CN220914279U - 一种二级分水器以及燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种二级分水器及燃料电池系统，该二级分水器呈T字形，包括一号仓、二号仓和三号仓，一号仓、二号仓和三号仓的一端汇集并连通，且一号仓垂直于二号仓和三号仓，二号仓和三号仓竖直分布，一号仓的另一端设置进气口，二号仓的另一端设置出气口，三号仓的另一端设置排液口，在一号仓、二号仓和三号仓汇集处设有滤水单元和吸水单元，滤水单元斜向布置且面向一号仓气体流动方向，吸水单元在滤水单元的底部。该燃料电池系统的电堆氢气入口处设有上述二级分水器。本实用新型通过二级分水器对入堆氢气中混有的液态水进行分离，避免电堆入堆端水淹、解决电堆开启初始状态阳极侧过干问题，调节阳极侧湿度，成本低且简单易实施。

Description

一种二级分水器以及燃料电池系统

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种二级分水器以及燃料电池系统。

背景技术

燃料电池是一种把燃料的化学能直接转换成电能的化学装置，是最有发展前途的发电技术，可取代发动机应用于车辆、电站、电源等领域，但目前还存在容易发生水淹、干膜、功率不能快速响应等问题。

燃料电池系统阳极分水器本身分水能力不足，回流的氢气中还残留部分液态水，加之分水器后端可能发生的温差冷凝，又增加了电堆进入氢气的液体水。过多的液态水进堆容易造成电堆的局部水淹。水淹将阻碍燃料气体的流动，导致反应缺气而引发其它副反应，加速催化层内碳的腐蚀，还会引起局部的温度热点；这些冷凝水还会造成下电吹扫吹不干，液态水存续在电堆内部，冰点环境下，结冰/融化的反复，对电堆内部催化剂和膜等都造成不可逆的损坏，严重影响燃料电池系统性能和寿命。

但同时，湿度是电堆运行优劣的重要调节参数之一，它关乎于电堆内部电化学反应场所的健康程度。对于自增湿堆而言，开堆初始状态的阳极侧入堆氢气完全是干氢气，电堆处于干膜状态，需要小功率开启，将回流的氢气湿度升上来，不能直接拉到过高功率；运行中，如果阳极气体入堆温度与堆温度差异过大，过多的冷凝，又降低了进堆氢气中的气态水含量，造成运行中干膜。膜干故障会引起电阻率上升，使得电堆在运行过程中产热增加，进一步导致能量转化效率降低及更为严重的膜干故障，甚至膜撕裂，严重影响输出性能和剩余寿命。

因此，本领域急需一种将入堆氢气中液态水去除干净、能够调节气态水含量，且低成本的方案。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种二级分水器。

本申请之目的还在于提供一种含有二级分水器的燃料电池系统。

为了实现本实用新型之目的，本申请提供以下技术方案。

在第一方面中，本申请提供一种二级分水器，所述二级分水器呈T字形，包括一号仓、二号仓和三号仓，所述一号仓、二号仓和三号仓的一端汇集并连通，且所述一号仓垂直于二号仓和三号仓，所述二号仓和三号仓竖直分布，所述一号仓的另一端设置进气口，所述二号仓的另一端设置出气口，所述三号仓的另一端设置排液口，在所述一号仓、二号仓和三号仓汇集处设有滤水单元和吸水单元，所述滤水单元斜向布置且面向所述一号仓气体流动方向，所述吸水单元在所述滤水单元的底部。

在第一方面的一种实施方式中，所述滤水单元的底部与一号仓的底部抵接，所述滤水单元的顶部斜向上伸入二号仓内，且所述滤水单元在水平面上的投影面积与所述二号仓的截面积相比为1：(2～3)。

在第一方面的一种实施方式中，所述滤水单元选自多层滤布、多层滤网或者多孔通孔陶瓷中的一种。

在第一方面的一种实施方式中，所述吸水单元固定在三号仓的顶部，且与所述滤水单元的底部抵接，所述吸水单元采用吸水材质。

在第一方面的一种实施方式中，所述排液口设有排水阀。

在第一方面的一种实施方式中，所述三号仓内设有储水空间，所述储水空间位于吸水单元和排水阀之间。

在第一方面的一种实施方式中，所述二号仓底部的侧壁固定有吸水材料。

在第二方面，本申请还提供一种燃料电池系统，所述燃料电池系统包括电堆、氢气源、空气源和回收单元，所述电堆设有氢气入口、氢气出口、空气入口和空气出口，所述氢气源依次通过比例阀和引射器与氢气入口连接，所述氢气出口处设有一级分水器，并通过一级分水器将未反应的氢气循环输送至引射器中，所述空气源与空气入口连接，所述燃料电池系统还包括如上所述二级分水器，其中，所述二级分水器的进气口与引射器的出口连接，所述二级分水器的出气口与氢气入口连接，所述二级分水器的排液口与回收单元连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

(1)在二级分水器内部设置滤水单元，能将氢气中的液滴积聚，避免其回流至电堆内部引起水淹，结构简单，成本低廉；

(2)同时，本申请在二级分水器内设置吸水单元，其能将由滤水单元收集得到的水进行储存，当氢气过于干燥时，吸水单元能调节氢气的湿度，避免干膜的出现。

附图说明

图1为本申请燃料电池系统的结构示意图；

图2为二级分水器的结构示意图。

在附图中，1为电堆，2为空气过滤器，3为空压机，4为中冷器，5为温度传感器，6为压力传感器，7为压力传感器，8为安全阀，9为比例阀，10为引射器，11为温度传感器，12为压力传感器，13为二级分水器，130为吸水材料，131为一号仓，132为二号仓，133为三号仓，134为滤水单元，135为吸水单元，136为排水阀，137为进气口，138为出气口，139为排液口，14为压力传感器，15为一级分水器，16为排氢阀，17为排水阀，18为安全阀，19为电堆热管理模块，20为辅助热管理模块，21为氢气源，22为回收单元。

具体实施方式

除非另作定义，在本说明书和权利要求书中使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中列举的所有的从最低值到最高值之间的数值，是指当最低值和最高值之间相差两个单位以上时，最低值与最高值之间以一个单位为增量得到的所有数值。

以下将描述本实用新型的具体实施方式，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以对本实用新型的实施方式进行修改和替换，所得实施方式也在本实用新型的保护范围之内。

在一种具体实施方式中，一种二级分水器，所述二级分水器呈T字形，包括一号仓、二号仓和三号仓，所述一号仓、二号仓和三号仓的一端汇集并连通，且所述一号仓垂直于二号仓和三号仓，所述二号仓和三号仓竖直分布，所述一号仓的另一端设置进气口，所述二号仓的另一端设置出气口，所述三号仓的另一端设置排液口，在所述一号仓、二号仓和三号仓汇集处设有滤水单元和吸水单元，所述滤水单元斜向布置且面向所述一号仓气体流动方向，所述吸水单元在所述滤水单元的底部。当氢气从进气口进入一号仓，部分氢气会与滤水单元接触，在穿过滤水单元的过程中，氢气中的小液滴与滤水单元接触而聚集，形成大液滴，并在重力作用下沿着倾斜的滤水单元向下流动，最终达到吸水单元而被储存，如此就能有效降低水淹发生的可能。另外，由于吸水单元中储存有水分，当氢气流经吸水单元且氢气中水分含量很低时，氢气能够吸收部分水汽，从而达到湿润氢气的目的，能有效避免干膜的发生。

在一种具体实施方式中，所述滤水单元的底部与一号仓的底部抵接，所述滤水单元的顶部斜向上伸入二号仓内，且所述滤水单元在水平面上的投影面积与所述二号仓的截面积相比为1：(2～3)。该设置一方面能有效去除液滴，另一方面也不会过分降低氢气压，保证氢气进气的畅通。

在一种具体实施方式中，所述滤水单元选自多层滤布、多层滤网或者多孔通孔陶瓷中的一种。

在一种具体实施方式中，所述吸水单元固定在三号仓的顶部，且与所述滤水单元的底部抵接，所述吸水单元采用吸水材质，如吸水棉。

在一种具体实施方式中，所述排液口设有排水阀。

在一种具体实施方式中，所述三号仓内设有储水空间，所述储水空间位于吸水单元和排水阀之间。二级分水器在使用时，由于二次分水量不会太多，三号仓中储水空间容积足够存储，且不需要很大，适时打开排水阀，排出储水空间内过多的水。

在一种具体实施方式中，所述二号仓底部的侧壁固定有吸水材料。由于二号仓和吸水单元均为吸水材料，会一直保持湿润，在电堆的工作温度(20-85℃)范围内，不饱和氢气通过时，从电堆开机启动直到关机，都会给氢气增湿，增加其气态水含量，起到提高电堆性能的作用。

实施例

下面将对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种燃料电池系统，其结构如图1所示，包括电堆1、氢气源21、回收单元22以及温度控制模块，电堆1设有氢气入口、氢气出口、空气入口和空气出口，其中，空气入口依次通过中冷器4、空压机3和空气过滤器2连接大气，空气入口处设有温度传感器5和压力传感器6，另外，空气入口处通过支路连接回收单元22，并在连接管路上设置安全阀8，空气出口连接回收单元22，并在空气出口处设置压力传感器7。

氢气源21依次连接比例阀9、引射器10和二级分水器13，然后连接电堆1的氢气入口，在引射器10的出口设置温度传感器11和压力传感器12，且引射器10的出口通过支路连接回收单元22，并在连接管路上设置安全阀18。氢气出口连接一级分水器15，该一级分水器15为现有技术，包括两个出气口138和一个排液口139，其中一个出气口138与引射器10连接，另外一个出气口138连接回收单元22，并在连接管路上设置排氢阀16，排液口139连接回收单元22，并在连接管路上设置排水阀17。在氢气出口处设置压力传感器14。温度控制模块包括电堆热管理模块19以及辅件热管理模块20，其中，电堆热管理模块19用于控制电堆1内部温度，辅件热管理模块20用于控制空压机3的工作温度。

在本实施例中，二级分水器13的结构如图2所示，包括一号仓131、二号仓132和三号仓133，一号仓131、二号仓132和三号仓133的一端汇集并连通，且一号仓131垂直于二号仓132和三号仓133，二号仓132和三号仓133竖直分布，且二号仓132在三号仓133上端。一号仓131的另一端设置进气口137，进气口137与引射器10的出口连接，二号仓132的另一端设置出气口138，出气口138与电堆1的氢气入口连接，三号仓133的另一端设置排液口139，并在排液口139上设置排水阀136，排液口139与回收单元22连接。在一号仓131、二号仓132和三号仓133汇集处设有滤水单元134和吸水单元135，滤水单元134的底部与一号仓131的底部抵接，且面向一号仓131气体流动方向，且滤水单元134的顶部斜向上伸入二号仓132内。吸水单元135固定在三号仓133的顶部并与滤水单元134的底部抵接。在二号仓132的下端内壁上固定有吸水材料130。

上述对实施例的描述是为了便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本申请。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必付出创造性的劳动。因此，本申请不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本申请披露的内容，在不脱离本申请范围和精神的情况下做出的改进和修改都在本申请的范围之内。

Claims (8)

1.一种二级分水器，其特征在于，所述二级分水器呈T字形，包括一号仓、二号仓和三号仓，所述一号仓、二号仓和三号仓的一端汇集并连通，且所述一号仓垂直于二号仓和三号仓，所述二号仓和三号仓竖直分布，所述一号仓的另一端设置进气口，所述二号仓的另一端设置出气口，所述三号仓的另一端设置排液口，在所述一号仓、二号仓和三号仓汇集处设有滤水单元和吸水单元，所述滤水单元斜向布置且面向所述一号仓气体流动方向，所述吸水单元在所述滤水单元的底部。

2.如权利要求1所述的二级分水器，其特征在于，所述滤水单元的底部与一号仓的底部抵接，所述滤水单元的顶部斜向上伸入二号仓内，且所述滤水单元在水平面上的投影面积与所述二号仓的截面积相比为1：(2～3)。

3.如权利要求1所述的二级分水器，其特征在于，所述滤水单元选自多层滤布、多层滤网或者多孔通孔陶瓷中的一种。

4.如权利要求1所述的二级分水器，其特征在于，所述吸水单元固定在三号仓的顶部，且与所述滤水单元的底部抵接，所述吸水单元采用吸水材质。

5.如权利要求1所述的二级分水器，其特征在于，所述排液口设有排水阀。

6.如权利要求5所述的二级分水器，其特征在于，所述三号仓内设有储水空间，所述储水空间位于吸水单元和排水阀之间。

7.如权利要求1所述的二级分水器，其特征在于，所述二号仓底部的侧壁固定有吸水材料。

8.一种燃料电池系统，所述燃料电池系统包括电堆、氢气源、空气源和回收单元，所述电堆设有氢气入口、氢气出口、空气入口和空气出口，所述氢气源依次通过比例阀和引射器与氢气入口连接，所述氢气出口处设有一级分水器，并通过一级分水器将未反应的氢气循环输送至引射器中，所述空气源与空气入口连接，其特征在于，所述燃料电池系统包括如权利要求1～7任一所述二级分水器，其中，所述二级分水器的进气口与引射器的出口连接，所述二级分水器的出气口与氢气入口连接，所述二级分水器的排液口与回收单元连接。