CN219123277U - 一种氢燃料电池备电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及氢燃料电池备电装置技术领域，公开了一种氢燃料电池备电装置，包括备电主框架、燃料电池系统、辅散热系统、主散热系统、氢气源区、蓄电池区和外置气源集成箱，燃料电池系统设置在备电主框架的燃料电池系统中上区域，辅散热系统设置在备电主框架的左中区域，主散热系统设置在备电主框架的右中区域，氢气源区设置在备电主框架的下部区域，蓄电池区设置在备电主框架的后上区域，燃料电池系统包括有电堆集成架、空水系统集成架、燃料电池电堆、空气进气系统、冷却系统、电气系统、控制器和散热系统；通过以上结构的配合可以解决目前常规发电备用电源工作噪音大、释放有害气体、体积大占用空间、电池性能衰减、备电时间有限和转换率低效等问题。

Description

一种氢燃料电池备电装置

技术领域

本实用新型涉及氢燃料电池备电装置技术领域，具体为一种氢燃料电池备电装置。

背景技术

氢燃料电池是将氢气和空气中的氧气在催化剂的高效催化下，湿润的氢气分子分解为水合氢离子同时被运转到质子交换膜的氧气侧进行发生氧化还原反应，将静态化学能高效转换为电能的装置，燃料电池的能转换反应过程中仅仅生成对环境友好无任何污染的水，同时它的高效率、高能量密度、对环境友好等优点，使其一举成为各国重点研发及推广的对象。

由于近几年恶劣天气、自然灾害等明显增加或者输电线路故障等原因造成公用市电电网不稳定或断电以及区域限电等情况时有发生，给当地经济效益以及正常运转造成不可估量的损失，因此政府、医院、电信、银行以及特别工厂企业等需要在一些特定场所会提前预备备用的发电设备，在突然断电或限电的情况下，通过备用发电设备进行并网供电，以防止市电突然断电或限电而造成巨大损失。

目前常规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以及机械震动问题、释放有害气体，污染环境等缺点；锂电池存在体积大占用空间、电池性能衰减、使用寿命较短、供电时间有限以及需要回充电等缺点。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：为了解决目前常规发电备用电源工作噪音大、释放有害气体、体积大占用空间、电池性能衰减、备电时间有限以及输出稳定性差和转换率低效等问题，本实用新型提供一种氢燃料电池备电装置。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种氢燃料电池备电装置，包括备电主框架、燃料电池系统、辅散热系统、主散热系统、氢气源区、蓄电池区和外置气源集成箱，所述燃料电池系统设置在所述备电主框架的所述燃料电池系统中上区域，所述辅散热系统设置在所述备电主框架的左中区域，所述主散热系统设置在所述备电主框架的右中区域，所述氢气源区设置在所述备电主框架的下部区域，所述蓄电池区设置在所述备电主框架的后上区域，所述燃料电池系统包括有电堆集成架、空水系统集成架、燃料电池电堆、空气进气系统、冷却系统、电气系统、控制器和散热系统。

在一优选的实施方式中，所述空水系统集成架由空气系统、主散热系统集成和辅散热系统集成构成，所述空气系统包括有柜体空气初滤板件、空气过滤器、空气压缩机、中冷加湿器和混排主管。

在一优选的实施方式中，所述冷却系统包括电堆水路、去离子罐、主散热器、散热风扇、主散膨胀水箱、主散水泵、PTC加热器、节温器、各类控制阀和管道。

在一优选的实施方式中，所述辅散热系统包括有多合一控制器、线槽、空气压缩机的水路、辅散输冷管、辅散冷汇流排、辅散热回收管、辅散水泵、辅散热器、辅散水路补偿管、辅散膨胀水箱、各类控制阀和管道，所述主散热系统包括有主散热回收管、主散输冷管和主散水路补偿管。

在一优选的实施方式中，所述主散输冷管和所述辅散输冷管设置在所述备电主框架的前端，所述主散热回收管和所述辅散热回收管设置与所述备电主框架的后端。

在一优选的实施方式中，所述燃料电池系统的数量为三个，且三个所述燃料电池系统通过导轨独立安装在所述备电主框架上。

在一优选的实施方式中，所述氢气源区包括输氢主管、氢瓶氢源集成、氢气循环泵和氢瓶集装架，所述氢瓶集装架的上表面固定安装有三个氢瓶，所述氢瓶与所述输氢主管内部容腔相连通，且所述输氢主管的外表面设置有断开阀门、止回阀和减压阀，且所述输氢主管贴合所述备电主框架下层顶部和所述备电主框架右中侧部的架柱安装。

在一优选的实施方式中，所述蓄电池区包括蓄电池，所述蓄电池通过锁紧转动销固定在所述备电主框架的背面。

在一优选的实施方式中，所述外置气源集成箱包括氢气气源、吹扫氮气源、气源集装箱、吹扫管道和氢气供给管道。

在优选二的实施方式中，所述保持原有的备电系统主架，增加一层燃料电池系统以及散热区，取消原有的氢气源区将其改用外置气源集成箱，所述外置气源集成箱包括吹扫氮气集成、氢气供给集成、吹扫与氢气供给共享管道以及各个管阀件，外置气源可保证气源量不受自身框架限制，提高供电持久性。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

本实用新型设备绿色环保安全，转换效率高以及结构合理，能很好解决目前常规发电备用电源工作噪音大、释放有害气体、体积大占用空间、电池性能衰减、备电时间有限以及输出稳定性差和转换率低效等问题。

附图说明

图1为本实用新型的燃料电池备电系统正视图；

图2为本实用新型的燃料电池备电系统后视图；

图3为本实用新型的局部右自由视图；

图4为本实用新型的局部左自由视图；

图5为本实用新型的整体右自由视图；

图6为本实用新型的整体左自由视图；

图7为本实用新型的替代结构示意图。

图中标记：1.备电主框架、101.燃料电池系统、102.辅散热系统、103.主散热系统、104.氢气源区、105.蓄电池区、2.电堆集成架、3.空水系统集成架、4.燃料电池电堆、5.混排主管、6.输氢主管、7.止回阀、8.主散热回收管、9.主散输冷管、10.减压阀、11.氢瓶氢源集成、12.导轨、13.中冷加湿器、14.空气压缩机、15.线槽、16.多合一控制器、17.空气过滤器、18.氢气循环泵、19.辅散输冷管、20.辅散冷汇流排、21.辅散热回收管、22.主散膨胀水箱、23.主散水路补偿管、24.主散热器、25.主散水泵、26.散热风扇、27.氢瓶集装架、28.辅散水泵、29.辅散热器、30.辅散水路补偿管、31.辅散膨胀水箱、32.蓄电池、33.锁紧转动销、34.氢气气源、35.吹扫氮气源、36.气源集装箱、37.吹扫管道、38.氢气供给管道。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面将结合图1-图6对本实用新型实施例的一种氢燃料电池备电装置进行详细的说明。

实施例：

本实用新型实施例公开一种氢燃料电池备电装置。参照图1-图3，一种氢燃料电池备电装置，包括备电主框架1、燃料电池系统101、辅散热系统102、主散热系统103、氢气源区104、蓄电池区105和外置气源集成箱，燃料电池系统101设置在备电主框架1的燃料电池系统101中上区域，燃料电池系统101包括有电堆集成架2、空水系统集成架3、燃料电池电堆4、空气进气系统、冷却系统、电气系统、控制器和散热系统，燃料电池系统101分布在备电主框架1的顶部三层中间，主要由3组燃料电池电堆4和空水系统集成模块直接对接而成。

参照图4-图6，空水系统集成架3由空气系统、主散热系统集成和辅散热系统集成构成，空气系统包括有柜体空气初滤板件、空气过滤器17、空气压缩机14、中冷加湿器13和混排主管5，冷却系统包括电堆水路、去离子罐、主散热器24、散热风扇26、主散膨胀水箱22、主散水泵25、PTC加热器、节温器、各类控制阀和管道，冷却系统中的散热系统主要为电堆组件进行冷却，冷却液为去离子水，超低导电率。

参照图4-图6，辅散热系统102设置在备电主框架1的左中区域，辅散热系统102包括有多合一控制器16、线槽15、空气压缩机14的水路、辅散输冷管19、辅散冷汇流排20、辅散热回收管21、辅散水泵28、辅散热器29、辅散水路补偿管30、辅散膨胀水箱31、各类控制阀和管道，空气压缩机14和辅散热器29分别设计在备电主框架1的纵向左右两侧，散热面积覆盖了整个三层燃料电池发热源，且空气压缩机14、辅散热器29与燃料电池电堆4之间预留足够空间，方便其管路以及线路分层错位布置，增强气流的流动性和减少散热风扇26的抽风背压避免不必要的内耗；主散热器24和辅散热器29的冷端主管与各个支路接口内设置有开关电磁阀使其各个冷却支路形成小独立冷却回路，其动力均由主散水泵25和辅散水泵28提供；冷端前预留部分空间，该空间最顶端分别设置有主散膨胀水箱22和辅散膨胀水箱31，使得主散膨胀水箱22和辅散膨胀水箱31的最低液面均高于空气压缩机14和辅散热器29的最高液面，既能良好顺应重力为空气压缩机14和辅散热器29补偿冷却液，也避开了热源和远离电气元器件，减少影响。

参照图1、图3和图5，主散热系统103包括有主散热回收管8、主散输冷管9和主散水路补偿管23，主散输冷管9和辅散输冷管19设置在备电主框架1的前端，为备电主框架1前端空间环境的辐射散热提供良好辐射冷却源；主散热回收管8和辅散热回收管21设置与备电主框架1的后端，主散热回收管8和辅散热回收管21运输热源行程长，有助于辐射散热，同时主散热回收管8和辅散热回收管21布局路径位于主散热器24和辅散热器29外侧，经过多台散热风扇26进行抽风式排风，备电主框架1前后端的良好的冷源冷风经过各类电气元器件和电堆进行风冷，同步将主散热回收管8、辅散热回收管21、空气压缩机14和辅散热器29的热量带走进行热交换。

参照图1、图3和图6，主散热系统103设置在备电主框架1的右中区域，氢气源区104设置在备电主框架1的下部区域，氢气源区104包括输氢主管6、氢瓶氢源集成11、氢气循环泵18和氢瓶集装架27，氢瓶集装架27的上表面固定安装有三个氢瓶，氢瓶与输氢主管6内部容腔相连通，且输氢主管6的外表面设置有断开阀门、止回阀7和减压阀10，且输氢主管6贴合备电主框架1下层顶部和备电主框架1右中侧部的架柱安装，燃料电池系统101与氢瓶集成之间设置有隔热层，燃料电池电堆4产生的热量对氢瓶产生影响，且远离热源靠近主散热器24的冷端，直延伸到顶层的燃料电池输氢支路，输氢支路上均安装有支路开关阀，方便使三层的燃料电池输氢独立以及维修安装或待用等。

参照图1、图4和图5，燃料电池系统101的数量为三个，且三个燃料电池系统101通过导轨12独立安装在备电主框架1上，每层架构都严格将水电气间隙错位分层，各类电气元器件的线束均集中在辅散冷汇流排20上的线槽15里规整布局，同时减少高温对各电气元器件线束的影响；同时热源与氢气源区104的氢气系统管路尽量远离且过量空气使其氢气无法达到氢气爆炸浓度范围，为增加气各个燃料电池系统101的氢气安全问题，均在电堆集成架2的顶部设置有小型的氢气浓度警报器，增加其安全管控。

参照图1和图2，蓄电池区105设置在备电主框架1的后上区域，蓄电池区105包括蓄电池32，蓄电池32通过锁紧转动销33固定在备电主框架1的背面，蓄电池32靠近燃料电池系统101热源，但设置有隔热和屏蔽罩，使其减少电磁干扰和热源影响，纵向布置安装，提高其空间利用率，且备电主框架1前后进风，这样就避免了蓄电池32前后面受热，纵向使其散热面积极大增加且远离水路带来的安全隐患等，蓄电池32通过横梁与锁紧转动销33的结构来实现背面安装与固定；使该燃料电池作用备用发电蓄电装置时，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；通过以上结构的配合可以使该燃料电池作用备用发电蓄电装置时，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。

参照图7，外置气源集成箱包括氢气气源34、吹扫氮气源35、气源集装箱36、吹扫管道37和氢气供给管道38，在保持原有的备电系统主架1后，增加一层燃料电池系统以及散热区，取消原有的氢气源区104将其改用外置气源集成箱，外置气源可保证气源量不受自身框架限制，提高供电持久性。

本实用新型实施例的一种氢燃料电池备电装置的实施原理为：

该氢燃料电池备电装置包括备电主框架1及配件、燃料电池系统101、辅散热系统102、主散热系统103、氢气源区104和蓄电池区105，101中的燃料电池电堆4通过将氢气源区104的氢气气源送进来的氢气和氧气反应产生电能，辅散热系统102和主散热系统103分别对燃料电池电堆4和燃料电池电堆4的发热件以及多合一控制器16进行散热，空气进气系统则向燃料电池电堆4提供空气，电气系统将燃料电池电堆4产生的电转换后储存在蓄电池区105，最后输出到用户端供其使用，而会多合一控制器16对燃料电池电堆4、空气进气系统、冷却系统及电气系统进行实时控制，散热系统对空气进气系统及电气系统进行散热，从而使该燃料电池作用备用发电蓄电装置时，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。

在另一方面，当利用外置气源集成箱时，该氢燃料电池备电装置包括备电主框架1及配件、燃料电池系统101、辅散热系统102、主散热系统103、外置气源和蓄电池区105，燃料电池系统101中的燃料电池电堆4通过将外置气源区的气源集装箱36的氢气供给集成的氢气送进来的氢气和氧气反应产生电能，辅散热系统102和主散热系统103分别对燃料电池电堆4和燃料电池电堆4的发热件以及多合一控制器16进行散热，空气进气系统则向燃料电池电堆4提供空气，电气系统将燃料电池电堆4产生的电转换后储存在蓄电池区105，最后输出到用户端供其使用，而会多合一控制器16对燃料电池电堆4、空气进气系统、冷却系统及电气系统进行实时控制，这样一来既保证原有结构布局，增加了一层燃料电池系统发电层和散热层，同时通过外置气源外接输入方式，可保证气源供给时长且便于管理，增加其设备发电量，外置气源分为吹扫氮气源35和氢气气源34，吹扫保证燃料电池运行的启停安全，为其增加安全可靠性。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种氢燃料电池备电装置，包括备电主框架(1)、燃料电池系统(101)、辅散热系统(102)、主散热系统(103)、氢气源区(104)、蓄电池区(105)和外置气源集成箱，其特征在于：所述燃料电池系统(101)设置在所述备电主框架(1)的所述燃料电池系统(101)中上区域，所述辅散热系统(102)设置在所述备电主框架(1)的左中区域，所述主散热系统(103)设置在所述电主框架(1)的右中区域，所述氢气源区(104)设置在所述备电主框架(1)的下部区域，所述蓄电池区(105)设置在所述备电主框架(1)的后上区域，所述燃料电池系统(101)包括有电堆集成架(2)、空水系统集成架(3)、燃料电池电堆(4)、空气进气系统、冷却系统、电气系统、控制器和散热系统。

2.如权利要求1所述的一种氢燃料电池备电装置，其特征在于：所述空水系统集成架(3)由空气系统、主散热系统集成和辅散热系统集成构成，所述空气系统包括有柜体空气初滤板件、空气过滤器(17)、空气压缩机(14)、中冷加湿器(13)和混排主管(5)。

3.如权利要求1所述的一种氢燃料电池备电装置，其特征在于：所述冷却系统包括电堆水路、去离子罐、主散热器(24)、散热风扇(26)、主散膨胀水箱(22)、主散水泵(25)、PTC加热器、节温器、各类控制阀和管道。

4.如权利要求1所述的一种氢燃料电池备电装置，其特征在于：所述辅散热系统(102)包括有多合一控制器(16)、线槽(15)、空气压缩机(14)的水路、辅散输冷管(19)、辅散冷汇流排(20)、辅散热回收管(21)、辅散水泵(28)、辅散热器(29)、辅散水路补偿管(30)、辅散膨胀水箱(31)、各类控制阀和管道，所述主散热系统(103)包括有主散热回收管(8)、主散输冷管(9)和主散水路补偿管(23)。

5.如权利要求4所述的一种氢燃料电池备电装置，其特征在于：所述主散输冷管(9)和所述辅散输冷管(19)设置在所述备电主框架(1)的前端，所述主散热回收管(8)和所述辅散热回收管(21)设置与所述备电主框架(1)的后端。

6.如权利要求1所述的一种氢燃料电池备电装置，其特征在于：所述燃料电池系统(101)的数量为三个，且三个所述燃料电池系统(101)通过导轨(12)独立安装在所述备电主框架(1)上。

7.如权利要求1所述的一种氢燃料电池备电装置，其特征在于：所述氢气源区(104)包括输氢主管(6)、氢瓶氢源集成(11)、氢气循环泵(18)和氢瓶集装架(27)，所述氢瓶集装架(27)的上表面固定安装有三个氢瓶，所述氢瓶与所述输氢主管(6)内部容腔相连通，且所述输氢主管(6)的外表面设置有断开阀门、止回阀(7)和减压阀(10)，且所述输氢主管(6)贴合所述备电主框架(1)下层顶部和所述备电主框架(1)右中侧部的架柱安装。

8.如权利要求1所述的一种氢燃料电池备电装置，其特征在于：所述蓄电池区(105)包括蓄电池(32)，所述蓄电池(32)通过锁紧转动销(33)固定在所述备电主框架(1)的背面。

9.如权利要求1所述的一种氢燃料电池备电装置，其特征在于：所述外置气源集成箱包括氢气气源(34)、吹扫氮气源(35)、气源集装箱(36)、吹扫管道(37)和氢气供给管道(38)。

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