CN105845961B - 质子交换膜燃料电池模块化插箱集成系统 - Google Patents

质子交换膜燃料电池模块化插箱集成系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种质子交换膜燃料电池模块化插箱集成系统，它包括安装在框架内的导风罩、离心式风机、DC/DC转换器、插箱控制器、燃料电池电堆和氢气管路系统。所述框架内腔至少分隔成三个区间，每个区间配有横托，横托上置放配套的插箱，插箱预留接口。所述燃料电池电堆作为一插箱安置在框架内前部下位处，插箱安置在框架内前部上位处。另外，在燃料电池电堆后背安装离心式风机及配套的导风罩。所述氢气管路系统集成为独立的插箱安置在离心式风机之后，从外部引入的氢气经氢气管路系统往燃料电池电堆输送燃料。本发明是一种具有可拆解结构的备电电源，解决了特殊地理位置处建移动基站设备难运输的问题。

Description

质子交换膜燃料电池模块化插箱集成系统
技术领域
本发明涉及一种新能源装备领域的一项技术方案，具体地讲，本发明涉及一种燃料电池模块化设计，特别是一种质子交换膜燃料电池模块化插箱集成系统。
背景技术
当今时代，移动通信技术已十分发达，手机已成为大众日常生活用品之一。手机是移动通信的终端设备，它需要有一系列相关的设备支持才能实现移动通信的目的，移动通信基站仅是其中一部分设备的集合，其功能主要是发射和接受通信信号。因所建移动通信基站配套功率有限，必须每隔一段距离设置一座移动通信基站，合理分布移动基站才能满足处在不同位置的人们都能得到高质量的通信。移动通信基站正常运行的前提条件是配置电源，另外，为了防止电网意外断电，每个移动通信基站都配置备电电源用于应急。市场上在用移动通信基站配置的备电电源大多数是铅酸蓄电池，也有部分应用燃料电池。这两种电力储能设备都是组合体，自重大，运输不便，对于位置相对偏辟的移动通信基站，特别是一些位于山区、海岛等偏辟处因起吊设备不能到达施工现场，成套的备电电源很难就位，尤其是一些机柜不能横置的燃料电池在一些特殊位置安装更难。即使安装到位后，一旦运行过程中发生故障，同样存在设备整体移动不便的问题，只能求助制造商派员现场检修。这种解决办法虽然能够消除设备故障，但存在两个很现实的问题，一是及时性差，二是维护成本大，这些问题都制约了偏辟地区移动通信基站的运行质量，特别对燃料电池这种新能源装备的普及带来不利的影响。
发明内容
本发明主要针对现有技术燃料电池一体化结构，在起吊设备不能正常到达的施工位置处搬运难和维修不便的问题，提出一种可拆解结构的质子交换膜燃料电池模块化插箱集成系统，该设备分拆容易、组合可靠，最重要的是便于搬运、便于检修、便于更换。
本发明通过下述技术方案实现技术目标。
质子交换膜燃料电池模块化插箱集成系统，它包括安装在框架内的导风罩、离心式风机、DC/DC转换器、插箱控制器、燃料电池电堆和氢气管路系统。其改进之处在于：所述框架为矩形体，内腔至少分隔成三个大小不等相对独立的区间，每个区间都配有沿导轨前后移动的横托，横托上置放由相关部件组成特定功能的模块化插箱，每个插箱都预留功能性接口。所述框架内前部安置的插箱由一组相叠合的燃料电池电堆组成，在框架顶面与燃料电池电堆之间空格处，安置由插箱控制器、DC/DC转换器组成的插箱。燃料电池电堆后背直连离心式风机，离心式风机进口端配装面朝框架背板的导风罩，构成离心式风机经导风罩从框架外部引入空气至燃料电池电堆的通道。所述氢气管路系统的组件经模块设计，然后集成在同一插箱之中，该插箱安置在离心式风机与框架后背板之间，从外部引入的氢气经氢气管路系统向燃料电池电堆提供燃料。
作为进一步改进方案，所述插箱控制器除配置了功能性接口外，还配置测量燃料电池电堆电压、电流及氢气管路系统压力的仪表。
作为进一步改进方案，所述氢气管路系统设有进气和出气两条通道，进气通道由串接的氢气缓冲器、进口电磁阀和减压器组成，减压器的出口直连燃料电池电堆的氢气进口，出气管道中安装的排气电磁阀直连燃料电池电堆的氢气出口，在减压器与排气电磁阀之间并联压力传感器和安全阀。
本发明与现有技术相比，具有以下积极效果：
1、各功能性器件经模块化设计，结构紧凑、体积小、集成度高，特别适合归集成插箱；
2、系统由不同功能的插箱组成，因插箱预留了接口，组装容易，维修时拆卸方便；
3、插箱可拆卸结构简单，安装时便于化整为零搬运，在起吊设备进不了施工现场的工程中，不存在安装困难的问题；
4、发生故障时，便于更新有问题的插箱，有针对性的拆卸一方面及时性好，另一方面将换下的问题插箱返厂作专业性检测或维修，制造商无需派人到现场维修，大大节省维修成本。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是图1右视图。
图3图1中氢气管系方框图。
具体实施方式
下面根据附图并结合实施例，对本发明作进一步说明。
图1和图2所示的质子交换膜燃料电池模块化插箱集成系统,它包括安装在框架1内的导风罩2、离心式风机3、DC/DC转换器4、插箱控制器5、燃料电池电堆6和氢气管路系统7。所述框架1为矩形体，它是包容上述系统组成器件的载体。本实施例是配套移动通信基站的备电电源，其容量为1.5kW。因配套容量偏小，框体1内腔仅需分隔成三个相对独立的区间，每个区间都配有沿导轨前后移动的横托，不同位置的横托上分别置放由相关部件组成特定功能的模块化插箱，每个插箱都预留功能性接口，作为输入、输出及控制的接口是相互对接点，在结构上做到了易拆卸、易对接。合理布置插箱是本发明重要内容之一，首先在框架1内前部安置两只插箱，下位插箱由一组相叠合的燃料电池电堆6组成，接着在框架1顶面与下位插箱之间安置上位插箱，上位插箱由插箱控制器5和DC/DC转换器4组成。另外在燃料电池电堆6后背直连离心式风机3，离心式风机3进口端配装面朝框架1背板的导风罩2，此结构形成离心式风机3经导风罩2从框架1外部引入空气至燃料电池电堆6的通道，便于空气中的氧气与已进入燃料电池电堆6内的氢气发生电化学反应。为了节省框架1内腔和提高空气输入效率，本发明应用离心式风机3。由于离心式风机3结构紧凑，它比同规格的轴流式风机轴向尺寸小很多，而且送风稳定、风压高。本发明中燃料电池电堆6耗用的氢气从外部引入，因此配套的氢气管路系统7按图3所示布局，它由进气和出气两条通道组成。进气通道由串接的氢气缓冲阀7.1、进口电磁阀7.2和减压器7.3组成，从减压器7.3出口输出的氢气直接进入燃料电池电堆6的氢气进口。出气通道中安装的排气电磁阀7.6主要用于控制废气外排，排气电磁阀7.6一端直连燃料电池电堆6，另一端从框架1背板伸出出气。为了提高系统运行的安全性和监控能力，在减压器7.3与排气电磁阀7.6的出口处之间并联压力传感器7.4和安全阀7.5。上述氢气管系7配置的组件全部经模块化设计，然后集成在同一插箱之中，该插箱安置在离心式风机3与框架1背板之间，并通过管道直连燃料电池电堆6。
插箱控制器5是本系统人机对话窗口，它除配置了必要的功能性接口外，还集中配置了测量燃料电池电堆6电压、电流及氢气管系7压力的仪表和开关。本实施例插箱控制器5还预留了485通信接口，便于实现远程监控。
本发明在氢气管路系统7中配置了氢气缓冲器7.1，利用氢气缓冲器7.1削峰填谷的性能减小外部引入的氢气压力波动，确保系统运行期间不发生间断供氢气的问题。平缓供应氢气有利于提高燃料电池电堆6的发电质量。
本发明所述的质子交换膜燃料电池模块化插箱系统，是一种具有可拆解结构的备电电源。若初建的移动通信基站地理位置很偏辟，在起吊设备进不了施工现场的情况下，可做到以插箱为单元拆解，拆零后便于人力运至施工现场再组装。系统运行过程中一旦发生故障，便于及时拆解有问题的插箱，以及重新换上备用插箱。这种可拆解结构实际应用时有三大好处：一是解决在特殊地理位置处建移动通信基站的困难；二是故障排除及时，有利于提高通信质量；三是换下的问题插箱可返厂作专业性检测及维修，制造商无需派人到现场维修，大大节省维修成本。

Claims (3)

1.一种质子交换膜燃料电池模块化插箱集成系统，它包括电堆发电单元、电能转换及控制单元、氢气管路系统；所述电堆发电单元包含依次连接的燃料电池电堆、导风罩、离心式风机；所述电能转换及控制单元包含依次连接的DC/DC转换器、插箱控制器；所述氢气管路系统包含依次连接的氢气缓冲器、进口电磁阀、减压器、压力传感器、安全阀、排气电磁阀；安装在框架（1）内的导风罩（2）、离心式风机（3）、DC/DC转换器（4）、插箱控制器（5）、燃料电池电堆（6）和氢气管路系统（7）；其特征在于：所述框架（1）为矩形体，内腔至少分隔成三个大小不等相对独立的区间，每个区间都配有沿导轨前后移动的横托，横托上置放由相关部件组成特定功能的模块化插箱，每个插箱都预留功能性接口；所述框架（1）内前部安置的插箱由一组相叠合的燃料电池电堆（6）组成，在框架（1）顶面与燃料电池电堆（6）之间空格处，安置由插箱控制器（5）、DC/DC转换器（4）组成的插箱；燃料电池电堆（6）后背直连离心式风机（3），离心式风机（3）进口端配装面朝框架（1）背板的导风罩（2），构成离心式风机（3）经导风罩（2）从框架（1）外部引入空气至燃料电池电堆（6）的通道；所述氢气管路系统（7）的组件经模块设计，然后集成在同一插箱之中，该插箱安置在离心式风机（3）与框架（1）后背板之间，从外部引入的氢气经氢气管路系统（7）向燃料电池电堆（6）提供燃料。
2.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池模块化插箱集成系统，其特征在于：所述插箱控制器（5）除配置了功能性接口外，还配置测量燃料电池电堆（6）电压、电流及氢气管路系统压力的仪表和开关。
3.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池模块化插箱集成系统，其特征在于：所述氢气管路系统（7）设有进气和出气两条通道，进气通道由串接的氢气缓冲器（7.1）、进口电磁阀（7.2）和减压器（7.3）组成，减压器（7.3）的出口直连燃料电池电堆（6）的氢气进口，出气管道中安装的排气电磁阀（7.6）直连燃料电池电堆（6）的氢气出口，在减压器（7.3）与排气电磁阀（7.6）的出口处之间并联压力传感器（7.4）和安全阀（7.5）。
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