CN217220571U - 气液分离器和燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气液分离器和具有其的燃料电池系统，所述气液分离器包括：外壳体、挡板、止挡组件，所述外壳体上设置有入口、排气口和排液口，所述排气口的高度大于所述排液口；所述挡板设置在外壳体内部且将所述外壳体内的空间分隔为第一容置空间和第二容置空间，所述第一容置空间与所述入口连通，所述第二容置空间与所述排液口连通，所述挡板上设置有连通所述第一容置空间和所述第二容置空间的连通孔；所述止挡组件止挡所述排液口且适于在所述第二容置空间内的液体量达到预设值时打开所述排液口。通过应用上述技术方案，可以分离气体和液体且结构简单易于构造。

Description

气液分离器和燃料电池系统

技术领域

本实用新型涉及新能源电池技术领域，尤其是涉及一种气液分离器和具有该气液分离器的燃料电池系统。

背景技术

氢气供给系统是燃料电池系统中重要的子系统。它是高压储氢系统与电堆系统连接的桥梁。氢气供给系统可以分为主供气路与循环供气路。其中主供气路供给的氢气来自于储氢瓶供给的干氢气；循环回路供给的气体主要来自于电堆出口未参与反应的气体，引入未参加反应的气体，增加了氢气的利用率。但是，引入气体的同时也将反应物液体带入到循环回路中。由于此处混合气的流速快、动量大，易将液体带入堆内。从而，阻塞供氢流道，造成堆内化学反应无法进行，使得电堆性能失效。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种气液分离器，可以分离气体和液体且结构简单易于构造。

本实用新型的另一个目的在于提出一种燃料电池系统，包括前述的气液分离器。

根据本实用新型实施例的气液分离器，包括：外壳体、挡板、止挡组件，所述外壳体上设置有入口、排气口和排液口，所述排气口的高度大于所述排液口；所述挡板设置在外壳体内部且将所述外壳体内的空间分隔为第一容置空间和第二容置空间，所述第一容置空间与所述入口连通，所述第二容置空间与所述排液口连通，所述挡板上设置有连通所述第一容置空间和所述第二容置空间的连通孔；所述止挡组件止挡所述排液口且适于在所述第二容置空间内的液体量达到预设值时打开所述排液口。

根据本实用新型实施例的气液分离器，可以分离气体和液体且结构简单易于构造。

另外，根据本实用新型上述实施例的气液分离器还可以具有如下附加技术特征：

一些实施例中，所述外壳体包括：顶壁、底壁以及设置在所述顶壁和所述底壁之间的周壁，所述排气口设置于所述顶壁上，所述排液口设置于所述底壁，所述入口设置于所述周壁。

一些实施例中，所述挡板的顶端与所述顶壁相连和/或所述挡板的底端与所述底壁相连；所述挡板、所述周壁与所述顶壁和底壁限定出所述第一容置空间，所述挡板、所述顶壁和所述底壁限定出所述第二容置空间。

一些实施例中，所述连通孔的至少部分构造为供所述第一容置空间内的液体进入到所述第二容置空间内的第二连通孔。

一些实施例中，所述连通孔构造为多组。

一些实施例中，所述止挡组件包括：阀块，所述阀块的密度小于所述第二容置空间内的液体密度，在所述第二容置空间内的液体浮力大于或等于所述阀块自身重力时，所述阀块打开所述排液口。

一些实施例中，所述阀块与所述挡板间隔设置以避免所述阀块止挡所述连通孔。

一些实施例中，所述外壳和/或所述挡板上设置有使得所述阀块在上下方向上移动的限位件。

一些实施例中，所述阀块的尺寸大于所述连通孔的尺寸以避免所述阀块从所述连通孔脱离。

一些实施例中，所述止挡组件构造为止挡阀片，在所述排液口所在位置的液体压力小于预设值时，所述止挡阀片关闭所述排液口，在所述排液口所在位置的液体压力大于或等于预设值时，所述止挡阀片形变以打开所述排液口。

根据本实用新型实施例的燃料电池系统，循环回路入口、电堆出口、前述的气液分离器，所述气液分离器设置于所述循环回路入口和所述电堆出口之间。

根据本实用新型实施例的燃料电池系统，通过应用前述的气液分离，提高了燃料电池系统的能源利用率，且结构简单利于降低成本。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型一些实施例中气液分离器的结构示意图。

附图标记：

100、气液分离器；11、顶壁；12、底壁；13、周壁；101、入口；102、排气口；103、排液口；20、挡板20；21、第一容置空间；22、第二容置空间；201、第一连通孔；202、第二连通孔；30、阀块。

具体实施方式

相关技术中，氢气供给系统可以分为主供气路与循环供气路。其中主供气路供给的氢气来自于储氢瓶供给的干氢气；循环回路供给的气体主要来自于电堆出口未参与反应的气体，引入未参加反应的气体，可以增加氢气的利用率，但是，引入气体的同时也将反应物液体带入到循环回路中。由于此处混合气的流速快、动量大，易将液体带入堆内，阻塞供氢流道，造成堆内化学反应无法进行，使得电堆性能失效。因此，循环回路入口与电堆出口之间需要设置气液分离器，将气体与液体进行分离，确保进气湿度处于适宜的范围，以确保电堆正常稳定运转。相关技术中，一般通过液位传感器探测气液分离器中液体的液位，同时，采用电磁阀控制气液分离器分离液体模式的开启与关闭。通过液位传感器探测气液分离器中液体的液位存在的问题是：该传感器遇到金属材料性能失效，无法正常工作。而采用电磁阀控制气液分离器分离液体模式的开启与关闭，控制模式依赖于控制系统的命令输出，若控制系统出现故障，则电磁阀门无法正常工作。

因此，本实用新型提出了一种气液分离器，通过在排液口处设置止挡组件，根据液体量是否达到预设值而打开或关闭排水口处的止挡组件，以主动控制排水模式的开关。可以简化气液分离器的结构且可以提高气液分离器排水功能的可靠性，避免了因元器件故障而无法运行的问题。

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参考图1描述根据本实用新型实施例的气液分离器100，包括：外壳体、挡板和止挡组件。具体地，外壳体上设置有入口101、排气口102和排液口103，排气口102的高度大于排液口103，其中，气体与液体可以从入口101进入气液分离器100内，气体可以从位置较高的排气口102排出，液体可以从高度较低的排液口103排出，气体和液体进入分离器后可以实现气液分离，利于简化结构。

进一步地，挡板设置在外壳体内部且将外壳体内的空间分隔为第一容置空间21和第二容置空间22，第一容置空间21与入口101连通，第二容置空间22与排液口103连通，挡板上设置有连通第一容置空间21和第二容置空间22的连通孔。

可选地，结合图1，在本实用新型的一些实施例中，连通孔可以包括第一连通孔201和第二连通孔202，其中，在上下方向上，第二连通孔202可以高于第一连通孔201。

具体地，气体与液体水可以从入口101进入第一容置空间21，经过第一容置空间21的气液分离，气体中很可能还带有液态水，在第二容置空间22里还可以再次进行气液分离，气体和液体可以从第一连通孔201或第二连通孔202进入第二容置空间22，气体通过排气口102排出，液体从排液口103排出，利于提高气液分离效果。

更进一步地，止挡组件止挡排液口103且适于在第二容置空间22内的液体量达到预设值时打开排液口103，以将液体从排液口103排出。具体而言，止挡组件可以在液体量未达到预设值时止挡排液口103以阻挡液体排出，即关闭排液口103，从而避免液体直接排出时携带气体一并排出而造成气体浪费及分离不彻底。即止挡组件在液体量达到预设值时打开排液口103，在液体量未达到预设值时即液体量不足以使止挡组件离开排液口103时，排液口103关闭，由此，可以控制排液口103的主动开启和关闭。因此，不需要设置其他开关控制排液口103的开启和关闭，利于简化结构，且可靠性高。

根据本实用新型实施例的气液分离器100，可以分离气体和液体，可以提高分离效果且结构简单易于构造。

举例而言，以气液分离器用于燃料电池系统的循环回路为例，在实际使用时，经过电堆出口的气体与液体由入口101进入气液分离器100的第一容置空间21内，电堆出口处的气体属于高速流动的气体，气体流动时会带动液体运动，当液滴触碰挡板时，被挡板阻挡，液体依据自身重力落入第一容置空间21底部，气体经过挡板的第一连通孔201进入第二容置空间22内。由此，气体和液体可以在分离器内进行分离。气体经过可以从排气口102排出，液体在第一容置空间21积累到一定高度，可以越过挡板的第一连通孔201进入第二容置空间22，第二容置空间22内的液体量到达预设值时，止挡组件可以打开排液口103，将液体排出，利于提高分离效果，还可以避免液体中混杂气体而造成浪费。

需要说明的是，由于电堆系统对进入电堆内气体的湿度有着较为严苛的标准，因此，预设值可以根据实际应用情况进行设置，气液分离器自身可以实时监控液位，保证氢气湿度范围达到电堆需求值。例如，当电堆出口循环水量较多，高于气液分离器100液体量的预设值时，气液分离器100可以开启主动排水的模式，当液体液位恢复至预设值以下时，排液口103关闭，排水模式关闭。

可选地，预设值可以是当第二容置空间22内的液体量达到某一高度时的值或者是第二容置空间22内的液体量达到某一重力时的值或其他形式。即当液体量在腔室内的高度到达预设值时，阀块30可以离开排液口103，阀块30不再止挡排液口103，排液口103被打开，或者当液体量达到预定的重量时，阀块30离开排液口103，以打开排液口103。其中，对于重量或液位高度的测量可以是通过液位传感器或重力传感器实现的，本实用新型不限于此。

具体地，所述预设值可以与电堆产水量，电堆耐水性以及燃料电池系统对湿度的要求有关，可以根据不同电堆自身性能的不同，燃料电池系统需求的不同，设定适当的预设值(或者标定液位)以打开排液口，从而确保燃料电池系统对湿度，电堆性能稳定运行的要求。可选地，预设值可以是使止挡组件离开排液口的液位。

举例而言，若电堆产水量较多，电堆膜电极耐水性较差，可以降低液位标定点即减小预设值，以增加排水量，保证再次被循环气体带入电堆的水量较少，从而防止阳极水淹与湿度较高。

进一步地，阀块30的重量可以由预设值(或标定的液位)与气液分离器的尺寸可以计算出液体的浮力与重量，借助液体的浮力将阀块30托起，此时阀块30的重力应与液体的浮力相等或液体浮力大于阀块30的重力。

另外，在分离过程中，气体可以不断地从排气口102排出，而液体积累到一定程度时通过排液口103排出，这样，可以避免气体从排液口103排出造成的浪费和液态水带入电堆内造成阻塞的问题。

可选地，排气口102可以设在第一容置空间21内，排气口102也可以设置在第二容置空间22内，或者是在第一容置空间21和第二容置空间22内均设置排气口102。

可选地，入口101、排气口102和排液口103上可以设置延长管，延长管朝远离气液分离器100的方向延伸，以适于气液分离器100与燃料电池系统的其他部件密封连接，以提高回收率。

可选地，外壳体包括：顶壁11、底壁12以及设置在顶壁11和底壁12之间的周壁13，排气口102设置于顶壁11上，排液口103设置于底壁12，入口101设置于周壁13。换言之，排气口102位于气液分离器100顶部，排液口103位于气液分离器100底部，入口101位于排气口102和排液口103之间。根据前述，气体和液体从入口101进入气液分离器100后，气体上升液体下落，这样，气体和液体依据自身性质实现向上和向下的运动，互相分离后分别从顶壁11和底壁12排出，可以提高分离效果和分离效率，且结构简单，易于构造。

可选地，根据实际应用情况，排气口102和排液口103也可以设置于周壁13上，其中排气口102高于排液口103，入口101位于排气口102和排液口103之间。也可以是，排气口102或排液口103其中一个位于顶壁11或底壁12等，本实用新型不限于此。

可选地，排液口103的高度不高于挡板20，以利于排水。挡板20的顶端与顶壁11相连和/或挡板20的底端与底壁12相连；挡板20、周壁13与顶壁11和底壁12限定出第一容置空间21，挡板20、顶壁11和底壁12限定出第二容置空间22，结构简单易于构造。具体而言，挡板20可以将第二容置空间22构造成圆柱形，利于提高结构强度和增大使用空间；挡板20内、外侧的弧面使得液体更容易被挡板20止挡、拦截，从而实现气液分离。

优选地，挡板20可以是环形的，当然挡板20也可以是其他形状的，本实用新型不限于此。

可选地，第一连通孔201的至少部分构造为供第一容置空间21内的液体进入到第二容置空间22内的第二连通孔202，以使液体可以从第一容置空间21进入第二容置空间22。其中，第一连通孔201可以是多个，第一容置空间21的液体可以从多个第一连通孔201通过进入第二容置空间22。结合图1，第一连通孔201也可以是呈环形贯通第一容置空间21和第二容置空间22，利于在电堆出口循环水量较多时，快速排水，提高分离效率。

可选地，第一连通孔201构造为多组，多组第一连通孔201可以利于气体排出，提高气体分离效果。具体地，多组第一连通孔201可以在上下方向上间隔设置，大部分气体经过上方的第一连通孔201进入第二容置空间22。举例而言，液体从最下方的第一连通孔201进入第二容置空间22，使得气体和液体可以在气液分离器100内实现分离，且多组第一连通孔201可以提高分离效率，利于气体快速排出。

也可以是，连通孔的至少部分构造为供第一容置空间21内的液体进入到第二容置空间22内的第二连通孔202。

可选地，止挡组件包括：阀块30，阀块30的密度小于第二容置空间22内的液体密度，在第二容置空间22内的液体量浮力大于或等于阀块30自身重力时，阀块30打开排液口103，以排除液体，液体排出口止挡组件受自身重力回落而封盖排液口103。

可选地，阀块30与挡板间隔设置以避免阀块30止挡第一连通孔201，利于气液分离器100稳定运行，提高运行可靠性。

可选地，外壳和/或挡板上设置有使得阀块30在上下方向上移动的限位件(图中未示出)，以限定阀块30的运动轨迹，可以避免阀块30打开排液口103后发生偏移，回落后无法封盖排液口103。也可以是，在外壳和/或挡板上设有止挡筋条，以限制阀块30的位移，例如阀块30浮起时止挡筋条限制阀块30向左右浮动，阀块30下落时止挡筋条限制阀块30向左右移动，以免阀块30位置发生偏移而导致无法封盖排液口103。

应用时，由于阀块和挡板间隔设置，可能会有少量左右移动，通过设置限位件，可以保证阀块30落下后能够封堵排液口103。

可选地，阀块30朝向排液口103的一侧的横截面积大于排液口103的横截面积，以提高阀块30的封盖效果。其中，阀块30可以是方形结构或者柱形结构等。

可选地，阀块30的尺寸大于第一连通孔201的尺寸，以避,阀块30从第一连通孔201脱离，可以提高气液分离器100运行的稳定性。

可选地，止挡组件可以构造为止挡阀片，在排液口103所在位置的液体压力小于预设值时，止挡阀片关闭所述排液口103，在排液口103所在位置的液体压力大于或等于预设值时，止挡阀片形变以打开所述排液口103。也就是说，止挡阀片可以根据液体压力而开启或关闭，从而实现排液口103的自动开启和关闭，其中，止挡阀片可以是弹性件，这样止挡阀片可以根据液体压力而变化形态，实现止挡阀片的开关。也可以是，在排液口103设置压力传感器，在压力传感器检测到压力大于或等于预设值时，驱动件驱动阀片打开排液口103，本实用新型不限于此。

图1示出了的结构并示出了阀块30浮起时的状态，可以看出，本实用新型一些实施例的气液分离器100，不需要增设液位传感器、排水阀等部件，减少了机械布置的冗余降低系统复杂性。具体地，气液分离器100的排水方法简单易实现，仅需要根据阀块30自身的密度和重力即可标定预定的排水位置，从而省去了液位传感器；当液位达到预设值时，阀块30浮起，开启排液口103，将积累的液体排出，因此不需要排水阀控制排液口的开关。

根据本实用新型实施例的燃料电池系统，包括循环回路入口101、电堆出口和前述的气液分离器100，气液分离器100设置于循环回路入口101和电堆出口之间，以将循环回路中的气体与液体进行分离，确保进气湿度处于适宜的范围，以确保电堆正常稳定运转，

根据本实用新型实施例的燃料电池系统，通过应用前述的气液分离器100，提高了燃料电池系统的能源利用率，且结构简单利于降低成本。

下面的内容根据需要融合在撰写的过程中去写，以便对相关内容进行解释：

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“横向”、“长度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“周向”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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种气液分离器，其特征在于，包括：

外壳体，所述外壳体上设置有入口、排气口和排液口，所述排气口的高度大于所述排液口；

挡板，所述挡板设置在外壳体内部且将所述外壳体内的空间分隔为第一容置空间和第二容置空间，所述第一容置空间与所述入口连通，所述第二容置空间与所述排液口连通，所述挡板上设置有连通所述第一容置空间和所述第二容置空间的连通孔；

止挡组件，所述止挡组件止挡所述排液口且适于在所述第二容置空间内的液体量达到预设值时打开所述排液口。

2.根据权利要求1所述的气液分离器，其特征在于，所述外壳体包括：顶壁、底壁以及设置在所述顶壁和所述底壁之间的周壁，所述排气口设置于所述顶壁上，所述排液口设置于所述底壁，所述入口设置于所述周壁。

3.根据权利要求2所述的气液分离器，其特征在于，所述挡板的顶端与所述顶壁相连和/或所述挡板的底端与所述底壁相连；

所述挡板、所述周壁、所述顶壁和所述底壁限定出所述第一容置空间，所述挡板、所述顶壁和所述底壁限定出所述第二容置空间。

4.根据权利要求1所述的气液分离器，其特征在于，所述连通孔构造为多组，和/或所述连通孔的至少部分构造为供所述第一容置空间内的液体进入到所述第二容置空间内的第二连通孔。

5.根据权利要求1所述的气液分离器，其特征在于，所述止挡组件包括：阀块，所述阀块的密度小于所述第二容置空间内的液体密度，在所述第二容置空间内的浮力大于或等于所述阀块自身重力时，所述阀块打开所述排液口。

6.根据权利要求5所述的气液分离器，其特征在于，所述阀块与所述挡板间隔设置以避免所述阀块止挡所述连通孔。

7.根据权利要求5所述的气液分离器，其特征在于，所述外壳和/或所述挡板上设置有使得所述阀块在上下方向上移动的限位件。

8.根据权利要求5所述的气液分离器，其特征在于，所述阀块的尺寸大于所述连通孔的尺寸以避免所述阀块从所述连通孔脱离。

9.根据权利要求1所述的气液分离器，其特征在于，所述止挡组件构造为止挡阀片，在所述排液口所在位置的液体压力小于预设值时，所述止挡阀片关闭所述排液口，在所述排液口所在位置的液体压力大于或等于预设值时，所述止挡阀片形变以打开所述排液口。

10.一种燃料电池系统，其特征在于，包括：

循环回路入口，

电堆出口，

气液分离器，所述气液分离器设置于所述循环回路入口和所述电堆出口之间，所述气液分离器为根据权利要求1-9中任一项所述的气液分离器。

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