CN218867162U - 一种氢燃料电池用气水分离器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种氢燃料电池用气水分离器，包括：分水器本体，其内部具有空腔，所述分水器本体上设有与空腔连通的气体入口和气体出口；分水器顶盖，连接在分水器本体的上表面；分水器储水槽，连接在分水器本体的下表面，且分水器储水槽的内部与空腔相连通；分水器旋风，其顶部连接在分水器本体的下表面，且所述分水器旋风位于分水器储水槽的内部；排氮电磁阀，连接在分水器本体的顶部且靠近分水器顶盖的一侧；压力传感器，连接在分水器本体的顶部，用于测量回流氢气的气体压力。本实用新型设置有排氮阀，能够排出系统多余杂质气体，提升电化学反应效率；分水器旋风提高了分水效率，结构紧凑，降低成本。

Description

一种氢燃料电池用气水分离器

技术领域

本实用新型涉及水气分离技术领域，尤其涉及一种氢燃料电池用气水分离器。

背景技术

目前，在燃料电池领域使用的气水分离器，根据结构来分，主要有旋风式、挡板式以及凝聚式，其中挡板式流阻较大，凝聚式气水分离器的分水效率又较低，只有旋风式气水分离器比较符合目前燃料电池系统对低流阻的需求。

然而，市面上的旋风式分水器分水效率还是处在一个较低的水平，例如公开号为CN216457505U的实用新型专利，分水器的氢气入口和出口不是贴面形式，与电堆连接时中间需要增加管路，一方面增加了物料，使成本增加；另一方面集成度降低，占用了系统较多的空间。

其次，缺少专门的排放氮气口和排放氮气用的电磁阀，降低了排氮效率，另外对氢气内夹带的液态水的分离效果也不是很好。

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氢燃料电池用气水分离器，以解决现有气水分离器成本高、排氮效率较低以及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：

一种氢燃料电池用气水分离器，包括：

分水器本体，其内部具有空腔，所述分水器本体上设有与所述空腔连通的气体入口和气体出口，所述气体入口连接到燃料电池电堆系统的氢气出口，所述气体出口连接到所述燃料电池电堆系统的氢气循环泵或氢气引射器的回流口；

分水器顶盖，连接在所述分水器本体的上表面；

分水器储水槽，连接在所述分水器本体的下表面，且所述分水器储水槽的内部与所述空腔相连通；

分水器旋风，其顶部连接在所述分水器本体的下表面，且所述分水器旋风位于所述分水器储水槽的内部；

排氮电磁阀，连接在所述分水器本体的顶部且靠近所述分水器顶盖的一侧；

压力传感器，连接在所述分水器本体的顶部，用于测量回流氢气的气体压力。

可选地，所述分水器旋风包括旋风本体、均匀发散分布在所述旋风本体上表面的旋叶和竖直贯穿连接在所述旋风本体上且位于所述旋叶中心的空心圆柱接口，所述空心圆柱接口螺纹连接在所述分水器本体的底部，且与所述分水器本体的第二通道相连通。

可选地，所述空心圆柱接口远离所述旋叶的一侧为正六边形结构。

可选地，所述分水器储水槽包括水槽本体和与所述水槽本体顶部一体连接的法兰盘，所述法兰盘的端面开设有环形槽，所述环形槽内设有密封圈，所述分水器储水槽通过所述密封圈与所述分水器本体密封连接。

可选地，所述水槽本体的内部底面具有引流坡面，所述引流坡面的底部开设有引流孔。

可选地，还包括排水电磁阀，所述排水电磁阀连接在所述引流孔上。

可选地，所述分水器本体靠近所述分水器旋风的一侧还开设有柱形通道，所述柱形通道与所述旋叶之间的空隙相连通。

可选地，所述分水器本体还包括开设在内部的第一通道和与所述气体入口处在同一侧面的接头，所述第一通道的一端与所述空腔相连通，另一端与接头相连通。

可选地，所述分水器本体的内部还开设有第二通道，所述第二通道的一端与所述空腔相连通，另一端与所述气体入口相连通。

本实用新型的第二目的在于提供一种氢燃料电池，包括如上述所述氢燃料电池用气水分离器。

本实用新型与现有技术相比，至少具有以下有益效果：

分水器的气体入口和气体出口处在同一侧的贴面形式，分水器结构紧凑，紧贴电堆安装，能够有效提升系统功率比，且不需要中间过渡零件，降低了物料，生产成本；通过设置排氮阀，能够排出系统多余杂质气体，提升电化学反应效率，从而提高系统效率；分水器旋风，提高了分水效率，使分水后回流气体湿度降低，减小了电堆阳极发生水淹的面积，提高反应效率；储水槽底部设置有独特的引导坡面，更易于分水器排水；分水器使用的具有加热功能的排水电磁阀，使系统在较低温度的环境中也能有效排水，提高系统耐候性和稳定性。

附图说明

图1为本实用新型实施例中氢燃料电池用气水分离器的三维结构示意图；

图2为本实用新型实施例中氢燃料电池用气水分离器的主视结构示意图；

图3为图2中A-A方向的剖面结构示意图；

图4为图2中B-B方向的剖面结构示意图；

图5为本实用新型实施例中分水器旋风的一方向结构示意图；

图6为本实用新型实施例中分水器旋风的另一方向结构示意图；

图7为现有技术当中的旋风式分水器的一实施例结构示意图。

附图标记说明：

1-分水器本体；

11-柱形通道；12-空腔；13-接头；14-第一通道；15-第二通道；151-气体入口；152-气体出口；

2-分水器顶盖；3-排氮电磁阀；4-压力传感器；

5-分水器储水槽；

51-水槽本体；511-引流坡面；512-引流孔；52-法兰盘；521-环形槽；522-密封圈；

6-排水电磁阀；7-分水器旋风；

71-旋风本体；72-旋叶；73-空隙；74-空心圆柱接口；741-正六边形结构。

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，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

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。

现有的氢燃料电池氢气系统一般包括氢气供给系统、氢气前处理模块、氢燃料电池堆、氢气后处理模块以及氢气循环模块，氢气循环模块往往集成在氢气前处理模块中，氢气前处理模块和氢气后处理模块组成氢气循环系统，

氢燃料电池要能持续发电，就需要湿氢气和氧气源源不断的供给，而氢气储存在高压瓶中，通过减压阀、氢气前处理模块等部件进入到燃料电池阳极，并在燃料电池中与氧气发生电化学反应产生电能。

在这期间，燃料电池内部会有一定剩余的氢气、氮气和电化学反应产生的水，这部分剩余的氢气目前有三种处理方式：死端模式、直排模式、循环模式。对于现在较流行的系统而言，最行之有效的处理剩余氢气的方式就是循环模式。

但是，在氢气循环模式中，需要处理的最大问题就是燃料电池中电化学反应不断产生的水和空气中多余的氮气，如果不对循环的氢气进行一定的分水和排氮处理，再经回收循环到燃料电池阳极的氢气就会夹带大量的液态水，造成燃料电池阳极的“水淹”现象，会对燃料电池产生一定的危害，同时低浓度的氮气也会稀释氢气，降低氢气的扩散浓度，导致电池性能下降，而高浓度的氮气甚至会造成燃料电池中毒。

如图7所示，由于分水器的氢气入口和出口不是贴面形式，与电堆连接时中间需要增加管路，一方面增加了物料，使成本增加；另一方面集成度降低，占用了系统较多的空间；另外也缺少专门的排放氮气口排放氮气用的电磁阀，降低了排氮效率；没有压力检测，增加了气体泄漏的风险；分水效率也还是处于一个较低的水平。

为解决上述问题，图1-6所示为本实用新型实施例提供的一种氢燃料电池用气水分离器，该氢燃料电池用气水分离器包括：分水器本体1、分水器顶盖2、分水器储水槽5、排氮电磁阀3和压力传感器4，其中：

分水器本体1的内部具有空腔12，分水器本体1上设有气体入口151和气体出口152，气体入口151、气体出口152均与空腔12相连通，气体入口151连接到燃料电池电堆系统的氢气出口，气体出口152连接到燃料电池电堆系统的氢气循环泵或氢气引射器的回流口。

分水器顶盖2连接在分水器本体1的上表面，由分水器本体1和分水器顶盖2共同构成本实施例中的气水分离器，以对燃料电池中电化学反应不断产生的水和多余的氮气进行处理。

分水器储水槽5连接在分水器本体1的下表面，且分水器储水槽5的内部与空腔12相连通，由此，分水器本体1内产生的水流入到分水器储水槽5中进行排出。

分水器旋风7的顶部连接在分水器本体1的下表面，且分水器旋风7位于分水器储水槽5的内部。这样通过分水器旋风7提高了分水效率，使分水后回流气体的湿度降低，减小了电堆阳极发生水淹的面积，提高反应效率。

排氮电磁阀3连接在分水器本体1的顶部且靠近分水器顶盖2的一侧，排氮电磁阀3能够排出系统多余杂质气体，提升电化学反应效率，从而提高系统效率。

压力传感器4连接在分水器本体1的顶部，用于测量回流氢气的气体压力。

由此，未反应完的氢气从电堆氢气出口出来后，通过分水器本体1上面的气体入口151进入到分水器本体1的内部，并通过分水器本体1内部的柱形通道11进入到分水器旋风7内，氢气再由分水器旋风7进入到分水器本体1中用于气体排出的腔体。

需要说明的是，本实施例当中分水器本体1的材料为工程塑料PA6T+GF30，分水器本体1的上面有固定压力传感器4的镶件，氢气在进入柱形通道11的过程中，压力传感器4会测量出柱形通道11上方的空腔12的氢气压力，即电堆氢气出口的压力，为系统控制提供数据。

请参阅图3、5、6所示，具体到本实用新型的实施例当中，分水器旋风7包括旋风本体71、旋叶72和空心圆柱接口74，其中：

旋叶72均匀发散分布在旋风本体71的上表面，优选地，在本实施例当中，旋叶72设置为16个，16个旋叶72可显著提高分水效率，使分水后回流气体湿度降低，减小了电堆阳极发生水淹的面积，提高反应效率。

空心圆柱接口74竖直贯穿连接在旋风本体71上且位于旋叶72的中心，空心圆柱接口74螺纹连接在分水器本体1的底部，且与分水器本体1的空腔12相连通。

在氢气从空心圆柱接口74进入到第一通道14的入口过程中，由于离心力和惯性的作用下，质量较大的水滴和气体分离开来，水滴进入到分水器储水槽5的下部。

请参阅图5、6所示，具体到本实用新型的实施例当中，空心圆柱接口74远离旋叶72的一侧为正六边形结构741。由此，空心圆柱接口74的正六边形结构741易于拆装，提高装配效率。

请参阅图5、6所示，具体到本实用新型的实施例当中，分水器储水槽5包括水槽本体51和与水槽本体51顶部一体连接的法兰盘52，法兰盘52的端面开设有环形槽521，环形槽521内设有密封圈522，分水器储水槽5通过密封圈522与分水器本体密封连接。分水器储水槽5和分水器本体1之间设有密封圈，以确保产品的密封性。

另外，排氮电磁阀3和分水器顶盖2、分水器顶盖2和分水器本体1、压力传感器4和分水器本体1之间均分别设有密封圈，以确保产品的密封性。

请参阅图3所示，具体到本实用新型的实施例当中，水槽本体51的内部底面具有引流坡面511，引流坡面511的底部开设有引流孔512，在引流坡面511的作用下，水通过引流孔512流动到排水电磁阀6的入口。

由此，分水器储水槽5的底部设置有引流坡面511，易于分水器排水。

请参阅图1、3所示，具体到本实用新型的实施例当中，还包括排水电磁阀6，排水电磁阀6连接在引流孔512上。

优选地，分水器使用的具有加热功能的排水电磁阀6，排水电磁阀6按照系统排水要求，脉冲式打开排水口，使分水器储水槽5能够排出或存留一定量的水。发明中使用的排水电磁阀还具有加热功能，在环境温度较低时也可以顺利的排出多余的水分。

使系统在较低温度的环境中也能有效排水，提高系统耐候性和稳定性。

请参阅图3所示，具体到本实用新型的实施例当中，分水器本体1靠近分水器旋风7的一侧还开设有柱形通道11，柱形通道11与旋叶72之间的空隙73相连通。

由此，未反应完的氢气从电堆氢气出口出来后，通过分水器本体1上面的气体入口151进入到分水器本体1的内部，并通过分水器本体1内部的柱形通道11进入到分水器的旋叶72上。

请参阅图3所示，具体到本实用新型的实施例当中，分水器本体1还包括开设在内部的第一通道14和连接在表面且与气体入口151处在同一侧面的接头13，第一通道14的一端与空腔12相连通，另一端与接头13相连通。由此，采用贴面形式的分水器与电堆连接时不需要增加管路，一方面减少了物料，使成本降低，另一方面提高集成度，减少占用系统空间。

由此，经过旋风分离后的气体通过第一通道14和接头13，氢气再次进入到电堆的氢气循环入口，接头13的端头有密封圈，以保证氢气再次进入到电堆氢气循环入口时不会泄露。

请参阅图3所示，具体到本实用新型的实施例当中，分水器本体1的内部还开设有第二通道15，第二通道15的一端与空腔12相连通，另一端与气体入口151相连通。

本发明的另一实施例还提供了一种氢燃料电池，包括如上述所述氢燃料电池用气水分离器。

所述氢燃料电池具有的有益效果与所述氢燃料电池用气水分离器的效果相同，在此不再详细赘述。

安装时，首先把排氮电磁阀3安装到分水器顶盖2的上面，然后把分水器顶盖2安装到分水器本体1的上面，再把压力传感器4安装到分水器本体1的上面，最后分水器旋风7安装到分水器本体1的上面。

然后，再把排水电磁阀6安装在分水器储水槽5上，再把分水器储水槽5和分水器本体1安装到一起，排水电磁阀6和分水器储水槽5、分水器储水槽5和分水器本体1之间均分别有密封圈，以保证产品的密封性。

针对于燃料电池堆中没有反应完全的燃料氢气，通过气水分离器进行排水气分离，并定期排放多余的氮气，在重复使用这部分氢气的同时，还防止电堆不断产生的水对燃料电池电堆的阳极造成的水淹损害。

工作过程：未反应完的氢气从电堆的氢气出口出来后，通过分水器本体1上面的气体入口151进入到分水器本体1的内部，并通过分水器本体1内部的柱形通道11进入到分水器旋风7上方和分水器本体1之间的空腔12，氢气再由这些小的空间进入旋叶72端头的空隙73，经分分水器旋风7上的空心圆柱接口的小孔进入到分水器本体1气体排出的第一通道14，分水器旋风7下方有方便拆装的正六边形结构741。通过第一通道14和接头13，氢气再进入到电堆氢气的循环入口，接头13的端头设有密封圈，保证氢气再次进入到电堆氢气循环入口时不会泄露。

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 (9)

1.一种氢燃料电池用气水分离器，其特征在于，包括：

分水器本体(1)，其内部具有空腔(12)，所述分水器本体(1)上设有与所述空腔(12)连通的气体入口(151)和气体出口(152)，所述气体入口(151)连接到燃料电池电堆系统的氢气出口，所述气体出口(152)连接到所述燃料电池电堆系统的氢气循环泵或氢气引射器的回流口；

分水器顶盖(2)，连接在所述分水器本体(1)的上表面；

分水器储水槽(5)，连接在所述分水器本体(1)的下表面，且所述分水器储水槽(5)的内部与所述空腔(12)相连通；

分水器旋风(7)，其顶部连接在所述分水器本体(1)的下表面，且所述分水器旋风(7)位于所述分水器储水槽(5)的内部；

排氮电磁阀(3)，连接在所述分水器本体(1)的顶部且靠近所述分水器顶盖(2)的一侧；

压力传感器(4)，连接在所述分水器本体(1)的顶部，用于测量回流氢气的气体压力。

2.根据权利要求1所述的氢燃料电池用气水分离器，其特征在于，所述分水器旋风(7)包括旋风本体(71)、均匀发散分布在所述旋风本体(71)上表面的旋叶(72)和竖直贯穿连接在所述旋风本体(71)上且位于所述旋叶(72)中心的空心圆柱接口(74)，所述空心圆柱接口(74)螺纹连接在所述分水器本体(1)的底部，且与所述分水器本体(1)的第二通道(15)相连通。

3.根据权利要求2所述的氢燃料电池用气水分离器，其特征在于，所述空心圆柱接口(74)远离所述旋叶(72)的一侧为正六边形结构(741)。

4.根据权利要求1所述的氢燃料电池用气水分离器，其特征在于，所述分水器储水槽(5)包括水槽本体(51)和与所述水槽本体(51)顶部一体连接的法兰盘(52)，所述法兰盘的端面开设有环形槽(521)，所述环形槽(521)内设有密封圈(522)，所述分水器储水槽(5)通过所述密封圈(522)与所述分水器本体密封连接。

5.根据权利要求4所述的氢燃料电池用气水分离器，其特征在于，所述水槽本体(51)的内部底面具有引流坡面(511)，所述引流坡面(511)的底部开设有引流孔(512)。

6.根据权利要求5所述的氢燃料电池用气水分离器，其特征在于，还包括排水电磁阀(6)，所述排水电磁阀(6)连接在所述引流孔(512)上。

7.根据权利要求2所述的氢燃料电池用气水分离器，其特征在于，所述分水器本体(1)靠近所述分水器旋风(7)的一侧还开设有柱形通道(11)，所述柱形通道(11)与所述旋叶(72)之间的空隙(73)相连通。

8.根据权利要求2所述的氢燃料电池用气水分离器，其特征在于，所述分水器本体(1)还包括开设在内部的第一通道(14)和与所述气体入口(151)处在同一侧面的接头(13)，所述第一通道(14)的一端与所述空腔(12)相连通，另一端与接头(13)相连通。

9.根据权利要求2所述的氢燃料电池用气水分离器，其特征在于，所述分水器本体(1)的内部还开设有第二通道(15)，所述第二通道(15)的一端与所述空腔(12)相连通，另一端与所述气体入口(151)相连通。

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