一种基于质子交换膜的电堆、氢燃料电池系统及旋挖钻机技术方案

本发明专利技术公开一种基于质子交换膜的电堆、氢燃料电池系统及旋挖钻机。包括燃料电池系统、去离子散热器、可拆卸式氢瓶、锂电池模组、电机泵组以及氢气浓度探测器等；所述燃料电池系统安装于旋挖钻机回转平台上，通过氢氧反应将化学能转换为电能，并存储于锂电池模组中；所述去离子散热器用以控制燃料电池系统的工作温度；所述可拆卸式氢瓶为燃料电池系统提供反应原料；所述电机泵组用以提供旋挖钻机整机执行各功能动作时所需的液压驱动力；所述氢气浓度探测器用于时刻监测氢气浓度，提前预警氢气泄漏。本发明专利技术兼有传统燃油旋挖钻机与纯电旋挖钻机的优点。能够有效解决纯电旋挖钻机续航短与充电时间长的缺陷，并且实现旋挖钻机施工零碳排放。排放。排放。

【技术实现步骤摘要】
一种基于质子交换膜的电堆、氢燃料电池系统及旋挖钻机


[0001]本专利技术专利涉及一种基于质子交换膜的电堆、氢燃料电池系统及旋挖钻机，属于工程机械领域。

技术介绍

[0002]旋挖钻机作为一种常用的工程机械，广泛应用于架设桥梁、修建道路以及建设住房的等领域。目前市场上的旋挖钻机多以燃油发动机动力系统总成的为主。但随着能源危机与生态环境问题的日益严重，低碳、绿色、可持续的发展逐步成为各领域的发展主题。工程机械方面的排放要求也因此不断提高。此外，由于工程机械长时间、高强度的工作环境，操作人员对工作环境的要求同样也在不断提高。因此旋挖钻机迫切需要在降噪、减震、低碳排放等方面寻求进一步的技术突破。
[0003]当前关于旋挖钻机在节能减排方向上的尝试主要包括增程式混动旋挖钻机和纯电旋挖钻机两种。前者与当下主流的新能源混动汽车具有相似的原理。通过锂电池与燃油发动机相互配合，能够在一定程度上降低燃油的消耗，减少排放。这种旋挖钻机的减排效果相对有限，且在整机运行的噪声和震动方面几乎没有改善。相比于混动增程式旋挖钻机，纯电旋挖钻机在减少排放上与降噪上具有较大的优势，能够“零碳”排放与低噪、低振运行。但存在续航短、充电时间长、低温能量缩减严重等弊病。以平均功率80KW/h的小型旋挖钻机为例。以8小时为一班制，则单台旋挖钻机共需电量640KWh。这不仅会使蓄电池模组占用大量的上车空间，同时蓄电池的充能过程也将耗费大量时间。此外目前的动力电池普遍存在低温能量缩减问题。在零下15
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20℃下，电池的容量甚至会缩减掉标准容量的30%以上。因此纯电旋挖钻机的适用范围相对较窄。所以当前仍然急需一种能够兼具燃油旋挖钻机与纯电旋挖钻机各自优点的新型旋挖钻机，既能够实现施工过程中低躁运行与“零碳”排放，又能够兼具足够的续航，避免能量缩减。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于质子交换膜的电堆、氢燃料电池系统及旋挖钻机，既能够实现施工过程中低躁运行与“零碳”排放，又能够保证有足够的续航，实现动力源的快速充能或者更换，且具有良好的低温性能。
[0005]本专利技术提供了如下的技术方案：第一方面，提供一种基于质子交换膜的电堆，包括阴极集电极板和阳极集电极板，所述阴极集电极板和阳极集电极板之间设有若干组电堆组件，每组电堆组件包括依次层叠的阴极扩散层、阴极催化层、质子交换膜、阳极催化层、阳极扩散层和双极板；所述阴极集电极板设有空气入口接头，所述阳极集电极板设有氢气入口接头。
[0006]进一步地，所述阴极集电极板和阳极集电极板通过张紧杆连接，所述张紧杆的两端分别设置紧固件。
[0007]进一步地，所述阴极集电极板设有氢气出口接头，所述阳极集电极板设有空气出
口接头。
[0008]第二方面，提供一种氢燃料电池系统，包括：氢气瓶、氢气喷射引射器、增湿器、活性炭空气过滤器、空气压缩机以及如上述的电堆；空气依次经过活性炭空气过滤器和空气压缩机进入增湿器，所述增湿器向电堆的空气入口接头输入加湿后的空气；氢气瓶中的氢气经氢气喷射引射器进入增湿器，所述增湿器向电堆的氢气入口接头输入加湿后的氢气。
[0009]第三方面，提供一种旋挖钻机，包括：驾驶室、回转平台和配重，所述驾驶室设于回转平台的一端，所述配重设于回转平台的另一端；还包括上述的氢燃料电池系统，所述氢燃料电池系统设于所述驾驶室与配重之间。
[0010]进一步地，还包括电机泵组，所述电机泵组设于回转平台，所述氢燃料电池系统用于为电机泵组供电。
[0011]进一步地，还包括锂电池模组，所述氢燃料电池系统输出电能通过锂电池模组存储，由锂电池模组向电机泵组供电。
[0012]进一步地，还包括去离子散热器，所述离子散热器用于为氢燃料电池系统散热。
[0013]进一步地，还包括若干个氢气浓度检测器，所述氢气浓度检测器用于监测氢气浓度，预警氢气泄漏。
[0014]进一步地，所述氢气瓶味可拆卸式氢气瓶，布置于燃料电池系统与配重之间，数量为8个，单个氢气瓶氢气容量5Kg，外形尺寸φ410
×
2210，标准压力35MPa。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的基于质子交换膜的电堆，通过设置质子交换膜使空气和氢气发生氧化还原反应，产生热量与水，并输出电能。
[0016]本专利技术提供的氢燃料电池系统，氢气瓶中的高压氢气与空气中的氧气分别经各自进气口进入燃料电池系统内部的电堆，反应后只产生水。能够有效降低旋挖钻机施工过程中的碳排放。真正实现“零碳”排放。
[0017]本专利技术提供的基于质子交换膜氢燃料电池系统的旋挖钻机的动力系统总成，采用可拆卸式的氢气瓶结构能够实现动力源的快速充能或更换，时间短，效率高；通过设置锂电池模组将电能存储，充分利用锂电池模组响应速度快的特点，使整机在交变载荷的工况下，实现输出功率的瞬态响应。
[0018]通过设置去离子散热器，保证燃料电池系统始终以最适宜的温度运行；通过设置氢气浓度探测器，时刻监测氢气浓度，提前预警氢气泄漏，保证施工安全。
附图说明
[0019]图1为本专利技术基于质子交换膜氢燃料电池（PEMFC）系统的旋挖钻机的动力系统总成的结构示意图；图2为本专利技术燃料电池系统的运行流程示意图；图3为本专利技术燃料电池新的电堆结构示意图；图中：101、电机泵组；102、去离子散热器；103、锂电池模组；104、驾驶室；105、氢气燃料电池系统；106、氢气瓶；107、氢气浓度检测器；108、旋挖钻机回转平台；109、配重；201、氢气喷射引射器；202、增湿器；203、活性炭空气过滤器；204、空气压缩机；205、电堆；301、阴
极集电极；302、阴极扩散层；303、双极板；304、阴极催化层；305、质子交换膜；306、阳极催化层；307、阳极扩散层；308、阳极集电极；309、空气入口接头；310、紧固件；311、张紧杆；312、氢气入口接头；313、氢气出口接头；314、空气出口接头。
实施方式
[0020]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面对本专利技术进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限制本专利技术的范围。
[0021]除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本专利技术。
[0022]需要说明的是，在本专利技术的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术而不是要求本专利技术必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
实施例
[0023]如图1所示，本实施例提供一种基于质子交换膜氢燃料电池（PEMFC）系统的旋挖钻机的动力系统总成，包括氢气燃本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于质子交换膜的电堆，其特征在于，包括阴极集电极板（301）和阳极集电极板（308），所述阴极集电极板（301）和阳极集电极板（308）之间设有若干组电堆组件，每组电堆组件包括依次层叠的阴极扩散层（302）、阴极催化层（304）、质子交换膜（305）、阳极催化层（306）、阳极扩散层（307）和双极板（303）；所述阴极集电极板（301）设有空气入口接头（309），所述阳极集电极板（308）设有氢气入口接头（312）。2.根据权利要求1所述的基于质子交换膜的电堆，其特征在于，所述阴极集电极板（301）和阳极集电极板（308）通过张紧杆（311）连接，所述张紧杆（311）的两端分别设置紧固件（310）。3.根据权利要求1所述的基于质子交换膜的电堆，其特征在于，所述阴极集电极板（301）设有氢气出口接头（313），所述阳极集电极板（308）设有空气出口接头（314）。4.一种氢燃料电池系统，其特征在于，包括：氢气瓶（106）、氢气喷射引射器（201）、增湿器（202）、活性炭空气过滤器（203）、空气压缩机（204）以及如权利要求1
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3任一所述的电堆（205）；空气依次经过活性炭空气过滤器（203）和空气压缩机（204）进入增湿器（202），所述增湿器（202）向电堆（205）的空气入口接头（309）输入加湿后的空气；氢气瓶（106）中的氢气经氢气喷射引射器（201）进入增湿器（202），所述增湿器（202）向电堆（20...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伦，宋健，孙余，张栩苛，石信忠，徐帅，何文思，魏亚坤，
申请(专利权)人：徐州徐工基础工程机械有限公司，
类型：发明
国别省市：