1.本技术涉及一种离心式水气分离器，尤其涉及用于离心式水气分离器的组合式涡旋分离组件。
背景技术：
2.在电动车辆的质子交换膜燃料电池中，水汽会伴随着燃料电池的运行而产生，一部分水汽会被气流带出燃料电池电堆，一部分由阴极排出，且进入到阳极循环中。排出的混合气体会因降温带来冷凝，进而在阳极循环气体中产生许多液态水。通常需要在燃料电池系统的阳极配有水气分离系统，对混合气体进行水气分离以排出液态水，以避免液态水进入电堆内，造成阳极水淹，从而加重氢循环泵的工作负荷，降低其性能甚至导致故障。
3.在现有的燃料电池水气分离系统中，所采用的起主导分离作用的大多是涡旋式水气分离器，其利用气流撞击叶轮时的离心作用来进行水气分离。这种分离器的涡旋分离组件形状构造比较复杂，因而多由塑料制成为一体部件，而且，随着当今3d打印技术的普及，常规的这种涡旋分离组件大多是用塑料材料打印成为一个完整的部件，以减少加工废料，提高加工精度。
4.一方面，因塑料制成的一体件易于在高的工作温度和压力下发生变形，使得叶轮会在变形之后往下掉，从而在涡旋分离组件和水气分离器壳体之间会产生干涉配合。
5.另一方面，用3d打印技术来制造这种水分离器的成本是非常昂贵的。
6.因此，需要提供一种制造成本低且不容易变形的涡旋分离组件来用于质子交换膜燃料电池的水气分离器中。
技术实现要素：
7.本技术的目的在于为质子交换膜燃料电池系统的水气分离器提供一种制造成本低且不容易变形的涡旋分离组件。
8.为此，本技术提供一种用于离心式水气分离器的涡旋分离组件，其包括：叶轮，其具有带有中心孔的中心柱和从所述中心柱径向延伸的叶片以及将所述叶片的尾端连接到一起的固定筒板；具有带有中心孔的中心柱和从所述中心柱径向延伸的第一板的第一部件，所述第一部件在与所述第一板相反的一端被接合到所述叶轮的中心柱的第一端上；以及具有带有中心孔的中心柱和从所述中心柱径向延伸的第二板的第二部件，所述第二部件在与所述第二板相反的一端被接合到所述叶轮的中心柱的第二端上，其中所述叶轮、所述第一部件和所述第二部件在它们的中心孔对齐的状态下被接合在一起。
9.其中，所述叶轮的中心孔的一端处具有直径增大的第一插孔，所述第一部件的中心柱在与第一板相反的一端具有直径减小的插入部，所述第一部件的插入部被插入到所述叶轮的所述第一插孔中并通过压配合被连接在一起。
10.并且，所述叶轮的中心孔的另一端处具有直径增大的第二插孔，所述第二部件的中心柱在与第二板相反的一端具有直径减小的插入部，所述第二部件的插入部被插入到所
述叶轮的所述第二插孔中并通过压配合被连接在一起。
11.可选地，所述叶轮的中心柱在要与第二部件配合的那端在轴向上从叶轮的端面缩进，使得组装后第二部件的第二板的下端面与叶轮的下端面齐平或者从叶轮的下端面缩进。
12.可选地，所述第一部件的中心柱和所述第二部件的中心柱均被直接插入到所述叶轮的中心孔中且被压配合到一起。
13.可选地，所述第二部件的第二板的外径小于所述固定筒板的内径且小于所述叶轮的外径。
14.可选地，所述叶轮、所述第一部件和所述第二部件均由金属材料制成。
15.可选地，所述第二部件的第二板的外径小于所述第一部件的第一板的外径。
16.可选地，所述第二部件的第二板的面向叶片的表面为倾斜表面。
17.本技术还涉及一种离心式水气分离器，其包括如上所述的涡旋分离组件。
18.本技术中采用具有上述结构的涡旋分离组件，通过将涡旋分离组件设置成由三个部件压配合在一起而形成，使得该涡旋分离组件可以由金属制成而不必限于传统的塑料3d打印技术，从而降低了制造成本且提高了涡旋分离组件的强度和使用寿命。
附图说明
19.从后述的详细说明并结合下面的附图将能更全面地理解本技术的前述及其它方面。需要指出的是，各附图的比例出于清楚说明的目的有可能不一样，但这并不会影响对本技术的理解。在附图中：
20.图1为根据本技术的涡旋分离组件的透视图；
21.图2为图1所示涡旋分离组件的侧视剖视图；
22.图3为图1所示涡旋分离组件的仰视图；
23.图4为根据本技术的涡旋分离组件中的第一部件的透视图；
24.图5为根据本技术的涡旋分离组件中的叶轮的透视图；并且
25.图6为根据本技术的涡旋分离组件中的第二部件的透视图。
具体实施方式
26.在本技术的各附图中，结构相同或功能相似的特征由相同的附图标记表示，附图并非严格按比例绘制，而是为了清楚起见有所夸大。
27.图1?3分别以透视图、侧视剖视图和仰视图示出了根据本技术一个实施例的涡旋分离组件，所述涡旋分离组件整体呈带有径向凹槽5的柱状，包括叶轮1以及分别在叶轮1的轴向两端与叶轮1相结合的第一部件2和第二部件3，由所述叶轮1、第一部件2和第二部件3构成的整个涡旋分离组件具有贯穿的中心孔4，在第一部件2和叶轮1之间形成所述凹槽5，在涡旋分离组件组装于燃料电池系统的水分离器中时，水气混合气体会通过与凹槽5连通的入口进入，然后穿过所述叶轮1的叶片16，例如在图2中从上至下穿过叶轮1的叶片16，并撞击叶片16，水气混合气体在离心作用下进行水?气分离，分离后的气体例如在图2中从下至上穿过涡旋分离组件的中心孔4，然后排出水分离器或进入到其他进一步的处理工艺。
28.图4?6分别示出了组装之前的根据本技术的涡旋分离组件中的第一部件2、叶轮1以及第二部件3。所述第一部件2和第二部件3如图2所示被接合到例如被压配合到所述叶轮1上，从而形成一个整体的涡旋分离组件。
29.如图5所示，叶轮1包括具有中心孔14的中心柱11和从中心柱11的外表面径向向外延伸的多个叶片12以及与所述中心柱11同轴延伸并将所述多个叶片12的尾端相连的固定筒板13，所述固定筒板13呈圆筒状。在一个实施方式中，所述固定筒板13沿着轴向上的长度大于所述叶片12沿着轴向上的长度，使得所有叶片12完全位于固定筒板13在轴向上的延伸范围之内。
30.在所述中心柱11的上、下两端处，在中心孔14的内壁上圆周地形成有带台阶的插孔15和插孔17(在图2中可见)，使得中心孔14由在轴向上位于中间的小径孔部和位于两端的大径孔插孔15、17构成。
31.如图2所示，中心柱11的上端与固定筒板13的上端齐平，中心柱11的下端相对于固定筒板13的下端向上偏移，从而距离叶轮1的下端面一段距离。
32.所述叶片16沿着中心柱11的圆周均匀地布置，叶片16的延伸方向可以平行于叶轮1的轴向，但是，叶片16也可以相对于中心柱11的轴向倾斜或弯曲布置。此外，叶片12的形状和布置也可以采用叶轮领域中已知的其他倾斜或弯曲形状。
33.叶轮1可以为模制的或以其他方式形成的一体部件，也可以是通过将单独形成的中心柱11、叶片16和固定筒板13连接到一起而形成的组合件。
34.叶轮1可以由金属材料制成。
35.如图4所示，所述第一部件2包括具有中心孔24的中心柱21和在中心柱21的一端径向延伸的第一板22，所述中心柱21的与第一板22相反的另一端具有插入部23，所述插入部23的外径等于或略大于叶轮1的中心柱11上端的插孔15的内径。
36.在组装时，所述第一部件2的插入部23被插入到所述叶轮1的插孔15中，并且通过压配合使插入部23和插孔15紧密配合到一起，或者，也可以使用本领域已知的其他手段被连接到一起，例如焊接等，在这种情况下，所述插入部23的外径可以等于或略小于叶轮1的中心柱11上端的插孔15的内径。在组装后，在第一板22与叶轮1的上端面之间形成间隙即图2中所示的凹槽5。
37.如图6所示，第二部件3也包括具有中心孔34的中心柱31和从中心柱31的一端径向延伸的第二板32，在中心柱31的与第二板32相反的一端具有插入部33，所述插入部33的外径等于或略大于所述叶轮1的中心柱11的插孔17的内径，在组装时，将第二部件3的插入部33插入到叶轮1的插孔17中，并通过压配合使得插入部33和插孔17紧密地配合到一起，或者也可以使用本领域已知的其他手段被连接到一起，例如焊接等，在这种情况下，插入部33的外径等于或略小于插孔17的内径。
38.所述第二板32的外径尺寸小于所述第一板22，并且所述第二板32的靠近插入部33的表面35为倾斜表面，该倾斜表面35被构造成随着远离中心柱31而如图2中所示向下倾斜，使得水?气混合物能沿着所述第二板32的倾斜表面35向外向下流动。
39.在本技术的实施例中，可以设置成使得组装后所述第二板32的下表面36与所述固定筒板13的下端齐平，即，处于相同的高度上，或者第二板32也可以从固定筒板13的下端的高度稍往上移位布置，使得从叶轮1的外部不能看到第二板32。在另一实施方式中，第二板32也可以设置成沿轴向位于比固定筒板13的下端更向下的位置处，从而在轴向上位于固定
筒板13之外。在每种情况下，所述第二板32的外径都优选设置成小于固定筒板13的内径，这在图3所示的涡轮分离组件的仰视图中也可以清楚地看出。
40.所述第二板32的外径可以设置成小于叶片16的外径。
41.所述第一部件2和第二部件3均可以用单一材料一体地形成。
42.所述第一部件2和第二部件3均可以由金属材料制成。
43.上述的描述仅是示例性的，也可以进行一些改动，例如，所述第一部件2的中心柱21上和所述第二部件3的中心柱31上均可以不设置插入部23、33，而是修改为，所述第一部件2的中心柱21和所述第二部件3的中心柱31均被直接插入到所述叶轮1的中心孔14中或者插入到叶轮1的中心孔14的插孔15、17中，且被压配合到一起，或者例如被焊接到一起。
44.如前所述，传统的水气分离器中的涡旋分离组件往往采用的是塑料材料通过3d打印而成，塑料材料容易变形且强度有限，并且3d打印的成本较高。在采用根据本技术涡旋分离组件设计时，涡旋分离组件通过机械加工被分成三个主要部件即叶轮1、第一部件2和第二部件3，且这三个部件可以由金属材料制成，这会降低与3d打印相比的制造成本，而且，三个主要部件最终使用例如干涉压配合连接，与塑料材料相比，在连接区域，这些主要部件将在工作环境(热和压力)下具有有限的变形。由三个部件压配合形成的涡旋分离组件比塑料材料更为可靠，能保持水分离器中涡旋分离组件的稳定，且没有功能上的失效。
45.尽管这里详细描述了本技术的特定实施方式，但它们仅仅是为了解释的目的而给出的，而不应认为它们对本技术的范围构成限制。在不脱离本技术精神和范围的前提下，各种替换、变更和改造可被构想出来。技术特征：
1.一种用于离心式水气分离器的涡旋分离组件，其特征在于，所述涡旋分离组件包括：叶轮，其具有带有中心孔的中心柱和从所述中心柱径向延伸的叶片以及将所述叶片的尾端连接到一起的固定筒板；具有带有中心孔的中心柱和从所述中心柱径向延伸的第一板的第一部件，所述第一部件在与所述第一板相反的一端被接合到所述叶轮的中心柱的第一端上；以及具有带有中心孔的中心柱和从所述中心柱径向延伸的第二板的第二部件，所述第二部件在与所述第二板相反的一端被接合到所述叶轮的中心柱的第二端上，其中所述叶轮、所述第一部件和所述第二部件在它们的中心孔对齐的状态下被接合在一起。2.根据权利要求1所述的涡旋分离组件，其特征在于，所述叶轮的中心孔的一端处具有直径增大的第一插孔，所述第一部件的中心柱在与第一板相反的一端具有直径减小的插入部，所述第一部件的插入部被插入到所述叶轮的所述第一插孔中并通过压配合被连接在一起。3.根据权利要求1所述的涡旋分离组件，其特征在于，所述叶轮的中心孔的另一端处具有直径增大的第二插孔，所述第二部件的中心柱在与第二板相反的一端具有直径减小的插入部，所述第二部件的插入部被插入到所述叶轮的所述第二插孔中并通过压配合被连接在一起。4.根据权利要求1所述的涡旋分离组件，其特征在于，所述叶轮的中心柱在要与第二部件配合的那端在轴向上从叶轮的端面缩进，使得组装后第二部件的第二板的下端面与叶轮的下端面齐平或者从叶轮的下端面缩进。5.根据权利要求1所述的涡旋分离组件，其特征在于，所述第一部件的中心柱和所述第二部件的中心柱均被直接插入到所述叶轮的中心孔中且被压配合到一起。6.根据权利要求1所述的涡旋分离组件，其特征在于，所述第二部件的第二板的外径小于所述固定筒板的内径且小于所述叶轮的外径。7.根据权利要求1所述的涡旋分离组件，其特征在于，所述叶轮、所述第一部件和所述第二部件均由金属材料制成。8.根据权利要求1所述的涡旋分离组件，其特征在于，所述第二部件的第二板的外径小于所述第一部件的第一板的外径。9.根据权利要求1所述的涡旋分离组件，其特征在于，所述第二部件的第二板的面向叶片的表面为倾斜表面。10.一种离心式水气分离器，其特征在于，包括根据权利要求1?9中任一项所述的涡旋分离组件。
技术总结
一种涡旋分离组件和离心式水气分离器，涡旋分离组件包括：叶轮，其具有带中心孔的中心柱和从中心柱径向延伸的叶片及将叶片尾端连接到一起的固定筒板；具有带有中心孔的中心柱和从中心柱径向延伸的第一板的第一部件，第一部件在与第一板相反的一端接合到叶轮的中心柱的第一端上；以及具有带有中心孔的中心柱和从中心柱径向延伸的第二板的第二部件，第二部件在与第二板相反的一端接合到叶轮的中心柱的第二端上，其中叶轮、第一部件和第二部件在其中心孔对齐的状态下被压配合在一起。本申请的涡旋分离组件被分成三个主要部件通过机械加工来加工，且这三个部件可以由金属材料制成，降低了与3D打印相比的制造成本，且提高了涡旋分离组件的稳定性。涡旋分离组件的稳定性。涡旋分离组件的稳定性。
技术研发人员：赵后辽 赵猛 刘杨 张吉峰 沈华梁
受保护的技术使用者：罗伯特
技术研发日：2021.05.13
技术公布日：2021/12/21
声明：
“涡旋分离组件和离心式水气分离器的制作方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：罗伯特
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2024年08月07日 ~ 09日 
