一种气水分离装置的制作方法

1.本发明涉及分离装置的领域，尤其是涉及一种气水分离装置。


背景技术：

2.氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置。其基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极。在实际的氢燃料电池的阳极氢气系统中存在未完全反应的尾气，尾气中含有氢气、氮气和液态水，为了实现对尾气的循环再利用，需先将尾气中的液态水与氢气和氮气分离，再通过膜分离装置使氮气和氢气分离，实现对氢气的循环再利用。
3.相关技术可参考公告号为cn111129552b的中国专利公开了一种氢燃料电池系统及适用于其的循环氢气一体式处理装置及其工作方法，一体式处理装置包括壳体，壳体内部隔离为气水分液腔、富氢腔和富氮腔，壳体上设有尾气入口管，尾气入口管的一端位于壳体的外部，尾气入口管的另一端延伸至气水分液腔，且尾气入口管的该端设有气水分离结构；富氢腔中设有膜分离滤芯，膜分离滤芯的两端分别与第一隔板和第二隔板之间连接；膜分离滤芯能够使流体中的氢气渗透进入富氢腔，使流体中的氮气进入富氮腔；壳体上在气水分液腔、富氢腔和富氮腔处分别设有出口。
4.针对上述中的相关技术，在对液态水进行分离时，尾气通过尾气入口管进入气水分液腔中够形成旋流，液态水在尾气旋流的离心作用下于尾气处理装置的下端部汇聚排出，但有部分液态水经气流打散后将进入内管，易使经过液态水分离处理的尾气中仍存在液态水，液态水与膜分离滤芯接触后易发生液阻现象，使得氢气的分离效果不佳。


技术实现要素：

5.为了提升对氢气的分离效果，本技术提供一种气水分离装置。
6.本技术提供一种气水分离装置，采用如下的技术方案：一种气水分离装置，包括壳体，所述壳体内开设有分液腔，壳体沿宽度方向的一端固设有与分液腔相连通的进气管，壳体沿高度方向的一端固设有与分液腔相连通的第一排气管，壳体固设有挡风板，挡风板位于分液腔内且与第一排气管相对应；第一排气管设有第一换向阀，第一换向阀的两个输出端分别连接有第二排气管和第三排气管，壳体固设有两个分离箱，第二排气管和第三排气管分别与相对应的分离箱相连通；两个分离箱内均设有用于对液态水和氮气进行分离的分离组件，壳体下端部设有排液阀。
7.通过采用上述技术方案，进气管向分液腔内通入尾气，尾气在分液腔中实现对液态水的分离，但尾气将携带少量的液态水进入第一排气管内，第一换向阀使第二排气管和第三排气管交替闭合，进而使两个分离箱内的分离组件交替对尾气中的液态水和氮气进行分离，有利于减小完成分离的尾气中含有液态水和氮气的概率，便于提升对氢气的分离效果。
8.可选的，所述分离组件包括脱氮盒和脱水盒，脱水盒设于分离箱上端部，脱水盒内设有脱水分子筛；脱氮盒设于分离箱的下端部，脱氮盒内设有氮气分子筛，两个分离箱的下端部分别连接有第四排气管和第五排气管，两个分离箱连接有第六排气管和第七排气管，第六排气管和第七排气管与相对应的脱氮盒相连通。
9.通过采用上述技术方案，尾气通过第二排气管或第三排气管进入分离箱内，尾气先于脱水盒内的脱水分子筛接触，脱水分子筛可将尾气中的液态水进行吸附，氮气和氢气的混合气体将通过脱水盒与脱氮盒内的氮气分子筛相抵触，氢气和氮气的混合气体具有一定的压力，使氮气分子筛可对氮气进行吸附，有利于实现对氮气和液态水进行分离的效果。
10.可选的，所述进气管固设有调节管，调节管内滑动连接有两个调节板，进气管穿设有阀芯，阀芯沿长度方向的两端与相对应的调节板固定连接，进气管与调节管的下端部相连接，第一排气管与调节管的上端部相连接，调节管内设有对阀芯位置进行调节的调节组件。
11.通过采用上述技术方案，进气管和第一排气管存在压差，调节组件通过压差的变化对阀芯的位置进行调节，有利于实现对进气管流量进行调节的效果。
12.可选的，所述调节组件包括第一波纹管和第二波纹管，第一波纹管与进气管相连通，第二波纹管与第一排气管相连通，第一波纹管和第二波纹管分别与相对应的调节板固定连接。
13.通过采用上述技术方案，当进气管与第一排气管之间的压差变大时，第一波纹管延展，第二波纹管收缩，进而使阀芯上移使进气管的流量减小，便于实现对进气管的流量进行调节的效果。
14.可选的，所述调节管内沿周向固设有若干限位杆，限位杆穿设两个调节板且与调节板滑动连接，第一波纹管和第二波纹管的外壁均固设有若干限位环，限位环与相对应的限位杆滑动连接。
15.通过采用上述技术方案，限位杆与限位环配合，有利于减小第一波纹管和第二波纹管偏斜弯折的概率，便于实现对第一波纹管和第二波纹管进行限位的效果。
16.可选的，所述壳体内沿周向固定连接有第一螺旋板，第一螺旋板位于分液腔内，第一螺旋板固定连接有挡板。
17.通过采用上述技术方案，尾气进入分液腔后将形成气旋，液态水在气旋的离心作用下与壳体内壁相抵触，并逐渐与第一螺旋板相抵触，挡板有利于减小尾气将液态水带离的概率。
18.可选的，所述挡板下端部固定连接有引流板。
19.通过采用上述技术方案，引流板对与挡板相抵触的液态水进行引流，有利于提升尾气与液态水的分离效果。
20.可选的，所述第一排气管固定连接有挡水板，挡水板位于分液腔内。
21.通过采用上述技术方案，挡水板有利于减小第一排气管外壁上的水流入第一排气管的概率，进一步提升对液态水的分离效果。
22.综上所述，本技术包括以下至少一种气水分离装置有益技术效果：1.进气管向分液腔内通入尾气，尾气在分液腔中实现对液态水的分离，但尾气将携带少量的液态水进入第一排气管内，第一换向阀使第二排气管和第三排气管交替闭合，
进而使两个分离箱内的分离组件交替对尾气中的液态水和氮气进行分离，有利于减小完成分离的尾气中含有液态水和氮气的概率，便于提升对氢气的分离效果；2.尾气通过第二排气管或第三排气管进入分离箱内，尾气先于脱水盒内的脱水分子筛接触，脱水分子筛可将尾气中的液态水进行吸附，氮气和氢气的混合气体将通过脱水盒与脱氮盒内的氮气分子筛相抵触，氢气和氮气的混合气体具有一定的压力，使氮气分子筛可对氮气进行吸附，有利于实现对氮气和液态水进行分离的效果；3.进气管和第一排气管存在压差，调节组件通过压差的变化对阀芯的位置进行调节，有利于实现对进气管流量进行调节的效果。
附图说明
23.图1是一种气水分离装置的整体结构示意图。
24.图2旨在突显脱氮盒和脱水盒的位置示意图。
25.图3是图1中a部分的放大示意图。
26.图4旨在突显第六排气管和第七排气管的位置示意图。
27.图5旨在突显第一波纹管和第二波纹管位置示意图。
28.图6旨在突显限位杆和限位环的位置示意图。
29.附图标记说明：1、壳体；2、分离箱；3、分离组件；4、调节管；5、调节组件；11、分液腔；12、进气管；13、第一排气管；14、挡风板；15、第一换向阀；16、第二排气管；17、第三排气管；18、排液阀；21、第四排气管；22、第五排气管；23、第六排气管；24、第七排气管；31、脱氮盒；32、脱水盒；41、调节板；42、阀芯；43、限位杆；44、限位环；51、第一波纹管；52、第二波纹管；111、第一螺旋板；112、挡板；113、引流板；131、挡水板。
具体实施方式
30.以下结合全部附图对本技术作进一步详细说明。
31.本技术实施例公开一种气水分离装置。
32.参照图1和图2，一种气水分离装置，包括壳体1，壳体1内开设有分液腔11，壳体1沿宽度方向的一端固设有与分液腔11相连通的进气管12，尾气通过进气管12输送进分液腔11内。尾气进入分液腔11后将与壳体1内壁相抵触，尾气形成下降气旋，液态水在气旋的离心作用下逐渐汇集并与壳体1内壁相抵触。
33.参照图2和图3，壳体1内沿周向固定连接有第一螺旋板111，第一螺旋板111位于分液腔11内，液态水与壳体1内壁相抵触后在气旋的带动下与第一螺旋板111相抵触，第一螺旋板111固定连接有挡板112。挡板112对液态水进行阻挡，可减小与第一螺旋板111相抵触的液态水被气旋带走的概率。挡板112下端部固定连接有引流板113，引流板113可对与挡板112外侧相抵触的液态水进行引流，将液态水引流至第一螺旋板111上，进一步提升尾气与液态水的分离效果。
34.参照图1和图2，液态水在气旋的作用下逐渐下移，并在壳体1下端部积存，可实现对尾气中极大部分的液态水进行分离。壳体1下端部设有排液阀18，排液阀18可实现对液态水进行排放。壳体1沿高度方向的一端固设有与分液腔11相连通的第一排气管13，壳体1固设有挡风板14，挡风板14位于分液腔11内且与第一排气管13相对应，挡风板14对尾气进行
牵引，使尾气可通过第一排气管13排出。
35.参照图1和图2，第一排气管13固定连接有挡水板131，挡水板131位于分液腔11内，刚进入分液腔11的尾气中含有大量的液态水，液态水易顺沿第一排气管13的上端部下流，挡水板131可对第一排气管13上端部的液态水进行阻挡，减小第一排气管13外壁上的水流入第一排气管13的概率，挡水板131上的水受气旋带动再与分液腔11内壁相抵触，进一步提升对液态水的分离效果。
36.参照图1和图2，第一排气管13设有第一换向阀15，第一换向阀15的两个输出端分别连接有第二排气管16和第三排气管17，第一换向阀15使第二排气管16连通，第三排气管17闭合。壳体1固设有两个分离箱2，第二排气管16和第三排气管17分别与相对应的分离箱2相连通，尾气通过第二排气管16进入分离箱2内。
37.参照图1和图2，两个分离箱2内均设有分离组件3，分离组件3包括脱氮盒31和脱水盒32，脱水盒32设于分离箱2上端部，脱水盒32内设有脱水分子筛。尾气通过第二排气管16进入分离箱2内先与脱水盒32内的脱水分子筛相抵触，脱水分子筛可将尾气中少量的液态水进行吸附，进一步降低尾气中含有液态水的概率。
38.参照图1和图2，脱氮盒31设于分离箱2的下端部，脱氮盒31内设有氮气分子筛，经过脱水盒32的尾气进入脱氮盒31内与氮气分子筛相抵触，氢气和氮气的混合气体具有一定的压力，使氮气分子筛可对氮气进行吸附，实现对氮气和液态水进行分离的效果。氮气分子筛可采用sod分子筛，sod分子筛对氮气的吸附效果较好，相较于膜分离装置不易发生液阻现象，有利于提升对氢气的分离效果。
39.参照图2和图4，两个分离箱2分别连接有第四排气管21和第五排气管22，第四排气管21和第五排气管22连接有第二换向阀，第二换向阀使第四排气管21连通，第五排气管22闭合，第二换向阀的输出端设有氮气浓度测量传感器，完成氮气分离的氢气通过第四排气管21和第二换向阀排出，氮气浓度测量传感器对输出气体的氮气浓度进行测量。
40.参照图2和图4，由于氮气分子筛对氮气的吸附能力有限，待氮气分子筛吸附氮气趋于饱和时，氮气浓度测量传感器测量输出气流中氮气浓度抵达预设值，第一换向阀15使第二排气管16闭合，第三排气管17连通，第二排气阀使第四排气管21闭合，第五排气管22连通，实现对分离箱2的切换。
41.参照图2和图4，两个分离箱2连接有第六排气管23和第七排气管24，第六排气管23和第七排气管24连接有第三换向阀，第三换向阀使第六排气管23连通，第七排气管24闭合，使第六排气管23对所连接的分离箱2进行释压，使氮气分子筛所吸附的氮气脱附，两个分离箱2交替对氮气进行吸附，保障对氮气的分离效果。进入分离箱2的尾气中所含液态水的量较少，对脱水分子筛定期进行人工更换即可，脱水分子筛也可高温再生，实现重复使用。
42.参照图1和图5，实际的氢燃料电池的尾气回收系统其进气管12和第一排气管13的流量存在小范围波动，流量的波动将影响进气管12与第一排气管13之间的压差。进气管12固设有调节管4，调节管4内滑动连接有两个调节板41，进气管12穿设有阀芯42，阀芯42沿长度方向的两端与相对应的调节板41固定连接。
43.参照图1和图5，进气管12与调节管4的下端部相连接，第一排气管13与调节管4的上端部相连接，调节管4内设有调节组件5。调节组件5包括第一波纹管51和第二波纹管52，第一波纹管51与进气管12相连通，第二波纹管52与第一排气管13相连通，第一波纹管51和
第二波纹管52分别与相对应的调节板41固定连接。
44.参照图1和图5，当进气管12的流量变大时，进气管12的压力增加，进气管12与第一排气管13的压差增大，第一波纹管51延展，第二波纹管52收缩，第一波纹管51和第二波纹管52配合推动阀芯42上移，使进入分液腔11的气体流量减小，待进气管12的流量恢复至初始大小时，阀芯42在第一波纹管51和第二波纹管52的推动下复位。
45.参照图1和图5，当进气管12的流量变小时，进气管12的压力减小，进气管12与第一排气管13的压差增大，第一波纹管51收缩，第二波纹管52延展，第一波纹管51和第二波纹管52配合推动阀芯42下移，对进入分液腔11的气体流量减小，提升第一排气管13流量的下降速率，使进气管12和第一排气管13的压差趋于稳定。待进气管12的流量恢复至初始大小时，阀芯42在第一波纹管51和第二波纹管52的推动下上移复位。
46.参照图5和图6，调节管4内沿周向固设有若干限位杆43，限位杆43穿设两个调节板41且与调节板41滑动连接，限位杆43可对滑动板进行限位，可减小滑动板偏斜的概率。第一波纹管51和第二波纹管52的外壁均固设有若干限位环44，限位环44与相对应的限位杆43滑动连接。限位杆43与限位环44配合，可减小第一波纹管51和第二波纹管52偏斜弯折的概率，实现对第一波纹管51和第二波纹管52进行限位的效果。
47.本技术实施例一种气水分离装置的实施原理为：尾气通过进气管12输送进分液腔11内，尾气进入分液腔11后将与壳体1内壁相抵触，尾气形成下降气旋，液态水在气旋的离心作用下逐渐汇集并与壳体1内壁相抵触。液态水在气旋的作用下逐渐下移，并在壳体1下端部积存，可实现对尾气中极大部分的液态水进行分离，排液阀18对液态水进行排放。尾气通过第一排气管13排出。第一换向阀15使第二排气管16连通，第三排气管17闭合。尾气通过第二排气管16进入分离箱2内先与脱水盒32内的脱水分子筛相抵触，脱水分子筛可将尾气中少量的液态水进行吸附，进一步降低尾气中含有液态水的概率。经过脱水盒32的尾气进入脱氮盒31内与氮气分子筛相抵触，氢气和氮气的混合气体具有一定的压力，使氮气分子筛可对氮气进行吸附，实现对氮气和液态水进行分离的效果。氮气分子筛可采用sod分子筛，sod分子筛对氮气的吸附效果较好，相较于膜分离装置不易发生液阻现象，有利于提升对氢气的分离效果。
48.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种气水分离装置，包括壳体(1)，其特征在于：所述壳体(1)内开设有分液腔(11)，壳体(1)沿宽度方向的一端固设有与分液腔(11)相连通的进气管(12)，壳体(1)沿高度方向的一端固设有与分液腔(11)相连通的第一排气管(13)，壳体(1)固设有挡风板(14)，挡风板(14)位于分液腔(11)内且与第一排气管(13)相对应；第一排气管(13)设有第一换向阀(15)，第一换向阀(15)的两个输出端分别连接有第二排气管(16)和第三排气管(17)，壳体(1)固设有两个分离箱(2)，第二排气管(16)和第三排气管(17)分别与相对应的分离箱(2)相连通；两个分离箱(2)内均设有用于对液态水和氮气进行分离的分离组件(3)，壳体(1)下端部设有排液阀(18)。2.根据权利要求1所述的一种气水分离装置，其特征在于：所述分离组件(3)包括脱氮盒(31)和脱水盒(32)，脱水盒(32)设于分离箱(2)上端部，脱水盒(32)内设有脱水分子筛；脱氮盒(31)设于分离箱(2)的下端部，脱氮盒(31)内设有氮气分子筛，两个分离箱(2)的下端部分别连接有第四排气管(21)和第五排气管(22)，两个分离箱(2)连接有第六排气管(23)和第七排气管(24)，第六排气管(23)和第七排气管(24)与相对应的脱氮盒(31)相连通。3.根据权利要求1所述的一种气水分离装置，其特征在于：所述进气管(12)固设有调节管(4)，调节管(4)内滑动连接有两个调节板(41)，进气管(12)穿设有阀芯(42)，阀芯(42)沿长度方向的两端与相对应的调节板(41)固定连接，进气管(12)与调节管(4)的下端部相连接，第一排气管(13)与调节管(4)的上端部相连接，调节管(4)内设有对阀芯(42)位置进行调节的调节组件(5)。4.根据权利要求3所述的一种气水分离装置，其特征在于：所述调节组件(5)包括第一波纹管(51)和第二波纹管(52)，第一波纹管(51)与进气管(12)相连通，第二波纹管(52)与第一排气管(13)相连通，第一波纹管(51)和第二波纹管(52)分别与相对应的调节板(41)固定连接。5.根据权利要求4所述的一种气水分离装置，其特征在于：所述调节管(4)内沿周向固设有若干限位杆(43)，限位杆(43)穿设两个调节板(41)且与调节板(41)滑动连接，第一波纹管(51)和第二波纹管(52)的外壁均固设有若干限位环(44)，限位环(44)与相对应的限位杆(43)滑动连接。6.根据权利要求1所述的一种气水分离装置，其特征在于：所述壳体(1)内沿周向固定连接有第一螺旋板(111)，第一螺旋板(111)位于分液腔(11)内，第一螺旋板(111)固定连接有挡板(112)。7.根据权利要求6所述的一种气水分离装置，其特征在于：所述挡板(112)下端部固定连接有引流板(113)。8.根据权利要求1所述的一种气水分离装置，其特征在于：所述第一排气管(13)固定连接有挡水板(131)，挡水板(131)位于分液腔(11)内。

技术总结
本发明公开了一种气水分离装置，其包括壳体，壳体内开设有分液腔，壳体沿宽度方向的一端固设有与分液腔相连通的进气管，壳体沿高度方向的一端固设有与分液腔相连通的第一排气管，壳体固设有挡风板，挡风板位于分液腔内且与第一排气管相对应；第一排气管设有第一换向阀，第一换向阀的两个输出端分别连接有第二排气管和第三排气管，壳体固设有两个分离箱，第二排气管和第三排气管分别与相对应的分离箱相连通；两个分离箱内均设有用于对液态水和氮气进行分离的分离组件，壳体下端部设有排液阀。本申请有利于减小完成分离的尾气中含有液态水和氮气的概率，便于提升对氢气的分离效果。果。果。


技术研发人员：于莉 郭超 杨运 陶元绪
受保护的技术使用者：山东凯格瑞森能源科技有限公司
技术研发日：2023.04.08
技术公布日：2023/8/13