CN107288744A - 基于液态氢源和氢内燃机的热电联供装置及供电供热方法 - Google Patents

基于液态氢源和氢内燃机的热电联供装置及供电供热方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及氢能源技术领域，提供了一种基于液态氢源和氢内燃机一体化的智能热电联供装置。所述的基于液态氢源与氢内燃机一体化的热电联供装置，用于热电联供系统中，包括用于提供氢气的有机液态氢源装置、用于将氢能转换为电能的氢能转换装置，用于供应暖气的供热交换装置和用于管理电能的电源管理装置，以及温度管理装置；其中，氢能转换装置为氢内燃机发电装置。本发明的智能热电联供装置，是一种清洁环保、使用方便的热电联供系统，不仅解决了传统燃煤供热产生的污染问题，更重要的是提高了整个系统的能量转换效率。该热电联供装置的大规模商业应用，将会带来巨大的社会效益和经济效益。

Description

基于液态氢源和氢内燃机的热电联供装置及供电供热方法
技术领域
本发明涉及氢能源技术领域，特别涉及一种基于液态氢源和氢内燃机的智能热电联供装置及其供电供热方法。
背景技术
近年来清洁能源的使用受到越来越多的重视，特别是取代燃煤供热，减少大气污染的供热方法。另外一个急需解决的问题是大容量的储能方法。比如风电，太阳能电池及核电等大型发电厂的消峰填谷，都需要10-100兆瓦级的储能装置。目前锂电池等储能装置，由于成本高，储量小，且安全问题难以解决，不能满足大规模储能要求。
中国地质大学(武汉)可持续能源实验室研究团队，在程寒松教授的带领下，经长期的研究发现了一类有机液态共轭分子储氢材料，这类材料具有闪点高，熔点低、在高效催化剂作用下脱氢温度低、释放气体纯度高等特点，且可逆性强，循环寿命高，并且不产生一氧化碳等毒害燃料电池催化剂的气体。作为氢的载体，这类材料在常温下以液态方式存在，可以像汽油一样在常温常压下储存和运输。液体有机储氢具有清洁无污染的优点，同时可以大规模储能。这种有机材料的发现，为解决现有的清洁能源供热及大规模储能问题提供了基础。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种基于液态氢源和氢内燃机的智能热电联供装置及其供电供热方法，用有机液态储氢材料作为储能载体，以氢气作为燃料发电，同时为住宅小区、办公室或厂房供电供热，既解决大规模储能的难题，又满足环保无污染的要求。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
基于液态氢源和氢内燃机的热电联供装置，包括用于提供氢气的有机液态氢源装置，用于将氢能转换为电能的氢能转换装置，用于管理电能的电源管理装置，以及温度管理装置；
所述有机液态氢源装置包括用于储存有机液态氢源材料和有机液态储氢载体的储存设备，及用于产生氢气的脱氢装置；
所述氢能转换装置包括氢内燃机，以及由所述氢内燃机带动工作的发电机；
所述电源管理装置包括用于检测外部负载用电量的功率测量装置和用于控制发电功率的电能管理单元；
所述脱氢装置设有第一热交换单元，所述氢内燃机设有第二热交换单元，所述第一热交换单元与第二热交换单元通过第一管道传热设备连接；所述第二热交换单元还用于连接外部设备对外供热；
所述温度管理装置用于管理系统温度以及控制所述第一热交换单元、第二热交换单元及第一管道传热设备的运行。
优选的，所述发电机产生的电能通过所述电源管理装置对外部负载供电。
优选的，所述储存设备包括用于存放有机液态氢源材料的第一储存罐/储存室和用于存放有机液态储氢载体的第二储存罐/储存室，所述第一储存罐/储存室的输出口设置有用于输送有机液态氢源材料的泵。
优选的，所述脱氢装置包括用于有机液态氢源材料进行脱氢反应的脱氢反应器以及用于催化脱氢反应的脱氢催化剂。
进一步的，所述有机液态氢源装置还包括缓冲罐，所述缓冲罐用于储存所述脱氢装置产生的氢气，所述氢内燃机使用所述缓冲罐中的氢气作为燃料。
进一步的，所述电源管理装置根据外接负载的功率，通过设于所述氢内燃机进氢管道上的控制器控制发电功率。
进一步的，所述脱氢装置中进行脱氢反应的反应条件为温度120～280℃，气压0.1～0.4MPa。
进一步的，所述连接第一热交换单元和第二热交换单元的第一管道传热设备中的导热介质为高温导热介质。
进一步的，所述连接第一热交换单元和第二热交换单元的第一管道传热设备中的导热介质也可以为有机液态氢源材料，所述有机液态氢源材料从储存设备中进入第一管道传热设备，在第二热交换单元处吸收热量，并在第一热交换单元处放出热量，之后进入脱氢装置进行脱氢反应。
进一步的，还包括热交换装置，所述热交换装置设有第三热交换单元；所述第二热交换单元通过第二管道传热设备连接第三热交换单元，将热量传递到所述热交换装置，所述热交换装置连接外部设备对外供热；所述温度管理装置控制所述热交换装置的运行。
优选的，所述第二管道传热设备中的导热介质为高温导热介质。
进一步的，所述热交换装置连接外部设备对外供热的方式包括通过加热水作为导热介质对外供热或直接供应热水。
本发明还提供了一种使用上述的基于液态氢源和氢内燃机的热电联供装置供电供热的方法，包括如下步骤：储存设备中的有机液态氢源材料进入脱氢装置进行脱氢反应，得到氢气和有机液态储氢载体，所述氢气进入氢内燃机，所述氢内燃机驱动发电机发电，通过所述电源管理装置为外部负载供电，所述第二热交换单元连接外部设备对外供热。
本发明还提供了第二种使用上述的基于液态氢源和氢内燃机的热电联供装置供电供热的方法，包括如下步骤：储存设备中的有机液态氢源材料进入第一管道传热设备，在第二热交换单元处吸收热量后，通过第一热交换单元加热脱氢装置，之后进入脱氢装置进行脱氢反应，得到氢气和有机液态储氢载体，所述氢气进入氢内燃机，所述氢内燃机驱动发电机发电，通过所述电源管理装置为外部负载供电；所述第二热交换单元连接外部设备对外供热。
本发明还提供了第三种使用上述的基于液态氢源和氢内燃机的热电联供装置供电供热的方法，包括如下步骤：储存设备中的有机液态氢源材料进入脱氢装置进行脱氢反应，得到氢气和有机液态储氢载体，所述氢气进入氢内燃机，所述氢内燃机驱动发电机发电，通过所述电源管理装置为外部负载供电；所述第二管道传热设备中的导热介质在第二热交换单元处吸收热量后，通过第三热交换单元将热量传递给所述热交换装置，所述热交换装置连接外部设备对外供热。
本发明还提供了第四种使用上述的基于液态氢源和氢内燃机的热电联供装置供电供热的方法，包括如下步骤：储存设备中的有机液态氢源材料进入第一管道传热设备，在第二热交换单元处吸收热量后，通过第一热交换单元加热脱氢装置，之后进入脱氢装置进行脱氢反应，得到氢气和有机液态储氢载体，所述氢气进入氢内燃机，所述氢内燃机驱动发电机发电，通过所述电源管理装置为外部负载供电；所述第二管道传热设备中的导热介质在第二热交换单元处吸收热量后，通过第三热交换单元将热量传递给所述热交换装置，所述热交换装置连接外部设备对外供热。
优选的，上述使用基于液态氢源和氢内燃机的热电联供装置供电供热的方法中，所述脱氢装置产生的氢气先进入缓冲罐储存，所述氢内燃机使用缓冲罐中的氢气运行，带动发电机发电。
优选的，上述使用基于液态氢源和氢内燃机的热电联供装置供电供热的方法中，第二热交换单元或热交换装置连接外部设备对外供热的方式包括通过加热水作为导热介质对外供热或直接供应热水。
本发明的基于液态氢源和氢内燃机的热电联供装置，采用储存在储存设备中的有机液态储氢材料作为氢源，使用时在脱氢装置中经脱氢反应产生氢气，供氢燃料电池使用。所述有机液态储氢材料具有闪点高、熔点低，在催化剂作用下能释放出高纯度氢气，且脱氢温度低、可逆性强、循环寿命长、不产生有害燃料电池催化剂的气体等优点。因此，采用该种有机液态储氢材料作为氢源，对比现有的锂电池或大型电容等储能装置，具有成本低，储量大，且安全性能好的优点，能够满足大规模储能要求，解决了现有的储能难题，能广泛应用于住宅小区、办公室或厂房等储能安全性要求高的场所。
本发明的基于液态氢源和氢内燃机的热电联供装置，采用氢内燃机作为动力源，带动发电机发电，发出的电能经电源管理装置统一对外部负载供电。使用氢内燃机作为动力源，相比现有的使用煤炭、天然气或其它化石燃料作为能源的发电设备，具有清洁高效、环保无污染的优点，能够有效的减少污染物的排放，满足当下日益高标准的环保要求。另一方面，使用氢内燃机作为动力源的供电装置，具有体积小、安置方便的优点，能灵活地设置在有需求的场所，应用范围广泛。电能经电源管理装置统一对外部负载供电，可通过检测外部负载用电量功率及控制发电机发电功率，对发电量进行合理的分配，以达到控制氢内燃机平稳运行，及节约能耗、提高氢能转换装置寿命的目的。
本发明的基于液态氢源和氢内燃机的热电联供装置，其氢内燃机的工作温度高于脱氢装置中进行脱氢反应的温度，可以将其作为热源提供热量加热液态氢源材料和脱氢反应器，以及通过热交换装置对外供热，从而提高整个系统的热能利用效率。
具体的，脱氢装置设有第一热交换单元，氢内燃机设有第二热交换单元，所述第一热交换单元和第二热交换单元通过第一管道传热设备连接。在上述的第一管道传热设备中，导热介质是高温导热介质，从而可以将氢内燃机的剩余热量传递到脱氢装置上，满足脱氢装置中的脱氢反应条件。同时，第二热交换单元连接外部设备如暖气片、地暖等为对外供热，或者直接供应热水，提高了系统的热效率。
更优选的，连接第一热交换单元与第二热交换单元的第一管道传热设备中的导热介质可以是有机液态氢源材料。此时，可将第一管道传热设备延伸后分别与有机液态氢源材料的储存设备和脱氢装置相连接，使有机液态氢源材料经第一管道传热设备在第二热交换单元处吸收热量后，再通过第一热交换单元加热脱氢装置，之后再进入脱氢装置进行脱氢反应，从而进一步提高整个装置的热能利用效率，且简化了结构，节约了空间。
作为进一步的改进方案，为了更好的控制整个装置的对外供热功率及供热温度，以及更好的控制整个装置的工作温度，本发明的热电联供装置还设有热交换装置，并通过该热交换装置连接外部设备对外供热；所述热交换装置设有第三热交换单元，并通过第二管道传热设备连接第二热交换单元。
与之对应的，连接第二热交换单元与第三热交换单元的第二管道传热设备中的导热介质为高温导热介质。此时，第二管道传热设备中的高温导热介质在第二热交换单元处吸收热量后，将热量通过第三热交换单元传递到所述热交换设备上，并由所述热交换设备对外供热。供热方式包括通过导热介质(如水)为外部设备比如连接暖气片、地暖等对外供热，或者直接供应热水，提高系统的热效率。
本发明的基于液态氢源和氢内燃机的热电联供装置，采用两个储存罐分别存放储存氢气的有机液态氢源材料和脱氢后的有机液态储氢载体。作为氢的载体，这类材料在使用过程中始终以液态方式存在，可以像石油一样在常温常压下储存和运输，解决了大规模储能的问题。脱氢装置采用脱氢反应器，在第一热交换单元加热和脱氢催化剂的催化下可高效的产生氢气供氢内燃机运行。优选的，脱氢装置产生的氢气先进入缓冲罐存储，氢内燃机使用缓冲罐中的运行，带动发电机发电，可以提高供氢的稳定性和发电效率。
本发明所提供的基于液态氢源和氢内燃机的热电联供装置，是一种清洁环保、使用方便的电源系统，不仅能用于新能源汽车等交通工具，也能为住宅小区、办公室或厂房供电供热。其具有清洁高效、节能环保的优点，且解决了现有的电能无法大规模安全储存的问题，能够带来巨大的社会效益和经济效益。
使用本发明的基于液态氢源和氢内燃机的热电联供装置供电供热的方法，具有清洁高效、安全性好、热能利用率高且供电供热稳定智能的优点，能广泛应用于新能源汽车等交通工具或住宅小区、办公室或厂房等场所，经济效益好，有很好的商业应用前景。
附图说明
图1为本发明的基于液态氢源和氢内燃机的热电联供装置一个实施例的结构示意图；
图2为本发明的基于液态氢源和氢内燃机的热电联供装置另一个实施例的结构示意图；
附图标记说明：1-储存罐一，2-发电机，3-氢内燃机，4-脱氢反应器，5-缓冲罐，6-第一热交换单元，7-第二热交换单元，8-电源管理装置，9-温度管理装置，10-储存罐二，11-泵，12-循环管道一，13-循环管道二，14-热交换装置，15-第三热交换单元，16-第一管道传热设备，17-第二管道传热设备。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明提供了一种基于液态氢源和氢内燃机的热电联供装置，包括用于提供氢气的有机液态氢源装置，用于将氢能转换为电能的氢能转换装置，用于管理电能的电源管理装置，以及温度管理装置；
所述有机液态氢源装置包括用于储存有机液态氢源材料和有机液态储氢载体的储存设备，及用于产生氢气的脱氢装置；
所述氢能转换装置包括氢内燃机，以及由所述氢内燃机带动工作的发电机；
所述电源管理装置包括用于检测负载用电量的功率测量装置和用于控制发电功率的电能管理单元；
所述脱氢装置设有第一热交换单元，所述氢内燃机设有第二热交换单元，所述第一热交换单元与第二热交换单元通过第一管道传热设备连接；所述第二热交换单元还用于连接外部设备对外供热；
所述温度管理装置用于管理系统温度以及控制所述第一热交换单元、第二热交换单元及第一管道传热设备的运行。
其中，本发明的热电联供装置中使用的有机液态储氢载体是一种可在常温常压下呈现液态的储氢体系，包括至少两种不同的有机储氢组分，储氢组分为杂环不饱或不饱和芳香烃和化合物，且至少一种有机储氢组分为熔点低于80℃的低熔点化合物。上述有机液态储氢载体在加氢催化剂的作用下进行加氢化学反应生成有机液态氢源材料，有机液态氢源材料在脱氢催化剂的作用下进行脱氢化学反应还原为有机液态储氢载体，具有闪点高、熔点低，在高效催化剂作用下能释放出高纯度氢气，且脱氢温度低、循环寿命长、可逆性强、不产生毒害燃料电池催化剂的气体等优点。
用于储存有机液态氢源材料和有机液态储氢载体的储存设备，可以是储存罐或者其它形式，体积可以是微型或着车载或着大型储存罐体。储存设备可以采用分别储存有机液态氢源材料和有机液态储氢载体的储存罐，每个储存罐分别设置有有输入口和输出口。储存设备也可以是设置有分别存放有机液态氢源材料和有机液态储氢载体的空间：第一存放室和第二存放室，第一和第二存放室各设置有输入口和输出口。第一储存罐或存放室的输出口设置有泵，通过泵的运转，有机液态氢源材料被输入脱氢反应器。
脱氢装置中的脱氢反应器可以采用塔式、列管式、板式或其他形式，内部填充有脱氢催化剂。脱氢过程是在120～280℃，0.1～0.4MPa大气压下、在脱氢催化剂的作用下进行，有机液态氢源材料在反应器中被催化分解为氢气和有机液态储氢载体，反应产物直接在反应器内分离，氢气进入氢内燃机燃烧，有机液态储氢载体回流第二存罐或存放室。或者反应产物先被输入气液分离装置里进行分离，氢气进入氢内燃机燃烧，有机液态储氢载体回流第二存罐或存放室。
作为进一步的优选方案，上述过程中产生的氢气先被输送到缓冲罐，之后氢气从缓冲罐被输送至氢内燃机，从而保证了氢气的稳定供应。
本发明的热电联供装置中，氢内燃机具有较高的工作温度，可以将其作为热源提供热量加热液态氢源材料并对外供热，从而提高整个系统的热能利用效率。
具体的，脱氢装置设有第一热交换单元，氢内燃机设有第二热交换单元，第一热交换单元和第二热交换单元通过第一管道传热设备连接。在上述的第一管道传热设备中，导热介质是高温导热介质，从而可以将氢内燃机的剩余热量传递到脱氢装置上，满足脱氢装置中的脱氢反应条件。同时，第二热交换单元连接外部设备如暖气片、地暖等，为外部供热或直接供应热水，提高了系统的热效率。
或者，作为进一步的优选方案，连接第一热交换单元与第二热交换单元的第一管道传热设备中的导热介质是有机液态氢源材料。此时，将第一管道传热设备的两端分别与有机液态氢源材料的储存设备和脱氢装置相连接，使有机液态氢源材料经第一管道传热设备在第二热交换单元处吸收热量后，再通过第一热交换单元加热脱氢装置，之后再进入脱氢装置进行脱氢反应。如此，进一步提高整个装置的热能利用效率，且简化了装置结构，节约了空间。上述过程中，脱氢反应器的加热，氢内燃机的冷却均通过温度管理装置控制。
作为进一步的改进方案，为了更好的控制整个装置的对外供热功率及供热温度，以及更好的控制整个装置的工作温度，在本发明的另一个实施例中，还设有热交换装置，并通过该热交换装置连接外部设备对外供热；该热交换装置设有第三热交换单元，并通过第二管道传热设备连接第二热交换单元。
整个装置工作时，第二管道传热设备中的高温导热介质在第二热交换单元处吸收热量后，将热量通过第三热交换单元传递到热交换设备上，并由热交换设备对外供热，比如供应暖气片、地暖等，或直接供应热水。热交换装置的对外供热由温度管理装置统一控制。
本发明的热电联供装置中，氢内燃机带动发电机发出的电在电能管理单元的管理下对外供电。采用这种方式，电能管理单元可以通过检测外部负载用电量功率及控制发电机发电功率，对发电量进行合理的分配，达到控制氢内燃机平稳运行，及节约能耗、提高氢能转换装置寿命的目的。
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
如图1所示，在本发明的一个实施例中，储存设备为储存罐，有机液态氢源材料存放在储存罐一1内，在储存罐一1的输出口设置有泵11。脱氢反应器4上设有第一热交换单元6，氢内燃机3上设有第二热交换单元7，第一热交换单元6和第二热交换单元7由第一管道传热设备16连接；或者，根据热交换单元结构的不同也可以是第一管道传热设备16绕设于第一热交换单元6和第二热交换单元7上。通过泵11的运转，有机液态氢源材料通过第一管道传热设备16依次经第二热交换单元7、第一热交换单元6后进入脱氢反应器4。脱氢反应器4为塔式反应器，内部填充有脱氢催化剂。有机液态氢源材料在脱氢反应器4中被分解为氢气和有机液态储氢载体，有机液态储氢载体被输送回储存罐二10。氢气被输送到缓冲罐5，然后从缓冲罐5输送至氢内燃机3。氢内燃机3带动发电机2发电，发出的电能通过电源管理装置8为外部负载供电。同时，第二热交换单元7还连接外部设备的循环管道一12和循环管道二13，对外供热。循环管道一12和循环管道二13中为热水，用于加热供暖系统，或者直接对外提供热水。温度管理装置9通过热电偶及调节泵11的流速控制第一、第二热交换单元及对外供热的温度。
如图2所示，在本发明的另一个实施例中，储存设备为储存罐，有机液态氢源材料存放在储存罐一1内，在储存罐一1的输出口设置有泵11。脱氢反应器4上设有第一热交换单元6，氢内燃机3上设有第二热交换单元7，第一热交换单元6和第二热交换单元7由第一管道传热设备16连接；或者，根据热交换单元结构的不同也可以是第一管道传热设备16绕设于第一热交换单元6和第二热交换单元7上。通过泵11的运转，有机液态氢源材料通过第一管道传热设备16依次经第二热交换单元7、第一热交换单元6后进入脱氢反应器4。脱氢反应器4为塔式反应器，内部填充有脱氢催化剂。有机液态氢源材料在脱氢反应器4中被分解为氢气和有机液态储氢载体，有机液态储氢载体被输送回储存罐二10。氢气被输送到缓冲罐5，然后从缓冲罐5输送至氢内燃机3。氢内燃机3带动发电机2发电，发出的电能通过电源管理装置8为外部负载供电。同时，整个装置还设有热交换装置14，热交换装置14上设有第三热交换单元15，第三热交换单元15和第二热交换单元7通过第二管道传热设备17连接。此时，由第二管道传热设备17中的高温导热介质在第二热交换单元7处吸收热量，并通过第三热交换单元15传递给热交换设备，热交换装置14连接外部设备的循环管道一12和循环管道二13，对外供热。循环管道一12和循环管道二13中为热水，用于加热供暖系统，或者直接对外提供热水。此种设计，可以更好的控制第一管道传热设备16中有机液态氢源材料的加热温度，避免温度过高发生裂解或提前放出氢气；同时，也能够将更多热量转移到热交换装置14中，提高了系统的热利用率和对外供热效率。另外，也方便温度管理装置9控制第一、第二热交换单元及对外供热的温度。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例和附图并不是用来限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，但同样在本发明的保护范围之内。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims (17)

1.基于液态氢源和氢内燃机的热电联供装置，其特征在于：包括用于提供氢气的有机液态氢源装置，用于将氢能转换为电能的氢能转换装置，用于管理电能的电源管理装置，以及温度管理装置；
所述有机液态氢源装置包括用于储存有机液态氢源材料和有机液态储氢载体的储存设备，及用于产生氢气的脱氢装置；
所述氢能转换装置包括氢内燃机，以及由所述氢内燃机带动工作的发电机；
所述电源管理装置包括用于检测外部负载用电量的功率测量装置和用于控制发电功率的电能管理单元；
所述脱氢装置设有第一热交换单元，所述氢内燃机设有第二热交换单元，所述第一热交换单元与第二热交换单元通过第一管道传热设备连接；所述第二热交换单元还用于连接外部设备对外供热；
所述温度管理装置用于管理系统温度以及控制所述第一热交换单元、第二热交换单元及第一管道传热设备的运行。
2.如权利要求1所述的基于液态氢源和氢内燃机的热电联供装置，其特征在于：所述发电机产生的电能通过所述电源管理装置对外部负载供电。
3.如权利要求1所述的基于液态氢源和氢内燃机的热电联供装置，其特征在于：所述储存设备包括用于存放有机液态氢源材料的第一储存罐/储存室和用于存放有机液态储氢载体的第二储存罐/储存室，所述第一储存罐/储存室的输出口设置有用于输送有机液态氢源材料的泵。
4.如权利要求1所述的基于液态氢源和氢内燃机的热电联供装置，其特征在于：所述脱氢装置包括用于有机液态氢源材料进行脱氢反应的脱氢反应器以及用于催化脱氢反应的脱氢催化剂。
5.如权利要求1所述的基于液态氢源和氢内燃机的热电联供装置，其特征在于：所述有机液态氢源装置还包括缓冲罐，所述缓冲罐用于储存所述脱氢装置产生的氢气，所述氢内燃机使用所述缓冲罐中的氢气作为燃料。
6.如权利要求1所述的基于液态氢源和氢内燃机的热电联供装置，其特征在于：所述电源管理装置根据外接负载的功率，通过设于所述氢内燃机的进氢管道上的控制器控制发电功率。
7.如权利要求1-6任一项所述的基于液态氢源和氢内燃机的热电联供装置，其特征在于：所述脱氢装置中进行脱氢反应的反应条件为温度120～280℃，气压0.1～0.4MPa。
8.如权利要求7所述的基于液态氢源和氢内燃机的热电联供装置，其特征在于：所述连接第一热交换单元和第二热交换单元的第一管道传热设备中的导热介质为高温导热介质。
9.如权利要求7所述的基于液态氢源和氢内燃机的热电联供装置，其特征在于：所述连接第一热交换单元和第二热交换单元的第一管道传热设备中的导热介质为有机液态氢源材料，所述有机液态氢源材料从储存设备中进入第一管道传热设备，在第二热交换单元处吸收热量，并在第一热交换单元处放出热量，之后进入脱氢装置进行脱氢反应。
10.如权利要求8或9所述的基于液态氢源和氢内燃机的热电联供装置，其特征在于：还包括热交换装置，所述热交换装置设有第三热交换单元；所述第二热交换单元通过第二管道传热设备连接第三热交换单元，将热量传递到所述热交换装置，所述热交换装置连接外部设备对外供热；所述温度管理装置控制所述热交换装置的运行。
11.如权利要求10所述的基于液态氢源和氢内燃机的热电联供装置，其特征在于：所述第二管道传热设备中的导热介质为高温导热介质。
12.如权利要求10所述的基于液态氢源和氢内燃机的热电联供装置，其特征在于：所述热交换装置连接外部设备对外供热的方式包括通过加热水作为导热介质对外供热或直接供应热水。
13.使用权利要求1-8任一项所述的基于液态氢源和氢内燃机的热电联供装置供电供热的方法，其特征在于，包括如下步骤：储存设备中的有机液态氢源材料进入脱氢装置进行脱氢反应，得到氢气和有机液态储氢载体，所述氢气进入氢内燃机，所述氢内燃机驱动发电机发电，通过所述电源管理装置为外部负载供电，所述第二热交换单元连接外部设备对外供热。
14.使用权利要求9所述的基于液态氢源和氢内燃机的热电联供装置供电供热的方法，其特征在于，包括如下步骤：储存设备中的有机液态氢源材料进入第一管道传热设备，在第二热交换单元处吸收热量后，通过第一热交换单元加热脱氢装置，之后进入脱氢装置进行脱氢反应，得到氢气和有机液态储氢载体，所述氢气进入氢内燃机，所述氢内燃机驱动发电机发电，通过所述电源管理装置为外部负载供电；所述第二热交换单元连接外部设备对外供热。
15.使用权利要求10或11或12所述的基于液态氢源和氢内燃机的热电联供装置供电供热的方法，其特征在于，包括如下步骤：储存设备中的有机液态氢源材料进入脱氢装置进行脱氢反应，得到氢气和有机液态储氢载体，所述氢气进入氢内燃机，所述氢内燃机驱动发电机发电，通过所述电源管理装置为外部负载供电；所述第二管道传热设备中的导热介质在第二热交换单元处吸收热量后，通过第三热交换单元将热量传递给所述热交换装置，所述热交换装置连接外部设备对外供热。
16.使用权利要求10或11或12所述的基于液态氢源和氢内燃机的热电联供装置供电供热的方法，其特征在于，包括如下步骤：储存设备中的有机液态氢源材料进入第一管道传热设备，在第二热交换单元处吸收热量后，通过第一热交换单元加热脱氢装置，之后进入脱氢装置进行脱氢反应，得到氢气和有机液态储氢载体，所述氢气进入氢内燃机，所述氢内燃机驱动发电机发电，通过所述电源管理装置为外部负载供电；所述第二管道传热设备中的导热介质在第二热交换单元处吸收热量后，通过第三热交换单元将热量传递给所述热交换装置，所述热交换装置连接外部设备对外供热。
17.如权利要求13-16任一项所述的使用基于液态氢源和氢内燃机的热电联供装置供电供热的方法，其特征在于：所述脱氢装置产生的氢气先进入缓冲罐储存，所述氢内燃机使用缓冲罐中的氢气运行，带动发电机发电。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109585879A (zh) * 2018-11-29 2019-04-05 浙江清华长三角研究院 一种lohc储氢和高温燃料电池的集成系统
CN110841563A (zh) * 2019-11-27 2020-02-28 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种利用热气机尾气脱氢的装置及方法
CN110931825A (zh) * 2018-09-20 2020-03-27 丰田自动车株式会社 社区系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06129255A (ja) * 1992-10-15 1994-05-10 Nippon Steel Corp 水素によるエンジン駆動システム
CN104973567A (zh) * 2015-04-10 2015-10-14 江苏氢阳能源有限公司 一种液态氢源材料的脱氢反应系统及其使用方法
CN104975987A (zh) * 2015-04-10 2015-10-14 江苏氢阳能源有限公司 一种氢能源转化装置中热利用系统
CN104975988A (zh) * 2015-04-10 2015-10-14 江苏氢阳能源有限公司 一种用于氢内燃机的液态储氢材料的供氢系统
CN105329193A (zh) * 2014-08-11 2016-02-17 中联重科股份有限公司 一种车载工程机械的电源管理系统、方法及装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06129255A (ja) * 1992-10-15 1994-05-10 Nippon Steel Corp 水素によるエンジン駆動システム
CN105329193A (zh) * 2014-08-11 2016-02-17 中联重科股份有限公司 一种车载工程机械的电源管理系统、方法及装置
CN104973567A (zh) * 2015-04-10 2015-10-14 江苏氢阳能源有限公司 一种液态氢源材料的脱氢反应系统及其使用方法
CN104975987A (zh) * 2015-04-10 2015-10-14 江苏氢阳能源有限公司 一种氢能源转化装置中热利用系统
CN104975988A (zh) * 2015-04-10 2015-10-14 江苏氢阳能源有限公司 一种用于氢内燃机的液态储氢材料的供氢系统

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
周苏: "《新能源汽车解析》", 31 December 2012 *
孔祥强: "《冷热电联供》", 30 June 2011 *
胡英: "《新能源与微纳电子技术》", 31 July 2015 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110931825A (zh) * 2018-09-20 2020-03-27 丰田自动车株式会社 社区系统
CN109585879A (zh) * 2018-11-29 2019-04-05 浙江清华长三角研究院 一种lohc储氢和高温燃料电池的集成系统
CN110841563A (zh) * 2019-11-27 2020-02-28 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种利用热气机尾气脱氢的装置及方法
CN110841563B (zh) * 2019-11-27 2022-04-05 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种利用热气机尾气脱氢的装置及方法

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