CN100395912C - 热量回收型家用燃料电池装置 - Google Patents

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Abstract

一种热量回收型家用燃料电池装置，主要由质子交换膜燃料电池、燃料重整器、两个换热器、直流变压器、直交流变换器及交直流变压器等设备构成，燃料电池的电力输出端连接直流变压器的入口，直流变压器的出口分别与直交流变压器和交直流变压器相连，直交流变压器的出口端经切换开关连接到电用户及经电表连接到交流电源，交直流变压器也经电表连接到交流电源。燃料电池的燃料入口端连接一个燃料重整器，燃料电池的燃料出口端和空气极出口端分别连接一个换热器，换热器的管外出口端经热水箱连接热水用户。本发明具有热电联供两种功能，可满足家庭、办公室基本用电需求，而且能够保障电力的不间断供给，提高用电可靠性。

Description

热量回收型家用燃料电池装置
技术领域：
本发明涉及一种热量回收型家用燃料电池装置，是一种家用小型燃料电池热电联供装置，属于能源利用技术领域。
背景技术：
随着新能源在全世界范围的发展，电力有从目前的集中供电向集中与分散相结合的发展趋势。分散供电不但可以减少超高压、超长距离供电的线路损失，还可以实现热电联供，提高能源利用效率，降低战争、自然灾害对大电网的威胁。燃料电池技术最有希望以集中和分散电源的形式进入电力市场。它是将燃料的化学能直接转化为电能，而不受卡诺循环的限制。其中，质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell；PEMFC)具有高效、低污染、起动快等优点，极大地受到人们关注。
另外，不间断电源(Uninterruptible Power Supply；UPS)在通讯、医院以及计算机、控制等重要装置有着广泛应用，其市场容量相当大，传统的UPS大概有5～10％的电力损失，功能比较单一，而且必须结合蓄电池一起使用。
使用燃料电池的家用发电装置，在提供电力的同时，还可以为用户供应一定热水，实现热电联供。如果与现有电网互联，可以实现不间断供电，起到传统UPS的作用。
家用燃料电池装置热电综合效率可以达到75％左右，不但可以满足重要设备的用电需求，还可以为用户提供一定的热水和供暖。实现能源的高效、高性能利用。今后，随着燃料电池技术的进一步成熟，设备成本的降低，将会有大量的家用燃料电池走进家庭、办公室，用来满足计算机、照明、供暖等基本用能需求。目前燃料电池尚未进入家庭。
发明内容：
本发明的目的在于针对未来能源发展趋势，提供一种热量回收型家用燃料电池装置，以城市煤气为燃料，不但可以节省用户的用能开支，提高用户用电可靠性，还可以满足用户的热水和供暖需求。
为实现这样的目的，本发明的热量回收型家用燃料电池装置主要由质子交换膜燃料电池、燃料重整器、两个换热器、直流变压器、直交流变换器及交直流变压器等设备构成，燃料电池的电力输出端连接直流变压器的入口，直流变压器的出口分别与直交流变压器和交直流变压器相连，直交流变压器的出口端经切换开关连接到电用户及经电表连接到交流电源，交直流变压器也经电表连接到交流电源。燃料电池的燃料入口端连接一个燃料重整器，燃料电池的燃料出口端和空气极出口端分别连接一个换热器，换热器的管外出口端经热水箱连接热水用户。
燃料电池利用城市煤气重整后得到的氢气为燃料，空气为氧化剂，氢和氧在燃料电池内发生电化学反应，产生电能，产生的热量用于制取热水或供热。工作时，城市煤气和空气分别进入燃料电池的燃料极和空气极，发生电化学反应，所产生的直流电经过直流变压器调整成标准电压，供给直交流变压器，直交流变压器输出的交流电可以直接供给用电户。当用电户负荷大于燃料电池额定负荷时，交流电源会提供部分电力，经过交直流变压器对燃料电池进行补充。当燃料电池不工作时，用电户的全部负荷由交流电源经过电表计量后直接提供。本发明利用两个换热器收集燃料电池排气中的热能，同时将燃料极的排气送到燃料重整器充分燃烧，燃料重整器的排气直接排到热水箱中，用以回收气体热能以及水蒸气潜热。热水箱中的水经过循环加热后，可以随时为热水用户提供热水。系统可以同时提供电和热能，能够实现热电联供，同时还可以作为不间断电源使用。
本发明采用燃料电池与电网联合供电，燃料电池承担用户的额定负荷，当用户负荷超燃料电池过额定负荷时，需要从电网买进部分电力，当用户负荷小于燃料电池额定负荷时，通过控制单元调整燃料电池的输出负荷。如果遇到停电，燃料电池可以独立运行，保障计算机、空调等重要设备的正常运行。
本发明可以满足家庭、办公室基本用电需求，而且能够保障电力的不间断供给，提高用电可靠性，具有明显的技术优势。可以取代传统UPS以及家庭用户的电加热设备，有效提高了能源利用率，减少用能开支。
附图说明：
图1为本发明的系统结构示意图。
图1中，1为质子交换膜燃料电池，2为直流变压器，3为直交流变压器，4为切换开关，5为用电户，6为电表，7为交流电源，8为电表，9为交直流变压器，10为燃料电池燃料极出口换热器，11为热水箱，12为热水用户，13为热水箱排气口，14为燃料电池空气极出口换热器，15为空气入口，16为燃料入口，17为燃料重整器。
具体实施方式：
为更好地理解本发明的技术方案，以下结合附图作进一步描述。
本发明的系统结构如图1所示，主要由质子交换膜燃料电池1、燃料重整器17、切换开关4、燃料电池燃料极出口换热器10、燃料电池空气极出口换热器14、直流变压器2、直交流变换器3、交直流变压器9等设备构成，燃料电池1电力输出端连接直流变压器2的入口，直流变压器2的出口分别连接直交流变压器3的入口端和交直流变压器9的出口端，直交流变压器3的出口端连接切换开关4的一端，切换开关4的另外两端分别连接电用户5及经电表6连接到交流电源，交直流变压器9的入口端经电表8连接到交流电源。燃料电池1的燃料入口端与燃料重整器17管内出口端连接，城市煤气16连接燃料重整器17管内入口端，燃料电池1的燃料出口端连接到燃料电池燃料极出口换热器10的管内入口端，燃料电池燃料极出口换热器10的管内出口端连接燃料重整器17的管外入口端，燃料重整器17的管外出口端连接热水箱11内部。燃料电池1的空气极入口端连接到空气源，燃料电池1的空气极出口端连接到燃料电池空气极出口换热器14的管内入口端，燃料电池空气极出口换热器14的管内出口端排空，燃料电池空气极出口换热器14的管外出口端连接热水箱11的入口端，热水箱11的热水出口端连接热水用户12。
工作时，城市煤气和空气分别进入燃料电池1的燃料极和空气极，发生电化学反应，所产生的直流电经过直流变压器2调整成标准电压，供给直交流变压器3，直交流变压器3输出的交流电可以直接供给用电户。当用电户负荷大于燃料电池额定负荷时，交流电源会提供部分电力，经过交直流变压器9对燃料电池进行补充。当燃料电池不工作时，用电户的全部负荷由交流电源经过电表6计量后直接提供。利用两个换热器收集燃料电池排气中的热能，同时将燃料极的排气送到燃料重整器17充分燃烧，燃料重整器17的排气直接排到热水箱11中，用以回收气体热能以及水蒸气潜热。热水箱11中的经过循环加热后，可以随时为热水用户提供热水。系统可以同时提供电和热能，能够实现热电联供，同时还可以作为不间断电源使用。

Claims (1)

1.一种热量回收型家用燃料电池装置，其特征在于由质子交换膜燃料电池(1)、燃料重整器(17)、切换开关(4)、燃料电池燃料极出口换热器(10)、燃料电池空气极出口换热器(14)、直流变压器(2)、直交流变换器(3)、交直流变压器(9)、两个电表(6、8)构成，燃料电池(1)电力输出端连接直流变压器(2)的入口，直流变压器(2)的出口分别连接直交流变压器(3)的入口端和交直流变压器(9)的出口端，直交流变压器(3)的出口端连接切换开关(4)的一端，切换开关(4)的另外两端分别连接用电户(5)及经电表(6)连接到交流电源(7)，交直流变压器(9)的入口端经另一个电表(8)连接到交流电源(7)，燃料电池(1)的燃料入口端与燃料重整器(17)管内出口端连接，城市煤气(16)连接燃料重整器(17)管内入口端，燃料电池(1)的燃料出口端连接到燃料电池燃料极出口换热器(10)的管内入口端，燃料电池燃料极出口换热器(10)的管内出口端连接燃料重整器(17)的管外入口端，燃料重整器(17)的管外出口端连接热水箱(11)，燃料电池(1)的空气极出口端连接到燃料电池空气极出口换热器(14)的管内入口端，燃料电池空气极出口换热器(14)的管内出口端排空，其管外出口端经热水箱(11)连接热水用户(12)。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102544549A (zh) * 2010-12-14 2012-07-04 中国科学院大连化学物理研究所 一种基于燃料电池的热电联供系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5156928A (en) * 1989-10-27 1992-10-20 Fuji Electric Co., Ltd. Protective apparatus and method for a fuel cell
JPH0715878A (ja) * 1993-06-28 1995-01-17 Sansha Electric Mfg Co Ltd 発電システム
JPH0850902A (ja) * 1994-08-08 1996-02-20 Fuji Electric Co Ltd 燃料電池発電装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5156928A (en) * 1989-10-27 1992-10-20 Fuji Electric Co., Ltd. Protective apparatus and method for a fuel cell
JPH0715878A (ja) * 1993-06-28 1995-01-17 Sansha Electric Mfg Co Ltd 発電システム
JPH0850902A (ja) * 1994-08-08 1996-02-20 Fuji Electric Co Ltd 燃料電池発電装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102544549A (zh) * 2010-12-14 2012-07-04 中国科学院大连化学物理研究所 一种基于燃料电池的热电联供系统

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