本发明专利技术涉及一种燃料电池的汽水分离器，具体涉及一种用于质子交换膜燃料电池双堆结构的分体式汽水分离器，包括上分离器和下分离器；上分离器设有上氢气进口和氢气出口，下分离器设有下氢气进口，上分离器和下分离器之间通过连接管连接；上分离器内部设有第二分水挡板，形成次要分水区；下分离器内部设有引流挡板和第一分水挡板，分别形成初步分水区和主要分水区；下分离器底部设有排水口。与现有技术相比，本发明专利技术的分体式汽水分离器结构紧凑，分水效率高，可应用于燃料电池双堆结构，分水挡板安装方式灵活，易于装配及维护，密封性能强，压力损失低。压力损失低。压力损失低。
【技术实现步骤摘要】
一种用于质子交换膜燃料电池双堆结构的分体式汽水分离器
[0001]本专利技术涉及一种燃料电池的汽水分离器，具体涉及一种用于质子交换膜燃料电池双堆结构的分体式汽水分离器。
技术介绍
[0002]燃料电池作为一种新的能源动力转换系统，具有高效率，无污染、噪音低，运行条件要求低等一系列特点，逐渐吸引了越来越多的研究机构与公司的关注。在近二十年的发展中，随着技术难关的不断突破与成本的降低，燃料电池的应用也越来越广泛，由最开始的实验室试验阶段慢慢的发展到商业化阶段。目前，燃料电池作为内燃机的替代方案，更多的应用于商用车当中，而这也就使得对燃料电池的功率需求越来越大。以低温质子交换膜燃料电池为例，受限于技术原因与燃料电池的特性，单个燃料电池堆的功率并不能无限制的增加，双堆共同作为能源系统就成为了一种解决方案。为了提高燃料电池的性能，作为燃料的氢气通常需要过量供应，，然后在燃料出口对未完全消耗的氢气进行回收再利用。然而，燃料电池堆的氢气出口除了未完全消耗的氢气之外还包含了液态水，如果不进行去除就会再次返回至燃料电池堆中，进而导致燃料电池的性能降低，严重时甚至会导致燃料电池工作的失效。在燃料电池堆的氢气回收子系统中，通常采用汽水分离器对液态水和氢气进行分离。
[0003]现有的汽水分离器的设计与专利技术通常只有一个气体入口，技术关注点主要在于分离效率、低温启动、结构的集成化、压力损失、与应用过程中的维护等方面，而双堆结构的汽水分离器还需要保证上下堆出堆气体的流量分配一致性。首先，双堆结构的燃料电池堆具有两个氢气出口，因此汽水分离器应最少具有两个氢气入口，现有技术通常只针对单个燃料电池堆设置单个氢气入口。汽水分离器作为燃料电池堆氢气路的延伸会对氢气气体侧造成额外的压力损失，同时汽水分离器中分离出的氢气通常需要氢气引流装置再回到电堆中，因此双堆氢侧气体的压力损失的不同就会导致氢气分配差异。为了保证整体电堆的性能，双堆的氢气供应在流量上需要保持一致，汽水分离器的结构设计应确保双堆气体在分离器中的压力损失的一致性。双氢气入口的形式也会对水分结构的设计增加难度，双堆氢侧出口的液态水分离与收集在设计时需避免互相冲突。最后，双堆结构在加工与制造过程中本身就存在一定的装配公差与加工误差，同时用于双堆结构的汽水分离器体积也较大，汽水分离器需与上下堆具有良好的平面一致性，同时保证所有密封结构的密封性，这就给汽水分离器的密封带来了很大困难。
[0004]综上所述，针对于双堆燃料电池的应用需求与应用技术难点，亟需开发出一种可应用于双堆结构的分体式汽水分离器。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的就是为了解决上述问题而提供一种用于质子交换膜燃料电池双堆结构的分体式汽水分离器，该分体式汽水分离器结构紧凑，分水效率高，可应用于燃料电池
双堆结构，分水挡板安装方式灵活，易于装配及维护，密封性能强，压力损失低，流量分配一致性高。
[0006]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0007]一种用于质子交换膜燃料电池双堆结构的分体式汽水分离器，包括上分离器和下分离器；
[0008]所述的上分离器设有上氢气进口和氢气出口，所述的下分离器设有下氢气进口，上分离器和下分离器之间通过连接管连接；所述的上分离器内部设有第二分水挡板，形成次要分水区；所述的下分离器内部设有引流挡板和第一分水挡板，分别形成初步分水区和主要分水区；所述的下分离器底部设有排水口；
[0009]由上氢气进口进入上分离器的上侧气流，经第一连接管进入初步分水区，在与由下氢气进口进入下分离器的下侧气流混合后，进入主要分水区，随后混合气流通过第二连接管进入次要分水区并由氢气出口从上分离器排出，分离的水由排水口从下分离器排出；
[0010]所述的引流挡板两端向内弯折，引流挡板的第一端设置于下氢气进口旁侧，使上侧气流经引流挡板汽水分离后再与下侧气流混合；引流挡板的第二端朝向主要分水区延伸，引流混合气流；
[0011]所述的第一分水挡板包括过滤式分水挡板和离心式分水挡板；所述的过滤式分水挡板为开设有多条通孔的挡板；所述的离心式分水挡板为多段弯折结构的挡板，且弯折形成的开口朝向混合气流设置；
[0012]所述的第二分水挡板包括V型挡板；所述的V型挡板的V型开口朝向混合气流设置。
[0013]引流挡板的设置使上侧气流经过引流挡板时，部分液态水会由于引流挡板的阻挡和惯性被分离；第一分水挡板中过滤式分水挡板的设置使部分液态水被挡板阻挡分离出来，过滤式的结构保证了大部分液态水能立即被分离；离心式分水挡板的设置会不断的改变气流流向，由于液态水与气体的密度、黏度等差异，在惯性及重力的作用下，液态水来不及跟随气体变向及流动，被分离出来；主要分水区保证了大部分液态水的分离，降低了后续行程上液态水沉降的要求，极大程度上减少了整个汽水分离器内液态水沉降与气体流向的冲突。第二分水挡板的设置与离心式分水挡板相似，也是通过不断的改变气流流向使液态水被分离出来，为最后一道分水结构。
[0014]引流挡板首先初步对上侧气流进行分水，之后经过汇合后的混合气流在第一分水挡板处进行主要分水，此时大部分液态水已经被分离，最后第二分水挡板对还剩余的一些液态水进行最后的分离，三级分水结构功能明确，互不干涉。三级分水结构解决了大行程分水结构后半段的液态水难以沉积的问题，大大减少了分出的液态水被气体进行二次携带的可能性；并且该三级分水结构设计紧凑，在有限的空间内充分利用了气体形程，在气体通过区域均留有足够空间，降低了气体的压力损失。
[0015]该汽水分离器的氢气进口、歧管腔体与分离器的主体结构，从设计上保证了双通道气体的压力损失一致性，使得双堆气体分配均匀，从燃料供给上避免了双堆燃料分配差异，保证了燃料电池整堆性能。
[0016]优选地，所述的连接管为软管，连接管两端通过卡箍分别与上分离器和下分离器固定密封。软管的连接方式为上分离器与下分离器之间提供了非刚性约束，降低了汽水分离器整体的装配难度，单个分离器主体只需要保证自身主体内密封腔的密封性；在车载的
振动过程中，软管的形变允许上下堆与分水件的各自结合平面存在一定偏差，相比于一体式汽水分离器，大大增强了密封性能的保证与连接可靠性。
[0017]优选地，所述的第二连接管管径大于第一连接管管径。第二连接管除需要通过混合气流外，还存在部分在第二分水挡板处分离的水需要落下排出，因而第二连接管管径更大，采取大横截面积的设计降低气体流速，缓解第二分水挡板分离出的液态水在第二连接管中的下降与上升气体所可能发生的冲突；因此可辅助解决大行程分水结构后半段的液态水难以沉积的问题，减少分出的液态水被气体二次携带的可能性。
[0018]优选地，所述的引流挡板斜向设置，使引流挡板与下分离器内侧壁之间形成上窄下宽的排水通道，且所述的引流挡板第一端向排水通道倾斜。由于排水通道上窄下宽的结构设计，大部分气体不会进入或经过排水通道，而会从引流挡板开放一侧与下侧气流汇合，既保证液态水的通过，同时又阻止大量气体的进入，形成专门的排水通道，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于质子交换膜燃料电池双堆结构的分体式汽水分离器，其特征在于，包括上分离器(1)和下分离器(2)；所述的上分离器(1)设有上氢气进口(3)和氢气出口(6)，所述的下分离器(2)设有下氢气进口(4)，上分离器(1)和下分离器(2)之间通过连接管连接；所述的上分离器(1)内部设有第二分水挡板(19)，形成次要分水区(27)；所述的下分离器(2)内部设有引流挡板(22)和第一分水挡板(12)，分别形成初步分水区(21)和主要分水区(26)；所述的下分离器(2)底部设有排水口(13)；由上氢气进口(3)进入上分离器(1)的上侧气流，经第一连接管(10)进入初步分水区(21)，在与由下氢气进口(4)进入下分离器(2)的下侧气流混合后，进入主要分水区(26)，随后混合气流通过第二连接管(17)进入次要分水区(27)并由氢气出口(6)排出上分离器(1)，分离的水由排水口(13)排出下分离器(2)；所述的引流挡板(22)两端向内弯折，引流挡板(22)的第一端设置于下氢气进口(4)旁侧，使上侧气流经引流挡板(22)汽水分离后再与下侧气流混合；引流挡板(22)的第二端朝向主要分水区(26)延伸，引导混合气流；所述的第一分水挡板(12)包括过滤式分水挡板和离心式分水挡板；所述的过滤式分水挡板为开设有多条通孔的挡板；所述的离心式分水挡板为多段弯折结构的挡板，且弯折形成的开口朝向混合气流设置；所述的第二分水挡板(19)包括V型挡板；所述的V型挡板的V型开口朝向混合气流设置。2.根据权利要求1所述的一种用于质子交换膜燃料电池双堆结构的分体式汽水分离器，其特征在于，所述的连接管为软管，连接管两端通过卡箍分别与上分离器(1)和下分离器(2)固定密封。3.根据权利要求1或2所述的一种用于质子交换膜燃料电池双堆结构的分体式汽水分离器，其特征在于，所述的第二连接管(17)管径大于第一连接管...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵岩，孙群超，甘全全，戴威，
申请(专利权)人：上海神力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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