一种基于高温质子交换膜氢燃料电池大功率发电的集成系统的制作方法

1.本发明涉及燃料电池技术领域，具体是一种基于高温质子交换膜氢燃料电池大功率发电的集成系统。


背景技术：

2.燃料电池是一种电化学电池，它通过氧化还原反应将燃料(通常是氢气)和氧化剂(通常是氧气)的化学能转换为电能。与大多数电池所不同的是，燃料电池需要连续的燃料和氧气源(通常来自空气)来维持化学反应，而在电池中，化学能通常来自已经存在于电池中的金属及其离子或氧化物。
3.中国专利号cn212230535u提供一种燃料电池集成系统和具有该燃料电池集成系统的车辆，所述燃料电池集成系统包括：电堆模块，所述电堆模块集成有电控系统和数据采集系统；发动机辅助系统，所述发动机辅助系统包括氢气系统、空气系统和水热管理系统，所述发动机辅助系统集成在所述电堆模块下方并直接安装在所述电堆模块上。该燃料电池集成系统和具有该燃料电池集成系统的车辆实现了一种新的燃料电池发动机系统集成方案，具有更高的集成度，可以大幅提高氢燃料电池发动机的质量比功率和体积比功率。
4.目前现有燃料电池无法解决氢气的安全存储和运输问题，同时燃料电池和电动机之间的功率流向和能量平衡性较差，使得车辆无法保持较好的动力性，而且现有燃料电池系统对余热的利用率较差，因此，亟需研发一种基于高温质子交换膜氢燃料电池大功率发电的集成系统。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种基于高温质子交换膜氢燃料电池大功率发电的集成系统，以解决上述背景技术中提出的燃料电池保证氢气的存储运输与现有燃料电池和电动机之间的功率流向和能量平衡性较差及余热利用率低的问题。
6.本发明的技术方案是：一种基于高温质子交换膜氢燃料电池大功率发电的集成系统，包括箱架，所述箱架底部内壁一侧通过螺栓安装有反应器，所述箱架内部焊接有两个支板，其中一个所述支板底部外壁一侧通过螺栓安装有存储箱，且存储箱底部外壁一侧插接有延伸至反应器内部的连接管，其中一个所述支板顶部外壁上通过螺栓安装有安装箱，所述安装箱底部内壁一侧通过螺栓安装有反应堆，且反应堆通过管道与反应器相互连通，所述安装箱底部内壁两侧分别通过螺栓安装有锂电池、调整模块，且锂电池通过导线分别与调整模块、反应堆呈电性连接，所述安装箱侧面内壁上开设有呈等距离结构分布的凹槽，所述安装箱内部开设有腔槽，所述安装箱一侧外壁靠近底部处插接有延伸至腔槽内部的回流管，且回流管一端延伸至反应器内部，所述反应堆内部设置有质子交换膜，且质子交换膜两侧外壁上均设置有催化剂层，其中一个所述催化剂层一侧外壁上设置有阴极，另外一个所述催化剂层一侧外壁上设置有阳极，且阳极、阴极一侧外壁上设置有扩散层。
7.进一步地，所述箱架底部内壁一侧通过螺栓安装有水箱，且水箱与反应器相互连
通。
8.进一步地，所述箱架底部内壁一侧通过螺栓安装有水泵，且水泵一端通过管道与水箱相互连接，所述水泵的出水端插接有延伸至反应堆内部的输水管，且输水管通过管道与腔槽相互连通。
9.进一步地，所述安装箱一侧外壁上通过螺栓安装有气泵，且气泵一端通过管道与反应堆相互连通，所述气泵的进气端螺纹连接有筒体，且筒体内部插接有滤芯。
10.进一步地，所述水箱、存储箱底部外壁一侧均插接有液位传感器，所述反应器、反应堆侧面外壁上均设置有若干个检测单元。
11.进一步地，其中一个所述支板顶部外壁两侧分别通过螺栓安装有主控单元、温压控制单元，且主控单元通过导线与液位传感器呈电性连接，所述温压控制单元通过导线与检测单元呈电性连接。
12.进一步地，所述箱架一侧外壁上通过螺栓安装有滤网板，且滤网板一侧外壁上分别插接有进水管、进料管，手速进水管延伸至水箱内部，所述进料管一端延伸至存储箱内部。
13.进一步地，所述箱架一侧外壁上通过铰链安装有防护网，且防护网一侧外壁靠近底部处通过螺栓安装有把手。
14.进一步地，所述箱架侧面外壁上缠绕有滤网，且滤网一端外壁开设有滑槽，所述滑槽顶部内壁上通过螺栓安装有呈等距离结构分布的弹簧，且弹簧底端通过螺栓安装有卡接板，所述卡接板一侧外壁上设置有拨块。
15.进一步地，所述卡接板一侧外壁上开设有呈等距离结构分布的卡槽，所述滤网一端外壁焊接有呈等距离结构分布的限位杆，且限位杆一端插接在卡槽内部。
16.本发明通过改进在此提供一种基于高温质子交换膜氢燃料电池大功率发电的集成系统，与现有技术相比，具有如下改进及优点：
17.(1)本发明所设计的存储箱、反应器，由存储箱、反应器构成的结构可以存储甲酸并反应出氢气，从而供燃料电池使用，能够把氢气以化学能的形式储存并运输，到达目的地再释放出氢气，既解决了氢气的安全存储和运输问题，又能有效减少二氧化碳的排放。
18.(2)本发明所设计的反应堆、锂电池，在使用该燃料电池系统时，通过反应堆、锂电池等构成的电-电混合动力机构的合理匹配，能够平衡各个动力总成部件如燃料电池发动机、动力蓄电池和电动机之间的功率流向和能量平衡,使车辆保持较好的动力性和经济性。
19.(3)本发明所设计的回流管、腔槽，在使用该燃料电池系统时，回流管会使得安装箱内部进行冷却的水会流入反应器中，从而对反应器加热以便于反应器内部化学物质反应，实现燃料电池余热的有效利用，降低对资源的浪费。
20.(4)本发明所设计的滤网板、滤网及防护网，由滤网板、滤网及防护网构成的结构可以避免该燃料电池系统内部落有较多的灰尘，提高该燃料电池的防尘能力。
附图说明
21.下面结合附图和实施例对本发明作进一步解释:
22.图1是本发明的主视结构示意图；
23.图2是本发明的主视背面结构示意图；
24.图3是本发明的主视剖视结构示意图；
25.图4是本发明的安装箱结构示意图；
26.图5是本发明的滤网连接处结构示意图；
27.图6是本发明的控制流程图。
28.附图标记说明：
29.1箱架、2滤网板、3进水管、4进料管、5滤网、6防护网、7把手、 8支板、9水箱、10水泵、11反应器、12检测单元、13存储箱、14连接管、15回流管、16输水管、17主控单元、18温压控制单元、19安装箱、 20液位传感器、21气泵、22筒体、23滤芯、24腔槽、25反应堆、26 凹槽、27锂电池、28调整模块、29滑槽、30弹簧、31拨块、32限位杆、 33卡槽、34卡接板、35质子交换膜、36催化层、37阴极、38阳极、39 扩散层。
具体实施方式
30.下面将结合附图1-6对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
32.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明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，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
33.本发明通过改进在此提供一种基于高温质子交换膜氢燃料电池大功率发电的集成系统，如图1-图6所示，包括箱架1，箱架1底部内壁一侧通过螺栓安装有反应器11，反应器11为甲酸反应器，内部假如有催化剂，用于使得甲酸发生反应产生氢气，其反应过程如图所示：箱架1内部焊接有两个支板8，其中一个支板8底部外壁一侧通过螺栓安装有存储箱13，存储箱13便于存储甲酸，且存储箱13底部外壁一侧插接有延伸至反应器11内部的连接管14，其中一个支板8顶部外壁上通过螺栓安装有安装箱19，安装箱19底部内壁一侧通过螺栓安装有反应堆25，反应堆25内部设置有耐高温质子交换膜、基于pbi膜的co2耐受型燃料电池双极板流道等结构，使得氢气可以产生反应，从而使得反应堆25发电，且反应堆25通过管道与反应器11相互连通，安装箱19底部内壁两侧分别通过螺栓安装有锂电池27、调整模块28，锂电池27配合反应堆 25能够平衡各个动力总成部件如燃料电池发动机、动力蓄电池和电动机之间的功率流向和能量平衡,使车辆保持较好的动力性和经济性，调整模块28可以调节锂电池27、反应堆25输出电力的电压、电流大小，同时可以对输出的电力进行整流整压处理，且锂电池27 通过导线分别与调整模块28、反应堆25呈电性连
接，安装箱19侧面内壁上开设有呈等距离结构分布的凹槽26，凹槽26便于提高安装箱25内部空气与反应堆25等电子设备之间的导热能力，从而加快安装箱25内部散热，安装箱19内部开设有腔槽24，腔槽24内部注水可以实现对安装箱25内部电子设备的水冷，加快安装箱25散热，安装箱19一侧外壁靠近底部处插接有延伸至腔槽24内部的回流管15，回流管15便于腔槽24、反应堆25内部多余的水流到反应器11中，实现对余热的回收，且回流管15一端延伸至反应器11内部，反应堆 25内部设置有质子交换膜35，该质子交换膜35反应温度为180摄氏度，且与原有质子交换膜上催化剂涂层不同，需要加热装置辅助发电，而且在反应时，氢气混合气中二氧化碳含量小于50％，一氧化碳含量小于30％可以直接发电，且质子交换膜35两侧外壁上均设置有催化剂层36，其中一个催化剂层36一侧外壁上设置有阴极37，阴极 37一侧反应时加入氧气或空气、水，而后流出氧气或空气、水，另外一个催化剂层36一侧外壁上设置有阳极38，阳极38一侧加入氢气与水，而后流出氢气与水，且阳极38、阴极37一侧外壁上设置有扩散层39。
34.进一步地，箱架1底部内壁一侧通过螺栓安装有水箱9，水箱9 便于存储清水，且水箱9与反应器11相互连通，箱架1底部内壁一侧通过螺栓安装有水泵10，水泵10型号优选为ta60-a24-3709，便于为水箱9内部水流出提供动力，且水泵10一端通过管道与水箱9 相互连接，水泵10的出水端插接有延伸至反应堆25内部的输水管 16，输水管16便于在水泵10作用下将水箱9内部的水输入反应堆 25中参加反应，输入腔槽24内部，加快安装箱25内部电子设备散热，且输水管16通过管道与腔槽24相互连通，安装箱19一侧外壁上通过螺栓安装有气泵21，气泵21型号优选为ap-200c，便于为空气进入反应堆25内部提供动力，且气泵21一端通过管道与反应堆 25相互连通，气泵21的进气端螺纹连接有筒体22，且筒体22内部插接有滤芯23，滤芯23可以对气泵21抽入的空气进行过滤，水箱9、存储箱13底部外壁一侧均插接有液位传感器20，液位传感器20型号优选为flr-s，便于对水箱9、存储箱13内部水、甲酸的液位进行检测，以便于在缺料时通过车辆控制台及时提醒工作人员，反应器 11、反应堆25侧面外壁上均设置有若干个检测单元12，检测单元12 由温度传感器、压力传感器等构成，用于监测反应器11与反应堆25 内部的压力与温度，其中一个支板8顶部外壁两侧分别通过螺栓安装有主控单元17、温压控制单元18，主控单元17由燃料电池的控制与电源输出控制系统、电池余热、反应器加热与水汽控制一体化的热量管理系统等构成，便于控制该燃料电池运作，实现根据储能电池电量实时调节燃料电池负载及储能电池充电速度来达到燃料电池最佳输出值及实现燃料电池余热的有效利用、反应器的加热、甲酸的预热、水汽回流的一体化功能，温压控制单元18实现对反应器11、反应堆 25内部多关键点的同时监测与控制，尽量达到氢气即产即耗尽，且主控单元17通过导线与液位传感器20呈电性连接，温压控制单元 18通过导线与检测单元12呈电性连接。
35.进一步地，箱架1一侧外壁上通过螺栓安装有滤网板2，由滤网板2、滤网5及防护网6构成的结构可以避免该燃料电池系统内部落有较多的灰尘，提高该燃料电池的防尘能力，且滤网板2一侧外壁上分别插接有进水管3、进料管4，进水管3便于向水箱9内部注水，进料管4便于向存储箱13内部加入甲酸，手速进水管3延伸至水箱 9内部，进料管4一端延伸至存储箱13内部，箱架1一侧外壁上通过铰链安装有防护网6，防护网6防止灰尘进入该设备内部，且防护网6一侧外壁靠近底部处通过螺栓安装有把手7，把手7便于工作人员拉动防护网6，从而对该设备内部设备进行维修，箱架1侧面外壁上缠绕有滤网5，且滤网5一端外壁开设
有滑槽29，滑槽29顶部内壁上通过螺栓安装有呈等距离结构分布的弹簧30，弹簧30可以调节滤网5围成的结构大小，提高滤网5的便拆性，且弹簧30底端通过螺栓安装有卡接板34，卡接板34可以卡接在限位杆32上，使得滤网5闭合在一起，卡接板34一侧外壁上设置有拨块31，拨块31便于工作人员推拉卡接板34，使得卡接板34从限位杆32上脱离，卡接板34一侧外壁上开设有呈等距离结构分布的卡槽33，卡槽33，便于卡接板34套结在限位杆32上，滤网5一端外壁焊接有呈等距离结构分布的限位杆32，限位杆32配合卡接板34使得滤网5两端扣合在一起，使得滤网5构成一个环形结构，且限位杆32一端插接在卡槽33内部。
36.工作原理：在使用该燃料电池系统时，存储箱13内部的甲酸会流入反应器11内部，而后在催化剂作用下发生反应，之后反应产生的氢气会流入反应堆25内部，同时气泵21会启动，使得空气通过滤芯23 的过滤流入反应堆25内部，并且此时水泵10会启动，使得水箱9内部的水流入反应堆25内部，从而使得反应堆25内部开始产生反应，之后在反应堆25内部质子交换膜、双极板流道等结构辅助作用下发生电子转移，从而产生电力，同时产生的电力会流入锂电池27上或者直接传输到发动机上，同时在反应堆25运作时，在主控单元17的控制下，输水管16输送的水一部分会流入腔槽24内部，而后在从回流管15流出，从而加快安装箱19及反应堆25等结构散热，而且从回流管15流出的水会流入反应器11内部，从而为反应器11进行加热，以便于甲酸更好的反应，而且此时温压控制单元18会根据检测单元12的检测控制反应器 11、反应堆25运作，尽量达到氢气即产即耗尽，同时在运作时主控单元17可以根据锂电池27电池电量实时调节燃料电池负载及锂电池充电速度来达到燃料电池最佳输出值。
37.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。