質子交換膜燃料電池模塊化插箱集成系統的製作方法

2023-12-01 10:35:11

質子交換膜燃料電池模塊化插箱集成系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種質子交換膜燃料電池模塊化插箱集成系統，它包括安裝在框架內的導風罩、風機、DC/DC轉換器、控制器、燃料電池電堆和氫氣管系。所述框架內腔至少分隔成三個區間，每個區間配有沿導軌移動的橫託，不同的橫託上分別置放配套的插箱，每個插箱都預留接口。所述燃料電池電堆作為一插箱安置在框架內前部下位處，由控制器和DC/DC轉換器組成的插箱安置在框架內前部上位處。另外，在燃料電池電堆後背安裝風機及配套的導風罩。所述氫氣管系集成為獨立的插箱安置在風機之後，從外部引入的氫氣經氫氣管系往燃料電池電堆輸送燃料。本實用新型是一種具有可拆解結構的備電電源，解決了特別地理位置處建移動主基站設備難運輸的問題。
【專利說明】
質子交換膜燃料電池模塊化插箱集成系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種新能源裝備領域的一項技術方案，具體地講，本實用新型涉及一種燃料電池模塊化設計，特別是一種質子交換膜燃料電池模塊化插箱集成系統。
【背景技術】
[0002]當今時代，移動通信技術已十分發達，手機已成為大眾日常生活用品之一。手機是移動通信的終端設備，它需要有一系列相關的設備支持才能實現移動通信的目的，移動通信基站僅是其中一部分設備的集合，其功能主要是發射和接受通信信號。因所建移動通信基站配套功率有限，必須每隔一段距離設置一座移動通信基站，合理分布移動基站才能滿足處在不同位置的人們都能得到高質量的通信。移動通信基站正常運行的前提條件是配置電源，另外，為了防止電網意外斷電，每個移動通信基站都配置備電電源用於應急。市場上在用移動通信基站配置的備電電源大多數是鉛酸蓄電池，也有部分應用燃料電池。這兩種電力儲能設備都是組合體，自重大，運輸不便，對於位置相對偏闢的移動通信基站，特別是一些位於山區、海島等偏闢處因起吊設備不能到達施工現場，成套的備電電源很難就位，尤其是一些機櫃不能橫置的燃料電池在一些特殊位置安裝更難。即使安裝到位後，一旦運行過程中發生故障，同樣存在設備整體移動不便的問題，只能求助製造商派員現場檢修。這種解決辦法雖然能夠消除設備故障，但存在兩個很現實的問題，一是及時性差，二是維護成本大，這些問題都制約了偏闢地區移動通信基站的運行質量，特別對燃料電池這種新能源裝備的普及帶來不利的影響。

【發明內容】

[0003]本實用新型主要針對現有技術燃料電池一體化結構，在起吊設備不能正常到達的施工位置處搬運難和維修不便的問題，提出一種可拆解結構的質子交換膜燃料電池模塊化插箱集成系統，該設備分拆容易、組合可靠，最重要的是便於搬運、便於檢修、便於更換。
[0004]本實用新型通過下述技術方案實現技術目標。
[0005]質子交換膜燃料電池模塊化插箱集成系統，它包括安裝在框架內的導風罩、風機、DC/DC轉換器、控制器、燃料電池電堆和氫氣管系。其改進之處在於:所述框架為矩形體，內腔至少分隔成三個大小不等相對獨立的區間，每個區間都配有沿導軌前後移動的橫託，橫託上置放由相關部件組成特定功能的模塊化插箱，每個插箱都預留功能性接口。所述框架內前部安置的插箱由一組相疊合的燃料電池電堆組成，在框架頂面與燃料電池電堆之間空格處，安置由控制器、DC/DC轉換器組成的插箱。燃料電池電堆後背直連風機，風機進口端配裝面朝框架背板的導風罩，構成風機經導風罩從框架外部引入空氣至燃料電池電堆的通道。所述氫氣管系的組件經模塊設計，然後集成在同一插箱之中，該插箱安置在風機與框架後背板之間，從外部引入的氫氣經氫氣管系向燃料電池電堆提供燃料。
[0006]作為進一步改進方案，所述風機為離心式風機。
[0007]作為進一步改進方案，所述控制器除配置了功能性接口外，還配置測量燃料電池電堆電壓、電流及氫氣管系壓力的儀表。
[0008]作為進一步改進方案，所述氫氣管系設有進氣和出氣兩條通道，進氣通道由串接的氫氣緩衝器、進口電磁閥和減壓器組成，減壓器的出口直連燃料電池電堆的氫氣進口，出氣管道中安裝的排氣電磁閥直連燃料電池電堆的氫氣出口，在減壓器與排氣電磁閥之間並聯傳感器和安全閥。
[0009]本實用新型與現有技術相比，具有以下積極效果:
[0010]1、各功能性器件經模塊化設計，結構緊湊、體積小、集成度高，特別適合歸集成插箱；
[0011]2、系統由不同功能的插箱組成，因插箱預留了接口，組裝容易，維修時拆卸方便；
[0012]3、插箱可拆卸結構簡單，安裝時便於化整為零搬運，在起吊設備進不了施工現場的工程中，不存在安裝困難的問題。
[0013]4、發生故障時，便於更新有問題的插箱，有針對性的拆卸一方面及時性好，另一方面將換下的問題插箱返廠作專業性檢測或維修，製造商無需派人到現場維修，大大節省維修成本。
【附圖說明】

[0014]圖1是本實用新型結構不意圖。
[0015]圖2是圖1右視圖。
[0016]圖3圖1中氫氣管系方框圖。
【具體實施方式】
[0017]下面根據附圖並結合實施例，對本實用新型作進一步說明。
[0018]圖1和圖2所示的質子交換膜燃料電池模塊化插箱集成系統，它包括安裝在框架I內的導風罩2、風機3、DC/DC轉換器4、控制器5、燃料電池電堆6和氫氣管系7。所述框架I為矩形體，它是包容上述系統組成器件的載體。本實施例是配套移動通信基站的備電電源，其容量為1.5kW。因配套容量偏小，框體I內腔僅需分隔成三個相對獨立的區間，每個區間都配有沿導軌前後移動的橫託，不同位置的橫託上分別置放由相關部件組成特定功能的模塊化插箱，每個插箱都預留功能性接口，作為輸入、輸出及控制的接口是相互對接點，在結構上做到了易拆卸、易對接。合理布置插箱是本實用新型重要內容之一，首先在框架I內前部安置兩隻插箱，下位插箱由一組相疊合的燃料電池電堆6組成，接著在框架I頂面與下位插箱之間安置上位插箱，上位插箱由控制器5和DC/DC轉換器4組成。另外在燃料電池電堆6後背直連風機3，風機3進口端配裝面朝框架I背板的導風罩2，此結構形成風機3經導風罩2從框架I外部引入空氣至燃料電池電堆6的通道，便於空氣中的氧氣與已進入燃料電池電堆6內的氫氣發生電化學反應。為了節省框架I內腔和提高空氣輸入效率，本實用新型應用的風機3為離心式風機。由於離心式風機結構緊湊，它比同規格的軸流式風機軸向尺寸小很多，而且送風穩定、風壓高。本實用新型中燃料電池電堆6耗用的氫氣從外部引入，因此配套的氫氣管系7按圖3所示布局，它由進氣和出氣兩條通道組成。進氣通道由串接的氫氣緩衝閥7.1、進口電磁閥7.2和減壓器7.3組成，從減壓器7.3出口輸出的氫氣直接進入燃料電池電堆6的氫氣進口。出氣通道中安裝的排氣電磁閥7.6主要用於控制廢氣外排，排氣電磁閥7.6—端直連燃料電池電堆6，另一端從框架I背板伸出出氣。為了提高系統運行的安全性和監控能力，在減壓器7.3與排氣電磁閥7.6的出口處之間並聯傳感器7.4和安全閥7.5。上述氫氣管系7配置的組件全部經模塊化設計，然後集成在同一插箱之中，該插箱安置在風機3與框架I背板之間，並通過管道直連燃料電池電堆6。
[0019]控制器5是本系統人機對話窗口，它除配置了必要的功能性接口外，還集中配置了測量燃料電池電堆6電壓、電流及氫氣管系7壓力的儀表和開關。本實施例控制器5還預留了485通信接口，便於實現遠程監控。
[0020]本實用新型在氫氣管系7中配置了氫氣緩衝器7.1，利用氫氣緩衝器7.1削峰填谷的性能減小外部引入的氫氣壓力波動，確保系統運行期間不發生間斷供氫氣的問題。平緩供應氫氣有利於提高燃料電池電堆6的發電質量。
[0021]本實用新型所述的質子交換膜燃料電池模塊化插箱系統，是一種具有可拆解結構的備電電源。若初建的移動通信基站地理位置很偏闢，在起吊設備進不了施工現場的情況下，可做到以插箱為單元拆解，拆零後便於人力運至施工現場再組裝。系統運行過程中一旦發生故障，便於及時拆解有問題的插箱，以及重新換上備用插箱。這種可拆解結構實際應用時有三大好處:一是解決在特殊地理位置處建移動通信基站的困難;二是故障排除及時，有利於提高通信質量;三是換下的問題插箱可返廠作專業性檢測及維修，製造商無需派人到現場維修，大大節省維修成本。
【主權項】
1.一種質子交換膜燃料電池模塊化插箱集成系統，它包括電堆發電單元、電能轉換及控制單元、氫氣管路系統;所述電堆發電單元包含依次連接的燃料電池電堆、導風罩、離心風機;所述電能轉換及控制單元包含依次連接的DC/DC轉換器、插箱控制器;所述氫氣管路系統包含依次連接的氫氣緩衝器、進口電磁閥、減壓器、壓力傳感器、安全閥、排氣電磁閥；安裝在框架(I)內的導風罩(2)、風機(3)、DC/DC轉換器(4)、控制器(5)、燃料電池電堆(6)和氫氣管系(7);其特徵在於:所述框架(I)為矩形體，內腔至少分隔成三個大小不等相對獨立的區間，每個區間都配有沿導軌前後移動的橫託，橫託上置放由相關部件組成特定功能的模塊化插箱，每個插箱都預留功能性接口；所述框架(I)內前部安置的插箱由一組相疊合的燃料電池電堆(6)組成，在框架(I)頂面與燃料電池電堆(6)之間空格處，安置由控制器(5)、DC/DC轉換器(4)組成的插箱;燃料電池電堆(6)後背直連風機(3)，風機(3)進口端配裝面朝框架(I)背板的導風罩(2)，構成風機(3)經導風罩(2)從框架(I)外部引入空氣至燃料電池電堆(6)的通道;所述氫氣管系(7)的組件經模塊設計，然後集成在同一插箱之中，該插箱安置在風機(3)與框架(I)後背板之間，從外部引入的氫氣經氫氣管系(7)向燃料電池電堆(6)提供燃料。2.根據權利要求1所述的質子交換膜燃料電池模塊化插箱集成系統，其特徵在於:所述風機(3)為離心式風機。3.根據權利要求1所述的質子交換膜燃料電池模塊化插箱集成系統，其特徵在於:所述控制器(5)除配置了功能性接口外，還配置測量燃料電池電堆(6)電壓、電流及氫氣管系壓力的儀表和開關。4.根據權利要求1所述的質子交換膜燃料電池模塊化插箱集成系統，其特徵在於:所述氫氣管系(7)設有進氣和出氣兩條通道，進氣通道由串接的氫氣緩衝器(7.1)、進口電磁閥(7.2)和減壓器(7.3)組成，減壓器(7.3)的出口直連燃料電池電堆(6)的氫氣進口，出氣管道中安裝的排氣電磁閥(7.6)直連燃料電池電堆(6)的氫氣出口，在減壓器(7.3)與排氣電磁閥(7.6)的出口處之間並聯傳感器(7.4)和安全閥(7.5)。
【文檔編號】H01M8/24GK205723792SQ201620419683
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年5月11日
【發明人】刁力鵬, 佘沛亮, 鍾義華
【申請人】雙登集團股份有限公司