一种新型燃料电池系统用氢水分离装置的制作方法

本实用新型涉及燃料电池领域，尤其涉及一种新型燃料电池系统用氢水分离装置。

背景技术：

燃料电池是一种不经过燃烧，直接以电化学反应连续地把燃料和氧化剂中的化学能转换成电能的电化学发电装置。而质子交换膜燃料电池(pemfc)作为一种使用氢气和氧气作为反应物、反应副产物只有水的发电装置，能量转换效率高、无污染，且具有启动快、寿命长、比功率和比能量高等优点，因而其发展和应用前景尤其被看好。

pemfc中的水是以气态和液态存在的，这取决于存在点的温度和压力，当水蒸气分压力超过饱和蒸汽压时将转变为液态。水的来源包括：阴极电化学反应生成的水和反应气体带入的水。反应生成的水一部分以蒸汽或冷凝水的形式由过剩的反应气从阴极气室排走，一部分通过膜传递到阳极或被膜吸收。阴极排出的尾气中包含氧化剂、水蒸气、液态水，液态水量占整个电池液态水排放量的85％左右，阳极排出的尾气中包含氢气、水蒸气、液态水，液态水量占整个电池液态水排放量的15％左右。

当燃料电池应用于汽车、电源等场合时，如果电池系统采用自增湿方式，不需要回收全部液态水，只需要冷凝回收阴极排出的尾气，收集一部分加湿所需要的水即可，阳极排出的液态水随着氢气排放到大气环境中。

随着燃料电池在汽车上运用广泛，燃料电池系统用的零部件性能和集成度也随着提高。传统的氢水分离器在设计时是采用过滤材料或者增加气体流道进行氢水分离，分离效果不理想且不能控制气体从固定方向进出。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种能够彻底分离出燃料电池排出氢气中带有的水蒸气的单向氢水分离装置，同时能够控制气体单向进出。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：

在本实用新型中，提供了一种新型燃料电池系统用氢水分离装置，该装置包括一中空的腔体，腔体的左右两端分别设置有混合气体入口、气体出口，在中空的腔体内部、混合气体入口和气体出口之间连接一类似弹簧形状的螺旋管道，在螺旋管道的后半段、处于竖直方向的底部位置开设若干个开孔；混合气体从混合气体入口进入，通过螺旋管道，分离的水和冷凝的水蒸气从开孔排出进入腔体内，分离后的气体从气体出口排出。

进一步的，所述螺旋管道与气体出口之间还设置一单向阀，单向阀用于控制气体单向进出，防止气体倒流。

进一步的，所述腔体处于竖直方向上的底部设置一自动放水阀，自动放水阀用于排放分离汇集到腔体底部的液体。

本实用新型氢水分离装置的设计理念是高温高压气体在螺旋管道中降温和水气分离。由于气体和液体的密度不同，气体和液体混合在一起旋转流动时，液体受到离心力大于气体，液体有离心分离的倾向，液体附着在螺旋管道壁面上再在重力作用下向下汇集到一起，通过螺旋管道上的开孔排入腔体内；同时螺旋管道增加了气体流道长度，使通过的气体降温，有利于水蒸汽的分离凝结；另外，通过单向阀控制气体的流向，防止气体出口压力过高导致气体倒流。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有的有益效果如下：本实用新型氢水分离装置的氢水分离效率高，将氢水分离器与单向阀功能集成到一起，减小外部接头数量，降低氢气泄露风险。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本实用新型实施例中氢水分离装置结构示意图。

附图标记：

1-腔体；11-混合气体入口；12-气体出口；13-螺旋管道；131-开孔；14-单向阀；15-自动放水阀。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地描述。

请参考图1，本实用新型实施例提供了一种新型燃料电池系统用氢水分离装置，该装置包括一中空的腔体1，腔体1的左右两端分别设置有混合气体入口11、气体出口12，在中空的腔体1内部、混合气体入口11和气体出口12之间连接一类似弹簧形状的螺旋管道13，在螺旋管道13的后半段、处于竖直方向的底部位置开设若干个开孔131；所述螺旋管道13与气体出口12之间还设置一单向阀14，单向阀14用于控制气体单向进出，防止气体倒流。

高温高压的氢气和水的混合气体，从混合气体入口11进入，通过螺旋管道13；由于气体和液体的密度不同，气体和液体混合在一起旋转流动时，液体受到离心力大于气体，液体有离心分离的倾向，液体附着在螺旋管道13壁面上，在重力作用向下汇集到一起，通过开孔131排入腔体1内；同时螺旋管道13增加了混合气体流道长度，使通过的混合气体降温，有利于水蒸汽的分离凝结，分离的水和冷凝的水蒸气从开孔131排出进入腔体1内，冷凝分离后的低温气体从气体出口12排出。

在所述腔体1处于竖直方向上的底部设置一自动放水阀15，当汇集于此处的水达到一定量时，自动放水阀15打开，排出腔体1底部的液体。

本实用新型实施例中的氢水分离装置，通过螺旋管道结构对高温气体进行降温；在螺旋管道后半段底部开孔，将分离出来的水流入储液腔体；在螺旋管道尾端增加单向阀，防止气体倒流；腔体底部运用自动放水阀排放分离出来的液体；将氢水分离器与单向阀功能集成到一起，减小外部接头数量，降低氢气泄露风险。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制

本技术：
请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种新型燃料电池系统用氢水分离装置，其特征在于，该装置包括一中空的腔体，腔体的左右两端分别设置有混合气体入口、气体出口，在中空的腔体内部、混合气体入口和气体出口之间连接一类似弹簧形状的螺旋管道，在螺旋管道的后半段、处于竖直方向的底部位置开设若干个开孔；混合气体从混合气体入口进入，通过螺旋管道，分离的水和冷凝的水蒸气从开孔排出进入腔体内，分离后的气体从气体出口排出。

2.根据权利要求1所述的一种新型燃料电池系统用氢水分离装置，其特征在于，所述螺旋管道与气体出口之间还设置一单向阀，单向阀用于控制气体单向进出，防止气体倒流。

3.根据权利要求1所述的一种新型燃料电池系统用氢水分离装置，其特征在于，所述腔体处于竖直方向上的底部设置一自动放水阀，自动放水阀用于排放分离汇集到腔体底部的液体。

技术总结
本实用新型涉及一种新型燃料电池系统用氢水分离装置，属于燃料电池领域。该装置包括一中空的腔体，腔体的左右两端分别设置有混合气体入口、气体出口，在中空的腔体内部、混合气体入口和气体出口之间连接一类似弹簧形状的螺旋管道，在螺旋管道的后半段、处于竖直方向的底部位置开设若干个开孔；混合气体从混合气体入口进入，通过螺旋管道，分离的水和冷凝的水蒸气从开孔排出进入腔体内，分离后的气体从气体出口排出。本实用新型的用于燃料电池系统的氢水分离装置能够将燃料电池排出氢气中带有的水蒸气彻底分离，效率高。

技术研发人员：郝义国;孟康
受保护的技术使用者：武汉格罗夫氢能汽车有限公司
技术研发日：2019.07.15
技术公布日：2020.07.07