一种氢燃料电池系统的氢气和水分离装置的制作方法

1.本发明涉及氢气和水分离装置技术领域，尤其涉及一种氢燃料电池系统的氢气和水分离装置。


背景技术：

2.氢燃料电池系统，利用氢气和氧气的电化学反应，产生电能、水、热量的装置。电化学反应中的水绝大数通过空气出口排出，一部分水通过质子交换膜扩散到氢气侧，连同未完全反应的氢气一同经过氢出口排出电堆。为了去除排出的氢气中夹杂的水蒸气，经过氢气循环泵再次进入氢气循环中，因此需要一种将氢燃料电池反应后中的氢气和水进行分离的装置，提升氢气的利用率，氢燃料电池在开关机和冷启动时，如果没有及时排掉流道内反应产生的液态水，会造成水淹及氢空界面发生，膜上的碳载体在水的作用下发生氧化腐蚀，冬季结冰时上述现象的影响更为严重，因此需要设计一种氢燃料电池系统氢气和水分离装置，以解决现有的氢气和水气分离效率低，天气温度较低尤其在冬季低温启动时，分离装置内水结冰无法排出的问题。
3.经检索，中国专利申请号为cn201820723233.8的专利，公开了一种氢燃料电池汽车氢气水分离装置，包括电池组外壳，所述电池组外壳的内部安装有分离器，所述分离器的顶端连接有进气口，且分离器相邻于进气口的两侧外壁分别连接有氧气排放管和氢气排放管，所述分离器的内部顶端通过螺栓固定连接有电机。
4.上述专利中的一种氢燃料电池汽车氢气水分离装置存在以下不足：在进行氢气和水分离的过程中，大部分的液态水在离心的作用下运动到最下方，少部分的液态水混合在中层的氢气中无法有效地分离，从而使得分离出现不完全现象。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的在进行氢气和水分离的过程中，大部分的液态水在离心的作用下运动到最下方，少部分的液态水混合在中层的氢气中无法有效地分离，从而使得分离出现不完全现象的缺点，而提出的一种氢燃料电池系统的氢气和水分离装置。
6.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
7.一种氢燃料电池系统的氢气和水分离装置，包括固定座一，所述固定座一顶部外壁设置有支撑架，所述支撑架顶部外壁设置有安装座，所述安装座顶部外壁设置有分离器控制主体，所述分离器控制主体顶部外壁设置有固定座二，所述分离器控制主体圆周外壁设置有排水管、进氢管、回氢管和排氢管，所述排水管一端设置有加热电磁阀，所述分离器控制主体圆周外壁设置有卡位板，所述卡位板底部外壁卡接有两个以上弹簧一，两个以上所述弹簧一底部外壁卡接有同一个除雾器，所述固定座一顶部外壁设置有伺服电机，所述伺服电机输出轴通过联轴器连接有转动杆，所述转动杆圆周外壁设置有两个以上卡位柱，所述转动杆圆周外壁滑动连接有转动筒，所述转动筒圆周外壁开设有两个以上矩形孔，两
个以上所述矩形孔内壁分别滑动连接于两个以上卡位柱外壁，所述转动筒顶部外壁设置有安装柱，所述安装柱顶部外壁设置有底座。
8.优选的：所述底座顶部外壁滑动连接有两个以上滑移柱，所述滑移柱底部内壁和底座底部外壁卡接有同一个弹簧二，两个以上所述滑移柱顶部外壁设置有同一个顶板，所述顶板顶部外壁设置有容置筒，所述容置筒内壁活动连接有万向球。
9.优选的：所述固定座一顶部外壁设置有电动推杆，所述电动推杆输出端设置有连接板，所述连接板一侧外壁焊接有升降板。
10.作为本发明优选的：所述升降板顶部外壁设置有两个以上导向柱，两个以上所述导向柱顶部外壁设置有同一个底板。
11.作为本发明一种优选的：所述底板顶部外壁设置有轴承，所述轴承转动连接于转动筒圆周外壁。
12.作为本发明一种优选的：所述分离器控制主体圆周外壁设置有液位传感器。
13.进一步的：所述圆周外壁粘接有海绵，所述转动筒圆周外壁设置有过滤板，所述分离器控制主体圆周内壁设置有压接板。
14.作为本发明进一步的方案：所述安装柱圆周外壁设置有离心架。
15.作为本发明再进一步的方案：所述排水管、进氢管、回氢管和排氢管均为宝塔结构，连接橡胶软管，所述分离器控制主体和安装座材质为不锈钢。
16.作为本发明再进一步的方案：所述分离器控制主体与液位传感器和加热电磁阀之间使用o型密封圈进行密封。
17.本发明的有益效果为：
18.1.通过设置有进氢管可以使得氢气和高温的水蒸气的混合气体导入到分离器控制主体内，氢气和高温的水蒸气的混合气体在进入到分离器控制主体内的过程中由于截面积的突然增大，从而使得气体的流速降低，由于气体惯性较小，水滴惯性较大，气体向上运动，液态水在重力作用下流进安装座的底部位置，同时气体经过除雾器时，除雾器将混合气体中的液态水进一步冷凝分离，附着在除雾器上，形成二次气液分离，分离后液态水在重力作用下再次流进安装座的底部位置，经过两次分离后的气体基本上为氢气，经过内部的通道经过回氢管流出再次回到电堆中循环利用，或者在燃料电池系统停机吹扫的过程中将剩余的氢气通过排氢管排出到尾排混合器中。
19.2.通过设置有排水管可以将液态水导出，加热电磁阀可以在天气温度较低尤其在冬季低温启动时，分离装置内水结冰无法排出的问题。
20.3.通过设置有转动筒可以沿着转动杆圆周外壁进行滑动，利用卡位柱和矩形孔可以对转动筒的滑动方向进行限定，从而可以避免转动筒发生脱离，转动筒在上升的过程中可以带动容置筒内的万向球进行上升，从而利用万向球可以对除雾器底部产生压力，从而使得弹簧一可以进行往复压缩和回弹运动，从而可以加快除雾器内的液态水的下落速率。
21.4.通过设置有电动推杆可以控制其输出端进行上升，从而可以使得升降板的高度进行调节，从而可以对转动筒的高度进行调节，同时通过设置有轴承可以使得转动筒在上升和下降的过程中伺服电机可以带动转动筒进行转动，导向柱圆周外壁滑动连接于安装座底部外壁。
22.5.通过设置有海绵可以使得转动筒在上升的过程中可以对附着在分离器控制主
体圆周内壁液态水进行吸收，同时随着转动筒地不断上升，从而使得压接板可以对海绵表面产生挤压力，从而可以使得海绵内的液态水被挤出后，在重力的作用下下落到安装座的底部，同时通过设置有过滤板可以对液态水中的杂质进行过滤。
附图说明
23.图1是本发明提出的一种氢燃料电池系统的氢气和水分离装置的整体结构示意图；
24.图2是本发明提出的一种氢燃料电池系统的氢气和水分离装置的侧视结构示意图；
25.图3是本发明提出的一种氢燃料电池系统的氢气和水分离装置的分离器控制主体结构结构示意图；
26.图4是本发明提出的一种氢燃料电池系统的氢气和水分离装置的分离组件整体结构示意图；
27.图5是本发明提出的一种氢燃料电池系统的氢气和水分离装置的分离组件爆炸结构示意图；
28.图6是本发明提出的一种氢燃料电池系统的氢气和水分离装置的分离组件局部爆炸结构示意图；
29.图7是本发明提出的一种氢燃料电池系统的氢气和水分离装置的震动组件结构示意图；
30.图8是本发明提出的一种氢燃料电池系统的氢气和水分离装置的电路流程示意图。
31.图中：1
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固定座一、2
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支撑架、3
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排水管、4
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进氢管、5
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分离器控制主体、6
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回氢管、7
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安装座、8
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电动推杆、9
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连接板、10
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固定座二、11
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排氢管、12
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液位传感器、13
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压接板、14
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除雾器、15
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弹簧一、16
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卡位板、17
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底座、18
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海绵、19
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转动筒、20
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底板、21
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伺服电机、22
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转动杆、23
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导向柱、24
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离心架、25
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轴承、26
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升降板、27
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卡位柱、28
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顶板、29
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滑移柱、30
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弹簧二、31
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安装柱、32
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矩形孔、33
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过滤板、34
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容置筒、35
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万向球、36
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加热电磁阀。
具体实施方式
32.下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
33.下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。
34.在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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专利和简化描述，而不是限定所指的装置、结构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专利的限制。
35.在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。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
语在本专利中的具体含义。
36.实施例1：
37.一种氢燃料电池系统的氢气和水分离装置，如图1
‑
5所示，包括固定座一1，所述固定座一1顶部外壁通过螺栓固定有支撑架2，所述支撑架2顶部外壁通过螺栓固定有安装座7，所述安装座7顶部外壁通过螺栓固定有分离器控制主体5，所述分离器控制主体5顶部外壁通过螺栓固定有固定座二10，所述分离器控制主体5圆周外壁通过螺栓固定有排水管3、进氢管4、回氢管6和排氢管11，所述排水管3一端通过螺栓固定有加热电磁阀36，所述分离器控制主体5圆周外壁通过螺栓固定有卡位板16，所述卡位板16底部外壁卡接有两个以上弹簧一15，两个以上所述弹簧一15底部外壁卡接有同一个除雾器14，所述固定座一1顶部外壁通过螺栓固定有伺服电机21，所述伺服电机21输出轴通过联轴器连接有转动杆22，所述转动杆22圆周外壁通过螺栓固定有两个以上卡位柱27，所述转动杆22圆周外壁滑动连接有转动筒19，所述转动筒19圆周外壁开设有两个以上矩形孔32，两个以上所述矩形孔32内壁分别滑动连接于两个以上卡位柱27外壁，所述转动筒19顶部外壁通过螺栓固定有安装柱31，所述安装柱31顶部外壁通过螺栓固定有底座17，所述底座17顶部外壁滑动连接有两个以上滑移柱29，所述滑移柱29底部内壁和底座17底部外壁卡接有同一个弹簧二30，两个以上所述滑移柱29顶部外壁通过螺栓固定有同一个顶板28，所述顶板28顶部外壁通过螺栓固定有容置筒34，所述容置筒34内壁转动连接有万向球35，所述排水管3、进氢管4、回氢管6和排氢管11均为宝塔结构，连接橡胶软管，所述分离器控制主体5和安装座7材质为不锈钢；通过设置有进氢管4可以使得氢气和高温的水蒸气的混合气体导入到分离器控制主体5内，氢气和高温的水蒸气的混合气体在进入到分离器控制主体5内的过程中由于截面积的突然增大，从而使得气体的流速降低，由于气体惯性较小，水滴惯性较大，气体向上运动，液态水在重力作用下流进安装座7的底部位置，同时气体经过除雾器14时，除雾器14将混合气体中的液态水进一步冷凝分离，附着在除雾器上，形成二次气液分离，分离后液态水在重力作用下再次流进安装座7的底部位置，经过两次分离后的气体基本上为氢气，经过内部的通道经过回氢管6流出再次回到电堆中循环利用，或者在燃料电池系统停机吹扫的过程中将剩余的氢气通过排氢管11排出到尾排混合器中，通过设置有排水管3可以将液态水导出，加热电磁阀36可以在天气温度较低尤其在冬季低温启动时，分离装置内水结冰无法排出的问题，同时通过设置有转动筒19可以沿着转动杆22圆周外壁进行滑动，利用卡位柱27和矩形孔32可以对转动筒19的滑动方向进行限定，从而可以避免转动筒19发生脱离，转动筒19在上升的过程中可以带动容置筒34内的万向球35进行上升，从而利用万向球35可以对除雾器14底部产生压力，从而使得弹簧一15可以进行往复压缩和回弹运动，从而可以加快除雾器14内的液态水的下落速率，同时通过设置有弹簧二30可以对万向球35进行缓冲保护，同时当伺服电机21带动转动杆22进行转动时，万向球35球面外壁亦可以沿着除雾器14底部外壁进行滚动，从而可以对除雾器14进行保护。
38.为了便于控制转动筒19的升降；如图1
‑
6所示，所述固定座一1顶部外壁通过螺栓固定有电动推杆8，所述电动推杆8输出端通过螺栓固定有连接板9，所述连接板9一侧外壁焊接有升降板26，所述升降板26顶部外壁通过螺栓固定有两个以上导向柱23，两个以上所述导向柱23顶部外壁通过螺栓固定有同一个底板20，所述底板20顶部外壁设置有轴承25，所述轴承25转动连接于转动筒19圆周外壁；通过设置有电动推杆8可以控制其输出端进行
上升，从而可以使得升降板26的高度进行调节，从而可以对转动筒19的高度进行调节，同时通过设置有轴承25可以使得转动筒19在上升和下降的过程中伺服电机21可以带动转动筒19进行转动，导向柱23圆周外壁滑动连接于安装座7底部外壁。
39.为了便于对分离器控制主体5内的液位高度进行监测；如图1所示，所述分离器控制主体5圆周外壁通过螺栓固定有液位传感器12，所述分离器控制主体5与液位传感器12和加热电磁阀36之间使用o型密封圈进行密封；通过设置有液位传感器12可以实时监控装置内分离的液态水含量，从而可以精确开启加热电磁阀36通断，所述液位传感器12的型号为tw14
‑
ssk231。
40.本实施例在使用时，氢气和高温的水蒸气的混合气体从进氢管4进入腔体，混合气体截面积增加，气体流速降低，由于气体惯性较小，水滴惯性较大，气体向上运动，液态水在重力作用下流进下部液体收集器，气体经过除雾器14时，除雾器14将混合气体中的液态水进一步冷凝分离，附着在除雾器14上，形成二次气液分离，分离后液态水同样在重力作用下流进下部液体收集器，经过两次分离后的气体基本上为氢气，经过内部的通道经过回氢管6流出再次回到电堆中循环利用，或者在燃料电池系统停机吹扫的过程中将剩余的氢气通过排氢管11排出到尾排混合器中，在此过程中，通过设置有万向球35可以对除雾器14底部产生震动，从而可以加快除雾器14内的液态水下落的速率，液态水根据液位传感器12的检测，判断收集的液体达到要求后，打开排水管3的电磁开关，将水流出，氢燃料电池系统在低温及冬季启动过程中，排水管3处通过加热电磁阀36进行加热，将固态的冰解冻变为液态水后，打开排水管3的电磁开关，将水流出。
41.实施例2：
42.一种氢燃料电池系统的氢气和水分离装置，如图5
‑
6所示，为了附着在分离器控制主体5圆周内壁的液态水进行吸收；本实施例在实施例1的基础上作出以下补充：所述圆周外壁粘接有海绵18，所述转动筒19圆周外壁通过螺栓固定有过滤板33，所述分离器控制主体5圆周内壁通过螺栓固定有压接板13；通过设置有海绵18可以使得转动筒19在上升的过程中可以对附着在分离器控制主体5圆周内壁液态水进行吸收，同时随着转动筒19地不断上升，从而使得压接板13可以对海绵18表面产生挤压力，从而可以使得海绵18内的液态水被挤出后，在重力的作用下下落到安装座7的底部，同时通过设置有过滤板33可以对液态水中的杂质进行过滤。
43.为了加快氢气和高温的水蒸气的混合气体的分离速率；如图5所示，所述安装柱31圆周外壁通过螺栓固定有离心架24；通过设置有离心架24可以在矩形孔32进行高速旋转的过程中利用离心力加快液态水和氢气之间的分离速率和分离的效果。
44.本实施例在使用时，在液态水和氢气之间进行分离的过程中，液态水冷凝后会附着在分离器控制主体5圆周内壁，通过控制转动筒19的上下移动，从而可以使得海绵18沿着分离器控制主体5圆周内壁进行上下滑动，从而使得海绵18可以对附着在分离器控制主体5圆周内壁的液态水进行吸收，同时当海绵18顶部与压接板13底部之间产生压力后，使得海绵18内的液态水可以进行挤出，从而使得液态水可以在重力的作用下落入到安装座7内部，最终通过排水管3上的加热电磁阀36进行导出，同时通过设置有过滤板33可以对液态水中的杂质进行过滤，利用离心架24的高速旋转可以产生离心力，从而可以加快液态水和氢气之间的分离速率和分离的效果。
45.以上所述，为本发明较佳的具体实施方式，但并非本发明唯一的具体实施方式，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内结合现有技术或公众常识，在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。