一种高效气液分离器及氢氧燃料电池的制作方法

本申请涉及燃料电池，尤其涉及一种高效气液分离器及氢氧燃料电池。

背景技术：

1、国内关于燃料电池的应用大部分是陆用的氢空燃料电池，空气侧生成的水随未反应的空气直接排放，空气无需循环。氢氧燃料电池主要应用在航天、地下、深海等密闭空间。

2、相比氢空燃料电池，氢氧燃料电池化学反应更加剧烈，氧气侧生成的液态水约是空气侧的4倍，液态水必须及时排出，否则极易造成氧气侧出现“水淹”现象，导致质子交换膜上化学反应不均匀，出现局部热点，甚至会烧毁质子交换膜，严重影响氢氧燃料电池系统的正常运行。另外，密闭空间条件下为了提高携带氧气的利用率，未反应的氧气需再循环至燃料电池氧气进口，这部分未反应的氧气中夹带的液滴含量越低，越有利于质子交换膜上化学反应均匀进行。因此气液分离器对液滴的分离效率越高越好。

3、离心式气液旋流器是一种常用的气液分离器，其分离效率影响因素很多，某种结构定型的气液分离器处理规定的介质时，进气口气速对液滴分离效率的影响，呈“驼峰”曲线：进气口气速过小，气液离心分离效果不强，液滴分离效率不高。进气口气速过大，虽然气液离心分离效果很强，但是液滴在强剪切的作用下，会分裂成小液滴，而且靠近壁面已分离的液滴被强烈旋转气流卷起，随溢流管逃逸，综合起来，液滴分离效率反而会降低。因此，气液离心分离存在一个最佳进气口气速。传统气液分离器设计时，需将最佳进气口气速选在额定工况的进气口气速附近。

4、但是，氢氧燃料电池实际运行功率低于设计的额定功率是其常见的运行工况，此时气液分离器进气口的气液流量变小，分离效率降低。换言之，按最佳工况点设计的传统气液分离器工作弹性较小，与燃料电池变功率运行范围匹配度不高，不利于氢氧燃料电池系统长期稳定运行。

5、为此，公布号为cn112316569a的发明专利申请提供了一种分离效率可调的燃料电池气液分离器，该气液分离器设置有多个分隔单元，用电机调节分隔单元内设置的档板，使分隔单元的气流通道截面面积发生变化，实现对气液分离器分离效率的调节。

6、但是上述技术方案还存在以下不足：

7、1.结构较复杂，且需要调节每个分隔单元的档板，影响其整体的可靠性；

8、2.气流通道有多处来回折返，而且气流通道形状极不规则，容易出现较强的湍流，使液滴分散成细小雾滴从排气口溢出，特别是当气流速度提高时，气液分离效率会迅速下降；

9、3.多级分隔单元自下而上形成串联结构、仅在底部排水，位于上方的分隔单元分离出的液体流经下方的分隔单元时会被湍流再次雾化，降低分离效率。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的以上不足，本发明提出一种既能克服传统的离心式气液旋流器分离效率特性曲线不佳的问题、又保持结构简单、易于控制的可变进气口截面高效气液分离器及氢氧燃料电池，调节板的设置用于调节进气气流的速度，当气液流量较小时，可以通过调节板减小进气口的进气截面面积，增加气液流速；气液流量加大时则增大进气截面面积以减小气液流速。通过调节板的调节，可以达到明显改善分离效率曲线的效果。

2、本申请提供的高效气液分离器包括构成离心式气液旋流器结构的本体和至少一个进气口，所述进气口内设置有至少一个调节板，所述调节板一端通过一铰接轴铰接至所述进气口的内壁，所述进气口侧壁上密封滑动穿设有调节柱，用于调节所述调节板与所述内壁的角度，进而改变所述进气口的进气截面。

3、通过增大或减小调节柱进入矩形进气口的深度，使调节板绕铰接轴旋转并改变进气口的进气截面面积。调节柱与调节板滑动连接，即调节柱在改变调节板与进气口内壁的角度时，同时在调节板表面滑动。可通过调节柱端部铰接的滑块和调节板上设置的滑轨实现。

4、优选地，所述本体包括筒体，所述进气口相切设置于所述筒体，所述铰接轴设置在所述调节板远离所述筒体的一端。

5、通过上述设置，可以是调节板远离铰接轴的一端始终与筒体的内壁平齐，可最大程度地减少进气气流在进气口内产生湍流。

6、优选地，所述铰接轴位于靠近所述筒体的中心的一侧。

7、同时将铰接轴设置在靠近筒体中心的一侧时，可使进气气流进入筒体时靠近筒体内壁，也可时气流平顺。湍流较少时，可减少气流中的液滴被雾化或进气口内壁、筒体内壁上的液滴被湍流带入气流的几率，从而保证气液分离的效果。

8、优选地，所述调节板包括相互滑动套接的内板和外板，所述铰接轴设置于所述内板上，所述外板远离所述铰接轴的一端设置有销轴；所述筒体上设置有与所述销轴匹配的弧形滑槽，所述销轴滑动设置于所述弧形滑槽内，使所述调节柱调节所述调节板与所述内壁的角度时所述销轴在所述弧形滑槽内滑动。

9、优选地，所述销轴与所述铰接轴平行，所述弧形滑槽呈部分圆弧状，所述弧形滑槽沿所述筒体的横截面轮廓设置，范围为小于四分之一圆弧。

10、优选地，所述外板滑动套设于所述内板上，所述调节柱的上端具有铰接的滑块，并滑动连接于所述外板上匹配设置的滑轨内。

11、优选地，所述进气口截面呈多边形或圆形或椭圆形、位于所述筒体的顶部，所述调节板与所述进气口匹配设置。

12、优选地，所述进气口截面呈矩形，所述调节板呈匹配设置的矩形、密封滑动穿设于所述进气口的一个侧壁上。调节板的另一种设置方式是密封滑动穿设于进气口侧壁上，构成闸板状机构。

13、优选地，所述调节板中部共面设置有转轴，所述转轴垂直于进气方向密封穿设于所述进气口的侧壁上；所述调节板形状与所述进气口截面匹配设置。调节板的又一种设置方式是设置密封穿设于进气口侧壁上的转轴，构成蝶阀或内燃机节气门状的机构，此时进气口的截面既可以是矩形，也可以是其他多边形，还可以是圆形或者椭圆形，调节板相应地匹配设置。

14、本申请提供的氢氧燃料电池包括气液分离器、用于将反应水从反应气体中分离；所述气液分离器为前述的任一种高效气液分离器；还包括控制器和第二调节机构，所述控制器控制所述第二调节机构调节所述调节板，以改变所述进气口的进气截面面积。调节板也可用微型伺服电机进行准确快速的调节。

15、本申请的技术效果在于：

16、1.通过可变进气截面的调节措施，使氢氧燃料电池的气液分离器能够在较宽的工作负荷下，保持气液分离器对液滴的高效分离，降低氧气中夹带的液滴含量，为氢氧燃料电池系统长期稳定运行提供有力支持；

17、2.采用离心式气液旋流结构使分离器结构紧凑，同时调节板的控制简单且快速准确、运动部件少、工作可靠；

18、3.通过将调节板的一端铰接至进气口靠近筒体中心的一侧，并将另一端通过销轴滑动设置于筒体上的弧形滑槽内，使调节板在调节进气气流时产生的湍流最小、并使进气气流靠近筒体内壁，进一步减小进气气流产生的湍流、减少进气口内壁和筒体内壁上已分离的液滴再次进入气流。

技术特征：

1.一种高效气液分离器，包括构成离心式气液旋流器结构的本体和至少一个进气口，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种高效气液分离器，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的一种高效气液分离器，其特征在于，

4.根据权利要求2或3所述的一种高效气液分离器，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的一种高效气液分离器，其特征在于，

6.根据权利要求4所述的一种高效气液分离器，其特征在于，

7.根据权利要求4所述的一种高效气液分离器，其特征在于，

8.根据权利要求1所述的一种高效气液分离器，其特征在于，

9.根据权利要求1所述的一种高效气液分离器，其特征在于，

10.一种氢氧燃料电池，其特征在于：

技术总结
本申请提供了一种高效气液分离器及氢氧燃料电池。高效气液分离器包括至少一个进气口和构成离心式气液旋流器结构的本体；进气口包括至少一个调节板，进气口内设置有至少一个调节板，调节板一端通过一铰接轴铰接至进气口的内壁，进气口侧壁上密封滑动穿设有调节柱，用于调节调节板与内壁的角度，进而改变进气口的进气截面。氢氧燃料电池包括上述高效气液分离器、控制器以及第二调节机构，气液分离器用于将氧气侧生成的水从气体中分离，控制器控制第二调节机构调节调节板，以改变进气口的进气截面面积。本申请可以在较宽的氢氧燃料电池功率范围内保持对液滴的高效分离。

技术研发人员：刘丰,邓笔财,杨振威,石汪权,杜忠选,李惊春,李启玉,肖瑞雪
受保护的技术使用者：上海齐耀动力技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/8