我所理解的氢燃料电池(第十章：系统-氢气子系统3-气液分离器与排氢阀)
10-2-2 气液分离器
从字面意思上理解，气液分离器就是把气体和液体分离开的设备，这里的气体就是回流的氢气和水蒸气，液体就是从阴极渗透到阳极的水。
从前文可知，氢气循环可以提高氢气的利用率，其实还有一个很关键、很重要的增湿作用，就是回流的氢气中含有水蒸气，在循环泵或引射器中与进气混合，从而起到进气增湿的作用，这就是氢气子系统可以起到自增湿的原理。
既然为了自增湿，为什么还要把气体和液体分开呢？
在燃料电池氢气循环系统中，“自增湿”与“气液分离”看似存在目标冲突，但实际上二者是相辅相成的关键环节，其核心逻辑在于：自增湿需要的是水蒸气，而气液分离的目的是分离液态水，避免“水淹”并优化水蒸气的利用效率，同时减少液态水对氢气循环泵或引射器的伤害。
进一步理解就是气液分离器只是单纯的把液态水与气体分开，并不是把水蒸气变成液态水再分离开，水蒸气的含量并不受到其影响，所以并不影响自增湿的效果。
在燃料电池系统中，水蒸气的密度随着温度变化，假设在80℃，101.3kPa时，饱和水蒸气的密度约0.465kg/m3；另外，氢气密度约0.09kg/m3，液态水的密度约1000kg/m3。从而可知，单位体积相同时，液态水的质量要远远大于水蒸气与氢气。
根据初中物理知识可知，质量越大，其惯性越大，离心力也越大。
先说惯性，惯性是物体保持原有运动状态的性质，也就是说惯性越大，物体越容易保持原有运动状态，也可以理解为运动状态越难改变。
因为液态水的单位体积质量要远远大于氢气与水蒸气，在气液混合物高速流动时，当遇到障碍物时，氢气与水蒸气因质量小可随气流方向快速改变路径，而液态水因惯性大，更倾向于保持原有运动方向，撞向障碍物，因为液态水与障碍物表面（如金属、塑料）存在附着力，且液体表面张力使液滴不易弹开，从而附着在障碍物表面形成液膜，液膜达到一定厚度后，重力超过表面附着力，液膜开始沿障碍物表面向下流动，这就是气液分离器的工作原理之一，类型是挡板式分离器，如图10-7所示，主要应用于中小型燃料电池系统。
图10-7 挡板式气液分离器
除了惯性，质量还会影响离心力，当气液混合物做旋转运动时，液态水因质量大而受离心力作用被甩向分离器壁面，与壁面撞击，产生液膜，然后向下流动，这就是气液分离器的另一种工作原理，类型是离心式分离器，如图10-8所示，主要应用于车用燃料电池系统（如丰田 Mirai）。其实离心力的工作原理在本质上就是惯性，气液混合物做旋转运动时，液态水很难改变运动方向，就会撞击在分离器的壁面上。
图10-8 离心式气液分离器
还有第三种分离器是过滤式分离器，如图10-9所示，通过多孔介质（如疏水性膜、纤维滤芯）的拦截作用，将液态水吸附或过滤下来，气体则透过介质继续流动，主要应用于小型便携设备(如无人机燃料电池)。
图10-9 过滤式气液分离器
10-2-3 排氢阀
排氢阀，就如字面理解，排放氢气的阀门。既然有排放氢气的阀门，就证明需要排放氢气，那问题来了，为什么氢气既要循环利用，又要排放呢？
就是因为氢气不断的循环，才需要排放。
在燃料电池阳极回路中，未反应的氢气经循环泵或引射器重复利用，但阴极侧的氮气会通过质子交换膜微量渗透至阳极(如 PEMFC 中，氮气渗透率约为氢气流量的 0.1%~0.5%)。随着运行时间增加，惰性气体在阳极逐渐富集，形成“气体死区”，导致氢气分压降低，电化学反应速率下降。
通过周期性开启，排氢阀将阳极回路中的氢氮混合气排出（惰性气体占比可达10%~20%），使氢气纯度维持在 99.9% 以上，确保电堆功率密度稳定。
排氢阀除了有维持氢气纯度的作用，还有以下的作用：
1.防止阳极“水淹”与性能衰减
电堆反应生成的水若在阳极过量积累（如气液分离器效率不足），会堵塞气体流道，导致局部“水淹”（传质阻力增大）。排氢阀与气液分离器联动时，可通过气体排放的流动冲刷作用，辅助带走阳极流道中的微量积水，改善传质性能；
2.负载变化时的压力缓冲
当电堆负载突然升高，阳极氢气消耗加剧，可能导致压力骤降；负载降低时，氢气供应过剩可能导致压力骤升。排氢阀通过动态调整排放频率，缓冲压力波动，避免对电堆造成冲击；
3.停机保护与残余气体管理
系统停机后，排氢阀持续开启1~2 分钟，将阳极回路剩余氢气排空，避免残留氢气与空气混合形成可燃混合气，同时防止氢气渗透至阴极导致膜电极氧化（影响下次启动性能）。
