CN219917230U - 一种燃料电池阳极用湿度可调的气液分离器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种燃料电池阳极用湿度可调的气液分离器，涉及燃料电池设备的技术领域。燃料电池阳极用湿度可调的气液分离器，包括壳体本体、气液分离件、增湿组件和液位监测组件；壳体本体的两端分别开设有氢气侧气液进口和氢气侧气液出口，壳体本体的底部设置有排液件；气液分离件设置在壳体本体内，并且气液分离件位于氢气侧气液进口和氢气侧气液出口之间；增湿组件设置在壳体本体内，液位监测组件设置在壳体本体的侧壁上。实现对燃料电池阳极氢气侧进行气体相对湿度的监控和控制，避免燃料电池处于膜干状态，提高燃料电池堆性能。同时达到提高气液分离器和增湿器集成度降低占用空间的技术效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃料电池设备技术领域，具体而言，涉及一种燃料电池阳极用湿度可调的气液分离器。
背景技术
气液分离器是燃料电池系统氢气供应系统中的关键部件之一，其主要作用是分离燃料电池阳极循环回路中的液态水，避免燃料电池堆内部水淹，促进燃料电池阳极的水平衡管理。
燃料电池堆运行过程中，若参与反应的氢气的相对湿度较低，容易造成质子交换膜干燥，进而导致燃料电池系统输出性能的下降，这种影响对于采用阴极不增湿的燃料电池系统尤为明显。在燃料电池系统刚启动或者中、低功率运行时，燃料电池产生的水量较小，由阴极渗透回阳极的水量较少，经过气液分离后，氢气循环回路中的总水量进一步降低，容易造成膜干，进而导致性能下降。
但是，现有技术中的燃料电池氢气侧无加湿方案，现有技术中是空气侧设置增湿方案，而且燃料电池空气侧的气液分离器和增湿器为分体式结构，占用空间大。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种燃料电池阳极用湿度可调的气液分离器，以缓解现有技术中气液分离器和增湿器占用空间大的技术问题。
第一方面，本实用新型实施例提供了一种燃料电池阳极用湿度可调的气液分离器，包括壳体本体、气液分离件、增湿组件和液位监测组件；
所述壳体本体的两端分别开设有氢气侧气液进口和氢气侧气液出口，所述壳体本体的底部设置有排液件；
所述气液分离件设置在所述壳体本体内，并且所述气液分离件位于所述氢气侧气液进口和所述氢气侧气液出口之间；
所述增湿组件设置在所述壳体本体内，所述液位监测组件设置在所述壳体本体的侧壁上。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述气液分离件包括多个分液板，多个所述分液板均设置在所述壳体本体内，并且多个所述分液板和所述壳体本体围成S型流道。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述分液板包括上端分液板和下端分液板；
所述上端分液板沿其厚度方向的两侧及顶部均与所述壳体本体连接；
所述下端分液板沿其厚度方向的两侧与所述壳体本体连接，所述下端分液板的底部与所述壳体本体之间留有过液缝隙。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述壳体本体位于所述分液板的底部处呈倾斜状。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述增湿组件包括湿度传感器和增湿件；
所述壳体本体的底部具有蓄液腔，所述S型流道与所述蓄液腔连通；
所述湿度传感器设置在所述壳体本体的顶部，并且所述湿度传感器靠近所述氢气侧气液出口；
所述增湿件设置在所述蓄液腔的底部。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述增湿件采用超声波加湿器。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述液位监测组件包括高位液面传感器和低位液面传感器；
所述高位液面传感器和所述低位液面传感器均设置在所述壳体本体的侧壁上，所述低位液面传感器位于所述高位液面传感器和所述增湿件之间。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述蓄液腔的外侧壁设置有加热片。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述壳体本体的底部开设有排液口，所述排液件采用排液阀，所述排液阀安装在所述排液口处。
有益效果：
本实用新型提供了一种燃料电池阳极用湿度可调的气液分离器，包括壳体本体、气液分离件、增湿组件和液位监测组件；壳体本体的两端分别开设有氢气侧气液进口和氢气侧气液出口，壳体本体的底部设置有排液件；气液分离件设置在壳体本体内，并且气液分离件位于氢气侧气液进口和氢气侧气液出口之间；增湿组件设置在壳体本体内，液位监测组件设置在壳体本体的侧壁上。
具体的，在工作过程中，气液二相流气体通过企业进口进入到壳体本体内部后，气液二相流气体首先通过气液分离件完成气液分离，分离出的液体会流到壳体本体的底部，气体能够从氢气侧气液出口排出，并且增湿组件能够根据需求对分离后的气体进行加湿，以使排出的气体能够符合湿度设计需求，并且通过液位监测组件的设置，能够控制排液件将壳体本体内的液体排出，避免壳体本体内液体积攒过多，在燃料电池阳极氢气侧进行气体相对湿度的监控和控制，进而避免燃料电池处于膜干状态，提高燃料电池堆性能。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例提供的燃料电池阳极用湿度可调的气液分离器的剖视图；
图2为本实用新型实施例提供的燃料电池阳极用湿度可调的气液分离器的内部示意图。
图标：
100-壳体本体；110-氢气侧气液进口；120-氢气侧气液出口；130-排液件；140-蓄液腔；141-加热片；
200-气液分离件；210-分液板；211-上端分液板；212-下端分液板；213-过液缝隙；220-S型流道；
300-增湿组件；310-湿度传感器；320-增湿件；
400-液位监测组件；410-高位液面传感器；420-低位液面传感器。
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，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“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一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，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。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。
下面通过具体的实施例并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。
参见图1和图2所示，本实施例提供了一种燃料电池阳极用湿度可调的气液分离器，包括壳体本体100、气液分离件200、增湿组件300和液位监测组件400；壳体本体100的两端分别开设有氢气侧气液进口110和氢气侧气液出口120，壳体本体100的底部设置有排液件130；气液分离件200设置在壳体本体100内，并且气液分离件200位于氢气侧气液进口110和氢气侧气液出口120之间；增湿组件300设置在壳体本体100内，液位监测组件400设置在壳体本体100的侧壁上。
具体的，在工作过程中，气液二相流气体通过企业进口进入到壳体本体100内部后，气液二相流气体首先通过气液分离件200完成气液分离，分离出的液体会流到壳体本体100的底部，气体能够从氢气侧气液出口120排出，并且增湿组件300能够根据需求对分离后的气体进行加湿，以使排出的气体能够符合湿度设计需求，并且通过液位监测组件400的设置，能够控制排液件130将壳体本体100内的液体排出，避免壳体本体100内液体积攒过多，在燃料电池阳极侧（氢气侧）进行气体相对湿度的监控和控制，进而避免燃料电池处于膜干状态，提高燃料电池堆性能。
其中，壳体本体100的底部开设有排液口，排液件130采用排液阀，排液阀安装在排液口处。
需要指出的是，本实施例提供的燃料电池阳极用湿度可调的气液分离器通过监控燃料电池阳极侧（氢气侧）汽水分离器的氢气侧气液出口120处的气体湿度，在中、低功率段燃料电池自身产水量较少的时候，进行增湿操作，效避免燃料电池质子交换膜处于较干状态，提高燃料电池的性能，这种影响对于采用阴极不增湿的燃料电池系统尤为明显。
参见图1和图2所示，本实施例的可选方案中，气液分离件200包括多个分液板210，多个分液板210均设置在壳体本体100内，并且多个分液板210和壳体本体100围成S型流道220。
其中，分液板210包括上端分液板211和下端分液板212；上端分液板211沿其厚度方向的两侧及顶部均与壳体本体100连接；下端分液板212沿其厚度方向的两侧与壳体本体100连接，下端分液板212的底部与壳体本体100之间留有过液缝隙213。
其中，壳体本体100位于分液板210的底部处呈倾斜状。
具体的，经过多个分液板210分离的液体能够顺着分页板向下流动，然后从过液缝隙213流到壳体本体100底部的蓄液腔140内。
参见图1和图2所示，本实施例的可选方案中，增湿组件300包括湿度传感器310和增湿件320；壳体本体100的底部具有蓄液腔140，S型流道220与蓄液腔140连通；湿度传感器310设置在壳体本体100的顶部，并且湿度传感器310靠近氢气侧气液出口120；增湿件320设置在蓄液腔140的底部。
其中，增湿件320采用超声波加湿器。
具体的，湿度传感器310实时监测氢气侧气液出口120处气体的湿度，当气体的湿度小于设计值时，增湿件320会开启工作，对气体进行湿化，在燃料电池处于刚启动、低功率和中功率工况通过超声波加湿器对气体进行增湿，进而提高循环气体的相对湿度，有效避免燃料电池系统在刚启动和中低功率段质子交换膜处于较干状态，提高燃料电池的性能。
参见图1和图2所示，本实施例的可选方案中，液位监测组件400包括高位液面传感器410和低位液面传感器420；高位液面传感器410和低位液面传感器420均设置在壳体本体100的侧壁上，低位液面传感器420位于高位液面传感器410和增湿件320之间。
具体的，液位监测组件400的高位液面传感器410和低位液面传感器420能够实时监测蓄液腔140内的液面高度，当液位超过高位液面传感器410的时候，通过排水阀进行排水，当液位达到低位液面传感器420位置时，停止排水。
参见图1和图2所示，本实施例的可选方案中，蓄液腔140的外侧壁设置有加热片141。
具体的，在蓄液腔140的外侧壁设置有加热片141，通过加热片141的设置，可防止储存的液态水在较低温度的运行环境下结冰。
需要说明的是，本实施例提供的燃料电池阳极用湿度可调的气液分离器通过控制循环回路的气体湿度，可避免燃料电池堆出现膜干状态，同时提高燃料电池内部的水利用效率，降低燃料电池系统对外部增湿的要求，降低系统集成难度。使燃料电池系统在启动、低功率、中功率和高功率阶段始终处于最佳工作状态，提高燃料电池系统的性能和延长燃料电池堆的服役寿命。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种燃料电池阳极用湿度可调的气液分离器，其特征在于，包括：壳体本体（100）、气液分离件（200）、增湿组件（300）和液位监测组件（400）；
所述壳体本体（100）的两端分别开设有氢气侧气液进口（110）和氢气侧气液出口（120），所述壳体本体（100）的底部设置有排液件（130）；
所述气液分离件（200）设置在所述壳体本体（100）内，并且所述气液分离件（200）位于所述氢气侧气液进口（110）和所述氢气侧气液出口（120）之间；
所述增湿组件（300）设置在所述壳体本体（100）内，所述液位监测组件（400）设置在所述壳体本体（100）的侧壁上。
2.根据权利要求1所述的燃料电池阳极用湿度可调的气液分离器，其特征在于，所述气液分离件（200）包括多个分液板（210），多个所述分液板（210）均设置在所述壳体本体（100）内，并且多个所述分液板（210）和所述壳体本体（100）围成S型流道（220）。
3.根据权利要求2所述的燃料电池阳极用湿度可调的气液分离器，其特征在于，所述分液板（210）包括上端分液板（211）和下端分液板（212）；
所述上端分液板（211）沿其厚度方向的两侧及顶部均与所述壳体本体（100）连接；
所述下端分液板（212）沿其厚度方向的两侧与所述壳体本体（100）连接，所述下端分液板（212）的底部与所述壳体本体（100）之间留有过液缝隙（213）。
4.根据权利要求3所述的燃料电池阳极用湿度可调的气液分离器，其特征在于，所述壳体本体（100）位于所述分液板（210）的底部处呈倾斜状。
5.根据权利要求4所述的燃料电池阳极用湿度可调的气液分离器，其特征在于，所述增湿组件（300）包括湿度传感器（310）和增湿件（320）；
所述壳体本体（100）的底部具有蓄液腔（140），所述S型流道（220）与所述蓄液腔（140）连通；
所述湿度传感器（310）设置在所述壳体本体（100）的顶部，并且所述湿度传感器（310）靠近所述氢气侧气液出口（120）；
所述增湿件（320）设置在所述蓄液腔（140）的底部。
6.根据权利要求5所述的燃料电池阳极用湿度可调的气液分离器，其特征在于，所述增湿件（320）采用超声波加湿器。
7.根据权利要求6所述的燃料电池阳极用湿度可调的气液分离器，其特征在于，所述液位监测组件（400）包括高位液面传感器（410）和低位液面传感器（420）；
所述高位液面传感器（410）和所述低位液面传感器（420）均设置在所述壳体本体（100）的侧壁上，所述低位液面传感器（420）位于所述高位液面传感器（410）和所述增湿件（320）之间。
8.根据权利要求5所述的燃料电池阳极用湿度可调的气液分离器，其特征在于，所述蓄液腔（140）的外侧壁设置有加热片（141）。
9.根据权利要求1-8任一项所述的燃料电池阳极用湿度可调的气液分离器，其特征在于，所述壳体本体（100）的底部开设有排液口，所述排液件（130）采用排液阀，所述排液阀安装在所述排液口处。
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