CN115101778A - 一种机用氢燃料电池发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机用氢燃料电池发电系统，包括电堆，电堆上设置有物料传输模块，电堆上连接有基础的空调模块，且物料传输模块上设置有排放通道，其上固定连接有分流管，分流管连接有回收管以及直排管，回收管固定连接在集中管上，电堆上固定连接有水箱，且水箱上可拆卸式安装有导热板，导热板上固定连接有冷凝管，且冷凝管一端通过伸缩式的密封结构与集中管连接，冷凝管另一端设置有外送端，且外送端固定连接有汇流管，汇流管外接在排水机构和氢回收机构上，水箱中设置有扰流结构；本发明的氢燃料电池发电系统以电堆为核心，除了设置基础的空调模块之外，还可以通过回收利用电池排出的水蒸汽，来减轻热泵空调的压力，从而提升电池的净发电量。

Description

一种机用氢燃料电池发电系统
技术领域
本发明涉及发电机技术领域，具体为一种机用氢燃料电池发电系统。
背景技术
氢燃料电池是直接将化学能转换为电能，通过将氢气送到燃料电池的阳极板，经过催化剂的作用，氢原子中的一个电子被分离出来，失去电子的氢离子穿过质子交换膜，到达燃料电池阴极板。分离出来的电子经外部电路，到达燃料电池阴极板，在外电路中产生电流。氢燃料电池的氧气可以从空气中获得，因此只要不断地给阳极板供应氢气，给阴极板供应空气，并及时把水(蒸气)带走，就可以不断地提供电能。
氢燃料电池的能量转化效率高达60～80％，并且燃料电池的燃料是氢和氧，生成物是清洁的水，因此具有良好的应用前景。目前的氢燃料电池系统中，由于催化剂特性，需要在电堆内部保持60℃-80℃的温度以保证催化剂的最大催化效率，如果温度不足会导致氢燃料电池的效率严重下降，特别是在北方低温环境下启动时，这一问题更加突出。因此现在的氢燃料电池中都会搭载空调系统。然而在完全依靠空调进行调温的情况下，会造成相当大的消耗，使得电池整体的发电效率降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机用氢燃料电池发电系统，以达到安全稳定的提高氢燃料电池净发电量的目的，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种机用氢燃料电池发电系统，包括电堆，所述电堆固定安装在电池仓中，且电堆上设置有物料传输模块，所述电堆上连接有基础的空调模块，且物料传输模块上设置有排放通道，其上固定连接有分流管，且分流管上设置有控制阀，所述分流管连接有回收管以及直排管，通过控制阀改变分流管的连通方向，所述回收管固定连接在集中管上，所述电堆上固定连接有水箱，且水箱上可拆卸式安装有导热板，所述导热板上固定连接有冷凝管，且冷凝管一端通过伸缩式的密封结构与集中管连接，所述电堆上设置有具有定位功能的推动结构，作用在密封结构上控制其伸缩状态，所述冷凝管另一端设置有外送端，且外送端固定连接有汇流管，所述汇流管外接在排水机构和氢回收机构上，所述水箱中设置有磁驱动的扰流结构，且水箱中设置有插入盒，所述插入盒中设置有带有隔断的散热结构，通过静止状态下的扰流结构打开隔断与散热结构连接，进行水箱中液体的散热。
优选的，所述空调模块包括有固定连接在电堆上的温控板，且温控板通过热泵空调进行控制，所述电堆安装在电池仓的底部，且物料传输模块上设置有空气进口、氢气进口以及排放通道。
优选的，所述分流管为三通管，且直排管外接于电池仓的排水管上，所述水箱中设置有吸热液，且水箱的上下两面采用金属板，四周采用隔热板，且水箱的上表面贴合设置在电堆上，下表面进行导热板的安装。
优选的，所述导热板通过安装件以及螺钉进行安装，且冷凝管嵌套设置在导热板中，所述导热板以及冷凝管在水箱下方排列设置有至少五组。
优选的，所述密封结构包括有固定连接在冷凝管上的压紧弹簧，且压紧弹簧固定连接有密封套，所述密封套滑动安装在冷凝管的端部，且密封套上固定连接有楔块。
优选的，所述推动结构包括有固定安装在电堆上的安装板，且安装板上滑动安装有滑动杆，所述滑动杆上固定连接有压块以及端板，所述压块与楔块连接进行密封套的推动，所述电堆上通过弹簧活动安装有锁定件，通过锁定件与端板连接进行滑动杆以及压块的定位。
优选的，所述汇流管上固定连接有氢气集中管，且汇流管的一端连接有排水管，所述排水管外接于电池仓的排水管，且氢气集中管上固定连接有氢气回收管，所述氢气回收管外接于电池仓的氢回收机构。
优选的，所述扰流结构包括有滑动安装在水箱中的活动座，且活动座上固定连接有振动弹簧，所述活动座的侧面安装有磁块，且水箱的外壁上设置有电磁铁，所述电磁铁接入脉冲电源，所述活动座上固定安装有轨道，且轨道中装有搅拌球。
优选的，所述散热结构包括有固定连接在插入盒上的散热器，且散热器为堆叠的金属片，所述散热器上设置有吸热杆，且吸热杆伸入水箱中，所述水箱中针对吸热杆设置有活动式的隔热套，且隔热套上连接有复位弹簧，所述活动座上连接有推动杆，且推动杆与隔热套连接进行隔热套的位置控制，且活动座上连接有传热杆，吸热杆位于传热杆的移动轨迹上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1. 本发明的氢燃料电池发电系统以电堆为核心，为了使得催化剂处于最佳的发电状态，除了设置基础的空调模块之外，还可以通过回收利用电池排出的水蒸汽，来减轻热泵空调的压力，从而提升电池的净发电量，并且电堆的排放物可以分别的通过排水管以及氢气回收管进行排放，完成水和氢气的分离工作，对残余氢气进行安全回收，整个热量回收过程中，氢气没有泄露通道，消除安全隐患。
2. 本发明中冷凝管采用可以独立拆卸的结构，并且考虑到其密封性，其上还设置有活动式的密封结构，密封结构通过推动结构进行控制，在进行冷凝管的安装时丝毫不产生阻碍，而安装完成，则通过改变推动结构的状态，使得密封结构连接在冷凝管以及集中管之间进行密封，防止氢气泄露。
3. 本发明为了提高水箱中吸热液的吸热和传热效率，水箱中海设置有扰流结构，能够在热传递过程中，促进吸热液活动，提高热量的均匀传导，同时，借助于扰流结构，在不进行电堆的使用时对水箱的吸热液进行散热，使得电池恢复低温待机状态，提高电池的安全性和耐用性。
附图说明
图1为本发明电池外部结构的示意图。
图2为本发明发电结构的示意图。
图3为本发明电堆结构的第一示意图。
图4为本发明电堆结构的第二示意图。
图5为本发明电堆的示意图。
图6为本发明热利用结构的示意图。
图7为本发明供热结构的示意图。
图8为本发明传导结构的示意图。
图9为本发明水箱结构的示意图。
图10为本发明发电系统的框图。
图中：电堆1、电池仓2、物料传输模块3、温控板4、热泵空调5、分流管6、控制阀7、回收管8、集中管9、水箱10、导热板11、安装件12、冷凝管13、压紧弹簧14、密封套15、楔块16、安装板17、滑动杆18、压块19、端板20、锁定件21、外送端22、汇流管23、氢气集中管24、排水管25、氢气回收管26、活动座27、振动弹簧28、磁块29、电磁铁30、轨道31、搅拌球32、插入盒33、散热器34、吸热杆35、隔热套36、推动杆37、传热杆38。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例，须知，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1至图10，本发明提供一种技术方案：一种机用氢燃料电池发电系统，包括电堆1，电堆1固定安装在电池仓2中，且电堆1上设置有物料传输模块3，电堆1上连接有基础的空调模块，且物料传输模块3上设置有排放通道，其上固定连接有分流管6，且分流管6上设置有控制阀7，分流管6连接有回收管8以及直排管，通过控制阀7改变分流管6的连通方向，回收管8固定连接在集中管9上，电堆1上固定连接有水箱10，且水箱10上可拆卸式安装有导热板11，导热板11上固定连接有冷凝管13，且冷凝管13一端通过伸缩式的密封结构与集中管9连接，电堆1上设置有具有定位功能的推动结构，作用在密封结构上控制其伸缩状态，冷凝管13另一端设置有外送端22，且外送端22固定连接有汇流管23，汇流管23外接在排水机构和氢回收机构上，水箱10中设置有磁驱动的扰流结构，且水箱10中设置有插入盒33，插入盒33中设置有带有隔断的散热结构，通过静止状态下的扰流结构打开隔断与散热结构连接，进行水箱10中液体的散热。
空调模块包括有固定连接在电堆1上的温控板4，且温控板4通过热泵空调5进行控制，电堆1安装在电池仓2的底部，且物料传输模块3上设置有空气进口、氢气进口以及排放通道。
本发明的氢燃料电池发电系统以电堆为核心，通过向其内输送空气以及氢气作为发电物料，电堆中设置有催化剂，能够将氢气的化学能转化为电能，从而完成发电工作，并且为了使得催化剂处于最佳的发电状态，本发明还设置有空调模块，能够通过温控板4检测电堆1的温度，并且通过热泵空调5来调节电堆1的温度，使得电堆1始终处于最大发电功率。
分流管6为三通管，且直排管外接于电池仓2的排水管上，水箱10中设置有吸热液，且水箱10的上下两面采用金属板，四周采用隔热板，且水箱10的上表面贴合设置在电堆1上，下表面进行导热板11的安装。
考虑到热泵空调5需要消耗电量，本发明还可以通过回收利用电池排出的水蒸汽，来减轻热泵空调5的压力，从而提升电池的净发电量。
电堆1发电时产生的排放物主要为含残余氢气的水蒸汽，水蒸汽中含有热量，不需要对电堆1补热时，水蒸汽通过物料传输模块3进入到分流管6中之后，通过控制阀7将其导入到直排管中，从而排出电池仓2，而在寒冷天气下，则将水蒸汽送入到回收管8中，进而使其进入到集中管9中。
导热板11通过安装件12以及螺钉进行安装，且冷凝管13嵌套设置在导热板11中，导热板11以及冷凝管13在水箱10下方排列设置有至少五组。
进入到集中管9中的水蒸汽能够分散的进入到冷凝管13中，将热量经过导热板11传输到水箱10中，被水箱10中的吸热液吸收，水箱10的吸热液温度升高，能够从底部对电堆1进行加热，对热泵空调5进行补充，减轻其使用功率，而水蒸汽则能够冷凝，滴落在冷凝管13中，从而连通氢气进入到汇流管23中。
密封结构包括有固定连接在冷凝管13上的压紧弹簧14，且压紧弹簧14固定连接有密封套15，密封套15滑动安装在冷凝管13的端部，且密封套15上固定连接有楔块16。
冷凝管13采用可以独立拆卸的结构，其可以通过安装件12快速的拆装，从而方便后期进行维护清洗，并且考虑到其密封性，其上还设置有活动式的密封结构，密封结构通过推动结构进行控制，在进行冷凝管13的安装时丝毫不产生阻碍，而安装完成，则通过改变推动结构的状态，使得密封结构连接在冷凝管13以及集中管9之间进行密封。
推动结构包括有固定安装在电堆1上的安装板17，且安装板17上滑动安装有滑动杆18，滑动杆18上固定连接有压块19以及端板20，压块19与楔块16连接进行密封套15的推动，电堆1上通过弹簧活动安装有锁定件21，通过锁定件21与端板20连接进行滑动杆18以及压块19的定位。
在进行冷凝管13的安装时，通过锁定件21将端板20锁定在低位，此时压块19下沉，冷凝管13安装时，楔块16受到压块19的挤压，进而带动密封套15克服压紧弹簧14的弹力后移，让冷凝管13能够完成与集中管9的对接，随后再通过锁定件21将端板20固定在高位，使得密封套15不受影响的弹出，进行密封工作。
汇流管23上固定连接有氢气集中管24，且汇流管23的一端连接有排水管25，排水管25外接于电池仓2的排水管，且氢气集中管24上固定连接有氢气回收管26，氢气回收管26外接于电池仓2的氢回收机构。
进入到汇流管23中的冷凝水以及氢气可以分别的通过排水管25以及氢气回收管26进行排放，完成水和氢气的分离工作，并且对氢气进行安全回收，整个热量回收过程中，氢气没有泄露通道，避免存在安全隐患。
扰流结构包括有滑动安装在水箱10中的活动座27，且活动座27上固定连接有振动弹簧28，活动座27的侧面安装有磁块29，且水箱10的外壁上设置有电磁铁30，电磁铁30接入脉冲电源，活动座27上固定安装有轨道31，且轨道31中装有搅拌球32。
并且为了提高水箱10中吸热液的吸热和传热效率，水箱10中海设置有扰流结构，能够在热传递过程中，通过电磁铁30间歇性的产生磁吸力，作用在磁块29上，使得磁块29带动活动座27移动，使得吸热液活动，提高热量的均匀传导，并且活动座27上还通过轨道31进行了搅拌球32的安装，搅拌球32可以在活动座27移动的过程中，进一步的激荡吸热液。
散热结构包括有固定连接在插入盒33上的散热器34，且散热器34为堆叠的金属片，散热器34上设置有吸热杆35，且吸热杆35伸入水箱10中，水箱10中针对吸热杆35设置有活动式的隔热套36，且隔热套36上连接有复位弹簧，活动座27上连接有推动杆37，且推动杆37与隔热套36连接进行隔热套36的位置控制，且活动座27上连接有传热杆38，吸热杆35位于传热杆38的移动轨迹上。
同时，借助于扰流结构，在不进行电堆1的使用时对水箱10的吸热液进行散热，使得电池恢复低温待机状态，活动座27处于初始位置时，其上的推动杆37，可以将隔热套36推开，使得散热器34的吸热杆35暴露出来，吸热杆35可以将吸热液的热量导出到散热器34上进行散热，并且活动座27上的传热杆38还可以与吸热杆35对接，进一步的促进热量散出，使得电池快速散热。
本发明在使用时：首先，本发明的氢燃料电池发电系统以电堆为核心，通过向其内输送空气以及氢气作为发电物料，电堆中设置有催化剂，能够将氢气的化学能转化为电能，从而完成发电工作，并且为了使得催化剂处于最佳的发电状态，本发明还设置有空调模块，能够通过温控板4检测电堆1的温度，并且通过热泵空调5来调节电堆1的温度，使得电堆1始终处于最大发电功率，考虑到热泵空调5需要消耗电量，本发明还可以通过回收利用电池排出的水蒸汽，来减轻热泵空调5的压力，从而提升电池的净发电量，电堆1发电时产生的排放物主要为含残余氢气的水蒸汽，水蒸汽中含有热量，不需要对电堆1补热时，水蒸汽通过物料传输模块3进入到分流管6中之后，通过控制阀7将其导入到直排管中，从而排出电池仓2，而在寒冷天气下，则将水蒸汽送入到回收管8中，进而使其进入到集中管9中，进入到集中管9中的水蒸汽能够分散的进入到冷凝管13中，将热量经过导热板11传输到水箱10中，被水箱10中的吸热液吸收，水箱10的吸热液温度升高，能够从底部对电堆1进行加热，对热泵空调5进行补充，减轻其使用功率，而水蒸汽则能够冷凝，滴落在冷凝管13中，从而连通氢气进入到汇流管23中，进入到汇流管23中的冷凝水以及氢气可以分别的通过排水管25以及氢气回收管26进行排放，完成水和氢气的分离工作，并且对氢气进行安全回收，整个热量回收过程中，氢气没有泄露通道，避免存在安全隐患；冷凝管13采用可以独立拆卸的结构，其可以通过安装件12快速的拆装，从而方便后期进行维护清洗，并且考虑到其密封性，其上还设置有活动式的密封结构，密封结构通过推动结构进行控制，在进行冷凝管13的安装时丝毫不产生阻碍，而安装完成，则通过改变推动结构的状态，使得密封结构连接在冷凝管13以及集中管9之间进行密封，在进行冷凝管13的安装时，通过锁定件21将端板20锁定在低位，此时压块19下沉，冷凝管13安装时，楔块16受到压块19的挤压，进而带动密封套15克服压紧弹簧14的弹力后移，让冷凝管13能够完成与集中管9的对接，随后再通过锁定件21将端板20固定在高位，使得密封套15不受影响的弹出，进行密封工作；并且为了提高水箱10中吸热液的吸热和传热效率，水箱10中海设置有扰流结构，能够在热传递过程中，通过电磁铁30间歇性的产生磁吸力，作用在磁块29上，使得磁块29带动活动座27移动，使得吸热液活动，提高热量的均匀传导，并且活动座27上还通过轨道31进行了搅拌球32的安装，搅拌球32可以在活动座27移动的过程中，进一步的激荡吸热液，同时，借助于扰流结构，在不进行电堆1的使用时对水箱10的吸热液进行散热，使得电池恢复低温待机状态，活动座27处于初始位置时，其上的推动杆37，可以将隔热套36推开，使得散热器34的吸热杆35暴露出来，吸热杆35可以将吸热液的热量导出到散热器34上进行散热，并且活动座27上的传热杆38还可以与吸热杆35对接，进一步的促进热量散出，使得电池快速散热。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种机用氢燃料电池发电系统，包括电堆（1），其特征在于：所述电堆（1）固定安装在电池仓（2）中，且电堆（1）上设置有物料传输模块（3），所述电堆（1）上连接有基础的空调模块，且物料传输模块（3）上设置有排放通道，其上固定连接有分流管（6），且分流管（6）上设置有控制阀（7），所述分流管（6）连接有回收管（8）以及直排管，通过控制阀（7）改变分流管（6）的连通方向，所述回收管（8）固定连接在集中管（9）上，所述电堆（1）上固定连接有水箱（10），且水箱（10）上可拆卸式安装有导热板（11），所述导热板（11）上固定连接有冷凝管（13），且冷凝管（13）一端通过伸缩式的密封结构与集中管（9）连接，所述电堆（1）上设置有具有定位功能的推动结构，作用在密封结构上控制其伸缩状态，所述冷凝管（13）另一端设置有外送端（22），且外送端（22）固定连接有汇流管（23），所述汇流管（23）外接在排水机构和氢回收机构上，所述水箱（10）中设置有磁驱动的扰流结构，且水箱（10）中设置有插入盒（33），所述插入盒（33）中设置有带有隔断的散热结构，通过静止状态下的扰流结构打开隔断与散热结构连接，进行水箱（10）中液体的散热。
2.根据权利要求1所述的一种机用氢燃料电池发电系统，其特征在于：所述空调模块包括有固定连接在电堆（1）上的温控板（4），且温控板（4）通过热泵空调（5）进行控制，所述电堆（1）安装在电池仓（2）的底部，且物料传输模块（3）上设置有空气进口、氢气进口以及排放通道。
3.根据权利要求1所述的一种机用氢燃料电池发电系统，其特征在于：所述分流管（6）为三通管，且直排管外接于电池仓（2）的排水管上，所述水箱（10）中设置有吸热液，且水箱（10）的上下两面采用金属板，四周采用隔热板，且水箱（10）的上表面贴合设置在电堆（1）上，下表面进行导热板（11）的安装。
4.根据权利要求1所述的一种机用氢燃料电池发电系统，其特征在于：所述导热板（11）通过安装件（12）以及螺钉进行安装，且冷凝管（13）嵌套设置在导热板（11）中，所述导热板（11）以及冷凝管（13）在水箱（10）下方排列设置有至少五组。
5.根据权利要求1所述的一种机用氢燃料电池发电系统，其特征在于：所述密封结构包括有固定连接在冷凝管（13）上的压紧弹簧（14），且压紧弹簧（14）固定连接有密封套（15），所述密封套（15）滑动安装在冷凝管（13）的端部，且密封套（15）上固定连接有楔块（16）。
6.根据权利要求5所述的一种机用氢燃料电池发电系统，其特征在于：所述推动结构包括有固定安装在电堆（1）上的安装板（17），且安装板（17）上滑动安装有滑动杆（18），所述滑动杆（18）上固定连接有压块（19）以及端板（20），所述压块（19）与楔块（16）连接进行密封套（15）的推动，所述电堆（1）上通过弹簧活动安装有锁定件（21），通过锁定件（21）与端板（20）连接进行滑动杆（18）以及压块（19）的定位。
7.根据权利要求1所述的一种机用氢燃料电池发电系统，其特征在于：所述汇流管（23）上固定连接有氢气集中管（24），且汇流管（23）的一端连接有排水管（25），所述排水管（25）外接于电池仓（2）的排水管，且氢气集中管（24）上固定连接有氢气回收管（26），所述氢气回收管（26）外接于电池仓（2）的氢回收机构。
8.根据权利要求1所述的一种机用氢燃料电池发电系统，其特征在于：所述扰流结构包括有滑动安装在水箱（10）中的活动座（27），且活动座（27）上固定连接有振动弹簧（28），所述活动座（27）的侧面安装有磁块（29），且水箱（10）的外壁上设置有电磁铁（30），所述电磁铁（30）接入脉冲电源，所述活动座（27）上固定安装有轨道（31），且轨道（31）中装有搅拌球（32）。
9.根据权利要求8所述的一种机用氢燃料电池发电系统，其特征在于：所述散热结构包括有固定连接在插入盒（33）上的散热器（34），且散热器（34）为堆叠的金属片，所述散热器（34）上设置有吸热杆（35），且吸热杆（35）伸入水箱（10）中，所述水箱（10）中针对吸热杆（35）设置有活动式的隔热套（36），且隔热套（36）上连接有复位弹簧，所述活动座（27）上连接有推动杆（37），且推动杆（37）与隔热套（36）连接进行隔热套（36）的位置控制，且活动座（27）上连接有传热杆（38），吸热杆（35）位于传热杆（38）的移动轨迹上。
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Pledgor: Jiangsu Zhongyi Hechuang Intelligent Technology Co.,Ltd.

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