CN110808386A - 一种燃料电池家用热电联供装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池家用热电联供装置，包括储氢系统、去离子器、膨胀水壶、锂电池系统、空压机、燃料电池DC转换器、燃料电池反应堆、燃料电池中冷器以及散热器，储氢系统与燃料电池反应堆之间通过氢气输送管连接，空压机与燃料电池中冷器之间以及燃料电池中冷器与燃料电池反应堆之间通过空气输送管连接，散热器、去离子器、膨胀水壶以及燃料电池反应堆之间依次通过冷却液回收管连接，燃料电池反应堆与燃料电池DC转换器电连接，燃料电池DC转换器与锂电池系统电连接，燃料电池反应堆处带有大量余热的冷却液和废气通过热输出管道进入地暖铺设管路。本发明能源转换高效、利用率高且节能环保、无污染。

Description

一种燃料电池家用热电联供装置

技术领域

本发明涉及新能源利用技术，尤其涉及一种燃料电池家用热电联供装置。

背景技术

现阶段家庭用电、冬季采暖、热水供应等主要采用电能。在工业化和城市化的现阶段，能源与环境已经成为我国经济与社会发展的主要矛盾，能源的紧缺、环境的恶化是当前人类共同面对的全球性问题，燃料电池发电技术是一种先进、清洁的发电技术，其发电机理与传统发电方式不同，其发电效率不受卡诺循环效率的限制，是一种高效的发电设备。将燃料电池作为建筑物热电联供系统的发电装置，是将高效的能源转换方式与高效的能源利用方式的综合，具有一定的研究价值，该领域的研究对提高能源利用率、改善环境质量等方面都具有重要的意义。

如公告号为CN205177938U的专利文献公开的“一种5kW家用低温固体氧化物燃料电池热电联供装置”，包括进气泵、燃料电池堆、光伏阵列、DC/AC变换器、家用负载、DC/DC变换器、蓄电池、切换开关、取暖换热器、热水换热器、尾气分离器、热水保温箱、取暖器。燃料电池堆将燃料的化学能转化为电能和热能供用户使用，电能直接给家用负载供电，热能依次通过取暖换热器、热水换热器可实现家庭取暖和家用生活热水。同时利用太阳能给家用负载供电，太阳能产生的电能给燃料电池堆辅助加热器加热，辅助启动燃料电池堆。系统配备蓄电池，确保燃料电池堆在任何时间都能顺利启动。上述方案虽然指出了热电联供装置的组成，但该装置需要被使用在家庭中，因此该装置的各部件如何定位和设置，才能保障各部件长久有效工作的同时尽量减少其占地面积，方便家庭存放，是目前普通燃料电池类热电联供装置急需解决的问题。除此之外，能源转换利用率也有待提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种能源转换高效，能源转换利用率高且节能环保、无污染的燃料电池家用热电联供装置。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种燃料电池家用热电联供装置，包括储氢系统、去离子器、膨胀水壶、锂电池系统、空压机、燃料电池DC转换器、燃料电池反应堆、燃料电池中冷器以及散热器，所述储氢系统与所述燃料电池反应堆之间通过氢气输送管连接，所述空压机与所述燃料电池中冷器之间以及所述燃料电池中冷器与所述燃料电池反应堆之间通过空气输送管连接，所述散热器、去离子器、所述膨胀水壶以及所述燃料电池反应堆之间依次通过冷却液回收管连接，所述燃料电池反应堆与所述燃料电池DC转换器电连接，所述燃料电池DC转换器与所述锂电池系统电连接，所述燃料电池反应堆处带有大量余热的冷却液和废气通过热输出管道进入地暖铺设管路。

上述方案中，氢气和压缩空气在燃料电池反应堆中经过催化剂的作用发生化学反应，产生电能、带有大量余热的水和废气。产生的电能通过交直流转换，电压转换可直接连入家庭电网，用于家庭用电；带有大量余热的冷却液和废气通过热输出管道进入地暖铺设管路，进行热量交换达到冬季采暖目的，具有节能环保，无污染，高效的特点，能源转换利用率可达90%以上。

进一步地，所述散热器通过冷回收管道与地暖铺设管路的出口连接，用于回收并冷却地暖铺设管路采暖使用后的冷却液。使得冷却液能够被循环使用。

进一步地，还包括机架，所述机架包括四根立柱和至少两个的承载架，多个所述承载架沿所述立柱高度方向间隔分布，每个所述承载架的四个角分别与四根所述立柱连接并固定，所述储氢系统、去离子器、膨胀水壶、锂电池系统、空压机、燃料电池DC转换器、燃料电池反应堆、燃料电池中冷器、散热器、氢气输送管、空气输送管以及冷却液回收管分设于多个所述承载架上。有利于多个器件的分层分布，减少占地面积。

进一步地，所述承载架为四个，所述储氢系统、所述去离子器以及所述膨胀水壶设于第四层的所述承载架，所述锂电池系统设于第三层的所述承载架，所述空压机、燃料电池DC转换器、燃料电池反应堆以及燃料电池中冷器设于第二层的所述承载架，所述散热器设于第一层的所述承载架。

进一步地，每个所述承载架的四个角分别套装于四根所述立柱并可沿所述立柱高度方向移动，所述承载架相对的两侧分别设有至少一沿所述立柱高度方向延伸的螺杆，最底层的所述承载架与所述螺杆固定连接，剩余所述承载架通过带有中孔的齿轮与所述螺杆连接，所述齿轮的中孔内壁与所述螺杆螺纹连接，所述齿轮与所述承载架之间为转动连接，同一所述承载架的所述齿轮通过一链条连接，所述链条啮合有调节轮。有利于实现多个所述承载架之间间距的调节，且可水平平稳的改变，有利于便利空压机、燃料电池DC转换器、燃料电池反应堆等等部件的拆装和维护。

进一步地，所述立柱上设有刻度标识。

进一步地，所述承载架相对的两侧对应所述螺杆处设有过孔，所述齿轮上端或下端穿过所述过孔并通过连接件锁固，所述齿轮相对所述过孔可转动。

进一步地，还包括设于第一层所述承载架的辅助散热器，所述辅助散热器用于通过水冷管道为所述膨胀水壶、所述空压机以及所述燃料电池DC转换器散热。

进一步地，还包括设于第一层所述承载架的缓冲罐，用于将所述燃料电池反应堆处产生的水和废气经所述缓冲罐缓存后排出。

进一步地，四根所述立柱的底端设有行走轮，最底层的所述承载架的底部围绕其边缘一周均匀间隔设有多个千斤顶。有利于便利家用热电联供装置的移动和停放。

采用上述技术方案后，本发明的有益效果是：能够实现清洁能源式的家庭供电和家庭采暖，节能环保，能源利用率高；具有余热的冷却液和热气一样同时用于家庭采暖热交换，且冷却液能够被回收利用，耗材少，热能也得到充分的利用；设有机架，各个部件能够分层设置，整体占地面积小，节省使用空间；设有螺杆、齿轮链条以及调节轮等，有利于通过转动调节轮实现承载架间距的调节，且调节同步性和平稳性有保障，有利于装置中各个功能部件的拆装维护；承载架通过连接件与齿轮锁固连接，使得齿轮与承载架相对可拆卸，有利于提高装置易损部件的可维修性；设置行走轮和千斤顶则有利于便利家用热电联供装置的移动和停放。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术的技术方案，附图如下：

图1为本发明提供的优选的一种燃料电池家用热电联供装置结构示意图；

图2为本发明提供的一具体实施方式下一种燃料电池家用热电联供装置立体结构示意图；

图3为本发明提供的优选机架立体结构示意图；

图4为本发明提供的承载架与齿轮装配的拆分结构示意图。

图中：1-储氢系统，2-去离子器，3-膨胀水壶，4-锂电池系统，5-空压机，6-燃料电池DC转换器，7-燃料电池反应堆，8-燃料电池中冷器，9-散热器，11-氢气输送管，12-空气输送管，13-冷却液回收管，14-热输出管道，110-立柱，120-承载架，91-辅助散热器，10-缓冲罐，130-螺杆，140-齿轮，150-链条，160-调节轮，121-过孔，141-连接件，170-行走轮，180-千斤顶。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1所示，本实施例提供一种燃料电池家用热电联供装置，包括储氢系统1、去离子器2、膨胀水壶3、锂电池系统4、空压机5、燃料电池DC转换器6、燃料电池反应堆7、燃料电池中冷器8以及散热器9，所述储氢系统1与所述燃料电池反应堆7之间通过氢气输送管11连接，用于向燃料电池反应堆7输送氢气，所述空压机5与所述燃料电池中冷器8之间以及所述燃料电池中冷器8与所述燃料电池反应堆7之间通过空气输送管12连接，用于向燃料电池反应堆7输送空气，所述散热器9、去离子器2、所述膨胀水壶3以及所述燃料电池反应堆7之间依次通过冷却液回收管13连接，用于冷却液的回收，所述燃料电池反应堆7与所述燃料电池DC转换器6电连接，所述燃料电池DC转换器6与所述锂电池系统4电连接，锂电池系统4与家庭电网连接，为家用电器供电，所述燃料电池反应堆7处带有大量余热的冷却液和废气通过热输出管道14进入地暖铺设管路。

上述方案中，氢气和压缩空气在燃料电池反应堆7中经过催化剂的作用发生化学反应，产生电能、带有大量余热的水和废气。产生的电能通过燃料电池DC转换器6的交直流转换，锂电池系统4的电压转换可直接连入家庭电网，用于家庭用电；带有大量余热的冷却液和废气都通过热输出管道14进入地暖铺设管路，进行热量交换达到冬季采暖目的，具有节能环保，无污染，高效的特点，能源转换利用率可达90%以上。

进一步地，所述散热器9通过冷回收管道与地暖铺设管路的出口连接，用于回收并冷却地暖铺设管路采暖使用后的冷却液。使得冷却液能够被循环使用。减少冷却液消耗，提高利用率，节能更环保。为了便利冷却液的回收，优选冷回收管道或冷却液回收管13连通有水泵。

进一步地，如图2所示，还包括机架，所述机架包括四根立柱110和至少两个的承载架120，多个所述承载架120沿所述立柱110高度方向间隔分布，每个所述承载架120的四个角分别与四根所述立柱110连接并固定，可为一体连接式固定，如焊接或一体铸成，也可为可拆卸式固定，如通过角码螺接，所述储氢系统1、去离子器2、膨胀水壶3、锂电池系统4、空压机5、燃料电池DC转换器6、燃料电池反应堆7、燃料电池中冷器8、散热器9、氢气输送管11、空气输送管12以及冷却液回收管13分设于多个所述承载架120上。根据管道的分布情况，合理性的分设上述各个功能部件，有利于多个器件的分层分布，减少了占地面积和空间占用。

一具体实施方式下：所述承载架120为四个，由下至上分别是第一层承载架120至第四层承载架120，所述储氢系统1、所述去离子器2以及所述膨胀水壶3设于第四层的所述承载架120，具体地，去离子器2和膨胀水壶3相互靠近设置，所述锂电池系统4设于第三层的所述承载架120，所述空压机5、燃料电池DC转换器6、燃料电池反应堆7以及燃料电池中冷器8设于第二层的所述承载架120，所述散热器9、主水泵设于第一层的所述承载架120。散热器9设于最低层，有利于与地暖管路连接用于冷却液回收冷却，主水泵设于最低层有利于冷却液、水循环的运转，储氢系统1设于第四层，出于为安全考虑，在出现危险的情况下，氢气可以直接排放到大气中。

又一具体实施方式下：相比于前述具体实施方式，还包括设于第一层所述承载架120的辅助散热器91，所述辅助散热器91用于通过水冷管道为所述膨胀水壶、所述空压机以及所述燃料电池DC转换器散热，水冷管道连接有辅助水泵，用于水冷循环，充分散热上述部件。

还包括设于第一层所述承载架120的缓冲罐10，用于将所述燃料电池反应堆7处产生的多余的水和废气经所述缓冲罐10缓存后排出。缓冲罐10安装于最低层，有利于将装置中盈余的水和废气集中顺利排出。

本具体实施方式中膨胀水壶3为两个，其中一个为主散热系统用膨胀水壶，用于连接主水泵、散热器9、燃料电池反应堆7、燃料电池中冷器8等组成的主散热系统，为其补充去离子水及去离子水膨胀泄压作用，另一个为辅助散热系统膨胀水壶，连接辅助水泵、辅助散热器91、空压机5的控制器和燃料电池DC转换器6等组成的辅助散热系统，为其补充冷却液及泄压作用。

进一步地，如图3所示，每个所述承载架120的四个角分别套装于四根所述立柱110并可沿所述立柱110高度方向移动，所述承载架120相对的两侧分别设有至少一沿所述立柱110高度方向延伸的螺杆130，螺杆130外表面具有螺纹，最底层的所述承载架120与所述螺杆130固定连接，确保螺杆130与立柱110平行设置，且不会转动和移动，剩余所述承载架120通过带有中孔的齿轮140与所述螺杆130连接，所述齿轮140的中孔内壁与所述螺杆130螺纹连接，所述齿轮140与所述承载架120之间为转动连接，同一所述承载架120的所有所述齿轮140通过一链条150连接，齿轮140与链条150啮合，所述链条150啮合有调节轮160，调节轮160可为手轮，也可为齿轮。当需要调节某一承载架120的高度方向位置时，只需一个操作人员手动旋转相应调节轮160，带动链条150及该链条150上啮合的所有齿轮140转动，所述齿轮140再带动相应的承载架120上下移动，达到调节承载架120之间的间距的目的，上述调节，不仅只需一人操作，而且承载架120完全是平移上升或下降的。

上述设计有利于实现多个所述承载架120之间间距的调节，且可水平平稳的改变，有利于便利空压机5、燃料电池DC转换器6、燃料电池反应堆7等等部件的拆装和维护。

所述立柱110上设有刻度标识。用于标识升降高度，用于调节轮160转动人员的调节提示。

如图4所示，所述承载架120相对的两侧对应所述螺杆130处设有过孔121，所述齿轮140上端或下端穿过所述过孔121并通过连接件141锁固，如齿轮140上端或下端形成有外螺纹部，所述连接件141为螺母，转动连接件141可与齿轮140上端或下端的外螺纹部连接固定，所述齿轮140相对所述过孔121可转动。当齿轮140上端穿过所述过孔121并通过连接件141锁固时，齿轮140的外齿轮面位于该相应承载架120下方，故而链条150、调节轮160也位于承载架120下方，可保障美观性，当齿轮140下端穿过所述过孔121并通过连接件141锁固，则齿轮140的外齿轮面位于该相应承载架120上方，故而链条150、调节轮160也位于承载架120上方，有利于方便操作人员操作，尤其是当调节轮160不是手轮时。

优选地，四根所述立柱110的底端设有行走轮170，所述行走轮170为单向轮或万向轮，最底层的所述承载架120的底部围绕其边缘一周均匀间隔设有多个千斤顶180，启动千斤顶180伸长可将行走轮170支离地面，本实施例的燃料电池家用热电联供装置可稳定的停放，当需要移动时，再启动千斤顶180使其缩短，使得行走轮170与地面接触，即可轻松便利的移动。有利于便利家用热电联供装置的移动和停放。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种燃料电池家用热电联供装置，其特征在于，包括储氢系统、去离子器、膨胀水壶、锂电池系统、空压机、燃料电池DC转换器、燃料电池反应堆、燃料电池中冷器以及散热器，所述储氢系统与所述燃料电池反应堆之间通过氢气输送管连接，所述空压机与所述燃料电池中冷器之间以及所述燃料电池中冷器与所述燃料电池反应堆之间通过空气输送管连接，所述散热器、去离子器、所述膨胀水壶以及所述燃料电池反应堆之间依次通过冷却液回收管连接，所述燃料电池反应堆与所述燃料电池DC转换器电连接，所述燃料电池DC转换器与所述锂电池系统电连接，所述燃料电池反应堆处带有大量余热的冷却液和废气通过热输出管道进入地暖铺设管路。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池家用热电联供装置，其特征在于，所述散热器通过冷回收管道与地暖铺设管路的出口连接，用于回收并冷却地暖铺设管路采暖使用后的冷却液。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池家用热电联供装置，其特征在于，还包括机架，所述机架包括四根立柱和至少两个的承载架，多个所述承载架沿所述立柱高度方向间隔分布，每个所述承载架的四个角分别与四根所述立柱连接并固定，所述储氢系统、去离子器、膨胀水壶、锂电池系统、空压机、燃料电池DC转换器、燃料电池反应堆、燃料电池中冷器、散热器、氢气输送管、空气输送管以及冷却液回收管分设于多个所述承载架上。

4.根据权利要求3所述的一种燃料电池家用热电联供装置，其特征在于，所述承载架为四个，所述储氢系统、所述去离子器以及所述膨胀水壶设于第四层的所述承载架，所述锂电池系统设于第三层的所述承载架，所述空压机、燃料电池DC转换器、燃料电池反应堆以及燃料电池中冷器设于第二层的所述承载架，所述散热器设于第一层的所述承载架。

5.根据权利要求3所述的一种燃料电池家用热电联供装置，其特征在于，每个所述承载架的四个角分别套装于四根所述立柱并可沿所述立柱高度方向移动，所述承载架相对的两侧分别设有至少一沿所述立柱高度方向延伸的螺杆，最底层的所述承载架与所述螺杆固定连接，剩余所述承载架通过带有中孔的齿轮与所述螺杆连接，所述齿轮的中孔内壁与所述螺杆螺纹连接，所述齿轮与所述承载架之间为转动连接，同一所述承载架的所述齿轮通过一链条连接，所述链条啮合有调节轮。

6.根据权利要求5所述的一种燃料电池家用热电联供装置，其特征在于，所述立柱上设有刻度标识。

7.根据权利要求5所述的一种燃料电池家用热电联供装置，其特征在于，所述承载架相对的两侧对应所述螺杆处设有过孔，所述齿轮上端或下端穿过所述过孔并通过连接件锁固，所述齿轮相对所述过孔可转动。

8.根据权利要求4所述的一种燃料电池家用热电联供装置，其特征在于，还包括设于第一层所述承载架的辅助散热器，所述辅助散热器用于通过水冷管道为所述膨胀水壶、所述空压机以及所述燃料电池DC转换器散热。

9.根据权利要求4所述的一种燃料电池家用热电联供装置，其特征在于，还包括设于第一层所述承载架的缓冲罐，用于将所述燃料电池反应堆处产生的水和废气经所述缓冲罐缓存后排出。

10.根据权利要求3所述的一种燃料电池家用热电联供装置，其特征在于，四根所述立柱的底端设有行走轮，最底层的所述承载架的底部围绕其边缘一周均匀间隔设有多个千斤顶。

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