一种横置立式分水器及其燃料电池系统的制作方法

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1.本实用新型涉及一种横置立式分水器及其燃料电池系统。


背景技术：

2.燃料电池是通过氢气和氧气的催化氧化反应，将化学能转换为电能的一种发电装置，是一种高效率、高能量密度、低噪音、对环境无污染的新型能源。燃料电池广泛应用于新能源汽车、轮船、无人机及应急供电等领域。
3.燃料电池运行过程中产生的副产品只有无任何污染的水和热量。送入电堆模块的氢气不会被100％的反应，有一部分未参加反应的氢气和产生的水一起从电堆模块出口排出。为了更好的提高氢气的利用率，所以需要一套可靠的氢气循环系统将电堆模块出口排出未参加反应的氢气重新送入电堆模块中进行反应。另外，送入电堆模块中的氢气湿度也是一个重要技术指标。在燃料电池工作过程中，质子交换膜必须保持一定的湿度才能保证质子的高传导性和良好的运行特性。进入电堆模块的氢气湿度过低或者过高都会影响电堆模块的性能，甚至损坏电堆模块。
4.因此，为了解决氢气湿度的问题，一般会在氢气循环系统中增加一个水气分离装置，将从电堆模块出口排出未参加反应的氢气和一部分的水分离，既保证重新送入电堆模块氢气有一定的湿度，也需排出多余的水分。如图1所示，现有的汽水分离器均为纵置立式汽水分离器，分离器气体入口只有一个，且基本位于分离器主体的上半部分，而为了便于电堆内部氢气路液态水流出，一般分离器气体入口必须低于电堆氢气出口最低位，这样就导致汽水分离器必须在电堆下方纵向布置才能满足其要求。对于燃料电池系统布置来说，只能纵向布置的汽水分离器，一部分燃料电池系统电堆模块和辅助系统水平布置的方案也因为这个电堆模块氢气出口排水要求的硬性条件而没办法得以实现。或者牺牲燃料电池系统纵向高度来勉强实现，无疑对燃料电池系统设计增加了限制条件。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种横置立式分水器及其燃料电池系统，能解决现有技术中的分离器气体入口只有一个且基本位于分离器主体的上半部分，导致汽水分离器必须在燃料电池电堆模块下方纵向布置,导致燃料电池系统高度偏高、体积较大，结构不够紧凑的的技术问题。
6.本实用新型的目的是通过下述技术方案予以实现的：
7.一种横置立式分水器，包括分离外管、位于分离外管里面的水汽分离装置、进气管、出气管和集水排水组件，集水排水组件安装在分离外管的底部，分离外管分别与进气管和出气管连通，其特征在于：进气管包括第一进气支管和第二进气支管，第一进气支管和第二进气支管从分离外管伸出且在竖直方向相隔一段距离。
8.上述所述的第二进气支管位于分离外管的底部，第一进气支管位于分离外管的顶部。
9.上述所述的第一进气支管和第二进气支管位于分离外管的同一侧。
10.上述所述的第一进气支管的外径r1大于第二进气支管的外径r2。
11.上述所述的水汽分离装置包括螺旋叶片和导气管，螺旋叶片绕着导气管外围，螺旋叶片和导气管插入到分离外管里面，导气管的顶部与出气管连通。
12.上述所述的集水排水组件包括端盖和排水阀，端盖套装在分离外管的底部，排水阀安装在端盖的外端面上，端盖上设有排水口，排水阀与排水口连通，排水阀的出水口横向伸出。
13.上述所述的端盖的内端面设有凹槽，凹槽与排水口连通，凹槽的底面往排水口处倾斜设置。
14.上述所述的分离外管包括主管道和从主管道底部延伸出一个扩压段，扩压段管径大于主管道的管径，第二进气支管设置在扩压段的一侧，端盖嵌套在扩压段上并利用第一管箍箍筋，第一进气支管设置在主管道的顶部。
15.上述所述的出气管与导气管之间通过出气腔体连接，出气腔体的管径大于导气管的管径，出气管从出气腔体的侧面伸出，出气腔体安装在主管道的顶部并通过第二管箍箍筋。
16.上述所述的出气腔体的底部成漏斗状，并嵌入到主管道的顶部。
17.上述所述的出气管与第一进气支管的伸出方向相反。
18.一种燃料电池系统，包括电堆模块、燃料电池系统控制器、空气供应系统和供氢系统，供氢系统的输出端连接到电堆模块的氢气入口为电堆模块提供氢气，空气供应系统的输出端连接到电堆模块的空气入口为电堆模块提供空气，电堆模块输出反应后的混合气体输送到收集总管，收集总管连接有横置立式分水器进行水汽分离，其特征在于：所述的横置立式分水器是采用上述所述的横置立式分水器，电堆模块、收集总管和横置立式分水器横向并排布置，收集总管分别与第一进气支管和第二进气支管连通。
19.本实用新型与现有技术相比，具有如下效果：
20.1)一种横置立式分水器，包括分离外管、位于分离外管里面的水汽分离装置、进气管、出气管和集水排水组件，集水排水组件安装在分离外管的底部，分离外管分别与进气管和出气管连通，其特征在于：进气管包括第一进气支管和第二进气支管，第一进气支管和第二进气支管从分离外管伸出且在竖直方向相隔一段距离，通过第一进气支管和第二进气支管结构布置，可以实现横置立式分水器与燃料电池电堆模块横向布置，从而降低燃料电池系统的整体高度，体积小，结构紧奏，便于在燃料电池系统内集成安装，结构简单，适应性广。
21.2)本实用新型的其它优点在实施例部分展开详细描述。
附图说明：
22.图1是现有技术的示意图；
23.图2是本实用新型实施例一提供的立体图；
24.图3是本实用新型实施例一提供的分解图；
25.图4是本实用新型实施例一提供的正视图；
26.图5是图4中a-a的剖视图；
27.图6是本实用新型实施例一提供的氢气气流流向示意图；
28.图7是本实用新型实施例一提供的分水器外管的立体图；
29.图8是本实用新型实施例一提供的分水器外管的俯视图；
30.图9是图8中b-b的剖视图；
31.图10是本实用新型实施例一提供的分水螺旋管的立体图；
32.图11是本实用新型实施例一提供的分水螺旋管的正视图；
33.图12是图11中c-c的剖视图；
34.图13是本实用新型实施例一提供的集水排水组件的立体图；
35.图14是本实用新型实施例一提供的集水排水组件正视图；
36.图15是图14中d-d的剖视图；
37.图16是本实用新型实施例二提供的原理示意图。
具体实施方式：
38.下面通过具体实施例并结合附图对本实用新型作进一步详细的描述。
39.实施例一：
40.如图2至图15所示，本实施例提供的一种横置立式分水器，包括分离外管2、位于分离外管2里面的水汽分离装置1、进气管20、出气管11和集水排水组件3，集水排水组件3安装在分离外管2的底部，分离外管2分别与进气管20和出气管11连通，其特征在于：进气管20包括第一进气支管21和第二进气支管23，第一进气支管21和第二进气支管23从分离外管2伸出且在竖直方向相隔一段距离，通过第一进气支管和第二进气支管结构布置，可以实现横置立式分水器与燃料电池电堆模块横向布置，从而降低燃料电池系统的整体高度，体积小，结构紧奏，便于在燃料电池系统内集成安装，结构简单，适应性广，另外还有效减少横置立式分水器与燃料电池电堆模块连接管路的长度，
41.上述的第二进气支管23位于分离外管2的底部，第一进气支管21位于分离外管2的顶部，结构布置合理。
42.上述的第一进气支管21和第二进气支管23位于分离外管2的同一侧，结构布置合理，便于电堆模块输出的管路连接。
43.上述的第一进气支管21的外径r1大于第二进气支管23的外径r2，通过设定第一进气支管21和第二进气支管23的外径，实现主动流量分配的功能，可以让大部分电堆模块输出的混合气体从第一进气支管21进入后，再流经至横置立式分水器内的水汽分离装置内实现汽水分离，第二进气支管23主要负责将电堆模块的出口处沉降液滴输送到集水排水组件3排出和负载将较小的混合气体输送至横置立式分水器内。
44.上述的水汽分离装置1包括螺旋叶片12和导气管14，螺旋叶片12绕着导气管14外围，螺旋叶片12和导气管14插入到分离外管2里面，导气管14的顶部与出气管11连通，结构布置合理。
45.上述的集水排水组件3包括端盖31和排水阀32，端盖31套装在分离外管2的底部，排水阀32安装在端盖31的外端面上，端盖31上设有排水口312，排水阀32与排水口312连通，排水阀32的出水口321横向伸出，减少众向结构布置，降低高度，结构布置合理、简单。
46.上述的端盖31的内端面设有凹槽311，凹槽311与排水口312连通，凹槽311的底面
往排水口312处倾斜设置，便于聚水至排水口312中排出，结构布置合理。
47.上述的分离外管2包括主管道22和从主管道22底部延伸出一个扩压段221，扩压段221管径大于主管道22的管径，第二进气支管23设置在扩压段221的一侧，端盖31嵌套在扩压段221上并利用第一管箍220箍筋，第一进气支管21设置在主管道22的顶部，结构布置合理，安装结构简单，锁紧效果好。
48.上述的出气管11与导气管14之间通过出气腔体13连接，出气腔体13的管径大于导气管14的管径，出气管11从出气腔体13的侧面伸出，出气腔体13安装在主管道22的顶部并通过第二管箍222箍筋，安装结构简单，锁紧效果好。
49.上述的出气腔体13的底部131成漏斗状，并嵌入到主管道22的顶部，混合气体竖直向上进入出气管14，与出气腔体13顶部盖板发生碰撞,掉落的液滴顺着出气腔体13的下部漏斗状底部131。
50.上述的出气管11与第一进气支管21的伸出方向相反。
51.实施例二：
52.如图16所示，一种燃料电池系统，包括电堆模块、燃料电池系统控制器、空气供应系统和供氢系统，供氢系统的输出端连接到电堆模块的氢气入口为电堆模块提供氢气，空气供应系统的输出端连接到电堆模块的空气入口为电堆模块提供空气，电堆模块输出反应后的混合气体输送到收集总管100，收集总管100连接有横置立式分水器进行水汽分离，其特征在于：所述的横置立式分水器是采用实施例一所述的横置立式分水器，电堆模块、收集总管100和横置立式分水器横向并排布置，收集总管100分别与第一进气支管21和第二进气支管23连通，该结构布置大大的降低了燃料电池系统的高度，结构紧奏，同时不影响电堆模块的氢气出口排水效果，有效减少横置立式分水器与电堆模块连接管路长度，便于在燃料电池系统内集成。
53.以上实施例为本实用新型的较佳实施方式，但本实用新型的实施方式不限于此，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。