CN221176277U - 一种固定式燃料电池发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种固定式燃料电池发电系统，包括燃料电池电堆、空气供给模块、氢气供给模块和散热模块；空气供给模块包括过滤器、空压机、空气流量传感器、第一压力传感器和第一温度传感器；氢气供给模块包括氢源、进氢电磁阀、第二压力传感器、第三压力传感器、水气分离器、第一液位传感器、第四压力传感器、回氢泵、第一排氢电磁阀和第二排氢电磁阀。本实用新型将燃料电池电堆、过滤器、空压机、水气分离器和回氢泵通过合金外壳封装固定为一套燃料电池电堆模块，燃料电池电堆模块设置有多套，能够根据微电网的不同功率输出要求和空间有效利用原则机动灵活地进行模块化组装，使系统具有更高的可靠性和适用性。

Description

一种固定式燃料电池发电系统

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种固定式燃料电池发电系统。

背景技术

近年来，固定式发电已经成为燃料电池企业瞄准的除车用以外的重要应用领域。固定式燃料电池发电系统是一种基于氢燃料电池系统进行开发的一种新型储能系统，通常系统包含供氢、供氧、燃料电池电堆、供配电和集控等模块。

其工作原理是将光伏、风力发电等可再生能源接入氢储系统，将弃风、弃光采用电解水制氢的方式将弃电转化为氢气的化学能进行储存，在需要的时候利用燃料电池发电系统将氢气化学能又转化为电能和热能，可以有效弥补目前光伏、风力发电等可再生能源消纳不足、稳定性差的缺陷，此过程缓解了可再生能源电力过剩的问题，提高电网能量利用率，全过程无碳排放，帮助实现“碳达峰、碳中和”目标。

当前我国燃料电池固定式发电整体仍处于示范应用阶段，系统关键技术问题有待提升。在实际的燃料电池系统应用中，不同的应用环境和功率需求对燃料电池系统的基本要求都希望能达到整个系统具有模块适用性、一定的防护能力以及系统轻量化等。从产品应用进程来看，国内产品和工程样机都属于示范验证阶段，没有实现商业化运营，稳定性、可靠性、耐久寿命都需要进一步验证。此外，目前不同应用环境中的燃料电池系统的统一适用性不足，系统的通用程度较低，固定式燃料电池系统的模块化以及高度集成化有待进一步优化。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种固定式燃料电池发电系统，解决现有的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型是采用以下技术方案实现的：

一种固定式燃料电池发电系统，包括燃料电池电堆、空气供给模块、氢气供给模块和散热模块，所述空气供给模块、氢气供给模块和散热模块均与燃料电池电堆连接；所述空气供给模块包括过滤器、空压机、空气流量传感器、第一压力传感器和第一温度传感器；所述氢气供给模块包括氢源、进氢电磁阀、第二压力传感器、第三压力传感器、水气分离器、第一液位传感器、第四压力传感器、回氢泵、第一排氢电磁阀和第二排氢电磁阀；所述燃料电池电堆、过滤器、空压机、水气分离器和回氢泵通过合金外壳封装固定为一套燃料电池电堆模块，所述燃料电池电堆模块设置有多套，多套所述燃料电池电堆模块进行分布式或集中式布置安装在柜体内。

进一步地，所述过滤器的输出端通过管道与空压机的输入端连接，所述空气流量传感器安装在过滤器和空压机之间的管道上，所述空压机的输出端通过管道与燃料电池电堆连接，所述第一压力传感器和第一温度传感器安装在空压机与燃料电池电堆之间的管道上。

进一步地，所述氢源的输出端通过管道与进氢电磁阀的输入端连接，所述第二压力传感器安装在氢源和进氢电磁阀之间的管道上，所述进氢电磁阀的输出端通过管道与燃料电池电堆连接，所述第三压力传感器安装在进氢电磁阀与燃料电池电堆之间的管道上。

进一步地，所述燃料电池电堆通过管道与水气分离器的输入端连接，所述水气分离器上安装有第一液位传感器，所述第四压力传感器安装在燃料电池电堆与水气分离器之间的管道上，所述水气分离器的输出端通过管道分别与回氢泵、第一排氢电磁阀和第二排氢电磁阀的输入端连接，所述回氢泵的输出端连接在氢源和进氢电磁阀之间的管道上。

进一步地，所述散热模块包括主水箱、第二液位传感器、主水泵、第五压力传感器、第二温度传感器、散热器、电子三通阀、第三温度传感器、电导率传感器和去离子罐，所述第二液位传感器安装在主水箱上，所述主水箱的输出端通过管道与主水泵的输入端连接，所述主水泵的输出端通过管道与燃料电池电堆连接，所述第五压力传感器和第二温度传感器安装在主水泵与燃料电池电堆之间的管道上。

进一步地，所述燃料电池电堆通过管道分别与散热器和电子三通阀的输入端连接，所述第三温度传感器和电导率传感器安装在燃料电池电堆与散热器和电子三通阀之间的管道上，所述散热器的输出端通过管道分别与电子三通阀和去离子罐的输入端连接，所述电子三通阀的输出端通过管道与主水泵的输入端连接，所述去离子罐的输出端通过管道与主水箱的输入端连接。

进一步地，所述燃料电池电堆通过管道与节气门的输入端连接，所述节气门的输出端连接有管道，所述第一排氢电磁阀和第二排氢电磁阀的输出端连接在节气门输出端的管道上。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型将燃料电池电堆、过滤器、空压机、水气分离器和回氢泵通过合金外壳封装固定为一套燃料电池电堆模块，燃料电池电堆模块设置有多套，多套燃料电池电堆模块进行分布式或集中式布置安装在柜体内，能够根据微电网的不同功率输出要求和空间有效利用原则机动灵活地进行模块化组装，使系统具有更高的可靠性和适用性；通过将多套燃料电池电堆模块安装在柜体内，使系统的防护、抗震能力得到明显提升；同时，便于对燃料电池电堆模块进行安装、维护、修理和更换。

附图说明

图1为本实用新型的拓扑图。

图2为本实用新型的系统图。

图中标注说明：1、燃料电池电堆；2、空气供给模块；3、氢气供给模块；4、散热模块；5、过滤器；6、空压机；7、空气流量传感器；8、第一压力传感器；9、第一温度传感器；10、氢源；11、进氢电磁阀；12、第二压力传感器；13、第三压力传感器；14、水气分离器；15、第一液位传感器；16、第四压力传感器；17、回氢泵；18、第一排氢电磁阀；19、第二排氢电磁阀；20、主水箱；21、第二液位传感器；22、主水泵；23、第五压力传感器；24、第二温度传感器；25、散热器；26、电子三通阀；27、第三温度传感器；28、电导率传感器；29、去离子罐；30、节气门。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

实施例如下：

请参阅图1-2，一种固定式燃料电池发电系统，包括燃料电池电堆1、空气供给模块2、氢气供给模块3和散热模块4，空气供给模块2、氢气供给模块3和散热模块4均与燃料电池电堆1连接；空气供给模块2包括过滤器5、空压机6、空气流量传感器7、第一压力传感器8和第一温度传感器9；氢气供给模块3包括氢源10、进氢电磁阀11、第二压力传感器12、第三压力传感器13、水气分离器14、第一液位传感器15、第四压力传感器16、回氢泵17、第一排氢电磁阀18和第二排氢电磁阀19；燃料电池电堆1、过滤器5、空压机6、水气分离器14和回氢泵17通过合金外壳封装固定为一套燃料电池电堆模块，燃料电池电堆模块设置有多套，多套燃料电池电堆模块进行分布式或集中式布置安装在柜体内，能够根据微电网的不同功率输出要求和空间有效利用原则机动灵活地进行模块化组装，使系统具有更高的可靠性和适用性；通过将多套燃料电池电堆模块安装在柜体内，使系统的防护、抗震能力得到明显提升；同时，便于对燃料电池电堆模块进行安装、维护、修理和更换。

作为本实用新型的一种可选技术方案：过滤器5的输出端通过管道与空压机6的输入端连接，过滤器5能够对空气进行过滤，为燃料电池电堆1提供正常工作所需的空气，空气流量传感器7安装在过滤器5和空压机6之间的管道上，空压机6的输出端通过管道与燃料电池电堆1连接，空压机6将空气泵送进入燃料电池电堆1的阴极，第一压力传感器8和第一温度传感器9安装在空压机6与燃料电池电堆1之间的管道上。

作为本实用新型的一种可选技术方案：氢源10的输出端通过管道与进氢电磁阀11的输入端连接，第二压力传感器12安装在氢源10和进氢电磁阀11之间的管道上，进氢电磁阀11的输出端通过管道与燃料电池电堆1连接，第三压力传感器13安装在进氢电磁阀11与燃料电池电堆1之间的管道上；燃料电池电堆1通过管道与水气分离器14的输入端连接，水气分离器14上安装有第一液位传感器15，水气分离器14能够分离排出的水，第四压力传感器16安装在燃料电池电堆1与水气分离器14之间的管道上，水气分离器14的输出端通过管道分别与回氢泵17、第一排氢电磁阀18和第二排氢电磁阀19的输入端连接，回氢泵17的输出端连接在氢源10和进氢电磁阀11之间的管道上。

作为本实用新型的一种可选技术方案：散热模块4包括主水箱20、第二液位传感器21、主水泵22、第五压力传感器23、第二温度传感器24、散热器25、电子三通阀26、第三温度传感器27、电导率传感器28和去离子罐29，第二液位传感器21安装在主水箱20上，主水箱20的输出端通过管道与主水泵22的输入端连接，主水泵22的输出端通过管道与燃料电池电堆1连接，第五压力传感器23和第二温度传感器24安装在主水泵22与燃料电池电堆1之间的管道上；燃料电池电堆1通过管道分别与散热器25和电子三通阀26的输入端连接，第三温度传感器27和电导率传感器28安装在燃料电池电堆1与散热器25和电子三通阀26之间的管道上，散热器25的输出端通过管道分别与电子三通阀26和去离子罐29的输入端连接，电子三通阀26的输出端通过管道与主水泵22的输入端连接，去离子罐29的输出端通过管道与主水箱20的输入端连接，通过主水箱20内的冷却水带走燃料电池电堆1内反应产生的热量，控制燃料电池电堆1内部温度始终保持在合理范围内。

作为本实用新型的一种可选技术方案：燃料电池电堆1通过管道与节气门30的输入端连接，节气门30的输出端连接有管道，第一排氢电磁阀18和第二排氢电磁阀19的输出端连接在节气门30输出端的管道上。

综上所述：空气供给模块2和氢气供给模块3提供的空气和氢气在燃料电池电堆1中发生电化学反应，产生电能，供给后端的DC/DC；散热模块4控制燃料电池电堆1内部温度始终保持在合理范围内。

需要说明的是：本实用新型中的过滤器5、空压机6、空气流量传感器7、第一压力传感器8、第一温度传感器9、进氢电磁阀11、第二压力传感器12、第三压力传感器13、水气分离器14、第一液位传感器15、第四压力传感器16、回氢泵17、第一排氢电磁阀18、第二排氢电磁阀19、第二液位传感器21、主水泵22、第五压力传感器23、第二温度传感器24、散热器25、电子三通阀26、第三温度传感器27、电导率传感器28、去离子罐29和节气门30均为现有技术，根据实际需求选择相应型号。

本实用新型中出现的所有电气件均与其适配的电源通过导线进行连接，并通过控制器自动控制，控制器的控制电路通过本领域的技术人员简单编程即可实现，属于本领域的公知常识，故不再详细描述控制方式和电路连接。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点，对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种固定式燃料电池发电系统，其特征在于，包括燃料电池电堆、空气供给模块、氢气供给模块和散热模块，所述空气供给模块、氢气供给模块和散热模块均与燃料电池电堆连接；所述空气供给模块包括过滤器、空压机、空气流量传感器、第一压力传感器和第一温度传感器；所述氢气供给模块包括氢源、进氢电磁阀、第二压力传感器、第三压力传感器、水气分离器、第一液位传感器、第四压力传感器、回氢泵、第一排氢电磁阀和第二排氢电磁阀；所述燃料电池电堆、过滤器、空压机、水气分离器和回氢泵通过合金外壳封装固定为一套燃料电池电堆模块，所述燃料电池电堆模块设置有多套，多套所述燃料电池电堆模块进行分布式或集中式布置安装在柜体内。

2.根据权利要求1所述的一种固定式燃料电池发电系统，其特征在于：所述过滤器的输出端通过管道与空压机的输入端连接，所述空气流量传感器安装在过滤器和空压机之间的管道上，所述空压机的输出端通过管道与燃料电池电堆连接，所述第一压力传感器和第一温度传感器安装在空压机与燃料电池电堆之间的管道上。

3.根据权利要求1所述的一种固定式燃料电池发电系统，其特征在于：所述氢源的输出端通过管道与进氢电磁阀的输入端连接，所述第二压力传感器安装在氢源和进氢电磁阀之间的管道上，所述进氢电磁阀的输出端通过管道与燃料电池电堆连接，所述第三压力传感器安装在进氢电磁阀与燃料电池电堆之间的管道上。

4.根据权利要求3所述的一种固定式燃料电池发电系统，其特征在于：所述燃料电池电堆通过管道与水气分离器的输入端连接，所述水气分离器上安装有第一液位传感器，所述第四压力传感器安装在燃料电池电堆与水气分离器之间的管道上，所述水气分离器的输出端通过管道分别与回氢泵、第一排氢电磁阀和第二排氢电磁阀的输入端连接，所述回氢泵的输出端连接在氢源和进氢电磁阀之间的管道上。

5.根据权利要求1所述的一种固定式燃料电池发电系统，其特征在于：所述散热模块包括主水箱、第二液位传感器、主水泵、第五压力传感器、第二温度传感器、散热器、电子三通阀、第三温度传感器、电导率传感器和去离子罐，所述第二液位传感器安装在主水箱上，所述主水箱的输出端通过管道与主水泵的输入端连接，所述主水泵的输出端通过管道与燃料电池电堆连接，所述第五压力传感器和第二温度传感器安装在主水泵与燃料电池电堆之间的管道上。

6.根据权利要求5所述的一种固定式燃料电池发电系统，其特征在于：所述燃料电池电堆通过管道分别与散热器和电子三通阀的输入端连接，所述第三温度传感器和电导率传感器安装在燃料电池电堆与散热器和电子三通阀之间的管道上，所述散热器的输出端通过管道分别与电子三通阀和去离子罐的输入端连接，所述电子三通阀的输出端通过管道与主水泵的输入端连接，所述去离子罐的输出端通过管道与主水箱的输入端连接。

7.根据权利要求4所述的一种固定式燃料电池发电系统，其特征在于：所述燃料电池电堆通过管道与节气门的输入端连接，所述节气门的输出端连接有管道，所述第一排氢电磁阀和第二排氢电磁阀的输出端连接在节气门输出端的管道上。