[发明专利]一种燃料电池阳极排水装置及排水系统

说明书

本发明公开了一种燃料电池阳极排水装置及排水系统，其通过中空纤维膜的排水阻气特性，将氢气中水蒸气的冷凝和液态水的排出集合在一起，利用低温冷却水来控制阳极氢气的露点，起到快速高效排水的效果，同时具有结构紧凑、简单可靠的优点。本发明解决了碱性膜燃料电池阳极排水问题，在推进碱性膜燃料电池电堆的工程应用方面有应用前景。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体而言是一种燃料电池阳极排水装置及排水系统，尤其涉及燃料电池阳极水管理。

背景技术

与质子交换膜燃料电池不同，碱性阴离子交换膜燃料电池在阳极生成水，产物水需要靠氢气从扩散层中吹扫或携带出去，这要求氢气具有大的循环比，并且出入口氢气的含水量差别大，即阳极具有很强的排水能力。

现有的阳极水管理通常是针对PEMFC来开发的，而PEMFC阳极本身的液态水含量少，通常采用氢气循环泵或者引射器将阳极的氢气进行循环，在氢循环管路中加入离心式分水器或重力分水器将水排出，具有良好的液态水分离效果。然而对于碱性膜燃料电池，由于阳极产生水，其产水量远大于PEMFC的阳极，尤其是碱性膜燃料电池的阳极需要通过控制电堆阳极氢气入口和出口的相对湿度，来使阳极水分快速排出，而传统的传统离心式分水器没有冷凝效果，分水效果不够，不能满足排水需要。若氢循环管路中多余的水分不能及时排出，在进行电化学反应时，多余的水分会覆盖催化剂，使得氢气不能充分传递至催化剂表面。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种燃料电池阳极排水装置及排水系统。本发明主要利用微孔纤维膜的排水阻气特性和压差，将氢气的冷凝和液态水的排出功能集合到一个器件上，从而起到快速高效排水的效果，同时具有结构紧凑、简单可靠的优点。

本发明采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种碱性阴离子交换膜燃料电池阳极排水装置，所述排水装置包括设置于燃料电池氢气出口和氢气入口之间的排水器；所述排水器设有水循环支路；

所述排水器沿氢气流动方向依次设置氢气腔I、密封胶I、水腔、密封胶II、氢气腔II，氢气腔I和氢气腔II通过中空纤维束相连，所述中空纤维束润湿状态下在有压差存在时具有透水阻气功能，中空纤维束的两端贯通密封胶，且为开口管；密封胶I将氢气腔I和水腔隔离；密封胶II将氢气腔II和水腔隔离；氢气腔I设有氢气入口，所述氢气入口与燃料电池的氢气出口相连通；氢气腔II设有氢气出口，所述氢气出口与燃料电池的氢气入口相连通；水腔具有两个接口，分别为循环水的入口和出口。

基于上述方案，优选地，所述中空纤维束成分为聚醚砜、聚醋酸纤维酯中的至少一种；所述中空纤维束的管壁含有微孔，孔径小于1μm从而具有毛细力；在润湿状态下，纤维管管壁在超过氢气压力的压差下不漏气。

基于上述方案，优选地，所述排水装置还包括回流泵；所述回流泵位于排水器与燃料电池氢气入口之间，用于为排水后的氢气增压。

基于上述方案，优选地，所述回流泵为氢气循环泵或引射器，电堆阳极出口富含水汽的氢气经过排水器冷凝排水后进入回流泵，进而进入电堆内部，实现高的氢气利用率。

上述排水装置使用时，水腔中水的压力低于中空纤维束中气体的压力，水腔中水的温度低于中空纤维束中气体的温度，氢气从氢气腔I通过中空纤维束传输到氢气腔II的过程中，氢气中的气态水在循环水的温差下冷凝成液态水，冷凝液态水和氢气携带的液态水在压差作用下通过中空纤维束的外壁排入水腔，然后通过循环水出口排出；排水装置与燃料电池堆组合在一起，形成了燃料电池的阳极排水系统。

上述排水装置使用时，可根据不同温度下饱和蒸汽压的不同设计水温与气体温度的温差，控制冷凝水的水量。

另一方面，本发明提供了一种碱性阴离子交换膜燃料电池阳极排水系统，所述排水系统包括和上述的燃料电池阳极排水装置。