專利名稱：備用電源用燃料電池供氫系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種具備在線切換更換氫瓶，安全氫氣泄壓和管路吹掃功能，剩余能量的準(zhǔn)確估算的供氫系統(tǒng)，尤其是一種作為備用電源用燃料電池供氫系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
當(dāng)今全球能源緊張，油價(jià)高漲，尋找新能源作為化石燃料的替代品是當(dāng)務(wù)之急。燃料電池被認(rèn)為是繼水力、火力和原子能發(fā)電后的第四代發(fā)電技術(shù)，它通過(guò)電催化反應(yīng)將氧化劑和還原劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能，是一種高效、安全、清潔、靈活的新型發(fā)電技術(shù)。其中的質(zhì)子交換膜燃料電池因其具有效率高、能量密度大、反應(yīng)溫度低、無(wú)噪音、無(wú)污染等顯著優(yōu)點(diǎn)而在地面發(fā)電站、電動(dòng)車和便攜式電源等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。燃料電池內(nèi)部主要由質(zhì)子交換膜、電化學(xué)反應(yīng)催化劑、擴(kuò)散層和雙極板組成。當(dāng)燃料電池工作時(shí)，其內(nèi)部發(fā)生下述反應(yīng)過(guò)程反應(yīng)氣體在擴(kuò)散層內(nèi)擴(kuò)散，當(dāng)反應(yīng)氣體到達(dá)催化層時(shí)，在催化層內(nèi)被催化劑吸附并發(fā)生電催化反應(yīng)；陽(yáng)極反應(yīng)生成的質(zhì)子通過(guò)質(zhì)子交換膜內(nèi)傳遞到陰極側(cè)，電子·經(jīng)外電路到達(dá)陰極，同氧分子反應(yīng)結(jié)合成水，同時(shí)放出熱量。電極反應(yīng)為陽(yáng)極(負(fù)極)=H2— 2H+ + 2e陰極(正極)1/202+ 2H+ + 2e — H2O電池反應(yīng)H2+ 1/202 — H2O備用電源主要是為了防止數(shù)碼產(chǎn)品在長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中發(fā)生斷電或是沒電的條件下所備用的電源。常規(guī)備用電源是以鉛酸電池為燃料，但鉛酸電池本身對(duì)環(huán)境污染，而且三年必須更換，成本也將大幅度提高。目前社會(huì)都在提倡環(huán)保，尋找新能源來(lái)代替。所以新能源燃料電池產(chǎn)生。燃料電池原理是以氫氣和氧氣為原料，通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)直接產(chǎn)生電能。由于氫氣燃料本身無(wú)色無(wú)味，并且具有較低的著燃點(diǎn)，所以在氫安全使用顯得至關(guān)重要。為保障燃料電池備用電源氫氣安全供給和自動(dòng)化，必須有一套和燃料電池相匹配的供氫系統(tǒng)。目前市面上的供氫系統(tǒng)比較簡(jiǎn)易，更換氫瓶需系統(tǒng)處于停機(jī)狀態(tài)才能更換。傳統(tǒng)的管路剩余氣體排放在高壓端操作，排空時(shí)氫氣壓力高，流速快，操作危險(xiǎn)性高，不適合于燃料電池備用電源氫氣供應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)用。中國(guó)專利公開號(hào)為CN101151763氫燃料供給系統(tǒng)和燃料電池系統(tǒng)專利提到一種燃料電池的氫燃料供給系統(tǒng)具備切換裝置，用于在以下狀態(tài)的交替狀態(tài)之間切換反應(yīng)器，即將反應(yīng)劑供給至反應(yīng)器同時(shí)排出燃料氣體的第一狀態(tài)和將再生用氣體供給至反應(yīng)器同時(shí)排出再生排氣的第二狀態(tài)，反應(yīng)器可進(jìn)行轉(zhuǎn)化過(guò)程和再生過(guò)程；以及控制設(shè)備，用于切換所述切換裝置，以使當(dāng)從所述第一狀態(tài)切換至所述第二狀態(tài)時(shí)，切換前殘留在所述反應(yīng)器中的殘余轉(zhuǎn)化氣體在排氣處理器中燃燒，并且在未經(jīng)處理的條件下不作為所述殘余轉(zhuǎn)化氣體排放。文中提到實(shí)現(xiàn)供氫系統(tǒng)切換裝置，但對(duì)于在線更換氫瓶以及準(zhǔn)確的估算氫瓶剩余壓力未能夠?qū)崿F(xiàn)。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型是要提供一種備用電源用燃料電池供氫系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)在線切換更換氫瓶，低壓安全氫氣卸放和空氣吹掃，更能準(zhǔn)確估算氫瓶剩余壓力。本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種備用電源用燃料電池供氫系統(tǒng)，包括主供氫瓶組件，備用氫瓶組件，主供氫瓶組件和備用氫瓶組件分別通過(guò)高壓減壓閥經(jīng)球閥與壓差閥連接，且分別通過(guò)排空閥與排空管相連。主供氫瓶組件和備用氫瓶組件中的高壓減壓閥上分別設(shè)有P1，P2壓力傳感器，Pl，P2壓力傳感器分別與控制器連接，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控兩組氫瓶的壓力，并通過(guò)控制器實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化為氫氣存余量；排空管尾端裝有用于防止回火的阻火器(；排空管路上裝有用于導(dǎo)除排放過(guò)程中產(chǎn)生的靜電的安全接地接口 ；壓差閥的氫氣輸出口通過(guò)低壓減壓閥和球閥與燃料電池備用電源連接。主供氫瓶組件包括第一，二氫瓶和單向閥，第一，二氫瓶上面均設(shè)有手動(dòng)閥，第一，二氫瓶分別通過(guò)單向閥經(jīng)不銹鋼管與高壓減壓閥連接。備用氫瓶組件包括第三氫瓶和單向閥,第三氫瓶設(shè)有手動(dòng)閥，第三氫瓶通過(guò)單向閥經(jīng)不銹鋼管與高壓減壓閥連接。高壓減壓閥上設(shè)有高壓表、中壓表。低壓減壓閥上設(shè)有低壓表。各氫瓶均通過(guò)鋼瓶固定支架固定。本實(shí)用新型的有益效果是I.能在線切換更換氫瓶在燃料電池正常運(yùn)行情況下，氫瓶?jī)?nèi)的氫氣逐漸用盡，當(dāng)一側(cè)壓力低于設(shè)定值時(shí)，該系統(tǒng)通過(guò)壓差閥的作用自動(dòng)切換到另一組氫瓶，保障了燃料電池不間斷運(yùn)作，并可同時(shí)更換用盡的氫瓶組。2.具有安全氫氣泄壓和管路吹掃功能在氫瓶更換過(guò)程中需要進(jìn)行氫氣泄壓和管路中殘余空氣的吹掃流程，在更換前，需排放管路內(nèi)剩余氫氣，更換后吹掃管路中的夾雜空氣，本實(shí)用新型通過(guò)高壓減壓閥(4)降低氫氣壓力后，通過(guò)排空閥(8)進(jìn)行氫氣卸放和空氣吹掃；在排空管尾端裝有阻火器
(7)，有效防止回火；排空管路上裝配有安全接地接口，有效導(dǎo)除排放過(guò)程中產(chǎn)生的靜電。3.能準(zhǔn)確估算氫瓶壓力通過(guò)兩個(gè)高壓防爆壓力傳感器Pl，P2實(shí)時(shí)監(jiān)控兩組氫瓶的壓力，并通過(guò)控制器實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化為氫氣存余量。4.具有多級(jí)監(jiān)控壓力系統(tǒng)為了能夠精確檢測(cè)壓力波動(dòng)，安裝有多級(jí)壓力傳感器以及壓力表雙重檢測(cè)。

圖I是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實(shí)施方式
如圖I所示，本實(shí)用新型的備用電源用燃料電池供氫系統(tǒng)20，包括主供氫瓶組件，備用氫瓶組件。它由壓差閥10、手動(dòng)閥I、排空閥8、球閥9、低壓表13、高壓表5、中壓表6、單向閥2、阻火器7、高壓減壓閥3、低壓減壓閥12、不銹鋼管道等組成。主供氫瓶組件和備用氫瓶組件分別通過(guò)高壓減壓閥3經(jīng)球閥9與壓差閥10連接，且分別通過(guò)排空閥8與排空管相連。主供氫瓶組件和備用氫瓶組件中的高壓減壓閥3上分別設(shè)有Pl，P2壓力傳感器4，11，Pl，P2壓力傳感器4，11分別與控制器連接，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控兩組氫瓶的壓力，并通過(guò)控制器實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化為氫氣存余量；排空管尾端裝有用于防止回火的阻火器7 ;排空管路上裝有用于導(dǎo)除排放過(guò)程中產(chǎn)生的靜電的安全接地接口 ；壓差閥10氫氣輸出口通過(guò)低壓減壓閥12和球閥9與燃料電池備用電源17連接。主供氫瓶組件包括第一，二氫瓶14，15和單向閥2，第一，二氫瓶14，15上面均設(shè)有手動(dòng)閥1，第一，二氫瓶14，15分別通過(guò)單向閥2經(jīng)不銹鋼管與高壓減壓閥3連接。備用氫瓶組件包括第三氫瓶16和單向閥2,第三氫瓶16設(shè)有手動(dòng)閥I,第三氫瓶16通過(guò)單向閥2經(jīng)不銹鋼管與高壓減壓閥3連接。高壓減壓閥3上設(shè)有高壓表5、中壓表6。低壓減壓閥12上設(shè)有低壓表13。各氫瓶均通過(guò)鋼瓶固定支架18固定。(I)備用電源用燃料電池供氫系統(tǒng)特點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)在線切換并在不影響燃料電池工作情況下更換氫瓶。氫氣不間斷補(bǔ)給切換和氫瓶在線更換功能通過(guò)當(dāng)主供氫瓶組件輸出壓力輸出小于20bar時(shí)，壓差閥10自動(dòng)切換到備用氫瓶組件輸出氫氣，并通過(guò)壓力傳感器4輸出壓力信號(hào)給數(shù)據(jù)中心報(bào)警要求氫瓶更換。在線氫瓶更換時(shí)，先關(guān)閉手動(dòng)閥I與球閥9，打開排空閥8排除管內(nèi)剩余氫氣，拆卸系統(tǒng)上原來(lái)的氫瓶組。更換新氫瓶組后，打開排空閥8，吹掃管內(nèi)空氣。整個(gè)更換過(guò)程毫不影響燃料電池正常工作，可進(jìn)行在線操作。此供氫系統(tǒng)氫瓶與高壓減壓閥連接處安裝單向閥2，安裝單向閥2不僅能防止氣體回路，而且使得更換氫瓶靈活性。第一氫瓶14與第二氫瓶15雖在同一管路上，如無(wú)單向閥2，更換瓶組需同時(shí)更換，安裝單向閥2可在系統(tǒng)運(yùn)行的情況下單獨(dú)更換第一氫瓶14或第二氫瓶15，這樣的優(yōu)勢(shì)在于不影響燃料電池正常運(yùn)行就能更換氫瓶。(2)目前供氫系統(tǒng)氫氣排放在高壓出排放，高壓排放缺點(diǎn)在于不經(jīng)過(guò)高壓轉(zhuǎn)低壓減壓閥直接排放，高壓排放氫氣流速過(guò)快，容易產(chǎn)生靜電，導(dǎo)致事故發(fā)生。本實(shí)用新型供氫系統(tǒng)排放設(shè)計(jì)在中壓處，使得壓力減壓后，不會(huì)因流速過(guò)快導(dǎo)致靜電。將手動(dòng)閥I與球閥9關(guān)閉，打開排空閥8，使管內(nèi)氫氣排出。雖然壓力從高壓減至低壓，能確保排放不易產(chǎn)生靜電，但以防萬(wàn)一，在中壓排放管路上安裝阻火器7，作用在于萬(wàn)一產(chǎn)生靜電導(dǎo)致火花，阻火器可阻擋火花回路，確保管路以及人生安全。(3)通過(guò)壓力傳感器及時(shí)預(yù)判瓶?jī)?nèi)剩余壓力提醒是否更換氫瓶。氫氣儲(chǔ)量的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確估算由Pl，P2壓力傳感器4，11、控制器、執(zhí)行器、CAN通信部件、氫瓶等組成。通過(guò)Pl, P2壓力傳感器4，11檢測(cè)氫瓶壓力，輸出信號(hào)是將采集出來(lái)的數(shù)據(jù)傳送到CAN通信部件，執(zhí)行器根據(jù)CAN通信部件數(shù)據(jù)中心分析執(zhí)行相應(yīng)的措施。通過(guò)Pl，P2壓力傳感器4，11實(shí)時(shí)監(jiān)控氫瓶?jī)?nèi)部壓力，能及時(shí)告知用戶是否需要更換氫瓶。正常供氫由第一氫瓶14與第二氫瓶15同時(shí)供給,第三氫瓶(16)為備用。(4)當(dāng)Pl壓力傳感器4檢測(cè)到低于設(shè)定壓力值時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)切換到氫瓶3供氫。P2壓力傳感器11檢測(cè)到低于設(shè)定壓力值時(shí)、，系統(tǒng)將自動(dòng)切斷供氫，并告知用戶需更換第一氫瓶14、第二氫瓶15與第三氫瓶16。(5)在高壓減壓閥3設(shè)有高壓表5及中壓表6，低壓減壓閥12設(shè)有低壓表13能清晰的讓用戶更直觀的看到氫氣供給壓力以及瓶?jī)?nèi)剩余壓力。不僅有壓力傳感器，還有壓力表，雙重顯示更能夠精準(zhǔn)的現(xiàn)實(shí)壓力。對(duì)于不同的壓力采取相應(yīng)的措施如下I)當(dāng)壓力傳感器I顯示20bar，提醒更換第主氫瓶。2)當(dāng)壓力傳感器2顯示20bar，提示關(guān)機(jī)，需同時(shí)更換第一組，第二組氫瓶。3)當(dāng)壓力傳感器2提示15bar,提示氫瓶?jī)?nèi)剩余氫氣量已用完,需立刻停機(jī)。
權(quán)利要求1.一種備用電源用燃料電池供氫系統(tǒng)，包括主供氫瓶組件，備用氫瓶組件，其特征在于所述主供氫瓶組件和備用氫瓶組件分別通過(guò)高壓減壓閥(3)經(jīng)球閥(9)與壓差閥(10)連接，且分別通過(guò)排空閥(8)與排空管相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的備用電源用燃料電池供氫系統(tǒng)，其特征在于所述主供氫瓶組件和備用氫瓶組件中的高壓減壓閥(3)上分別設(shè)有Pl，P2壓力傳感器(4，11)，PI, P2壓力傳感器(4，11)分別與控制器連接，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控兩組氫瓶的壓力，并通過(guò)控制器實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化為氫氣存余量。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的備用電源用燃料電池供氫系統(tǒng)，其特征在于所述排空管尾端裝有用于防止回火的阻火器(7);排空管管路上裝有用于導(dǎo)除排放過(guò)程中產(chǎn)生靜電的安全接地接口。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的備用電源用燃料電池供氫系統(tǒng)，其特征在于所述壓差閥(10)的氫氣輸出口通過(guò)低壓減壓閥(12)和球閥(9)與燃料電池備用電源(17)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的備用電源用燃料電池供氫系統(tǒng)，其特征在于所述主供氫瓶組件包括第一，二氫瓶(14，15)和單向閥(2)，第一，二氫瓶(14，15)上面均設(shè)有手動(dòng)閥(1)，第一，二氫瓶(14，15)分別通過(guò)單向閥(2)經(jīng)不銹鋼管與高壓減壓閥(3)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的備用電源用燃料電池供氫系統(tǒng)，其特征在于所述備用氫瓶組件包括第三氫瓶(16)和單向閥(2),第三氫瓶(16)設(shè)有手動(dòng)閥(I),第三氫瓶(16)通過(guò)單向閥(2)經(jīng)不銹鋼管與高壓減壓閥(3)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的備用電源用燃料電池供氫系統(tǒng)，其特征在于所述高壓減壓閥(3)上設(shè)有高壓表(5)和中壓表(6)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的備用電源用燃料電池供氫系統(tǒng)，其特征在于所述各氫瓶均通過(guò)鋼瓶固定支架(18)固定。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的備用電源用燃料電池供氫系統(tǒng)，其特征在于所述低壓減壓閥(12)上設(shè)有低壓表(13)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種備用電源用燃料電池供氫系統(tǒng)，包括主供氫瓶組件，備用氫瓶組件，主供氫瓶組件和備用氫瓶組件分別通過(guò)高壓減壓閥經(jīng)球閥與壓差閥連接，且分別通過(guò)排空閥與排空管相連。主供氫瓶組件和備用氫瓶組件中的高壓減壓閥上分別設(shè)有P1,P2壓力傳感器，P1,P2壓力傳感器分別與控制器連接，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控兩組氫瓶的壓力，并通過(guò)控制器實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化為氫氣存余量；排空管尾端裝有用于防止回火的阻火器；排空管路上裝有用于導(dǎo)除排放過(guò)程中產(chǎn)生的靜電的安全接地接口。該系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)在線切換更換氫瓶，低壓安全氫氣卸放和空氣吹掃，更能準(zhǔn)確估算氫瓶剩余壓力。
文檔編號(hào)H01M8/02GK202434641SQ201220001180
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月4日
發(fā)明者張超, 徐麟, 沈軍, 陳凌云, 陶少龍, 顧榮鑫 申請(qǐng)人:昆山弗爾賽能源有限公司