1.本技術(shù)涉及一種離心式水氣分離器，尤其涉及用于離心式水氣分離器的組合式渦旋分離組件。

背景技術(shù)：

2.在電動車輛的質(zhì)子交換膜燃料電池中，水汽會伴隨著燃料電池的運行而產(chǎn)生，一部分水汽會被氣流帶出燃料電池電堆，一部分由陰極排出，且進入到陽極循環(huán)中。排出的混合氣體會因降溫帶來冷凝，進而在陽極循環(huán)氣體中產(chǎn)生許多液態(tài)水。通常需要在燃料電池系統(tǒng)的陽極配有水氣分離系統(tǒng)，對混合氣體進行水氣分離以排出液態(tài)水，以避免液態(tài)水進入電堆內(nèi)，造成陽極水淹，從而加重氫循環(huán)泵的工作負荷，降低其性能甚至導致故障。

3.在現(xiàn)有的燃料電池水氣分離系統(tǒng)中，所采用的起主導分離作用的大多是渦旋式水氣分離器，其利用氣流撞擊葉輪時的離心作用來進行水氣分離。這種分離器的渦旋分離組件形狀構(gòu)造比較復雜，因而多由塑料制成為一體部件，而且，隨著當今3d打印技術(shù)的普及，常規(guī)的這種渦旋分離組件大多是用塑料材料打印成為一個完整的部件，以減少加工廢料，提高加工精度。

4.一方面，因塑料制成的一體件易于在高的工作溫度和壓力下發(fā)生變形，使得葉輪會在變形之后往下掉，從而在渦旋分離組件和水氣分離器殼體之間會產(chǎn)生干涉配合。

5.另一方面，用3d打印技術(shù)來制造這種水分離器的成本是非常昂貴的。

6.因此，需要提供一種制造成本低且不容易變形的渦旋分離組件來用于質(zhì)子交換膜燃料電池的水氣分離器中。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

7.本技術(shù)的目的在于為質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)的水氣分離器提供一種制造成本低且不容易變形的渦旋分離組件。

8.為此，本技術(shù)提供一種用于離心式水氣分離器的渦旋分離組件，其包括：葉輪，其具有帶有中心孔的中心柱和從所述中心柱徑向延伸的葉片以及將所述葉片的尾端連接到一起的固定筒板；具有帶有中心孔的中心柱和從所述中心柱徑向延伸的第一板的第一部件，所述第一部件在與所述第一板相反的一端被接合到所述葉輪的中心柱的第一端上；以及具有帶有中心孔的中心柱和從所述中心柱徑向延伸的第二板的第二部件，所述第二部件在與所述第二板相反的一端被接合到所述葉輪的中心柱的第二端上，其中所述葉輪、所述第一部件和所述第二部件在它們的中心孔對齊的狀態(tài)下被接合在一起。

9.其中，所述葉輪的中心孔的一端處具有直徑增大的第一插孔，所述第一部件的中心柱在與第一板相反的一端具有直徑減小的插入部，所述第一部件的插入部被插入到所述葉輪的所述第一插孔中并通過壓配合被連接在一起。

10.并且，所述葉輪的中心孔的另一端處具有直徑增大的第二插孔，所述第二部件的中心柱在與第二板相反的一端具有直徑減小的插入部，所述第二部件的插入部被插入到所

述葉輪的所述第二插孔中并通過壓配合被連接在一起。

11.可選地，所述葉輪的中心柱在要與第二部件配合的那端在軸向上從葉輪的端面縮進，使得組裝后第二部件的第二板的下端面與葉輪的下端面齊平或者從葉輪的下端面縮進。

12.可選地，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葉輪的中心孔中且被壓配合到一起。

13.可選地，所述第二部件的第二板的外徑小于所述固定筒板的內(nèi)徑且小于所述葉輪的外徑。

14.可選地，所述葉輪、所述第一部件和所述第二部件均由金屬材料制成。

15.可選地，所述第二部件的第二板的外徑小于所述第一部件的第一板的外徑。

16.可選地，所述第二部件的第二板的面向葉片的表面為傾斜表面。

17.本技術(shù)還涉及一種離心式水氣分離器，其包括如上所述的渦旋分離組件。

18.本技術(shù)中采用具有上述結(jié)構(gòu)的渦旋分離組件，通過將渦旋分離組件設置成由三個部件壓配合在一起而形成，使得該渦旋分離組件可以由金屬制成而不必限于傳統(tǒng)的塑料3d打印技術(shù)，從而降低了制造成本且提高了渦旋分離組件的強度和使用壽命。

附圖說明

19.從后述的詳細說明并結(jié)合下面的附圖將能更全面地理解本技術(shù)的前述及其它方面。需要指出的是，各附圖的比例出于清楚說明的目的有可能不一樣，但這并不會影響對本技術(shù)的理解。在附圖中：

20.圖1為根據(jù)本技術(shù)的渦旋分離組件的透視圖；

21.圖2為圖1所示渦旋分離組件的側(cè)視剖視圖；

22.圖3為圖1所示渦旋分離組件的仰視圖；

23.圖4為根據(jù)本技術(shù)的渦旋分離組件中的第一部件的透視圖；

24.圖5為根據(jù)本技術(shù)的渦旋分離組件中的葉輪的透視圖；并且

25.圖6為根據(jù)本技術(shù)的渦旋分離組件中的第二部件的透視圖。

具體實施方式

26.在本技術(shù)的各附圖中，結(jié)構(gòu)相同或功能相似的特征由相同的附圖標記表示，附圖并非嚴格按比例繪制，而是為了清楚起見有所夸大。

27.圖1?3分別以透視圖、側(cè)視剖視圖和仰視圖示出了根據(jù)本技術(shù)一個實施例的渦旋分離組件，所述渦旋分離組件整體呈帶有徑向凹槽5的柱狀，包括葉輪1以及分別在葉輪1的軸向兩端與葉輪1相結(jié)合的第一部件2和第二部件3，由所述葉輪1、第一部件2和第二部件3構(gòu)成的整個渦旋分離組件具有貫穿的中心孔4，在第一部件2和葉輪1之間形成所述凹槽5，在渦旋分離組件組裝于燃料電池系統(tǒng)的水分離器中時，水氣混合氣體會通過與凹槽5連通的入口進入，然后穿過所述葉輪1的葉片16，例如在圖2中從上至下穿過葉輪1的葉片16，并撞擊葉片16，水氣混合氣體在離心作用下進行水?氣分離，分離后的氣體例如在圖2中從下至上穿過渦旋分離組件的中心孔4，然后排出水分離器或進入到其他進一步的處理工藝。

28.圖4?6分別示出了組裝之前的根據(jù)本技術(shù)的渦旋分離組件中的第一部件2、葉輪1以及第二部件3。所述第一部件2和第二部件3如圖2所示被接合到例如被壓配合到所述葉輪1上，從而形成一個整體的渦旋分離組件。

29.如圖5所示，葉輪1包括具有中心孔14的中心柱11和從中心柱11的外表面徑向向外延伸的多個葉片12以及與所述中心柱11同軸延伸并將所述多個葉片12的尾端相連的固定筒板13，所述固定筒板13呈圓筒狀。在一個實施方式中，所述固定筒板13沿著軸向上的長度大于所述葉片12沿著軸向上的長度，使得所有葉片12完全位于固定筒板13在軸向上的延伸范圍之內(nèi)。

30.在所述中心柱11的上、下兩端處，在中心孔14的內(nèi)壁上圓周地形成有帶臺階的插孔15和插孔17(在圖2中可見)，使得中心孔14由在軸向上位于中間的小徑孔部和位于兩端的大徑孔插孔15、17構(gòu)成。

31.如圖2所示，中心柱11的上端與固定筒板13的上端齊平，中心柱11的下端相對于固定筒板13的下端向上偏移，從而距離葉輪1的下端面一段距離。

32.所述葉片16沿著中心柱11的圓周均勻地布置，葉片16的延伸方向可以平行于葉輪1的軸向，但是，葉片16也可以相對于中心柱11的軸向傾斜或彎曲布置。此外，葉片12的形狀和布置也可以采用葉輪領(lǐng)域中已知的其他傾斜或彎曲形狀。

33.葉輪1可以為模制的或以其他方式形成的一體部件，也可以是通過將單獨形成的中心柱11、葉片16和固定筒板13連接到一起而形成的組合件。

34.葉輪1可以由金屬材料制成。

35.如圖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的一端徑向延伸的第一板22，所述中心柱21的與第一板22相反的另一端具有插入部23，所述插入部23的外徑等于或略大于葉輪1的中心柱11上端的插孔15的內(nèi)徑。

36.在組裝時，所述第一部件2的插入部23被插入到所述葉輪1的插孔15中，并且通過壓配合使插入部23和插孔15緊密配合到一起，或者，也可以使用本領(lǐng)域已知的其他手段被連接到一起，例如焊接等，在這種情況下，所述插入部23的外徑可以等于或略小于葉輪1的中心柱11上端的插孔15的內(nèi)徑。在組裝后，在第一板22與葉輪1的上端面之間形成間隙即圖2中所示的凹槽5。

37.如圖6所示，第二部件3也包括具有中心孔34的中心柱31和從中心柱31的一端徑向延伸的第二板32，在中心柱31的與第二板32相反的一端具有插入部33，所述插入部33的外徑等于或略大于所述葉輪1的中心柱11的插孔17的內(nèi)徑，在組裝時，將第二部件3的插入部33插入到葉輪1的插孔17中，并通過壓配合使得插入部33和插孔17緊密地配合到一起，或者也可以使用本領(lǐng)域已知的其他手段被連接到一起，例如焊接等，在這種情況下，插入部33的外徑等于或略小于插孔17的內(nèi)徑。

38.所述第二板32的外徑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為傾斜表面，該傾斜表面35被構(gòu)造成隨著遠離中心柱31而如圖2中所示向下傾斜，使得水?氣混合物能沿著所述第二板32的傾斜表面35向外向下流動。

39.在本技術(shù)的實施例中，可以設置成使得組裝后所述第二板32的下表面36與所述固定筒板13的下端齊平，即，處于相同的高度上，或者第二板32也可以從固定筒板13的下端的高度稍往上移位布置，使得從葉輪1的外部不能看到第二板32。在另一實施方式中，第二板32也可以設置成沿軸向位于比固定筒板13的下端更向下的位置處，從而在軸向上位于固定

筒板13之外。在每種情況下，所述第二板32的外徑都優(yōu)選設置成小于固定筒板13的內(nèi)徑，這在圖3所示的渦輪分離組件的仰視圖中也可以清楚地看出。

40.所述第二板32的外徑可以設置成小于葉片16的外徑。

41.所述第一部件2和第二部件3均可以用單一材料一體地形成。

42.所述第一部件2和第二部件3均可以由金屬材料制成。

43.上述的描述僅是示例性的，也可以進行一些改動，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上均可以不設置插入部23、33，而是修改為，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葉輪1的中心孔14中或者插入到葉輪1的中心孔14的插孔15、17中，且被壓配合到一起，或者例如被焊接到一起。

44.如前所述，傳統(tǒng)的水氣分離器中的渦旋分離組件往往采用的是塑料材料通過3d打印而成，塑料材料容易變形且強度有限，并且3d打印的成本較高。在采用根據(jù)本技術(shù)渦旋分離組件設計時，渦旋分離組件通過機械加工被分成三個主要部件即葉輪1、第一部件2和第二部件3，且這三個部件可以由金屬材料制成，這會降低與3d打印相比的制造成本，而且，三個主要部件最終使用例如干涉壓配合連接，與塑料材料相比，在連接區(qū)域，這些主要部件將在工作環(huán)境(熱和壓力)下具有有限的變形。由三個部件壓配合形成的渦旋分離組件比塑料材料更為可靠，能保持水分離器中渦旋分離組件的穩(wěn)定，且沒有功能上的失效。

45.盡管這里詳細描述了本技術(shù)的特定實施方式，但它們僅僅是為了解釋的目的而給出的，而不應認為它們對本技術(shù)的范圍構(gòu)成限制。在不脫離本技術(shù)精神和范圍的前提下，各種替換、變更和改造可被構(gòu)想出來。技術(shù)特征：

1.一種用于離心式水氣分離器的渦旋分離組件，其特征在于，所述渦旋分離組件包括：葉輪，其具有帶有中心孔的中心柱和從所述中心柱徑向延伸的葉片以及將所述葉片的尾端連接到一起的固定筒板；具有帶有中心孔的中心柱和從所述中心柱徑向延伸的第一板的第一部件，所述第一部件在與所述第一板相反的一端被接合到所述葉輪的中心柱的第一端上；以及具有帶有中心孔的中心柱和從所述中心柱徑向延伸的第二板的第二部件，所述第二部件在與所述第二板相反的一端被接合到所述葉輪的中心柱的第二端上，其中所述葉輪、所述第一部件和所述第二部件在它們的中心孔對齊的狀態(tài)下被接合在一起。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦旋分離組件，其特征在于，所述葉輪的中心孔的一端處具有直徑增大的第一插孔，所述第一部件的中心柱在與第一板相反的一端具有直徑減小的插入部，所述第一部件的插入部被插入到所述葉輪的所述第一插孔中并通過壓配合被連接在一起。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦旋分離組件，其特征在于，所述葉輪的中心孔的另一端處具有直徑增大的第二插孔，所述第二部件的中心柱在與第二板相反的一端具有直徑減小的插入部，所述第二部件的插入部被插入到所述葉輪的所述第二插孔中并通過壓配合被連接在一起。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦旋分離組件，其特征在于，所述葉輪的中心柱在要與第二部件配合的那端在軸向上從葉輪的端面縮進，使得組裝后第二部件的第二板的下端面與葉輪的下端面齊平或者從葉輪的下端面縮進。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦旋分離組件，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葉輪的中心孔中且被壓配合到一起。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦旋分離組件，其特征在于，所述第二部件的第二板的外徑小于所述固定筒板的內(nèi)徑且小于所述葉輪的外徑。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦旋分離組件，其特征在于，所述葉輪、所述第一部件和所述第二部件均由金屬材料制成。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦旋分離組件，其特征在于，所述第二部件的第二板的外徑小于所述第一部件的第一板的外徑。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦旋分離組件，其特征在于，所述第二部件的第二板的面向葉片的表面為傾斜表面。10.一種離心式水氣分離器，其特征在于，包括根據(jù)權(quán)利要求1?9中任一項所述的渦旋分離組件。

技術(shù)總結(jié)

一種渦旋分離組件和離心式水氣分離器，渦旋分離組件包括：葉輪，其具有帶中心孔的中心柱和從中心柱徑向延伸的葉片及將葉片尾端連接到一起的固定筒板；具有帶有中心孔的中心柱和從中心柱徑向延伸的第一板的第一部件，第一部件在與第一板相反的一端接合到葉輪的中心柱的第一端上；以及具有帶有中心孔的中心柱和從中心柱徑向延伸的第二板的第二部件，第二部件在與第二板相反的一端接合到葉輪的中心柱的第二端上，其中葉輪、第一部件和第二部件在其中心孔對齊的狀態(tài)下被壓配合在一起。本申請的渦旋分離組件被分成三個主要部件通過機械加工來加工，且這三個部件可以由金屬材料制成，降低了與3D打印相比的制造成本，且提高了渦旋分離組件的穩(wěn)定性。渦旋分離組件的穩(wěn)定性。渦旋分離組件的穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：趙后遼 趙猛 劉楊 張吉峰 沈華梁

受保護的技術(shù)使用者：羅伯特

技術(shù)研發(fā)日：2021.05.13

技術(shù)公布日：2021/12/21