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制造方法及图纸

本实用新型专利技术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，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。本实用新型专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
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
本技术涉及燃料电池领域，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的问题，本技术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，本技术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，本技术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。富氢腔的出口与喷氢器的入口连接的管线上设有单向阀和氢循环泵；单向阀用于将富氢腔出口至喷氢器方向的气体导通，将喷氢器至富氢腔出口方向的气体截止；氢循环泵设置于单向阀与喷氢器之间的管线上，用于将富氢腔中的氢气输送给喷氢器。所述氢燃料电池系统还包括控制器和第一压力传感器，控制器与第一压力传感器以及氢循环泵连接，第一压力传感器设置于富氢腔中，第一压力传感器用于测量富氢腔中的气压，控制器能够根据第一压力传感器的测量值控制氢循环泵工作。气水分离腔的出口设有排水阀，富氮腔的出口设有排气阀，气水分离腔中设有液位传感器，富氮腔中设有第二压力传感器，排水阀、排气阀、液位传感器和第二压力传感器均与控制器连接；控制器能够根据液位传感器的测量值控制排水阀工作，以及能够根据第二压力传感器的测量值控制排气阀工作。还包括储氢瓶，储氢瓶通过管线与喷氢器连接，该管线上从储氢瓶至喷氢器方向依次有安全截止阀和减压阀。与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：本技术的适用于氢燃料电池系统的循环氢气一体式处理装置利用气水分离结构能够将氢燃料电池尾气中的液态水分离出来，尾气中的氢气和氮气上升进入膜分离滤芯，膜分离滤芯能够将尾气中大部分的氢气富集进入富氢腔，实现氢气与氮气的分离以及尾气中氢气的富集，分离后的氮气进入富氮腔并最终经富氮腔的出口排出；富氢腔中富集的氢气能够被继续用作氢燃料电池的燃料。因此，利用本技术的循环氢气一体式处理装置能够将氢燃料电池尾气中的氢气富集，提高氢气的利用率，并且能够将尾气中的氮气排出，能保证再循环利用的氢气中氮气浓度降低，提高了燃料电池堆的发电性能。进一步的，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，这种设置能够使得进入各腔室中的水顺利排出，避免水对尾气分离时产生不良影响；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，能够保证富氢腔中压力相对均匀，有利于氢气的富集。进一步的，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，这种设置既能保证尾气的有效分离，又能够防止氮气从膜分离滤芯与第一隔板以及第二隔板之间的连接处渗入富氢腔中，降低氢气回收氢气的浓度。进一步的，旋流器与壳体同轴设置，这样能够保证尾气中液态水的分离效果，避免出现不规律的紊流。进一步的，气水分离结构包括内筒，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，形成的旋流先向下运动同时使水滴附着在壳体壁面实现水气分离，分离出水的旋流到达底部后反向向上运动并从内筒进入至膜分离滤芯，利用该结构能够有效实现水气分离，而且结构简单，制作方便，成本低。本技术的氢燃料电池系统由于设置了本技术的循环氢气一体式处理装置，因此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。进一步的，设置氢循环泵能够将富氢腔中富集的氢气及时送入喷氢器进行回收利用，设置单向阀既能够防止氢气倒流至富氢腔，降低氢气的回收率，还能够保证氢循环泵的正常工作。进一步的，通过设置控制器和第一压力传感器，控制器能够根据第一压力传感器的测量值控制氢循环泵工作，因此能够实现富氢气体自动的自动排出并回收利用。进一步的，通过设置排水阀、排气阀、液位传感器和第二压力传感器，能够实现富氮腔的中的气体、气水分离腔中的水定时排放，有利于提高尾气的分离效果。附图说明图1是一种现有典型的没有氢气循环的阳极氢气处理系统结构示意图；图2是一种现有典型的带有氢气循环的阳极氢气处理系统结构示意图；图3是本技术一实施例氢燃料电池系统结构示意图；图4是本技术一实施例适用于氢燃料电池系统的循环氢气一体式处理装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
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)；/n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；/n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)；/n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。/n

【技术特征摘要】
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。


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，气水分离腔(18)的出口位于气水分离腔(18)的底部，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，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。


4.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。


5.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...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯健美，韩济泉，陈伟，彭学院，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：新型
国别省市：陕西;61