CN100573988C - 燃料电池单元系统 - Google Patents

Abstract

揭示了一种设置在多住宅能量供应系统中的燃料电池单元系统，其中多住宅能量供应系统包括提供给各个住宅的多个燃料电池单元系统，以及供应氢至多个燃料电池单元系统的一个公用重整单元，该燃料电池单元系统包括：堆单元；空气供应单元；整体式热交换单元；热水供应单元；辅助热供应单元；以及电输出单元。

Description

燃料电池单元系统

技术领域

本发明涉及一种多住宅能量供应系统，这种多住宅能量供应系统具有安装在各住宅中的燃料电池单元系统以及用于给燃料电池单元系统供应氢的的一个公用重整单元，更具体地，涉及一种燃料电池单元系统，这种燃料电池单元系统在每个住宅中的占用空间可最小化，并且在所有季节中均能稳定地向每个住宅供应电能和热能。

背景技术

近来，普遍将燃油用作能源。然而，燃油可导致环境污染。随着工业的发展以及汽车数量的爆炸性增长，油价迅速攀升，并且燃油储藏量正在耗尽。为此，需要进行有关于能够替代燃油的新能源的研究。相应于对新能源的研究，开发出了燃料电池。

燃料电池是一种能将化学能直接转换成电能的能量转换装置。随着持续地将含有氢的燃料和含有氧的空气提供给燃料电池，所供应的氢与氧之间产生电化学反应，然后能量差被直接转换成电能。因此，燃料电池通过所供应的燃料和氧持续地产生电能，并且还产生反应热和水作为副产品。

可提供各种燃料电池，例如磷酸燃料电池、碱性燃料电池、质子交换膜燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、直接甲醇燃料电池，等等。

燃料电池可分为：住宅燃料电池，供应电力至住宅；车辆燃料电池，用于电动车辆；以及小型燃料电池，用于移动终端或笔记本电脑。

特别地，为了向家用电器和照明设备稳定地供应电能，开发了住宅燃料电池。如果将使用住宅燃料电池的住宅燃料电池系统安装在住宅或餐馆中，就能够以发电厂所产生的外部电能以及燃料电池所产生的电能来稳定地供应住宅或餐馆。

如果有四个季节，如同在韩国，那么冬季需要大量电能用于加热房间，而夏季则需要大量电能用于冷却房间。特别地，如果使用燃气，例如LNG来加热房间，那么在冬季就要大量消耗燃气能量用于加热房间，而在夏季则因空调和冰箱的使用而加大了电能消耗。因此，在夏季会发生电能供应短缺，而在冬季则会因燃气能量的过度使用而导致燃气价格上涨。因此，解决关于电能供应短缺和燃气价格上涨的问题很重要。

并且，必须将住宅燃料电池系统的尺寸最小化。如果住宅燃料电池系统的尺寸大，那么每个住宅的居住空间会由于住宅燃料电池系统的占用空间大而相对减少，因此令住宅成员感觉不适。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种燃料电池单元系统，能高效率地给每个住宅供应电能和热能，并能在夏季和冬季对每个住宅实现稳定的能量供应。

本发明的另一目的是提供一种燃料电池单元系统，具有小尺寸从而增加每个住宅的居住空间。

本发明的另一目的是提供一种燃料电池单元系统，能通过将热量传送给穿过住宅中每个房间的所有部分的地板、墙壁或天花板的加热管道来加热房间。

本发明的另一目的是提供一种燃料电池单元系统，能重新利用辅助热供应单元在催化反应之后排放的高温废气。

本发明的另一目的是提供一种燃料电池单元系统，能将堆单元在发电之后排放的剩余氢再供应和再循环至堆单元。

本发明的另一目的是提供一种燃料电池单元系统，其中可冷却堆单元而不需大量热交换器，同时提高供应至堆单元的燃料极的氢的温度，提高供应至堆单元的空气极的空气的温度，并加热储存在热水储槽中的热水。

为了获得根据本发明目的的这些和其它优点，如在此具体实施并广泛描述的，提供一种设置在多住宅能量供应系统中的燃料电池单元系统，其中所述多住宅能量供应系统包括为各个住宅设置的多个所述燃料电池单元系统以及用以将氢供应至多个燃料电池单元系统的一个公用重整单元，上述燃料电池单元系统包括：堆单元，通过所供应的空气与所述公用重整单元所供应的氢之间的电化学反应产生电力；空气供应单元，供应空气至所述堆单元；整体式热交换单元，通过从所述堆单元回收热量来冷却该堆单元，并储存回收的热量；热水供应单元，接收储存在所述整体式热交换单元中的热量，并提供热量和热水；辅助热供应单元，通过接收所述空气供应单元所供应的空气以及从所述公用重整单元直接供应的氢或从所述堆单元在电化学反应之后排放的氢，来产生热量，并选择性地将所产生的热量供应至所述热水供应单元；以及电输出单元，将所述堆单元产生的电力转换成市电，并将所产生的市电供应至各个住宅。

上述燃料电池单元系统无需单独的重整器来提供氢，因此能减小燃料电池单元系统的尺寸，也就是说，减少了对于燃料电池单元系统的安装空间的限制。并且，燃料电池单元系统设置有辅助热供应单元。因此，在夏季和冬季电能和热能均稳定地供应至多个住宅，从而提高了可靠性。此外，因为减少了用于产生电能的燃油量，所以能够防止环境污染。

此时，所述空气供应单元包括：第一空气供应单元，包括用以供应空气至所述辅助热供应单元的风扇；以及第二空气供应单元，包括用以供应空气至所述堆单元的风扇以及用以对所供应的空气进行加湿的加湿器。

优选地，所述整体式热交换单元利用所储存的热量来提高供应至所述堆单元的空气和氢的温度。所述整体式热交换单元包括：热交换模块体，储存冷却水；以及辅助加热器，设置在所述热交换模块体的内部，其中该热交换模块体的内部设置有：第二热水管道，通过所述电输出单元的内部，从所述热水储槽的一部分连接至该热水储槽的另一部分；第一管道，将所述公用重整单元与所述堆单元连接；以及空气供应管道，将所述空气供应单元与所述堆单元连接，用以供应空气；其中第二热水管道、第一管道以及所述空气供应管道穿过所述热交换模块体的内部。优选地，在所述冷却水管道中设置有离子过滤器。通过所述整体式热交换单元，可冷却所述堆单元而无需大量热交换器，同时提高供应至所述堆单元的燃料极的氢的温度，提高供应至所述堆单元的空气极的空气的温度，并加热储存在热水储槽中的热水。

并且，所述热水供应单元包括热水储槽，储存热水；第一热水管道，通过所述辅助热供应单元的内部，从所述热水储槽的一部分连接至该热水储槽的另一部分；第一热水泵，设置在第一热水管道中，并循环热水；第二热水管道，通过所述电输出单元的内部以及所述整体式热交换单元的内部，从所述热水储槽的一部分连接至该热水储槽的另一部分；第二热水泵，设置在第二热水管道中，并循环热水；以及热交换器，将在第一热水管道中流动的热水的热量传送给在穿过房间的所有各部分地板或墙壁的加热管道内流动的热水，以加热房间。通过所述热水供应管道，储存在热水储槽中的热水的热量传递给在穿过房间(R)的所有各部分地板、墙壁或天花板的加热管道中流动的热水，从而高效率地加热房间。

并且，燃料电池单元系统还包括加热单元，利用从所述辅助热供应单元排放的高温废气，提高从所述公用重整单元供应至所述辅助热供应单元的氢的温度，并且提高从所述空气供应单元供应至所述辅助热供应单元的空气的温度，其中所述加热单元包括加热体；废气流入管道，设置为用于使得从所述辅助热供应单元排放的废气流入所述加热体的内部；废气排放管道，设置为用于将所述加热体内部的废气排放出去；催化空气管道，设置为穿过所述加热体的内部，用以将所述空气供应单元所提供的空气供应至所述辅助热供应单元；以及催化燃料管道，设置为穿过所述加热体的内部，用以将所述公用重整单元所供应的氢供应至所述辅助热供应单元。通过所述加热单元，从辅助热供应单元在催化反应之后排放的高温废气能够重新利用。

并且，燃料电池单元系统还包括再循环单元，将电化学反应之后排放的剩余氢再供应至所述堆单元，其中所述再循环单元包括除湿器，从所述堆单元所排放的氢中除去水分；风扇，将没有水分的氢送到所述堆单元；循环管道，包括：第一管道，将所述公用重整单元与所述堆单元连接；第二管道，将所述堆单元与所述除湿器连接；第三管道，将所述除湿器与所述风扇连接；以及第四管道，将所述风扇与第一管道连接；三向阀，设置在第四管道中，用以选择性地将所述堆单元所排放的氢供应至所述堆单元或所述辅助热供应单元；以及第五管道，将所述三向阀与所述辅助热供应单元连接。优选地，风扇的转数预先设定为最大旋转数，以供应在所述堆单元中产生最大电量所需的氢。通过所述再循环单元，发电之后的剩余氢可再供应至所述堆单元并在堆单元中再循环，由此提高了燃料利用效率。

根据以下对本发明的详细描述并结合附图，本发明上述及其它的目的、特征、方案以及优点将会变得显而易见。

附图说明

附图包括在说明书中，提供对本发明的进一步理解，并入并组成说明书的一部分，示出本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

附图中：

图1示出本发明的多住宅能量供应系统，包括为各个住宅设置的燃料电池单元系统，以及一个公共的用于向燃料电池单元系统供应氢的公用重整单元。

图2示出图1所示的任一个燃料电池单元系统的详细结构。

图3示出设置在分配管上的辅助分配单元，该分配管用以将图2中的燃料电池单元系统与分配单元连接。

图4示出设置在冷却水管道上的离子过滤器，该冷却水管道用以将图2中的堆单元与整体式热交换单元连接。

图5示出辅助加热器，该辅助加热器设置在图2所示整体式热交换单元的热交换模块体中。

具体实施方式

下面详细说明本发明的优选实施例，其实例在附图中示出。

图1示出本发明的多住宅能量供应系统，包括为各个住宅设置的燃料电池单元系统，以及一个公共的用于向燃料电池单元系统供应氢的公用重整单元。图2示出图1所示的任一个燃料电池单元系统的详细结构。图3示出设置在分配管上的辅助分配单元，该分配管用以将图2中的燃料电池单元系统与分配单元连接。图4示出设置在冷却水管道上的离子过滤器，该冷却水管道用以将图2中的堆单元与整体式热交换单元连接。图5示出辅助加热器，该辅助加热器设置在图2所示整体式热交换单元的热交换模块体中。

参照图1和图2，多住宅能量供应系统包括：公用重整单元10，利用通过燃气供应管11供应的燃气来产生氢；燃料电池单元系统40，设置在各个住宅(H)中；以及分配单元20，通过各个分配管21，将公用重整单元10中产生的氢供应给燃料电池单元系统40。

首先，燃料由燃气供应管11供应至公用重整单元10，随后燃料通过脱硫→重整反应→氢提纯的一系列处理而被提纯。此时，燃料使用的是烃基材料(CH基材料)，例如LNG、LPG、CH3PH，等等。优选地，出于空间限制的原因，公用重整单元10安装在公寓楼的地下室中。

然后，在公用重整单元10与分配单元20之间设置氢供应管12。因此，公用重整单元10中产生的氢通过氢供应管12而供应至分配单元20。多个分配管21设置在分配单元20与辅助分配单元30之间，以将氢供应给各个住宅。

此时，分配单元20将氢在高压状态下供应给各个住宅(H)使用的燃料电池单元系统40，从而防止氢在供应至高层住宅(H)的过程中压力下降。因为氢是在高压状态下供应的，无需给分配管21设置附加的燃料泵。

同时，因为一个公用重整单元10公共地为多个燃料电池单元系统40产生氢，所以与各燃料电池单元系统40单独地产生氢的情况相比，能提高大量产生氢的效率。并且，不必为每个燃料电池单元系统40提供附加的重整器。因此，减小了燃料电池单元系统40的尺寸，从而减少了对燃料电池单元系统40的安装空间的限制。

并且，燃料电池单元系统40被提供给公寓楼中的每个住宅，而由一个重整单元10产生的氢被公共地供应至每个燃料电池单元系统40。因此，除非公寓楼的所有住宅都不用电，否则公寓楼总在用电。因此，负载总是作用在燃料电池单元系统上，整个能量供应系统极少停止，由此提高了能量供应系统的效率。也就是说，减少了能量供应系统停止和重新运转的次数，从而提高了整个能量供应系统的效率。

参照图3，可对将燃料电池单元系统40与分配单元20连接的分配管21附加地设置辅助分配单元30，由此将氢保持为恒压，并供应给燃料电池单元系统40。

通过辅助分配单元30，将保持为恒压的氢供应至燃料电池单元系统40中的堆单元300或辅助热供应单元400。

为此，在辅助分配单元30中，依次在分配管21上设置调节器31、控制阀32和压力测量器33。

参照图2，燃料电池单元系统40包括：空气供应单元100，供应空气至堆单元300；热水供应单元200，接收储存在整体式热交换单元500中的热量，并供应用于加热的热水；堆单元300，通过从公用重整单元10供应的氢与从空气供应单元100供应的空气之间的电化学反应产生电力；再循环单元350，将电化学反应之后排放的剩余氢再供应至堆单元300；辅助热供应单元400，通过从空气供应单元100供应的空气与从公用重整单元10直接供应的氢、或从堆单元300在电化学反应之后排放的氢之间的催化反应，来产生热量，并选择性地将所产生的热量供应至热水供应单元200；加热单元450，加热从公用重整单元10供应至辅助热供应单元400的氢，以及从空气供应单元100供应至辅助热供应单元400的空气；整体式热交换单元500，通过从堆单元300回收热量来冷却堆单元300、储存回收的热量，并利用回收的热量来加热供应至堆单元300的氢和空气；以及电输出单元600，将堆单元300中产生的电力转换成市电，并将市电供应家用。

空气供应单元100包括：第一空气供应单元110，包括风扇111，用以将空气供应至辅助热供应单元400；第二空气供应单元120，包括用以将空气供应至堆单元300的风扇121以及用以对所供应的空气进行加湿的加湿器123。

热水供应单元200包括：热水储槽210；第一热水管道211，从热水储槽210的一部分出发，穿过辅助热供应单元400的内部，连接到热水储槽210的另一部分；第一热水泵213，设置在第一热水管道211上，用以循环热水；第二热水管道215，从热水储槽210的一部分出发，穿过电输出单元600的内部和整体式热交换单元500的内部，连接到热水储槽210的另一部分；以及第二热水泵217，设置在第二热水管道215上，用以循环热水。热水储槽210与用于供应自来水的水管道231连接。并且，热水储槽210设置有热水管道232，储存在热水储槽210中的热水通过热水管道232供应给用户。因为当用户打开设置在热水管道232上的阀233时，储存在热水储槽210中的热水即平稳流出，所以无需在热水管道232中设置附加的泵。同时，在热水储槽210下方设置有散热器234，用以防止储存在热水储槽210中的热水的温度在夏季过度升高。

热水供应单元200：通过第一热水管道211，将辅助热供应单元400的热量传送给储存在热水储槽210中的热水；通过第二热水管道215冷却电输出单元600；并将电输出单元600的热量传送给储存在热水储槽210中的热水。

并且，热水供应单元200利用流过第一热水管道211的热水的热量来加热房间(R)。为此，热水供应单元200包括加热管道219，以及热交换器220，其中，加热管道219穿过房间(R)的所有各部分地板、天花板以及墙壁，而第一热水管道211穿过热交换器220。在第一热水管道211中流动的热水的热量被传送给在加热管道219中流动的热水。加热管道219设置有附加的热水泵222，该热水泵使得热水的热量通过房间(R)的地板、天花板和墙壁而循环。

堆单元300包括：被供以氢的燃料极310；以及被供以空气的空气极320。也就是说，在公用重整单元10中产生的氢通过氢供应管12、分配单元20、分配管21、辅助分配单元30以及第一管道355而被供应至燃料极310。并且，从空气供应单元100的第二空气供应单元120提供的空气通过加湿器123和空气供应管道125而被供应至空气极320。

因此，电能是通过供应至燃料极310的氢与供应至空气极320的空气之间的电化学反应产生的。通常，燃料极31和空气极320是通过堆(未示出)来实施的，其中，堆设置有多个堆单元，每个堆包括两个双极板以及一个设置在这两个双极板之间的MEA。

辅助热供应单元400从堆单元300排放的剩余氢中除去杂质。同时，如果迫切需要用于加热的热量和热水，就通过以催化剂使公用重整单元10直接供应的氢与第一空气供应单元110供应的空气进行反应，从而产生热量。详细地说，当需要在短时间内加热储存在热水储槽210中的水时，也就是需要迅速供应热水时，公用重整单元10中的氢被直接供应至辅助热供应单元400。然后，所供应的氢与第一空气供应单元110所供应的空气通过催化剂而反应，由此产生反应热。因此，流过第一热水管道211的热水被反应热加热，由此而迅速加热储存在热水储槽210中的水。辅助热供应单元400可设置有能够产生热量而不使用催化剂的其它加热源，例如电燃烧器或燃气燃烧器。

在使用大量热能而使用少量电能的冬季，充足的热能被传送至储存在热水供应单元200中的热水，并随后通过运行辅助热供应单元400而被供应至每个住宅。同时，在使用少量热能而使用大量电能的夏季，辅助热供应单元400的运行停止，因此氢被供应至堆单元300而非辅助热供应单元400，也就是说，堆单元300的发电量增加，由此将充足的电能供应至每个住宅。

最后，能够高效率地将电能和热能供应至多个住宅。特别是，在夏季和冬季将电能和热能均稳定地供应至多个住宅，从而提高可靠性。此外，因用于产生电能的燃油量减少而能够防止环境污染。

加热单元450包括：加热体451；废气流入管道452，设置为用于使得从辅助热供应单元400排放的废气流入加热体451的内部；废气排放管道455，设置为用于排放提供到加热体451内部的废气；催化空气管道455，设置为穿过加热体451的内部，用于将空气供应单元100所提供的空气供应给辅助热供应单元400；以及催化燃料管道457，设置为穿过加热体451的内部，用于将公用重整单元10所供应的氢供应至辅助热供应单元400。由于加热单元450，在催化反应后排放的高温废气能够重新用于将供应至辅助热供应单元400的氢和空气升温。

再循环单元350包括：除湿器351，从堆单元300所排放的氢中除去水分；风扇353，将没有水分的氢送到堆单元300；以及循环管道，包括将公用重整单元10与堆单元300连接的第一管道355、将堆单元300与除湿器351连接的第二管道357、将除湿器351与风扇353连接的第三管道359以及将风扇353与第一管道355连接的第四管道361。并且，再循环单元350设置在第四管道361上，其中再循环单元350包括三向阀363，三向阀363选择性地将堆单元300所排放的氢供应至堆单元300或辅助热供应单元400；并且第五管道365将三向阀363与辅助热供应单元400连接。

风扇353的转数预先设定为最大旋转数，以供应在堆单元300中产生最大电量所需的氢。

详细地说，在预先设定与堆单元300所产生的最大电量对应的供氢量之后，设定风扇353与该供氢量对应的最大旋转数。与堆单元300中实际产生的电量无关，风扇353的设定最大旋转数是固定的。也就是说，即使风扇353的转数因在堆单元300中实际产生的电量小而可减少，风扇353也是根据最大旋转数旋转。

如果堆单元300通过根据最大旋转数旋转的风扇353而过度地产生氢，从堆单元300排放的氢就通过循环管道355、357、359、361而被再供应至堆单元300，从而防止浪费氢。

如果根据最大旋转数旋转风扇353，则再循环的氢与供应至堆单元130的氢良好地混合。

并且，无需设置附加的控制器来控制风扇353的转数。因为风扇353的转数被设定为最大旋转数，除湿器351内部的水分被迅速排放，从而提高了堆单元300中的发电效率。

整体式热交换单元500包括：热交换模块体510，储存去离子水；以及辅助加热器520，设置在热交换模块体510的内部。

热交换模块体510的内部包括：第二热水管道215，穿过电输出单元600的内部，从热水储槽210的一部分连接到热水储槽210的另一部分；第一管道355，将公用重整单元10与堆单元300连接，用以供应氢；以及空气供应管道125，将空气供应单元100与堆单元300连接，用以供应空气。并且，热交换模块体510与冷却水管道330连接，冷却水管道330使得冷却水穿过堆单元300的内部从而冷却堆单元300。冷却水管道300设置有循环冷却水的冷却水泵354。

参照图4，冷却水管道330可设置有至少一个离子过滤器530，用以保持冷却水的低导电率。

参照图5，可将至少一个辅助加热器520设置在热交换模块体510的内部，以供应对在堆单元300初始运行时，需要迅速加热冷却水以提高堆单元300的温度的情况。

如果堆单元300的温度升高适度，就停止辅助加热器520，因为并不要求堆单元300依靠外部热量来加热。

通过整体式热交换单元500，可冷却堆单元300而不需要大量热交换器，同时提高供应至堆单元300的燃料极310的氢的温度，提高供应至堆单元300的空气极320的空气的温度，并加热储存在热水储槽210中的热水。

电输出单元600将堆单元300中产生的电力转换成市电，随后将此市电供应至设置在每个住宅中的照明设备、电视、冰箱以及空调。并且，电输出单元600可与外部供电线(未示出)连接，以将发电厂所供应的外部电力供应至每个住宅。也就是说，如果设置在每个住宅中的燃料电池单元系统40的电力不稳定，则将发电厂提供的外部电力供应至每个住宅，从而实现对每个住宅的稳定电力供应。

如上所述，燃料电池单元系统40没有各自的重整器。也就是说，燃料电池单元系统40被设置在公寓楼(图1中的B)的每个住宅中，并且在公寓楼的地下室内设置一个公用重整单元10，用于给公寓楼中的每个住宅供应氢，所以能使得设置在每个住宅中的燃料电池单元系统的占用空间最小化。因此，每个住宅的居住空间相对地增加，并且燃料电池单元系统是自由地安装在每个住宅中的，不必考虑位置的限制。

以下将说明设置有上述燃料电池单元系统的燃料电池系统的运行。

参照图1，诸如液化天然气(LNG)的燃料通过燃气供应管11供应至公用重整单元10。因为氢是在公用重整单元10中产生的，所产生的氢通过氢供应管12供应至分配单元20。分配单元20通过分配管21，将氢分配至设置在每个住宅(H)中的辅助分配单元30。辅助分配单元30通过第一管道355(图2)，将恒压状态下的氢供应至燃料电池单元系统40的堆单元30。

参照图2，氢供应至堆单元300的燃料极310，而第二空气供应单元120通过加湿器123和空气供应管道125而将空气供应至堆单元300的空气极320。然后，供应至燃料极310的氢与供应至空气极320的空气之间发生电化学反应，从而产生电能、热能和水。

堆单元300中产生的电力被供应至设置在每个住宅中的照明装置、电视、冰箱以及空调。

一旦在堆单元300中产生的电力不稳定，由发电厂提供的外部电力就通过外部供电线620供应至每个住宅，从而实现对每个住宅的稳定电力供应。

整体式热交换单元500冷却堆单元300，并用堆单元300所传送的热量来加热冷却水。也就是说，在堆单元300中产生的热能传递至在冷却水管道330中流动的冷却水，由此加热冷却水。

并且，将氢供应至堆单元的燃料极310的第一管道355穿过整体式热交换单元500的内部，由此提高了供应至燃料极310的氢的温度。

并且，将空气供应至堆单元300的空气极320的空气供应管道125穿过整体式热交换单元500的内部，由此提高了供应至空气极320的空气的温度。

并且，热水供应单元200的第二热水管道215穿过整体式热交换单元500的内部，由此加热了储存在热水储槽210中的热水。

所加热的储存在热水储槽210中的热水按需要通过热水管道232供应至住宅。并且，可由第一热水管道211、热交换器220以及加热管道219来加热房间(R)。此时，所用热水的温度可通过混合从外部供应的自来水来控制，并且加热房间(R)的温度可通过控制器(未示出)来控制。

同时，当需要在短时间内加热储存在热水储槽210中的水、亦即迅速供应热水时，公用重整单元10的氢即通过催化燃料管道457而直接供应至辅助热供应单元400。

因此，通过所供应的氢与第一空气供应单元110所供应的空气之间的催化反应产生了热能。然后，通过产生的热能加热在第一热水管道211中流动的热水，由此就在短时间内加热了储存在热水储槽210中的水。

如上所述，根据本发明的燃料电池单元系统具有以下优点。

第一，燃料电池单元系统安装在公寓楼的每个住宅中，而一个用于将氢供应至公寓楼的每个住宅的公用重整单元10设置在公寓楼的地下室中，所以能够将每个住宅中设置的燃料电池单元系统的占用空间最小化。因此，每个住宅的居住空间相对增加，并且燃料电池单元系统是自由安装在每个住宅中的，无需考虑位置的限制。并且，整个系统能够方便地应用于公寓楼。

第二，燃料电池单元系统安装在公寓楼的每个住宅中，而氢通过一个公用重整单元供应至公寓楼的每个住宅。除非公寓楼的所有住宅都不用电，否则公寓楼中总在用电。因此，因为负载总是作用在燃料电池单元系统上，整个能量供应系统极少停止，由此提高了能量供应系统的效率。也就是说，减少了能量供应系统发电停止和重新运转的次数，从而提高了整个能量供应系统的效率。

第三，燃料电池单元系统设置有热水供应单元，由此辅助热供应单元的热量通过第一热水管道传送给储存在热水储槽中的热水，并且电输出单元的热量通过第二热水管道传送给储存在热水储槽中的热水。因此，储存在热水中的热量传递给在穿过房间(R)的所有部分的地板、天花板以及墙壁的加热管道中流动的热水，由此高效率地加热房间。

第四，燃料电池单元系统设置有辅助热供应单元。在使用大量热能而使用少量电能的冬季，运行辅助热供应单元，以传送充足的热能至储存在热水储槽中的热水，由此以充足的热能供应每个住宅。同时，在使用少量热能而使用大量电能的夏季，停止辅助热供应单元的运行，因此氢供应至堆单元而非辅助热供应单元，也就是说，堆单元中的发电量增加，由此向每个住宅供应充足的电能。最后，可高效率地将电能和热能供应至多个住宅。特别是，在夏季和冬季电能和热能均能稳定地供应至多个住宅，从而提高了可靠性。此外，由于用来产生电能的燃油量减少而能防止环境污染。

第五，燃料电池单元系统设置有加热单元，由此能够重新利用在催化反应之后排放的高温废气来提高供应至辅助热供应单元的氢和空气的温度。

第六，燃料电池单元系统设置有再循环系统，由此发电之后从堆单元排放的废气被再供应至堆单元，并在其内再循环，由此能提高燃料的利用效率。

并且，因为再循环单元的风扇预先设定为最大旋转数，所以无需设置附加的控制器来改变风扇的转数，从而简化了结构，并减少了成本。

并且，因为再循环单元的风扇预先设定为最大旋转数，所以除湿器351内部的水分被迅速排放，从而提高了堆单元中的发电效率。

第七，因为燃料电池单元系统设置有整体式热交换单元，所以可冷却堆单元而不需大量热交换器，同时提高供应至堆单元的燃料极的氢的温度，提高供应至堆单元的空气极的空气的温度，并加热储存在热水储槽中的热水。

由于本发明可具体实施为多种形式而不背离其精神或本质特征，所以应当理解，除非另有规定，上述实施例并不受限于前述说明的任何细节，而应在随附权利要求书限定的精神和范围内宽泛地解释，因此，落入权利要求书的界限及其等效范围内的所有变化和改型都应为随附权利要求书所涵盖。

Claims (9)

1.一种燃料电池单元系统，设置在多住宅能量供应系统中，其中所述多住宅能量供应系统包括为各个住宅设置的多个燃料电池单元系统以及一个用以将氢供应至多个燃料电池单元系统的公用重整单元，所述燃料电池单元系统包括：

堆单元，通过所供应的空气与所述公用重整单元所供应的氢之间的电化学反应产生电力；

空气供应单元，供应空气至所述堆单元；

整体式热交换单元，通过从所述堆单元回收热量来冷却所述堆单元，并储存所回收的热量；

热水供应单元，接收储存在所述整体式热交换单元中的热量，并提供热量和热水；

辅助热供应单元，通过接收所述空气供应单元所供应的空气以及所述公用重整单元直接供应的氢或所述堆单元在电化学反应之后排放的氢，来产生热量，并选择性地将所产生的热量供应至所述热水供应单元；以及

电输出单元，将所述堆单元中产生的电力转换成市电，并将所产生的市电供应至各个住宅，

其中，所述空气供应单元包括：

第一空气供应单元，包括用以供应空气至所述辅助热供应单元的风扇；以及

第二空气供应单元，包括用以供应空气至所述堆单元的风扇以及用以对所供应的空气进行加湿的加湿器；

其中，所述整体式热交换单元利用所储存的热量来提高供应至所述堆单元的空气和氢的温度。

2.根据权利要求1所述的燃料电池单元系统，其中，所述整体式热交换单元包括：

热交换模块体，与冷却水管道连接，所述冷却水管道使得冷却水穿过所述堆单元的内部以冷却所述堆单元，所述热交换模块体内部设置有：第二热水管道，从所述热水供应单元的热水储槽的一部分出发，穿过所述电输出单元的内部，连接至所述热水储槽的另一部分；第一管道，将所述公用重整单元与所述堆单元连接，用以供应氢；以及空气供应管道，将所述空气供应单元与所述堆单元连接，用以供应空气；其中所述第二热水管道、所述第一管道和所述空气供应管道穿过所述热交换模块体的内部；以及

辅助加热器，设置在所述热交换模块体的内部。

3.根据权利要求2所述的燃料电池单元系统，其中，在所述冷却水管道中设置有离子过滤器。

4.根据权利要求1所述的燃料电池单元系统，其中，所述热水供应单元包括：

热水储槽，储存热水；

第一热水管道，从所述热水储槽的一部分出发，穿过所述辅助热供应单元的内部，连接至所述热水储槽的另一部分；

第一热水泵，设置在所述第一热水管道中，并循环热水；

第二热水管道，从所述热水储槽的一部分出发，穿过所述电输出单元的内部以及所述整体式热交换单元的内部，连接至所述热水储槽的另一部分；以及

第二热水泵，设置在所述第二热水管道中，并循环热水。

5.根据权利要求4所述的燃料电池单元系统，其中，所述热水供应单元还包括热交换器，所述热交换器将在所述第一热水管道中流动的热水的热量传送给在穿过房间的所有部分的地板或墙壁的加热管道内流动的热水，从而加热所述房间。

6.根据权利要求1所述的燃料电池单元系统，所述燃料电池单元系统还包括加热单元，所述加热单元利用从所述辅助热供应单元排放的高温废气，提高从所述公用重整单元供应至所述辅助热供应单元的氢的温度，并且提高从所述空气供应单元供应至所述辅助热供应单元的空气的温度；

其中所述加热单元包括：

加热体；

废气流入管道，设置为用于使得从所述辅助热供应单元排放的废气流入所述加热体的内部；

废气排放管道，设置为用于将所述加热体内部的废气排放出去；

催化空气管道，设置为穿过所述加热体的内部，用以将所述空气供应单元所提供的空气供应至所述辅助热供应单元；以及

催化燃料管道，设置为穿过所述加热体的内部，用以将所述公用重整单元所供应的氢供应至所述辅助热供应单元。

7.根据权利要求1所述的燃料电池单元系统，所述燃料电池单元系统还包括再循环单元，所述再循环单元将电化学反应之后排放的剩余氢再供应至所述堆单元；

其中所述再循环单元包括：

除湿器，从所述堆单元所排放的氢中除去水分；

风扇，将没有水分的氢送到所述堆单元；以及

循环管道，包括：第一管道，将所述公用重整单元与所述堆单元连接；第二管道，将所述堆单元与所述除湿器连接；第三管道，将所述除湿器与所述风扇连接；以及第四管道，将所述风扇与所述第一管道连接。

8.根据权利要求7所述的燃料电池单元系统，其中，所述再循环单元还包括：

三向阀，设置在第四管道中，用以选择性地将所述堆单元所排放的氢供应至所述堆单元或所述辅助热供应单元；以及

第五管道，将所述三向阀与所述辅助热供应单元连接。

9.根据权利要求7或8所述的燃料电池单元系统，其中，所述风扇的转数预先设定为最大旋转数，以供应在所述堆单元中产生最大电量所需的氢。

Images