一种汽水分离装置及燃料电池系统的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池汽水分离技术领域，尤其涉及一种汽水分离装置及燃料电池系统。


背景技术：

2.为了保障燃料电池发动机正常工作，燃料电池发动机一般需要氢气供应子系统、空气供应子系统和循环水冷却管理子系统等辅助系统。燃料电池是通过可燃物质(氢气)与空气中的氧气之间的电化学反应产生电能。混合气体在出电堆后，由于降温带来的冷凝，许多液态水在阳极的循环气中产生。基于燃料电池发动机的整车在行驶过程中，极大概率会出现连续行驶在陡坡路段，或者停车路段倾斜的现象。当存在以上情况时，就会有液态水进入电堆内，造成阳极水淹，另外阳极循环中积累的液态水也会加重氢循环泵或引射器的工作负荷，降低燃料电池性能甚至导致故障。若燃料电池内部的液态水无法顺利排出，如遇到低温天气，液态水甚至可能结冰，影响发动机的冷启动，甚至导致发动机部件损坏等问题。且在燃料电池反应后，排出的气体中含有大量的氢气，这些氢气直接排放到大气中会造成能源的浪费、环境的污染，且氢气是易燃易爆气体，会产生燃爆风险。因此，需要对这些氢气进行回收再利用。
3.为了解决上述问题，现有技术中的汽水分离器，汽水分离器可以分离出燃料电池电堆燃料气中夹杂的液态水，减少液态水对燃料气供给系统零部件的影响。该汽水分离器的分离器壳体设置为圆锥体状，并在分离器壳体中沿其周向设置多个长条状引流板，使得分离器壳体内部分离的液态水顺着长条状引流板之间的流道顺利的向下流动，实现汽水分离。但是上述汽水分离器长条状引流板仅能为液态水提供下行通道，无法形成反复漩涡，因此对氢气的引流效果较差。且该汽水分离装置的分离器壳体和安装于该分离器壳体下部的排水接头的连接处存在尺寸骤降的现象，形成了直角缓坡的易积水结构，对液态水排出效果的提高有不利影响。
4.因此，亟需一种汽水分离装置及燃料电池系统，以解决以上问题。


技术实现要素：

5.根据本实用新型的一个方面，目的在于提供一种汽水分离装置，该汽水分离装置有利于燃料电池系统中液态水的排出，能够防止液态水聚集，保障燃料电池系统的可靠性。
6.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
7.一种汽水分离装置，包括：分离器壳体、挡水组件、进气管路、排气管路以及排水管路；所述分离器壳体包括周侧部、第一端部和第二端部，所述周侧部、所述第一端部和所述第二端部围设形成汽水分离腔，所述第一端部正对所述第二端部，所述周侧部夹设于所述第一端部和所述第二端部，沿远离所述第一端部并靠近所述第二端部的方向，所述周侧部逐渐靠近所述汽水分离腔的中心轴线；所述挡水组件设置于所述汽水分离腔，形成折线形通路；所述进气管路设置于所述周侧部，连通所述汽水分离腔；所述排气管路设置于所述第
一端部，连通所述汽水分离腔；所述排水管路设置于所述第二端部，连通所述汽水分离腔。
8.可选地，所述第二端部的直径与所述排水管路的直径相同。
9.可选地，所述第一端部的直径大于所述排气管路，所述排气管路设置于所述第一端部的几何中心。
10.可选地，所述挡水组件包括交叉设置于所述周侧部的内壁的第一挡水板、第二挡水板、第三挡水板、第四挡水板和第五挡水板，所述第一挡水板、所述第二挡水板、所述第三挡水板、所述第四挡水板和所述第五挡水板依次逐渐远离所述第二端部，所述第一挡水板、所述第三挡水板和所述第五挡水板与所述周侧部的连接位置正对所述第二挡水板和所述第四挡水板与所述周侧部的连接位置。
11.可选地，所述第一挡水板、所述第二挡水板、所述第三挡水板、所述第四挡水板和所述第五挡水板均自其与所述周侧部的内壁的连接处逐渐靠近所述排水管路。
12.可选地，所述第一挡水板、所述第二挡水板、所述第三挡水板、所述第四挡水板和所述第五挡水板涂覆抗氢水腐蚀材料。
13.可选地，所述第一挡水板、所述第二挡水板、所述第三挡水板、所述第四挡水板和所述第五挡水板的长度依次增加。
14.可选地，所述汽水分离装置还包括排水阀门，所述排水阀门设置于所述排水管路，被配置为控制所述排水管路的通断。
15.可选地，所述汽水分离装置还包括加热组件，所述加热组件安装于所述排水管路，被配置为加热液态水。
16.根据本实用新型的另一个方面，目的在于提供一种燃料电池系统，所述燃料电池系统包括燃料电池和收水设备，还包括上述方案任一所述的汽水分离装置，所述排气管路连通所述燃料电池，被配置为向所述燃料电池提供干燥气体，所述排水管路连通所述汽水分离腔和所述收水设备。
17.本实用新型的有益效果：
18.本实用新型提供的汽水分离装置设置分离器壳体，形成汽水分离腔，湿氢气能够在该汽水分离腔中进行液态水的去除。远离第一端部并靠近第二端部的方向，周侧部逐渐靠近汽水分离腔的中心轴线，形成圆锥形的分离器壳体，上述设置利于液态水的流动，使液态水沿着周侧部的内壁顺利流动。挡水组件形成折线形通路，便于液态水向排水管路流动，同时也便于除去部分水分的氢气向排气管路运动。该汽水分离装置有利于燃料电池系统中液态水的排出，能够防止液态水聚集，保障燃料电池系统的可靠性。
附图说明
19.图1是本实用新型实施例提供的汽水分离装置的结构示意图。
20.图中：
21.100、分离器壳体；110、周侧部；120、第一端部；130、第二端部；140、汽水分离腔；
22.200、挡水组件；210、第一挡水板；220、第二挡水板；230、第三挡水板；240、第四挡水板；250、第五挡水板；
23.300、进气管路；
24.400、排气管路；
25.500、排水管路；
26.600、排水阀门；
27.700、加热组件。
具体实施方式
28.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
29.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”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；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
30.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之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，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”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
31.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、“左”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
32.本实施例提供了一种燃料电池系统和一种汽水分离装置。该燃料电池系统包括燃料电池和收水设备，还包括本实施例提供的汽水分离装置。该汽水分离装置能够有效保证燃料电池系统中液态水的排出，能够防止液态水聚集和结冰，提高送入燃料电池的氢气的干燥程度，保障燃料电池系统的可靠性。
33.图1示出本实用新型实施例提供的汽水分离装置的结构示意图。参照图1，本实施例提供的汽水分离装置包括分离器壳体100、挡水组件200、进气管路300、排气管路400以及排水管路500。
34.具体地，该分离器壳体100包括周侧部110、第一端部120和第二端部130，该周侧部110、该第一端部120和该第二端部130围设形成汽水分离腔140，该第一端部120正对该第二端部130，该周侧部110夹设于该第一端部120和该第二端部130，沿逐渐远离该第一端部120并靠近该第二端部130的方向，该周侧部110逐渐靠近该汽水分离腔140的中心轴线。该挡水组件200设置于该汽水分离腔140，形成折线形通路。该进气管路300设置于该周侧部110，连通该汽水分离腔140。该排气管路400设置于该第一端部120，连通该汽水分离腔140。该排水管路500设置于该第二端部130，连通该汽水分离腔140。
35.再为具体地，该排气管路400连通该燃料电池，被配置为向该燃料电池提供干燥气体，该排水管路500连通该汽水分离腔140和该收水设备。湿氢气具有一定初速度，从进气管
路300进入汽水分离腔140，通过挡水组件200进行氢气和液态水的分离后，干燥氢气从排气管路400供给燃料电池，液态水从排水管路500被收集至收水设备或直接排出燃料电池系统的外部。
36.继续参照图1，该第二端部130的直径与该排水管路500的直径相同。能够保证液态水沿该周侧部110的内壁顺畅流入排水管路500，不存在直角转折或缓坡等容易积水的结构。
37.具体地，该第一端部120的直径大于该排气管路400，该排气管路400设置于该第一端部120的几何中心。液态水行进至第一端部120，在该第一端部120的阻碍作用下，大多数附着在第一端部120，并最终下行，朝向第二端部130运动。该排气管路400直径明显小于第一端部120，能够防止液态水进入，提高了氢气和水的分离程度。
38.继续参照图1，本实施例提供的挡水组件200包括交叉设置于该周侧部110的内壁的第一挡水板210、第二挡水板220、第三挡水板230、第四挡水板240和第五挡水板250，该第一挡水板210、该第二挡水板220、该第三挡水板230、该第四挡水板240和该第五挡水板250依次逐渐远离该第二端部130，该第一挡水板210、该第三挡水板230和该第五挡水板250与该周侧部110的连接位置正对该第二挡水板220和该第四挡水板240与该周侧部110的连接位置。
39.具体地，该第一挡水板210和该第二挡水板220之间形成第一分离腔室。该第二挡水板220和该第三挡水板230之间形成第二分离腔室。该第三挡水板230和该第四挡水板240之间形成第三分离腔室。该第四挡水板240和该第五挡水板250之间形成第四分离腔室。该第五挡水板250和该第一端部120之间形成第五分离腔室。上述每个腔室之中均会发生湿氢气的旋转运动。湿氢气从从进气管路300进入第一分离腔室，在旋转过程中，初步分离液态水，该液态水通过折线形通路向第二端部130运动，被除去部分水分的湿氢气再次通过折线形通路进入第二分离腔室进行旋转，进一步分离水分，直至湿氢气进入第五分离腔室进行最终的旋转运动，分离水分，实现氢气和液态水的完全分离。
40.可选地，该挡水组件200中的挡水板的具体数量和相邻两个挡水板之间的距离可以根据汽水分离腔140的高度进行选择，本实施例不作具体限制。
41.再为具体地，该第一挡水板210、该第二挡水板220、该第三挡水板230、该第四挡水板240和该第五挡水板250均自其与该周侧部110的内壁的连接处逐渐靠近该排水管路500。倾斜的挡板有利于液态水向第二端部130的运动。
42.更为具体地，在第一分离腔室中分离的液态水依次沿着第二挡水板220的下侧部以及第一挡水板210的上侧部，并沿着周侧部110的内壁向第二端部130运动，并进入排水管路500。
43.更为具体地，在第二分离腔室中分离的液态水依次沿着第三挡水板230的下侧部、第二挡水板220的上侧部以及第一挡水板210的上侧部，并沿着周侧部110的内壁向第二端部130运动，并进入排水管路500。
44.更为具体地，在第三分离腔室中分离的液态水依次沿着第四挡水板240的下侧部、第三挡水板230的上侧部、第二挡水板220的上侧部以及第一挡水板210的上侧部，并沿着周侧部110的内壁向第二端部130运动，并进入排水管路500。
45.更为具体地，在第四分离腔室中分离的液态水依次沿着第五挡水板250的下侧部、
第四挡水板240的上侧部、第三挡水板230的上侧部、第二挡水板220的上侧部以及第一挡水板210的上侧部，并沿着周侧部110的内壁向第二端部130运动，并进入排水管路500。
46.更为具体地，在第五分离腔室中分离的液态水依次沿着第五挡水板250的上侧部、第四挡水板240的上侧部、第三挡水板230的上侧部、第二挡水板220的上侧部以及第一挡水板210的上侧部，并沿着周侧部110的内壁向第二端部130运动，并进入排水管路500。
47.可选地，该第一挡水板210、该第二挡水板220、该第三挡水板230、该第四挡水板240和该第五挡水板250的长度依次增加。
48.作为优选地，该第一挡水板210、该第二挡水板220、该第三挡水板230、该第四挡水板240和该第五挡水板250涂覆抗氢水腐蚀材料。本实施例提供的抗氢水腐蚀材料可以选择抗氢水腐蚀的疏水型碳基二氧化硅树酯涂层，能够有效防止氢水对挡水组件200的腐蚀，延长其使用寿命。
49.继续参照图1，本实施例提供的汽水分离装置还包括排水阀门600。该排水阀门600设置于该排水管路500，被配置为控制该排水管路500的通断。该排水阀门600可以选择现有技术中的单向阀，可定期将积聚于排水管路500的水排出系统外。
50.作为优选地，该汽水分离装置还包括加热组件700，该加热组件700安装于该排水管路500，被配置为加热液态水。该加热组件700可以选择现有技术中的加热管等，能够实现液体加热的装置均可，本实施例在此不做限制。通过设置加热组件700，能够防止排水管路500中的液态水在低温条件下结冰，影响燃料电池系统中其他部件的正常运作。
51.显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。