CN202817107U - 一种质子交换膜燃料电池堆发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种质子交换膜燃料电池堆发电系统，包括壳体，以及壳体内的燃料电池堆单元、低温启动预热单元、空气或氧气过滤单元、空气或氧气进出风道单元、第一氢气控制阀单元、第二氢气控制阀单元、风机单元；空气或氧气进出风道单元的出口设置燃料电池堆单元，该燃料电池堆单元倾斜设定角度放置；燃料电池堆单元下方设置低温启动预热单元、空气或氧气过滤单元；风机单元设置于壳体内的一侧，风机单元根据燃料电池堆单元输出功率大小控制风机单元的转速，其内部的空气或氧气进出风道单元遍布于整个燃料电池堆单元，使空气或氧气均匀进入燃料电池堆单元。本实用新型通过将电堆倾斜设定角度，提高进气的均匀性及降低了整体高度。

Description

一种质子交换膜燃料电池堆发电系统

技术领域

本实用新型属于燃料电池堆发电技术领域，涉及一种燃料电池堆发电系统，尤其涉及一种质子交换膜燃料电池堆发电系统。

背景技术

燃料电池是一种将持续供给的燃料和氧化剂中的化学能连续不断地转化成电能的化学装置。按电解质性质，燃料电池可细分为有碱性燃料电池(AFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固态氧化物燃料电池(SOFC)。从工作方式来看，燃料电池较接近与汽油或柴油发电机。其中，质子交换膜燃料电池发电是直接将燃料的化学能转变为电能，步骤少、效率高，发电过程中没有燃烧，所以不会产生污染，没有转动组件，所以噪音低。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。质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，英文简称PEMFC)是一种燃料电池，在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质。工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。

质子交换膜燃料电池是一种新型、有远大前途的燃料电池，经过从80年代初到现在近20年的发展，质子交换膜燃料电池起了翻天覆地的变化。其中电堆的核心是膜电极(MEA)组件和双极板。所以上述的发展变化从其膜电极的演变过程可见一斑。膜电极是质子交换膜燃料电池的电化学心脏，正是因为它的变化，才使得质子交换膜燃料电池呈现了今天的蓬勃生机。

质子交换膜燃料电池是目前研发热门技术，具有功率密度高、启动快、可用空气作为氧化剂，广泛应用在交通、便携式电源、电站、军事之中；然而，现有的质子交换膜燃料电池结构复杂，效率较低，生产成本较高，噪声污染严重。有鉴于此，如今迫切需要一种结构简单、效率高、成本低、噪音小的质子交换膜燃料电池。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种质子交换膜燃料电池堆发电系统，可提高进气的均匀性，同时有效降低系统的整体高度。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种质子交换膜燃料电池堆发电系统，所述系统包括：壳体，以及壳体内的燃料电池堆单元、低温启动预热单元、空气或氧气过滤单元、空气或氧气进出风道单元、第一氢气控制阀单元、第二氢气控制阀单元、风机单元；

所述空气或氧气进出风道单元的出口设置燃料电池堆单元，该燃料电池堆单元倾斜设定角度放置；所述燃料电池堆单元下方设置低温启动预热单元、空气或氧气过滤单元；

所述风机单元设置于壳体内的一侧，风机单元根据燃料电池堆单元输出功率大小控制风机单元的转速，壳体内部的空气或氧气进出风道单元布置于整个燃料电池堆单元，使空气或氧气均匀进入燃料电池堆单元；

在所述燃料电池堆单元的供氢出口处、进口处分别设置第一氢气控制阀单元、第二氢气控制阀单元，通过外部控制信号随时切换供氢。

作为本实用新型的一种优选方案，所述燃料电池堆单元、低温启动预热单元、空气或氧气过滤单元之间平行设置，燃料电池堆单元与水平面之间的夹角为10°-80°。

作为本实用新型的一种优选方案，所述燃料电池堆单元、空气或氧气过滤单元、低温启动预热单元自上而下依次倾斜设置；或者，所述燃料电池堆单元、低温启动预热单元、空气或氧气过滤单元自上而下依次倾斜设置。

作为本实用新型的一种优选方案，所述低温启动预热单元固定在空气或氧气进出风道单元侧壁的连接件上，低温启动预热单元上设有感温系统，在低温的环境下通过低温启动预热单元进行升温。

作为本实用新型的一种优选方案，所述空气或氧气过滤单元固定在空气或氧气进出风道单元侧壁的连接机构上，空气或氧气过滤单元的周围密封设置，使得进入空气或氧气进出风道单元的空气或氧气透过空气或氧气过滤单元过滤。

作为本实用新型的一种优选方案，所述空气或氧气进出风道单元固定在壳体底部的连接单元上，空气或氧气进出风道单元的一个斜面放置或固定所述燃料电池堆单元，空气或氧气进出风道单元将进入的空气或氧气直接通入燃料电池堆单元。

作为本实用新型的一种优选方案，所述风机单元为涡轮风机单元，固定在壳体内、燃料电池堆单元的出风方向。

作为本实用新型的一种优选方案，所述第一氢气控制阀单元、第二氢气控制阀单元固定在壳体上；

所述系统还包括主控中心，所述第一氢气控制阀单元、第二氢气控制阀单元与所述主控中心连接，主控中心通过控制信号控制第一氢气控制阀单元、第二氢气控制阀单元的状态。

作为本实用新型的一种优选方案，所述壳体设有出风口，出风口采用漂浮式百叶。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型提出的质子交换膜燃料电池堆发电系统，通过设置燃料电池堆的低温启动预热单元，使燃料电池堆单元在低温环境下能迅速启动，提高质子交换膜燃料电池堆工作效率；设置空气或氧气过滤单元，可提高空气或氧气质量避免污染质子交换膜；空气或氧气进出风道单元满足空气或氧气需求量；氢气进出控制阀单元可保护燃料电池堆单元；采用涡轮风机解决供气速度及气压问题，提高质子交换膜燃料电池堆化学能转化电能效率；电堆倾斜设定角度，提高进气的均匀性及降低了整体高度。本实用新型系统结构设计新颖别致，提供高效低成本的操作方案。

附图说明

图1为本实用新型质子交换膜燃料电池堆发电系统的结构示意图。

图2为本实用新型质子交换膜燃料电池堆发电系统侧面的透视图。

附图标注如下：

1.第一氢气控制阀单元        2.第一氢气控制阀单元

3.涡轮风机单元              4.低温启动预热单元

5.燃料电池堆单元            6.空气或氧气过滤单元

7.空气或氧气进出风道单元    8.外壳单元

9.漂浮式百叶单元

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的优选实施例。

实施例一

请参阅图1、图2，本实用新型揭示了一种质子交换膜燃料电池堆发电系统，所述系统包括：壳体8，以及壳体8内的燃料电池堆单元5、低温启动预热单元4、空气或氧气过滤单元6、空气或氧气进出风道单元7、第一氢气控制阀单元1、第二氢气控制阀单元2、涡轮风机单元3。

所述空气或氧气进出风道单元7的出口设置燃料电池堆单元5，该燃料电池堆单元5倾斜设定角度放置，以将所述燃料电池堆单元5工作时产生的水能由高向低流出；并且，在整个使用高度上大大缩减，同时供燃料电堆空气或氧气的涡轮风机单元抽风时截面积缩小，即燃料电堆空气或氧气的涡轮风机单元风压增大，有利于燃料电池堆空气或氧气均匀。

所述燃料电池堆单元5下方设置低温启动预热单元4、空气或氧气过滤单元6。设置空气或氧气过滤单元6，可提高空气或氧气质量避免污染质子交换膜；低温启动预热单元4设有智能感温装置，智能感温装置可接收预先设定好的温度信号，实现对整个单元的加热控制，结果准确。

本实施例中，所述燃料电池堆单元5、低温启动预热单元4、空气或氧气过滤单元6之间平行设置，燃料电池堆单元5与水平面之间的夹角为10°-80°。所述燃料电池堆单元5、空气或氧气过滤单元6、低温启动预热单元4自上而下依次倾斜设置；或者，所述燃料电池堆单元5、低温启动预热单元4、空气或氧气过滤单元6自上而下依次倾斜设置。

所述低温启动预热单元4固定在空气或氧气进出风道单元7侧壁的连接件上，低温启动预热单元4上设有感温系统，在低温的环境下通过低温启动预热单元进行升温，缩短燃料电池堆大功率输出时所用的启动时间。

所述空气或氧气过滤单元6固定在空气或氧气进出风道单元7侧壁的连接机构上，空气或氧气过滤单元6的周围密封设置，使得进入空气或氧气进出风道单元7的空气或氧气透过空气或氧气过滤单元6过滤，方可过滤掉灰尘及有害气体。

所述空气或氧气进出风道单元7固定在壳体8底部的连接单元上，空气或氧气进出风道单元7的一个斜面放置或固定所述燃料电池堆单元5，空气或氧气进出风道单元7将进入的空气或氧气直接通入燃料电池堆单元5。

所述涡轮风机单元3设置于壳体8内的一侧，涡轮风机单元3根据燃料电池堆单元5输出功率大小控制涡轮风机单元3的转速，其内部的空气或氧气进出风道单元7有条件地遍布于整个燃料电池堆单元5，使空气或氧气均匀进入燃料电池堆单元5。

在所述燃料电池堆单元5的供氢出口处、进口处分别设置第一氢气控制阀单元1、第二氢气控制阀单元2，通过外部控制信号随时切换供氢，从而保护燃料电池堆单元5。

所述涡轮风机单元3固定在壳体8内、燃料电池堆单元5的出风方向。所述第一氢气控制阀单元1、第二氢气控制阀单元2固定在壳体8上；所述系统还包括主控中心，所述第一氢气控制阀单元、第二氢气控制阀单元与所述主控中心连接，主控中心通过控制信号控制第一氢气控制阀单元1、第二氢气控制阀单元2的状态。

所述壳体8设有出风口，出风口采用漂浮式百叶。所述漂浮式百叶固定在壳体的附件上，当气体被涡轮风机单元3吹出时，百叶漂浮，反之百叶关闭，从而起到遮蔽及保护作用。漂浮式百叶可采用纯铝、铝合金、不锈钢、各种合金等多种材质。

所述壳体8固定在底座上，与涡轮风机单元3的固定架上部连接，壳体8可以采用纯铝、铝合金、不锈钢、各种合金等多种材质。

综上所述，本实用新型提出的质子交换膜燃料电池堆发电系统，通过设置燃料电池堆的低温启动预热单元，使燃料电池堆单元在低温环境下能迅速启动，提高质子交换膜燃料电池堆工作效率；设置空气或氧气过滤单元，可提高空气或氧气质量避免污染质子交换膜；空气或氧气进出风道单元满足空气或氧气需求量；氢气进出控制阀单元可保护燃料电池堆单元；采用涡轮风机解决供气速度及气压问题，提高质子交换膜燃料电池堆化学能转化电能效率；电堆倾斜设定角度，提高进气的均匀性及降低了整体高度。本实用新型系统结构设计新颖别致，提供高效低成本的操作方案。

这里本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型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，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本实用新型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 (9)

1.一种质子交换膜燃料电池堆发电系统，其特征在于，所述系统包括：壳体，以及壳体内的燃料电池堆单元、低温启动预热单元、空气或氧气过滤单元、空气或氧气进出风道单元、第一氢气控制阀单元、第二氢气控制阀单元、风机单元；

所述空气或氧气进出风道单元的出口设置燃料电池堆单元，该燃料电池堆单元倾斜设定角度放置；所述燃料电池堆单元下方设置低温启动预热单元、空气或氧气过滤单元；

所述风机单元设置于壳体内的一侧，风机单元根据燃料电池堆单元输出功率大小控制风机单元的转速，壳体内部的空气或氧气进出风道单元布置于整个燃料电池堆单元，使空气或氧气均匀进入燃料电池堆单元；

在所述燃料电池堆单元的供氢出口处、进口处分别设置第一氢气控制阀单元、第二氢气控制阀单元，通过外部控制信号随时切换供氢。

2.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池堆发电系统，其特征在于：

所述燃料电池堆单元、低温启动预热单元、空气或氧气过滤单元之间平行设置，燃料电池堆单元与水平面之间的夹角为10°-80°。

3.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池堆发电系统，其特征在于：

所述燃料电池堆单元、空气或氧气过滤单元、低温启动预热单元自上而下依次倾斜设置；或者，所述燃料电池堆单元、低温启动预热单元、空气或氧气过滤单元自上而下依次倾斜设置。

4.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池堆发电系统，其特征在于：

所述低温启动预热单元固定在空气或氧气进出风道单元侧壁的连接件上，低温启动预热单元上设有感温系统，在低温的环境下通过低温启动预热单元进行升温。

5.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池堆发电系统，其特征在于：

所述空气或氧气过滤单元固定在空气或氧气进出风道单元侧壁的连接机构上，空气或氧气过滤单元的周围密封设置，使得进入空气或氧气进出风道单元的空气或氧气透过空气或氧气过滤单元过滤。

6.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池堆发电系统，其特征在于：

所述空气或氧气进出风道单元固定在壳体底部的连接单元上，空气或氧气进出风道单元的一个斜面放置或固定所述燃料电池堆单元，空气或氧气进出风道单元将进入的空气或氧气直接通入燃料电池堆单元。

7.根据权利要求1至6之一所述的质子交换膜燃料电池堆发电系统，其特征在于：

所述风机单元为涡轮风机单元，固定在壳体内、燃料电池堆单元的出风方向。

8.根据权利要求1至6之一所述的质子交换膜燃料电池堆发电系统，其特征在于：

所述第一氢气控制阀单元、第二氢气控制阀单元固定在壳体上；

所述系统还包括主控中心，所述第一氢气控制阀单元、第二氢气控制阀单元与所述主控中心连接，主控中心通过控制信号控制第一氢气控制阀单元、第二氢气控制阀单元的状态。

9.根据权利要求1至6之一所述的质子交换膜燃料电池堆发电系统，其特征在于：

所述壳体设有出风口，出风口采用漂浮式百叶。

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