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氣中，液滴會直接堵塞氫氣進氣口，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)腔進陽極尾排的進氣口、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氣腔和出氣腔的連接通道；

3、所述進氣口位于所述進氣腔，所述出氫口位于所述出氣腔；

4、所述進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氣口并覆蓋所述進氣口，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入的間隙；

5、所述進氣腔在所述進氣口的下方和側(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，所述進氣口位于所述進氣腔的上部且靠近所述隔離板，所述格柵包括位于所述進氣口下方、豎向平行布置的豎直段，遠(yuǎn)離所述進氣口一側(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)水進入所述儲水腔的進水口，所述擋板向所述進水口處傾斜向下設(shè)置。

10、更優(yōu)選的，所述進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，所述電堆具有進氫氣口和氫氣尾排口，所述格柵式氣水分離器的進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行氣水分離后，氫氣重新進入所述進氫氣口回用。

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，使得從所述進氣口進入到所述內(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)腔進陽極尾排的進氣口、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，所述進氣口位于所述進氣腔的上部且靠近所述隔離板，所述格柵包括位于所述進氣口下方、豎向平行布置的豎直段，遠(yuǎn)離所述進氣口一側(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)水進入所述儲水腔的進水口，所述擋板向所述進水口處傾斜向下設(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，所述電堆具有進氫氣口和氫氣尾排口，所述格柵式氣水分離器的進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
受保護的技術(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