分离装置和具有其的燃料电池系统的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体而言，涉及一种分离装置和具有其的燃料电池系统。


背景技术：

2.燃料电池电堆在运行后排放的气体中会残留未完全反应的氢气，反应过程中也会生成水。
3.相关技术中的燃料电池系统，为回收氢气和水，需要在阳极处设置阳极气液分离器，在阴极处设置阴极气液分离器，之后设置气体分离器将阳极气液分离器分离后的气体中的氢气与其他气体分离，导致结构复杂，占用空间较大，不易安装布置。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种分离装置，该分离装置具有集成度高、结构简单、体积小、安装方便等优点。
5.本实用新型还提出一种具有所述分离装置的燃料电池系统。
6.为实现上述目的，根据本实用新型的第一方面的实施例提出一种分离装置，所述分离装置包括：箱体，所述箱体上设有阳极进口、排氢口、排氮口、阳极排水口、阴极进口、阴极出口和阴极排水口；隔离件，所述隔离件设在所述箱体内且将所述箱体内的空间分隔为相互间隔的阳极腔和阴极腔，所述隔离件还将所述阳极腔分隔为相互连通的上阳极腔、中阳极腔和下阳极腔，所述隔离件还将所述阴极腔分隔为相互连通的上阴极腔、中阴极腔和下阴极腔，所述阳极进口与所述下阳极腔连通，所述排氢口与所述上阳极腔连通，所述排氮口与所述中阳极腔连通，所述阳极排水口与所述下阳极腔连通，所述阴极进口与所述中阴极腔连通，所述阴极出口与所述上阴极腔连通，所述阴极排水口与所述下阴极腔连通。
7.根据本实用新型实施例的分离装置，具有集成度高、结构简单、体积小、安装方便等优点。
8.另外，根据本实用新型上述实施例的分离装置还可以具有如下附加的技术特征：
9.根据本实用新型的一个实施例，所述分离装置还包括隔板，所述隔板将所述下阳极腔分隔为相互连通的分离腔和储水腔，所述阳极进口与所述分离腔连通，所述阳极排水口与所述储水腔连通，所述隔板在上下方向上位于所述阳极进口下方，所述隔板的一端与所述箱体相连且另一端与所述隔离件相连，所述隔板上设有连通所述分离腔和所述储水腔的隔板过口。
10.根据本实用新型的一个实施例，所述隔离件在垂直于前后方向上的截面为折线形或波浪形。
11.根据本实用新型的一个实施例，所述隔离件包括由上至下依次相连的第一折板、第二折板、第三折板、第四折板和第五折板。
12.根据本实用新型的一个实施例，所述上阳极腔由所述第一折板和所述箱体共同限
定出，所述中阳极腔由所述第二折板、所述第三折板和所述箱体共同限定出，所述下阳极腔由所述第四折板、所述第五折板和所述箱体共同限定出，所述上阴极腔由所述第一折板、所述第二折板和所述箱体共同限定出，所述中阴极腔由所述第三折板、第四折板和所述箱体共同限定出，所述下阴极腔由所述第五折板与所述箱体共同限定出。
13.根据本实用新型的一个实施例，所述第一折板的上端与所述箱体的顶壁相连，所述第五折板的下端与所述箱体的底壁相连，所述第一折板的下端、所述第二折板的两端、所述第三折板的两端、所述第四折板的两端和所述第五折板的上端与所述箱体的左右两侧壁间隔开。
14.根据本实用新型的一个实施例，所述第一折板、所述第二折板、所述第三折板、所述第四折板和所述第五折板中每相邻的两个连接为v形且连接处靠近所述箱体的左侧壁或右侧壁。
15.根据本实用新型的一个实施例，所述第三折板和所述第四折板的连接处较所述第一折板和所述第二折板的连接处靠近所述箱体的左侧壁，所述第二折板和所述第三折板的连接处较所述第四折板和所述第五折板的连接处靠近所述箱体的右侧壁。
16.根据本实用新型的一个实施例，所述排氢口和所述阴极出口邻近所述箱体的顶壁设置，所述阳极排水口和所述阴极排水口邻近所述箱体的底壁设置。
17.根据本实用新型的第二方面的实施例提出一种燃料电池系统，所述燃料电池系统包括根据本实用新型的第一方面的实施例所述的分离装置。
18.根据本实用新型实施例的燃料电池系统，通过利用根据本实用新型的第一方面的实施例所述的分离装置，所述分离装置可以将阳极和阴极的气液分离过程全部集成在所述箱体内，所述分离装置内的隔离件不仅能够起到分隔出阳极腔和阴极腔的作用，还可以进一步利用所述隔离件将阳极腔和阴极腔分隔出上下连通的多层腔室，使燃料电池系统具有集成度高、结构简单、体积小、安装方便等优点。
19.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
20.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
21.图1是根据本实用新型实施例的分离装置在一个视角的结构示意图。
22.图2是根据本实用新型实施例的分离装置在另一个视角的结构示意图。
23.图3是根据本实用新型实施例的分离装置的剖视图。
24.图4是根据本实用新型实施例的分离装置的剖视图。
25.附图标记：分离装置1、箱体10、阳极进口11、排氢口12、排氮口13、阳极排水口14、阴极进口15、阴极出口16、阴极排水口17、凸耳18、隔离件20、第一折板21、第二折板22、第三折板23、第四折板24、第五折板25、阳极腔30、上阳极腔31、中阳极腔32、下阳极腔33、分离腔34、储水腔35、阴极腔40、上阴极腔41、中阴极腔42、下阴极腔43、隔板50。
具体实施方式
26.本技术是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识作出的：
27.燃料电池电堆在运行后排放的气体中会残留未完全反应的氢气，反应过程中也会生成水。
28.相关技术中的燃料电池系统，残留的氢气和水不能有效回收，造成资源的浪费。
29.具体而言，相关技术中的部分燃料电池系统，额外设置有气液分离器对氢气进行分离，但阴极侧的气体和液体以及阳极侧的气体和液体需要分别的气液分离器进行分离，而且阳极排出的气体中除氢气外还具有氮气，还需要额外设置分离装置对氢气和氮气进行分离，相关技术中的燃料电池系统需要在阳极处设置阳极气液分离器，在阴极处设置阴极气液分离器，之后设置气体分离器将阳极气液分离器分离后的气体中的氢气与其他气体分离，导致结构复杂，占用空间较大，不易安装布置。
30.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，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，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
31.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。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
32.在本实用新型的描述中，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”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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。
33.下面参考附图描述根据本实用新型实施例的分离装置1。
34.如图1-图4所示，根据本实用新型实施例的分离装置1包括箱体10和隔离件20。
35.箱体10上设有阳极进口11、排氢口12、排氮口13、阳极排水口14、阴极进口15、阴极出口16和阴极排水口17。隔离件20设在箱体10内且将箱体10内的空间分隔为相互间隔的阳极腔30和阴极腔40，隔离件20还将阳极腔30分隔为相互连通的上阳极腔31、中阳极腔32和下阳极腔33，隔离件20还将阴极腔40分隔为相互连通的上阴极腔41、中阴极腔42和下阴极腔43，阳极进口11与下阳极腔33连通，排氢口12与上阳极腔31连通，排氮口13与中阳极腔32连通，阳极排水口14与下阳极腔33连通，阴极进口15与中阴极腔42连通，阴极出口16与上阴极腔41连通，阴极排水口17与下阴极腔43连通。
36.本领域的技术人员可以理解的是，“相互间隔的阳极腔30和阴极腔40”是指阳极腔30和阴极腔40不相互连通。隔离件20设在箱体10内且将箱体10内的空间分隔为互不连通的阳极腔30和阴极腔40。
37.具体而言，燃料电池电堆的阳极处反应后的气体和水通过阳极进口11进入箱体10的阳极腔30，其中的水分经过冷凝后留存在下阳极腔33内，气体向上进入中阳极腔32和上阳极腔31，由于氮气比氢气的相对分子质量更大，氢气进入上阳极腔31而氮气留存在中阳极腔32内，最终氢气通过排氢口12排出，氮气通过排氮口13排出，水通过阳极排水口14排出。燃料电池电堆的阴极处反应后的气体和水通过阴极进口15进入箱体10的阴极腔40，其中的水分经过冷凝后落入下阴极腔43，气体向上进入上阴极腔41，最终气体通过阴极出口16排出，水通过阴极排水口17排出。
38.由此可以实现水和氢气的分离以及氢气和氮气的分离，便于对水和氢气进行回收利用。
39.根据本实用新型实施例的分离装置1，通过设置隔离件20，隔离件20设在箱体10内且将箱体10内的空间分隔为相互间隔的阳极腔30和阴极腔40，这样可以在箱体10内集成用于分离阳极气液的阳极腔30和用于分离阴极气液的阴极腔40，相比相关技术中在阳极和阴极分别设置单独的分离器的技术方案，分离装置1可以将阳极和阴极的气液分离过程全部集成在箱体10内，提高分离装置1的集成度、简化分离装置1的结构、减少占用的空间、便于分离装置1的安装。
40.并且，通过使隔离件20还将阳极腔30分隔为相互连通的上阳极腔31、中阳极腔32和下阳极腔33，隔离件20还将阴极腔40分隔为相互连通的上阴极腔41、中阴极腔42和下阴极腔43，这样可以便于形成上下排布的多层连通的腔室，便于阴极侧进行气液分离、便于阳极侧的氢气和氮气进行分离。由此通过设置隔离件20，不仅能够起到分隔出阳极腔30和阴极腔40的作用，还可以进一步利用隔离件20将阳极腔30分隔出上下连通的多层腔室且将阴极腔40分隔出上下连通的多层腔室，隔离件20可以同时起到上下分隔腔室以及分隔阴极腔和阳极腔的作用，可以进一步简化分离装置1的结构，降低分离装置1的成本。
41.因此，根据本实用新型实施例的分离装置1具有集成度高、结构简单、体积小、安装方便等优点。
42.下面参考附图描述根据本实用新型具体实施例的分离装置1。
43.在本实用新型的一些具体实施例中，如图1-图4所示，根据本实用新型实施例的分离装置1包括箱体10和隔离件20。
44.有利地，如图3和图4所示，分离装置1还包括隔板50，隔板50将下阳极腔33分隔为相互连通的分离腔34和储水腔35，阳极进口11与分离腔34连通，阳极排水口14与储水腔35连通，隔板50在上下方向上位于阳极进口11下方，隔板50的一端与箱体10相连且另一端与隔离件20相连。这样可以利用隔板50进一步将下阳极腔33进行分隔，提高下阳极腔33内的气液分离效果。
45.具体而言，隔板50沿水平方向设置且一端与箱体10相连且另一端设置在第四折板24和第五折板25的连接处，隔板50上设有隔板过口，所述隔板过口连通分离腔34和储水腔35。这样可以便于分离腔34和储水腔35的连通。
46.更为有利地，如图3和图4所示，隔离件20在垂直于前后方向上的截面为折线形(上下、左右和前后方向如图中的箭头所示且仅为了便于表述，并非对于实际设置方向的限定)。这样可以便于使隔离件20同时实现上下分隔和阴极阳极的分隔，从而便于简化分离装置1的结构。
47.具体地，如图3和图4所示，隔离件20包括由上至下依次相连的第一折板21、第二折板22、第三折板23、第四折板24和第五折板25。这样可以利用五个直段将箱体10分隔为六个腔室，从而便于形成具有上中下三层腔室的阴极腔40以及具有上中下三层腔室的阳极腔30。
48.更为具体地，如图3和图4所示，上阳极腔31由第一折板21和箱体10共同限定出，中阳极腔32由第二折板22、第三折板23和箱体10共同限定出，下阳极腔33由第四折板24、第五折板25和箱体10共同限定出，上阴极腔41由第一折板21、第二折板22和箱体10共同限定出，中阴极腔42由第三折板23、第四折板24和箱体10共同限定出，下阴极腔43由第五折板25与箱体10共同限定出。这样可以便于隔离件20限定出各个腔室。
49.进一步地，如图3和图4所示，第一折板21的上端与箱体10的顶壁相连，所述第五折板的下端与箱体10的底壁相连，第一折板21的下端、第二折板22的两端、第三折板23的两端、第四折板24的两端和第五折板25的上端与箱体10的左右两侧壁间隔开。这样可以便于形成连通上阳极腔31与中阳极腔32的连通口，便于形成中阳极腔32与下阳极腔33的连通口，便于形成上阴极腔41与中阴极腔42的连通口，便于形成中阴极腔42与下阳极腔43的连通口，从而便于阳极腔30内的上下多个腔室相互连通，便于阴极腔40内的上下多个腔室相互连通。
50.更进一步地，如图3和图4所示，第一折板21、第二折板22、第三折板23、第四折板24和第五折板25中每相邻的两个连接为v形且连接处靠近箱体10的左侧壁或右侧壁。这样可以利用每两个相邻的折板在一侧形成大体为三角形的腔室且在另一侧形成连通两个腔室的开口，从而便于箱体10内多个腔室的形成。
51.具体而言，如图3和图4所示，第一折板21由箱体10的顶壁向下向左倾斜，第二折板22由第一折板21的下端向下向右倾斜，第三折板23由第二折板22的下端向下向左倾斜，第四折板24由第三折板23的下端向下向右倾斜，第五折板25由第四折板24的下端向下向左倾斜。这样可以利用倾斜的直段分隔空间，使每个直段既同时起到分隔左右和上下空间的作用，便于隔离件20实现上下多层和左右方向上阴极阳极的分隔。
52.可选地，如图3和图4所示，第三折板23和第四折板24的连接处较第一折板21和第二折板22的连接处靠近箱体10的左侧壁，第二折板22和第三折板23的连接处较第四折板24和第五折板25的连接处靠近箱体10的右侧壁。这样可以使连通上阳极腔31和中阳极腔32的过口大于连通中阳极腔32和下阳极腔33的过口，便于氢气进入上阳极腔31。
53.进一步地，如图1-图4所示，排氢口12和阴极出口16邻近箱体10的顶壁设置，阳极排水口14和阴极排水口17邻近箱体10的底壁设置。这样可以提高气液分离效果，且便于氢气和水的排出。
54.具体而言，阳极进口11形成在箱体10的左侧壁，排氢口12、排氮口13、阳极排水口14和阴极排水口17形成在箱体10的后壁，阴极进口15和阴极出口16形成在箱体10的右侧壁。
55.箱体10上还设有凸耳18。箱体10可以通过凸耳18安装在其他结构上。
56.阳极排水口14和阴极排水口17上连接有排水电磁阀。
57.下面描述根据本实用新型实施例的燃料电池系统。根据本实用新型实施例的燃料电池系统包括根据本实用新型上述实施例的分离装置1。
58.根据本实用新型实施例的燃料电池系统，通过利用根据本实用新型上述实施例的分离装置1，具有集成度高、结构简单、体积小、安装方便等优点。
59.根据本实用新型实施例的燃料电池系统的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
60.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
61.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。