CN102751522A - 一种以氢为燃料的燃料电池移动发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种以氢为燃料的燃料电池移动发电系统，包括：燃料电池发电模块、氢气供给模块、电气自动控制模块、载具运输模块。燃料电池发电模块包括采用氢为燃料的燃料电池模块；氢气供给模块用以为所述燃料电池发电模块提供氢气源；电气自动控制模块用以控制所述燃料电池发电模块、氢气供给模块的工作状态；载具运输模块用以放置所述燃料电池发电模块、氢气供给模块、电气自动控制模块，并可运载所述燃料电池发电模块、氢气供给模块、电气自动控制模块移动。本发明提出的以氢为燃料的燃料电池移动发电系统，采用无污染的氢燃料来解决移动电源车的充电问题，具有操作方便、启动时间短、充电时间长、占用空间小、重量轻、无污染等特点。
Description
技术领域
本发明属于燃料电池发电技术领域，涉及一种发电系统，尤其涉及一种以氢为燃料的燃料电池移动发电系统。
背景技术
随着不可再生资源频频告急，越来越多的国家提出“绿色能源新计划”，寻求能源新动力。燃料电池与传统能源相比，具有极高的能量转换效率，可从其他再生资源中提取氢，使用无污染等特点。为此，全世界许多国家投入大量的人力和财力去开发研究。
燃料电池一般分为碱性燃料电池，磷酸燃料电池，熔融碳酸盐燃料电池，固体氧化物燃料电池，质子交换膜燃料电池及直接甲醇燃料电池等。其中质子交换膜燃料电池属于低温燃料电池，近年发展迅速。质子交换膜燃料电池是以全氟磺酸型离子交换膜为电解质，以Pt/C为电催化剂，氢气或重整气为燃料，空气或氧气为氧化剂，将化学能直接转为电能的装置。
氢能燃料电池与现有备用电源相比较，具有较大的竞争优势：
与铅酸电池不同，燃料电池能适应环境温度范围宽广，基站温度可设定在32℃或更高，这样每年可节约大量空调电费。且只要设定好电压就可稳定输出电能，而不像铅酸电池在剩余电量达到最低值前，放电电压衰减很快且难以预测。同时还重量轻，占地面积小，安置位置灵活，既可安置在室外也可安置在室内、寿命长，可储存寿命10年，而铅酸电池几年就要更换。同时燃料电池自动化程度高，可以进行远程实时监控，发现问题可自动进行应对措施。同时燃料电池也没有噪音、无废气排放。燃料电池系统机械运动部件较少，所以系统比较安静，其排放物为水，对环境友好。
同时，现有的用于给通信基站电源充电的移动充电车通常采用柴油发电机供电，移动充电车的启动时间长、体积大、重量较重、噪音高，污染也较为严重。有鉴于此，需要设计一种启动时间短、充电时间长、占用空间小、重量轻、无污染的移动充电车。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种以氢为燃料的燃料电池移动发电系统，采用无污染的氢燃料来解决移动电源车的充电问题，具有操作方便、启动时间短、充电时间长、占用空间小、重量轻、无污染等特点。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种以氢为燃料的燃料电池移动发电系统，所述系统包括：燃料电池发电模块、氢气供给模块、电气自动控制模块、载具运输模块；
所述燃料电池发电模块安装在载具运输模块内部，载具运输模块内部安装有轨道，燃料电池发电模块通过轨道滑进载具运输模块内部，并用锁紧机构锁紧；
所述燃料电池发电模块包括以氢为燃料的燃料电池模块，燃料电池模块、氢气供给模块、电气自动控制模块之间通过快速接口相互连接；
所述燃料电池模块包括质子交换膜燃料电池或/和甲醇燃料电池或/和固体氧化物燃料电池；
所述质子交换膜燃料电池采用氢气作为燃料发电，工作温度为60～80℃，工作压力为1～3atm；所述甲醇燃料电池采用甲醇水溶液作为燃料发电，工作温度为室温到100℃，工作压力为1～3atm；所述固态氧化物燃料电池采用一氧化碳、氢气作为燃料发电，工作温度为600～1000℃，工作压力为1atm；
所述氢气供给模块通过金属氢化物储氢方式储氢，或者通过甲醇重整制氢，或者通过高压钢瓶储氢方式储氢；
金属氢化物储氢方式中，储氢合金被装填在储氢瓶中，若干只储氢瓶组成一组，储氢瓶上套有散热片，储氢瓶之间采用汇流排进行连接，汇流排一端加装有爆破片，另一端为安装有开关球阀、氢气减压阀；所述氢气供给模块与载具运输模块之间的连接方式为活动式连接，每组储氢瓶组的铝合金框架可直接插入到载具运输模块的轨道内部，为防止储氢瓶组框架滑动，框架两端分别用可方便拆卸的卡环卡住；
甲醇重整制氢方式中，所述氢气供给模块包括甲醇重整反应器和氢气缓冲罐；氢气缓冲罐上方分布有四个出口，分别安装有压力传感器、温度传感器以及安全排空阀，另外一个出口预留使用；缓冲罐侧面上下各一个出口，分别为氢气进口和氢气出口；甲醇重整反应器和氢气缓冲罐两者安装在一个机柜中，机柜分为上下两层，上层安装有甲醇重整反应器，给甲醇重整反应器供电的开关电源，下层安装有氢气缓冲罐；整个机柜作为一个整体被固定到载具运输模块中；
高压钢瓶储氢方式中，所述氢气供给模块采用汇流排将各个钢瓶并联在一起成为一组钢瓶组，每一组钢瓶的汇流排上安装有截止阀和氢气减压阀。
一种以氢为燃料的燃料电池移动发电系统，所述系统包括：
燃料电池发电模块，包括采用氢为燃料的燃料电池模块；
氢气供给模块，与所述燃料电池发电模块连接，用以为所述燃料电池发电模块提供氢气源；
电气自动控制模块，与所述燃料电池发电模块、氢气供给模块连接，用以控制所述燃料电池发电模块、氢气供给模块的工作状态；
载具运输模块，用以放置所述燃料电池发电模块、氢气供给模块、电气自动控制模块，并可运载所述燃料电池发电模块、氢气供给模块、电气自动控制模块移动。
作为本发明的一种优选方案，所述燃料电池发电模块安装在载具运输模块内部，载具运输模块内部安装有轨道，燃料电池发电模块通过轨道滑进载具运输模块内部，并用锁紧机构锁紧。
作为本发明的一种优选方案，所述燃料电池模块、氢气供给模块、电气自动控制模块之间通过快速接口相互连接。
作为本发明的一种优选方案，所述燃料电池模块包括质子交换膜燃料电池或/和甲醇燃料电池或/和固体氧化物燃料电池；
所述质子交换膜燃料电池采用氢气作为燃料发电，工作温度为60～80℃，工作压力为1～3atm；所述甲醇燃料电池采用甲醇水溶液作为燃料发电，工作温度为室温到100℃，工作压力为1～3atm；所述固态氧化物燃料电池采用一氧化碳、氢气作为燃料发电，工作温度为600～1000℃，工作压力为1atm。
作为本发明的一种优选方案，所述氢气供给模块通过金属氢化物储氢方式储氢，或者通过甲醇重整制氢，或者通过高压钢瓶储氢方式储氢。
作为本发明的一种优选方案，所述氢气供给模块通过金属氢化物储氢方式储氢；
储氢合金被装填在储氢瓶中，若干只储氢瓶组成一组，储氢瓶上套有散热片，储氢瓶之间采用汇流排进行连接；汇流排的一端加装有爆破片，另一端为安装有开关球阀、氢气减压阀；所述氢气供给模块与载具运输模块之间的连接方式为活动式连接，每组储氢瓶组的铝合金框架可直接插入到载具运输模块的轨道内部，为防止储氢瓶组框架滑动，框架两端分别用可方便拆卸的卡环卡住。
作为本发明的一种优选方案，所述氢气供给模块通过甲醇重整制氢方式储氢；
所述氢气供给模块包括甲醇重整反应器和氢气缓冲罐；氢气缓冲罐上方分布有四个出口，分别安装有压力传感器、温度传感器以及安全排空阀，另外一个出口预留使用；缓冲罐侧面上下各一个出口，分别为氢气进口和氢气出口；甲醇重整反应器和氢气缓冲罐两者安装在一个机柜中，机柜分为上下两层，上层安装有甲醇重整反应器，给甲醇重整反应器供电的开关电源，下层安装有氢气缓冲罐；整个机柜作为一个整体被固定到载具运输模块中。
作为本发明的一种优选方案，所述氢气供给模块通过高压钢瓶储氢方式储氢；
所述氢气供给模块采用汇流排将各个钢瓶并联在一起成为一组钢瓶组，每一组钢瓶的汇流排上安装有截止阀和氢气减压阀。
作为本发明的一种优选方案，所述燃料电池模块包括燃料电池电堆，为燃料电池电堆散热和供应气体的风扇与燃料电池电堆之间采用U型固定架固定；
所述系统还设有温度传感器，温度传感器的一端接入燃料电池电堆内部，另一端接入所述电气自动控制模块的主控板；
所述系统还设有氢气压力传感器，安装在燃料电池电堆氢气入口处，并通过导线连接到主控板。
作为本发明的一种优选方案，所述电气自动控制模块的主控板采用ARM芯片进行电路设计，分为四层设计，即顶层布线、中间接地层、中间电源层、底层布线；主控板软件采用IAR编译器建立工程文件，将uC/OS-II嵌入式操作系统的相关程序经过裁减后下载至STM32F103以供相关应用。
作为本发明的一种优选方案，所述载具运输模块内部安装有风速仪、温度测量仪表以及能量监控仪表，用于监控室外环境的变化以及发电机组的能量消耗情况。
本发明的有益效果在于：本发明提出的以氢为燃料的燃料电池移动发电系统，采用无污染的氢燃料来解决移动电源车的充电问题，具有操作方便、启动时间短、充电时间长、占用空间小、重量轻、无污染等特点。
附图说明
图1为本发明以氢为燃料的燃料电池移动发电系统的组成示意图。
附图标注如下：
1-载具运输模块，2-燃料电池发电模块，3-氢气供给模块，4-电气自动控制模块，5-整体架构模块。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
实施例一
请参阅图1，本发明揭示了一种以氢为燃料的燃料电池移动发电系统，包括：燃料电池发电模块2、氢气供给模块3、电气自动控制模块4、载具运输模块1。
所述燃料电池发电模块2安装在载具运输模块1内部，载具运输模块1内部安装有轨道，燃料电池发电模块通过轨道滑进载具运输模块内部，并用锁紧机构锁紧。载具运输模块内1还放置氢气供给模块3、电气自动控制模块4，并可运载所述燃料电池发电模块2、氢气供给模块3、电气自动控制模块4移动。本实施例中，载具运输模块1为汽车，汽车的车厢内设置整体架构模块5，燃料电池发电模块2、氢气供给模块3、电气自动控制模块4通过整体架构模块5固定在车厢内。
所述载具运输模块1内部安装有风速仪、温度测量仪表以及能量监控仪表，用于监控室外环境的变化以及发电机组的能量消耗情况。
所述燃料电池发电模块2包括以氢为燃料的燃料电池模块，燃料电池模块、氢气供给模块3、电气自动控制模块4之间通过快速接口相互连接。
所述燃料电池模块可以包括质子交换膜燃料电池或/和甲醇燃料电池或/和固体氧化物燃料电池。其中，所述质子交换膜燃料电池采用氢气作为燃料发电，工作温度为60～80℃，工作压力为1～3atm；所述甲醇燃料电池采用甲醇水溶液作为燃料发电，工作温度为室温到100℃，工作压力为1～3atm；所述固态氧化物燃料电池采用一氧化碳、氢气作为燃料发电，工作温度为600～1000℃，工作压力为1atm。
此外，所述燃料电池模块包括燃料电池电堆，为燃料电池电堆散热和供应气体的风扇与燃料电池电堆之间采用U型固定架固定。所述系统还设有温度传感器，温度传感器的一端接入燃料电池电堆内部，另一端接入所述电气自动控制模块的主控板。所述系统还设有氢气压力传感器，安装在燃料电池电堆氢气入口处，并通过导线连接到主控板。
所述氢气供给模块3通过金属氢化物储氢方式储氢，或者通过甲醇重整制氢，或者通过高压钢瓶储氢方式储氢。
金属氢化物储氢方式中，储氢合金被装填在储氢瓶中，若干只储氢瓶组成一组，储氢瓶上套有散热片，储氢瓶之间采用汇流排进行连接，汇流排一端加装有爆破片，另一端为安装有开关球阀、氢气减压阀；所述氢气供给模块与载具运输模块之间的连接方式为活动式连接，每组储氢瓶组的铝合金框架可直接插入到载具运输模块的轨道内部，为防止储氢瓶组框架滑动，框架两端分别用可方便拆卸的卡环卡住。
甲醇重整制氢方式中，所述氢气供给模块包括甲醇重整反应器和氢气缓冲罐；氢气缓冲罐上方分布有四个出口，分别安装有压力传感器、温度传感器以及安全排空阀，另外一个出口预留使用；缓冲罐侧面上下各一个出口，分别为氢气进口和氢气出口；甲醇重整反应器和氢气缓冲罐两者安装在一个机柜中，机柜分为上下两层，上层安装有甲醇重整反应器，给甲醇重整反应器供电的开关电源，下层安装有氢气缓冲罐；整个机柜作为一个整体被固定到载具运输模块中。
高压钢瓶储氢方式中，所述氢气供给模块采用汇流排将各个钢瓶并联在一起成为一组钢瓶组，每一组钢瓶的汇流排上安装有截止阀和氢气减压阀。
所述电气自动控制模块4的主控板采用ARM芯片进行电路设计，分为四层设计，即顶层布线、中间接地层、中间电源层、底层布线；主控板软件采用IAR编译器建立工程文件，将uC/OS-II嵌入式操作系统的相关程序经过裁减后下载至STM32F103以供相关应用。
参见图1，本实施例的燃料电池移动发电系统为燃料电池应急发电车。首先，氢气供给模块3中保证有氢气输出，且输出压力应该满足燃料电池电堆正常运行所需要的压力，可以通过氢气供给模块3中的氢气减压阀进行调节。当外部设备需要充电时，则需打开燃料电池模块的按钮开关，此时氢气供给模块3中的氢气就通过管路输送到燃料电池模块的电堆中，同时燃料电池发电模块2中的风扇开启，根据外部需要的电能功率，电气自动控制模块4调节氢能发电模块的输出功率。燃料电池发电模块2产生的电能通过电气自动控制模块4中的DC/DC来调节输出电压，以此来满足所需充电设备的电压要求。
综上所述，本发明提出的以氢为燃料的燃料电池移动发电系统，采用无污染的氢燃料来解决移动电源车的充电问题，具有操作方便、启动时间短、充电时间长、占用空间小、重量轻、无污染等特点。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
Claims (12)
1.一种以氢为燃料的燃料电池移动发电系统，其特征在于，所述系统包括：燃料电池发电模块、氢气供给模块、电气自动控制模块、载具运输模块；
所述燃料电池发电模块安装在载具运输模块内部，载具运输模块内部安装有轨道，燃料电池发电模块通过轨道滑进载具运输模块内部，并用锁紧机构锁紧；
所述燃料电池发电模块包括以氢为燃料的燃料电池模块，燃料电池模块、氢气供给模块、电气自动控制模块之间通过快速接口相互连接；
所述燃料电池模块包括质子交换膜燃料电池或/和甲醇燃料电池或/和固体氧化物燃料电池；
所述质子交换膜燃料电池采用氢气作为燃料发电，工作温度为60～80℃，工作压力为1～3atm；所述甲醇燃料电池采用甲醇水溶液作为燃料发电，工作温度为室温到100℃，工作压力为1～3atm；所述固态氧化物燃料电池采用一氧化碳、氢气作为燃料发电，工作温度为600～1000℃，工作压力为1atm；
所述氢气供给模块通过金属氢化物储氢方式储氢，或者通过甲醇重整制氢，或者通过高压钢瓶储氢方式储氢；
金属氢化物储氢方式中，储氢合金被装填在储氢瓶中，若干只储氢瓶组成一组，储氢瓶上套有散热片，储氢瓶之间采用汇流排进行连接，汇流排一端加装有爆破片，另一端为安装有开关球阀、氢气减压阀；所述氢气供给模块与载具运输模块之间的连接方式为活动式连接，每组储氢瓶组的铝合金框架可直接插入到载具运输模块的轨道内部，为防止储氢瓶组框架滑动，框架两端分别用可方便拆卸的卡环卡住；
甲醇重整制氢方式中，所述氢气供给模块包括甲醇重整反应器和氢气缓冲罐；氢气缓冲罐上方分布有四个出口，分别安装有压力传感器、温度传感器以及安全排空阀，另外一个出口预留使用；缓冲罐侧面上下各一个出口，分别为氢气进口和氢气出口；甲醇重整反应器和氢气缓冲罐两者安装在一个机柜中，机柜分为上下两层，上层安装有甲醇重整反应器，给甲醇重整反应器供电的开关电源，下层安装有氢气缓冲罐；整个机柜作为一个整体被固定到载具运输模块中；
高压钢瓶储氢方式中，所述氢气供给模块采用汇流排将各个钢瓶并联在一起成为一组钢瓶组，每一组钢瓶的汇流排上安装有截止阀和氢气减压阀。
2.一种以氢为燃料的燃料电池移动发电系统，其特征在于，所述系统包括：
燃料电池发电模块，包括采用氢为燃料的燃料电池模块；
氢气供给模块，与所述燃料电池发电模块连接，用以为所述燃料电池发电模块提供氢气源；
电气自动控制模块，与所述燃料电池发电模块、氢气供给模块连接，用以控制所述燃料电池发电模块、氢气供给模块的工作状态；
载具运输模块，用以放置所述燃料电池发电模块、氢气供给模块、电气自动控制模块，并可运载所述燃料电池发电模块、氢气供给模块、电气自动控制模块移动。
3.根据权利要求2所述的以氢为燃料的燃料电池移动发电系统，其特征在于：
所述燃料电池发电模块安装在载具运输模块内部，载具运输模块内部安装有轨道，燃料电池发电模块通过轨道滑进载具运输模块内部，并用锁紧机构锁紧。
4.根据权利要求2所述的以氢为燃料的燃料电池移动发电系统，其特征在于：
所述燃料电池模块、氢气供给模块、电气自动控制模块之间通过快速接口相互连接。
5.根据权利要求2所述的以氢为燃料的燃料电池移动发电系统，其特征在于：
所述燃料电池模块包括质子交换膜燃料电池或/和甲醇燃料电池或/和固体氧化物燃料电池；
所述质子交换膜燃料电池采用氢气作为燃料发电，工作温度为60～80℃，工作压力为1～3atm；所述甲醇燃料电池采用甲醇水溶液作为燃料发电，工作温度为室温到100℃，工作压力为1～3atm；所述固态氧化物燃料电池采用一氧化碳、氢气作为燃料发电，工作温度为600～1000℃，工作压力为1atm。
6.根据权利要求2所述的以氢为燃料的燃料电池移动发电系统，其特征在于：
所述氢气供给模块通过金属氢化物储氢方式储氢，或者通过甲醇重整制氢，或者通过高压钢瓶储氢方式储氢。
7.根据权利要求6所述的以氢为燃料的燃料电池移动发电系统，其特征在于：
所述氢气供给模块通过金属氢化物储氢方式储氢；
储氢合金被装填在储氢瓶中，若干只储氢瓶组成一组，储氢瓶上套有散热片，储氢瓶之间采用汇流排进行连接；汇流排的一端加装有爆破片，另一端为安装有开关球阀、氢气减压阀；所述氢气供给模块与载具运输模块之间的连接方式为活动式连接，每组储氢瓶组的铝合金框架可直接插入到载具运输模块的轨道内部，为防止储氢瓶组框架滑动，框架两端分别用可方便拆卸的卡环卡住。
8.根据权利要求6所述的以氢为燃料的燃料电池移动发电系统，其特征在于：
所述氢气供给模块通过甲醇重整制氢方式储氢；
所述氢气供给模块包括甲醇重整反应器和氢气缓冲罐；氢气缓冲罐上方分布有四个出口，分别安装有压力传感器、温度传感器以及安全排空阀，另外一个出口预留使用；缓冲罐侧面上下各一个出口，分别为氢气进口和氢气出口；甲醇重整反应器和氢气缓冲罐两者安装在一个机柜中，机柜分为上下两层，上层安装有甲醇重整反应器，给甲醇重整反应器供电的开关电源，下层安装有氢气缓冲罐；整个机柜作为一个整体被固定到载具运输模块中。
9.根据权利要求6所述的以氢为燃料的燃料电池移动发电系统，其特征在于：
所述氢气供给模块通过高压钢瓶储氢方式储氢；
所述氢气供给模块采用汇流排将各个钢瓶并联在一起成为一组钢瓶组，每一组钢瓶的汇流排上安装有截止阀和氢气减压阀。
10.根据权利要求2所述的以氢为燃料的燃料电池移动发电系统，其特征在于：
所述燃料电池模块包括燃料电池电堆，为燃料电池电堆散热和供应气体的风扇与燃料电池电堆之间采用U型固定架固定；
所述系统还设有温度传感器，温度传感器的一端接入燃料电池电堆内部，另一端接入所述电气自动控制模块的主控板；
所述系统还设有氢气压力传感器，安装在燃料电池电堆氢气入口处，并通过导线连接到主控板。
11.根据权利要求2所述的以氢为燃料的燃料电池移动发电系统，其特征在于：
所述电气自动控制模块的主控板采用ARM芯片进行电路设计，分为四层设计，即顶层布线、中间接地层、中间电源层、底层布线；主控板软件采用IAR编译器建立工程文件，将uC/OS-II嵌入式操作系统的相关程序经过裁减后下载至STM32F103以供相关应用。
12.根据权利要求2所述的以氢为燃料的燃料电池移动发电系统，其特征在于：
所述载具运输模块内部安装有风速仪、温度测量仪表以及能量监控仪表，用于监控室外环境的变化以及发电机组的能量消耗情况。
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Inventor after: Zhao Xinsheng Inventor after: Shen Jianyue Inventor before: Shen Jianyue Inventor before: Zhou Mi |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: SHEN JIANYUE ZHOU MI TO: ZHAO XINSHENG SHEN JIANYUE |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20121024 |