一种燃料电池分水和储水集成装置及燃料电池系统的制作方法

1.本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池分水和储水集成装置及燃料电池系统。


背景技术：

2.燃料电池系统氢气路多采用氢回流的方式，通过利用循环泵或引射器将燃料电池出堆混合物（含氢气、水蒸气、氮气及液态水和其他）中未消耗的氢气重新供给电堆使用，提高氢气利用率。由于液态水与气体的密度差异巨大，入堆后有可能阻塞燃料电池反应通道造成电堆无法正常工作，因此通常在氢气出堆口布置气液分离装置，用于分离出堆气液混合物中的液态水并排出，避免液态水循环进入电堆。
3.且燃料电池凭借续航里程长、燃料加注速度快以及载重能力强等优势，在大型车辆、商用车等大功率领域的应用趋势越来越明显。实现燃料电池系统的高功率的输出，可以通过采用双堆方式，即利用两个燃料电池电堆并联的方式实现。
4.由于燃料电池电堆对压力、流量等条件因素非常敏感，需要保证双堆的压力、流量等分配均匀、差异小；由于氢气、空气系统管路中均存在少量液态水情况，要避免电堆进出歧管内不积累液态水，并能将液态水排出。由于双堆集成的空间等条件比较苛刻，歧管设计同时满足分配均一性与排水能力比较困难。
5.因此，亟需提供一种燃料电池电压控制系统及其控制方法及燃料电池系统，以解决现有技术中存在的上述技术问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种燃料电池分水和储水集成装及燃料电池系统，既可保证上下堆流量的均一性，又可以有效地分水排水。
7.为实现上述目的，提供以下技术方案：
8.本发明提供了一种燃料电池分水和储水集成装置，包括电堆一、电堆二和集成结构，所述电堆一上设置有氢气入口一和氢气出口一，所述电堆二上设置有氢气入口二和氢气出口二，所述集成结构包括外壳、氢出歧管一、氢出歧管二、空腔、分水出口、挡板一、挡板二和挡板三和排水口一，所述氢出歧管一与所述氢气出口一连接，所述氢出歧管二与所述氢气出口二连接，所述分水出口设置于所述外壳的顶部，所述挡板一自所述外壳的顶部向内部延伸设置，所述挡板二自所述外壳的侧壁斜向内延伸设置，所述挡板三设置于所述空腔，且所述挡板三的一端与所述挡板二的内端连接，所述挡板一的延伸方向与所述挡板二的延伸方向及所述挡板三的延伸方向之间均呈锐角，所述排水口一设置于所述外壳的底部。
9.可选地，所述外壳的下部至所述排水口一之间呈锥形，形成储液腔一。
10.可选地，所述挡板一沿竖直方向延伸设置。
11.可选地，所述挡板二与所述挡板三之间沿宽度方向的两端连接，沿宽度方向的中
部设置为开口状，形成排水口二。
12.可选地，所述挡板二和所述挡板三之间构成储液腔二。
13.可选地，所述氢出歧管一自所述外壳内部向外斜向上设置。
14.可选地，所述氢出口歧管二自所述外壳内部向外斜向上设置。
15.可选地，所述氢出歧管一的轴线与所述氢出歧管二的轴线平行。
16.可选地，所述挡板二的内端的端部低于所述挡板二的相应的端部。
17.本发明还提供了一种燃料电池系统，包括上述任一项技术方案所述的燃料电池分水和储水集成装置。
18.与现有技术相比，本发明提供的燃料电池分水和储水集成装置及燃料电池系统，适用于双堆的氢出歧管、分水、储水集成结构，保证了上下堆流量一致性，上下堆连通方式简单，且整个气流流动位于装置顶部，远离液位，避免液位晃动对气液分离效果的影响，气液分离效果稳定。二次气液分离有助于提高气液分离效率。
19.提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
20.通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
21.图1示出了本发明实施例的燃料电池分水和储水集成装置的电堆装配图；
22.图2示出了本发明实施例的燃料电池分水和储水集成装置的整体结构示意图；
23.图3示出了本发明实施例的燃料电池分水和储水集成装置的局部结构示意图。
24.附图标记：
25.100-电堆一；101-氢气入口一；102氢气出口一；
26.200-电堆二；201-氢气入口二；202-氢气出口二；
27.300-集成结构；301-外壳；302-氢出歧管一；303-氢出歧管二；304-空腔；305-分水出口；306-挡板一；307-挡板二；308-挡板三；309-排水口一；310-排水口二；311-储液腔一；312-储液腔二；313-低压区。
具体实施方式
28.下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
29.在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明
确的和隐含的定义。
30.如图1-图3所示，本实施例提供了一种燃料电池分水和储水集成装置，包括电堆一100、电堆二200和集成结构300，电堆一100上设置有氢气入口一101和氢气出口一102，电堆二200上设置有氢气入口二201和氢气出口二202，集成结构300包括外壳301、氢出歧管一302、氢出歧管二303、空腔304、分水出口305、挡板一306、挡板二307和挡板三308和排水口一，氢出歧管一302与氢气出口一102连接，氢出歧管二303与氢气出口二202连接，分水出口305设置于外壳301的顶部，挡板一306自外壳301的顶部向内部延伸设置，挡板二307自外壳301的侧壁斜向内延伸设置，挡板三308设置于空腔304内，且挡板三308的一端与挡板二307的内端连接，挡板一306的延伸方向与挡板二307的延伸方向及挡板三308的延伸方向之间均呈锐角，排水口一设置于外壳301的底部。
31.具体地，电堆一100位于顶部，电堆二200位于底部，顶部的电堆一100和底部的电堆二200并联组成双堆。集成结构300具有空腔304的结构，位于氢气出口一102和氢气出口二202侧，通过顶部的氢出歧管一302与顶部的电堆一100的氢气出口一102连通；通过底部的氢出歧管二303与底部的电堆二200的氢气出口二202连通。
32.可选地，外壳301的下部至排水口一之间呈锥形，形成储液腔一。本实施方式的该种结构能够保证当液位倾斜或者晃动时，削弱液位中心变化幅度。
33.优选地，挡板一306沿竖直方向延伸设置。进一步地，挡板二307与挡板三308之间沿宽度方向的两端连接，沿宽度方向的中部设置为开口状，形成排水口二。该排水口二与储液腔一相连通，液态水最后经排水口一排出。
34.进一步地，挡板二307和挡板三308之间构成储液腔二。具体地，储液腔二也呈锥形，该种结构能够保证当液位倾斜或者晃动时，削弱液位中心变化幅度。优选地，氢出歧管一302自外壳301内部向外斜向上设置。氢出口歧管二自外壳301内部向外斜向上设置。更为优选地，氢出歧管一302的轴线与氢出歧管二303的轴线平行。氢出口歧管一和氢出口歧管二具有相同倾斜角度且方向朝下，有助于顶部的电堆一100和底部的电堆二200的氢气流量分配均匀，且保证出堆的液态水能够顺畅排出至储液腔一。氢出口歧管一和氢出口歧管二均与空腔304连通，空腔304的作用如下：将顶部的氢出口歧管一和底部的氢出口歧管二的气流连通混合，可以弥补因底部的电堆二200的氢气出口二202与分水出口305之间的路径较远造成的额外流阻，有助于提高双堆的流量分配均一性。
35.可选地，挡板二307的内端的端部低于挡板二307的相应的端部。该种结构能够使得顶部的电堆一100的氢气出口一102的气流不直接流经该区域并形成旋涡，产生局部的低压区，使得二次储液腔内的水顺利排出。
36.本实施方式的燃料电池分水和储水集成装置的工作原理如下：
37.气液混合物在空腔304内混合后，沿挡板三308流动发生转向，由于液滴重力作用发生一次气液分离。同理继续流经挡板一306转向时，发生气液二次分离，分离后的液滴，汇聚积累于由挡板二307和挡板三308组成的呈锥形的储液腔二中。储液腔二内设置排水口二与储液腔一相连通，液态水最后经排水口一排出。整个气流流动位于装置的顶部，远离液位，避免液位晃动对气液分离效果的影响，气液分离效果稳定。二次气液分离有助于提高气液分离效率。
38.本实施方式还提供了一种燃料电池系统，包括上述燃料电池分水和储水集成装
置。
39.本实施例提供的燃料电池分水和储水集成装置及燃料电池系统，适用于双堆的氢出歧管、分水、储水集成装置，保证了上下堆流量一致性，上下堆连通方式简单，且整个气流流动位于装置顶部，远离液位，避免液位晃动对气液分离效果的影响，气液分离效果稳定。二次气液分离有助于提高气液分离效率。
40.以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。