本發(fā)明屬于燃料電池，具體涉及一種燃料電池用的格柵式氣水分離器及燃料電池系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、pem燃料電池，即質(zhì)子交換膜燃料電池，是一種直接將氫氧反應(yīng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的能源裝置，反應(yīng)直接生成水，無污染物排放，且效率高。目前pem燃料電池在道路車輛上的應(yīng)用主要障礙是成本高、壽命短、加氫設(shè)施少、儲氫運(yùn)氫成本高、環(huán)境適應(yīng)性等。

2、為保證反應(yīng)效率，陽極(氫氣)采用過計量比供應(yīng)氫氣，比如額定工況下，陽極側(cè)計量比通常在1.5左右，陽極出氣還有大量的未反應(yīng)氫氣，如果直接排放則會造成巨大的浪費(fèi)和很高的安全風(fēng)險。所以陽極出氣會通過引射器或循環(huán)泵再次引入到進(jìn)氣中，以循環(huán)利用。陽極出氣為飽和氣體，不僅含有大量的水蒸汽，還帶有大量的液態(tài)水滴。如果不將液態(tài)水去除而直接引入到陽極進(jìn)氣中，液滴會直接堵塞氫氣進(jìn)氣口，造成陽極欠氣，從而引起性能下降和壽命衰減。

3、為了去除陽極出氣中的液態(tài)水滴，陽極出氣會經(jīng)過氣水分離器后再引入到陽極進(jìn)氣。氣水分離器的主要作用為分離出氣體中的液態(tài)水，然后排出，同時盡量減小氣體通過分水器的壓降。

4、目前燃料電池用氣水分離器主要有旋風(fēng)式、擋板式和組合式三種。旋風(fēng)式氣水分離器具有體積小、重量輕等特點，但高速旋轉(zhuǎn)的液態(tài)水很難有效排除，分離效率低。常規(guī)擋板式氣水分離器，通過擋板、濾網(wǎng)等來達(dá)到分離效果，具有空間適應(yīng)好、壓降低等特點，也存在分離效率偏低問題。組合式分水器集成了旋風(fēng)式和擋板式的優(yōu)點，但體積大不利于空間布置。目前三種結(jié)構(gòu)分水器在燃料電池上都有應(yīng)用。

5、比如，授權(quán)公告號為cn218867162u的實用新型公開了一種氫燃料電池用氣水分離器，包括：分水器本體，其內(nèi)部具有空腔，所述分水器本體上設(shè)有與空腔連通的氣體入口和氣體出口；分水器頂蓋，連接在分水器本體的上表面；分水器儲水槽，連接在分水器本體的下表面，且分水器儲水槽的內(nèi)部與空腔相連通；分水器旋風(fēng)，其頂部連接在分水器本體的下表面，且所述分水器旋風(fēng)位于分水器儲水槽的內(nèi)部；排氮電磁閥，連接在分水器本體的頂部且靠近分水器頂蓋的一側(cè)；壓力傳感器，連接在分水器本體的頂部，用于測量回流氫氣的氣體壓力。

6、授權(quán)公告號為cn219399345u的實用新型公開了一種新型氣水分離器，包括分離器主閥體和設(shè)置于分離器主閥體一側(cè)且與分離器主閥體配合設(shè)置的閥體蓋板，分離器主閥體上分別設(shè)置有氫氣進(jìn)氣口和氫氣出氣口，分離器主閥體的一側(cè)設(shè)置有排氣閥體，排氣閥體遠(yuǎn)離分離器主閥體的一端連接有排氣電磁閥，分離器主閥體的底部設(shè)置有儲水閥，儲水閥的底部連接有排水閥體，儲水閥的一側(cè)設(shè)置有電加熱排水電磁閥。

7、若氣水分離器分水效率低，陽極回氣帶有大量液態(tài)水，液滴會直接堵塞氫氣進(jìn)氣口，造成陽極欠氣，從而引起性能下降和壽命衰減。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供了一種燃料電池用的格柵式氣水分離器及燃料電池系統(tǒng)。

2、一種燃料電池用的格柵式氣水分離器，包括氣水分離器本體，所述氣水分離器本體具有用于氣水分離的內(nèi)腔，所述氣水分離器本體還具有用于向所述內(nèi)腔進(jìn)陽極尾排的進(jìn)氣口、用于排出分離后氫氣的出氫口，所述內(nèi)腔的上部具有隔離板，所述隔離板將所述內(nèi)腔的上部空間分隔為進(jìn)氣腔和出氣腔，所述內(nèi)腔的下部設(shè)有儲水腔，所述隔離板的底端與儲水腔之間留有連通所述進(jìn)氣腔和出氣腔的連接通道；

3、所述進(jìn)氣口位于所述進(jìn)氣腔，所述出氫口位于所述出氣腔；

4、所述進(jìn)氣口位于所述氣水分離器本體的其中一個側(cè)面并靠近所述隔離板，所述內(nèi)腔在所述進(jìn)氣口處設(shè)有流向重整柱，所述流向重整柱一端端面伸向所述進(jìn)氣口并覆蓋所述進(jìn)氣口，所述流向重整柱一端端面與所述內(nèi)腔的內(nèi)側(cè)壁之間留有供氣流進(jìn)入的間隙；

5、所述進(jìn)氣腔在所述進(jìn)氣口的下方和側(cè)方還間隔設(shè)有若干格柵，相鄰格柵之間形成供氣流通過的氣水分離流道，各格柵的下方與所述內(nèi)腔的底面之間留有供氣流通過的匯流通道。

6、優(yōu)選的，所述進(jìn)氣口位于所述進(jìn)氣腔的上部且靠近所述隔離板，所述格柵包括位于所述進(jìn)氣口下方、豎向平行布置的豎直段，遠(yuǎn)離所述進(jìn)氣口一側(cè)的所述格柵還具有向上延伸并彎折朝向所述進(jìn)氣口所在方向的彎折段。

7、更優(yōu)選的，相鄰格柵之間的間距為2～6mm；所述格柵的壁厚≥1mm。

8、更優(yōu)選的，各氣水分離流道的流量分配差異≤20％。

9、優(yōu)選的，所述儲水腔頂面具有擋板，并留有供分離出來的液態(tài)水進(jìn)入所述儲水腔的進(jìn)水口，所述擋板向所述進(jìn)水口處傾斜向下設(shè)置。

10、更優(yōu)選的，所述進(jìn)水口位于所述隔離板的下方。

11、優(yōu)選的，所述出氫口位于所述出氣腔的頂部，所述出氣腔的側(cè)壁設(shè)有開口豎直向下或傾斜向下的擋水槽。

12、優(yōu)選的，所述氣水分離器本體的一面開口設(shè)置并配合設(shè)有蓋板，所述進(jìn)氣口位于與所述蓋板相對的另一側(cè)面。

13、更優(yōu)選的，各格柵固定在位于所述蓋板一側(cè)的安裝板上，所述安裝板朝向所述蓋板一側(cè)具有定位安裝柱，所述蓋板上相應(yīng)設(shè)有用于與所述定位安裝柱配合的定位盲孔；

14、所述流向重整柱在朝向所述蓋板的端面上設(shè)有螺紋安裝柱，所述蓋板上相應(yīng)設(shè)有與所述螺紋安裝柱配合的螺紋安裝盲孔。

15、本發(fā)明又提供了一種燃料電池系統(tǒng)，包括電堆和所述格柵式氣水分離器，所述電堆具有進(jìn)氫氣口和氫氣尾排口，所述格柵式氣水分離器的進(jìn)氣口連接所述氫氣尾排口，

16、陽極尾排通過所述格柵式氣水分離器進(jìn)行氣水分離后，氫氣重新進(jìn)入所述進(jìn)氫氣口回用。

17、本發(fā)明燃料電池用的格柵式氣水分離器通過流向重整柱的設(shè)置，使得從所述進(jìn)氣口進(jìn)入到所述內(nèi)腔的陽極尾排在沖撞到所述流向重整柱的端面后，氣流方向被重整改變，從進(jìn)入時直接沖擊所述內(nèi)腔的側(cè)壁被重整為沿著所述內(nèi)腔的內(nèi)部空間流動，然后平均地分配進(jìn)入格柵之間的氣水分離流道。格柵將氣流二次重整為層流，以避免湍流將液滴卷離壁面并打散；同時格柵設(shè)計大大增加了液滴和固體壁面的接觸面積，利用液滴粘附原理，使小液滴粘附在壁面上并匯聚成大液滴，且壁面溫度低于氣體溫度使水蒸氣冷凝在壁面上，小液滴在壁面上在氣流的吹動下，流動匯聚成大液滴，大液滴在氣流作用下，被吹入儲水腔。通過流向重整柱和格柵的配合使用，大大增強(qiáng)了氣水分離的效果。

技術(shù)特征：

1.一種燃料電池用的格柵式氣水分離器，包括氣水分離器本體，所述氣水分離器本體具有用于氣水分離的內(nèi)腔，所述氣水分離器本體還具有用于向所述內(nèi)腔進(jìn)陽極尾排的進(jìn)氣口、用于排出分離后氫氣的出氫口，其特征在于，所述內(nèi)腔的上部具有隔離板，所述隔離板將所述內(nèi)腔的上部空間分隔為進(jìn)氣腔和出氣腔，所述內(nèi)腔的下部設(shè)有儲水腔，所述隔離板的底端與儲水腔之間留有連通所述進(jìn)氣腔和出氣腔的連接通道；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述燃料電池用的格柵式氣水分離器，其特征在于，所述進(jìn)氣口位于所述進(jìn)氣腔的上部且靠近所述隔離板，所述格柵包括位于所述進(jìn)氣口下方、豎向平行布置的豎直段，遠(yuǎn)離所述進(jìn)氣口一側(cè)的所述格柵還具有向上延伸并彎折朝向所述進(jìn)氣口所在方向的彎折段。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述燃料電池用的格柵式氣水分離器，其特征在于，相鄰格柵之間的間距為2～6mm；所述格柵的壁厚≥1mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述燃料電池用的格柵式氣水分離器，其特征在于，各氣水分離流道的流量分配差異≤20％。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述燃料電池用的格柵式氣水分離器，其特征在于，所述儲水腔頂面具有擋板，并留有供分離出來的液態(tài)水進(jìn)入所述儲水腔的進(jìn)水口，所述擋板向所述進(jìn)水口處傾斜向下設(shè)置。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述燃料電池用的格柵式氣水分離器，其特征在于，所述進(jìn)水口位于所述隔離板的下方。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述燃料電池用的格柵式氣水分離器，其特征在于，所述出氫口位于所述出氣腔的頂部，所述出氣腔的側(cè)壁設(shè)有開口豎直向下或傾斜向下的擋水槽。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述燃料電池用的格柵式氣水分離器，其特征在于，所述氣水分離器本體的一面開口設(shè)置并配合設(shè)有蓋板，所述進(jìn)氣口位于與所述蓋板相對的另一側(cè)面。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述燃料電池用的格柵式氣水分離器，其特征在于，各格柵固定在位于所述蓋板一側(cè)的安裝板上，所述安裝板朝向所述蓋板一側(cè)具有定位安裝柱，所述蓋板上相應(yīng)設(shè)有用于與所述定位安裝柱配合的定位盲孔；

10.一種燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，包括電堆和權(quán)利要求1～9任一項所述格柵式氣水分離器，所述電堆具有進(jìn)氫氣口和氫氣尾排口，所述格柵式氣水分離器的進(jìn)氣口連接所述氫氣尾排口，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種燃料電池用的格柵式氣水分離器及燃料電池系統(tǒng)，通過流向重整柱的設(shè)置，使得陽極尾排在沖撞到所述流向重整柱的端面后，氣流方向被重整改變，然后平均地分配進(jìn)入格柵之間的氣水分離流道。格柵將氣流二次重整為層流，以避免湍流將液滴卷離壁面并打散；同時格柵設(shè)計大大增加了液滴和固體壁面的接觸面積，利用液滴粘附原理，使小液滴粘附在壁面上并匯聚成大液滴，且壁面溫度低于氣體溫度使水蒸氣冷凝在壁面上，小液滴在壁面上在氣流的吹動下，流動匯聚成大液滴，大液滴在氣流作用下，被吹入儲水腔。通過流向重整柱和格柵的配合使用，大大增強(qiáng)了氣水分離的效果。

技術(shù)研發(fā)人員：葛超峰,余斌,劉洋,倪淮生,李方,魯強(qiáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江天能氫能源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19