[发明专利]一种氢燃料电池系统及适用于其的循环氢气一体式处理装置及其工作方法

权利要求书

1.一种适用于氢燃料电池系统的循环氢气一体式处理装置，其特征在于，包括壳体，壳体的内腔设有第一隔板和第二隔板，第一隔板和第二隔板将壳体内部由下至上隔离为三个腔体，三个腔室分别由下至上依次为气水分离腔(18)、富氢腔(16)和富氮腔(15)；

壳体上在气水分离腔(18)的部位设置有尾气入口管(11)，尾气入口管(11)的一端位于壳体的外部，尾气入口管(11)的另一端延伸至气水分离腔(18)，尾气入口管(11)延伸至气水分离腔(18)的一端设有气水分离结构；

富氢腔(16)中设有膜分离滤芯(20)，膜分离滤芯(20)的两端分别与第一隔板和第二隔板之间连接，气水分离腔(18)中的流体能够经膜分离滤芯(20)进入富氮腔(15)；膜分离滤芯(20)能够使流体中的氢气渗透进入富氢腔(16)，使流体中的氮气进入富氮腔(15)；

壳体上在气水分离腔(18)、富氢腔(16)和富氮腔(15)处分别设有出口；

气水分离腔(18)的出口位于气水分离腔(18)的底部；

膜分离滤芯(20)的两端分别与第一隔板和第二隔板之间在连接处密封，使得流体从气水分离腔(18)仅经过膜分离滤芯(20)向富氢腔(16)流动。

2.根据权利要求1所述的一种适用于氢燃料电池系统的循环氢气一体式处理装置，其特征在于，富氢腔(16)的出口位于富氢腔(16)的底部，富氮腔(15)的出口位于富氮腔(15)的底部，膜分离滤芯(20)与壳体同轴设置，膜分离滤芯(20)与壳体之间形成环形的富氢腔(16)。

3.根据权利要求1所述的一种适用于氢燃料电池系统的循环氢气一体式处理装置，其特征在于，所述气水分离结构采用旋流器(19)，尾气入口管(11)的延伸至气水分离腔(18)的中心，旋流器(19)与壳体同轴设置；

或者，所述气水分离结构包括内筒(27)，所述内筒(27)的上端与第一隔板连接，内筒(27)与壳体以及膜分离滤芯(20)同轴，内筒(27)的内径不小于膜分离滤芯(20)的内径；内筒(27)的下端距离壳体的底部留有预设的距离，尾气入口管(11)与壳体相切设置，从尾气入口管(11)进入气水分离腔(18)中的气体能够形成旋流，尾气入口管(11)与壳体的连接部不低于内筒(27)的下端部。

4.一种氢燃料电池系统，其特征在于，包括燃料电池堆(2)、喷氢器(6)和权利要求1-3任意一项所述的循环氢气一体式处理装置，喷氢器(6)与燃料电池堆(2)的入口连接，燃料电池堆(2)的出口与尾气入口管(11)连接，富氢腔(16)的出口与喷氢器(6)的入口连接。

5.根据权利要求4所述的一种氢燃料电池系统，其特征在于，富氢腔(16)的出口与喷氢器(6)的入口连接的管线上设有单向阀(9)和氢循环泵(10)；单向阀(9)用于将富氢腔(16)出口至喷氢器(6)方向的气体导通，将喷氢器(6)至富氢腔(16)出口方向的气体截止；氢循环泵(10)设置于单向阀(9)与喷氢器(6)之间的管线上，用于将富氢腔(16)中的氢气输送给喷氢器(6)。

6.根据权利要求5所述的一种氢燃料电池系统，其特征在于，还包括控制器(26)和第一压力传感器(24)，控制器(26)与第一压力传感器(24)以及氢循环泵(10)连接，第一压力传感器(24)设置于富氢腔(16)中，第一压力传感器(24)用于测量富氢腔(16)中的气压，控制器(26)能够根据第一压力传感器(24)的测量值控制氢循环泵(10)工作。

7.根据权利要求6所述的一种氢燃料电池系统，其特征在于，气水分离腔(18)的出口设有排水阀(7)，富氮腔(15)的出口设有排气阀(8)，气水分离腔(18)中设有液位传感器(25)，富氮腔(15)中设有第二压力传感器(23)，排水阀(7)、排气阀(8)、液位传感器(25)和第二压力传感器(23)均与控制器(26)连接；控制器(26)能够根据液位传感器(25)的测量值控制排水阀(7)工作，以及能够根据第二压力传感器(23)的测量值控制排气阀(8)工作。