一种新型燃料电池堆发电系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种新型燃料电池堆发电系统，包括燃料电池堆、氢气供给子系统、空气供给子系统和液体循环子系统，所述氢气供给子系统、空气供给子系统和液体循环子系统分别与所述燃料所述电池堆连通，还包括控制器，所述控制器与所述氢气供给子系统、空气供给子系统和液体循环子系统中的传感元件和执行元件连接。本实用新型专利技术通过控制器对燃料电池的各个部分进行实时监控及数据采集，涉及的多种传感元件将数据传输到控制器，并由控制器对多种执行元件进行控制，提高燃料电池系统的整体平衡能力，使各个部分协调工作，从而使燃料电池始终工作在最佳效率以及运行安全。

【技术实现步骤摘要】
一种新型燃料电池堆发电系统
本技术属于电池发电
，特别是涉及一种新型燃料电池堆发电系统。
技术介绍
燃料电池技术的发展历程已经超过了100多年，在交通运输、固定式应用领域及太空计划中取得了非常大的成功。目前有很多不同类型的燃料电池技术，随着时间的推移燃料电池的研发应用到各种特殊的领域。其主要特点：能量转化效率高；它直接将燃料的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程，因而不受卡诺循环的限制。燃料电池系统的燃料—电能转换效率在45％～60％，而火力发电和核电的效率大约在30％-40％。安装地点灵活；燃料电池电站占地面积小，建设周期短，电站功率可根据需要由电池堆组装，十分方便。燃料电池无论作为集中电站还是分布式电站，或是作为小区、工厂、大型建筑的独立电站都非常合适。负荷响应快，运行质量高；燃料电池在数秒钟内就可以从最低功率变换到额定功率。由于燃料电池能将燃料的化学能直接转化为电能，因此，它没有像通常的火力发电机那样通过锅炉、汽轮机、发电机的能量形态变化，可以避免中间的转换的损失，达到很高的发电效率。在最近几年的时间里才实现部分商品化。燃料电池通常被这样定义：只要不断地向电极提供反应物质，就能连续地将供给的燃料的化学能转化成电能、热能和水的电化学装置。按照电解质的不同可将燃料电池分为熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、固体聚合物燃料电池、直接甲醇燃料电池；而固体聚合物燃料电池因其操作温度，功率密度高，启动快，对负载响应快，在最近几年发展较快。固体聚合物燃料电池是基于全氟磺酸离子交换聚合物为电解质，以铂为电极催化剂，阳极进行氢气氧化反应和阴极氧气还原反应的燃料电池，其具有运行温度低(800℃左右)、功率密度高、启动快和对功率需求变化匹配快等显著优点，是轻型汽车与建筑物供能的首选；固体聚合物燃料电池是目前发展的热门技术，具有能量转化效率高、运行噪声低、可靠性高、维护方便、发电效率受负荷变化影响很小，非常适合于用作分散型发电装置(作为主机组)，也适于用作电网的“调峰”发电机组(作为辅机组)；因此，燃料电池的这些优势是其他任何现有技术所不能与之相比的，是未来发展的必然趋势。
技术实现思路
本技术主要解决的技术问题是提供一种新型燃料电池堆发电系统，通过控制器对燃料电池的各个部分进行实时监控及数据采集，涉及的多种传感元件将数据传输到控制器，并由控制器对多种执行元件进行控制，提高燃料电池系统的整体平衡能力，使各个部分协调工作，从而使燃料电池始终工作在最佳效率以及运行安全。为解决上述技术问题，本技术采用的一个技术方案是：一种新型燃料电池堆发电系统，所述燃料电池堆发电系统包括燃料电池堆、氢气供给子系统、空气供给子系统和液体循环子系统，所述氢气供给子系统、空气供给子系统和液体循环子系统分别与所述燃料电池堆连通；所述氢气供给子系统包括氢气输送管和氢气排出管，所述氢气输送管与所述燃料电池堆的氢气进口连通，所述氢气排出管与所述燃料电池堆的氢气出口连通，所述氢气输送管沿氢气流方向依次设有减压阀、氢气进气电磁阀、电动调节阀、氢气进气流量计、氢气进气压力传感器，所述氢气排出管沿氢气流方向设有气水分离器，所述氢气进气压力传感器位于所述氢气输送管上且靠近所述燃料电池堆的氢气进口端，所述氢气排出管与所述气水分离器的输入端连通，所述气水分离器的输出端包括氢气输出端和水输出端，所述氢气输出端连通有氢气循环管，所述氢气循环管通过三通与所述氢气输送管连通，所述三通位于所述氢气进气流量计的上游，氢气循环泵位于所述氢气循环管上，所述水输出端连通有排水管，所述排水管上设有排水电磁阀；所述空气供给子系统包括空气过滤器、空气增压器、加湿器及管道，所述管道包括空气输送管和空气排出管，所述空气输送管包括第一空气送风管段和第二空气送风管段，所述空气排出管包括第一空气排风管段和第二空气排风管段；所述空气过滤器的出风口与所述空气增压器的进风口连通，所述加湿器内设有送风流道和回风流道，所述送风流道的一端通过所述第一空气送风管段与所述空气增压器的出风口连通，所述送风流道的另一端通过所述第二空气送风管段与所述燃料电池堆的空气进口连通，所述回风流道的一端通过所述第一空气排风管段与所述燃料电池堆的空气出口连通，所述回风流道的另一端连接所述第二空气排风管段；所述第一空气送风管段上设有空气进气流量计，所述第二空气送风管段上设有空气进气压力传感器；所述液体循环子系统包括低温启动预热子系统和外循环冷却子系统，所述燃料电池堆的液体进口连通第一液体总管，所述燃料电池堆的液体出口连通第二液体总管，所述第二液体总管的末端分支成第一液体支管和第二液体支管，所述第一液体支管和所述第二液体支管的末端汇集成所述第一液体总管的首端；所述第一液体支管上按照液体流方向依次设有加热器、第一液体循环泵和第一单向阀，所述第二液体支管上按照液体流方向依次设有热交换器、第二液体循环泵和第二单向阀；所述第一液体总管上按照液体流方向依次设有离子交换器、电导率传感器、进水温度传感器和进水压力传感器；所述第二液体总管上且位于所述燃料电池堆的液体出口端设有出水温度传感器；所述第一液体支管、加热器、第一液体循环泵、第一单向阀、第一液体总管、离子交换器、电导率传感器、进水温度传感器、进水压力传感器、第二液体总管和出水温度传感器组成所述低温启动预热子系统；所述第二液体支管、热交换器、第二液体循环泵、第二单向阀、第一液体总管、离子交换器、电导率传感器、进水温度传感器和进水压力传感器、第二液体总管和出水温度传感器组成所述外循环冷却子系统；还包括控制器，所述氢气进气电磁阀、电动调节阀、氢气循环泵、排水电磁阀、空气增压器、加热器、第一液体循环泵、第一单向阀、第二液体循环泵和第二单向阀分别与所述控制器电连接；所述氢气进气流量计、氢气进气压力传感器、空气进气流量计、空气进气压力传感器、电导率传感器、进水温度传感器、进水压力传感器和出水温度传感器分别与所述控制器信号连接。进一步地说，所述热交换器自带储水容器，且所述储水容器内设有液位传感器，所述液位传感器与所述控制器信号连接。进一步地说，所述氢气输送管上还设有氢气进气温度传感器和氢气进气湿度传感器，所述氢气进气温度传感器和所述氢气进气湿度传感器皆设于所述燃料电池堆的氢气进口端且位于所述氢气进气流量计的下游，所述氢气进气温度传感器和所述氢气进气湿度传感器分别与所述控制器信号连接。进一步地说，所述氢气输送管、所述氢气排出管、所述氢气循环管和所述排水管皆为不锈钢管，所述不锈钢管是内表面进行过防氢脆处理的不锈钢管。进一步地说，所述液体循环子系统还包括报警装置，所述报警装置与所述控制器电连接，且所述报警装置为灯光提醒和声音提醒中的至少一种。进一步地说，所述第二空气送风管段的内径和所述第一空气排风管段的内径分别为28-32mm且所述第二空气送风管段的壁厚和所述第一空气排风管段的壁厚分别为3-4mm。进一步地说，所述氢气输送管的内管径为25-35mm。进一步地说，所述控制器为单片机或电子控制单元。进一步地说，所述燃料电池堆为质子交换膜燃料电池堆。本技术的有益效果至少具有以下几点：在启动燃料电池堆系统发电时，先启动低温启动预热子系统使燃料电池堆发电系统达到需要的工作温度，一般为80本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型燃料电池堆发电系统，所述燃料电池堆发电系统包括燃料电池堆(1)、氢气供给子系统(2)、空气供给子系统(3)和液体循环子系统，所述氢气供给子系统、空气供给子系统和液体循环子系统分别与所述燃料电池堆连通，其特征在于：所述氢气供给子系统包括氢气输送管(4)和氢气排出管(5)，所述氢气输送管与所述燃料电池堆的氢气进口连通，所述氢气排出管与所述燃料电池堆的氢气出口连通，所述氢气输送管沿氢气流方向依次设有减压阀(6)、氢气进气电磁阀(7)、电动调节阀(8)、氢气进气流量计(9)、氢气进气压力传感器(10)，所述氢气排出管沿氢气流方向设有气水分离器(11)，所述氢气进气压力传感器位于所述氢气输送管上且靠近所述燃料电池堆的氢气进口端，所述氢气排出管与所述气水分离器的输入端连通，所述气水分离器的输出端包括氢气输出端和水输出端，所述氢气输出端连通有氢气循环管(13)，所述氢气循环管通过三通与所述氢气输送管连通，所述三通位于所述氢气进气流量计的上游，氢气循环泵(12)位于所述氢气循环管上，所述水输出端连通有排水管(14)，所述排水管上设有排水电磁阀(15)；所述空气供给子系统包括空气过滤器(16)、空气增压器(17)、加湿器(18)及管道，所述管道包括空气输送管和空气排出管，所述空气输送管包括第一空气送风管段(19)和第二空气送风管段(20)，所述空气排出管包括第一空气排风管段(21)和第二空气排风管段(22)；所述空气过滤器的出风口与所述空气增压器的进风口连通，所述加湿器内设有送风流道和回风流道，所述送风流道的一端通过所述第一空气送风管段与所述空气增压器的出风口连通，所述送风流道的另一端通过所述第二空气送风管段与所述燃料电池堆的空气进口连通，所述回风流道的一端通过所述第一空气排风管段与所述燃料电池堆的空气出口连通，所述回风流道的另一端连接所述第二空气排风管段；所述第一空气送风管段上设有空气进气流量计(23)，所述第二空气送风管段上设有空气进气压力传感器(24)；所述液体循环子系统包括低温启动预热子系统和外循环冷却子系统，所述燃料电池堆的液体进口连通第一液体总管(25)，所述燃料电池堆的液体出口连通第二液体总管(26)，所述第二液体总管的末端分支成第一液体支管(27)和第二液体支管(28)，所述第一液体支管和所述第二液体支管的末端汇集成所述第一液体总管的首端；所述第一液体支管上按照液体流方向依次设有加热器(29)、第一液体循环泵(30)和第一单向阀(31)，所述第二液体支管上按照液体流方向依次设有热交换器(32)、第二液体循环泵(33)和第二单向阀(34)；所述第一液体总管上按照液体流方向依次设有离子交换器(35)、电导率传感器(36)、进水温度传感器(37)和进水压力传感器(38)；所述第二液体总管上且位于所述燃料电池堆的液体出口端设有出水温度传感器(39)；所述第一液体支管、加热器、第一液体循环泵、第一单向阀、第一液体总管、离子交换器、电导率传感器、进水温度传感器、进水压力传感器、第二液体总管和出水温度传感器组成所述低温启动预热子系统；所述第二液体支管、热交换器、第二液体循环泵、第二单向阀、第一液体总管、离子交换器、电导率传感器、进水温度传感器和进水压力传感器、第二液体总管和出水温度传感器组成所述外循环冷却子系统；还包括控制器(40)，所述氢气进气电磁阀、电动调节阀、氢气循环泵、排水电磁阀、空气增压器、加热器、第一液体循环泵、第一单向阀、第二液体循环泵和第二单向阀分别与所述控制器电连接；所述氢气进气流量计、氢气进气压力传感器、空气进气流量计、空气进气压力传感器、电导率传感器、进水温度传感器、进水压力传感器和出水温度传感器分别与所述控制器信号连接。...

【技术特征摘要】
1.一种新型燃料电池堆发电系统，所述燃料电池堆发电系统包括燃料电池堆(1)、氢气供给子系统(2)、空气供给子系统(3)和液体循环子系统，所述氢气供给子系统、空气供给子系统和液体循环子系统分别与所述燃料电池堆连通，其特征在于：所述氢气供给子系统包括氢气输送管(4)和氢气排出管(5)，所述氢气输送管与所述燃料电池堆的氢气进口连通，所述氢气排出管与所述燃料电池堆的氢气出口连通，所述氢气输送管沿氢气流方向依次设有减压阀(6)、氢气进气电磁阀(7)、电动调节阀(8)、氢气进气流量计(9)、氢气进气压力传感器(10)，所述氢气排出管沿氢气流方向设有气水分离器(11)，所述氢气进气压力传感器位于所述氢气输送管上且靠近所述燃料电池堆的氢气进口端，所述氢气排出管与所述气水分离器的输入端连通，所述气水分离器的输出端包括氢气输出端和水输出端，所述氢气输出端连通有氢气循环管(13)，所述氢气循环管通过三通与所述氢气输送管连通，所述三通位于所述氢气进气流量计的上游，氢气循环泵(12)位于所述氢气循环管上，所述水输出端连通有排水管(14)，所述排水管上设有排水电磁阀(15)；所述空气供给子系统包括空气过滤器(16)、空气增压器(17)、加湿器(18)及管道，所述管道包括空气输送管和空气排出管，所述空气输送管包括第一空气送风管段(19)和第二空气送风管段(20)，所述空气排出管包括第一空气排风管段(21)和第二空气排风管段(22)；所述空气过滤器的出风口与所述空气增压器的进风口连通，所述加湿器内设有送风流道和回风流道，所述送风流道的一端通过所述第一空气送风管段与所述空气增压器的出风口连通，所述送风流道的另一端通过所述第二空气送风管段与所述燃料电池堆的空气进口连通，所述回风流道的一端通过所述第一空气排风管段与所述燃料电池堆的空气出口连通，所述回风流道的另一端连接所述第二空气排风管段；所述第一空气送风管段上设有空气进气流量计(23)，所述第二空气送风管段上设有空气进气压力传感器(24)；所述液体循环子系统包括低温启动预热子系统和外循环冷却子系统，所述燃料电池堆的液体进口连通第一液体总管(25)，所述燃料电池堆的液体出口连通第二液体总管(26)，所述第二液体总管的末端分支成第一液体支管(27)和第二液体支管(28)，所述第一液体支管和所述第二液体支管的末端汇集成所述第一液体总管的首端；所述第一液体支管上按照液体流方向依次设有加热器(29)、第一液体循环泵(30)和第一单向阀(31)，所述第二液体支管上按照液体流方向依次设有热交换器(32)、第二液体循环泵(33)和第二单向阀(34)；所述第一液体总管上按照液体流方向依次设有离子交换器...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹树生，邱耀弘，邓庆华，张骞为，夏泮文，
申请(专利权)人：苏州中氢能源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32