[实用新型]水分离单元、燃料气体供给系统及燃料电池系统

说明书

本申请提供了一种用于燃料电池系统的水分离单元，其包括：冷却器，冷却器被配置成接收来自燃料电池系统的燃料电池堆叠的阳极侧的输出端的再循环流，并且在再循环流经过冷却器时降低再循环流的温度；以及布置在冷却器下游的水分离器，水分离器被配置成接收经过冷却器的经冷却的再循环流，并且在经冷却的再循环流经过水分离器时从经冷却的再循环流中移除水。本申请还提供了一种燃料气体供给系统以及一种燃料电池系统。根据本申请，能够使得再循环流中的气相水可以在从再循环流中移除水之前更多地转变为液相水，从而使得可以从再循环流中移除更多的水。如此，能够提高再循环流中的燃料气体浓度，并降低再循环流中的水含量，从而提高燃料电池系统的工作效率和可靠性。

技术领域

本申请涉及燃料电池系统领域，尤其涉及用于燃料电池系统的水分离单元以及包括这种水分离单元的燃料气体供给系统和燃料电池系统。

背景技术

利用燃料气体与氧化气体的电化学反应发电的燃料电池系统被日益广泛地用来提供电力，尤其是在电动车辆领域中。在燃料电池系统的工作期间，通常将过量的燃料气体提供到阳极侧的输入端，以确保燃料电池堆叠中的所有电池有充足的燃料气体可用。产物水、未消耗的燃料气体(例如，氢气)和无效气体(即，不参与反应的气体，主要是氮气)会累积在阳极侧的输出端。通常使未消耗的燃料气体再循环返回到燃料气体供给装置，以与来自燃料源的燃料气体混合并再次供应到燃料电池堆叠，从而提高燃料电池系统的工作效率。但是，在此之前需要从包括产物水、未消耗的燃料气体和无效气体的再循环流中移除水，以提高混合流中的燃料气体浓度并防止在燃料电池堆叠的流场通道或燃料气体供给装置内发生水堵塞，从而防止燃料电池系统效率降低或发生故障。

一种已知的方法是使再循环流经过水分离器来移除再循环流中的水。再循环流容纳气相水的能力与再循环流的温度有关。再循环流的温度越高，其容纳气相水的能力越高。在现有技术中，再循环流在进入水分离器时的温度通常较高(例如，高达约65℃)。这种温度会不利于水分离器在再循环流经过其时移除再循环流中的水。

实用新型内容

为了克服现有技术中的上述缺陷，本申请提出一种新型的水分离单元以及包括这种水分离单元的燃料气体供给系统和燃料电池系统。

根据本申请的一方面，提供了一种用于燃料电池系统的水分离单元，其特征在于，所述水分离单元包括：

冷却器，所述冷却器被配置成接收来自所述燃料电池系统的燃料电池堆叠的阳极侧的输出端的再循环流，并且在所述再循环流经过所述冷却器时降低所述再循环流的温度；以及

布置在所述冷却器下游的水分离器，所述水分离器被配置成接收经过所述冷却器的经冷却的再循环流，并且在所述经冷却的再循环流经过所述水分离器时从所述经冷却的再循环流中移除水。

优选地，所述冷却器包括：第一管道；分别与所述第一管道连通的流体入口和流体出口，所述流体入口被配置成用于与所述输出端连通以接收所述再循环流，所述流体出口通向所述水分离器；以及被配置成在所述再循环流通过所述第一管道时降低所述再循环流的温度的冷却部件。

优选地，所述冷却部件通过风冷和/或液冷的方式降低所述再循环流的温度。

优选地，在所述冷却部件通过风冷的方式降低所述再循环流的温度的情况下，所述冷却部件是电动风扇，所述电动风扇被配置成在运行时驱使空气从外部掠过所述第一管道，从而使空气与通过所述第一管道的再循环流进行热交换。

优选地，所述第一管道呈盘管构型。

优选地，所述第一管道的外壁上设置有翅片结构。

优选地，所述第一管道的内壁中设置有挡板结构，以使所述第一管道具有蜿蜒的流动通道。

优选地，所述冷却器包括框架，所述电动风扇和所述第一管道被安装到所述框架上，以相对彼此保持就位。