CN110474075A - 一种氢燃料电池电源系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及燃料电池电源技术领域，公开了一种氢燃料电池电源系统，包括外部负载、蓄电池和系统主体，所述系统主体包括控制系统和分别与所述控制系统电连接的氢燃料电池发电装置、储氢系统和消氢装置，所述氢燃料电池发电装置与所述储氢系统之间管道连接，所述蓄电池与所述控制系统电连接，所述蓄电池、外部负载及所述氢燃料电池发电装置之间电连接。本发明提供的氢燃料电池电源系统，通过设置消氢装置，当封闭空间的氢气浓度超过排放标准时，消氢装置将含有氢气的混合气经过消氢处理，从而降低了封闭空间氢气的浓度，从而保证了系统在封闭空间使用的安全性，使得系统能同时适用于开放性环境及封闭式环境。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池电源技术领域，特别是涉及一种氢燃料电池电源系统。
背景技术
燃料电池作为一种新型、环保发电产品，具有无噪声、无污染、体积小、能量转化率高、便于维护、成本低等优点，非常适合在一些非常规场所使用，如户外、写字楼、数据中心、通信设施等。
目前传统的燃料电池应急电源系统主要应用于开放式环境，而对于密闭空间而言，传统的燃料电池应急电源则无法应用，原因在于燃料电池应急电源工作时会消耗封闭空间内的氧气，造成空间内氧气浓度远远低于20％，无法满足燃料电池的使用需求。另外，传统的燃料电池系统在阳极出口处都会有少量的氢气排出，而在封闭空间使用时可能导致泄漏的氢气积聚引发爆炸，这同样导致了传统的燃料电池应急电源系统无法在封闭空间使用，同时也存在一定的安全隐患。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种氢燃料电池电源系统，能同时适用于开放性环境及封闭式环境，提高安全系数。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种氢燃料电池电源系统，包括外部负载、蓄电池和系统主体，所述系统主体包括控制系统和分别与所述控制系统电连接的氢燃料电池发电装置、储氢系统和消氢装置，所述氢燃料电池发电装置与所述储氢系统之间管道连接，所述蓄电池与所述控制系统电连接，所述蓄电池、所述外部负载及所述氢燃料电池发电装置之间电连接。
优选地，所述系统主体还包括除水装置，所述除水系统与所述消氢装置管道连接。
优选地，所述除水装置包括固定组件和干燥组件，所述干燥组件包括网体、以及填充于所述网体内的干燥剂和指示剂，所述固定组件包括套设于所述网体外部的外壳体、以及与所述外壳体连接的固定件，所述外壳体的底部设有与所述网体连通的储水槽。
优选地，所述外壳体为中空的框体结构，所述外壳体的内部设有使所述网体架置于所述储水槽上方的支撑件，所述外壳体的顶部设有供所述网体通过的开口。
优选地，所述固定件包括内连接部和外连接部，所述内连接部用于连接所述外壳体，所述外连接部用于连接所述系统主体。
优选地，所述系统主体还包括氧烛制氧器，所述氧烛制氧器与所述控制系统电连接。
优选地，所述消氢装置包括壳体，所述壳体的内部分割有相连通的空气混合腔和催化消氢腔，所述空气混合腔的侧壁上设有混合气进口及氢气进口管，所述催化消氢腔的内部设有消氢机构，所述消氢机构包括用于催化氢气氧化的催化器，所述催化消氢腔的侧壁设有出料口。
优选地，所述催化器包括催化器本体和贴合在所述催化器本体表面的电加热片，所述催化器本体上均布有若干贯通的通孔，所述通孔及所述催化器本体未贴合所述电加热片的表面均涂设有消氢催化剂。
优选地，所述空气混合腔的内部对应所述混合气进口设有风机，所述壳体的内部设有封闭的电器腔，所述电器腔内设有分别用于控制所述风机及所述催化器的第一继电器和第二继电器。
优选地，所述系统主体还包括机柜和氢浓度传感器，所述控制系统、氢燃料电池发电装置、储氢系统、氧烛制氧器和消氢装置均设置在所述机柜的内部，所述氧烛制氧器、所述氢燃料电池发电装置、所述储氢系统及所述控制系统上均设有所述氢浓度传感器。
本发明实施例一种氢燃料电池电源系统与现有技术相比，其有益效果在于：通过设置消氢装置，当封闭空间的氢气浓度超过排放标准时，消氢装置将含有氢气的混合气经过消氢处理，从而降低了封闭空间氢气的浓度，从而保证了系统在封闭空间使用的安全性，使得系统能同时适用于开放性环境及封闭式环境。本发明结构简单，使用效果好，易于推广使用。
附图说明
图1为本发明的氢燃料电池电源系统的结构示意图。
图2为本发明的氢燃料电池电源系统的除水装置的结构示意图。
图3为图2中A-A剖面示意图。
图4为本发明的氢燃料电池电源系统的消氢装置的结构示意图。
图5为本发明的氢燃料电池电源系统的催化器的结构示意图
其中：1-外部负载，2-蓄电池，3-系统主体，31-控制系统，32-氢燃料电池发电装置，33-储氢系统，34-消氢装置，341-空气混合腔，342-催化消氢腔，343-混合气进口，344-氢气进口管，345-催化器，3451-催化器本体，3452-电加热片，3453-通孔，346-出料口，347-电器腔，348-第一继电器，349-第二继电器，34a-风机，35-除水装置，351-网体，352-干燥剂，353-指示剂，354-外壳体，355-固定件，356-储水槽，357-支撑件，358-开口，36-氧烛制氧器，37-氢浓度传感器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，本发明实施例优选实施例的一种氢燃料电池电源系统，包括外部负载1、蓄电池2和系统主体3，所述系统主体3包括控制系统31和分别与所述控制系统31电连接的氢燃料电池发电装置32、储氢系统33和消氢装置34，所述氢燃料电池发电装置32与所述储氢系统33之间管道连接，所述蓄电池2与所述控制系统31电连接，所述蓄电池2、所述外部负载1及所述氢燃料电池发电装置32之间电连接。
其中，所述控制系统31优选HCU控制系统，所述氢燃料电池发电装置32及所述储氢系统33均为现有技术，此处不再详细描述。不过，所述储氢系统33优选固态储氢系统，放氢的过程是吸热反应，因此在所述氢燃料电池发电装置32及所述储氢系统33间设置有固定封闭式风道，将所述燃料电池发电装置32运行过程中产生的热风吹向所述储氢系统33，提供释放氢气的热量。
基于上述技术特征的氢燃料电池电源系统，通过设置消氢装置34，当封闭空间的氢气浓度超过排放标准时，消氢装置34将含有氢气的混合气经过消氢处理，从而降低了封闭空间氢气的浓度，从而保证了系统在封闭空间使用的安全性，使得系统能同时适用于开放性环境及封闭式环境。本发明结构简单，使用效果好，易于推广使用。
本实施例中，所述系统主体3还包括除水装置35，所述除水装置35与所述消氢装置34管道连接。由于所述消氢装置34在工作过程中会产生水，所述氢燃料电池发电装置32工作过程中会产生水气，水气在温度环境变化时也会变成水，这些水若不进行处理则可能会影响电器设备的安全。通过设置所述除水装置35连接所述消氢装置34吸收所述消氢装置34产生的水，同时吸附所述氢燃料电池发电装置32产生的水气，提高了系统的使用安全性，减少了安全隐患。
具体地，请参阅附图2-3，本实施例中，所述除水装置35包括固定组件和干燥组件，所述干燥组件包括网体351、以及填充于所述网体351内的干燥剂352和指示剂353，所述固定组件包括套设于网体351外部的外壳体354、以及与外壳体354连接的固定件355，所述外壳体354的底部设有与网体351连通的储水槽356。同时，所述外壳体354的顶部设有供所述网体351通过的开口358。
本实施例中，所述网体351由钢网制成。钢网为不锈钢材质，具有优良的耐磨性、耐腐蚀性、耐热性、良好的孔隙度以及水、气通过性。
本实施例中，所述外壳体354和所述固定件355也由不锈钢材料制成。而且，所述外壳体354为中空的框体结构，所述外壳体354的内部还设有使网体351架置于所述储水槽356上方的支撑件357。
本实施例中，所述固定件355包括内连接部和外连接部，所述内连接部与外连接部成直角一体连接。此外，所述内连接部与所述外壳体354的侧面连接。所述外连接部上开设有螺栓孔，其通过螺栓连接所述系统主体3。
本实施例中，所述干燥剂为352氯化钙、硅胶、分子筛、蒙脱石、纤维或凹凸棒土。上述材料的吸湿性好，可再生，环保。所述指示剂353为变色硅胶，指示剂353用于判断干燥剂的吸水是否达到饱和状态。当所述干燥剂352的吸水达到饱和后，所述指示剂353的颜色会发生变化，工作人员可根据所述指示剂353的颜色来判断所述干燥剂352的吸水状态，从而及时更换干燥组件。应用过程中，还可在燃料电池电源系统外加装远程监控装置，通过视频监控干燥组件中指示剂的颜色变化情况，从而了解何时需对干燥组件进行更换。
在所述除水装置35的生产阶段，先将所述干燥剂352和所述指示剂353混合均匀，并压制成块状，然后用所述网体352对其进行包裹、固定，形成干燥组件。组装时，通过所述外壳体354的所述开口358将干燥组件放入所述外壳体354内。安装时，通过螺栓连接。
本实施例中，所述系统主体3还包括氧烛制氧器36，所述氧烛制氧器36与所述控制系统31电连接。氧烛制氧器36为现有技术，这里不详细介绍。由于燃料电池电源工作时会消耗封闭空间内的氧气，造成空间内氧气浓度低于20％，无法满足燃料电池的使用需求，通过设置所述氧烛制氧器36，当空间内氧气的浓度低于20％时，所述控制系统31控制所述氧烛制氧器36启动，产生氧气，保证燃料电池电源系统的正常运行。
请参阅附图4-5，本实施例中，所述消氢装置34包括壳体，所述壳体的内部分割有相连通的空气混合腔341和催化消氢腔342，所述空气混合腔341的侧壁上设有混合气进口343及氢气进口管344，所述催化消氢腔342的内部设有消氢机构，所述消氢机构包括用于催化氢气氧化的催化器345，所述催化消氢腔342的侧壁设有出料口346。通过在所述空气混合腔342设置所述混合气进口343及所述氢气进口管344，电源系统非工作状态下发生氢气泄漏时的混合气将从所述混合气进口343进入壳体；工作状态下尾排氢气从所述氢气进口管344进入壳体，然后混合气或尾排气进入消氢机构，经过所述催化器345催化消氢后的气体及消氢产生的水从所述出料口346排出，大大降低了封闭空间氢气的浓度，消除了电源系统中储氢系统氢气泄露及氢气尾排对封闭空间安全性的影响，提高了安全系数。
本实施例中，所述壳体通过分隔板分割成所述空气混合腔341和催化消氢腔342，所述分隔板上均布有若干连通孔，所述连通孔的直径为8-15毫米。较佳地，所述连通孔的直径为10毫米。通过设置所述分隔板，并在所述分隔板上均设所述连通孔，保证了在所述空气混合腔内341的混合气能够均匀进入所述催化消氢腔342进行消氢，提高了消氢效果。
本实施例中，所述消氢机构还包括机构本体，所述机构本体的内部分割有至少两个消氢室，较佳地，所述消氢室为四个。每个所述消氢室内均设有所述催化器345。所述催化器345包括催化器本体3451和贴合在所述催化器本体3451表面的电加热片3452。较佳地，所述电加热片3452为相对设置的两个。所述催化器本体3451上均布有若干贯通的通孔3453，所述通孔3453及所述催化器本体3451未贴合所述电加热片3452的表面均涂设有消氢催化剂。工作时，所述电加热片3452启动，将所述催化器本体3451上的消氢催化剂加热到工作温度，然后混合气中的氢气在消氢催化剂的作用下生成水，并释放热量，这部分热量可以将混合气加热，使得所述催化消氢腔342的温度保持在工作温度。
同时，由于消氢产生的热量能够保证消氢温度，所以为避免这种情况下所述电加热片3452继续工作浪费能耗，所述催化器345内设有温度传感器(图中未标出)，当所述催化器345的温度达到工作温度之后所述温度传感器控制所述电加热片3452停止工作；当所述催化器345的温度达不到理想工作温度时所述温度传感器控制所述电加热片3452加热。
本实施例中，所述空气混合腔341的内部对应所述混合气进口343设有风机34a，所述风机34a可变速调节，所述风机34a与所述催化消氢腔342的间距为7-10厘米，优选为7厘米。从而更好地控制进气量，保证消氢效果。
本实施例中，所述壳体的内部设有封闭的电器腔347，所述电器腔347内设有分别用于控制所述风机34a及所述催化器345的第一继电器348和第二继电器349。具体地，所述第二继电器349电连接所述电加热片3452，在所述温度传感器的作用下，控制所述电加热片3452的开启与关闭。
本实施例中，所述壳体为方形结构，所述空气混合腔341设置在所述壳体的上端，较佳地，所述风机34a设置在所述空气混合腔341的上侧壁。所述电器腔347及所述催化消氢腔342设置在所述壳体的下端，且所述电器腔347及所述催化消氢腔342并列设置。
本实施例中，所述系统主体3还包括机柜和氢浓度传感器37，所述控制系统31、氢燃料电池发电装置32、储氢系统33、氧烛制氧器36和消氢装置34均设置在所述机柜的内部，所述除水装置35设置在所述机柜的侧壁上。具体地，所述除水装置35的所述固定件355的外连接部通过螺栓连接所述柜体。所述氧烛制氧器36、所述氢燃料电池发电装置32、所述储氢系统33及所述控制系统31上均设有所述氢浓度传感器37，且所述氢浓度传感器37均与所述控制系统31电连接。通过设置所述氢浓度传感器37，可以实时监控空间内氢气的浓度，当空间内氢气浓度超过1％时，所述控制系统31将控制所述消氢装置34启动；当氢气浓度低于0.2％时，所述消氢装置34停止运行。
本发明的氢燃料电池电源系统工作过程为：当所述外部负载1发出用电需求时，所述蓄电池2自动切入为所述外部负载1供电，并同时为所述氢燃料电池发电装置32及所述控制系统31供电，且同时将开机信号传给所述控制系统31，所述控制系统31接收开机信号后开启所述储氢系统33为所述氢燃料电池发电装置32供氢，然后所述控制系统31控制所述氢燃料电池发电装置32启动发电。燃料电池发电系统启动后，所述控制系统31根据外部负载1需求控制所述氢燃料电池系统发电装置32的功率。当运行后出现氧气浓度降低时，所述氧烛制氧器36启动，保证系统的正常运行。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种氢燃料电池电源系统，其特征在于：包括外部负载、蓄电池和系统主体，所述系统主体包括控制系统和分别与所述控制系统电连接的氢燃料电池发电装置、储氢系统和消氢装置，所述氢燃料电池发电装置与所述储氢系统之间管道连接，所述蓄电池与所述控制系统电连接，所述蓄电池、所述外部负载及所述氢燃料电池发电装置之间电连接。
2.如权利要求1所述的氢燃料电池电源系统，其特征在于：所述系统主体还包括除水装置，所述除水系统与所述消氢装置管道连接。
3.如权利要求2所述的氢燃料电池电源系统，其特征在于：所述除水装置包括固定组件和干燥组件，所述干燥组件包括网体、以及填充于所述网体内的干燥剂和指示剂，所述固定组件包括套设于所述网体外部的外壳体、以及与所述外壳体连接的固定件，所述外壳体的底部设有与所述网体连通的储水槽。
4.如权利要求3所述的氢燃料电池电源系统，其特征在于：所述外壳体为中空的框体结构，所述外壳体的内部设有使所述网体架置于所述储水槽上方的支撑件，所述外壳体的顶部设有供所述网体通过的开口。
5.如权利要求3所述的氢燃料电池电源系统，其特征在于：所述固定件包括内连接部和外连接部，所述内连接部用于连接所述外壳体，所述外连接部用于连接所述系统主体。
6.如权利要求1所述的氢燃料电池电源系统，其特征在于：所述系统主体还包括氧烛制氧器，所述氧烛制氧器与所述控制系统电连接。
7.如权利要求1所述的氢燃料电池电源系统，其特征在于：所述消氢装置包括壳体，所述壳体的内部分割有相连通的空气混合腔和催化消氢腔，所述空气混合腔的侧壁上设有混合气进口及氢气进口管，所述催化消氢腔的内部设有消氢机构，所述消氢机构包括用于催化氢气氧化的催化器，所述催化消氢腔的侧壁设有出料口。
8.如权利要求7所述的氢燃料电池电源系统，其特征在于：所述催化器包括催化器本体和贴合在所述催化器本体表面的电加热片，所述催化器本体上均布有若干贯通的通孔，所述通孔及所述催化器本体未贴合所述电加热片的表面均涂设有消氢催化剂。
9.如权利要求7所述的氢燃料电池电源系统，其特征在于：所述空气混合腔的内部对应所述混合气进口设有风机，所述壳体的内部设有封闭的电器腔，所述电器腔内设有分别用于控制所述风机及所述催化器的第一继电器和第二继电器。
10.如权利要求6所述的氢燃料电池电源系统，其特征在于：所述系统主体还包括机柜和氢浓度传感器，所述控制系统、氢燃料电池发电装置、储氢系统、氧烛制氧器和消氢装置均设置在所述机柜的内部，所述氧烛制氧器、所述氢燃料电池发电装置、所述储氢系统及所述控制系统上均设有所述氢浓度传感器。
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