气液分离器和燃料电池的制作方法

1.本实用新型属于新能源燃料电池技术领域，尤其涉及一种气液分离器和燃料电池。


背景技术：

2.燃料电池阳极回路逐渐有采用引射器和气液分离组合式的趋势，而气液分离器是维持电堆水热平衡的关键部件之一。汽水分离器用于分离掉出堆后的多余水分，这些水分在低温的时候由于系统启停等工况，会产生结冰现象，一旦出现结冰现象则会造成排水口堵塞，从而降低气水分离器的分离效率，而且多余的水分一方面影响计量比，降低系统性能，另一方面，多余的水分还随着管路流入电堆，造成阳极水淹，毁坏电堆。因此，解决低温启停工况下气液分离器结冰问题，对基于引射式回路的燃料电池的应用有着重要意义。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
4.为此，本实用新型的实施例提出一种能解决冰堵的气液分离器。
5.本实用新型还提出一种具有上述气液分离器的燃料电池。
6.本实用新型第一方面实施例的气液分离器包括气液分离器本体和碎冰装置，所述气液分离器本体具有分离腔和与所述分离腔连通的排气口、循环气入口和排液管，所述排气口、所述循环气入口和所述排液管自上而下依次排列；所述碎冰装置设在所述排液管内。
7.本实用新型实施例的气液分离装置通过碎冰装置对排液管进行碎冰处理，避免了排水管处发生冰堵，保证了电堆冷启动时排液管能够正常排水，提高电堆冷启动时的性能。
8.在一些实施例中，所述气液分离器还包括隔液挡板，所述隔液挡板上设有排液孔，所述隔液挡板设在所述气液分离器本体内并将所述分离腔分隔为上腔室和下腔室，所述排气口和所述循环气入口与所述上腔室连通，所述排液管与所述下腔室连通。
9.在一些实施例中，所述气液分离器还包括分离挡板，所述分离挡板设在所述上腔室内且位于所述循环气入口上方，所述分离挡板的第一端与所述气液分离器本体内侧壁连接，所述分离挡板第二端悬空设置。
10.在一些实施例中，所述分离挡板有多个，多个所述分离挡板沿竖直方向交错分布。
11.在一些实施例中，所述分离挡板在其第一端向第二端的方向上向下倾斜。
12.在一些实施例中，所述碎冰装置包括电机和轴流风扇，所述电机位于所述气液分离器本体的外壁上，所述轴流风扇位于所述排液管内，所述电机与所述轴流风扇传动连接。
13.在一些实施例中，所述轴流风扇与所述排液管同轴设置。
14.在一些实施例中，所述气液分离器还包括排水阀，所述排水阀设在所述排液管上，且所述排水阀位于所述轴流风扇远离所述气液分离器本体的一侧。
15.本实用新型第二方面实施例的燃料电池包括上述实施例所述气液分离器和顺次连通的高压氢气瓶、截止阀、减压阀、喷氢阀、引射器和燃料电池堆，所述燃料电池堆具有入
口和出口，所述入口与引射器连通，所述出口与所述循环气入口连通。
16.在一些实施例中，所述排气口与所述引射器连通。
附图说明
17.图1是本实用新型实施例的气液分离器的示意图。
18.图2是本实用新型实施例的燃料电池的示意图。
19.附图标记：气液分离器本体10，分离腔11，排气口12，循环气入口13，排液管14，隔液挡板15，排液孔16，分离挡板17，
20.碎冰装置20，电机21，轴流风扇22，
21.高压氢气瓶31，截止阀32，减压阀33，喷氢阀34，引射器35，燃料电池堆36，入口37，出口38。
具体实施方式
22.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
23.下面结合附图描述本实用新型实施例的气液分离器。
24.如图1所示，本实用新型实施例的气液分离器包括气液分离器本体10和碎冰装置20。其中，气液分离器本体10呈竖直放置的空心长方体，气液分离器本体10具有分离腔11和与分离腔连通的排气口12、循环气入口13和排液管14，排气口12、循环气入口13和排液管14自上而下依次排列，具体地，排气口12位于气液分离器本体10的顶部，排液管14位于气液分离器本体10的底部，循环气入口13位于气液分离器本体10中部且邻近排液管14，碎冰装置20设在排液管内，碎冰装置20用于将排液管14内的冰层进行机械破碎，保证排液管14正常工作。
25.需要说明的是，在寒冷环境下，燃料电池启动操作时，排液管14中可能存留的液态水结冰，从而使排液管14产生冰堵现象，在打开排液管14前启动碎冰装置，碎冰装置对排液管14内的冰层进行机械破碎，从而保证了排液管14正常工作。
26.本实用新型实施里的气液分离器通过在排液管14内设置碎冰装置，在打开排液管14前启动碎冰装置，碎冰装置对排液管14内的冰层进行机械破碎，有效解决了排液管14内的冰堵问题，保证了电堆冷启动时排液管14能够正常排水，提高燃料电池堆冷启动时的性能。
27.如图1所示，在一些实施例中，气液分离器还包括隔液挡板15，隔液挡板15上设有排液孔16，隔液挡板15设在气液分离器本体10内并将分离腔11分隔为上腔室和下腔室，排气口12和循环气入口13与上腔室连通，排液管14与下腔室连通。隔液挡板15用于阻隔下腔室内的液态水经循环气入口13回流，防止液态水回流至燃料电池堆内而造成电池堆损坏。
28.如图1所示，在一些实施例中，气液分离器还包括分离挡板17，分离挡板17设在上腔室内且位于循环气入口13上方，分离挡板17的第一端与气液分离器本体10内侧壁连接，分离挡板17的第二端悬空设置。
29.进一步地，分离挡板17有多个，多个分离挡板17沿竖直方向交错分布。
30.进一步地，分离挡板17在其第一端向第二端的方向上向下倾斜。
31.需要说明的是，循环气含有液态水滴、氢气等的气液两相流体，当循环气从循环气入口13进入分离腔11内后，循环气向上移动与分离挡板17接触，循环气中的液态水滴附着在分离挡板17的壁面上并汇聚、滴落，剩余的氢气等气体从排气口12中排出，完成了氢气的干燥处理。
32.如图1所示，在一些实施例中，碎冰装置20包括电机21和轴流风扇22，电机21位于气液分离器本体10的外壁上，轴流风扇22位于排液管14内，电机21与轴流风扇22传动连接。
33.进一步的，轴流风扇22与排液管14同轴设置。
34.进一步地，气液分离器还包括排水阀(未示出)，排水阀设在排液管14上，且排水阀位于轴流风扇22远离气液分离器本体10的一侧。
35.需要说明的是，在寒冷环境下，当燃料电池堆进行停机操作时，开启气液分离器的排水阀排出储存的液态水，同时开启轴流风扇22进行主动的吹扫，加速液态水地排出。在燃料电池启动操作时，排液管14中可能存留的液态水结冰，从而使排液管14产生冰堵现象，在对排水阀动作之前打开轴流风扇22运转，使用轴流风扇22对冰层进行机械破碎，保证排液管14正常工作。
36.如图2所示，本实用新型实施例的燃料电池包括上述气液分离器和顺次连通的高压氢气瓶31、截止阀32、减压阀33、喷氢阀34、引射器35和燃料电池堆36，燃料电池堆36具有入口37和出口38，入口37与引射器35连通，出口38与循环气入口13连通。
37.进一步地，排气口12与引射器35连通。
38.需要说明的是，高压氢气瓶31储存有高压氢气作为燃料电池堆36的燃料。高压氢气瓶31、截止阀32和减压阀33顺次连接，向喷氢阀34提供高压氢气，喷氢阀34再向引射器35提供氢气，引射器35向燃料电池堆36泵送氢气。氢气在燃料电池堆36中与阴极侧的氧气发生电化学反应产生电能，没有被消耗的氢气携带生成的液态水和水蒸气从燃料电池堆36的出口38排出，产生需要被循环的循环气。循环气是含有液态水滴、氢气等的气液两相流体，循环气在气液分离器中将液态水分离出，剩余的氢气等气体经排气口12进入引射器35中，与干氢气混合后再次被泵送进入燃料电池堆36中，完成氢气的循环。
39.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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实用新型的限制。
40.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
41.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相
连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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实用新型中的具体含义。
42.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
43.在本实用新型中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
44.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。