一种气水分离器的制作方法

1.本发明涉及气水分离技术领域，尤其涉及一种气水分离器。


背景技术：

2.氢燃料系统中在供入氢气之前需要将电堆中的氢气经过气水分离系统，以分离氢气中混杂的水汽，然后通过气体收集管收集分离后的气体，经气体出口管与引射器或氢循环泵相连。现有技术中的气水分离器通常采用多重挡板式结构或者漩涡式结构来实现气水分离。
3.多重挡板式结构的气水分离器是在分离腔内设置多重挡板，并且多重挡板位于气水混合物的路径上，依靠水汽撞击多重挡板液化，进而将混杂的水汽阻挡下来，并聚集成液滴，因为多重挡板阻碍了气体流动，会造成很大的压损，不利于气体的流动，进而会影响水气分离的效率。
4.漩涡式结构的气水分离器，通过将气水混合物经过分离腔的腔壁螺运动，旋使得水汽液化于腔壁达到气水分离的效果。
5.但是，现有技术中的漩涡式结构气水分离器，气体收集管的进气口通常沿竖直向上的方向开设，而水容易在分离腔的腔壁积聚，特别是分离腔顶壁的水，容易滴落至进气口，影响气水分离的效果。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种气水分离器，通过在进气口上方设置防水结构，以阻止分离腔顶壁的水滴落至集气管的进气口。
7.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
8.一种气水分离器，包括进口、排液口、分离腔和伸入所述分离腔中的集气管，所述集气管的进气口竖直向上，所述气水分离器还包括防水结构；
9.所述防水结构设置于所述进气口上方，所述防水结构的下表面为内凹的防水面，且所述防水结构的外缘尺寸大于所述进气口的直径。
10.作为优选，所述防水结构包括转接杆和防水头，所述转接杆的顶端固定于所述分离腔的顶壁，所述防水头设置在所述转接杆的底端，所述防水面设置于所述防水头。
11.作为优选，所述防水头还具有引导面，所述引导面的顶端连接于所述转接杆，所述引导面的底端连接于所述防水面。
12.作为优选，所述集气管包括相互连通的第一段和第二段，所述进气口位于所述第一段，所述第二段伸入所述分离腔，所述第二段的直径大于所述第一段的直径，且所述第一段位于所述第二段上方。
13.作为优选，所述集气管固定套设有挡流件，所述挡流件呈截头锥形或截头球形，所述挡流件具有第一端和第二端，所述第一端位于所述第二端的上方，所述挡流件的轴线沿竖直方向设置，所述第一端的直径小于所述第二端的直径，所述第一端与所述进气口齐平。
14.作为优选，所述挡流件呈截头圆锥形，所述挡流件的锥形角位于45
°‑
60
°
之间。
15.作为优选，所述防水面为球面。
16.作为优选，所述分离腔的腔壁设置有阻水结构，所述阻水结构用于将水从气水混合物中分离。
17.作为优选，所述阻水结构为pvc网。
18.作为优选，所述进口的延伸方向垂直于所述进气口的延伸方向，所述进气口的高度高于所述进口的高度。
19.本发明的有益效果：本发明提供的气水分离器，通过在集气管的进气口上方设置防水结构，防水结构具有内凹设置的防水面，可将防水面表面液化附着的水由防水面的顶点引导至防水面的外缘，且沿竖直方向，防水面的外缘能覆盖进气口，从而水滴从外缘滴落不容易进入至进气口，具有较优的防水效果。
附图说明
20.图1是本发明一种气水分离器的整体结构剖视图；
21.图2是本发明一种气水分离器中转接杆和防水头的结构图；
22.图3是本发明一种气水分离器中防水结构与进气口的距离示意图；
23.图4是本发明一种气水分离器中挡流件的结构图；
24.图5是本发明一种气水分离器中挡流件的俯视图；
25.图6是本发明一种气水分离器中支架的结构图。
26.图中：
27.100、分离腔；
28.1、壳体；11、集水部；111、进口；12、排水部；121、排液口；
29.2、集气管；21、第一段；211、进气口；22、第二段；
30.3、防水结构；31、转接杆；32、防水头；321、防水面；3211、顶点；3212、外缘；322、引导面；
31.4、挡流件；41、第一端；42、第二端；
32.5、支架；51、安装孔；52、支腿；53、连接片。
具体实施方式
33.下面结合附图和实施方式进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
34.在本发明的描述中，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；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发明中的具体含义。
35.在本发明中，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。
36.现有技术中，通过气水分离器将气体和水进行分离，可用于将水汽从氧气、二氧化碳等气体中的任一种分离。以用于氢气和水的分离为例，在氢燃料系统中在供入氢气之前，需通过气水分离器将氢气中的水分离，将分离后的氢气输送至储气设备储存。
37.具体地，如1图和图2所示，本实施例提供一种气水分离器，包括壳体1和集气管2，壳体1具有分离腔100和连通至分离腔100的进口111和排液口121，气水混合物在高压下从进口111排入分离腔100并于分离腔100内高速旋转，在旋转的过程中，使得水汽在分离腔100的腔壁以及分离腔100内部各部件的表面附着并液化成水滴从排液口121流出，排液口121处设置有水阀，用于控制排水的流量。集气管2穿设于壳体1，集气管2具有位于分离腔100的进气口211，进气口211竖直向上设置，气体由进气口211收集经集气管2运输至储气设备，集气管2的排气端口设置有气阀，用于控制排气量。现有技术中，在分离腔100的顶壁积聚的水滴落的时候，水容易滴落到下方的进气口211中，影响气水分离的效果。
38.对此，本实施例提供的气水分离器还包括防水结构3，防水结构3设置于分离腔100的腔壁，防水结构3具有防水面321，防水面321包括内凹的顶点3211和外缘3212，顶点3211位于外缘3212的上方，防水面321表面附着的水在自身重力的作用下能由顶点3211流向外缘3212，在防水面321积聚的水滴以及滴落至防水结构3的水滴，将仅从外缘3212处滴落，外缘3212范围内不会有水滴落。进一步地，沿竖直方向，进气口211位于外缘3212的范围内。也就是说，在竖直方向上，进气口211被防水面321完全覆盖，这样进气口211被防护在防水面321的下方，进一步保证水不会滴落至进气口211内。
39.防水面321可为球面、圆锥面、多棱锥面。防水面321还可为弧形面，可以理解的是，当防水面321为弧形面时，防水面321具有多个顶点，多个顶点紧密相连且连接成线。其中，本实施例中防水面321优选为球面，球面对水的引导效果最优，球面上不存在转折的点，水不容易在防水面321上流动的过程中滴落。
40.具体地，进口111的延伸方垂直于进气口211的延伸方向，进气口211的高度高于进口111的高度，一方面，可增加气体于分离腔100内的移动路径的长度，使气体于分离腔100内保持更长的时间，保证分离效果。另一方面，相比于进气口211的高度低于进口111的高度，分离腔100腔壁滴落的水滴不容易被气流携带直接进入至进气口211。
41.具体地，分离腔100的腔壁设置有阻水结构，能有效增大与气水混合物绕分离腔100的腔壁运动时的接触面积，增强水汽液化的效果，进而提升气水分离的效果。本实施例提供的气水分离器，通过在分离腔100的腔壁设置有阻水结构，能够有效降低进气压损，保证气水分离效果。具体地，阻水结构为pvc网，pvc网具有良好的耐湿及耐腐蚀性，不易损坏，分离腔100的腔壁铺设有pvc网，气水混合物中的水将被pvc网的网状结构阻拦，随后沿着分离腔100的内壁流到排液口121，更进一步地，pvc网可通过胶水粘贴在分离腔100的腔壁，无需额外设置固定件，或者使用环形卡箍将pvc网固定于分离腔100的腔壁，使得pvc网与分离腔100的腔壁连接更加的牢固。在其他的实施例中，阻水结构还可为凸设于容纳腔的腔壁的凸起结构。
42.具体地，所述分离腔100具有环形侧壁，所述环形侧壁的中心线和所述进气口211的中心线重合，所述进口111的延伸方向与所述环形侧壁的圆周方向相切。如此设置，进入分离腔100的气水混合物将绕分离腔100的圆周方向高速旋转，避免集气管2阻碍进气，可进一步效降低进气压损，保证气水分离效果。
43.具体地，气水分离器的壳体1包括集水部11和排水部12，集水部11螺接于排水部12，且集水部11和排水部12围设成空腔，集水部11和排水部12拆装方便，便于对内部零件维护。具体地，集水部11位于排水部12上方，进口111设于集水部11，防水结构3设置于集水部11，排液口121设于排水部12的下端。集气管2穿设于排水部12，且集气管2和排水部12设有o型圈进行密封，提升分离腔100的气密性。
44.具体地，分离腔100具有上下两个部分，上部分呈圆柱状，下部分呈漏斗状，进口111连通于上部分，排液口121设置于下部分的底部，有利于水进行收集。
45.可选地，如图2所示，防水结构3包括转接杆31和防水头32，转接杆31的顶端固定于分离腔100的顶壁，防水头32设置在转接杆31的底端，防水面321设置于防水头32，更进一步地，本实施例中，转接杆31螺接于分离腔100的腔壁，防水头32螺接连接于在转接杆31上，拆卸安装方便，便于维修更换，防水面321设置在防水头32上，可以根据实际情况选用不同长度规格的转接杆31，亦或不同大小的防水头32，进而调节防水面321与进气口211之间的距离，以及不同的覆盖程度，具有较宽泛的适用范围。在其他的实施例中，转接杆31与分离腔100的顶壁还可根据需要采用螺栓等固定件连接，使得连接更稳固，或是在分离腔100的腔壁开设插接口，转接杆31插接于插接口，无需其他额外零部件，转接杆31与防水头32的连接也可采用螺栓连接或者插接连接，在此不做过多的限制。
46.可选地，如图3所示，外缘3212、进气口211均呈圆形，外缘3212的中心线与进气口211的中心线重合，外缘3212的半径与进气口211的半径差值为l1,外缘3212与进气口211的垂直距离为l2，进气口211进气的气流流速越快时，l1和l2应对应增大设置。可以理解的是，分离腔100内的气体最终会流向进气口211，从而进气口211处气流的方向都是朝向进气口211的，当水从外缘3212滴落的过程中，在气流的吹动下，会向进气口211处移动，l1和l2应对应增大设置，外缘3212处的水在自由滴落至进气口211所处高度的过程中，不会被气流携带并落入至进气口211。在本实施例中l1为2.5
‑
3mm，l2为5
‑
10mm，具体地，l1设置为2.5mm、3mm、3.5mm、4mm或5mm，l2设置为5mm、5.5mm、6mm、6.5mm、7mm、7.5mm、8mm、8.5mm、9mm、9.5mm或10mm。
47.可选地，防水头32还具有引导面322，引导面322顶端连接于转接杆31，底端连接于外缘3212，引导面322能够将其表面凝结或者沿转接杆31滴落的水引导至外缘3212，防止水积聚于转接杆31。
48.可选地，转接杆31的外径小于防水头32的外径，使得转接杆31周面面积小，转接杆31表面形成的水较少，减少由防水面321滴落的水量，避免水量过大导致气水二度混合，且质量轻更易于安装拆卸，节省制造材料。
49.作为其中的一种可替代方案，防水结构3为开设于分离腔100的腔壁的凹槽，防水面321为凹槽的槽壁，无需增加其他额外零部件，只需调节进气口211与防水面321之间的距离控制进气的气流流速达到良好的气水分离效果，使得气水分离器的结构更加简单。
50.具体地，集气管2包括相互连通的第一段21和第二段22，进气口211位于第一段21，
第二段22穿设于壳体1，第二段22的直径大于第一段21的直径，第一段21和第二段22的连接处形成台阶面，第二段22周面凝结的水在气流的作用下向上移动至与第一段21连接处拐点方向将发生改变，由于气流的流向朝向于进气口211，对于该台阶面的影响将会降低，水不容易被气流继续向上吹动。
51.具体地，如图4和图5所示，进气口211套设有挡流件4，挡流件4螺接于进气口211，安装拆卸方便，挡流件4沿进气口211的边缘向外延伸，挡流件4呈截头锥形或者截头球形，在本实施例中，挡流件4呈截头球形，挡流件4的第一端41的直径小于第二端42的直径，挡流件4的第一端41与进气口211的边缘齐平。可以理解的是，由于气体最终需进入至进气口211，从而在进入进气口211气流的作用下，集气管2外周面且邻近进气口211的部分凝结的水滴，容易在气流的携带下克服重力并向进气口211处流动，通过设置截头球形的挡流件4则可有效将进气口211边缘处以及球面凝结的水沿球面流动至边缘滑落。
52.具体地，作为本实施例的一种优选方案，挡流件4呈截头锥形，易于加工，挡流件4的轴线沿竖直方向设置，即便在进气口211处液化的水也会沿着挡流件4的锥形表面滴落，更进一步地，挡流件4可以为截头圆锥形结构也可以为截头棱锥形结构，挡流件4的锥形角位于45
°‑
60
°
之间，挡流件4的锥角与进气口211进气的气流速度负相关，增大锥角相当于减小上述l1，在此角度范围内，水不会随气流沿着挡流件4表面向上移动，优选地，锥形角为45
°
、50
°
、55
°
或60
°
，挡流效果好。
53.具体地，如图6所示，还包括设置于分离腔100侧壁的安装支架5，安装支架5上开设有安装孔51，集气管2穿设于安装孔51以限制集气管2在分离腔100内的相对位置，防止集气管2在气流影响下晃动改变位置，进而会影响气水分离集气的效果。安装支架5上设置有多个安装支腿52，任意两个间隔的支腿52，与分离腔100的腔壁围设成的开口，便于分离腔100壁液态水经过开口流向排液口121。安装支腿52上设置有连接片，连接片连接于分离腔100的腔壁，在本实施例中，可在连接片上开设定位孔，通过固定件将连接片紧固在分离腔100的腔壁。
54.显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。