CN211907587U - 一种模块化燃料电池备用发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种模块化燃料电池备用发电装置，其包括柜体组件和燃料电池发电组件；燃料电池发电组件包括主体框架、燃料电池模组、空气进气系统、冷却系统、电气系统、控制器和辅助散热系统；燃料电池模组利用外部输送进来的氢气和氧气反应产生电能；冷却系统对燃料电池模组进行散热；空气进气系统向燃料电池模组提供空气；电气系统将燃料电池模组产生的电转换后输出到用户端；控制器对燃料电池模组、空气进气系统、冷却系统及电气系统进行实时控制；辅助散热系统对空气进气系统及电气系统进行散热。使用燃料电池作用备用发电装置，系统运行噪音小，无污染物排放，备电时间长，可靠环保；将各部件模块化组合安装起来，合理布局，工作稳定。

Description

一种模块化燃料电池备用发电装置

技术领域：

本实用新型涉及一种模块化燃料电池备用发电装置。

背景技术：

燃料电池是通过氢气和氧气的催化氧化反应，将化学能转换为电能的装置。由于燃料电池反应只是生成无任何污染的水，具有高效率、高能量密度、对环境友好等优点，所以成为各国重点研发及推广的对象。

由于恶劣天气、自然灾害或者输电线路故障等原因造成公用市电电网断电时，政府、医院、电信、银行等一些特定场所会提前预备备用的发电设备，在突然断电后通过备用发电设备进行供电，以防止市电突然断电而造成巨大损失。目前常见的备用发电设备有柴油发电机和锂电池。柴油发电机存在工作噪音大、释放有害气体等缺点；锂电池存在体积大占用空间、电池性能衰减、备电时间有限等缺点。

发明内容：

本实用新型的目的是提供一种模块化燃料电池备用发电装置，能解决现有技术中备用发电设备中柴油发电机工作噪音大，锂电池性能衰减、备电时间有限等缺点。

本实用新型的目的是通过下述技术方案予以实现的。

本实用新型的目的是提供一种模块化燃料电池备用发电装置，其特征在于：包括柜体组件和安装在柜体组件内的燃料电池发电组件；其中：

所述的燃料电池发电组件包括主体框架、安装在主体框架上的燃料电池模组、空气进气系统、冷却系统、电气系统、控制器、氢气输入接口和辅助散热系统；

所述的燃料电池模组是利用外部输送进来的氢气和氧气反应产生电能，氢气从氢气输入接口进入燃料电池模组；

所述的冷却系统对燃料电池模组进行散热；

所述的空气进气系统向燃料电池模组提供空气；

所述的电气系统是将燃料电池模组反应产生的电转换后输出到用户端；

所述的控制器对燃料电池模组、空气进气系统、冷却系统及电气系统进行实时控制；

所述的辅助散热系统对空气进气系统及电气系统进行散热。

上述模块化燃料电池备用发电装置还包括供氢系统，供氢系统受控制器控制，供氢系统为燃料电池模组提供氢气，供氢系统安装在柜体组件旁。

上述所述的空气进气系统包括空气过滤器、空压机组件、燃料电池附件总成、排水管、排气管、以及若干管道；

所述的冷却系统包括去离子过滤器、第一风扇组件、水箱A、管道过滤器、以及若干管道；

所述的电气系统主要包括低压DC-DC、动力电池、高压DC-DC、高压配电箱、低压电池、以及若干电气线束；

所述的辅助散热系统主要包括风扇组件B、水箱B、水泵、以及若干管道；

所述的供氢系统由若干氢气瓶、支架、若干管道、以及阀门组件组成。

上述所述燃料电池模组的输出端与高压配电箱的输入端之间通过高压 DC-DC连接，高压配电箱的输出端分别与动力电池和低压DC-DC连接，低压 DC-DC的输出端与低压电池连接，用户端包括高压用电端和低压用电端，低压用电端与低压电池的输出端连接，高压用电端与高压配电箱的输出端连接。

上述所述主体框架从下到上纵向分为第一层、第二层、第三层和第四层，燃料电池模组与燃料电池附件总成合并安装在第四层，电气系统中的低压DC-DC 和低压电池安装在第二层，高压DC-DC和高压配电箱安装在第三层，控制器安装在第三层的后面位置，动力电池安装在第一层。

上述所述空气进气系统的空压机组件安装在第二层，空气过滤器安装在第二层的后面位置，排气管置于主体框架的顶端位置；排水管置于主体框架的侧面底部位置。

上述所述辅助散热系统的水泵安装在第二层，风扇组件B安装在第二层的后面位置，水箱B安装在第三层的后面位置。

上述所述冷却系统的去离子过滤器、水箱A、管道过滤器布置在主体框架前面，第一风扇组件分别布置于主体框架的左右两侧。

上述所述柜体组件由柜门、立柱、顶部封板、侧板、底部支撑梁、底部封板组成，顶部封板设置有尾排口、尾排监测系统、出气口、氢气浓度传感器，尾排口与排气管相连。

上述所述顶部封板设置有若干排气风扇，排气风扇设置于顶部封板内侧并与出气口相连通，侧板设置有若干排风口，第一风扇组件的风扇口对准排风口，底部封板设置有抽气风扇。

上述所述尾排监测系统设置在尾排口处，氢气浓度传感器设置于顶部封板的内侧，柜门上设置有控制面板。

本实用新型与现有技术相比，具有如下效果：

1)模块化燃料电池备用发电装置，其特征在于：包括柜体组件和安装在柜体组件内的燃料电池发电组件；其中：所述的燃料电池发电组件包括主体框架、安装在主体框架上的燃料电池模组、空气进气系统、冷却系统、电气系统、控制器和辅助散热系统；所述的燃料电池模组是利用外部输送进来的氢气和氧气反应产生电能；所述的冷却系统对燃料电池模组进行散热；所述的空气进气系统向燃料电池模组提供空气；所述的电气系统是将燃料电池模组反应产生的电转换后输出到用户端；所述的控制器对燃料电池模组、空气进气系统、冷却系统及电气系统进行实时控制；所述的辅助散热系统对空气进气系统及电气系统进行散热。使用燃料电池作用备用发电装置，系统运行噪音小，无污染物排放，备电时间长，可靠环保；将燃料电池模组、空气进气系统、冷却系统、电气系统，辅助散热系统等组件模块化组合安装起来，合理布局，工作稳定。

2)本实用新型的其它优点在实施例部分展开详细描述。

附图说明：

图1是本实用新型实施例提供的模块化燃料电池备用发电装置的立体图；

图2是柜体组件与燃料电池发电组件的立体图；

图3是燃料电池发电组件的立体图；

图4是燃料电池发电组件另一角度的立体图；

图5是燃料电池发电组件的主视图；

图6是柜体组件的立体图；

图7是柜体组件另一角度的立体图；

图8是供氢系统的立体图；

图9是模块化燃料电池备用发电装置的原理框图。

具体实施方式：

下面通过具体实施例并结合附图对本实用新型作进一步详细的描述。

如图1至图9所示，本实施例提供的是一种模块化燃料电池备用发电装置，其特征在于：包括柜体组件12和安装在柜体组件12内的燃料电池发电组件11；其中：

所述的燃料电池发电组件11包括主体框架1101、安装在主体框架1101上的燃料电池模组1102、空气进气系统、冷却系统、电气系统、控制器1118、氢气输入接口和辅助散热系统；

所述的燃料电池模组1102是利用外部输送进来的氢气和氧气反应产生电能，氢气从氢气输入接口进入燃料电池模组1102；

所述的冷却系统对燃料电池模组1102进行散热；

所述的空气进气系统向燃料电池模组1102提供空气；

所述的电气系统是将燃料电池模组1102反应产生的电转换后输出到用户端；

所述的控制器1118对燃料电池模组1102、空气进气系统、冷却系统及电气系统进行实时控制；

所述的辅助散热系统对空气进气系统及电气系统进行散热。

使用燃料电池作用备用发电装置，系统运行噪音小，无污染物排放，备电时间长，可靠环保；将燃料电池模组、空气进气系统、冷却系统、电气系统，辅助散热系统等组件模块化组合安装起来，合理布局，工作稳定。

上述模块化燃料电池备用发电装置还包括供氢系统，供氢系统受控制器 1118控制，供氢系统为燃料电池模组1102提供氢气，供氢系统2安装在柜体组件12旁。

上述所述的空气进气系统包括空气过滤器1110、空压机组件1114、燃料电池附件总成1117、排水管1107、排气管1120、以及若干管道；

所述空气进气系统的工作原理：空气经过空气过滤器1110进入空压机组件 1114内，空压机组件1114将空气压缩吹入燃料电池附件总成1117内，再从燃料电池模组1102空气入口进入电堆中反应，反应后废气和水从燃料电池模组 1102的空气出口一起排出，水从排水管1107排出，废气从排气管1120排出；排水管1107与排水口1210相连，便于排水。

所述的冷却系统包括去离子过滤器1111、第一风扇组件1103、水箱A 1104、管道过滤器1116、以及若干管道；

所述冷却系统的工作原理：从燃料电池模组1102出水口排出的冷却水，经燃料电池附件总成1117内部组件加压后进入第一风扇组件1103散热后，再经管道过滤器1116再次进入燃料电池附件总成1117内部管路中，从燃料电池模组1102入水口进入内部电堆中，带走内部电堆中的热量。另外，从燃料电池附件总成1117出来的冷却水一支路进入去离子过滤器1111，将冷却水中的游离离子去除后进入水箱A 1104，再进燃料电池模组1102的回流口。

所述的电气系统主要包括低压DC-DC 1105、动力电池1106、高压DC-DC 1112、高压配电箱1113、低压电池1115、以及若干电气线束；

所述的辅助散热系统主要包括风扇组件B 1108、水箱B 1109、水泵1119、以及若干管道；

所述辅助散热系统的工作原理：水箱B 1109中的冷却水进入风扇组件B 1108 中，再进入水泵1119中，冷却水经水泵1119的加压后分别进入空气进气系统中的空压机组件1114、高压DC-DC 1112、动力电池1106中，为这些部件进行散热后，冷却水回流到水箱B1109中，形成整个回流系统。

所述的供氢系统2由若干氢气瓶21、支架22、若干管道23、以及阀门组件 24组成。

所述供氢系统的工作原理：若干氢气瓶21放置于支架22中，若干管道23 连接着若干氢气瓶21的出口，控制器1118根据系统需求控制阀门组件24的开启与关闭。

上述所述燃料电池模组1102的输出端与高压配电箱1113的输入端之间通过高压DC-DC 1112连接，高压配电箱1113的输出端分别与动力电池1106和低压DC-DC 1105连接，低压DC-DC 1105的输出端与低压电池1115连接，用户端包括高压用电端1215和低压用电端1216，低压用电端1216与低压电池1115的输出端连接，高压用电端1215与高压配电箱1113的输出端连接。

上述所述主体框架1101从下到上纵向分为第一层、第二层、第三层和第四层，燃料电池模组1102与燃料电池附件总成1117合并安装在第四层，电气系统中的低压DC-DC 1105和低压电池1115安装在第二层，高压DC-DC 1112和高压配电箱1113安装在第三层，控制器1118安装在第三层的后面位置，动力电池1106安装在第一层。主体框架采用钢架结构，结构简单稳定不易变形，系统各部件层次分明，结构简洁，利于安装及日后使用的检修维护，并且减少材料的使用，节约生产成本。

燃料电池模组布置于主体框架的最上一层，因氢气密度小于空气，若少量有氢气泄露，能及时排出，更安全；电气系统是按照由上往下的顺序布置，重量最大的动力电池1106位于最下方，布局更合理。

上述所述空气进气系统的空压机组件1114安装在第二层，空气过滤器1110 安装在第二层的后面位置，排气管1120置于主体框架1101的顶端位置；排水管1107置于主体框架1101的侧面底部位置。空气进气系统是按照由下往上的顺序布置。

上述所述辅助散热系统的水泵1119安装在第二层，风扇组件B 1108安装在第二层的后面位置，水箱B 1109安装在第三层的后面位置。

上述所述冷却系统的去离子过滤器1111、水箱A 1104、管道过滤器1116 布置在主体框架1101前面，第一风扇组件1103分别布置于主体框架1101的左右两侧。便于散热，节约空间。

上述所述柜体组件12由柜门1201、立柱1202、顶部封板1203、侧板1204、底部支撑梁1205、底部封板1206组成，顶部封板1203设置有尾排口1207、尾排监测系统1208、出气口1209、氢气浓度传感器1212，尾排口1207与排气管 1120相连。

燃料电池发电组件独立装配完成后再整理安装到柜体组件内，安装及拆卸简单，维修可直接打开或者拆解柜体组件12上的前后门或者侧板，便于后期保养维修。整个燃料电池发电组件11固定于底部支撑梁1205上，排气管1120与尾排口1207相连，便于废气排放。

上述所述顶部封板1203设置有若干排气风扇1211，排气风扇1211设置于顶部封板1203内侧并与出气口1209相连通，侧板1204设置有若干排风口1213，第一风扇组件1103的风扇口对准排风口1213，底部封板1206设置有抽气风扇 1214。系统启动时，抽气风扇1214将外面空气吸入到柜体组件12内，再由顶部排气风扇1211从顶部排气口1209排出，如此形成空气对流，将内部热量以及可能聚集的少量氢气及时的排出。

上述所述尾排监测系统1208设置在尾排口1207处，氢气浓度传感器1212 设置于顶部封板1203的内侧，柜门1201上设置有控制面板1220。氢气浓度传感器1212监测内部的氢气浓度，尾排监测系统1208实时监测尾排口的氢气浓度，实时反馈到控制系统，更安全。

以上实施例为本实用新型的较佳实施方式，但本实用新型的实施方式不限于此，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种模块化燃料电池备用发电装置，其特征在于：包括柜体组件(12)和安装在柜体组件(12)内的燃料电池发电组件(11)；其中：

所述的燃料电池发电组件(11)包括主体框架(1101)、安装在主体框架(1101)上的燃料电池模组(1102)、空气进气系统、冷却系统、电气系统、控制器(1118)、氢气输入接口和辅助散热系统；

所述的燃料电池模组(1102)是利用外部输送进来的氢气和氧气反应产生电能，氢气从氢气输入接口进入燃料电池模组(1102)；

所述的冷却系统对燃料电池模组(1102)进行散热；

所述的空气进气系统向燃料电池模组(1102)提供空气；

所述的电气系统是将燃料电池模组(1102)反应产生的电转换后输出到用户端；

所述的控制器(1118)对燃料电池模组(1102)、空气进气系统、冷却系统及电气系统进行实时控制；

所述的辅助散热系统对空气进气系统及电气系统进行散热。

2.根据权利要求1所述的一种模块化燃料电池备用发电装置，其特征在于：它还包括供氢系统，供氢系统连接氢气输入接口，供氢系统受控制器(1118)控制，供氢系统为燃料电池模组(1102)提供氢气，供氢系统(2)安装在柜体组件(12)旁。

3.根据权利要求2所述的一种模块化燃料电池备用发电装置，其特征在于：

所述的空气进气系统包括空气过滤器(1110)、空压机组件(1114)、燃料电池附件总成(1117)、排水管(1107)、排气管(1120)、以及若干管道；

所述的冷却系统包括去离子过滤器(1111)、第一风扇组件(1103)、水箱A(1104)、管道过滤器(1116)、以及若干管道；

所述的电气系统主要包括低压DC-DC(1105)、动力电池(1106)、高压DC-DC (1112)、高压配电箱(1113)、低压电池(1115)、以及若干电气线束；

所述的辅助散热系统主要包括风扇组件B(1108)、水箱B(1109)、水泵(1119)、以及若干管道；

所述的供氢系统(2)由若干氢气瓶(21)、支架(22)、若干管道(23)、以及阀门组件(24)组成。

4.根据权利要求3所述的一种模块化燃料电池备用发电装置，其特征在于：所述燃料电池模组(1102)的输出端与高压配电箱(1113)的输入端之间通过高压DC-DC(1112)连接，高压配电箱(1113)的输出端分别与动力电池(1106)和低压DC-DC(1105)连接，低压DC-DC(1105)的输出端与低压电池(1115)连接，用户端包括高压用电端(1215)和低压用电端(1216)，低压用电端(1216)与低压电池(1115)的输出端连接，高压用电端(1215)与高压配电箱(1113)的输出端连接。

5.根据权利要求3所述的一种模块化燃料电池备用发电装置，其特征在于：所述主体框架(1101)从下到上纵向分为第一层、第二层、第三层和第四层，燃料电池模组(1102)与燃料电池附件总成(1117)合并安装在第四层，电气系统中的低压DC-DC(1105)和低压电池(1115)安装在第二层，高压DC-DC(1112)和高压配电箱(1113)安装在第三层，控制器(1118)安装在第三层的后面位置，动力电池(1106)安装在第一层。

6.根据权利要求5所述的一种模块化燃料电池备用发电装置，其特征在于：所述空气进气系统的空压机组件(1114)安装在第二层，空气过滤器(1110)安装在第二层的后面位置，排气管(1120)置于主体框架(1101)的顶端位置；排水管(1107)置于主体框架(1101)的侧面底部位置。

7.根据权利要求5所述的一种模块化燃料电池备用发电装置，其特征在于：所述辅助散热系统的水泵(1119)安装在第二层，风扇组件B(1108)安装在第二层的后面位置，水箱B(1109)安装在第三层的后面位置。

8.根据权利要求5所述的一种模块化燃料电池备用发电装置，其特征在于：所述冷却系统的去离子过滤器(1111)、水箱A(1104)、管道过滤器(1116)布置在主体框架(1101)前面，第一风扇组件(1103)分别布置于主体框架(1101)的左右两侧。

9.根据权利要求3至8中任意一项所述的一种模块化燃料电池备用发电装置，其特征在于：所述柜体组件(12)由柜门(1201)、立柱(1202)、顶部封板(1203)、侧板(1204)、底部支撑梁(1205)、底部封板(1206)组成，顶部封板(1203)设置有尾排口(1207)、尾排监测系统(1208)、出气口(1209)、氢气浓度传感器(1212)，尾排口(1207)与排气管(1120)相连。

10.根据权利要求9所述的一种模块化燃料电池备用发电装置，其特征在于：所述顶部封板(1203)设置有若干排气风扇(1211)，排气风扇(1211)设置于顶部封板(1203)内侧并与出气口(1209)相连通，侧板(1204)设置有若干排风口(1213)，第一风扇组件(1103)的风扇口对准排风口(1213)，底部封板(1206)设置有抽气风扇(1214)。

11.根据权利要求9所述的一种模块化燃料电池备用发电装置，其特征在于：所述尾排监测系统(1208)设置在尾排口(1207)处，氢气浓度传感器(1212)设置于顶部封板(1203)的内侧，柜门(1201)上设置有控制面板(1220)。

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