燃料电池发动机氢气系统用气水分离器

420 编辑：中冶有色技术网来源：潍柴动力股份有限公司

2023-11-29 15:19:00

权利要求书： 1.一种燃料电池发动机氢气系统用气水分离器，包括壳体（1）和设置在所述壳体（1）内的导流器（2），其特征在于，所述导流器（2）包括通气管（8）、导流管（10）以及导流块（9），所述通气管（8）位于所述导流管（10）的上方，且所述通气管（8）与所述导流管（10）相通；

所述导流块（9）设置在所述导流管（10）的上端面上，所述导流块（9）为多个，多个所述导流块（9）围绕所述通气管（8）螺旋布置，相邻的两个所述导流块（9）之间形成导流道（12）；

所述导流管（10）与所述壳体（1）的内壁之间形成供混合氢气作离心运动的运动空间，所述通气管（8）的上端口供氢气排出;在所述导流块（9）的外表面上设置有外螺纹，所述壳体（1）的内壁上设置有与所述外螺纹配合的内螺纹；

在径向方向上，所述导流管（10）相对于所述导流块（9）向内收缩。

2.根据权利要求1所述的燃料电池发动机氢气系统用气水分离器，其特征在于，所述导流块（9）为弧形结构。

3.根据权利要求1所述的燃料电池发动机氢气系统用气水分离器，其特征在于，所述壳体（1）的底部设置有排水电磁阀（6）。

4.根据权利要求3所述的燃料电池发动机氢气系统用气水分离器，其特征在于，所述排水电磁阀（6）具有自加热功能。

5.根据权利要求1所述的燃料电池发动机氢气系统用气水分离器，其特征在于，所述壳体（1）的外表面上设置有加热装置。

6.根据权利要求5所述的燃料电池发动机氢气系统用气水分离器，其特征在于，所述加热装置为PTC加热片（5）。

7.根据权利要求1所述的燃料电池发动机氢气系统用气水分离器，其特征在于，还包括排气管（3），所述排气管（3）沿着所述壳体（1）的径向插入所述壳体（1）内，所述通气管（8）的上端插入所述排气管（3）中。

8.根据权利要求7所述的燃料电池发动机氢气系统用气水分离器，其特征在于，所述壳体（1）上与所述排气管（3）配合的插孔处设置有密封垫（4），所述排气管（3）的外表面上设置有环凸，所述环凸将所述密封垫（4）压紧在所述壳体（1）上。

9.根据权利要求1所述的燃料电池发动机氢气系统用气水分离器，其特征在于，所述壳体（1）的顶部设置有混合氢气进口（7），所述混合氢气进口（7）的开口朝上。

说明书：一种燃料电池发动机氢气系统用气水分离器技术领域[0001] 本发明涉及燃料电池发动机氢气系统领域，更具体地说，涉及一种燃料电池发动机氢气系统用气水分离器。背景技术[0002] 在燃料电池发动机系统中，通常需要向燃料电池阳极侧通入计量比大于1的氢气量。反应后的混合气中仍然含有大量的氢气。为了降低成本，提高氢气利用率，通常在电堆前后并联一台氢气循环泵，氢气循环泵用于氢气的循环。未反应的氢气在氢气循环泵的作用下形成循环气路。循环气路中存在液态水，该液态水由燃料电池电堆产生。如果不能及时将产生的液态水排出，会造成阳极水淹，导致燃料电池和循环泵性能下降，严重时会造成发动机急停。因此，本领域技术人员在燃料电池电堆出口和氢气循环泵之间增设了气水分离器。气水分离器用于将混合氢气中的液态水分离出。[0003] 常用的气水分离器包括旋风式气水分离器，旋风式气水分离器主要包括壳体、设置于壳体内的导流器。导流器用于使混合氢气沿着壳体的内壁作螺旋向下的离心运动。在混合氢气作离心运动时，混合氢气中的液态水在重力的作用下会不断下移，而氢气则会通过导流管的内腔上移到通气管中，进而从排气口排出。[0004] 但是，现有的旋风式气水分离器中的导流器的固定方式较为复杂，且无法确保导流器的稳定性。[0005] 因此，如何简化导流器的固定方式，提高导流器的稳定性，是本领域技术人员亟待解决的关键性问题。发明内容[0006] 本发明的目的是简化导流器的固定方式，提高导流器的稳定性。为实现上述目的，提供了如下技术方案：[0007] 一种燃料电池发动机氢气系统用气水分离器，包括壳体和设置在所述壳体内的导流器，所述导流器包括通气管、导流管以及导流块，所述通气管位于所述导流管的上方，且所述通气管与所述导流管相通；[0008] 所述导流块设置在所述导流管的上端面上，所述导流块为多个，多个所述导流块围绕所述通气管螺旋布置，相邻的两个所述导流块之间形成导流道；[0009] 所述导流管与所述壳体的内壁之间形成供混合氢气作离心运动的运动空间，所述通气管的上端口供氢气排出。[0010] 优选地，在径向方向上，所述导流管相对于所述导流块向内收缩。[0011] 优选地，所述导流块为弧形结构。[0012] 优选地，所述壳体的底部设置有排水电磁阀。[0013] 优选地，所述排水电磁阀具有自加热功能。[0014] 优选地，所述壳体的外表面上设置有加热装置。[0015] 优选地，所述加热装置为PTC加热片。[0016] 优选地，还包括排气管，所述排气管沿着所述壳体的径向插入所述壳体内，所述通气管的上端插入所述排气管中。[0017] 优选地，所述壳体上与所述排气管配合的插孔处设置有密封垫，所述排气管的外表面上设置有环凸，所述环凸将所述密封垫压紧在所述壳体上。[0018] 优选地，所述壳体的顶部设置有混合氢气进口，所述混合氢气进口的开口朝上。[0019] 从上述技术方案可以看出，本发明中的导流器包括通气管、导流管以及导流块。通气管位于导流管的上方，且通气管与导流管相通。导流块设置在导流管的上端面上，多个导流块围绕通气管螺旋布置。导流块的外表面上设置有外螺纹，壳体的内壁上设置有与外螺纹配合的内螺纹。那么直接将导流块旋拧在壳体的内壁上即可实现导流器的固定。即本发明中的导流器是旋拧在壳体的内壁上，该种固定方式不仅结构简单、便于操作，而且螺纹连接能够确保导流器的稳定性，从而确保分离作业的顺利进行。附图说明[0020] 为了更清楚地说明本发明实施例中的方案，下面将对实施例中描述所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0021] 图1为本发明一具体实施例提供的一种燃料电池发动机氢气系统用气水分离器的剖视图；[0022] 图2为本发明一具体实施例提供的导流器的整体结构示意图。[0023] 其中，1为壳体、2为导流器、3为排气管、4为密封垫、5为PTC加热片、6为排水电磁阀、7为混合氢气进口、8为通气管、9为导流块、10为导流管、11为外螺纹、12为导流道、13为密封圈。具体实施方式[0024] 本发明公开了一种燃料电池发动机氢气系统用气水分离器，该气水分离器中的导流器的固定方式较简单，且导流器具有较高的稳定性。[0025] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。[0026] 本发明中的燃料电池发动机氢气系统用气水分离器包括壳体1和导流器2。导流器2设置在壳体1内部。导流器2具体包括：通气管8、导流管10以及导流块9。通气管8与导流管

10同轴布置，通气管8位于导流管10的上方，且通气管8与导流管10相通。导流块9为多个，多个导流块9设置在导流管10的上端面上。通气管8的直径小于导流管10的直径。多个导流块9围绕通气管8成螺旋布置。相邻两个导流块9之间形成导流道12。导流管10与壳体1之间具有间隙，从而使混合氢气在该间隙中沿着壳体1的内壁作离心运动。

[0027] 混合氢气进入到壳体1中后，在遇到导流块9后，会在导流块9的作用下向四周扩散，并通过导流道12撞击到壳体1内壁上，由于导流块9为螺旋布置，因此此时的混合氢气形成了沿着壳体1内壁的螺旋运动，而在后续的混合氢气的推动作用下，混合氢气形成了螺旋向下的离心运动。混合氢气在沿着壳体1的内壁作离心运动时，其中的液态水在自身重力的作用下不断下移，汇集到壳体1的底部。而分离出的氢气则会进入到导流管10的内腔中，并通过通气管8的上端口排出。[0028] 在本发明中，在导流块9的外表面上，或者说在导流块9背对通气管8的侧面上设置了外螺纹11。壳体1的内壁上设置了与该外螺纹11配合的内螺纹。将导流块9旋拧在壳体1的内壁上后也就实现了导流器2的固定。螺纹连接的方式不仅结构简单、便于操作，而且螺纹连接能够确保导流器2的稳定性，从而确保分离作业的顺利进行。[0029] 为了确保导流管10与壳体1之间具有足够的间隙，以使混合氢气在该间隙中作离心运动，本发明特作出以下设计：导流管10的外径小于多个导流块9围成的圆的外径。或者说，在径向方向上，导流管10相对于导流块9向内收缩。[0030] 为了减小导流块9对混合氢气的阻力，本发明特意将导流块9设置为弧形结构。弧形结构的导流块9能够平缓地改变混合氢气的移动方向，从而削弱了对混合氢气的阻力，使混合氢气保持较高的速度，从而形成明显的离心运动。[0031] 对混合氢气进行分离后，分离出的液态水会汇集在壳体1的底部。如果在寒冷的冬季，壳体1底部可能会出现结冰，那么壳体1内的水便无法排出，从而导致分离作业无法顺利进行。为此，本发明设计出了如下方案：在壳体1底部的排水口处安装了排水电磁阀6。在壳体1底部的水量达到一定高度后，排水电磁阀6便自动打开，使水排出。进一步地，该排水电磁阀6具有自加热功能，即排水电磁阀6能够向周围传递热量，从而阻止壳体1底部的水结冰。[0032] 另外，还可以在壳体1的外表面上设置加热装置。在外部环境温度低于设定值时，加热装置启动，对壳体1进行加热，从而进一步阻止壳体1底部的水结冰。具体地，可以将加热装置优选为PTC加热片5。PTC加热片5具有热阻小、换热效率高等优点。[0033] 接下来介绍氢气的排出方案：分离出的氢气进入到导流管10的内腔，之后上移进入到通气管8中，之后继续上移进入到排气管3中，最终通过循环气路进入到燃料电池中。而排气管3是沿着壳体1的径向插入到壳体1内，通气管8的上端插入到排气管3中，如此，通气管8便与排气管3相通。[0034] 为了确保排气管3与壳体1之间的密封性能，在壳体1上与排气管3配合的插孔处设置了密封垫4。而为了实现对密封垫4的固定，本发明还在排气管3上设置了环凸。环凸围绕排气管3的周向布置。环凸将密封垫4压紧在壳体1上。[0035] 在本发明中，混合氢气是通过混合氢气进口7进入到壳体1中，而混合氢气进口7设置在壳体1的顶部，且开口朝上。如此设置，能够确保混合氢气形成螺旋向下的离心运动。[0036] 本发明中的壳体包括上盖和下壳两部分。上盖扣合在下壳上形成整体的壳体。排气管3设置在上盖上。上盖和下壳之间设置有密封圈13。下壳上设置有用于容置密封圈13的凹槽，上盖上设置有用于挤压密封圈13的凸起。[0037] 最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。[0038] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。[0039] 所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。