[实用新型]一种分水装置及燃料电池系统

说明书

本实用新型公开了一种分水装置及燃料电池系统，属于燃料电池领域。本实用新型的燃料电池系统的引射器与分水装置的进气端集成设计，分水装置包括均呈管状的壳体、第一分水件和第二分水件，壳体的第一端进气，第二端出气，第一分水件连接在壳体的第一端。第一分水件的A端进气，B端出气，B端伸入壳体内，A端内设有旋流叶片。第二分水件连接在壳体的第二端，第二分水件的进气端伸入A端端口内。本实用新型旋流叶片旋转时，第一分水件在A端部分形成螺旋形气流通道，液态水滴被旋出到导流内壁上，并在吹动力下向B端流动，分水后的气态混合物则通过气流通道自第二分水件的出气端进入电堆。本实施例的分水效果好，结构可靠性高。

技术领域

本实用新型涉及燃料电池领域，尤其涉及一种分水装置及燃料电池系统。

背景技术

为提高燃料电池系统性能,提高氢气利用率、改善系统水平衡，燃料电池系统中均采用阳极回流系统,即燃料电池阳极氢气反应气体过量供给电堆，电堆电化学反应消耗部分氢气，剩余氢气连同反应生成物混合排出电堆，出堆混合物经由驱动装置（氢循环泵或引射器）驱动回流,在电堆阳极入口之前与新供给的氢气混合,重新进入电堆。燃料电池电堆由数百单片单元堆叠而成，每个单片单元含若干气流微通道，水的气相、液相间的密度差异巨大，液态水的含量直接影响气体在燃料电池系统通道内流动状态，液态水累积严重的情况会阻塞气体传输通道，影响系统正常运行。

当前的燃料电池系统设计，燃料电池阳极出堆口位置均设有分水结构，用以分离燃料电池阳极出堆混合物中携带的液态水。但即使燃料电池阳极出堆已很好分离出液态水，仍难以避免下游冷凝水进入电堆。主要原因如下：

首先，随燃料电池出堆混合气温度下降，混合气中水饱和蒸汽压力降低，气态水蒸气冷凝为液态水。在燃料电池阳极回流系统中，出堆混合物温度一般为60-90度，阳极出堆混合物在回流路流动过程中会经壁面向环境散热，温度逐步降低。新鲜氢气的供给来自于氢瓶，供气温度接近环境温度。当回流混合物与新鲜供给氢气混合后温度会进一步降低。尤其是在冬季冷态环境运行的条件下，环境温度低、壁面向环境散热量大；氢瓶内新鲜氢气温度低，新鲜氢气与回流氢气混合后，温度降低幅度较大。

其次，燃料电池系统阳极回流系统中，阳极出堆压力最低，受氢循环泵（或引射器）的驱动，阳极混合气压力显著提高，随压力提高，阳极混合物中也会有液态析出。

现有技术中，针对阳极冷凝液态水入堆问题的主要解决方案为堆内分水设置分水结构：为缓解液态水进入电堆后的影响，专利US7163760B2和US2018/0342744A1在电堆内部增设旁通单元，分流液态水的措施。其主要特点是在电堆内侧紧邻端板增设氢气路旁通单元，旁通单元内设有连通氢气入口腔与出口腔的流通通道。氢气侧入堆混合物入堆后首先流经旁通单元，部分入堆的液态水会经旁通通道流至氢气出口腔体排出电堆，由此旁通单元下游的正常反应单元进入液态水的风险降低。

然而，现有技术中，在堆内分水设置分水结构（即增设旁通单元）会增加电堆长度、影响电堆内部密封可靠性、接触压力分布、甚至关系到电堆整体性能，且该方案实施影响变量多、配适调整难度大。

因此，亟需提供一种分水装置及燃料电池系统，以解决上述冷凝液态水有进入电堆的风险的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种分水装置及燃料电池系统，利用气态混合物气流流动中形成的旋流，将其中的液态水滴分离出去，其分水效果显著，大大降低了液态水进入电堆的风险。

为实现上述目的，提供以下技术方案：

本实用新型提供了一种分水装置，用于燃料电池系统，所述分水装置包括：

均呈管状的壳体、第一分水件和第二分水件；