CN104567100A - 一种质子膜燃料电池驱动的冷热电及热水联供系统 - Google Patents

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Abstract

本发明所述的一种质子膜燃料电池驱动的冷热电及热水联供系统，包括通过管路相连通的燃料电池，第一水泵、辅助加热装置、第二水泵、第三水泵、储存换热装置、吸收式冷热水机组、风机盘管和空调末端设备。本发明主要利用燃料电池余热，且引入太阳能可再生能源，解决民用建筑发电、冬季采暖、夏季制冷及建筑日常用水的问题。通过天然气燃料电池余热结合太阳能热水系统产生高温热水，不仅可以启动吸收式冷热水机组用于空调制冷和供暖，而且从吸收式冷热水机组流出后的热水经换热器处理后的可供人们日常生活使用，实现了能源的梯级利用，提高了石化燃料的利用率。

Description

一种质子膜燃料电池驱动的冷热电及热水联供系统
技术领域
本发明涉及节能装置技术领域，具体是一种质子膜燃料电池驱动的冷热电及热水联供系统。
背景技术
传统的煤、石油、天然气等一次能源储量有限，这些化石燃料以燃烧的方式被直接利用，不但效率有限，而且不可避免地会产生大量的污染物。燃料电池能够将燃料和氧气直接进行催化重整转化为电能，不受卡诺循环效率的限制，清洁高效，是能够较好的解决化石燃料发电效率与污染这一矛盾的新型发电方式。固体氧化物燃料电池的反应温度较高，存在很大的余热利用空间。冷热电联系统是实现能源梯级利用的高效能源利用形式，冷热电联供系统能够将制冷、供热、发电有机地结合到一起，以实现能源梯级利用，提高能源的综合利用效率。
如授权公告号为CN 102088099 B的中国发明专利公开了一种固体氧化物燃料电池驱动的冷热电联供循环系统，其经过加压加热的燃料和升压加热后的水混合后，与升压加热后的空气在固体氧化物燃料电池内反应发电后，其过量的氧气与未反应的燃料进一步反应后，通过透平做功驱动发电机发电后，其排气通过预热空气、水和燃料用以制冷供热。上述没有将天然气燃料电池余热充分利用，造成能源的浪费。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够充分利用燃料电池余热，以满足用户对供热、供冷及发电的不同需求的质子膜燃料电池驱动的冷热电及热水联供系统。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种质子膜燃料电池驱动的冷热电及热水联供系统，包括用于向用电设备和照明系统供电的燃料电池，第一水泵、辅助加热装置、第二水泵、第三水泵、储存换热装置、吸收式冷热水机组、风机盘管和空调末端设备，所述燃料电池的出水端经第一水泵与辅助加热装置的进水端相连，辅助加热装置的出水端经第二水泵与吸收式冷热水机组的热水侧进水端相连，吸收式冷热水机组的热水侧出水端与储存换热装置的进水口相连，所述吸收式冷热水机组的空调侧出水端经第三水泵分别与风机盘管和空调末端设备的进水端相连，吸收式冷热水机组的空调侧进水端分别与风机盘管、空调末端设备的出水端相连。
所述辅助加热装置由热水箱和设置在热水箱内部的加热器组成，该热水箱具有进水口、出水口和回水口，所述热水箱的进水口与第一水泵出口相连，热水箱的出水口与第二水泵的进口相连，热水箱的回水口通过管路与吸收式冷热水机组和储存换热装置之间的管路相连通。
所述储存换热装置由储水箱和设置在储水箱内部的换热器组成，所述换热器的进水口与吸收式冷热水机组的热水侧出水端相连。
所述系统还包括用于向辅助加热装置供热的太阳能加热系统，所述太阳能加热系统包括与加热器相连的多个太阳能热水器，和连接在加热器的出水口与太阳能热水器进水口之间、用于实现热水循加热动力的第四水泵。
所述空调末端设备为新风机组或空调机组。
所述吸收式冷热水机组的空调侧进水端、空调侧出水端、热水侧进水端分别设有阀门；吸收式冷热水机组的热水侧出水端，热水箱的回水口，以及储存换热装置的进水口分别设有阀门和温度计。
本发明的有益效果是：本发明主要利用燃料电池余热，且引入太阳能可再生能源，解决民用建筑发电、冬季采暖、夏季制冷及建筑日常用水的问题。通过天然气燃料电池余热结合太阳能热水系统产生高温热水，不仅可以启动吸收式冷热水机组用于空调制冷和供暖，而且从吸收式冷热水机组流出后的热水经换热器处理后的可供人们日常生活使用，实现了能源的梯级利用，提高了石化燃料的利用率。本发明所述的联供系统总发电效果和整体热效率远高于一般的冷热电联供系统，可以创造巨大的经济效益和社会效益。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1所示，本实施例的质子膜燃料电池驱动的冷热电及热水联供系统，包括用于向用电设备15和照明系统16供电的燃料电池1，第一水泵2、辅助加热装置4、第二水泵5、第三水泵9、储存换热装置8、吸收式冷热水机组10、风机盘管11和空调末端设备12，燃料电池1的出水端经第一水泵2与辅助加热装置4的进水端相连，辅助加热装置4的出水端经第二水泵5与吸收式冷热水机组10的热水侧进水端相连，储存换热装置8由储水箱81和设置在储水箱81内部的换热器82组成，吸收式冷热水机组10的热水侧出水端与换热器82的进水口相连，吸收式冷热水机组10的空调侧出水端经第三水泵9分别与风机盘管11和空调末端设备12的进水端相连，吸收式冷热水机组10的空调侧进水端分别与风机盘管11、空调末端设备12的出水端相连。
进一步的，辅助加热装置4由热水箱41和设置在热水箱41内部的加热器42组成，该热水箱41具有进水口、出水口和回水口，热水箱41的进水口与第一水泵2的出口相连，第一水泵2的进口与燃料电池1的出口相连；热水箱41的出水口与第二水泵5的进口相连，热水箱41的回水口通过管路与吸收式冷热水机组10和储存换热装置8之间的管路相连通。
进一步的，储存换热装置8由储水箱81和设置在储水箱81内部的换热器82组成，换热器82的进水口与吸收式冷热水机组10的热水侧出水端相连。
进一步的，该系统还包括用于向辅助加热装置4供热的太阳能加热系统，太阳能加热系统包括与加热器42相连的多个太阳能热水器13，和连接在加热器42的出水口与太阳能热水器13进水口之间、用于实现热水循加热动力的第四水泵14。在实际应用中，太阳能集热器13的个数根据具体情况而设定，可为一个、两个或多个；太阳能集热器13产生热水进一步补充辅助加热装置4补充热量，当热水箱41内温度不高时，启动电辅助加热器42。吸收式冷热水机组10的启动是靠热水启动的，在启动后既可以制冷也可以制热，夏季热水箱41热水通过水泵5输送到吸收式冷热水机组10启动制冷工况，吸收式冷热水机组10产生冷冻水通过循环水泵9输送到风机盘管11，新风机组或空调机组12用于房间空调。冬季启动吸收冷水机组10的制热功能，产生热水通过循环水泵9将高温水箱4热水输送到风机盘管11，新风机组或空调机组12用于房间采暖。
进一步的，空调末端设备12为新风机组或空调机组。
进一步的，吸收式冷热水机组10的空调侧进水端、空调侧出水端、热水侧进水端分别设有阀门7；吸收式冷热水机组10的热水侧出水端，热水箱41的回水口，以及储存换热装置8的进水口分别设有阀门7和温度计6，以方便该系统温度的调节和查看。
冬季供暖时，天然气燃料电池1发电用于建筑照明16和设备用电15，燃料电池产生余热转化成热水，通过第一水泵2输送到高温水箱4，高温水箱4热水通过太阳能集热器13进一步加热，然后输送到吸收式冷热水机组10，吸收式冷热水机组10产生热水通过第三水泵9，输送到房间风机盘管11、新风机组或空调机组12用于供暖。经过吸收式冷热水机组10后的热水进一步输送到储水箱81中，并经过换热器82预热该储水箱81中的冷水。热水箱41的尾水流出到储水箱81后，一部分用于洗车、拖地，另一部分回到高温水箱。
夏季制冷空调时，天然气燃料电池1发电用于建筑照明16和设备用电15，燃料电池产生余热转化成热水，通过水泵2输送到热水箱41，热水箱41热水通过太阳能集热器13进一步加热，然后输送到吸收式冷热水机组10，吸收式冷热水机组10产生冷水通过第三水泵9，输送到房间风机盘管11、新风机组或空调机组12用于空调制冷。经过吸收式冷热水机组10后的热水进一步输送到储存换热装置8，用于预热水箱中的冷水。热水箱41的尾水流出到储水箱81后，一部分用于洗车、拖地，另一部分回到高温水箱。
本发明所述的质子膜燃料电池驱动的冷热电及热水联供系统，通过天然气燃料电池余热结合太阳能热水系统产生高温热水，不仅可以启动吸收式冷热水机组用于空调制冷和供暖，而且高温热水流出吸收式冷热水机组后用于预热生活热水箱中的冷水，实现了能源的梯级利用，提高了石化燃料的利用率。本发明系统的总发电效果和整体热效率远高于一般的冷热电联供系统，可以创造巨大的经济效益和社会效益。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种质子膜燃料电池驱动的冷热电及热水联供系统，其特征在于：包括用于向用电设备（15）和照明系统（16）供电的燃料电池（1），第一水泵（2）、辅助加热装置（4）、第二水泵（5）、第三水泵（9）、储存换热装置（8）、吸收式冷热水机组（10）、风机盘管（11）和空调末端设备（12），所述燃料电池（1）的出水端经第一水泵（2）与辅助加热装置（4）的进水端相连，辅助加热装置（4）的出水端经第二水泵（5）与吸收式冷热水机组（10）的热水侧进水端相连，吸收式冷热水机组（10）的热水侧出水端与储存换热装置（8）的进水口相连，所述吸收式冷热水机组（10）的空调侧出水端经第三水泵（9）分别与风机盘管（11）和空调末端设备（12）的进水端相连，吸收式冷热水机组（10）的空调侧进水端分别与风机盘管（11）、空调末端设备（12）的出水端相连。
2.根据权利要求1所述的一种质子膜燃料电池驱动的冷热电及热水联供系统，其特征在于:所述辅助加热装置（4）由热水箱（41）和设置在热水箱（41）内部的加热器（42）组成，该热水箱（41）具有进水口、出水口和回水口，所述热水箱（41）的进水口与第一水泵（2）出口相连，热水箱（41）的出水口与第二水泵（5）的进口相连，热水箱（41）的回水口通过管路与吸收式冷热水机组（10）和储存换热装置（8）之间的管路相连通。
3.根据权利要求1所述的一种质子膜燃料电池驱动的冷热电及热水联供系统，其特征在于: 所述储存换热装置（8）由储水箱（81）和设置在储水箱（81）内部的换热器（82）组成，所述换热器（82）的进水口与吸收式冷热水机组（10）的热水侧出水端相连。
4.根据权利要求2或3所述的一种质子膜燃料电池驱动的冷热电及热水联供系统，其特征在于:该系统还包括用于向辅助加热装置（4）供热的太阳能加热系统，所述太阳能加热系统包括与加热器（42）相连的多个太阳能热水器（13），和连接在加热器（42）的出水口与太阳能热水器（13）进水口之间、用于实现热水循加热动力的第四水泵（14）。
5.根据权利要求1所述的一种质子膜燃料电池驱动的冷热电及热水联供系统，其特征在于: 所述空调末端设备（12）为新风机组或空调机组。
6.根据权利要求2所述的一种质子膜燃料电池驱动的冷热电及热水联供系统，其特征在于:所述吸收式冷热水机组（10）的空调侧进水端、空调侧出水端、热水侧进水端分别设有阀门（7）；吸收式冷热水机组（10）的热水侧出水端，热水箱（41）的回水口，以及储存换热装置（8）的进水口分别设有阀门(7)和温度计(6)。
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