CN218849531U - 一种燃料电池系统的汽水分离器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池系统的汽水分离器，适用于燃料电池系统中的氢气系统，将两个分离结构集成在一个装置中，在第一分离室中设置若干引流片，采用引入高速氢气和水的混合体的方式，利用高速混合体和引流片的碰撞作用，产生螺旋流动，实现反复漩涡引流氢气，对高速尾排氢气产生反复离心力，达到液态水珠和氢气高效分离效果；第二分离室中设置若干平行设置的挡流板，利用流体转向过程时气液的比重不同，改变气体的流向，实现液体下沉与气体的进一步分离；汽水分离效果更好，同时具有安装尺寸小，易加工，减小了燃料电池系统的整体重量和体积，进一步提高燃料电池系统的功率。

Description

一种燃料电池系统的汽水分离器

技术领域

本实用新型涉及燃料电池控制技术领域，尤其涉及一种燃料电池系统的汽水分离器。

背景技术

在燃料电池系统的运行过程中阴极会产生水，水会渗透到阳极，即氢气流道内会存在生成水，也存在加湿水，如果不排出，会导致电堆水淹，进而减小燃料电池实际参与工作的活化面积，降低让电池的性能和寿命。因此，在燃料电池系统的氢气系统出口端需要安装一个气水分离器，使得阳极的水流入汽水分离器被其收集，氢气在通过循环泵回到氢气输入端。

现有技术CN217247922U中公开了一种用于燃料电池的汽水分离器，利用冷却叶片的螺旋转动作用实现一级分水，再利用透气疏水膜的阻力作用实现二级分水。上述汽水分离器存在的问题在于：螺旋叶片结构较为复杂，制造难度较大，且制造成本较高；不是全封闭设置，且透气疏水膜在长时间的使用后分水的能力逐渐降低，长时间使用后分离效率和分离降低，因此叶片结构和透气疏水膜都需要时常更换，而体积大造成不便。

因此，有必要对现有技术中的汽水分离器进行改进，以解决上述问题。

发明内容

本实用新型克服了现有技术的不足，提供一种燃料电池系统的汽水分离器。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种燃料电池系统的汽水分离器，包括：上部主体和下部主体；

所述上部主体包括：上密封板，与所述上密封板连接的第一分离室和第二分离室；所述第一分离室中设置有若干引流片；若干所述引流片与所述第一分离室的上顶面垂直设置；所述引流片一侧边和所述第一分离室的中心轴形成的面，与所述引流片形成的夹角为锐角；所述侧边为所述引流片与所述第一分离室连接的侧边；相邻所述面的夹角相等；所述引流片为直板结构；所述第一分离室的一端设置有进气口，所述进气口与所述第一分离室的侧面垂直设置；

所述第二分离室的内壁两侧设置有若干挡流板；两侧所述挡流板相错排布，所述挡流板与所述第二分离室内壁垂直设置；所述第二分离室的顶部设置有出气口；

所述下部主体包括：下密封板，设置在所述下部主体中的凹槽，以及收集件；所述凹槽、所述第一分离室和所述第二分离室之间形成密封腔；位于所述第一分离室下方的所述密封腔中设置有一倾斜面，所述倾斜面的底部设置所述收集件。

本实用新型一个较佳实施例中，所述收集件的一端连接电磁阀，所述下部主体中设置有尾排口，所述电磁阀与所述尾排口连通。

本实用新型一个较佳实施例中，每侧所述挡流板间隔排布，且两侧的间隔距离保持一致。

本实用新型一个较佳实施例中，所述挡流板为直板或波形板。

本实用新型一个较佳实施例中，所述上密封板和所述下密封板尺寸一致，所述上密封板和所述下密封板可拆卸连接。

本实用新型一个较佳实施例中，所述收集件为漏斗形结构。

本实用新型解决了背景技术中存在的缺陷，本实用新型具备以下有益效果：

本实用新型提供了一种汽水分离器，适用于燃料电池系统中的氢气系统，将两个分离结构集成在一个装置中，汽水分离效果更好，同时具有安装尺寸小，易加工，减小了燃料电池系统的整体重量和体积，进一步提高燃料电池系统的功率。

本实用新型中仅需要设计几块直板结构的引流片和倾斜面，即可实现第一次汽水分离，无需制造复杂结构的螺旋叶片，在实现基本相同的分离效果的同时，本申请的结构更加简单、制造成本更加低廉，克服了现有技术中汽水分离器成本高、结构复杂的缺陷。

本实用新型中倾斜面正好位于竖直设置的引流片的正下方，氢气在离开第一分离室后，由于倾斜面的作用，使得氢气的方向发生改变，提高了汽水分离的效率。

本实用新型在第一分离室中设置若干引流片，相对于现有技术中依靠旋转的叶片对于液体的离心作用，采用引入高速氢气和水的混合体的方式，利用高速混合体和引流片的碰撞作用，产生螺旋流动，实现反复漩涡引流氢气，对高速尾排氢气产生反复离心力，达到液态水珠和氢气高效分离效果，不仅简化了结构，且无需更换维修。

本实用新型中第二分离室中设置若干平行设置的挡流板，相比较于现有技术中的透气疏水膜，利用流体转向过程时气液的比重不同，改变气体的流向，实现液体下沉与气体的进一步分离，无需更换维修。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明；

图1是本实用新型的优选实施例的一种燃料电池系统的汽水分离器的立体结构示意图；

图2是本实用新型的优选实施例的汽水分离器的截面图；

图3是本实用新型的优选实施例的引流片的排布示意图；

图4是本实用新型的优选实施例的水的运动路线运动路线；

图5是本实用新型的优选实施例的氢气的运动路线；

图中：1、上部主体；11、上密封板；12、第一分离室；121、引流片；13、进气口；14、第二分离室；141、挡流板；15、出气口；2、下部主体；21、下密封板；22、倾斜面；23、收集件；24、尾排口；3、密封腔。

具体实施方式

现在结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

如图1所示，示出了本实施例中的一种燃料电池系统的汽水分离器的立体结构示意图。

该汽水分离器适用于燃料电池的氢气系统的出口端，通过在氢气系统出口端安装一个汽水分离器，使得阳极的水流入汽水分离器被其收集，氢气在通过循环泵回到氢气输入端。

本实施例中的汽水分离器包括：上部主体1和下部主体2。

上部主体1包括：上密封板11，以及与上密封板11连接的第一分离腔和第二分离腔。

如图2所示，示出了本实施例中汽水分离器的截面图。第一分离腔中设置有若干引流片121。引流片121为直板结构，且引流片121与第一分离腔的顶部固定连接。第一分离腔的一端设置有进气口13，进气口13与第一分离室的侧面垂直设置，进气口13用于引入燃料电池中的高速氢气与水的混合体。

如图3所示，示出了本实施例中引流片121的排布示意图。引流片121一侧边和第一分离腔的中心轴形成的面，与引流片121形成的夹角为锐角；侧边为引流片121与第一分离腔连接的侧边。相邻面的夹角相等。这样的设计使得相邻引流片121之间的夹角一致，相邻引流片表面所在之间的直线合围形成正多边形，优选为正五边形。

氢气会在引流片121之间形成螺旋流动，实现反复漩涡引流氢气,对高速尾排氢气产生反复离心力,达到液态水珠和氢气高效分离效果。本实施例中不限制引流片121的数量，优选为五个引流片121。

第二分离腔的内壁两侧设置有若干挡流板141。每一侧挡流板141间隔排布，且平行设置。所有挡流板141均与第二分离腔的内壁垂直连接，且相互平行。每侧挡流板141间隔排布，且两侧的间隔距离保持一致。该挡流板141为直板或波形板。第二分离腔的顶部设置有出气口15，该出气口15与第二分离腔内腔连通，用于将分离后的氢气排出。

本实施例中的挡流板141的作用是将水凝结在挡流板141上，由于挡流板141的开口的结构是对称的，凝结的水滴不会随着气流出去，水在凝结到一定程度后，然后通过重力作用水会向下滴，以达到水汽分离的效果。

本实施例下部主体2包括：下密封板21，设置在下部主体2中的凹槽，以及收集件23。凹槽、第一分离室12和第二分离室14之间形成密封腔3。

上密封板11和下密封板21尺寸一致，上密封板11和下密封板21可拆卸连接。

位于第一分离室12下方的密封腔3中设置有一倾斜面22，倾斜面22的底部设置收集件23。本实施例中第一分离室12中离心分离的水会顺着引流片121流到倾斜面22上，再顺着倾斜面22的表面流到底端的收集件23中。

本实施例中倾斜面正好位于竖直设置的引流片的正下方，氢气在离开第一分离室后，由于倾斜面的作用，使得氢气的方向发生改变，提高了汽水分离的效率。因此，本实施例中的倾斜面至少有三重作用：1、为气体改变方向；2、提供进一次碰撞，具有一定分离效果；3、接收来自竖直设置的引流片表面滴落的水滴。

收集件23为漏斗形结构，可以为漏斗形凹槽。本实施例中收集件23的一端连接有电磁阀，下部主体2中设置有尾排口24，电磁阀与尾排口24连通。通过电磁阀，将水通过尾排口24排出汽水分离器。

本实施例将两个分离结构集成在一个装置中，汽水分离效果更好，同时具有安装尺寸小，易加工，减小了燃料电池系统的整体重量和体积，进一步提高燃料电池系统的功率。

本实施例中采用离心式和挡板式结合的分离方式，离心式采用令氢气螺旋流动的五个引流片，实现反复漩涡引流氢气，对高速尾排氢气产生反复离心力，水汽在第一分离后完全做到完全水汽的分离，再通过第二次多挡流板结构使得在水汽转向的过程中气液的比重不同，液体下沉并与气体分离，实现二次分离。第二次分离相当于延长了“气体分离的路径”，在此路径中通过多次转向和气液的比重不同，实现进一步分离。两种分离方式的原理不同，协同作用，实现汽水分离效果的提升。

本实用新型使用时，如图4和图5所示，分别示出了水的运动路线和氢气的运动路线（实线箭头为水的运动方向，虚线箭头为氢气的运动方向）。具体地，高速氢气与水的混合体由进气口13流入第一分离室12中，混合体在碰撞若干引流片121，产生旋涡，形成螺旋流动，实现反复漩涡引流氢气，水在收到离心力的作用下与氢气产生分离，水顺着引流片121流到底部的倾斜面22上，再顺着倾斜面22的表面流到底端的收集件23中；

氢气在到达密封腔3后，从第二分离室14的底部进入，氢气会遇到交错排布的挡流板141，从而改变气体的流向，从而更进一步的分离氢气和水；分离后的氢气从第二分离室14顶部的出气口15排出，分离后的水流入到第二分离室14底部的收集件23中。通过电磁阀将水通过尾排口24排出汽水分离器。

以上依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。

Claims (6)

1.一种燃料电池系统的汽水分离器，包括：上部主体和下部主体，其特征在于，

所述上部主体包括：上密封板，与所述上密封板连接的第一分离室和第二分离室；所述第一分离室中设置有若干引流片；若干所述引流片与所述第一分离室的上顶面垂直设置；所述引流片一侧边和所述第一分离室的中心轴形成的面，与所述引流片形成的夹角为锐角；所述侧边为所述引流片与所述第一分离室连接的侧边；相邻所述面的夹角相等；所述引流片为直板结构；所述第一分离室的一端设置有进气口，所述进气口与所述第一分离室的侧面垂直设置；

所述第二分离室的内壁两侧设置有若干挡流板；两侧所述挡流板相错排布，所述挡流板与所述第二分离室内壁垂直设置；所述第二分离室的顶部设置有出气口；

所述下部主体包括：下密封板，设置在所述下部主体中的凹槽，以及收集件；所述凹槽、所述第一分离室和所述第二分离室之间形成密封腔；位于所述第一分离室下方的所述密封腔中设置有一倾斜面，所述倾斜面的底部设置所述收集件。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统的汽水分离器，其特征在于：所述收集件的一端连接电磁阀，所述下部主体中设置有尾排口，所述电磁阀与所述尾排口连通。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统的汽水分离器，其特征在于：每侧所述挡流板间隔排布，且两侧的间隔距离保持一致。

4.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统的汽水分离器，其特征在于：所述挡流板为直板或波形板。

5.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统的汽水分离器，其特征在于：所述上密封板和所述下密封板尺寸一致，所述上密封板和所述下密封板拆卸连接。

6.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统的汽水分离器，其特征在于：所述收集件为漏斗形结构。

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