气水分离器和具有其的燃料电池系统的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池的技术领域，具体地，涉及一种气水分离器和具有其的燃料电池系统。


背景技术：

2.氢燃料电池系统的氢气循环路通常使用氢循环泵或引射器作为氢气循环的装置。氢循环泵虽然具有主动可控、运行稳定的优势，但是也存在加工制造难度大、成本高、密封可靠性低和会产生额外耗功等不足之处。相较之下，引射器由于其结构简单、可靠性高、成本低，且安装在系统中不会额外耗功，在氢燃料电池的氢气循环系统中受到较多研究人员的青睐，并且得到了日益广泛的应用。
3.而基于引射器+气水分离器组合的引射式回路，维持入堆稳定运行的一个重要条件就是维持电堆需求的温度与湿度。而要实现这个条件就需要高效的气液分离器。
4.相关技术中，氢燃料电池系统内的气水分离器虽然可以将大部分液态水分离出来，但是分离后的氢气和水蒸气混合物在进入引射器中，在引射器的低温射流氢气的作用下，会产生水蒸气的二次冷凝，再次形成液态水滴。因此导致气水分离器的分离效率较低，分离效果较差。


技术实现要素：

5.本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
6.为此，本实用新型的实施例提出一种可以分离效果较好的气水分离器。
7.本实用新型的实施例还提出一种燃料电池系统。
8.根据本实用新型的实施例的气水分离器包括：壳体和散热翅片，所述壳体内设有分离腔和与所述分离腔连通的进气口、排气口和排液口，所述壳体的周壁具有翅片区和无翅片区，所述翅片区设于所述无翅片区的下端，所述进气口和所述排液口位于所述翅片区，所述排气口位于所述无翅片区，所述散热翅片设于所述翅片区上。
9.根据本实用新型的实施例的气水分离器，通过在壳体的下半部分的翅片区设置散热翅片，在壳体的上半部分的无翅片区不设置散热翅片，从而可以使得分离腔内的水蒸气主要在翅片区进行冷凝，在无翅片区减少水蒸气的冷凝，从而保证从气水分离器的排气口排出的气体不含冷凝后的液态水，使得本实用新型的实施例的气水分离器的分离效果较好，分离效率较高，且减少了从气水分离器的排气口排出的气体进入引射器中发生二次凝结的概率，提高了气水分离器的分离效果。
10.在一些实施例中，所述散热翅片位于所述壳体的外周壁。
11.在一些实施例中，所述壳体的翅片区沿所述壳体的轴向逐渐朝上缩口设置。
12.在一些实施例中，所述翅片区沿所述壳体的轴向上的尺寸大于所述无翅片区沿所述壳体的轴向上的尺寸。
13.在一些实施例中，还包括多个分离挡板，多个所述分离挡板交错布置在所述分离
腔内，以使所述分离腔内形成蜿蜒的分离回路。
14.在一些实施例中，所述分离挡板的固定端与壳体相连，所述分离挡板的自由端朝下倾斜设置。
15.在一些实施例中，所述排液口设于所述壳体的底面，所述气水分离器还包括隔液挡板，所述隔液挡板设于所述壳体内，所述隔液挡板上设有锥形的导流口，所述导流口与所述排液口相对。
16.根据本实用新型另一实施例的燃料电池系统包括：气水分离器，所述气水分离器为本实用新型实施例所述的气水分离器。
17.根据本实用新型实施例的燃料电池系统，可以保证气水分离器的排气口排出的气体不含冷凝后的液态水，使得本实用新型的实施例的燃料电池系统的气水分离器的分离效果较好，分离效率较高，且减少了从气水分离器的排气口排出的气体进入引射器中发生二次凝结的概率，提高了气水分离器的分离效果。且减少从气水分离器的排气口排出的气体进入引射器中发生二次凝结的概率，降低了冷凝水进入至燃料电池堆的风险，提高了系统的安全性。
18.在一些实施例中，所述燃料电池系统还包括氢气瓶、引射器和燃料电池堆，所述燃料电池堆具有电池堆入口和电池堆出口，所述氢气瓶与引射器连通，所述引射器与所述电池堆入口连通，所述电池堆出口与所述进气口连通，所述排气口与所述引射器连通。
19.在一些实施例中，所述燃料电池系统还包括截止阀、减压阀和喷氢阀，所述截止阀、所述减压阀和所述喷氢阀设于所述氢气瓶和所述引射器之间的连接管路上。
附图说明
20.图1是本实用新型的实施例的燃料电池系统的示意图。
21.图2是本实用新型的实施例的气水分离器的示意图。
22.图3是本实用新型的另一实施例的气水分离器的示意图。
23.图4是本实用新型的实施例的气水分离器的局部结构示意图。
24.附图标记：
25.10、气水分离器；11、壳体；111、分离腔；112、进气口；113、排气口；114、排液口；115、翅片区；116、无翅片区；12、散热翅片；13、分离挡板；14、隔液挡板；141、导流口；15、缓冲空间；
26.20、氢气瓶；
27.30、引射器；
28.40、燃料电池堆；41、电池堆入口；42、电池堆出口；
29.50、截止阀；60、减压阀；70、喷氢阀。
具体实施方式
30.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
31.下面参考附图1-4描述根据本实用新型实施例的气水分离器和具有其的燃料电池
系统。
32.如图1至图4所示，根据本实用新型实施例的气水分离器10，包括壳体11和散热翅片12，壳体11内设有分离腔111和与分离腔111连通的进气口112、排气口113和排液口114，壳体11的周壁具有翅片区115和无翅片区116，翅片区115设于无翅片区116的下端，进气口112和排液口114位于翅片区115，排气口113位于无翅片区116，散热翅片12设于翅片区115上。
33.根据本实用新型的实施例的气水分离器10，通过在壳体11的下半部分的翅片区115设置散热翅片12，在壳体11的上半部分的无翅片区116不设置散热翅片12，从而可以使得分离腔111内的水蒸气主要在翅片区115进行冷凝，在无翅片区116减少水蒸气的冷凝，从而保证从气水分离器10的排气口113排出的气体不含冷凝后的液态水，使得本实用新型的实施例的气水分离器10的分离效果较好，分离效率较高，且减少了从气水分离器10的排气口113排出的气体进入引射器30中发生二次凝结的概率，提高了气水分离器10的分离效果。
34.可以理解的是，如图2和图3所示，气水分离器10具有良好的散热特性，水蒸气在气水分离器10中发生冷凝，凝结的液滴被气水分离器10分离下来。从排气口113处排出的气体含有的水蒸气的绝对质量减小，同时具有较低的温度，当与低温射流气体混合时，由于温差较小，使得凝结不容易发生，从而减小引射器30中发生二次凝结的可能性。
35.由于散热翅片12布置在气水分离器10的下半部分，可以保证气水分离器10在下半部分具有较高的冷凝能力，尽可能提高水蒸气的冷凝，而在气水分离器10的上半部分，则不布置散热翅片12，使得在上半部分的水蒸气不会发生冷凝，从而保证从排气口113排出的气体不含有冷凝后的液态水。
36.可选地，散热翅片12位于壳体11的外周壁，可以理解的是，散热翅片12位于壳体11的外侧，从而不会影响分离腔111内的水蒸气的流动，进而可以降低水蒸气的流动阻力，提高气水分离的效果。
37.具体地，如图2和图3所示，散热翅片12沿壳体11的轴向环绕在翅片区115上，从而可以使得进入至壳体11内的水蒸气冷凝的更加充分且均匀，进一步地提高气水分离器10的分离效果。
38.可选地，如图2所示，壳体11的横截面积为矩形，且壳体11的外周轮廓在上下方向上恒定，从而便于壳体11的加工制造，使得气水分离器10的生产成本较低。
39.可选地，如图3所示，壳体11的翅片区115沿壳体11的轴向逐渐朝上缩口设置，从而可以便于分离腔111的壁面上的冷凝水快速导流至壳体11的下端。另外，由于壳体11的下端的横截面积较大，从而可以使得水蒸气的冷凝效果更好，提高了壳体11结构设计的合理性。
40.可以理解的是，散热翅片12的高度在壳体11的底部较大，而在壳体11的上部较小。这种散热翅片12布置方式使得壳体11的底部的冷凝效果增强，在壳体11的上半部分的冷凝效果较弱。使得大部分水蒸气在下半部分冷凝，而在上半部分不发生冷凝，从而保证从排气口113排出的气体中不含有冷凝液态水。
41.在一些实施例中，如图2和图3所示，翅片区115沿壳体11的轴向上的尺寸大于无翅片区116沿壳体11的轴向上的尺寸。可以理解的是，翅片区115的高度大于无翅片区116的高度，从而可以使得气水分离器10的分离效果较好，且结构设计合理，实用性强。
42.在一些实施例中，如图1所示，气水分离器10还包括多个分离挡板13，多个分离挡
板13交错布置在分离腔111内，以使分离腔111内形成蜿蜒的分离回路。可以理解的是，多个分离挡板13沿壳体11的轴向上间隔且交错布置，从而水蒸气可以由下至上依次接触各个分离挡板13，从而使循环气在气水分离器10中有较长的停留时间，使得循环气在气水分离器10中的温度降低更加明显，水蒸气能更大程度的析出液滴。
43.可选地，如图1所示，分离挡板13的固定端与壳体11相连，分离挡板13的自由端朝下倾斜设置。可以理解的是，分离挡板13的固定端为分离挡板13背离壳体11的一端。本实用新型的实施例的气水分离器10通过将分离挡板13倾斜设置，一方面可以增加气液两相流体在气水分离器10内流动路径，进而延长气液两相流体在气水分离器10内的流动时间，另一方面可以减少液相停留在分离挡板13的概率，进而不会在分离挡板13上形成液膜，从而一定程度上提高了气水分离器10的分离效率。
44.在一些实施例中，如图1所示，排液口114设于壳体11的底面，气水分离器10还包括隔液挡板14，隔液挡板14设于壳体11内，隔液挡板14上设有锥形的导流口141，导流口141与排液口114相对，当壳体11内的冷凝水滴落至隔液挡板14上时，可以通过锥形的导流口141导入至排液口114内，从而使得气水分离器10的排水效果较好。
45.其中，如图4所示，隔液挡板14与壳体11的底部间隔布置(隔液挡板14设于壳体11底部的上方)以形成一定的缓冲空间15，由于导流口141与排液口114相对，从而一部分的气液两相流体可以通过导流口141直接通入至排液口114，以排出至壳体11外；另一部分气液两相流体可以通过在缓冲空间内形成扰流，从而可以增加气液两相流体在气水分离器10内的流动路径，进而延长气液两相流体在气水分离器10内的流动时间，并且可以使得从气液两相流体从排液口114排出时的压降降低较小，提高了气水分离器10的分离效果。
46.如图1所示，根据本实用新型另一实施例的燃料电池系统，包括本实用新型的气水分离器10。
47.根据本实用新型实施例的燃料电池系统，可以保证气水分离器10的排气口113排出的气体不含冷凝后的液态水，使得本实用新型的实施例的燃料电池系统的气水分离器10的分离效果较好，分离效率较高，且减少了从气水分离器10的排气口113排出的气体进入引射器30中发生二次凝结的概率，提高了气水分离器10的分离效果。且减少从气水分离器10的排气口113排出的气体进入引射器30中发生二次凝结的概率，降低了冷凝水进入至燃料电池堆40的风险，有效避免燃料电池堆40的阳极水淹的问题，提高了系统的安全性。
48.具体地，如图1所示，燃料电池系统还包括氢气瓶20、引射器30和燃料电池堆40，燃料电池堆40具有电池堆入口41和电池堆出口42，氢气瓶20与引射器30连通，引射器30与电池堆入口41连通，电池堆出口42与进气口112连通，排气口113与引射器30连通。
49.可以理解的是，氢气在燃料电池堆40中与阴极侧的氧气发生电化学反应产生电能，没有被消耗的氢气携带有产生的液态水和水蒸气从燃料电池堆40中排出，产生需要被循环的循环气。循环气是含有液态水滴、氢气等的气液两相流体，循环氢气进入引射器30之前需要使用气水分离器10将液态水分离出，从燃料电池堆40排出的含有液滴的循环气进入气水分离器10之后分离出液滴，剩余的氢气等气体进入循环装置中，与干氢气混合后再次被泵送进入燃料电池堆40中。
50.进一步地，燃料电池系统还包括截止阀50、减压阀60和喷氢阀70，截止阀50、减压阀60和喷氢阀70设于氢气瓶20和引射器30之间的连接管路上，本实用新型实施例的燃料电
池系统通过设置截止阀50、减压阀60和喷氢阀70对氢气瓶20进入至引射器30的氢气进行调节，使得燃料电池系统的使用效果更好。例如，电池堆出口42的循环气量约为360-1950slpm，在这个过程中含水量会产生显著差异，经过本实用新型实施例的燃料电池系统的气水分离器10分离之后，可以使得氢气和水的分离效果达到99％以上。
51.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。
52.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至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
53.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，也可以是电连接或彼此可通讯；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，除非另有明确的限定。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。
54.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
55.在本实用新型中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
56.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。