本發(fā)明涉及燃料電池發(fā)電，具體涉及一種模塊化燃料電池發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、燃料電池發(fā)電系統(tǒng)是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能通過電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置，具有高能量轉(zhuǎn)換效率、高能量密度、低振動(dòng)噪聲、零排放等優(yōu)點(diǎn)。因此，燃料電池發(fā)電系統(tǒng)被視為21世紀(jì)清潔、高效的理想動(dòng)力裝置，能夠大幅提升航天航空、深海平臺(tái)等密閉環(huán)境裝備的續(xù)航力和隱蔽性。

2、如現(xiàn)有專利申請(qǐng)?zhí)枮?01210327887.6的專利文獻(xiàn)中，公開了一種燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，并具體公開了質(zhì)子交換膜燃料電池模塊，儲(chǔ)氫、氧裝置，dc/dc?變換單元，監(jiān)控單元，熱交換器，水箱，水泵，閥，以及循環(huán)水管；熱水循環(huán)支路包括恒溫?zé)崴洌h(huán)熱水輸送水泵，質(zhì)子交換膜燃料電池模塊，儲(chǔ)氫裝置，熱交換器；冷水循環(huán)支路包括冷水箱，循環(huán)冷水輸送水泵，dc/dc?變換單元，儲(chǔ)氧裝置；冷熱水平衡支路，包括恒溫?zé)崴?，熱水控制閥，平衡熱水輸送水泵，冷水箱，冷水控制閥，平衡冷水輸送水泵；監(jiān)控單元一端與恒溫?zé)崴溥B接，另一端與冷水箱連接；通過上述方案發(fā)電時(shí)，由于燃料電池發(fā)電系統(tǒng)啟停機(jī)的吹掃氮?dú)馓幚砦闯浞挚紤]，若氮?dú)馊我馀欧艜?huì)引起艙室壓力升高，會(huì)導(dǎo)致儀表和傳感器數(shù)值不準(zhǔn)確，易引發(fā)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)發(fā)生安全事故的情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)不足，提供一種模塊化燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù)中燃料電池發(fā)電系統(tǒng)啟停機(jī)的吹掃氮?dú)馓幚砦闯浞挚紤]，若氮?dú)馊我馀欧艜?huì)引起艙室壓力升高，會(huì)導(dǎo)致儀表和傳感器數(shù)值不準(zhǔn)確，易引發(fā)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)發(fā)生安全事故的問題。

2、為達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供一種模塊化燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，包括設(shè)于艙室內(nèi)的燃料電池發(fā)電單元、水熱管理單元、壓力平衡單元以及收集水箱；所述水熱管理單元分別與收集水箱和燃料電池發(fā)電單元連接，所述水熱管理單元用于調(diào)節(jié)燃料電池發(fā)電單元的運(yùn)行溫度，所述壓力平衡單元與燃料電池發(fā)電單元連接，所述壓力平衡單元用于調(diào)節(jié)和艙室內(nèi)的壓力，所述壓力平衡單元包括氣囊和第一真空泵，所述燃料電池發(fā)電單元、艙室以及收集水箱均經(jīng)由第一真空泵與氣囊連通，且所述燃料電池發(fā)電單元、艙室以及收集水箱與第一真空泵的連通管路上分別設(shè)有第一電磁閥、第二電磁閥以及第三電磁閥，所述第一真空泵與氣囊之間的連通管路上設(shè)有第四電磁閥，所述第一真空泵與第四電磁閥之間連通有延伸至艙室外的排氣管路，且所述排氣管路上設(shè)有第五電磁閥。

4、在一些實(shí)施例中，還包括供氧單元和供氫單元，所述供氧單元和供氫單元分別通過兩氣體傳輸單元與所述燃料電池發(fā)電單元相連接，所述供氧單元和供氫單元分別用于對(duì)所述燃料電池發(fā)電單元輸送氧氣和氫氣。

5、在一些實(shí)施例中，所述氣體傳輸單元包括沿氣體輸送方向依次設(shè)置的第六電磁閥、第一過濾器、第一比例閥以及第一壓力傳感器。

6、在一些實(shí)施例中，所述水熱管理單元包括水循環(huán)模塊，所述水循環(huán)模塊包括沿水路管道上依次設(shè)置的第二壓力傳感器、第七電磁閥、第一循環(huán)水泵以及板式換熱器，且所述板式換熱器與所述收集水箱相靠近。

7、在一些實(shí)施例中，所述水熱管理單元還包括水補(bǔ)排模塊，所述水補(bǔ)排模塊用于對(duì)所述收集水箱進(jìn)行補(bǔ)水或排水，所述水補(bǔ)排模塊包括與所述收集水箱連通的通水管路，以及依次設(shè)于所述通水管路上的第八電磁閥、第二循環(huán)水泵以及第二過濾器，且所述第二過濾器與收集水箱相靠近。

8、在一些實(shí)施例中，所述燃料電池發(fā)電單元包括燃料電池電堆，以及兩穩(wěn)壓/循環(huán)模塊，所述燃料電池電堆的進(jìn)氣端經(jīng)由兩所述穩(wěn)壓/循環(huán)模塊分別與兩所述氣體傳輸單元連通。

9、在一些實(shí)施例中，所述穩(wěn)壓/循環(huán)模塊包括沿氣體輸送方向依次止回閥、氧化劑循環(huán)泵以及第九電池閥，且所述止回閥位于所述第一壓力傳感器的后方，所述止回閥與第一壓力傳感器之間設(shè)有第二比例閥，所述第二比例閥與所述燃料電池電堆的進(jìn)氣口連通，所述氧化劑循環(huán)泵與第九電池閥之間設(shè)有氣水分離器，所述氣水分離器與所述燃料電池電堆的出氣口連通。

10、在一些實(shí)施例中，所述第二比例閥與所述燃料電池電堆之間還設(shè)有第三壓力傳感器。

11、在一些實(shí)施例中，所述艙室內(nèi)還設(shè)有第四壓力傳感器。

12、在一些實(shí)施例中，所述燃料電池發(fā)電單元還連接有尾氣處理器單元。

13、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的一種模塊化燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，通過燃料電池發(fā)電單元、艙室以及收集水箱均經(jīng)由第一真空泵與氣囊連通，且燃料電池發(fā)電單元、艙室以及收集水箱與第一真空泵的連通管路上分別設(shè)有第一電磁閥、第二電磁閥以及第三電磁閥，第一真空泵與氣囊之間的連通管路上設(shè)有第四電磁閥，第一真空泵與第四電磁閥之間連通有延伸至艙室外的排氣管路，且排氣管路上設(shè)有第五電磁閥；能夠有效地提高燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的集成化、模塊化程度，而且能夠使艙室內(nèi)的壓力處于動(dòng)態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)，提升了燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的安全性能。

技術(shù)特征：

1.一種模塊化燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，包括設(shè)于艙室內(nèi)的燃料電池發(fā)電單元、水熱管理單元、壓力平衡單元以及收集水箱；所述水熱管理單元分別與收集水箱和燃料電池發(fā)電單元連接，所述水熱管理單元用于調(diào)節(jié)燃料電池發(fā)電單元的運(yùn)行溫度，其特征在于，所述壓力平衡單元與燃料電池發(fā)電單元連接，所述壓力平衡單元用于調(diào)節(jié)艙室內(nèi)的壓力，所述壓力平衡單元包括氣囊和第一真空泵，所述燃料電池發(fā)電單元、艙室以及收集水箱均經(jīng)由第一真空泵與氣囊連通，且所述燃料電池發(fā)電單元、艙室以及收集水箱與第一真空泵的連通管路上分別設(shè)有第一電磁閥、第二電磁閥以及第三電磁閥，所述第一真空泵與氣囊之間的連通管路上設(shè)有第四電磁閥，所述第一真空泵與第四電磁閥之間連通有延伸至艙室外的排氣管路，且所述排氣管路上設(shè)有第五電磁閥。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模塊化燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，還包括供氧單元和供氫單元，所述供氧單元和供氫單元分別通過兩氣體傳輸單元與所述燃料電池發(fā)電單元相連接，所述供氧單元和供氫單元分別用于對(duì)所述燃料電池發(fā)電單元輸送氧氣和氫氣。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種模塊化燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體傳輸單元包括沿氣體輸送方向依次設(shè)置的第六電磁閥、第一過濾器、第一比例閥以及第一壓力傳感器。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模塊化燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述水熱管理單元包括水循環(huán)模塊，所述水循環(huán)模塊包括沿水路管道上依次設(shè)置的第二壓力傳感器、第七電磁閥、第一循環(huán)水泵以及板式換熱器，且所述板式換熱器與所述收集水箱相靠近。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種模塊化燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述水熱管理單元還包括水補(bǔ)排模塊，所述水補(bǔ)排模塊用于對(duì)所述收集水箱進(jìn)行補(bǔ)水或排水，所述水補(bǔ)排模塊包括與所述收集水箱連通的通水管路，以及依次設(shè)于所述通水管路上的第八電磁閥、第二循環(huán)水泵以及第二過濾器，且所述第二過濾器與收集水箱相靠近。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種模塊化燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料電池發(fā)電單元包括燃料電池電堆，以及兩穩(wěn)壓/循環(huán)模塊，所述燃料電池電堆的進(jìn)氣端經(jīng)由兩所述穩(wěn)壓/循環(huán)模塊分別與兩所述氣體傳輸單元連通。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種模塊化燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述穩(wěn)壓/循環(huán)模塊包括沿氣體輸送方向依次止回閥、氧化劑循環(huán)泵以及第九電池閥，且所述止回閥位于所述第一壓力傳感器的后方，所述止回閥與第一壓力傳感器之間設(shè)有第二比例閥，所述第二比例閥與所述燃料電池電堆的進(jìn)氣口連通，所述氧化劑循環(huán)泵與第九電池閥之間設(shè)有氣水分離器，所述氣水分離器與所述燃料電池電堆的出氣口連通。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種模塊化燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述第二比例閥與所述燃料電池電堆之間還設(shè)有第三壓力傳感器。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模塊化燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述艙室內(nèi)還設(shè)有第四壓力傳感器。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模塊化燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料電池發(fā)電單元還連接有尾氣處理器單元。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種模塊化燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，包括設(shè)于艙室內(nèi)的壓力平衡單元，壓力平衡單元包括氣囊和第一真空泵，燃料電池發(fā)電單元、艙室以及收集水箱均經(jīng)由第一真空泵與氣囊連通，且燃料電池發(fā)電單元、艙室以及收集水箱與第一真空泵的連通管路上分別設(shè)有第一電磁閥、第二電磁閥以及第三電磁閥，第一真空泵與氣囊之間的連通管路上設(shè)有第四電磁閥，第一真空泵與第四電磁閥之間連通有延伸至艙室外的排氣管路，且排氣管路上設(shè)有第五電磁閥。解決了現(xiàn)有技術(shù)中燃料電池發(fā)電系統(tǒng)啟停機(jī)的吹掃氮?dú)馓幚砦闯浞挚紤]，若氮?dú)馊我馀欧艜?huì)引起艙室壓力升高，會(huì)導(dǎo)致儀表和傳感器數(shù)值不準(zhǔn)確，易引發(fā)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)發(fā)生安全事故的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：徐增師,葉東浩,王迪,吳鵬飛,張奧
受保護(hù)的技術(shù)使用者：武漢氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10