[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

说明书

本发明公开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，一体式处理装置包括壳体，壳体内部隔离为气水分离腔、富氢腔和富氮腔，壳体上设有尾气入口管，尾气入口管的一端位于壳体的外部，尾气入口管的另一端延伸至气水分离腔，且尾气入口管的该端设有气水分离结构；富氢腔中设有膜分离滤芯，膜分离滤芯的两端分别与第一隔板和第二隔板之间连接；膜分离滤芯能够使流体中的氢气渗透进入富氢腔，使流体中的氮气进入富氮腔；壳体上在气水分离腔、富氢腔和富氮腔处分别设有出口。本发明可以分离掉燃料电池尾气中的液态水滴及氮气，供给燃料电池具有高浓度氢气的循环气体，可以提高燃料电池的发电性能，并提高氢燃料的利用率。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，具体涉及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。

背景技术

氢燃料电池可直接将氢气的化学能转化为电能而无需燃烧，由于其高效率和功率密度，零排放，静音运行，是非常具有前景的能源发电动力装置。在实际的氢燃料电池的阳极氢气系统中，阳极排出的尾气含有未消耗掉的氢气、氮气和部分液态水滴，燃料电池的阳极氢气尾气的处理主要有两种方法：第一种是不包含循环装置的系统，即将不再循环利用未反应的氢气而直接将阳极排出的尾气直接排放，这种方法的优点是系统简单可靠，但氢气利用率低会造成浪费；第二种是包含循环装置的系统，通过气水分离器将尾气中的大部分液滴分离出，将氢气和氮气的混合气体使用氢循环泵再次引入燃料电池系统中循环利用，这种方法的优点是可以提高氢气的利用效率，但是富含氮气的氢气进入电池堆中会降低电池堆的性能，间接地降低发电效率，另外也可能影响燃料电池堆的工作寿命。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提出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，本发明能够充分利用尾气中的氢气，提高氢气的利用率，也能保证再循环利用的氢气中含有低浓度的氮气，提高燃料电池堆的发电性能。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种适用于氢燃料电池系统的循环氢气一体式处理装置，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、富氢腔和富氮腔；

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

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

壳体上在气水分离腔、富氢腔和富氮腔处分别设有出口。

气水分离腔的出口位于气水分离腔的底部，富氢腔的出口位于富氢腔的底部，富氮腔的出口位于富氮腔的底部，膜分离滤芯与壳体同轴设置，膜分离滤芯与壳体之间形成环形的富氢腔。

膜分离滤芯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仅经过膜分离滤芯向富氢腔流动。

所述气水分离结构采用旋流器，尾气入口管的延伸至气水分离腔的中心，旋流器与壳体同轴设置。

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

一种氢燃料电池系统，包括燃料电池堆、喷氢器和所述的循环氢气一体式处理装置，喷氢器与燃料电池堆的入口连接，燃料电池堆的出口与尾气入口管连接，富氢腔的出口与喷氢器的入口连接。