[发明专利]一种用于质子交换膜燃料电池双堆结构的分体式汽水分离器

说明书

本发明涉及一种燃料电池的汽水分离器，具体涉及一种用于质子交换膜燃料电池双堆结构的分体式汽水分离器，包括上分离器和下分离器；上分离器设有上氢气进口和氢气出口，下分离器设有下氢气进口，上分离器和下分离器之间通过连接管连接；上分离器内部设有第二分水挡板，形成次要分水区；下分离器内部设有引流挡板和第一分水挡板，分别形成初步分水区和主要分水区；下分离器底部设有排水口。与现有技术相比，本发明的分体式汽水分离器结构紧凑，分水效率高，可应用于燃料电池双堆结构，分水挡板安装方式灵活，易于装配及维护，密封性能强，压力损失低。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池的汽水分离器，具体涉及一种用于质子交换膜燃料电池双堆结构的分体式汽水分离器。

背景技术

燃料电池作为一种新的能源动力转换系统，具有高效率，无污染、噪音低，运行条件要求低等一系列特点，逐渐吸引了越来越多的研究机构与公司的关注。在近二十年的发展中，随着技术难关的不断突破与成本的降低，燃料电池的应用也越来越广泛，由最开始的实验室试验阶段慢慢的发展到商业化阶段。目前，燃料电池作为内燃机的替代方案，更多的应用于商用车当中，而这也就使得对燃料电池的功率需求越来越大。以低温质子交换膜燃料电池为例，受限于技术原因与燃料电池的特性，单个燃料电池堆的功率并不能无限制的增加，双堆共同作为能源系统就成为了一种解决方案。为了提高燃料电池的性能，作为燃料的氢气通常需要过量供应，，然后在燃料出口对未完全消耗的氢气进行回收再利用。然而，燃料电池堆的氢气出口除了未完全消耗的氢气之外还包含了液态水，如果不进行去除就会再次返回至燃料电池堆中，进而导致燃料电池的性能降低，严重时甚至会导致燃料电池工作的失效。在燃料电池堆的氢气回收子系统中，通常采用汽水分离器对液态水和氢气进行分离。

现有的汽水分离器的设计与发明通常只有一个气体入口，技术关注点主要在于分离效率、低温启动、结构的集成化、压力损失、与应用过程中的维护等方面，而双堆结构的汽水分离器还需要保证上下堆出堆气体的流量分配一致性。首先，双堆结构的燃料电池堆具有两个氢气出口，因此汽水分离器应最少具有两个氢气入口，现有技术通常只针对单个燃料电池堆设置单个氢气入口。汽水分离器作为燃料电池堆氢气路的延伸会对氢气气体侧造成额外的压力损失，同时汽水分离器中分离出的氢气通常需要氢气引流装置再回到电堆中，因此双堆氢侧气体的压力损失的不同就会导致氢气分配差异。为了保证整体电堆的性能，双堆的氢气供应在流量上需要保持一致，汽水分离器的结构设计应确保双堆气体在分离器中的压力损失的一致性。双氢气入口的形式也会对水分结构的设计增加难度，双堆氢侧出口的液态水分离与收集在设计时需避免互相冲突。最后，双堆结构在加工与制造过程中本身就存在一定的装配公差与加工误差，同时用于双堆结构的汽水分离器体积也较大，汽水分离器需与上下堆具有良好的平面一致性，同时保证所有密封结构的密封性，这就给汽水分离器的密封带来了很大困难。

综上所述，针对于双堆燃料电池的应用需求与应用技术难点，亟需开发出一种可应用于双堆结构的分体式汽水分离器。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种用于质子交换膜燃料电池双堆结构的分体式汽水分离器，该分体式汽水分离器结构紧凑，分水效率高，可应用于燃料电池双堆结构，分水挡板安装方式灵活，易于装配及维护，密封性能强，压力损失低，流量分配一致性高。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种用于质子交换膜燃料电池双堆结构的分体式汽水分离器，包括上分离器和下分离器；

所述的上分离器设有上氢气进口和氢气出口，所述的下分离器设有下氢气进口，上分离器和下分离器之间通过连接管连接；所述的上分离器内部设有第二分水挡板，形成次要分水区；所述的下分离器内部设有引流挡板和第一分水挡板，分别形成初步分水区和主要分水区；所述的下分离器底部设有排水口；