[发明专利]燃料电池系统的阳极汽水分离装置

说明书

本发明公开了一种燃料电池系统的阳极汽水分离装置，包括装置壳体、气体入口和气体出口，装置壳体内设有直排通道和汽水分离通道；汽水分离通道内具有对气体进行水汽分离的除湿组件；直排通道和每个汽水分离通道内均设有开度可调的开关挡板，任一开关挡板打开使气体通过该开关挡板所在通道后从气体出口排出；直排通道和每个汽水分离通道的开关挡板处于不同开度，使气体入口的气体按比例分流通过直排通道和/或汽水分离通道后从排气出口排出。本发明燃料电池系统的阳极汽水分离装置，能够通过多条水汽分离通道协同调控湿度，实现可调控的水汽分离，提高水汽分离的效率，使得氢气回流的湿度在不同的测试条件之下能够得到控制。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，特别是涉及一种燃料电池系统的阳极汽水分离装置。

背景技术

氢质子交换膜燃料电池作为继锂电池之后最受世人瞩目的清洁能源解决方案，其运行过程中只需要消耗氢气与空气中的氧气就能够源源不断地向外输送电力，反应的产物只生成水，是理论上最完美，最清洁的能源方案。由于氢质子交换膜燃料电池不受卡诺循环的影响，理论的能量利用率高达90%以上，目前燃料电池发动机系统能量效率已经达到60%以上，考虑热电综合效应甚至可达80%，是传统燃油车发动机远远无法企及的。随着近年来国家对于氢能布局逐渐扩大，越来越多的人投入了燃料电池行业中来。

氢燃料电池系统在运行过程中通过鼓风机或者空压机运送空气进入燃料电池阴极，其中的氧气为反应所消耗，反应后的出口空气会带走反应过程的水蒸气，重新返回增湿器对反应前入口空气进行湿热交换，使得入口空气具有一定湿度与温度，保证燃料电池电堆的正常运行。氢燃料电池系统的氢气由氢气源接入进入燃料电池阳极，部分的过量氢气会经过汽水分离器，分离并排出氢气内的水分及其他杂质气体，经由氢气循环泵的作用重新并入氢气入口，相比电堆氢气直排的情况，增加氢气使用的效率并且重新汇入的氢气也能够起到一定程度的增湿加热作用，使得燃料电池电堆性能更佳。

现有的燃料电池阳极氢气汽水分离器的结构一般都是固定的，通过本身的结构节流一定的水分，相对沉重的水向下汇聚形成液滴保存在液体收集区，而相对较轻的气体则会向上到达气体出口，这种方式能够一定程度上满足氢气与水分离的要求，但是传统的单一结构上存在以下弊端：1.单一结构对于汽水分离的效果没有差别。燃料电池电堆在运行过程中，对于相同面积的膜电极而言，小电流阶段由于通入的气体少，反应对应生成的水也较少，整体膜电极是偏干得状态，膜电极过于干燥会使得电池的内阻增大，导致电堆输出电压变低；在大电流阶段，由于此时生成水的量很大，需要及时有效的将生成水分离排出，原有的单一结构对于汽水分离效果有限，大量水回流可能会导致电堆“水淹”，对燃料电池电堆造成不可逆的损伤。2.单一结构的氢气利用率低，单一结构的汽水分离效果差，在后期为了满足排水需求，就需要频繁的打开电磁阀排水，目前所使用的排水控制策略为设定“排水开时间”以及“排水间隔时间”控制排水，以汽水分离器中排水后不存在积水作为判断依据，这样的控制策略主观性太强，并且排水时间永远大于理论需求时间，间接导致氢气排放量增加，使得系统氢气利用效率变低。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种燃料电池系统的阳极汽水分离装置，能够通过多条水汽分离通道协同调控湿度，实现可调控的水汽分离，提高水汽分离的效率，使得氢气回流的湿度在不同的测试条件之下能够得到控制。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种燃料电池系统的阳极汽水分离装置，包括装置壳体，所述装置壳体上还设有用于进入气体的气体入口和排出气体的气体出口，所述装置壳体内设有位于气体入口和气体出口之间直排通道和至少两个相互独立的汽水分离通道；所述汽水分离通道内具有对气体进行水汽分离的除湿组件；所述直排通道和每个汽水分离通道内均设有开度可调的开关挡板，任一所述开关挡板打开使气体通过该开关挡板所在通道后从气体出口排出；所述直排通道和每个汽水分离通道的开关挡板处于不同开度，使气体入口的气体按比例分流通过直排通道和/或汽水分离通道后从排气出口排出，从而调节气体出口的气体湿度。