系统，该燃料电池用气水分离系统包括高压储氢系统1、一级减压器2、比例阀5、电堆6、氢气循环泵4和上述所述的气水分离器3，一级减压器2的一端连接在高压储氢系统1上，另一端连接到气水分离器3的气体入口311上，气水分离器3的气体出口312经比例阀5连接到电堆6的阴极，电堆6的阳极连接到气水分离器3的混合气体入口313，氢气循环泵4的一端连接到气水分离器3的混合气体出口314，另一端连接到比例阀5与电堆6的阴极之间。

工作过程：高压储氢系统1中的高压氢气经过一级减压器2，将压力降低到1～3MPa之间，减压后的氢气温度会降低，一般低于环境温度，减压后的氢气经过气水分离器3的气体入口311，冷却气水分离器3中的本体，包含壁面和内部结构，增加冷凝效果；然后氢气经过比例阀5，进行二级减压，然后进入电堆6，反应之后的混合气体从电堆6排除，并从气水分离器3的混合气体入口313进入到气水分离器3中，液态水分离后的混合气经过气水分离器3的混合气体出口314，进入氢气循环泵4内，实现循环。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种气水分离器，其特征在于，包括气水分离室(31)和位于所述气水分离室(31)底部的储水室(32)，所述气水分离室(31)和所述储水室(32)之间设有隔板(33)，所述气水分离室(31)的侧壁设有分离挡板(36)，每个所述分离挡板(36)相互靠近的一侧在上下方向上交叉设置，所述分离挡板(36)内具有气体通道(35)，所述气水分离室(31)的侧壁设有气体入口(311)和气体出口(312)，所述气体入口(311)连通到所述气体通道(35)，所述气体出口(312)连接到电堆(6)的阴极，所述储水室(32)的底部一侧还连接有排水管道，所述排水管道上设有排水阀(34)。

2.根据权利要求1所述的气水分离器，其特征在于，所述分离挡板(36)的表面均匀设有多个第一气体出口(361)，每个所述第一气体出口(361)均与所述气体通道(35)相连通。

3.根据权利要求2所述的气水分离器，其特征在于，所述隔板(33)上均匀设有多个通孔(331)。

4.根据权利要求1所述的气水分离器，其特征在于，所述气水分离室(31)的侧壁还设有混合气体入口(313)和混合气体出口(314)，所述混合气体入口(313)和所述混合气体出口(314)分别对应连接到所述电堆(6)的阳极和阴极。

5.根据权利要求4所述的气水分离器，其特征在于，所述排水阀(34)的出口轴心线C低于所述储水室(32)的最低液面点线G。

6.根据权利要求5所述的气水分离器，其特征在于，所述最低液面点线G与所述出口轴心线C之间的间距P的取值范围为0≤P≤20mm。

7.根据权利要求6所述的气水分离器，其特征在于，所述储水室(32)靠近所述排水阀(34)的一侧设有挡板(7)，所述挡板(7)位于所述储水室(32)的内部，且一端与所述储水室(32)的内壁面相连，另一端以一定的倾斜角度向下倾斜，所述挡板(7)的末端高于所述排水阀(34)的出口轴心线C。

8.根据权利要求7所述的气水分离器，其特征在于，所述储水室(32)的内壁高度为H，所述挡板(7)的顶端距离所述出口轴心线C的高度H₁≥40％H，所述挡板(7)与所述储水室(32)的壁面夹角为α，α的取值范围为70°≤α＜90°。

9.根据权利要求8所述的气水分离器，其特征在于，所述储水室(32)的底部设有圆形凸起(321)，所述圆形凸起(321)的水平径向线与所述排水阀(34)的出口轴心线C重合，且所述圆形凸起(321)的半径R的取值范围为1mm≤R≤5mm。

10.一种燃料电池用气水分离系统，其特征在于，包括高压储氢系统(1)、一级减压器(2)、比例阀(5)、电堆(6)、氢气循环泵(4)和权利要求1-9任一项所述的气水分离器，所述一级减压器(2)的一端连接在所述高压储氢系统(1)上，另一端连接到所述气水分离器的气体入口(311)上，所述气水分离器的气体出口(312)经所述比例阀(5)连接到所述电堆(6)的阴极，所述电堆(6)的阳极连接到所述气水分离器的混合气体入口(313)，所述氢气循环泵(4)的一端连接到所述气水分离器的混合气体出口(314)，另一端连接到所述比例阀(5)与所述电堆(6)的阴极之间。

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