燃料电池氢气循环系统及其气水分离器的制作方法

本技术涉及燃料电池，尤其涉及一种燃料电池氢气循环系统及其气水分离器。本技术还进一步涉及一种燃料电池氢气循环系统的气水分离器。

背景技术：

1、燃料电池是一种将燃料(氢气)和氧化剂(氧气)中的化学能通过电化学反应转化成电能的发电装置。由于其不受“卡诺循环”的限制，因此能量转换效率要显著高出普通热机。除此之外，燃料电池还具有无污染、噪声低、可靠性高等优点。

2、为了提高氢气的利用率，需要通过氢气循环系统将未反应完的氢气循环回燃料电池电堆的阳极(氢气侧)进气端，以使其参加电化学反应。目前通常使用氢气循环泵或者氢气引射器来实现氢气循环。无论采用哪种氢气循环方式，均需要将循环氢气中的液态水分离除去，以防止液态水流入燃料电池电堆阳极侧而导致阳极水淹。换句话说，在回收和再利用被循环的氢气之前，需要先分离和去除循环氢气中携带的液态水。循环氢气中携带的液态水的分离和排出多通过气水分离器完成，当气水分离器中的液态水聚集到一定的量的时候被排出，以免影响气水分离器正常工作。在燃料电池的工作过程中，阴极气体(空气)中的氮气会透过质子交换膜缓慢渗透到阳极，随着运行时间的增长，氮气会在阳极积累，导致阳极的氢气浓度降低，甚至产生氢气饥饿，进而对质子交换膜造成不可逆的损伤，导致其寿命缩短。因此，氢气在循环过程中需要通过排氢阀(氢气purge阀)定期进行排氢(purge)操作，将含氮过高的回收氢气排出系统，以维持阳极的氢气中的氮气始终处于较低浓度范围内。

3、申请号为cn202210695614.0的中国发明专利提供了一种燃料电池氢气循环系统及其气水分离器和排水排氢方法，其提出了一种能够实现排氢操作或者排水操作自纠正的技术方案，基于将传统系统中的排氢机构(氢气purge机构)集成于气水分离器的核心构思，设置第二排放装置的第二排放进口所在位置高度在重力方向上高于第一排放装置的第一排放进口所在位置高度，其中所述第一排放装置主要用于排水，所述第二排放装置主要用于排氢，其中，在排氢时，通过检测气水分离室内气压的变化，判断是否在排氢时，气水分离室中的水过多，导致所述第二排放机构先排出了水；在排水时，通过检测气水分离室内气压的变化，判断是否在排水时，气水分离室中的水过少，排出氢气。然而，该发明专利提供的燃料电池氢气循环系统也存在缺陷：此燃料电池氢气循环系统在进行排氢排水操作时，挡板式气水分离器的气水分离效果不够好，且分离后的液态水有可能再次被氢气携带流向燃料电池电堆的阳极进口，影响燃料电池电堆的正常运行。

技术实现思路

1、本实用新型的主要优势在于提供一种燃料电池氢气循环系统，其能够进一步改善气水分离器的除水效果和防止回收氢气携带液态水。

2、本实用新型的另一优势在于提供一种燃料电池氢气循环系统，其能够控制排出气水分离器的气水分离部内的液态水，防止其影响燃料电池电堆的正常运行。

3、本实用新型的另一优势在于提供一种燃料电池氢气循环系统，其能够控制排出氮含量过高的回收氢气，以防止其影响燃料电池的质子交换膜组件的性能。

4、本实用新型的其它目的和特点通过下述的详细说明得以充分体现并可通过具体实施方式中的手段和装置的组合得以实现。

5、相应地，依本实用新型，具有至少一个前述优势的燃料电池氢气循环系统，其包括：

6、氢气循环装置；和

7、气水分离器，其中所述氢气循环装置与所述气水分离器通过管路被串联在所述燃料电池的燃料电池电堆的阳极进口和阳极出口之间，其中所述气水分离器包括一个壳体、至少一个气水分离部、一个第一排放阀、一个第二排放阀和一个排放管道，其中所述气水分离器的所述壳体形成一个操作室、一个流体进口和一个流体出口，所述气水分离部围设成至少一个集流室，其中所述气水分离部被设置在所述壳体的所述操作室，其中所述集流室的两端分别与所述流体出口和所述排放管道的第一端相连通，所述排放管道的第二端与所述第一排放阀相连通，所述集流室的所述回收出口与所述流体出口相连通，所述壳体的所述流体出口适于与所述燃料电池的所述燃料电池电堆的所述阳极进口相连通，所述壳体的所述流体进口适于与所述燃料电池的所述燃料电池电堆的所述阳极出口相连通，其中所述第一排放阀和所述第二排放阀均被设置在所述壳体的底部，且所述第二排放阀与所述壳体的所述操作室相连通。

8、依本实用新型的另一方面，本实用新型进一步提供一种燃料电池氢气循环系统的气水分离器，其包括：

9、一个壳体；

10、至少一个气水分离部；

11、一个第一排放阀；

12、一个第二排放阀；和

13、一个排放管道，其中所述气水分离器的所述壳体形成一个操作室、一个流体进口和一个流体出口，所述气水分离部围设成至少一个集流室，其中所述气水分离部被设置在所述壳体的所述操作室，其中所述集流室的两端分别与所述流体出口和所述排放管道的第一端相连通，所述排放管道的第二端与所述第一排放阀相连通，所述集流室的所述回收出口与所述流体出口相连通，所述壳体的所述流体出口适于与所述燃料电池的燃料电池电堆的阳极进口相连通，所述壳体的所述流体进口适于与所述燃料电池的所述燃料电池电堆的阳极出口相连通，其中所述第一排放阀和所述第二排放阀均被设置在所述壳体的底部，且所述第二排放阀与所述壳体的所述操作室相连通。

14、结合下述描述和说明书附图，本实用新型上述的和其它的优势将得以充分体现。

15、本实用新型上述的和其它的优势和特点，通过下述对本实用新型的详细说明和说明书附图得以充分体现。

技术特征：

1.一种燃料电池氢气循环系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的燃料电池氢气循环系统，其特征在于，所述排放管道的所述第一端被气密性地连接在所述气水分离器的所述气水分离部，所述排放管道的所述第二端被气密性地连接在所述第一排放阀。

3.根据权利要求2所述的燃料电池氢气循环系统，其特征在于，所述排放管道被气密性地设置在所述操作室内。

4.根据权利要求1所述的燃料电池氢气循环系统，其特征在于，所述集流室的所述两端分别形成一个回收开口和一个排放开口，所述排放管道的所述第一端通过所述集流室的所述排放开口插入所述集流室。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的燃料电池氢气循环系统，其特征在于，所述气水分离部为疏水性ptfe滤芯。

6.一种用于燃料电池氢气循环系统的气水分离器，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的用于燃料电池氢气循环系统的气水分离器，其特征在于，所述排放管道的所述第一端被气密性地连接在所述气水分离器的所述气水分离部，所述排放管道的所述第二端被气密性地连接在所述第一排放阀。

8.根据权利要求7所述的用于燃料电池氢气循环系统的气水分离器，其特征在于，所述排放管道被气密性地设置在所述操作室内。

9.根据权利要求6所述的用于燃料电池氢气循环系统的气水分离器，其特征在于，所述集流室的所述两端分别形成一个回收开口和一个排放开口，所述排放管道的所述第一端通过所述集流室的所述排放开口插入所述集流室。

10.根据权利要求6、7、8或9所述的用于燃料电池氢气循环系统的气水分离器，其特征在于，所述气水分离部为疏水性ptfe滤芯。

技术总结
本技术提供一种燃料电池氢气循环系统，其包括氢气循环装置和气水分离器，其中所述氢气循环装置与所述气水分离器通过管路被串联在所述燃料电池的燃料电池电堆的阳极进口和阳极出口之间，其中所述气水分离器包括一个壳体、至少一个气水分离部、一个第一排放阀、一个第二排放阀和一个排放管道，其中所述气水分离器的所述壳体形成一个操作室、一个流体进口和一个流体出口，所述气水分离部围设成至少一个集流室，其中所述气水分离部被设置在所述壳体的所述操作室。

技术研发人员：李骁
受保护的技术使用者：武汉众宇动力系统科技有限公司
技术研发日：20220922
技术公布日：2024/1/14