CN113299950B - 应用于燃料电池系统的气液分离装置、电堆及分离系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了应用于燃料电池系统的气液分离装置及分离系统，其中，该装置包括：入堆分离总成，气态介质输出端连接电堆，出堆分离总成，生成物输入端连接于电堆；储液器，连接于入堆分离总成的液态介质输出端及出堆分离总成的液态输出端，用于接收入堆分离总成进行气液分离后输出的液态介质及出堆分离总成进行气液分离后输出的液态介质。通过出堆分离总成实现了将电堆输出的生成物进行一级气液分离，从而可以减少液态水对输入管路上的氢回流驱动装置(如：氢循环泵或或引射器)及下游部件的性能造成波动；而且，还通过入堆分离总成将输入至电堆的反应介质进行二次气液分离，从而可以阻止大粒径的液滴进入电堆。

Description

应用于燃料电池系统的气液分离装置、电堆及分离系统

技术领域

本发明涉及燃料电池系统，特别涉及一种应用于燃料电池系统的气液分离装置、电堆及分离系统。

背景技术

质子交换膜燃料电池系统的水管理是影响燃料电池系统运行的关键因素之一。燃料电池氢气侧出堆混合物中主要含有氢、氮及水等成分。其出堆混合物中的水常以气态水、液态水两相混合的形式存在；并受温度、压力等参数的影响，水的存在形态在气态水、液态水之间相互转化。因水的气相、液相间的密度差异巨大，液态水含量对流动状态较敏感。

燃料电池氢气侧常设有氢回流系统,即燃料电池出堆氢气混合物，经由氢循环泵(或引射器)驱动回流至氢气入堆管路,并与新供给的氢气混合,进入电堆。氢循环泵和引射器等气体驱动传输装置一般流道窄小，即使少量液滴进入其内部腔体，也会造成局部流道流通受阻，进而引起性能剧烈波动。现有技术中，燃料电池系统架构在电堆氢气侧出口常设有气液分离结构或装置。为降低燃料电池系统氢气侧的氮累积浓度，在氢气侧常设有排氢阀。根据系统需求排氢阀断续开启，瞬时排出部分氢气混合气，氢气侧产生压力瞬态波动，氢气侧压力低于设定值时,氢气控制阀(氢喷)开启，向氢气侧补充新鲜供给氢气，其中的氮浓度降低。

尽管现有技术中位于电堆氢气侧出口气液分离结构或装置已很好分离出液态水，但仍难以避免下游气态水蒸汽再次凝结为液态水的情况。首先，燃料电池氢气侧出堆混合物温度一般为60-90度，显著高于环境温度，出堆混合物沿回流路流动过程中会经壁面向环境散热，温度逐步降低。尤其是氢循环泵(或引射器)结构多为金属部件，导热系数大、热惯性大，致使流经的混合物温度降低幅度较大。其次，车用燃料电池氢气存储于氢瓶，供气温度接近环境温度，回流混合物与新鲜供给氢气混合后温度降低，混合物中所含的气态水遇冷析出液态水。再次，燃料电池系统氢气侧压力针对其运行工况瞬调整，氢气侧不同位置压力也不相同，也会产生液态水。比如，氢气侧混合物流经氢循环泵(或引射器)加压后，压力升高，气体中协水蒸气能力降低，部分水蒸气转化为液滴的形式。总之，单纯在电堆氢气出口的采用气液分离结构，难以避免因冷凝的液态水进入电堆的情况。此外，燃料电池电堆由若干单体单元堆叠而成，每个单元内部存在微小的气体传输通道。燃料电池氢气侧液态水影响反应气体湿度控制、液态水累积严重的情况会阻塞反应单元气体传输通道，致使气体通道下游反应气体浓度低，造成单片电化学反应“欠气”，表现为个别单片电压低于正常值，严重时会触发燃料电池单片电压单低保护。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种应用于燃料电池系统的气液分离装置、电堆及分离系统，其克服了以上技术问题。

为了实现上述目的，本申请的提供了一种应用于燃料电池系统的气液分离装置，包括：

入堆分离总成，连接于所述电堆，用于将输入电堆的反应介质进行气液分离，并为所述电堆提供分离后的气态介质；

出堆分离总成，生成物输入端连接于所述电堆，用于将所述电堆输出的生成物进行气液分离；

储液器，连接于所述入堆分离总成的液态介质输出端及所述出堆分离总成的液态输出端，用于接收所述入堆分离总成进行气液分离后输出的液态介质及所述出堆分离总成进行气液分离后输出的液态介质。

可选的，所述入堆分离总成包括：入堆分离管路、入堆集液器及入堆分离器；

其中，所述入堆分离管路的一端设置为入堆气态介质输出端；

所述入堆集液器凹设于所述入堆分离管路的内壁，所述入堆集液器在竖直方向上所处位置的高度低于所述入堆分离管路的内壁在竖直方向上所处位置的高度，且低于所述气态介质输出端在竖直方向上所处位置的高度；

所述入堆分离器设置于所述入堆集液器的入口，用于将在入堆分离管路中流动的反应介质进行气液分离，其中，反应介质经气液分离后的气态介质经所述入堆气态介质输出端输入至所述电堆，反应介质经气液分离后的液态介质经所述入堆分离器导流至所述入堆集液器以收纳。

可选的，所述装置还包括：

第一入堆输出管路，一端连接于所述入堆集液器的底部，另一端连接于所述储液器；

而且，所述入堆集液器在竖直方向上所处位置的高度高于所述储液器在竖直方向上所处位置的高度，所述第一入堆输出管路用于将所述入堆集液器中的液态介质导流至所述储液器。

可选的，所述出堆分离总成包括：出堆分离管路及出堆分离器；

所述出堆分离管路设置有第一气态介质输出端、第二气态介质输出端及生成物介质输入端；

其中，所述第一气态介质输出端在竖直方向上所处位置的高度、所述第二气态介质输出端在竖直方向上所处位置的高度及所述出堆分离器在竖直方向上所处位置的高度依次递减；

而且，所述出堆分离管路的内壁与所述储液器连通，所述出堆分离器设置于所述出堆分离管路中与所述储液器连通的内壁上，而且，所述出堆分离器在竖直方向上所处位置的高度高于所述储液器在竖直方向上所处位置的高度；

所述电堆输出的生成物在经过所述生成物介质输入端后被气液分离得到的气态介质经分别通过所述第一气态介质输出端及所述第二气态介质输出端输出，所述生成物经气液分离后的液态介质经所述出堆分离器导流至所述储液器以收纳。

可选的，所述装置还包括：

第二入堆输出管路，一端连接于所述入堆集液器的底部，另一端连接于所述出堆分离管路；

而且，所述入堆集液器在竖直方向上所处位置的高度高于所述出堆分离管路的输入端在竖直方向上所处位置的高度，所述第二入堆输出管路用于将所述入堆集液器中的液态介质导流至所述出堆分离管路。

可选的，所述第一入堆输出管路上设置有节流管，和/或，所述第二入堆输出管路上设置有节流管。

可选的，所述储液器呈漏斗状设置，

可选的，所述入堆分离器和/或所述出堆分离总成内设有气液分离滤芯。

本申请第二方面，提供了一种电堆，包括：

电堆本体；

上述的应用于燃料电池系统的气液分离装置；

其中，所述电堆本体包括：

电堆输入口，连接入堆分离总成中入堆分离管路的气态介质输出端；

气态介质出堆回流口，连接出堆分离总成中出堆分离管路的所述第一气态介质输出端；

气态介质出堆导出口，连接出堆分离总成中出堆分离管路的所述第二气态介质输出端；

液体介质排出口，连接储液器的储液输出端，用于导出所述储液器中的液态介质。

本申请第三方面，提供了一种燃料电池氢气侧气液分离系统，包括：

上述的电堆；

输入管路，连接于所述电堆的电堆输入口，用于向所述电堆输入反应介质；

回流输出管路，一端连接于所述电堆的气态介质出堆回流口，另一端连接于所述输入管路，用于将第一气态介质回流至所述输入管路；

第二气态介质输出管路，连接于所述电堆的气态介质出堆导出口，用于将通过对生成物进行气液分离后的第二气态介质排出；

排液管路，连接于所述电堆的液体介质排出口，用于排出气液分离后的液态介质。

本申请第四方面，提供了一种燃料电池氢气侧气液分离系统，包括：

电堆；

输入管路，连接于所述电堆的电堆输入口，用于向所述电堆输入反应介质；

入堆分离总成，设置于所述输入管路上，用于将经所述输入管路输入所述电堆的反应介质进行气液分离，并为所述电堆提供分离后的气态介质；

输出管路，连接于所述电堆的生成物输出端；

出堆分离总成，设置于所述输出管路上，用于将所述电堆输出的生成物进行气液分离；

回流输出管路，一端连接于所述出堆分离总成的第一气态介质输出端，另一端连接于所述输入管路，用于将通过对生成物进行气液分离后的第一气态介质回流至所述输入管路；

第二气态介质输出管路，连接于所述出堆分离总成的第二气态介质输出端，用于将通过对生成物进行气液分离后的第二气态介质排出；

排液管路，连接于所述入堆分离总成的液态介质输出端和所述出堆分离总成的液态介质输出端，或连接于所述入堆分离总成的液态介质输出端，而且，在所述储液器连接于所述入堆分离总成的液态介质输出端的情况下，所述入堆分离总成的液态介质输出端连接于所述出堆分离总成的生成物输入端；

储液器，设置于所述排液管路上，用于收纳流经所述排液管路的液态介质。

通过本发明的应用于燃料电池系统的气液分离装置、电堆及分离系统，利用入堆分离总成及出堆分离总成分别将输入电堆的反应介质以及电堆输出的生成物进行气液分离，即：通过出堆分离总成实现了将电堆输出的生成物进行一级气液分离，从而可以减少液态水对输入管路上的氢回流驱动装置(如：氢循环泵或或引射器)及下游部件的性能造成波动；而且，还通过入堆分离总成将输入至电堆的反应介质进行二次气液分离，从而可以阻止大粒径的液滴进入电堆。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

图1为本发明实施例中应用于燃料电池系统的气液分离装置的结构示意图(一)；

图2为本发明实施例中应用于燃料电池系统的气液分离装置的结构示意图(二)；

图3为本发明实施例中应用于燃料电池系统的气液分离装置的结构示意图(三)；

图4为本发明实施例燃料电池氢气侧气液分离系统的布置示意图(一)；

图5为本发明实施例燃料电池氢气侧气液分离系统的布置示意图(二)；

图6为本发明实施例燃料电池氢气侧气液分离系统的布置示意图(三)。

其中；1、储氢装置；2、减压阀；3、安全阀；4、氢气控制阀；5、氢回流驱动装置；6、引射器旁通阀；7、入堆分离总成；8、水气接口；9、电堆；10、出堆分离总成；11、回流单向阀；12(12a)、储液器；12b、排液口；13、排氢阀；14、排水阀；15、混排阀；17、气液分离滤芯；7a、入堆分离器；7b、入堆集液器；7c、第一入堆输出管路；71c、第二入堆输出管路；7d、节流管；7e、连接管路出口；7f、水气接口氢侧入口；8a、氢气入堆接口；8b、冷却液出堆口；8c、空气出堆口；8d、空气入堆口；8e、冷却液入堆口；8f、氢气出堆口；9a、电堆端板；9b、单体单元；9d、氢侧入口腔体；9e、氢侧出口腔体；10a、出堆分离器；10b、第一气态介质输出端；10c、第二气态介质输出端。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于理解本发明实施例，下面通过几个具体实施例对本发明的结构进行详细的阐述。

本发明实施例提供了一种应用于燃料电池系统的气液分离装置，包括：

入堆分离总成7，连接于所述电堆9，用于将输入电堆的反应介质进行气液分离，并为所述电堆9提供分离后的气态介质；

出堆分离总成10，生成物输入端连接于所述电堆9，用于将所述电堆9输出的生成物进行气液分离；

储液器12，连接于所述入堆分离总成7的液态介质输出端及所述出堆分离总成10的液态输出端，用于接收所述入堆分离总成7进行气液分离后输出的液态介质及所述出堆分离总成10进行气液分离后输出的液态介质。

就此，利用入堆分离总成7及出堆分离总成10分别将输入电堆9的反应介质以及电堆9输出的生成物进行气液分离，即：通过出堆分离总成10实现了将电堆9输出的生成物进行一级气液分离，从而可以减少液态水对输入管路上的氢回流驱动装置5(如：氢循环泵或或引射器)及下游部件的性能造成波动；而且，还通过入堆分离总成7将输入至电堆9的反应介质进行二次气液分离，从而可以阻止大粒径的液滴进入电堆9。

具体的，根据图1-3所示，本发明实施例提供了一种应用于燃料电池系统的气液分离装置，包括：入堆分离总成7、出堆分离总成10和储液器12。而且，图中g方向为重力加速度方向。

即：在一个实施例中，入堆分离总成7、出堆分离总成10和储液器12集成为该应用于燃料电池系统9的气液分离装置。

其中，该入堆分离总成7连接于所述电堆9，该入堆分离总成7的液态介质输出端连接储液器12，用于将输入电堆的反应介质进行气液分离，并为所述电堆9提供分离后的气态介质；

而出堆分离总成10的生成物输入端连接于所述电堆9，，该出堆分离总成10的液态介质输出端连接储液器12，用于将所述电堆9输出的生成物进行气液分离；

该储液器12连接于所述入堆分离总成7的液态介质输出端及所述出堆分离总成10的液态输出端，而且，该储液器12用于接收所述入堆分离总成7进行气液分离后输出的液态介质及所述出堆分离总成10进行气液分离后输出的液态介质。

此外，该储液器12的底部设置有排液口12b，通过该排液口12b可以将储液器12中的液体排出。

其中，上述的生成物包括但不限于一项或多项：液态水、气态氢、气态水及气态氮。

所以，就可以利用入堆分离总成7及出堆分离总成10分别将输入电堆9的反应介质以及电堆9输出的生成物进行气液分离，从而可以通过出堆分离总成10实现了将电堆9输出的生成物进行一级气液分离，从而可以减少液态水对输入管路上的氢回流驱动装置5(如：氢循环泵或或引射器)及下游部件的性能造成波动；而且，还通过入堆分离总成7将输入至电堆9的反应介质进行二次气液分离，从而可以阻止大粒径的液滴进入电堆9。

此外，在另一实施例中，所述入堆分离总成7包括：入堆分离管路、入堆集液器7b及入堆分离器7a；

其中，所述入堆分离管路的一端设置为入堆气态介质输出端；

所述入堆集液器7b凹设于所述入堆分离管路的内壁，所述入堆集液器7b在竖直方向上所处位置的高度低于所述入堆分离管路的内壁在竖直方向上所处位置的高度，且低于所述气态介质输出端在竖直方向上所处位置的高度；

所述入堆分离器7a设置于所述入堆集液器7b的入口，用于将在入堆分离管路中流动的反应介质进行气液分离，其中，反应介质经气液分离后的气态介质经所述入堆气态介质输出端输入至所述电堆9，反应介质经气液分离后的液态介质经所述入堆分离器7a导流至所述入堆集液器7b以收纳。

在另一实施例中，根据图1所示，该装置还包括：第一入堆输出管路7c。其中，该第一入堆输出管路7c的一端连接于所述入堆集液器7b的底部(如：排液口12b)，而另一端连接于所述储液器12，即：该入堆分离总成7的液态输出端连接储液器12；

而且，所述入堆集液器7b在竖直方向上所处位置的高度高于所述储液器12在竖直方向上所处位置的高度，所述第一入堆输出管路7c用于将所述入堆集液器7b中的液态介质导流至所述储液器12。

在另一实施例中，该出堆分离总成10包括：出堆分离管路及出堆分离器10a；

其中，所述出堆分离管路设置有第一气态介质输出端10b、第二气态介质输出端10c及生成物介质输入端8f；

而且，所述第一气态介质输出端10b在竖直方向上所处位置的高度、所述第二气态介质输出端10c在竖直方向上所处位置的高度及所述出堆分离器10a在竖直方向上所处位置的高度依次递减；

而且，所述出堆分离管路的内壁与所述储液器12连通，所述出堆分离器10a设置于所述出堆分离管路中与所述储液器12连通的内壁上，而且，所述出堆分离器10a在竖直方向上所处位置的高度高于所述储液器12在竖直方向上所处位置的高度；

所述电堆9输出的生成物在经过所述生成物介质输入端8f后被气液分离得到的气态介质经分别通过所述第一气态介质输出端10b及所述第二气态介质输出端10c输出，所述生成物经气液分离后的液态介质经所述出堆分离器10a导流至所述储液器12以收纳。

在另一实施例中，根据图2所示，该装置还包括：第二入堆输出管路71c，该第二入堆输出管路71c的一端连接于所述入堆集液器7b的底部，另一端连接于所述出堆分离管路的输入端；而且，所述入堆集液器7b在竖直方向上所处位置的高度高于所述出堆分离管路的输入端在竖直方向上所处位置的高度，所述第二入堆输出管路71c用于将所述入堆集液器7b中的液态介质导流至所述出堆分离管路。

可选的，上述的第一入堆输出管路7c设置有节流管7d，和/或，上述的第二入堆输出管路71c上设置有节流管7d。

在另一实施例中，所述储液器12呈漏斗状设置，

在另一实施例中，根据图3所示，所述入堆分离总成7和/或所述出堆分离总成10内设有气液分离滤芯17。

具体的，根据图1所示，生成物进入出堆分离总成10后，在出堆分离器10a(在本实施例中示范性设为挡板结构)的作用下改变了气流方向，出堆的生成物中的液态水受重力及惯性力作用下并经出堆分离器10a的导流汇集于储液器12内，出堆气体混合物分别通过第一气态介质输出端10b及第二气态介质输出端10c输出。

而且，需要进入电堆9进行反应的反应物质(包括：从电堆9回流的氢气及新鲜供给氢气组成的混合反应介质)经水气接口氢侧入口7f进入入堆分离总成7中的气态介质输入端以进入入堆分离管路后，在入堆分离器7a(在本实施例中示范性设为挡板结构)作用下造成了气体的流动方向突变，液态水受重力及惯性力作用向下流动，汇集于底部的入堆集液器7b；分离后的气态混合物经与入堆气态介质输出端连接的水气接口8的氢气入堆接口8a以进入电堆9的氢气侧入口腔体9d。入堆集液器7b经第一入堆输出管路7c中用于连通储液器12上的连接管路出口7e。为防止过量氢气经第一入堆输出管路7c旁通，所以在第一入堆输出管路7c临近储液器12的上游设置节流管7d。

此外，根据图2所示，还可以进行以下具体设置：入堆分离总成7进行分离后的液态水经第二入堆输出管路71c连通氢气侧出堆流道8f，与电堆9所出堆的生成物一同进入出堆分离总成10。

此外，在本申请的另一实施例中，还提供了一种电堆9，该电堆9包括：电堆本体以及上述实施例中涉及的应用于燃料电池系统的气液分离装置；即：该电堆9集成有电堆本体及上述的应用于燃料电池系统9的气液分离装置。换言之，该应用于燃料电池系统的气液分离装置集成在电堆端板9a(近水气接口侧)外侧的水气接口8内，此时，电堆9的氢侧出口腔体9e与氢气出堆口8f连通。

其中，所述电堆本体包括：电堆本体、气态介质出堆回流口、气态介质出堆导出口和液态介质排出口。

其中，该电堆本体连接入堆分离总成7中入堆分离管路的气态介质输出端；

该气态介质出堆回流口连接出堆分离总成10中出堆分离管路的所述第一气态介质输出端10b；

该气态介质出堆导出口连接出堆分离总成10中出堆分离管路的所述第二气态介质输出端10c；

该液体介质排出口连接储液器12的储液输出端，而且，该液态介质排出口用于导出所述储液器12中的液态介质。

而且，该电堆9由若干个单体单元9b堆叠而成，此外，该电堆9设置有冷却液出堆口8b、空气出堆口8c、空气入堆口8d、冷却液入堆口8e。

本实施例中的一种电堆9所涉及的名词及实现原理具体可以参照上述实施例中的一种应用于燃料电池系统的气液分离装置，在此不再赘述。

此外，在本申请的另一实施例中，还提供了一种燃料电池氢气侧气液分离系统，其中，该燃料电池氢气侧气液分离系统包含于燃料电池系统。而且，该燃料电池氢气侧气液分离系统包括：上述的集成有电堆本体及应用于燃料电池系统的气液分离装置的电堆9、输入管路、回流输出管路、第二气态介质输出管路及排液管路。

具体的，该输入管路连接于所述电堆9的电堆本体，该输入管路用于向所述电堆9输入反应介质；

而回流输出管路的一端连接于所述电堆9的气态介质出堆回流口，另一端连接于所述输入管路，回流输出管路用于将第一气态介质回流至所述输入管路；

该第二气态介质输出管路连接于所述电堆9的气态介质出堆导出口，该第二气态介质输出管路用于将通过对生成物进行气液分离后的第二气态介质排出；

该排液管路连接于所述电堆9的液体介质排出口，该排液管路用于排出气液分离后的液态介质。

本实施例中的一种燃料电池氢气侧气液分离系统所涉及的名词及实现原理具体可以参照上述实施例中的一种电堆9，在此不再赘述。

此外，在另一实施例中还提供了一种燃料电池氢气侧气液分离系统，其中，该燃料电池氢气侧气液分离系统包含于燃料电池系统。而且，该燃料电池氢气侧气液分离系统包括：电堆9、输入管路、入堆分离总成7、输出管路、出堆分离总成10、回流输出管路、第二气态介质输出管路、排液管路及储液器12。

其中，输入管路，连接于所述电堆9的电堆本体，用于向所述电堆9输入反应介质；

入堆分离总成7，设置于所述输入管路上，用于将经所述输入管路输入所述电堆9的反应介质进行气液分离，并为所述电堆9提供分离后的气态介质；

输出管路，连接于所述电堆9的生成物输出端；

出堆分离总成10，设置于所述输出管路上，用于将所述电堆9输出的生成物进行气液分离；

回流输出管路，一端连接于所述出堆分离总成10的第一气态介质输出端10b，另一端连接于所述输入管路，用于将通过对生成物进行气液分离后的第一气态介质回流至所述输入管路；

第二气态介质输出管路，连接于所述出堆分离总成10的第二气态介质输出端10c，用于将通过对生成物进行气液分离后的第二气态介质排出；

排液管路，连接于所述入堆分离总成7的液态介质输出端和所述出堆分离总成10的液态介质输出端，或连接于所述入堆分离总成7的液态介质输出端，而且，在所述储液器12连接于所述入堆分离总成7的液态介质输出端的情况下，所述入堆分离总成7的液态介质输出端连接于所述出堆分离总成10的生成物输入端；

储液器12，设置于所述排液管路上，用于收纳流经所述排液管路的液态介质。

具体的，在本实施例中，根据图4-6所示，该燃料电池氢气侧气液分离系统包括以下三种实施方式：

第一种实施方式如图4所示，针对上述的输入管道，其包括：依次连接的储氢装置1(如：氢瓶)、减压阀2、安全阀3、氢气控制阀4和氢回流驱动装置5，其中，该氢回流驱动装置5连接于入堆分离总成7，而且，该入堆分离总成7连接于电堆的氢气侧入口腔体9d，此外，该氢回流驱动装置5的输入端及输出端分别连接于引射器旁通阀6的输出端及输入端。

输出管路上设置有：出堆分离总成10和排氢阀13；

排液管路包括：储液器12和排水阀14。

其中，该出堆分离总成10的气态输出端连接于排氢阀13，而储液器12的进液口连接于该出堆分离总成10的液态输出端，且储液器12的出液口(如：上述的排液口12b)连接的管路上还连接有排水阀14。

该回流输出管路上设置有回流单向阀11，而且，该回流输出管路的输入端连接于该出堆分离总成10的气态输出端，该回流输出管路的输出端连接于氢回流驱动装置5。

而且，该电堆9的电堆端板9a(近水气接口侧)与水气接口8连接，氢气出口腔体9e与水气接口8中的通道相连通。电堆9出堆的生成物经氢气出口腔体9e和水气接口8中的通道，进入到出堆分离总成10，形成气相液相一次分离，分离后的液态水通过连通通道汇聚于储液器12内。经一次分离后的气体混合物分为两个支路，一个支路连通排氢阀13；另外支路连通氢回流驱动装置5，受氢回流驱动装置5驱动的混合物经回流单向阀11与来自储氢装置1的新鲜供给氢气混合，形成新的气液混合物(即：上述的反应介质)。新的气液混合物在入堆之前流经入堆分离总成7，以进行二次气液分离。分离后气体混合物经水气接口8进入电堆9的氢侧入口腔体9d，分离后的液态水经连接通道汇入储液器12，储液器12的底部连通排水阀14，当储液器12的液位高于设定液位后，排水阀14开启，液态水在压力推动下排出系统。

第二种实施方式如图5所示，该第二种实现方式与第一种实现方式的区别在于：在第二种实现方式中，入堆分离总成7分离的液态水连通氢气侧出堆流道，与电堆9出堆生成物一同进入出堆气液分离装置。

第三种实施方式如图6所示，该第三种实现方式与第一种实现方式的区别在于：在第三种实现方式中，在第二种实现方式中，排氢阀13与排水阀14功能集成于混排阀15，储液器12的底部连通混排阀15，通过控制混排阀15的开启时间，实现先排水后排气的功能。

此外，在另一实施例中，上述的入堆分离总成7和/或上述出堆分离总成10内设有气液分离滤芯17。当然，在本实施例中，并不对该气液分离滤芯17的种类及安装方式进行限定，如：该气液分离滤芯17还包括滤芯安装结构。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种应用于燃料电池系统的气液分离装置，其特征在于，包括：

入堆分离总成，连接于电堆，用于将输入电堆的反应介质进行气液分离，并为所述电堆提供分离后的气态介质；

出堆分离总成，生成物输入端连接于所述电堆，用于将所述电堆输出的生成物进行气液分离；

储液器，连接于所述入堆分离总成的液态介质输出端及所述出堆分离总成的液态输出端，用于接收所述入堆分离总成进行气液分离后输出的液态介质及所述出堆分离总成进行气液分离后输出的液态介质；

其中，所述入堆分离总成包括：入堆分离管路、入堆集液器及入堆分离器；

其中，所述入堆分离管路的一端设置为气态介质输出端；

所述入堆集液器凹设于所述入堆分离管路的内壁，所述入堆集液器在竖直方向上所处位置的高度低于所述入堆分离管路的内壁在竖直方向上所处位置的高度，且低于所述气态介质输出端在竖直方向上所处位置的高度；

所述入堆分离器设置于所述入堆集液器的入口，用于将在入堆分离管路中流动的反应介质进行气液分离，其中，反应介质经气液分离后的气态介质经所述气态介质输出端输入至所述电堆，反应介质经气液分离后的液态介质经所述入堆分离器导流至所述入堆集液器以收纳。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第一入堆输出管路，一端连接于所述入堆集液器的底部，另一端连接于所述储液器；

而且，所述入堆集液器在竖直方向上所处位置的高度高于所述储液器在竖直方向上所处位置的高度，所述第一入堆输出管路用于将所述入堆集液器中的液态介质导流至所述储液器。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述出堆分离总成包括：出堆分离管路及出堆分离器；

所述出堆分离管路设置有第一气态介质输出端、第二气态介质输出端及生成物介质输入端；

其中，所述第一气态介质输出端在竖直方向上所处位置的高度、所述第二气态介质输出端在竖直方向上所处位置的高度及所述出堆分离器在竖直方向上所处位置的高度依次递减；

而且，所述出堆分离管路的内壁与所述储液器连通，所述出堆分离器设置于所述出堆分离管路中与所述储液器连通的内壁上，而且，所述出堆分离器在竖直方向上所处位置的高度高于所述储液器在竖直方向上所处位置的高度；

所述电堆输出的生成物在经过所述生成物介质输入端后被气液分离得到的气态介质经分别通过所述第一气态介质输出端及所述第二气态介质输出端输出，所述生成物经气液分离后的液态介质经所述出堆分离器导流至所述储液器以收纳。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第二入堆输出管路，一端连接于所述入堆集液器的底部，另一端连接于所述出堆分离管路；

而且，所述入堆集液器在竖直方向上所处位置的高度高于所述出堆分离管路的输入端在竖直方向上所处位置的高度，所述第二入堆输出管路用于将所述入堆集液器中的液态介质导流至所述出堆分离管路。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一入堆输出管路上设置有节流管，和/或，所述第二入堆输出管路上设置有节流管。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述储液器呈漏斗状设置。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述入堆分离器和/或所述出堆分离总成内设有气液分离滤芯。

8.一种电堆，其特征在于，包括：

电堆本体；

权利要求3-7任一项所述的应用于燃料电池系统的气液分离装置；其中，所述电堆本体包括：

电堆输入口，连接入堆分离总成中入堆分离管路的气态介质输出端；

气态介质出堆回流口，连接出堆分离总成中出堆分离管路的所述第一气态介质输出端；

气态介质出堆导出口，连接出堆分离总成中出堆分离管路的所述第二气态介质输出端；

液体介质排出口，连接储液器的储液输出端，用于导出所述储液器中的液态介质。

9.一种燃料电池氢气侧气液分离系统，其特征在于，包括：

权利要求8所述的电堆；

输入管路，连接于所述电堆的电堆输入口，用于向所述电堆输入反应介质；

回流输出管路，一端连接于所述电堆的气态介质出堆回流口，另一端连接于所述输入管路，用于将第一气态介质回流至所述输入管路；

第二气态介质输出管路，连接于所述电堆的气态介质出堆导出口，用于将通过对生成物进行气液分离后的第二气态介质排出；

排液管路，连接于所述电堆的液体介质排出口，用于排出气液分离后的液态介质。

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