CN109273741A - 燃料电池系统的氢气与水分离装置及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料电池系统的氢气与水分离装置及其工作方法，在本发明的一种燃料电池系统的氢气与水分离装置中，燃料电池电堆所产生的水及未完全反应的氢气从进氢口进入到进气腔室中，水会汇集到进气腔室的底部，汇集到进气腔室底部的水进入到储水腔室中，进气腔室中的氢气从分隔板的下方进入到排气腔室中，氢气向上流动并从出氢口流出并返回至燃料电池堆中进行反应，控制装置控制加热排水电磁阀开启出水口而将储水腔室中的水排出。由此可见，本发明的一种燃料电池系统的氢气与水分离装置及其工作方法，能够分离电堆产生的水和未完全反应的氢气，使得氢气得以充分利用，并及时将水排出，防止水堵塞电堆。

Description

燃料电池系统的氢气与水分离装置及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统的氢气与水分离装置及其工作方法。
背景技术
燃料电池电堆普遍地应用在新能源汽车中，燃料电池电堆在工作时，氧气和氢气反应会产生水和未完全反应的氢气，为了提高氢气使用效率，把未完全反应的氢气在通过循环导入电堆入口，现有技术中的氢气回收装置不能将水和未反应完全的氢气很好地分离，循环系统中水量过大会导致部分水进入到电堆中而产生水堵现象，导致电堆的功率下降。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种燃料电池系统的氢气与水分离装置及其工作方法，能够分离电堆产生的水和未完全反应的氢气。
为实现上述目的，本发明提供一种燃料电池系统的氢气与水分离装置，采用如下技术方案：一种燃料电池系统的氢气与水分离装置，包括具有分离腔的壳体，所述分离腔包括进气腔室和排气腔室，进气腔室和排气腔室之间设有分隔板，分隔板的下端与分离腔底部之间具有储水腔室，壳体上设有与进气腔室连通的进氢口、与排气腔室连通的出氢口；所述壳体的底部还安装有加热排水电磁阀，壳体的底部设有连接孔，加热排水电磁阀的进水口与连接孔连接，加热排水电磁阀还具有出水口，加热排水电磁阀由控制装置控制而开启或关闭出水口、以及开启或关闭加热功能。
优选地，所述出氢口连接在排气腔室的顶部位置。
优选地，所述壳体的底部还设有排水孔。
优选地，所述壳体上还安装有用于检测分离腔中水位的液位传感器。
优选地，所述壳体上还安装有用于检测分离腔中氢气压力的氢压传感器。
优选地，所述壳体上还设有与排水腔连通的排氮口。
优选地，所述排气腔室的底部还设有隔水架。
优选地，所述隔水架包括与排水腔侧壁贴紧的立板，立板上设有沿水平方向延伸的第一挡板和第二挡板，第一挡板靠近分隔板下端，第二挡板位置靠近出氢口的下沿。
与本发明的一种燃料电池系统的氢气与水分离装置相应地，本发明还提供一种燃料电池系统的氢气与水分离装置的工作方法，利用上述技术方案或其任一优选的技术方案所述的燃料电池系统的氢气与水分离装置进行作业，包括如下作业步骤：
1)燃料电池电堆所产生的水及未完全反应的氢气从进氢口进入到进气腔室中；
2)进入到进气腔室中的水汇集到进气腔室底部，汇集到进气腔室底部的水进入到储水腔室中，进气腔室中的氢气从分隔板下方进入到排气腔室中；
3)控制装置控制加热排水电磁阀开启出水口而将储水腔室中的水排出，排气腔室中的氢气向上流动并从出氢口流出并返回至燃料电池堆中进行反应。
优选地，还包括：4)控制装置控制加热排水电磁阀开启加热功能而防止排气腔室中的水结冰。
如上所述，本发明涉及的一种燃料电池系统的氢气与水分离装置及其工作方法，具有以下有益效果：在本发明的一种燃料电池系统的氢气与水分离装置中，燃料电池电堆所产生的水及未完全反应的氢气从进氢口进入到进气腔室中，水会汇集到进气腔室的底部，汇集到进气腔室底部的水进入到储水腔室中，进气腔室中的氢气从分隔板的下方进入到排气腔室中，氢气向上流动并从出氢口流出并返回至燃料电池堆中进行反应，。由此可见，本发明的一种燃料电池系统的氢气与水分离装置及其工作方法，能够分离电堆产生的水和未完全反应的氢气，使得氢气得以充分利用，提供燃料使用效率。。
附图说明
图1显示为本发明的一种燃料电池系统的氢气与水分离装置的整体结构示意图。
图2显示为图1中燃料电池系统的氢气与水分离装置的下壳罩拆除状态的结构示意图。
图3-1显示为上壳罩和下壳罩安装在一起的立体结构示意图。
图3-2显示为将上壳罩和下壳罩部分剖切的立体结构示意图。
图4显示为上壳罩的立体结构示意图。
图5显示为下壳罩的立体结构示意图。
图6显示为隔水架的立体结构示意图。
元件标号说明
1 壳体
2 上壳罩
3 下壳罩
4 分离腔
5 进气腔室
6 排气腔室
7 分隔板
8 储水腔室
9 进氢口
10 出氢口
11 加热排水电磁阀
12 连接孔
13 排水孔
14 液位传感器
15 氢压传感器
16 排氮口
17 隔水架
18 立板
19 第一挡板
20 第二挡板
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1至图3-2所示，本发明提供一种燃料电池系统的氢气与水分离装置，包括具有分离腔4的壳体1，所述分离腔4包括进气腔室5和排气腔室6，进气腔室5和排气腔室6之间设有分隔板7，分隔板7的下端与分离腔4底部之间具有储水腔室8，壳体1上设有与进气腔室5连通的进氢口9、与排气腔室6连通的出氢口10。
在本发明的一种燃料电池系统的氢气与水分离装置中，燃料电池电堆所产生的水及未完全反应的氢气从进氢口9进入到进气腔室5中，由于重力作用，水会汇集到进气腔室5的底部，汇集到进气腔室5底部的水进入到储水腔室8中，进气腔室5中的氢气从分隔板7的下方进入到排气腔室6中，氢气向上流动并从出氢口10流出并返回至燃料电池堆中进行反应。由此可见，本发明的一种燃料电池系统的氢气与水分离装置能够方便地分离电堆产生的水和未完全反应的氢气，提供燃料使用效率。
作为一种优选的实施方式，如图1至图3-2所示，所述壳体1的底部还安装有加热排水电磁阀11，壳体1的底部设有连接孔12，加热排水电磁阀11的进水口与连接孔12连接，加热排水电磁阀11还具有出水口，加热排水电磁阀11由控制装置控制而开启或关闭出水口、以及开启或关闭加热功能。在将氢气与水分离之后，控制装置控制加热排水电磁阀11开启出水口而将储水腔室8中的水排出。由此可见，本发明的一种燃料电池系统的氢气与水分离装置及其工作方法，能够分离电堆产生的水和未完全反应的氢气，使得氢气得以充分利用，并及时将水排出，防止水堵塞电堆。
为了便于制造和加工，如图3-1和图3-2所示，所述壳体1包括装配在一起的上壳罩2和下壳罩3，上壳罩2和下壳罩3的内腔形成所述分离腔4，如图3-2所示，分隔板7设于分离腔4中并自分离器顶部向下延伸，分隔板7的下端与上壳罩2下端的安装面之间具有一定的高度差，该高度差控制在10-15毫米较佳。分隔板7的一侧为进气腔室5，进氢口9与进气腔室5连通，电堆中未完全反应的氢气与反应生成的水从进氢口9进入到进气腔室5中；分隔板7的下方为储水腔室8，进入到进气腔室5中的水汇集到储水腔室8中，而氢气会从分隔板7下方进入到分隔板7另一侧的排气腔室6中并向上流动，最终从出氢口10排出。为了防止储水腔室8中的水溅入到出氢口10随氢气返回到电堆中而造成电堆水堵，作为一种优选的实施方式，如图3-2所示，所述排气腔室6的底部还设有隔水架17，隔水架17在水平面上的投影覆盖排气腔室6的水平截面。请参考图3-2和图6，所述隔水架17包括与排水腔侧壁贴紧的立板18，立板18上设有沿水平方向延伸的第一挡板19和第二挡板20，第一挡板19靠近分隔板7下端，第二挡板20位置靠近出氢口10的下沿。这样，当车辆颠簸时，储水腔室8中的水溅起而被第一挡板19和第二挡板20挡住而不会溅入到出氢口10中。第一挡板19和第二挡板20在水平面上的投影正好覆盖排气腔室6的横截面，氢气能够从第一挡板19和第二挡板20之间的间隙向上流动，而在汽车的一般颠簸幅度下，水却难以既越过第一挡板19又越过第二挡板20再溅入到出氢口10中。为了使得储水腔室8中水难以溅入到出氢口10，出氢口10应该远离储水腔室8，作为一种优选的实施方式，如图3-2所示，所述出氢口10连接在排气腔室6的顶部位置，这样，请参考图3-2，未反应完全的氢气与反应所产生的水从进气腔室5的顶部位置的进氢口9向下流动，穿过分隔板7下端的间隙，在向上流动至排气腔室6顶部位置的出氢口10而流出，氢气与水的混合汽体所经历的气流路径较长，有利于氢气与水的混合汽体中的水凝聚下来而汇集到储水腔室8的底部。由此可见，通过在分离腔4中设置分隔板7而将分离腔4分隔成进气腔室5和排气腔室6，并将进氢口9和出氢口10分别设置在进气腔室5的顶部位置和排气腔室6的顶部位置，使得气流的路径最大限度地延长，有利于氢气与水的混合汽中的水凝聚下来，使得水与氢气的分离效果更好。
在本发明的一种燃料电池系统的氢气与水分离装置中，加热排水电磁阀11兼具排水功能和加热功能，加热排水电磁阀11具有进水口和出水口，如图3-2所示，加热排水电磁阀11的进水口和连接口连接，加热排水电磁阀11能够按照设定时间定时开启而将其进水口和出水口连通，从而将储水腔室8中的水及时排出。加热排水电磁阀11还具有加热功能，加热排水电磁阀11与温度传感器连接，当温度传感器检测环境温度低于0摄氏度时，储水腔室8中水具有结冰风险，加热排水电磁阀11根据温度传感器检测的温度数据而开启加热功能，从而防止储水腔室8中的水结冰。为了使得储水腔室8中的水能够及时地排出，如图3-2和图5所示，在壳体1的底部(即下壳罩3的底部)还设置有排水孔13，储水腔室8中的水能够通过排水孔13流出。
如图1和图2所示，所述壳体1上还安装有用于检测分离腔4中水位的液位传感器14，液位传感器14也与控制装置连接，液位传感器14安装在储水腔室8位置的壳体1外侧面上，通过液位传感器14感应储水腔室8中的水位高度，控制装置根据液位传感器14检测的数据控制加热排水电磁阀11连通其进水口与出水口，使得储水腔室8中的水及时排出，以防止水位超过限定值。
为了方便地检测分离腔4中的氢气压力，如图1和图2所示，所述壳体1上还安装有用于检测分离腔4中氢气压力的氢压传感器15，随时监控分离腔4内部压力并输送至后台监控。进入到进气腔室5中的氢气中还混有氮气，氮气对于电堆燃料反应无益，就不需要将氮气返回到电堆中了。作为一种优选的实施方式，所述壳体1上还安装有用于检测分离腔4中氮气压力的氮压传感器，氮压传感器与控制装置连接，如图4所示，所述壳体1上还设有与排水腔连通的排氮口16(设置在上壳罩2上)，排氮口16上连接有排氮阀，排氮阀根据设定时间定时开启排氮。
与本发明的一种燃料电池系统的氢气与水分离装置相应地，本发明还提供一种燃料电池系统的氢气与水分离装置的工作方法，利用上述技术方案或其任一优选的技术方案所述的燃料电池系统的氢气与水分离装置进行作业，包括如下作业步骤：
1)燃料电池电堆所产生的水及未完全反应的氢气从进氢口9进入到进气腔室5中；
2)进入到进气腔室5中的水凝结并汇集到进气腔室5底部，汇集到进气腔室5底部的水进入到储水腔室8中，进气腔室5中的氢气从分隔板7下方进入到排气腔室6中；
3)控制装置控制加热排水电磁阀11开启出水口而将储水腔室8中的水排出，排气腔室6中的氢气向上流动并从出氢口10流出并返回至燃料电池堆中进行反应。
本发明的一种燃料电池系统的氢气与水分离装置的工作方法当然也具有上述本发明的一种燃料电池系统的氢气与水分离装置的有益效果，此处不再赘述。
作为一种优选的实施方式，还包括：4)控制装置控制加热排水电磁阀11开启加热功能而防止排气腔室6中的水结冰。
基于上述实施例的技术方案，本发明的一种燃料电池系统的氢气与水分离装置及其工作方法，能够分离电堆产生的水和未完全反应的氢气，使得氢气得以充分利用，并及时将水排出，防止水堵塞电堆。
综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种燃料电池系统的氢气与水分离装置，包括具有分离腔(4)的壳体(1)，所述分离腔(4)包括进气腔室(5)和排气腔室(6)，进气腔室(5)和排气腔室(6)之间设有分隔板(7)，分隔板(7)的下端与分离腔(4)底部之间具有储水腔室(8)，壳体(1)上设有与进气腔室(5)连通的进氢口(9)、与排气腔室(6)连通的出氢口(10)。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统的氢气与水分离装置，其特征在于：所述壳体(1)的底部还安装有加热排水电磁阀(11)，壳体(1)的底部设有连接孔(12)，加热排水电磁阀(11)的进水口与连接孔(12)连接，加热排水电磁阀(11)还具有出水口，加热排水电磁阀(11)由控制装置控制而开启或关闭出水口、以及开启或关闭加热功能。
3.根据权利要求1所述的燃料电池系统的氢气与水分离装置，其特征在于：所述出氢口(10)连接在排气腔室(6)的顶部位置。
4.根据权利要求1所述的燃料电池系统的氢气与水分离装置，其特征在于：所述壳体(1)的底部还设有排水孔(13)。
5.根据权利要求1所述的燃料电池系统的氢气与水分离装置，其特征在于：所述壳体(1)上还安装有用于检测分离腔(4)中水位的液位传感器(14)。
6.根据权利要求1所述的燃料电池系统的氢气与水分离装置，其特征在于：所述壳体(1)上还设有与排水腔连通的排氮口(16)。
7.根据权利要求1所述的燃料电池系统的氢气与水分离装置，其特征在于：所述排气腔室(6)的底部还设有隔水架(17)。
8.根据权利要求7所述的燃料电池系统的氢气与水分离装置，其特征在于：所述隔水架(17)包括与排水腔侧壁贴紧的立板(18)，立板(18)上设有沿水平方向延伸的第一挡板(19)和第二挡板(20)，第一挡板(19)靠近分隔板(7)下端，第二挡板(20)位置靠近出氢口(10)的下沿。
9.一种燃料电池系统的氢气与水分离装置的工作方法，利用权利要求1所述的燃料电池系统的氢气与水分离装置进行作业，其特征是，包括如下作业步骤：
1)燃料电池电堆所产生的水及未完全反应的氢气从进氢口(9)进入到进气腔室(5)中；
2)进入到进气腔室(5)中的水汇集到进气腔室(5)底部，汇集到进气腔室(5)底部的水进入到储水腔室(8)中，进气腔室(5)中的氢气从分隔板(7)下方进入到排气腔室(6)中；
3)控制装置控制加热排水电磁阀(11)开启出水口而将储水腔室(8)中的水排出，排气腔室(6)中的氢气向上流动并从出氢口(10)流出并返回至燃料电池堆中进行反应。
10.如权利要求9所述的燃料电池系统的氢气与水分离装置的工作方法，其特征是，还包括：
4)控制装置控制加热排水电磁阀(11)开启加热功能而防止排气腔室(6)中的水结冰。
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