燃料电池阳极水管理系统的制作方法

电气元件制品的制造及其应用技术1.本实用新型涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种燃料电池阳极水管理系统。背景技术：2.氢燃料电池电堆阳极出口为高温氢气、氮气、水蒸气的混合气体，同时存在液态水，含有液态水的高温混合气体经氢气循环泵再次进入电堆，提高氢气利用率。液态水的存在会损伤氢气循环泵叶轮，降低氢气循环泵可靠性。同时电堆阳极出口的高温混合气体与室温状态下的纯氢气混合后，混合气温度降低产生冷凝水。冷凝水随混合气进入电堆阳极会导致阳极产生水淹现象，造成电堆性能下降，水淹严重时导致电堆受损。技术实现要素：3.有鉴于此，本实用新型提供了一种燃料电池阳极水管理系统，提高了进入燃料电池电堆的氢气入口的气体中的液态水分离的可靠性，避免了电堆阳极被水淹，提高了电堆的可靠性。4.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：5.一种燃料电池阳极水管理系统，包括通过管道依次连接的储氢装置、减压组件、辅助气水分离器和燃料电池电堆，所述辅助气水分离器的出气口与所述燃料电池电堆的氢气入口连通；所述燃料电池电堆的阳极出气口与主气水分离器连通，所述主气水分离器的出气口与氢气循环泵通过管路连通，所述氢气循环泵的出气口连接在所述减压组件与辅助气水分离器之间的管路上；6.所述辅助气水分离器的排水口设置有第一排水阀，所述主气水分离器的排水口设置有第二排水阀。7.可选地，所述主气水分离器的出水口和辅助气水分离器的出水口均与集水器连通。8.可选地，所述主气水分离器的出水口与集水器的顶部连通，所述主气水分离器与燃料电池电堆之间的管路与所述辅助气水分离器的出水口连通，所述集水器的底部设置有放水结构。9.可选地，所述主气水分离器的出水口与集水器的顶部连通，所述辅助气水分离器的出水口与所述主气水分离器的出水口连通，所述集水器的底部设置有放水结构。10.可选地，所述主气水分离器的出水口与集水器的顶部连通，所述辅助气水分离器的出水口与所述集水器的顶部连通，所述集水器的底部设置有放水结构。11.可选地，所述集水器上设置有第一液位传感器和第一压力传感器，所述第一液位传感器用于检测所述集水器内的液位，所述第一压力传感器用于检测所述集水器内的压力；12.所述放水结构为设置在所述集水器上的脉冲喷水器或者放水阀。13.可选地，所述集水器通过通气管路与高压气源连通，所述通气管路上设置有第一减压阀，所述第一减压阀与所述集水器之间的管路上连通有泄压管路，所述泄压管路上设置有第一开关阀，所述泄压管路与所述第一减压阀之间的管路上设置有第二开关阀，所述第二开关阀设置在所述通气管路上，所述第一开关阀与所述第二开关阀互锁。14.可选地，所述高压气源为所述储氢装置，所述泄压管路远离所述通气管路的一端连接在所述主气水分离器与所述氢气循环泵之间的管路上。15.可选地，所述主气水分离器与所述氢气循环泵之间的管路上设置有第二压力传感器。16.可选地，所述储氢装置为氢气瓶，所述减压组件包括第二减压阀和第三减压阀，所述第二减压阀靠近所述氢气瓶的出口处设置，所述第三减压阀设置在所述辅助气水分离器和氢气循环泵的前端。17.从上述技术方案可以看出，本实用新型提供的燃料电池阳极水管理系统，通过在燃料电池电堆的氢气入口前设置辅助气水分离器，辅助气水分离器能够将纯氢气与阳极出口高温混合气混合后产生的冷凝水可靠分离，从而避免此处的冷凝水进入燃料电池电堆的氢气入口。主气水分离器设置在燃料电池电堆的阳极出气口，将燃料电池电堆的阳极出气口的液态水从混合气分离，降低了与纯氢气混合的混合气中的液态水含量，提高了液态水的分离效率。辅助气水分离器与主气水分离器同时作用，提高了进入燃料电池电堆的氢气入口的气体中的液态水分离的可靠性，避免了电堆阳极被水淹，提高了电堆的可靠性。附图说明18.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。19.图1为本实用新型实施例提供的燃料电池阳极水管理系统的结构示意图。20.其中：21.1、氢气瓶，2、第二减压阀，3、第三减压阀，4、第一减压阀，5、氢气循环泵，6、辅助气水分离器，7、燃料电池电堆，8、第一排水阀，9、第二压力传感器，10、主气水分离器，11、第二排水阀，12、第一压力传感器，13、集水器，14、脉冲喷水器，15、第一液位传感器，16、第一开关阀，17、节流阀，18、第二开关阀，19、泄压管路，20、通气管路。具体实施方式22.本实用新型公开了一种燃料电池阳极水管理系统，提高了进入燃料电池电堆的氢气入口的气体中的液态水分离的可靠性，避免了电堆阳极被水淹，提高了电堆的可靠性。23.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。24.请参阅图1，本实用新型的燃料电池阳极水管理系统，包括通过管道依次连接的储氢装置、减压组件、辅助气水分离器6和燃料电池电堆7，辅助气水分离器6的出气口与燃料电池电堆7的氢气入口连通。燃料电池电堆7的阳极出气口与主气水分离器10连通，主气水分离器10的出气口与氢气循环泵5通过管路连通，氢气循环泵5的出气口连接在所述减压组件与辅助气水分离器6之间的管路上。25.其中，管路连通的燃料电池电堆7、主气水分离器10和氢气循环泵5形成一个通路，此通路将燃料电池电堆7的阳极出气口的高温混合气输送到辅助气水分离器6所在的电堆进气管内，然后高温混合气与所述储氢装置输出的纯氢气混合后再流入辅助气水分离器6的进气口。辅助气水分离器6的排水口设置有第一排水阀8，主气水分离器10的排水口设置有第二排水阀11。第一排水阀8用于控制辅助气水分离器6的排水口的开闭，第二排水阀11用于控制主气水分离器10的排水口的开闭，从而控制气水分离器的排水与否。26.本实用新型的燃料电池阳极水管理系统，通过在燃料电池电堆7的氢气入口前设置辅助气水分离器6，辅助气水分离器6能够将纯氢气与阳极出口高温混合气混合后产生的冷凝水可靠分离，从而避免此处的冷凝水进入燃料电池电堆7的氢气入口。主气水分离器10设置在燃料电池电堆7的阳极出气口，将燃料电池电堆7的阳极出气口的液态水从混合气分离，降低了与纯氢气混合的混合气中的液态水含量，提高了液态水的分离效率。辅助气水分离器6与主气水分离器10同时作用，提高了进入燃料电池电堆7的氢气入口的气体中的液态水分离的可靠性，避免了电堆阳极被水淹，提高了电堆的可靠性。27.进一步的，为了避免排水过程对氢气管路的压力的影响，主气水分离器10的出水口和辅助气水分离器6的出水口均与集水器13连通，集水器13用于盛装主气水分离器10和辅助气水分离器6产生的冷凝水。排水时，主气水分离器10和辅助气水分离器6的排水阀均关闭，即第一排水阀8和第二排水阀11关闭，切断两个气水分离器与集水器13的连通，从而避免集水器13排水时对整个电堆氢气管路的压力的影响，避免了液态水排出的过程中造成氢气系统的压力波动，同时氢气不会随液态水排出，提高了氢气的利用率。28.在一实施例中，如图1所示，主气水分离器10的出水口与集水器13的顶部连通，主气水分离器10与燃料电池电堆7之间的管路与辅助气水分离器6的出水口连通，集水器13的底部设置有放水结构。辅助气水分离器6的出水口与燃料电池电堆7的阳极出气口连通，即与燃料电池电堆7的阳极出气管连通，而辅助气水分离器6设置在燃料电池电堆7的阳极进气管上，使辅助气水分离器6分离的液态水依靠燃料电池电堆7的阳极进口与出口间的压力差排出，可靠性高。所述放水结构用于将集水器13内存放的冷凝水排出。集水器13为用于盛装冷凝水的密闭装置。29.在另一实施例中，主气水分离器10的出水口与集水器13的顶部连通，辅助气水分离器6的出水口与主气水分离器10的出水口连通，辅助气水分离器6分离出的冷凝水与主气水分离器10分离的冷凝水一同排向集水器13，辅助气水分离器6分离出的冷凝水不再经过主气水分离器10分离。其他结构与上一实施例相同，此处不再赘述。30.在又一实施例中，为了实现主气水分离器10和辅助气水分离器6的独立排水，主气水分离器10的出水口与集水器13的顶部连通，辅助气水分离器6的出水口与集水器13的顶部连通，其他结构与上一实施例相同，此处不再赘述。本实施例中的主气水分离器10和辅助气水分离器6的排水管路之间相互独立，互不干扰。31.具体的，所述放水结构为设置在集水器13上的脉冲喷水器14或者放水阀。32.为了方便检测集水器13内的液位和压力，集水器13上设置有第一液位传感器15和第一压力传感器12，第一液位传感器15用于检测集水器13内的液位，第一压力传感器12用于检测集水器13内的压力。集水器13内的液位到达预设的高液位a时，所述放水结构打开放水，集水器13内的液位到达预设的低液位b时，所述放水结构关闭结束放水。33.为了利于集水器13内的冷凝水排出，集水器13通过通气管路20与高压气源连通。通气管路20上设置有第一减压阀4，第一减压阀4与集水器13之间的管路上连通有泄压管路19。泄压管路19上设置有第一开关阀16，泄压管路19与第一减压阀4之间的管路上设置有第二开关阀18，第二开关阀18设置在通气管路20上。第二开关阀18与第一开关阀16互锁。泄压管路19上还设置有节流阀17，节流阀17设置在远离通气管路20的一端。节流阀17用于控制通过泄压管路19的高压氢气的流量。34.在一具体实施例中，所述高压气源为所述储氢装置。泄压管路19远离通气管路20的一端连接在主气水分离器10与氢气循环泵5之间的管路上。主气水分离器10与氢气循环泵5之间的管路上设置有第二压力传感器9。通过设置泄压管路19，将排水完毕的集水器13内的高压氢气导入到氢气循环泵5的连通管路上，实现对氢气的利用，提高氢气的利用率，排除了氢气乱排的情况。第二压力传感器9用于检测主气水分离器10与氢气循环泵5之间的管路内的压力。控制器根据第一压力传感器12与第二压力传感器9的检测值，控制第一开关阀16的开关。集水器13排水后，集水器13内的高压氢气需要回收利用，此时，第二开关阀18关闭，第一压力传感器12检测到的压力值大于第二压力传感器9检测到的压力值时，第一开关阀16打开，当两个压力传感器的检测值相等时，开关阀16关闭。35.本实用新型的燃料电池阳极水管理系统，通过设置与集水器13连通的通气管路20，通气管路20与所述储氢装置连通，从而在集水器13排水时，打开第二开关阀18，关闭第一开关阀16，所述储氢装置的高压氢气流经过第一减压阀4减压后，然后流经第二开关阀18，流向集水器13，从而在集水器13的液面上方形成高压气体氛围，由于高压氢气的作用，集水器13内的冷凝水通过脉冲喷水器14迅速放出。集水器13放水过程中，第一排水阀8和第二排水阀11关闭，从而避免集水器13排水时对整个电堆氢气管路的压力的影响，避免了此过程造成氢气系统的压力波动，氢气不会随液态水排出。当集水器13内的液位下降到预设的低液位b时，脉冲喷水器14停止喷水，第二开关阀18关闭，第一开关阀16打开，集水器13内的高压氢气经第一开关阀16、节流阀17后进入氢气循环泵5，当第一压力传感器12的检测压力值等于第二压力传感器9的检测压力值时，第一开关阀16关闭。36.储氢装置为氢气瓶1，所述减压组件包括第二减压阀2和第三减压阀3，第二减压阀2靠近氢气瓶1的出口处设置，用于控制氢气瓶1排出的氢气压力。第三减压阀3设置在辅助气水分离器6和氢气循环泵5的前端，用于控制进入燃料电池电堆7的氢气的压力。第二减压阀2、第一减压阀4、第三减压阀3的设定压力逐渐减小。37.其中，辅助气水分离器6和主气水分离器10均为集成有液位传感器的气水分离器。辅助气水分离器6内的液位到达预设的高液位c时，第一排水阀8打开放水，辅助气水分离器6内的液位到达预设的低液位d时，第一排水阀8关闭。主气水分离器10内的液位到达预设的高液位e时，第二排水阀11打开放水，主气水分离器10内的液位到达预设的低液位f时，第二排水阀11关闭。38.燃料电池发动机正常工作状态时，其工作过程如下：辅助气水分离器6的液位到达预设的高液位c时，第一排水阀8打开，液位降到低液位d时，第一排水阀8关闭。主气水分离器10的液位到达预设的高液位e时，第二排水阀11打开放水，主气水分离器10内的液位到达预设的低液位f时，第二排水阀11关闭。39.第一排水阀8、第二排水阀11同时受第一液位传感器15的信号控制，集水器13的液位到达预设的高液位a时，第一排水阀8、第二排水阀11关闭，且二者不受气水分离器液位信号的控制，避免集水器13内的液位超过预设高度a。当集水器13内的液位低于预设高度a时，第一排水阀8、第二排水阀11的开闭受气水分离器液位信号控制。第二开关阀18与第一液位传感器15的检测数值相关，集水器13内的液位到达预设高度a时，第二开关阀18打开，液位降到设定的低位值时，第二开关阀18关闭。40.燃料电池电堆7的阳极出口液态水及高温混合气体经主气水分离器10后，由主气水分离器10分离的液态水通过第二排水阀11进入集水器13，主气水分离器10的出气口的高温混合气经氢气循环泵5后，与由第二减压阀2和第三减压阀3减压后的低温纯氢气混合，混合后的气体经辅助气水分离器6后，辅助气水分离器6冷凝产生的液态水分离，液态水经第一排水阀8后与阳极出口的高温气体混合。41.燃料电池发动机停机排水时其工作过程如下：第一开关阀16和第二开关阀18关闭，第一排水阀8和第二排水阀11打开，直至将辅助气水分离器6、主气水分离器10中液态水的水位降至0，然后关闭第一排水阀8和第二排水阀11。第一开关阀16保持关闭，第二开关阀18打开，脉冲喷水器14开启，直至将集水器13中液态水的水位降至0时关闭。关闭第二开关阀18，打开第一开关阀16，直至第二压力传感器9、第一压力传感器12检测到的压力值相同，关闭第一开关阀16和第二开关阀18，排水过程结束。42.第一开关阀16、第二开关阀18、第一排水阀8、第二压力传感器9、第二排水阀11、第一压力传感器12、脉冲喷水器14、第一液位传感器15和节流阀17均与控制器通信连接，所述控制器控制以上各装置的方法为现有技术，此处不再赘述。所述控制器为plc或者单片机，此处不做限定。为了方便自动控制，上述各个阀为电控阀。43.本实用新型的燃料电池阳极水管理系统，能够将纯氢气与阳极出口高温混合气混合后产生的冷凝水可靠分离，避免液态水进入燃料电池电堆7的阳极入口。同时辅助气水分离器6依靠电堆的阳极进口与出口间的压力差排水，可靠性高。氢气系统中布置主气水分离器10，将电堆阳极出口处液态水与辅助气水分离器6分离的液态水与混合气分离，提高液态水分离效率。通过布置依靠高压气体喷射的脉冲喷水器14，其开启过程中集水器13与燃料电池发动机的氢气管路断开，从而使得排水过程不会对氢气管路压力产生影响，氢气管路压力稳定。脉冲喷水器14在排水过程中，集水器13中保持一定水位的液态水，氢气不会随液态水排出，排水结束后，氢气依靠压差再次进入氢气管路，提高的氢气利用率。44.在本方案的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本方案的限制。45.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本方案的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。46.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。47.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。









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