一种固定式氢燃料电池光伏混合发电装置

1.本实用新型涉及新能源技术领域，特别是燃料电池技术领域。


背景技术：

2.电动汽车指利用车载动力电池作为其动力源，以此驱动电机，带动车轮转动，实现车辆行驶的车辆。由于其在行驶过程中无污染物排放，因此具有较好的应用前景。
3.然而，电动汽车仍有一些弊端，如：续驶里程不足、充电时间较长、动力电池性能受温度影响较大以及自燃等安全问题。其中，最关键的问题是充电问题。首先，充电装置数量严重不足；其次，充电装置功率不足，导致充电时间过长；最后，为动力电池充电所需电能全部源于网电(其中火力发电占比超过70％)，即尽管电动汽车在行驶过程中无污染物排放，然而其电力源头仍是传统化石燃料。
4.再者，我国西部太阳能资源丰富，但是淡水资源相对匮乏，人民群众生活用水相对紧张，氢燃料电池在运行过程中，氢气和空气中的氧气发生电化学反应，生成纯水；据估算，每消耗1kg氢气，可以产生9kg的纯水；该装置产生的纯水可在一定程度上解决西部地区人民群众的生活用水问题。


技术实现要素：

5.鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种固定式氢燃料电池光伏混合发电装置，用于解决现有技术中固定式氢燃料电池光伏混合发电装置存在的续航里程和服务性能差的问题。
6.为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种固定式氢燃料电池光伏混合发电装置，包括：氢燃料电池系统，包括多个氢燃料电池堆，与负载终端相连，用于将氢气所含的化学能转换成电能以为负载终端供电；氢气供应子系统，与所述氢燃料电池系统相连，用于为所述氢燃料电池系统供应氢气；所述氢气供应子系统包括依次相连的氢气罐组，第一开关阀，第一过滤器，多组氢气处理设备；空气供应子系统，与所述氢燃料电池系统相连，用于为所述氢燃料电池系统供应空气；水循环管理系统，与所述氢燃料电池系统相连，用于管理所述氢燃料电池系统的水循环；光伏系统，与负载终端相连，用于将太阳能转换成电能以为负载终端供电。
7.于本实用新型的一实施例中，所述第一过滤器和各所述氢燃料电池堆之间连接有氢气循环泵，所述氢气处理设备的数量与所述氢燃料电池堆的数量相同。
8.于本实用新型的一实施例中，每组所述氢气处理设备各包括依次相连的减压阀，第一加湿处理设备以及第一测量设备。
9.于本实用新型的一实施例中，所述第一加湿处理设备包括：并联的第二开关阀和第三开关阀；其中所述第二开关阀或所述第三开关阀的管路上设有第一加湿器。
10.于本实用新型的一实施例中，所述空气供应子系统包括：依次相连的第二过滤器，空气增压装置，中冷器，缓冲罐，多组空气处理设备；所述空气处理设备的数量与所述氢燃
料电池堆的数量相同。
11.于本实用新型的一实施例中，每组所述空气处理设备各包括：第二加湿处理设备和第二测量设备。
12.于本实用新型的一实施例中，所述第二加湿处理设备包括：并联的第四开关阀和第五开关阀；其中所述第四开关阀或所述第五开关阀的管路上设有第二加湿器。
13.于本实用新型的一实施例中，所述水循环管理系统包括：依次相连的混合器，节温器，散热器，冷却液储存罐，冷却液循环泵，冷却液旁通阀，分流器；其中，所述混合器与各所述氢燃料电池堆相连，所述节温器还与所述冷却液储存罐相连。
14.于本实用新型的一实施例中，还包括与各所述氢燃料电池系统相连的净水生成装置；所述净水生成装置包括与所述氢燃料电池相连的纯净水发生器和与所述纯净水发生器相连的储水罐。
15.于本实用新型的一实施例中，还包括电压转换系统，所述电压转换系统包括：连接于所述氢燃料电池系统和所述负载终端之间的第一电压转换器，连接于所述光伏系统和所述负载终端之间的第二电压转换器。
16.如上所述，本实用新型的固定式氢燃料电池光伏混合发电装置具有以下有益效果：
17.本实用新型包括氢燃料电池和光伏系统，二者分别将氢气所含的化学能和太阳能转换成电能，为车上携带的动力电池充电或为其它用电设备供电，可在一定程度上解决电动汽车里程焦虑问题，同时，由于氢气和太阳能均属可再生清洁能源，本实用新型可以实现电动汽车真正意义上的零排放，再者，本实用新型中的氢燃料电池系统在运行过程中，可产生一定量的纯净水，该纯净水可为居民提供必要的饮用水。
附图说明
18.图1显示为本实用新型中固定式氢燃料电池光伏混合发电装置的结构原理示意图。
19.图2显示为本实用新型中固定式氢燃料电池光伏混合发电装置的整体结构示意图。
20.图3显示为本实用新型中固定式氢燃料电池光伏混合发电装置的能量物质流动示意图。
21.元件标号说明
22.100固定式氢燃料电池光伏混合发电装置
23.110氢燃料电池系统
24.120氢气供应子系统
25.130空气供应子系统
26.140水循环管理系统
27.150光伏系统
28.160电压转换系统
29.1氢燃料电池堆
30.2氢燃料电池堆
31.3氢燃料电池堆
32.4氢气罐组
33.5第一开关阀
34.6第一过滤器
35.7、12、18减压阀
36.8、13、19第二开关阀
37.9、14、20第三开关阀
38.10、15、21第一加湿器
39.11、16、22第一测量设备
40.17止回阀
41.23氢气循环泵
42.24第二过滤器
43.25空气增压装置
44.26中冷器
45.27缓冲罐
46.28、32、36第四开关阀
47.29、33、37第五开关阀
48.30、34、38第二加湿器
49.31、35、39第二测量设备
50.40混合器
51.41节温器
52.42散热器
53.43冷却液储存罐
54.44冷却液循环泵
55.45冷却液旁通阀
56.46、47分流器
57.48纯净水发生器
58.49储水罐
59.50、51、52太阳能电池板
60.53第一电压转换器
61.54第二电压转换器
62.55待充电动力电池
63.56电网
具体实施方式
64.以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。
65.请参阅图1至图3。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型
可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
66.本实施例的目的在于提供一种固定式氢燃料电池光伏混合发电装置，用于解决电动汽车动力电池续驶里程焦虑问题，解决电动汽车动力电池电能来源和西部部分地区淡水资源匮乏等问题以及灾难发生时灾区人民用电用水问题。
67.以下将详细阐述本实施例的一种固定式氢燃料电池光伏混合发电装置原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本实施例的一种固定式氢燃料电池光伏混合发电装置。
68.图1显示为本实施例中固定式氢燃料电池光伏混合发电装置100的整体结构原理示意图。如图1所示，本实施例提供本实用新型提供一种固定式氢燃料电池光伏混合发电装置100，该固定式氢燃料电池光伏混合发电装置100包括：氢燃料电池系统110，氢气供应子系统120，空气供应子系统130，水循环管理系统140以及光伏系统150。
69.图2显示为本实施例中固定式氢燃料电池光伏混合发电装置100的整体结构示意图。以下结合图2对本实施例中的固定式氢燃料电池光伏混合发电装置100进行详细说明。
70.于本实施例中，所述氢燃料电池系统110，氢气供应子系统120，空气供应子系统130可将氢气中的化学能转换为电能。其中，所述氢燃料电池系统110包括多个氢燃料电池堆，与负载终端相连，用于将氢气所含的化学能转换成电能以为负载终端供电。其中，本实施例中，并不限定氢燃料电池堆的数量，例如多个氢燃料电池堆为三个，如图2中所示的氢燃料电池堆1、氢燃料电池堆2以及氢燃料电池堆3。本实施例中，所述负载终端为但不限于待充电动力电池55，电网56等。
71.于本实施例中，所述氢气供应子系统120与所述氢燃料电池系统110相连，用于为所述氢燃料电池系统110供应氢气。
72.具体地，于本实施例中，所述氢气供应子系统120包括依次相连的氢气罐组4，第一开关阀5，第一过滤器6，多组氢气处理设备；其中，所述第一过滤器6和各所述氢燃料电池堆之间连接有氢气循环泵23，所述氢气处理设备的数量与所述氢燃料电池堆的数量相同。
73.本实施例中氢气罐使用的氢气优选为“绿氢”或工业副产氢，以实现电动汽车真正意义上的零排放。同时，该装置的氢气罐组4可进行更换，这样可实现氢气源的快速补给，从而提高系统的发电效率。
74.其中，于本实施例中，每组所述氢气处理设备各包括依次相连的减压阀，第一加湿处理设备以及第一测量设备；其中，所述第一加湿处理设备包括：并联的第二开关阀和第三开关阀；其中所述第二开关阀或所述第三开关阀的管路上设有第一加湿器。
75.例如包括三组氢气处理设备。
76.即第一组氢气处理设备包括依次相连的减压阀7，第一加湿处理设备以及第一测量设备 11，第一加湿处理设备包括并联的第二开关阀8和第三开关阀9，所述第三开关阀9的管路上设有的第一加湿器10。
77.第二组氢气处理设备包括依次相连的减压阀12，第一加湿处理设备以及第一测量设备 16，第一加湿处理设备包括并联的第二开关阀13和第三开关阀14，所述第三开关阀14的管路上连接的第一加湿器15。
78.即第三组氢气处理设备包括依次相连的减压阀18，第一加湿处理设备以及第一测量设备 22，第一加湿处理设备包括并联的第二开关阀19和第三开关阀20，所述第三开关阀20的管路上连接的第一加湿器21。
79.于本实施例中，所述空气供应子系统130与所述氢燃料电池系统110相连，用于为所述氢燃料电池系统110供应空气。
80.具体地，于本实施例中，所述空气供应子系统130包括：依次相连的第二过滤器24，空气增压装置25，中冷器26，缓冲罐27，多组空气处理设备；所述空气处理设备的数量与所述氢燃料电池堆的数量相同。
81.其中，于本实施例中，每组所述空气处理设备各包括：第二加湿处理设备和第二测量设备；每一个所述第二加湿处理设备包括：并联的第四开关阀和第五开关阀；其中所述第四开关阀或所述第五开关阀的管路上设有第二加湿器。
82.例如包括三组空气处理设备。
83.第一组空气处理设备包括第二测量设备31和并联的第四开关阀28和第五开关阀29，所述第五开关阀29的管路上设有第二加湿器30。
84.第二组空气处理设备包括第二测量设备35和并联的第四开关阀32和第五开关阀33，所述第五开关阀33的管路上设有第二加湿器34。
85.第三组空气处理设备包括第二测量设备39和并联的第四开关阀36和第五开关阀37，所述第五开关阀37的管路上设有第二加湿器38。
86.于本实施例中，所述水循环管理系统140与所述氢燃料电池系统110相连，用于管理所述氢燃料电池系统110的水循环。
87.具体地，于本实施例中，所述水循环管理系统140包括：依次相连的混合器40，节温器 41，散热器42，冷却液储存罐43，冷却液循环泵44，冷却液旁通阀45，分流器(包括分流器46和分流器47)；其中，所述混合器40与各所述氢燃料电池堆相连，所述节温器41还与所述冷却液储存罐43相连。
88.于本实施例中，所述光伏系统150与负载终端相连，用于将太阳能转换成电能以为负载终端供电。其中，所述光伏系统150包括多个太阳能电池板，例如包括三个太阳能电池板，如图2中所示的太阳能电池板50、太阳能电池板51以及太阳能电池板52。
89.其中，所述氢燃料电池系统110和光伏系统150分别将氢气所含的化学能和太阳能转换成电能，兼具利用氢能和太阳能的功能，为待充电动力电池55和电网56供电，可在一定程度上解决电动汽车里程焦虑问题，同时，由于氢气和太阳能均属可再生清洁能源，该装置可以实现电动汽车真正意义上的零排放。
90.于本实施例中，所述固定式氢燃料电池光伏混合发电装置100还包括与各所述氢燃料电池系统110相连的净水生成装置；所述净水生成装置包括与所述氢燃料电池相连的纯净水发生器48和与所述纯净水发生器48相连的储水罐49。
91.氢燃料电池系统110在运行过程中，可产生一定量的纯净水，通过所述净水生成装置产生的纯净水可为居民提供必要的饮用水。其中，纯净水发生器48有以下功能：对阴极出
口的尾气进行水气分离，将分离出的“水”经吸附过滤层，去除其中可能含有的氟离子、重金属离子等其它杂质，最终将处理干净的水收集，提供一定量的饮用水。
92.于本实施例中，还包括电压转换系统160，所述电压转换系统160包括：连接于所述氢燃料电池系统110和所述负载终端之间的第一电压转换器53，连接于所述光伏系统150和所述负载终端之间的第二电压转换器54。
93.其中，所述第一电压转换器53和所述第二电压转换器54均为单向dc/dc(dc/ac)转换器。所述第一电压转换器53和所述第二电压转换器54可将氢燃料电池系统110和光伏系统150发出的电能转换成负载终端需求的电压，以满足不同负载终端的电压要求。其中，所述光伏系统150的光伏输出端经单向dc/dc(dc/ac)转换器与待充电动力电池55/电网56 连接，若有待充电的动力电池，则优先为其充电；反之，则将转化的电能汇入电网56，提高电网56清洁能源比重。
94.以下对本实施例中固定式氢燃料电池光伏混合发电装置100的运行原理进行详细说明。
95.如图2所示，氢燃料电池系统110工作时，氢气罐组4中的氢气经开关阀和过滤器进入氢气共轨管，然后经各电堆对应的电控减压阀和加湿器等装置进入各电堆的阳极流道；环境中的空气经过滤器、空气增压装置25和中冷器26后进入缓冲罐27，同样经各电堆对应的加湿器等装置进入各电堆的阴极流道，二者在催化层处发生电化学反应；同时，可通过调节节温器41开度、散热器42风扇转速、冷却液循环泵44转速、冷却液旁通阀45开度以及分流器开度等，实现对各电堆工作温度的控制；输出的电能经单向dc/dc(dc/ac)转换器调压后充入待充电的动力电池，实现其将氢气的化学能转为电能的目的；同时，由于氢燃料电池堆电化学反应的产物为水，可在阴极流道出口处设置纯净水发生器48(净化单元)，该装置有以下功能：对阴极出口的尾气进行水气分离，将分离出的“水”经吸附过滤层，去除其中可能含有的氟离子、重金属离子等其它杂质，最终将处理干净的水收集，提供给人民群众使用。需要注意的是，本实施例的固定式氢燃料电池光伏混合发电装置100使用的氢气优选为“绿氢”或工业副产氢，以实现电动汽车真正意义上的零排放。同时，本实施例的固定式氢燃料电池光伏混合发电装置100的氢气罐组4可进行更换，这样可实现氢气源的快速补给，从而提高本实施例的固定式氢燃料电池光伏混合发电装置100的发电效率。
96.如图3所示，本实施例的固定式氢燃料电池光伏混合发电装置100的能量源有两部分：氢燃料电池系统110和光伏；二者产生的电能经单向dc/dc(dc/ac)转换器进行调压，最终将合适电压的电能输入负载终端(动力电池/电网56)，需要注意的是，只有负载终端处有待充电的动力电池时，氢燃料电池系统110才工作；若当前负载终端并无待充电的动力电池，则只有光伏系统150工作，此时，其产生的电能将汇入电网56，用于提高电网56中清洁能源的占比。此外，氢燃料电池系统110在工作过程中会产生纯水，对其进行相关处理后，即可转为可供人民群众使用的生活用水(饮用水)。所以本实用新型适合于我国西部日照充分(太阳能资源丰富)、土地广袤且生活用水匮乏的地区；本实用新型可实现电动汽车真正意义上的零排放，电能的源头均为可再生的清洁能源(氢能和太阳能)；本实用新型可提高电网56清洁能源比重，减少化石燃料消耗，实现节能减排。
97.本实施例的固定式氢燃料电池光伏混合发电装置100由于配备dc/dc(dc/ac)转换器，因此本实用新型适用于各种电压的动力电池，不局限于汽车的动力电池，其它符合电压
需求的设备均可使用本实施例的固定式氢燃料电池光伏混合发电装置100进行充电或由本实施例的固定式氢燃料电池光伏混合发电装置100为其供电，即本实施例的固定式氢燃料电池光伏混合发电装置100亦可作为一个独立的电站为符合电压需求的各种电气设备供电。
98.本实用新型不限于以上对实施例的描述，本领域技术人员根据本实用新型揭示的内容，在本实用新型基础上不必经过创造性劳动所进行的改进和修改，比如调节dc/dc(dc/ac) 转换器使其输出电压发生改变以适应其它设备，在终端增加额外的蓄电池储存电能等，都应该在本实用新型的保护范围之内。
99.综上所述，本实用新型包括氢燃料电池和光伏系统，二者分别将氢气所含的化学能和太阳能转换成电能，为车上携带的动力电池充电或为其它用电设备供电，可在一定程度上解决电动汽车里程焦虑问题，同时，由于氢气和太阳能均属可再生清洁能源，本实用新型可以实现电动汽车真正意义上的零排放，再者，本实用新型中的氢燃料电池系统在运行过程中，可产生一定量的纯净水，该纯净水可为居民提供必要的饮用水。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具有度产业利用价值。
100.上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。