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一種燃料電池系統排水裝置及方法與流程

文檔序號:29648190發布日期:2022-04-13 21:48來源:國知局

1.本發明屬于燃料電池技術領域,具體涉及一種燃料電池系統排水裝置及方法。


背景技術:

2.燃料電池是通過電化學反應將氫燃料中的化學能轉化為電能的裝置,因具有能量轉換率高、反應產物清潔無污染和適應性強等優點,被視作是一種發展前景廣闊的能源動力裝置。
3.氫燃料電池的反應產物僅為水,主要在陰極產生,然而由于陰陽兩極濃度梯度的影響,陰極產生的水會透過質子交換膜滲透至陽極,若不進行氣水分離,及時排出分離出的水,勢必出現陽極側“水淹”,對陽極零部件和系統的正常工作造成影響,甚至影響電堆壽命。
4.因此,有必要在電堆陽極出口安裝氣水分離器,分離出氣體中攜帶的水分,通過排水閥將其排出。在排水方法上,脈沖式排放應用較多,此方法雖然操作簡單,在高功率工況下卻極易因排水不及時堵塞流道或過度排水造成較大的壓力波動,而在低功率工況下則會因排水時間過長將氫氣排出,降低了燃料利用率,且排水閥的頻繁開閉亦會縮短其使用壽命。


技術實現要素:

5.為了解決現有技術存在的上述問題,本發明的目的在于提供一種可將分離出的水及時有效地排出且防止氫氣排出的燃料電池系統排水裝置及方法。
6.本發明所采用的技術方案為:
7.一種燃料電池系統排水裝置,包括氣水分離器,氣水分離器包括相互連通的氣水分離腔和儲水腔,儲水腔的底部設置有出水口,儲水腔的出水口處連接有排水閥,排水閥的另一端連接有孔板,孔板的另一端連接有排水管。
8.氣水分離腔將電堆陽極出口流體中的氫氣和水進行分離,水進入儲水腔。打開排水閥時,水經孔板和排水管排出??装迥芊€定水流速度,防止氫氣經孔板排出,可相應提高氫氣的利用率。
9.在燃料電池高功率工況下選擇排水閥常開的方式進行排水,使得儲水腔內的水恰好能完全排出,且無氣體排出,防止了因水分過度排放而造成的壓力波動。而在燃料電池低功率工況下,由于電堆產水量較少,則選擇脈沖式排水的方式,防止氫氣的排出。
10.作為本發明的優選方案,所述孔板的孔個數≥1個。
11.作為本發明的優選方案,所述儲水腔內部的底部從邊緣向出水口傾斜,出水口位于儲水腔的最低點。儲水腔內的水能從斜坡流到出水口,便于液體匯集和排出。
12.作為本發明的優選方案,所述孔板的數量≥1個。
13.作為本發明的優選方案,所述孔板的形狀為方形或圓形。
14.作為本發明的優選方案,所述孔板的所有孔的孔徑之和小于排水閥的通徑,從而
水流出時更加穩定,防止氫氣排出。
15.作為本發明的優選方案,所述孔板通徑滿足:孔板最大排水量大于電堆反應滲透到陽極側的水量??装宓目偼◤奖WC電堆反應滲透到陽極側的水能及時排出,避免陽極側“水淹”。其中,電堆反應滲透到陽極側的水量以燃料電池正常工況或額定工況進行測定,孔板的最大排水量根據孔板的總通徑進行計算。
16.一種燃料電池系統排水方法,包括以下步驟:
17.s1:用氣水分離器對電堆陽極出口流體中的氫氣和水進行分離;
18.s2:在燃料電池功率≥限定功率時,將排水閥常開;在燃料電池功率<限定功率時,將排水閥置于常閉狀態且周期性地開啟;
19.s3:經過排水閥的水由孔板排出到排水管。
20.在燃料電池高功率工況下選擇排水閥常開的方式進行排水,使得儲水腔內的水恰好能完全排出,且無氣體排出,防止了因水分過度排放而造成的壓力波動。而在燃料電池低功率工況下,由于電堆產水量較少,則選擇脈沖式排水的方式,防止氫氣的排出。
21.作為本發明的優選方案,在步驟s1中,氣水分離器將氫氣和水分離后,水從儲水腔的內部的底部斜面匯集到出水口。
22.作為本發明的優選方案,在步驟s3中,所述孔板的通徑滿足:孔板最大排水量大于電堆反應滲透到陽極側的水量。其中,電堆反應滲透到陽極側的水量以燃料電池正常工況或額定工況進行測定,孔板的最大排水量根據孔板的總通徑進行計算。
23.本發明的有益效果為:
24.1.本發明的氣水分離腔將電堆陽極出口流體中的氫氣和水進行分離,水進入儲水腔。打開排水閥時,水經孔板和排水管排出??装迥芊€定水流速度,防止氫氣經孔板排出,可相應提高氫氣的利用率。
25.2.在燃料電池高功率工況下選擇排水閥常開的方式進行排水,使得儲水腔內的水恰好能完全排出,且無氣體排出,防止了因水分過度排放而造成的壓力波動。而在燃料電池低功率工況下,由于電堆產水量較少,則選擇脈沖式排水的方式,防止氫氣的排出。
附圖說明
26.圖1是本發明的結構示意圖;
27.圖2是氣水分離器的結構示意圖;
28.圖3是儲水腔的結構示意圖。
29.圖中,1-氣水分離器;2-排水閥;3-孔板;4-氣水分離腔;5-儲水腔; 6-出水口。
具體實施方式
30.下面詳細描述本發明的實施例,所述實施例的示例在附圖中示出,其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的,旨在用于解釋本發明,而不能理解為對本發明的限制。
31.如圖1~圖3所示,本實施例的燃料電池系統排水裝置,包括氣水分離器1,氣水分離器1包括相互連通的氣水分離腔4和儲水腔5,儲水腔5的的底部設置有出水口6,儲水腔5的出水口6處連接有排水閥2,排水閥2 的另一端連接有孔板3,孔板3的另一端連接有排水
管。
32.氣水分離腔4將電堆陽極出口流體中的氫氣和水進行分離,水進入儲水腔5。打開排水閥2時,水經孔板3和排水管排出??装?能穩定水流速度,防止氫氣經孔板3排出,可相應提高氫氣的利用率。
33.在燃料電池高功率工況下選擇排水閥2常開的方式進行排水,使得儲水腔5內的水恰好能完全排出,且無氣體排出,防止了因水分過度排放而造成的壓力波動。而在燃料電池低功率工況下,由于電堆產水量較少,則選擇脈沖式排水的方式,防止氫氣的排出。
34.具體地,在排水方式上,燃料電池功率≥限定功率的工況下,儲水腔5 內水匯集較快,排水量較大,排水閥2常開,保證儲水腔5內水順利排出;燃料電池功率<限定功率的工況下,儲水腔5內水匯集較慢,排水閥2處于常閉狀態,需周期性地開啟排水閥2,排出水分。其中,限定功率可為額定功率的50%。
35.其中,所述孔板的孔個數≥1個。
36.所述孔板3的所有孔的孔徑之和小于排水閥2的通徑,從而水流出時更加穩定,防止氫氣排出。
37.所述孔板3通徑滿足:孔板3最大排水量大于電堆反應滲透到陽極側的水量??装?的總通徑保證電堆反應滲透到陽極側的水能及時排出,避免陽極側“水淹”。其中,電堆反應滲透到陽極側的水量以燃料電池正常工況或額定工況進行測定,孔板3的最大排水量根據孔板3的總通徑進行計算。
38.所述孔板3的個數≥1個??装?可安裝在排水閥2排水口內,亦可安裝在排水口下游??装?形狀可為方形和圓形??装?安裝方式可為水平安裝和豎直安裝,具體視管道流向而定。
39.更進一步,所述儲水腔5內部的底部從邊緣向出水口6傾斜,出水口6 位于儲水腔5的最低點。儲水腔5內的水能從斜坡流到出水口6,便于液體匯集和排出。
40.一種燃料電池系統排水方法,包括以下步驟:
41.s1:用氣水分離器1對電堆陽極出口流體中的氫氣和水進行分離;
42.s2:在燃料電池功率≥限定功率時,將排水閥2常開;在燃料電池功率<限定功率時,將排水閥2置于常閉狀態且周期性地開啟;其中,限定功率可為額定功率的50%;
43.s3:經過排水閥2的水由孔板3排出到排水管。
44.在燃料電池高功率工況下選擇排水閥2常開的方式進行排水,使得儲水腔5內的水恰好能完全排出,且無氣體排出,防止了因水分過度排放而造成的壓力波動。而在燃料電池低功率工況下,由于電堆產水量較少,則選擇脈沖式排水的方式,防止氫氣的排出。
45.在步驟s1中,氣水分離器1將氫氣和水分離后,水從儲水腔5的內部的底部斜面匯集到出水口6。
46.在步驟s3中,所述孔板3的通徑滿足:孔板3最大排水量大于電堆反應滲透到陽極側的水量。其中,電堆反應滲透到陽極側的水量以燃料電池正常工況或額定工況進行測定,孔板3的最大排水量根據孔板3的總通徑進行計算。
47.本發明不局限于上述可選實施方式,任何人在本發明的啟示下都可得出其他各種形式的產品,但不論在其形狀或結構上作任何變化,凡是落入本發明權利要求界定范圍內的技術方案,均落在本發明的保護范圍之內。
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