一种简易的水气分离降温装置及其应用的燃料电池系统的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池氢能汽车技术领域，特别涉及一种简易的水气分离降温装置及其应用的燃料电池系统。


背景技术：

2.燃料电池是一种电化学电池，它通过氧化还原反应将燃料(通常是氢气)和氧化剂(通常是氧气)的化学能转换为电能。与大多数电池所不同的是，燃料电池需要连续的燃料和氧气源(通常来自空气)来维持化学反应，而在电池中，化学能通常来自已经存在于电池中的金属及其离子或氧化物(液流电池除外)，燃料电池就能连续发电。在燃料电池测试台或其他测试设备中，其排空管道中的气体通常为饱和蒸汽的高温高压气体，这样的高温高湿气体排出到室外，容易对周边的环境造成破坏，同时也会存在高温气体对人造成伤害的问题，因此设备排出的高温气体需要进行降温及水气分离，为了解决这一问题，一般会在氢气循环系统中增加一个分水器进行水气分离，而由于管道使用的流量相对较大，目前市场上的一些分水器可以通过的气体流量都比较小，因此市场上现有的分水器不适用于目前的燃料电池系统。
3.申请号为cn201911180463.x的中国专利，公开了一种用于燃料电池车排气系统的防结冰系统，包括外壳体、上隔板、下隔板、上板、下板、蓄水腔、空气流量计、液位传感器及电控阀门；该系统连通燃料电池系统与排气管路，排水装置的进气口与燃料电池系统的排气口相连接，排水装置的出气口连通于排气管路，当水汽分离后，气体通过排水装置排气口流向排气管路，水份直接通过排水装置底部的排水口排放至车辆外部，有效解决燃料电池汽车在低温环境下运行时，排出的水汽在排气管中凝结并结冰，堵住排气管路，出现迫使燃料电池系统停堆的问题。该专利中设置的上隔板和下隔板能够起到分离水气的作用，但是其靠近进气口设置的隔板为上隔板，首个隔板设置在上方，不能起到很好的挡水作用，从而使水气进入到后方腔体中不便于分离，另外其外壳底部为斜面，不便于加工且占用空间。
4.申请号为cn202210330625.9的中国专利，公开了一种燃料电池用气水分离器、供氢系统及调控氮气浓度的方法，气水分离器包括壳体、分离膜、两个压力传感模块和控制器，分离膜将壳体的分离腔分为上下两个腔室，上腔室设有循环气出口，下腔室设有循环气入口和排氮出口，排氮出口处设有排氮装置；分离膜允许循环气中的氢气和水蒸气通过，阻挡氮气；下腔室内设置有分水挡板；上腔室和下腔室的腔壁上均设置有测压口，下腔室的测压口位于分水挡板和分离膜之间。其燃料电池供氢系统包括依次连接的高压氢气瓶、截止阀、减压阀、喷氢阀、氢循环装置和燃料电池堆，还包括上述的气水分离器，其中，所述气水分离器的循环气入口与燃料电池堆阳极出口连接，气水分离器的循环气出口与氢循环装置连接。该燃料电池供氢系统中采用的水气分离器为方壳式结构，对水气的降温效果一般，并且其制作工艺复杂，导致生产成本较高，由于其采用方壳结构，体积大，在使用时需要预留较大的安装空间，从而增加了装配难度，应用不够灵活。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是为了解决现有水气分离装置不便于加工、加工成本高、其内部结构的设置使水气分离效果不是很理想以及应用在燃料电池系统中时，由于其体积大、占用空间、应用不够灵活的技术问题，提供一种简易的水气分离降温装置及其应用的燃料电池系统，该装置通过简单的隔离结构，使高温高湿的气体按照固定的流动方向，利用水气的密度差进行重力的分离，将高温气体进行降温，冷凝的水从排水口排出，从而保证排出气体的温度降低和水分离的效果。
6.本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：一种简易的水气分离降温装置，包括不锈钢圆筒，所述不锈钢圆筒的一端设置有气体入口，不锈钢圆筒的另一端设置有气体出口和排水口，所述气体出口高于气体入口设置，所述排水口靠近不锈钢圆筒底部设置，所述不锈钢圆筒内部设置有上下交错排布的分水板，且靠近气体入口处的分水板设置在下方，所述分水板为大半圆形结构，分水板大半圆的圆周与不锈钢圆筒的内壁连接，位于下方的分水板底部开设有弧形流水孔，所述弧形流水孔位于分水板与不锈钢圆筒内壁连接处。
7.进一步地，所述分水板为3/5或3/4半圆结构。
8.进一步地，所述气体入口和气体出口处均设置有用于与气体管道连接的卡盘接头，所述排水口处设置有用于与排水管道连接的排水接头。
9.进一步地，所述分水板为不锈钢分水板。
10.进一步地，所述不锈钢圆筒由圆柱形筒体及焊接在其两端的堵头组成。
11.进一步地，所述分水板的大半圆的圆周与不锈钢圆筒的内壁焊接连接。
12.一种燃料电池系统，包括燃料电池，燃料电池连接有进气管道和出气管道，进气管道上依次设置有电磁阀、过滤器、流量计、加湿器和进气温度传感器，出气管道上依次设置有出气温度传感器和排气阀，所述出气管道上还设置有上述所述的一种简易的水气分离降温装置，水气分离降温装置位于出气温度传感器和排气阀之间的出气管道上，水气分离降温装置的排水口连接有排水管路，所述排水管路上设置有排水阀。
13.与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：
14.(1)本实用新型水气分离降温装置罐体为不锈钢圆筒结构，其整体呈圆柱状设计，可以有效减少自身的体积，更加节省空间，采用不锈钢制作圆筒，加工制作简单，而且成本低廉，管体直径通常比气体管道直径大3倍左右，体积较大，能够保证气体在罐体内部有足够的时间流通，使水气分离效果更好，且分离筒体及分水板均采用不锈钢加工制作，使其能够起到更好的降温作用，从而降低对人员的伤害及对周围环境的破坏。
15.(2)本实用新型水气分离降温装置罐体内设置有若干个分水板，分水板的数量和尺寸根据不同的工况需求进行设计，在不增加管道压力的前提下，尽量多的增加分水板的数量，该装置通过简单的隔离结构，使高温高湿的气体按照固定的流动方向，利用水气的密度差进行重力的分离，将高温气体进行降温，冷凝的水从排水口排出，从而保证排出气体的温度降低和水分离的效果。
16.(3)本实用新型水气分离降温装置分水板设计为大半圆结构，其加工制作较为简单，并且能够很好的起到冷却高温气体及分离水气的作用，靠近进气口处的分水板设置在罐体下方遮挡住气体入口，能够防止水直接从第一块分水板喷至后方罐体中，从而起到更
好的挡水作用。
17.(4)本实用新型水气分离降温装置气体出口高于气体入口，使分离的冷凝水不能随气体带出罐体，分水板的下部设计有弧形流水孔，从而保证冷凝水在罐体内部流到最低点的排水口处，使冷凝水通过排水接头顺畅流出。
18.(5)本实用新型燃料电池系统中采用的水气分离降温装置结构简单，其圆柱形结构占用空间小，有利于现场安装使用，能够降低系统安装难度，应用更加灵活方便，该水气分离降温装置在整个排气系统中具备非常重要的位置，对于系统的稳定运行，保护燃料电池寿命都起到非常重要的作用。
附图说明
19.图1为本实用新型水气分离降温装置的结构图。
20.图2为本实用新型燃料电池系统的结构图。
21.图中：1.不锈钢圆筒，2.堵头，3.分水板，4.卡盘接头，5.排水接头，6.气体入口，7.气体出口，8.排水口，9.流水孔，10.电磁阀，11.过滤器，12.流量计，13.加湿器，14.进气温度传感器，15.燃料电池，16.出气温度传感器，17.水气分离降温装置，18.排气阀，19.排水阀。
具体实施方式
22.下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明，但本实用新型并不局限于具体实施例。
23.实施例1
24.如图1所示的一种简易的水气分离降温装置，包括不锈钢圆筒1，不锈钢圆筒1由圆柱形筒体及焊接在其两端的堵头2组成，从而形成一个封闭的罐体，罐体能够起到气体缓冲和降温冷却的作用，罐体的直径通常比气体管道的直径大3倍左右，能够保证气体在罐体内部有足够的时间流通，更好的起到降温和水气分离的作用，罐体通常设计在通风和温度较低的位置，从而保证罐体外部较低的温度环境。
25.不锈钢圆筒1一端的堵头2中部设置有气体入口6，不锈钢圆筒1另一端的堵头2上设置有气体出口7和排水口8，气体出口7高于气体入口6设置，气体出口7高于气体入口6设置，使得分离的冷凝水不能随气体带出罐体，气体入口6和气体出口7处均设置有用于与气体管道连接的卡盘接头4，卡盘接头4使用硅胶垫片和卡箍的结构，能够方便安装和拆卸，排水口8靠近不锈钢圆筒1底部设置，排水口8处设置有用于与排水管道连接的排水接头5，设置卡盘接头4和排水接头5，便于连接气体管道和排水管道。
26.不锈钢圆筒1内部设置有上下交错排布的分水板3，分水板3采用不锈钢加工制作，且靠近气体入口6处的分水板3设置在下方，靠近进气口处的分水板3设置在筒体下方遮挡住进气口，能够起到更好的挡水作用，增加水气分离效果；分水板3为大半圆形结构，具体地，分水板3为3/5或3/4半圆结构，分水板3大半圆的圆周与不锈钢圆筒1的内壁焊接连接，位于下方的分水板3底部开设有弧形流水孔9，弧形流水孔9位于分水板3与不锈钢圆筒1内壁连接处，分水板3下部设计有弧形流水孔9，能够保证冷凝水在罐体内部流到最低点的排水口处，使冷凝水通过排水接头5顺畅流出，分水板3的数量和尺寸根据不同的工况需求进
行设计，在不增加管道压力的前提下，尽量多的增加分水板3的数量。
27.本实用新型水气分离降温装置在使用时，高温高压气体从不锈钢圆筒1的气体进口6进入水气分离降温装置后沿上下交错的分水板3形成的气道流动，在气体流动过程中，高温气体经分水板3降温冷却，利用水气的密度差进行重力的分离，冷凝水经下方分水板3上的流水孔9流入到出水口处，最后经排水接头5排入至排水管道中。
28.本实用新型水气分离降温装置整体结构呈圆柱状设计，可以有效减少自身的体积，更加节省空间，采用不锈钢制作装置圆筒壳体及大半圆结构的分水板，加工制作简单，而且成本低廉，能够起到更好的将高温气体降温冷却的作用，从而降低对人员的伤害及对周围环境的破坏；筒体内设置的若干分水板上下交错设置，能够使气体在封闭的罐体中形成气体流道，起到水气分离作用，该装置通过简单的隔离结构，使高温高湿的气体按照固定的流动方向，并将高温气体进行降温，冷凝的水从排水口排出，从而保证排出气体的温度降低和水分离的效果。
29.实施例2
30.如图2所示，本实施例提供一种燃料电池系统，包括燃料电池15，燃料电池15连接有进气管道和出气管道，进气管道上依次设置有电磁阀10、过滤器11、流量计12、加湿器13和进气温度传感器14，出气管道上依次设置有出气温度传感器16和排气阀18，出气管道上还设置有水气分离降温装置17，该水气分离降温装置17为实施例1所述的一种简易的水气分离降温装置17，水气分离降温装置17位于出气温度传感器16和排气阀18之间的出气管道上，且通过气体入口6和气体出口7与出气管道相连通，水气分离降温装置17的排水口8连接有排水管路，排水管路上设置有排水阀19，排水阀19采用自动排水阀，当装置中的水量达到一定量时，自动排水阀自动进行排水，同时保证管道的气体不能排出，配合自动排水阀的使用，使水气分离装置达到自动使用的目的。
31.本实用新型燃料电池系统中采用的水气分离降温装置结构简单，其圆柱形结构占用空间小，有利于现场安装使用，能够降低系统安装难度，应用更加灵活方便，该水气分离降温装置在整个排气系统中具备非常重要的位置，对于系统的稳定运行，保护燃料电池寿命都起到非常重要的作用。
32.以上内容是结合优选技术方案对本实用新型所做的进一步详细说明，不能认定实用新型的具体实施仅限于这些说明。对本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的构思的前提下，还可以做出简单的推演及替换，都应当视为本实用新型的保护范围。