CN109860672B - 一种适于氢燃料电池氢气尾气循环***的水分离器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适于氢燃料电池氢气尾气循环***的水分离器，包括上盖、滤罐和下盖；滤罐上下两端分别与上盖的下端和下盖的上端连接；在滤罐的中部，一四周与滤罐内壁连接的挡板将滤罐内腔隔开为上部的分离腔和下部的储液腔，且挡板靠近滤罐内壁处设有一圈通孔；进气管沿滤罐侧壁的圆周切向进入滤罐的分离腔；中心轴竖向的中心管的上端位于上盖的下方，中心管的下端与挡板顶部连接；设在滤罐的侧壁的出气管及旁通管各自向滤罐内部延伸，且分别与中心管的下端相通；下盖内腔最低处与排水管相通。本发明结构紧凑、工作可靠、分离效率适中，满足氢燃料电池的工作需要。
Description
技术领域
本发明一种适于氢燃料电池氢气尾气循环***的水分离器。
背景技术
新能源汽车替代传统燃油汽车已经成为一种趋势，特别是在国家政府部门相关政策和资金的支持下，这种趋势发展迅猛。诸多厂商都启动了新能源汽车的研发项目，并投入了大量人力及资金。氢燃料电池作为一种燃油汽车的替代能源，也引起了国内外诸多厂商的关注，特别是在国内，氢燃料电池汽车的研发日益高涨，进展速度也很惊人。
氢燃料电池在实际工作中，由于水加湿作用，以及反应生成物中水的存在，这些水不可避免地会伴随氢尾气排出电池。一并进入氢气循环泵，被再次利用。氢气尾气中的水会加大氢气循环泵的工作负荷，甚至引发氢气循环泵工作不良，同时氢气尾气中的水不断积聚，严重时会阻塞电池氢气通道，诱发电池工作不良。为解决上述问题，需要将氢气尾气中的一部分水分分离出来并排出。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种适于氢燃料电池氢气尾气循环***的水分离器。
本发明要解决的另外一个技术问题是提供一种包括上述水分离器的氢燃料电池氢气尾气循环***。
对于水分离器，本发明采用的技术方案是：一种适于氢燃料电池氢气尾气循环***的水分离器，包括上盖1、滤罐2和下盖4；上盖下端与滤罐上端连接，滤罐的下端与下盖的上端连接；
滤罐2的中段设置挡板11；挡板四周与滤罐内壁连接，且挡板靠近滤罐内壁处设有一圈通孔；挡板将滤罐内腔隔开为上部的分离腔和下部的储液腔；
位于分离腔的滤罐侧壁上设有进气管3，且进气管与滤罐侧壁的圆周相切；
分离腔内设有一中心轴竖向设置的中心管，且中心管的上端位于上盖的下方，中心管的下端分别与伸入挡板内部的出气管5头端和旁通管7头端连接；
出气管5尾端和旁通管7尾端从滤罐的侧壁穿出；
下盖4的下端设有排水管8，且排水管与下盖内腔最低处相通。
作为优选，上盖1与滤罐2焊接，下盖4与滤罐2焊接，且上盖1、滤罐2、下盖4通过焊接构成一个整体。
作为优选，上盖的上端设有长方形的安装板，安装板上设有4个用于安装的通孔，每个通孔内均镶嵌有金属嵌件12。
作为优选，下盖4内腔的底面下凹，且底面最低处设有排水孔9，排水孔与排水管8相通。
作为优选，挡板的顶部为中心高四周低的斜坡状。
作为优选，中心管的中心轴与滤罐的中心轴同轴。
作为优选，出气管位于滤罐内腔一段的底部设有用于排放回水至储液腔的通孔10。
作为优选，上盖、滤罐和下盖为金属材料或非金属材料制成。
对于氢燃料电池氢气尾气循环***，本发明采用的技术方案是：一种氢燃料电池氢气尾气循环***，包括上述的水分离器，水分离器的进气管与氢燃料电池的氢气出口连接，水分离器的出气管与氢燃料电池氢气尾气循环***的氢气循环泵进气口连接；旁通管由旁通电磁阀控制封闭和开启，排水管由排水电磁阀控制封闭和开启。
本发明的有益效果是：
该水分离器结构紧凑、工作可靠、分离效率适中，既可以分离出多余的水，防止阻塞电池氢气通道，又可以确保氢气循环泵正常工作，可以满足氢燃料电池的工作需要。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明水分离器实施例的主视图。
图2是图1剖面通过旁通管轴线的剖视图。
图3是图1剖面通过出气管轴线的剖视图。
图4是本发明水分离器实施例的俯视图。
图5是本发明水分离器实施例的工作原理图。
图中标记：1-上盖，2-滤罐，3-进气管，4-下盖，5-出气管，6-中心管，7-旁通管，8-排水管，9-排水通孔，10-回水通孔，11-挡板，12-嵌件。
具体实施方式
图1是一种适于氢燃料电池氢气尾气循环***的水分离器，由上盖1、滤罐2和下盖4组成，且滤罐2的上下两端分别与上盖1和下盖4通过焊接构成了一个整体件。
在图2中，在滤罐2中部设有一挡板11，挡板将滤罐内腔上下隔成上部和下部，并且滤罐2内腔的上部与上盖的内腔构成分离腔，滤罐内腔的下部与下盖4的内腔构成储液腔。
位于滤罐分离腔的侧壁设有进气管3，进气管沿滤罐外周切向进入到滤罐的内腔。
挡板四周与滤罐2连接，连接处设有一周小的通孔，通孔使得滤罐6上部的分离腔与下部的储液腔连接贯通。
在图3中，挡板的顶部设计成中心高四周低的斜坡状，使得附着在挡板顶部的水顺斜坡而下流到四周的通孔处，并进入储液腔。
在滤罐的侧壁上还分别设有出气管5和旁通管7，出气管的头端和旁通管的头端分别从侧壁外面穿过并伸入位于滤罐内腔的挡板内部，而出气管的尾端和旁通管的尾端分别留在滤罐的外面并且与滤罐的外面连通。
在安装水分离器时，要将旁通管7通过管路与设在水分离器外部的旁通电磁阀密封连接。
挡板的顶部设有一竖向设置的中心管6，并且中心管的中心轴与滤罐的中心轴同轴。中心管的上端位于上盖内腔的下方，中心管的下端分别与伸入挡板内部的出气管头端和旁通管头端连通。
在伸入挡板内部的出气管5的底部，并且偏离中心管下端一段距离处，设有一回水通孔10。
上盖的内腔顶部设计成向上内凹的穹顶形状。
下盖4底部设有排水管，下盖内腔开有一排水通孔9与排水管8相通。
在图4中，上盖1顶部设计成为长方形的安装板，并且安装板与上盖本身为一整体部件。在安装板4角设有四个安装孔。当水分离器采用非金属材料制作时，则在每个安装孔内嵌有金属嵌件12，设在安装孔内的金属嵌件可防止坚固螺栓压溃安装孔周边的材质，如果采用金属材料制作水分离器，因为金属材质本身足够坚硬，则安装孔内不设金属嵌件。
工作过程：
如图5所示，当混有液态水的氢气尾气从位于滤罐上部的进气管沿切向进入分离腔，并沿着滤罐的圆形内壁做旋转运动。在离心力作用下，质量大的液滴被甩向分离腔内壁，在重力作用下，沿分离腔内壁向下流动，穿过位于滤罐中部的挡板四周的通孔，流入储液腔。较小质量的液滴附着在分离腔内壁上，不断积聚成大的液滴，当积聚到一定质量后，在重力作用下向下流动，穿过挡板上的通孔，流入储液腔。这样，混有液态水的氢气尾气通过旋转运动，在离心力作用下，可将一部分液态水分离出来。氢气尾气做旋转运动的同时，在滤罐的进气口与出气口的压力降作用下，沿分离腔内壁旋转向上运动，撞击到上盖内腔顶部的穹顶后，反向向下进入中心管，并且从与中心管相通的出气管5流出分离器。氢气尾气撞击上盖的同时，一部分液态水会附着在上盖内表面，从而氢气尾气中的液态水被进一步的分离出来。由于上盖内腔顶部被设置成向上内凹的穹顶形状，附着在上盖内表面的液态水顺着分离腔内壁向下，通过挡板四周的通孔流入位于滤罐下部的储液腔。由于挡板的顶部也设计成中心高四周低的斜坡状，使得附着在挡板上的液态水顺流向下流到四周的通孔处，并也从通孔流入储液腔。
另外，在出气管5上伸至滤罐内储液腔的部分且偏离中心管下端一段距离处，设置有一回水通孔10。在氢燃料电池停止工作后，滞留在出气管路中的液态水会发生回流，当流经回水通孔时，即通过回水通孔渗漏至储液腔，避免氢气管路被淤积的水阻塞。
由于旁通管7与设在水分离器外部的旁通电磁阀密封连接，当旁通电磁阀打开时，即通过旁通管排空水分离器及其管路内的氢气，旁通电磁阀关闭时，则保持水分离器及其管路的密封性。
由上述技术方案可知，本实施例的水分离器，采用沿分离腔内壁切向进气方式，使进入分离器的气水混合气体发生旋转，在离心力作用下，大颗粒水被甩向分离腔内壁并沿内壁向下流动，穿过挡板四周的通孔进入储液腔。小颗粒的水附着在分离腔内壁上，逐渐积聚成大颗粒水珠，在重力作用下流入储液腔。氢燃料电池停止工作后，淤积在氢气出气管路中的水发生回流，回流的水可通过回水通孔流入储液腔。用户可根据储液腔容积大小，结合氢燃料电池工况，对排水频率进行合理标定。
本实施例的技术特点：
1)本实施例利用物体做旋转运动产生离心力现象，将质量较大的水滴从气体中分离出去，不需要其他过滤材料，免维护保养，节省了客户使用成本；
2)本实施例设有储液腔，可存储一定容积被分离出来的水，用户可根据储液腔容积大小，结合氢燃料电池工况，对排水频率进行合理标定；
3)本实施例在出气管延伸至滤罐内部部分，设置有回水通孔，在氢燃料电池停止工作后，淤积在氢气出气管路中的水发生回流，回流的水可通过回水通孔流入储液腔。
本实施例是一种用于氢燃料电池氢气尾气循环***的水分离器，作为气水分离元件，可将氢气尾气中多余的液态水进行分离并储存，并在外部控制单元的控制下，将储存的水排出，用以降低氢气循环泵的工作负荷，防止电堆被水阻塞，降低电堆故障率。
当将上述水分离器用于氢燃料电池氢气尾气循环***时，只要将水分离器的进气管与氢燃料电池的氢气出口连接，水分离器的出气管与氢燃料电池氢气尾气循环***的氢气循环泵进气口连接。并且将旁通管由旁通电磁阀控制其封闭和开启，将排水管由排水电磁阀控制其封闭和开启。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (7)
1.一种适于氢燃料电池氢气尾气循环***的水分离器，包括上盖(1)、滤罐(2)和下盖(4)；所述上盖下端与滤罐上端连接，滤罐的下端与下盖的上端连接；其特征在于：
所述滤罐(2)的中段设置挡板(11)；所述挡板四周与滤罐内壁连接，且挡板靠近滤罐内壁处设有一圈通孔；所述挡板将滤罐内腔隔开为上部的分离腔和下部的储液腔；
位于分离腔的滤罐侧壁上设有进气管(3)，且进气管与滤罐侧壁的圆周相切；
分离腔内设有一中心轴竖向设置的中心管，且中心管的上端位于上盖的下方，中心管的下端分别与伸入挡板内部的出气管(5)头端和旁通管(7)头端连接；
所述出气管(5)尾端和旁通管(7)尾端从滤罐的侧壁穿出；
所述下盖(4)的下端设有排水管(8)，且排水管与下盖内腔最低处相通；
所述上盖的上端设有长方形的安装板，所述安装板上设有4个用于安装的通孔，每个通孔内均镶嵌有金属嵌件(12)；
所述挡板的顶部为中心高四周低的斜坡状；
所述出气管位于滤罐内腔一段的底部设有用于排放回水至储液腔的通孔(10)。
2.根据权利要求1所述的水分离器，其特征在于：所述上盖(1)与滤罐(2)焊接，下盖(4)与滤罐(2)焊接，且上盖(1)、滤罐(2)、下盖(4)通过焊接构成一个整体。
3.根据权利要求1所述的水分离器，其特征在于：所述下盖(4)内腔的底面下凹，且底面最低处设有排水孔(9)，排水孔与排水管(8)相通。
4.根据权利要求1所述的水分离器，其特征在于：所述中心管的中心轴与滤罐的中心轴同轴。
5.根据权利要求1-4任一所述的水分离器，其特征在于：所述上盖、滤罐和下盖为金属材料制成。
6.根据权利要求1-4任一所述的水分离器，其特征在于：所述上盖、滤罐和下盖为非金属材料制成。
7.一种氢燃料电池氢气尾气循环***，包括如权利要求1所述的水分离器，其特征在于：所述水分离器的进气管与氢燃料电池的氢气出口连接，所述水分离器的出气管与氢燃料电池氢气尾气循环***的氢气循环泵进气口连接；所述旁通管由旁通电磁阀控制封闭和开启，所述排水管由排水电磁阀控制封闭和开启。
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