一种集氢气水分离功能的燃料电池端板的制作方法

本发明涉及燃料电池技术领域，具体为一种集氢气水分离功能的燃料电池端板。

背景技术：

燃料电池系统运行时电堆通过电化学反应在阴极侧（空气侧）产生水，阴极侧的水由于浓差阶梯渗透到阳极侧，故燃料电池阳极侧（氢气侧）排出时带有氢气和液态水。

为了提高燃料电池的氢气利用率，现一般采用氢气循环的方式，但需要对液态水进行分离，以避免液态水循环进入电堆阳极入口，堵塞阳极氢气流道和催化层表面，造成阳极路局部水淹和欠气，对燃料电池有损伤。

氢气循环的同时还需要进行排氢，主要是为了将阴极侧由于浓差阶梯和膜串漏扩散过来的氮气进行排出，以提高阳极氢气反应浓度。

在车用燃料电池领域，电堆氢气出口连接分水器将氢气中的液态水进行分离，使用电磁阀将液态水排出，经过分水器的氢气通过循环装置进入电堆的氢气入口，进行循环利用。

一般车用燃料电池系统上，电堆与分水器通过管路进行连接，分水器与排水阀、排氢阀同样通过管路连接，分水器与氢气循环装置也通过管路进行连接，分水器和连接管路占用了系统一部分空间，集成度较低。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种集氢气水分离功能的燃料电池端板，具备氢气水分离功能的燃料电池端板便于使用的优点，解决了车用燃料电池使用不方便的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种集氢气水分离功能的燃料电池端板，包括燃料电池膜电极，所述燃料电池膜电极的右侧固定连接有燃料电池端板，所述燃料电池端板右侧的底部连通有连接管，所述连接管内腔的顶部固定连接有氢进压力传感器，所述连接管的右端连通有供氢设备，所述连接管的顶部通过管道连通有氢气循环泵，所述氢气循环泵的左侧通过管道与燃料电池端板的右侧连通；

所述燃料电池端板包括冷却液入口、膜电极氢气出口、排水阀、流道挡板、空气入口、排氢阀、端板氢气出口、氢出压力传感器、氢气入口、冷却液出口和空气出口。

优选的，所述排水阀、排氢阀和氢出压力传感器均通过螺栓与燃料电池端板活动连接。

优选的，所述燃料电池端板内腔的顶部和底部均固定连接有电加热丝，所述电加热丝分别位于排水阀的底部和排氢阀的顶部。

优选的，所述燃料电池端板内部的氢气出口流道呈c型，所述流道挡板安装在氢气出口流道的内部。

优选的，所述燃料电池端板的内部集成氢气路水分离装置，同时将氢气路排水阀、排氢阀和压力传感器集成在端板上。

优选的，所述燃料电池氢气路反应出来的剩余氢气、气态水和液态水在燃料电池端板中进行分离，液态水储存在燃料电池端板流道内腔的底部。

优选的，所述剩余氢气和气态水通过燃料电池端板内流道向上流动，从燃料电池端板氢气出口流至循环回路。

优选的，所述排氢阀位于燃料电池端板的上部，且与燃料电池端板内的氢气流道相通。

优选的，所述燃料电池端板内氢气流道的底部开设有容腔。

优选的，所述燃料电池端板集成分水功能，所述氢气循环泵通过管道与燃料电池端板连通。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明通过燃料电池端板作为电堆压紧的支撑件，在保证端板对电堆支撑效果不降低的前提下，通过对端板空余区域的设计和加工，形成带有水分离的效果，可以减少燃料电池系统上的分水器和连接管路，提高系统的集成度。

2、本发明通过设置螺栓将排水阀、排氢阀和氢出压力传感器直接与燃料电池端板连接，可以降低系统体积，提高功率密度。

3、本发明通过在燃料电池端板的上下端分别装有电加热丝，靠近排水阀和排氢阀，可在低温时快速加热电堆端板，加快端板上电磁阀管孔内的低温融冰和电堆低温启动。

4、本发明通过在燃料电池端板内设置c型氢气出口流道，流道底部具备一定容腔，利于氢气出口液态水储存。

5、本发明通过在燃料电池端板内氢气出口流道底部装有排水阀，便于将液态水排出端板，防止水积累，堵塞流道，通过在燃料电池端板内氢气出口流道顶部装有排氢阀，便于将氢气路中的氮气排出，保证氢气路的氢气浓度。

6、本发明通过在燃料电池端板内氢气出口流道中部装有氢出压力传感器，便于监测电堆氢气出口的压力。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明结构燃料电池端板侧视图；

图3为本发明结构燃料电池端板剖视图。

图中：1、燃料电池膜电极；2、燃料电池端板；3、氢气循环泵；4、氢进压力传感器；5、供氢设备；6、连接管；201、冷却液入口；202、膜电极氢气出口；203、排水阀；204、流道挡板；205、空气入口；206、排氢阀；207、端板氢气出口；208、氢出压力传感器；209、氢气入口；210、冷却液出口；211、空气出口；212、电加热丝。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，一种集氢气水分离功能的燃料电池端板，包括燃料电池膜电极1，燃料电池膜电极1的右侧固定连接有燃料电池端板2，燃料电池端板2右侧的底部连通有连接管6，连接管6内腔的顶部固定连接有氢进压力传感器4，连接管6的右端连通有供氢设备5，连接管6的顶部通过管道连通有氢气循环泵3，氢气循环泵3的左侧通过管道与燃料电池端板2的右侧连通；

燃料电池端板2包括冷却液入口201、膜电极氢气出口202、排水阀203、流道挡板204、空气入口205、排氢阀206、端板氢气出口207、氢出压力传感器208、氢气入口209、冷却液出口210和空气出口211。

1．为了提高燃料电池的氢气利用率，采用氢气循环的方式，对液态水进行分离，以避免对燃料电池有损伤，采用以下技术方案：

一种集氢气水分离功能的燃料电池端板，包括燃料电池膜电极1，燃料电池膜电极1的右侧固定连接有燃料电池端板2，燃料电池端板2内腔的顶部和底部均固定连接有电加热丝212，电加热丝212分别位于排水阀203的底部和排氢阀206的顶部，燃料电池端板2内部的氢气出口流道呈c型，流道挡板204安装在氢气出口流道的内部，利于氢气水分离，燃料电池端板2的内部集成氢气路水分离装置，同时将氢气路排水阀203、排氢阀206和氢出压力传感器209集成在端板上，减少系统部件和管路的数量，缩小系统体积，利于燃料电池系统集成，燃料电池氢气路反应出来的剩余氢气、气态水和液态水在燃料电池端板2中进行分离，液态水储存在燃料电池端板2流道内腔的底部，通过控制排水阀203的开启将液态水排出，防止电堆氢气路水淹，剩余氢气和气态水通过燃料电池端板2内流道向上流动，从燃料电池端板2氢气出口流至循环回路，循环回电堆，有利于氢气循环利用，燃料电池端板2内氢气流道的底部开设有容腔，利于液态水储存，燃料电池端板2集成分水功能，氢气循环泵3通过管道与燃料电池端板2连通，将分水完毕的剩余氢气直接循环至电堆氢气入口，进行再次利用，燃料电池端板2右侧的底部连通有连接管6，连接管6内腔的顶部固定连接有氢进压力传感器4，连接管6的右端连通有供氢设备5，连接管6的顶部通过管道连通有氢气循环泵3，氢气循环泵3的左侧通过管道与燃料电池端板2的右侧连通。

燃料电池系统的供氢设备5将外部氢气通入燃料电池端板2，燃料电池端板2与燃料电池膜电极1通过流道连通，氢气和空气在燃料电池膜电极1中进行电化学反应，燃料电池膜电极1空气侧生成的水由于浓差阶梯，小部分渗透到氢气侧，燃料电池氢气侧排出多余的氢气和液态水，燃料电池端板2中的氢气出口与氢气循环泵3相连，将氢气循环至供氢设备5前段，使氢气循环利用，通过氢进压力传感器4监控氢气进堆压力，实时调节供氢设备5。

电堆氢气侧的液态水、过量的氢气和少量的氮气通过膜电极氢气出口202进入燃料电池端板2，燃料电池端板2内的氢气流道底部开设有容腔，利于液态水储存，燃料电池端板2的氢气流道容腔呈c形状，内部装有流道挡板204，液态水由于重力和流道挡板204的作用，与氢气分离，汇集在氢气流道底部容腔，排水阀203的开启，可以将液态水排出燃料电池端板2。

氢气在燃料电池端板2内的流向是从底部膜电极氢气出口202进入，向上部流动，中间隔有流道挡板204，从端板氢气出口207流出，进入氢气循环泵3。

氢气流道的中部装有氢出压力传感器208，用于监测电堆出口的氢气压力，氢气流道上部装有排氢阀206，用于排氢和排氮，提高电堆内的氢气浓度。

2．为了解决车用燃料电池系统上，电堆与分水器通过管路进行连接，分水器与排水阀、排氢阀同样通过管路连接，分水器与氢气循环装置也通过管路进行连接，分水器和连接管路占用了系统一部分空间，集成度较低的问题，采用以下技术方案：

燃料电池端板2包括冷却液入口201、膜电极氢气出口202、排水阀203、流道挡板204、空气入口205、排氢阀206、端板氢气出口207、氢出压力传感器208、氢气入口209、冷却液出口210和空气出口211，排水阀203、排氢阀206和氢出压力传感器208均通过螺栓与燃料电池端板2活动连接，排氢阀206位于燃料电池端板2的上部，且与燃料电池端板2内的氢气流道相通，控制排氢阀206的开启用于排氢排氮，通过在燃料电池端板2内氢气出口流道底部装有排水阀203，便于将液态水排出端板，防止水积累，堵塞流道，通过在燃料电池端板2内氢气出口流道顶部装有排氢阀206，便于将氢气路中的氮气排出，保证氢气路的氢气浓度，排水阀203、排氢阀206和氢出压力传感器208均通过螺栓与燃料电池端板2活动连接，通过设置螺栓将排水阀203、排氢阀206和氢出压力传感器208直接与燃料电池端板2连接，可以降低系统体积，提高功率密度，通过燃料电池端板2作为电堆压紧的支撑件，在保证端板对电堆支撑效果不降低的前提下，通过对端板空余区域的设计和加工，形成带有水分离的效果，可以减少燃料电池系统上的分水器和连接管路，提高系统的集成度。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。