[发明专利]一种燃料电池用控湿分水器

说明书

本发明公开一种燃料电池用控湿分水器，包括中空的气液分离罐，位于该气液分离罐上的电堆尾气进口和电堆尾气出口，以及伸入所述气液分离罐内腔中的中空加压冷却机构；所述电堆尾气进口和电堆尾气出口与所述气液分离罐的内腔连通，冷却液进出口与中空加压冷却机构内部相通，且电堆尾气进口和电堆尾气出口开口处的口径小于所述气液分离罐的内径。本发明的分水器中由于变径促使气压的变化，加压冷却机构降低电堆尾气的露点，使气体中的水蒸气过饱和而出现液化，液化后的水分由于重力的作用，滴落至气液分离罐的底部，实现尾气中的水分分离，加压机构通过转动给汽水分离过的尾气进行加压，加压的压差可以通过加压机构转速进行控制。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及燃料电池尾气排出口用的分水器的设计。

背景技术

燃料电池是将氢气的化学能转化为电能的装置，其优点是产物是水，零排放无污染，噪音低，转化效率高。工作温度可在低温环境下运行，是移动电源和基站电源和固定电源的首选。

燃料电池是由膜电极、双极板、集电板、端板和紧固件组成。由于聚合物膜燃料电池单片电压低，在实际应用中，是由多个电池单元叠加在一起进行串联起来，形成电堆。目前的燃料车用燃料电池系统基本上都是由燃料电池电堆、增湿器、气体缓冲罐、启动电源、气体回收利用装置、气体压力与流量控制模块、系统控制模块、分水器、冷却系统控制模块以及电力转换模块等BOP配件和模块组成。

其中分水器的作用，是将从电堆内部出来的尾气中的水蒸气分离出来，使未反应的气体进入到气体回收利用装置(回流泵或循环喷射器)中，并重新进入电堆。在目前的技术条件下，气体回收利用装置对进入该设备的气体湿度非常敏感，只要有水分进入这类设备，就会对该设备的使用寿命造成影响。这一问题也是目前燃料电池市场化进展较慢的原因之一。为了解决这一问题，在电堆的尾气出口和气体回收利用装置之间布置一分水器是比较普遍被采用的方案，但传统的分水器的存在以下缺点：1、分水效果差，不能有效地把尾气中的水分分离出来，仍然会造成气体回收利用装置等寿命衰减严重；2、分水器的阻力大，易造成电堆出口不畅，导致电堆内部堵水，影响电堆性能；3、不能根据电堆的运行要求进行调节分水效果与湿度。

发明内容

发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种带有气体加压和冷却功能，并能根据需求自动调节分水量、控制气体湿度的燃料电池用分水器，在不影响电堆排气排水的前提下，减少水分对气体回收利用装置的寿命损害。

技术方案：本发明所述燃料电池用控湿分水器，包括气液分离罐，位于该气液分离罐上的电堆尾气进口和电堆尾气出口，以及伸入所述气液分离罐内腔中的加压冷却机构；

所述电堆尾气进口和电堆尾气出口与所述气液分离罐的内腔连通，且电堆尾气进口和电堆尾气出口开口处的口径小于所述气液分离罐的内径；

所述加压冷却机构包括电机、加压杆和若干加压叶片，所述加压杆沿所述气液分离罐的轴向布置，加压杆在所述电机的驱动下转动，所述加压叶片安装在所述加压杆上，并与所述加压杆同步转动，增加所述气液分离罐内腔气压；

所述加压杆和加压叶片为中空结构，加压杆的两端分别设置有冷却液进口和冷却液出口，加压杆内腔与冷却液进口和冷却液出口连通，在所述加压冷却机构中形成冷却液流场对电堆尾气进行冷却。

本发明进一步优选地技术方案为，所述电堆尾气进口与冷却液出口位于气液分离罐的其中一端，所述电堆尾气出口与冷却液进口位于气液分离罐的另一端。

作为优选地，所述加压杆和气液分离罐同轴安装。

优选地，所述气液分离罐的下方还设置有储水罐，储水罐的底部设置有排水口，所述储水罐的内腔与所述气液分离罐的内腔连通，气液分离罐内的冷凝水排入所述储水罐，并由所述排水口排出。

优选地，所述气液分离罐与所述储水罐之间还设置有水流通槽，所述水流通槽连通所述气液分离罐与储水罐的内腔。