CN217431330U - 一种新型氢燃料电池阴极水气分离装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型氢燃料电池阴极水气分离装置，包括外筒、网孔管和绞龙叶片，网孔管套接于外筒中，且外筒和网孔管之间留有空腔，网孔管的侧壁排布有网孔；绞龙叶片沿网孔管长度方向设置于网孔管内，网孔管的两端分别连接有进气管和排气管，进气管和排气管分别与外筒的两端密封连接，外筒的底部设有排水口。本实用新型利用绞龙叶片的作用使水气产生涡旋，借助离心力的作用使水分进入外筒和网孔管之间的空腔中，进而依靠重力由外筒排水口排出，气体则从排气管排出，达到高效分离水气的目的，同时起到减小压降、消除噪音、滤除杂质的作用，本实用新型能够满足大流量、耐高温、耐高压的要求。

Description

一种新型氢燃料电池阴极水气分离装置

技术领域

本实用新型属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种新型氢燃料电池阴极水气分离装置。

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，基本原理是电解水的逆反应，将氢和氧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，由于效率高、噪声小、启动温度低、零污染等优点，被广泛应用于固定式发电、交通运输以及便携式电源等领域。

燃料电池阴极空气侧的进气线路通常为：新鲜空气通过空气滤清器滤除空气中的灰尘、杂质及有害气体后进入空压机，空压机压缩空气提供一定的流量和压力，由于空气被压缩温度升高，因此需通过中冷器降低空气的温度后进入加湿器，空气被加湿后进入电堆参与反应；参与反应后的空气从电堆排出，此时的空气为高温高湿的气体，进入加湿器与干空气进行湿热交换，然后通过阴极出口节气阀，从尾排出口排出。为了进一步提高功率密度，提高能源利用效率，减小空压机的体积，出现了透平机。普通空压机为一个进口一个出口，透平机则为两个进口，两个出口，分别为干空气进、干空气出、湿空气进、湿空气出。从加湿器出口排出的高温高湿空气引入透平机的湿空气进口，利用气流冲击叶轮降低温度。由于高温高湿气体冲击叶轮对外做功，在对外输出功率相同的情况下，透平机的电机可以做的更小。有效的提高了整个系统的功率密度和能源利用效率。

现有的水气分离并不完全适用燃料电池阴极，燃料电池阴极对水汽分离有比较严苛的要求：1.满足大流量要求；2.分离效率要求高，尤其是不能有液态水，液态水冲击叶轮，会严重缩短透平机的使用寿命；3.体积要小，特别是车载燃料电池系统是要计算体积密度的，水气分离器体积不能太大；4.压降不能过大，经过水气分离器的空气还要对外做功，压降大就降低了气体的能量，影响做功；5.材料要求耐温耐压。基于此，本实用新型提供了一种适用于氢燃料电池阴极的水气分离装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种新型氢燃料电池阴极水气分离装置，旨在解决上述背景技术中现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种新型氢燃料电池阴极水气分离装置，包括外筒和套接于外筒中的网孔管，所述外筒和网孔管之间留有空腔，网孔管的侧壁排布有网孔，所述网孔管内沿网孔管长度方向设有绞龙叶片，网孔管的两端分别连接有进气管和排气管，进气管和排气管分别与外筒的两端密封连接，所述外筒的底部设有排水口。

优选地，所述外筒沿气体进入方向由挡板分割为包裹网孔管的第一腔室和第二腔室，所述第一腔室内套设有包裹网孔管的第三腔室；所述第一腔室与第二腔室之间的挡板上、以及第二腔室与第三腔室之间的挡板上均设有连通孔，以便各腔室内的液体由流至排水口。多个独立的分离腔室，能进一步提高分离效率。

优选地，所述绞龙叶片采用变螺距叶片，且绞龙叶片的螺距由进气端至排气端减小。此外，绞龙叶片靠近排气端的叶片平面垂直于绞龙叶片的轴线，不仅可以改变气流旋向，使得气流滞留时间变长；还可以形成挡板作用，防止气流中液态水顺着气流流出排气口。

优选的，所述绞龙叶片焊接在网孔管内部，或者通过卡扣或螺纹可拆卸连接于网孔管内。

优选的，所述外筒的表面加装有散热片，通过散热片使得外筒温度更低，水气分离效果更佳。

优选的，所述外筒的排气端设有堵盖，所述排气管穿过堵盖中心的通孔，且排气管与堵盖之间设有密封垫。

优选地，所述外筒底部的排水口设有管接头，管接头通过外丝接头连接有电磁阀。

优选地，所述排气管内设有滤网，进一步滤除杂质。

相比于现有技术的缺点和不足，本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型利用绞龙叶片的作用使水气产生涡旋而被“甩”向网孔管管壁，在离心力的作用下，气体和水分从网孔管的孔中甩出至网孔管与外筒之间的空腔中，而气体可以通过网孔管的孔重新进入网孔管内，液体则从外筒排出，从而在较小的空间实现高效分离水气和减小压降的功能，同时能够满足大流量、耐高温、耐高压的要求。

(2)本实用新型利用绞龙叶片产生的涡旋气流反复进出网孔，能有效对气流产生扰动作用，从而达到消音的目的。还可以因水气中携带杂质比重的不同，产生不同的离心力，而起到滤除杂质的作用。

(3)整体装置结构紧凑、简单，降低了制造成本和能量损耗；体积更小，有效提高功率密度和体积密度。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的新型氢燃料电池阴极水气分离装置的结构示意图。

图2是本实用新型实施例提供的新型氢燃料电池阴极水气分离装置的爆炸图。

图中：1-外筒；101-第一腔室；102-第二腔室；103-第三腔室；104-挡板；105-连通孔；2-网孔管；3-进气管；4-排气管；5-绞龙叶片；6-堵盖；7-排水口；8-管接头；9-外丝接头；10-电磁阀；11-滤网。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1-2所示，一种新型氢燃料电池阴极水气分离装置，外筒1内套接于网孔管2，外筒1和网孔管2之间留有空腔，外筒1的表面可加装散热片，通过散热片使得外筒1温度更低，水气分离效果更佳。网孔管2的侧壁排布有网孔，网孔管2内沿网孔管2长度方向设有绞龙叶片5，绞龙叶片5可以焊接在网孔管2内部，也可以通过卡扣或螺纹可拆卸连接于网孔管2内。网孔管2一端与进气管3连接，另一端与排气管4连接，排气管4内设有滤网11，进一步滤除杂质。进气管3用于连接加湿器排气口，进气管3和排气管4分别与外筒1的两端密封连接，外筒1的排气端设有堵盖6，排气管4穿过堵盖6中心的通孔与堵盖6密封连接。外筒1底部的排水口7连接有管接头8，管接头8通过外丝接头9连接有电磁阀10。

外筒1沿气体进入方向由挡板104分割为包裹网孔管2的第一腔室101和第二腔室102，第一腔室101内套设有包裹网孔管2的第三腔室103。通过设置多个独立的分离腔室，使水气分离效率进一步提高。此外，第一腔室101与第二腔室102之间的挡板104上、以及第二腔室102与第三腔室103之间的挡板104上均设有连通孔105，以便各腔室内的液体由流至排水口7。采用不同截面大小的腔室，利用气体流经不同截面腔体时流速不同以及绞龙叶片5引起的离心水气分离的方式，有效提高水气分离效率，同时有效减小压降。

绞龙叶片5采用由进气端至排气端逐渐减小的变螺距叶片，绞龙叶片5靠近排气端的叶片平面垂直于绞龙叶片5的轴线，不仅可以改变气流旋向，使得气流滞留时间变长；还可以起到挡板作用，防止气流中液态水顺着气流流出排气口。绞龙叶片5的排气端平面应位于网孔管2内部，不能伸入到排气管4内，而绞龙叶片5的进气端可以伸入到进气管3内部。

本实用新型工作原理：

从加湿器出口排出的高温高湿空气从进气管3进入，在绞龙叶片5的作用下产生涡旋，湿润的空气被“甩”向管壁，在离心力的作用下，气体和水分从网孔管2的小孔甩出进入相应的腔室内，进入各腔室内的气体可以通过网孔管的小孔重新进入网孔管2内，而液体则在外筒1的阻挡下缓慢流到外筒1各腔室的底部，通过管接头8流进电磁阀10，打开电磁阀10，水在重力的作用下流出。此外，网孔管2内产生的涡旋气流反复进出网孔，能有效对气流产生扰动，从而起到消音的作用。由于水气及其中携带杂质的比重不同，离心力也不一样，因此本实用新型还可以起到滤除杂质的作用，尤其是对于石墨电池析出的碳粉，部分碳粉会被“甩”出网孔，部分附着到网孔管壁而被后续的涡旋气流扬起，重洗“甩”出网孔，起到滤除杂质的效果。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种新型氢燃料电池阴极水气分离装置，其特征在于，包括外筒和套接于外筒中的网孔管，所述外筒和网孔管之间留有空腔，网孔管的侧壁排布有网孔，所述网孔管内沿网孔管长度方向设有绞龙叶片，网孔管的两端分别连接有进气管和排气管，进气管和排气管分别与外筒的两端密封连接，所述外筒的底部设有排水口。

2.如权利要求1所述的新型氢燃料电池阴极水气分离装置，其特征在于，所述外筒沿气体进入方向由挡板分割为包裹网孔管的第一腔室和第二腔室，所述第一腔室内套设有包裹网孔管的第三腔室；所述第一腔室与第二腔室之间的挡板上、以及第二腔室与第三腔室之间的挡板上均设有连通孔。

3.如权利要求1或2所述的新型氢燃料电池阴极水气分离装置，其特征在于，所述绞龙叶片采用变螺距叶片，且绞龙叶片的螺距由进气端至排气端减小。

4.如权利要求3所述的新型氢燃料电池阴极水气分离装置，其特征在于，所述绞龙叶片靠近排气端的叶片平面垂直于绞龙叶片的轴线。

5.如权利要求4所述的新型氢燃料电池阴极水气分离装置，其特征在于，所述绞龙叶片焊接在网孔管内部，或者通过卡扣或螺纹可拆卸连接于网孔管内。

6.如权利要求1所述的新型氢燃料电池阴极水气分离装置，其特征在于，所述外筒的表面加装有散热片。

7.如权利要求1所述的新型氢燃料电池阴极水气分离装置，其特征在于，所述外筒的排气端设有堵盖，所述排气管穿过堵盖中心的通孔，且排气管与堵盖之间设有密封垫。

8.如权利要求1所述的新型氢燃料电池阴极水气分离装置，其特征在于，所述外筒底部的排水口设有管接头，管接头通过外丝接头连接有电磁阀。

9.如权利要求1所述的新型氢燃料电池阴极水气分离装置，其特征在于，所述排气管内设有滤网。

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