(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210785019.6 (22)申请日 2022.07.05 (71)申请人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市咸宁西路28号 (72)发明人 陶文铨　王子星　李楠　何璞　 陈黎　 (74)专利代理 机构 西安通大专利代理有限责任 公司 6120 0 专利代理师 闵岳峰 (51)Int.Cl. H01M 8/04029(2016.01) H01M 8/2475(2016.01) H05K 7/20(2006.01) (54)发明名称 一种分布式燃料电池供电机柜 (57)摘要 本发明公开了一种分布式燃料电池供电机 柜， 包括集成燃料电池系统的改造机柜及燃料电 池与数据中心的耦合热管理系统； 所述燃料电池 系统集成于机柜内下部， 所述机柜内上部集成服 务器组及其冷却设备； 所述燃料电池系统包含燃 料电池电堆、 板式换热器及燃料电池控制模块； 所述燃料电池控制模块包含氢气模块、 空气模 块、 冷却模块、 尾排模块以及电源模块； 所述机柜 内上部包含标准服务器组、 液体 ‑空气换热器以 及风扇矩阵， 三者协同工作实现服务器的冷却； 所述燃料电池与数据中心的耦合热管理系统包 含： 服务器热管理， 燃料电池热管理及机房热管 理的耦合管理。 本发明提高了数据中心利用氢燃 料电池零碳直流供电及中温余热回收利用的可 行性， 提高了系统效率。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 115101782 A 2022.09.23 CN 115101782 A 1.一种分布式燃料电池供电机柜， 其特征在于， 包括集成燃料电池系统的改造机柜及 燃料电池与数据中心的耦合热 管理系统； 所述燃料电池系统集成于 机柜内下部， 所述机柜内上部集成服 务器组及其冷却设备； 所述燃料电池系统包 含燃料电池电堆、 板式换 热器及燃料电池 控制模块； 所述燃料电池控制模块包含氢气模块、 空气模块、 冷却模块、 尾排模块以及电源模块， 所述各模块之 间通过管路或电路与燃料电池电堆完成连接并完整集成于机柜内下部位置； 所述氢气模块与机柜外部的氢气供应模块通过管道连接， 终端连接燃料电池电堆； 所述空 气模块与机柜外部的空气供应模块通过管道连接， 终端连接燃料电池电堆； 所述尾排模块 与机柜外部的尾排处理模块通过管道连接， 始端连接燃料电池电堆； 所述冷却模块与燃料 电池电堆通过管道完成闭路连接， 所述板式换热器属于冷却模块的一部分， 所述板式换热 器的冷却液来自于液体 ‑空气换热器的冷却液出 口； 所述燃料电池控制系统的电源模块用 于供电； 所述机柜内上部包含标准服务器组、 液体 ‑空气换热器以及风扇矩阵， 三者协同工作实 现服务器的冷却； 所述燃料电池与数据中心 的耦合热管理系统包含： 服务器热管理， 燃料电池热管理以 机房热管理的耦合管理； 所述服务器热管理通过所述液体 ‑空气换热器及风扇矩阵实现， 所 述燃料电池热管理通过液体 ‑空气换热器排出低 温回液的一部分实现， 所述机房的热管理 通过所述数据中心机房外的冷却设备实现。 2.根据权利要求1所述的一种分布式燃料电池供电机柜， 其特征在于， 所述液体 ‑空气 换热器及板式换 热器的冷却液均来自机房外 部的冷却设备。 3.根据权利要求2所述的一种分布式燃料电池供电机柜， 其特征在于， 所述冷却液包含 水或氟化液 数据中心常用冷却液类型。 4.根据权利要求2所述的一种分布式燃料电池供电机柜， 其特征在于， 所述液体 ‑空气 换热器入口的冷却液在出 口处被加热成为温度略高的低温回液， 所述低 温回液排出后， 通 过流量分配阀进行分流， 一部分输送至所述板式换热器， 另一部分输送至数据中心机房外 的冷却设备； 输送至板式换热器的低温回液于板式换热器中完成热量交换后成为一股高温 回液并经由保温管道输送至 机房外。 5.根据权利要求1所述的一种分布式燃料电池供电机柜， 其特征在于， 所述燃料电池控 制系统的电源 模块视服 务器负载电源输入 采用不同的配置方案 。 6.根据权利要求1所述的一种分布式燃料电池供电机柜， 其特征在于， 所述机柜与 数据 中心42U标准机柜的几何尺寸一致， 机柜前后位置进 行开孔以实现燃料电池系统相关氢气、 空气以及尾排管路的布置与连接 。 7.根据权利要求1所述的一种分布式燃料电池供电机柜， 其特征在于， 氢气供应模块包 含氢气气瓶， 减压阀以及通入机房内的管路系统； 所述空气供应模块包含压气机、 控制阀 门、 过滤器及通入机房内的管路系统； 所述尾排处理模块包含氢气浓度监测器及汇总每个 机柜尾排并通出机房的管路系统。 8.根据权利要求1所述的一种分布式燃料电池供电机柜， 其特征在于， 当所述服务器负 载为直流负载， 此时所述燃料电池控制系统的电源模块设置为： 燃料电池电堆与升压D C‑DC 连接， 市电接入与AC ‑DC转换器连接， 以上所述二者并联后再与锂电池并联， 三路汇总后直权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115101782 A 2接供应服 务器负载； 当所述服务器负载为交流负载， 此时电源模块的设置为： 燃料电池与升压DC ‑DC连接， 而后并联锂电池， 以上所述二者汇总后连接至D C‑AC转换器得到交流电， 再与市电并联之后 供电所述交流 服务器负载。 9.根据权利要求1所述的一种分布式燃料电池供电机柜， 其特征在于， 数据中心机房外 的冷却设备包含： 冷凝器、 冷源系统、 液体泵、 储 热罐和余热利用设备； 所述冷凝器及冷源系 统完成冷冻液的获得与存储， 而后液体泵向改造机柜内的液体 ‑空气换热器泵送冷冻液， 所 述余热利用设备完成余热利用后需要向冷凝器补充冷冻液。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115101782 A 3