[发明专利]一种燃料电池系统

说明书

本发明公开了一种燃料电池系统，包括电堆模块、燃料电池系统控制器、供氢系统、空气供应系统和冷却系统，电堆模块的氢气出口连接一个汽水分离器，电堆模块的氢气出口将未反应氢气和水气混合气体输送到汽水分离器；空气供应系统的输出端连接到电堆模块的空气入口为电堆模块提供空气，其特征在于：利用供氢系统输出的冷氢气经过汽水分离器再输入到电堆模块的氢气入口，供氢系统输出的冷氢气对汽水分离器里面的混合气体进行冷却分离出氢气和液态的水，无需引入外部低温冷却介质，有效的实现氢气和液态的分离，结构简单，工作可靠，提高整体系统的效率和可靠性。

技术领域：

本发明涉及一种燃料电池系统。

背景技术：

燃料电池是通过氢气和氧气的催化氧化反应，将化学能转换为电能的一种发电装置，是一种高效率、高能量密度、低噪音、对环境无污染的新型能源。燃料电池广泛应用于新能源汽车、轮船、无人机及应急供电等领域。

燃料电池运行过程中产生的副产品只有无任何污染的水和热量。送入电堆模块的氢气不会被100％的反应，有一部分未参加反应的氢气和产生的水一起从电堆模块出口排出。为了更好的提高氢气的利用率，所以需要一套可靠的氢气循环系统将电堆模块出口排出未参加反应的氢气重新送入电堆模块中进行反应。另外，送入电堆模块中的氢气湿度也是一个重要技术指标。在燃料电池工作过程中，质子交换膜必须保持一定的湿度才能保证质子的高传导性和良好的运行特性。进入电堆模块的氢气湿度过低或者过高都会影响电堆模块的性能，甚至损坏电堆模块。

因此，为了解决氢气湿度的问题，一般会在氢气循环系统中增加一个水气分离装置，将从电堆模块出口排出未参加反应的氢气和一部分的水分离，既保证重新送入电堆模块氢气有一定的湿度，也需排出多余的水分。在专利CN201920045141.3中公开了一种用于氢燃料电池氢气尾气循环系统的水分离器，通过沿分离器内壁切向进气方式，使进入分离器的气水混合气体发生旋转，在离心力和重力的作用下，大颗粒水珠滴落到储液腔内后排出。此方案有一定的水气分离效果，但是从电堆模块出口排出的氢气和水气温度很高，大概在70-80℃左右，排出的水有很大一部分是水蒸气的状态。此方案只能分离大颗粒水珠，对于气态水分的分离基本没有效果，过多的气态水分从氢气入口进入电堆模块中，在电堆模块中聚集并凝结成水珠，同样会造成水淹等系统风险；另外在专利CN202121674581.9中公开了一种高效水气分离器及其应用的燃料电池系统，通过在外部低温冷却介质从进气管进入冷凝管道内，再从出气管排出，高温氢气和水气的混合气体从进气口流入至空腔里并与冷凝管道接触交换热量，水气冷凝后形成液态被分离出来在重力作用下汇流到下端盖，然后从下端盖的排水口排出，氢气从出气口排出，有效的实现氢气和液态的分离，结构简单，工作可靠，提高整体系统的效率和可靠性，此方案虽然解决了只能分离大颗粒水珠，对于气态水分的分离基本没有效果，过多的气态水分从氢气入口进入电堆模块中，在电堆模块中聚集并凝结成水珠，同样会造成水淹等系统风险的技术问题，但是需要在燃料电池系统外部增加外部低温冷却介质的装置，零部件增多，还需要防止外部低温冷却介质外泄问题，导致整体成本高。

发明内容：

本发明的目的是提供一种燃料电池系统，能解决现有技术中的只能分离大颗粒水珠，对于气态水分的分离基本没有效果，过多的气态水分从氢气入口进入电堆模块中，在电堆模块中聚集并凝结成水珠，同样会造成水淹等系统风险的技术问题。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。

本发明的目的是提供一种燃料电池系统，包括电堆模块、燃料电池系统控制器、供氢系统、空气供应系统和冷却系统，电堆模块的氢气出口连接一个汽水分离器，电堆模块的氢气出口将未反应氢气和水气混合气体输送到汽水分离器；空气供应系统的输出端连接到电堆模块的空气入口为电堆模块提供空气，其特征在于：利用供氢系统输出的冷氢气经过汽水分离器再输入到电堆模块的氢气入口，供氢系统输出的冷氢气对汽水分离器里面的混合气体进行冷却分离出氢气和液态的水。

上述所述的汽水分离器包括冷凝出气组合歧管、进气歧管和集水排水组件，其中：