CN115939469A - 一种热电联产的一体式可再生燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热电联产的一体式可再生燃料电池系统，包括电堆、氢气循环模块、氧气循环模块、电解水循环模块、冷却水循环模块、切换吹扫模块、太阳能发电模块和负载模块，电解模式下，本发明通过太阳能发电模块给电堆进行电解制氢，并通过氢气循环模块、氧气循环模块将氢气和氧气分别储存；发电模式下，通过氢气循环模块、氧气循环模块将氢气和氧气送入电堆反应发电供负载使用，并且对氢气、氧气循环使用，提高利用率；模式切换过程中，利用切换吹扫模块供给氮气对电堆进行吹扫，防止流道内前一个模式残留物对后一个模式造成影响。本发明将电解制氢和燃料发电完美结合，提高了切换效率和能源利用率。

Description

一种热电联产的一体式可再生燃料电池系统

技术领域

本发明属于电池技术领域，涉及一种燃料电池，具体涉及一种热电联产的一体式可再生燃料电池系统。

背景技术

可再生能源的开发能够有效改善当今世界的石油危机和全球变暖等问题，太阳能发电制氢是一种可再生能源，燃料电池又能消耗氢气进行发电，如果能将两者相结合是一种相对完美的技术。因此把氢储能技术与一次能源的开发相结合，日趋成为能源科技创新和产业支持的焦点。

太阳能电池板能将太阳能转换为电能，但是受到天气、温度、光照时间等客观因素的影响，太阳能转换得到的电能不稳定，也不可得到连续的电能，通过太阳能转换得到的电能水电解制氢，从而把太阳能转换为稳定的化学能，也就是把氢储能技术与一次能源结合，提升了输出能量的稳定性。

质子交换膜水电解槽由多个电解槽单元构成，可以通过反应：2H₂O+电能＝2H₂+O₂分别在电解槽的阴极和阳极产生氢气和氧气，产生的氢气和氧气通过处理后在储气罐分别进行存储，可以供给燃料电池使用，并产生电能。

燃料电池是一种将氢和氧的化学能通过电极反应直接转换成电能的装置，燃料电池通常由多个电池单元构成，每个电池单元包括两个电极(阳极和阴极)，该两个电极被电解质元件隔开，并且彼此串联地组装，形成燃料电池堆。通过给每个电极供给适当的反应物，即给一个电极供给燃料而另一个供给氧化剂，实现电化学反应，从而在电机之间形成电位差，并且因此产生电能，即为电解槽水电解反应的逆过程：2H₂+O₂＝2H₂O+电能。

因此可以考虑将太阳能电解和燃料电池相结合，利用化学能储能容易的特点，几乎完美解决了太阳能不稳定和电能难以储存的问题，现有技术中已经出现了一体式可再生燃料电池，将电解池和燃料电池两种装置集成在同一个装置中，装配具有双功能的催化剂，以使得该装置能够在两种模式下同时发生反应。水电解模式下，水电解得到的氢气和氧气分别在储气罐中存储，切换为燃料电池模式后，储氢罐和储氧罐分别向阳极和阴极供应气体，在催化剂的作用下反应生成水并对外供电，然而现有技术中一体式可再生燃料电池还具有以下问题：

(1)一体式可再生燃料电池在两种模式切换的过程中，由于切换前流道中有残余的反应物与生成物，容易对切换后另外一种模式的启动产生传质的影响。在水电解模式向燃料电池模式切换过程中，水电解模式的反应水大量残留在流道内，当切换为燃料电池模式时，氧气的物质传递受到阻碍，因此本发明添加了切换吹扫模块，能够快速吹扫流道内的反应物和生成物，达到快速启动的目的。

(2)燃料电池的效率能够达到50％-60％，而电解槽的效率能够达到60％-70％，因此一体式可再生燃料电池系统的往返能量效率偏低，系统的最高往返效率仅能达到40％左右，本发明中将热电联产技术与一体式可再生燃料电池技术相结合，对两种模式下的多余的产热均进行回收利用，能够大大提升系统的往返效率，提升了一次能源的利用效率。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种热电联产的一体式可再生燃料电池系统，保证快速安全切换的同时，使得所述的一体式可再生燃料电池系统可以同时输出电能和热能，提高一次能源的能量利用效率。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种热电联产的一体式可再生燃料电池系统，其特征在于，包括

电堆，为一体式可再生燃料电池电堆，具有电解制氢和燃料电池发电两个模式，其包括叠加电池和分别设于叠加电池左、右两端的两个极板；每个极板上均设有与其内流道两端相连的接口；处于电解制氢模式时，左极板为阴极，右极板为阳极，处于燃料电池发电模式时，左极板为阳极，右极板为阴极；

氢气循环模块，包括储氢罐和氢气循环组件，所述储氢罐通过氢气循环组件连接左极板的两个接口，通过氢气循环组件实现储氢罐和左极板之间的氢气循环；

氧气循环模块，包括储氧罐和氧气循环组件，所述储氧罐通过氧气循环组件连接右极板的两个接口，通过氧气循环组件实现储氧罐和右极板之间的氧气循环；

电解水循环模块，包括储水罐和电解水循环组件，所述储水罐通过电解水循环组件连接右极板的两个接口，用于供给电解水，通过电解水循环组件实现储水罐和右极板之间的电解水循环；

冷却水循环模块，用于对右极板进行冷却水循环；

切换吹扫模块，包括氮气源和吹扫管道，所述氮气源通过吹扫管道分别与左、右极板相连，用于在电解发电两个模式切换时提供氮气对两个极板内流道进行吹扫清理；

太阳能发电模块，通过导线与左右两个极板相连，对两个极板供电进行电解；

负载模块，通过导线与左右两个极板相连，用于在一体式可再生燃料电池电堆发电时输出电能。

系统在水电解模式下，利用太阳能转换得到的直流电，通过稳流器，在控制器的控制下，输出稳定的直流电，与电堆的两极板相连接，电解水在电解水循环泵的作用下通过加热器加热到一定的温度并供给到燃料电池电堆参与水电解反应。

水电解模式下，在阳极产生氧气，阴极产生氢气，氧气和没有参与反应的水会从阳极出口流出，经过水气分离器分离，氧气通过氧气干燥器，经过双向阀被存储在储氧罐，而没有参与反应的水经过水气分离器后循环回到了储水罐中。

与现有技术相比，本发明有益效果如下：

(1)在两种模式切换过程中，现有技术往往直接采取氢气和氧气进行吹扫，减小了气体利用率的同时，也增加了安全隐患，与现有技术相比，本发明中添加了氮气吹扫模块，利用高速氮气能够迅速吹扫流道内的反应物与生成物，以达到快速稳定切换为另外一种模式的目的，同时避免了氢气和氧气的浪费，也提升了系统的安全性。

(2)由于两种模式都存在有不可避免的极化作用，40％-60％的能量都以热能的形式散失了，这大大减小了系统的往返效率，因此本发明中采取冷却循环模块和热量回收模块相结合的技术，在维持电堆温度的同时，也能回收利用电堆多余的产热，将热电联产技术应用于一体式可再生燃料电池系统中，提升了系统的能量利用率和往返效率，并同时对外输出热能和电能。

(3)在燃料电池发电模式下，本发明通过氢气循环模块和氧气循环模块分别对氢气和氧气循环使用，极大提高了利用率，几乎达到了零排放状态。

附图说明

图1为本发明一种热电联产的一体式可再生燃料电池系统示意图；

图2为本发明热电联产的一体式可再生燃料电池控制系统具体结构示意图；

1-储氢罐，2-氢气双向阀，3-氢气干燥器，4-氢气加湿罐，5-第一氢气水气分离器，6-燃料电池阳极入口阀，7-水电解阴极出口阀，8-氢气流量计，9-阳极入口温度传感器，10-阳极入口压力传感器，11-太阳能电池板，12-稳流器，13-直流电源，14-电堆，141-左极板，142-右极板，143、144-第一接口，145、146-第二接口，15-燃料电池阴极入口压力传感器，16-燃料电池阴极入口温度传感器，17-电解水阳极出口阀，18-氧气流量计，19-第二氧气水气分离器，20-氧气干燥器，21-热交换器，22-换热管道，23-燃料电池阴极入口阀，24-氧气加湿罐，25-冷却水循环泵，26-氧气双向阀，27-储氧罐，28-氮气吹扫阀，29-储氮罐，30-冷凝板，31-冷却水温度传感器，32-冷却水储水罐，33-氧气循环泵，34-第一氧气水气分离器，35-储水罐，36-加热器，37-燃料电池阴极出口阀，38-水循环泵，39-电解水入口阀，40、44-氮气排气阀，41-电堆温度传感器，42-负载，43-控制器，45-燃料电池阳极出口阀，46-第二氢气水气分离器，47-排水阀，48-氢气循环泵，49-补水线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

实施例

如图1所示，本发明提供一种热电联产的一体式可再生燃料电池系统，包括

电堆14，为一体式可再生燃料电池电堆，具有电解制氢和燃料电池发电两个模式，其包括叠加电池和分别设于叠加电池左、右两端的两个极板；每个极板上均设有与其内流道两端相连的接口；处于电解制氢模式时，左极板141为阴极，右极板142为阳极，处于燃料电池发电模式时，左极板141为阳极，右极板142为阴极；本发明中，电堆14采用现有技术中的叠加电池和电极板就行，流道也可以采用现有技术，无需特别更改，只需要满足上述几个常规接口即可，一般来说，除了叠加电池需要更换为双模式以外，其他结构都可以采用常规单模式燃料电池，无需更换。

氢气循环模块，包括储氢罐1和氢气循环组件，所述储氢罐1通过氢气循环组件连接左极板141的两个接口，通过氢气循环组件实现储氢罐1和左极板141之间的氢气循环；

氧气循环模块，包括储氧罐27和氧气循环组件，所述储氧罐27通过氧气循环组件连接右极板142的两个接口，通过氧气循环组件实现储氧罐27和右极板142之间的氧气循环；

电解水循环模块，包括储水罐35和电解水循环组件，所述储水罐35通过电解水循环组件连接右极板142的两个接口，用于供给电解水，通过电解水循环组件实现储水罐35和右极板142之间的电解水循环；

冷却水循环模块，用于对右极板142进行冷却水循环；

切换吹扫模块，包括氮气源和吹扫管道，所述氮气源通过吹扫管道分别与左极板141、右极板142相连，用于在电解发电两个模式切换时提供氮气对两个极板内流道进行吹扫清理；本实施例中，氮气源为储氮罐29；

太阳能发电模块，通过导线与左右两个极板相连，对两个极板供电进行电解；

负载模块，通过导线与左右两个极板相连，用于在电堆14发电时输出电能；

控制模块，用于控制电堆14、氢气循环模块、氧气循环模块、电解水循环模块、冷却水循环模块、切换吹扫模块、太阳能发电模块及负载模块的调节和切换。

电堆14处于电解制氢模式时，利用太阳能发电模块发电，然后电解制氢，将光能转换为电能，再转换为稳定的化学能进行存储；电堆14处于燃料电池发电模式时，反向燃料电池发电时，将存储氢气和氧气的化学能转换为电能输出，实现能源循环利用，本发明只需要补充少量水即可，无需外界补充氢气和氧气，即可实现物料自循环。

作为一种优选实施例，所述氢气循环组件包括氢气双向阀2、供氢管路、余氢回收管路和氢气收集管路；所述储氢罐1连接氢气双向阀2，所述氢气双向阀2通过供氢管路与左极板141的第一接口143相连；所述左极板141的第二接口145通过余氢回收管路与氢气双向阀2相连，实现氢气循环使用；所述左极板141的第一接口143通过氢气收集管路与氢气双向阀2相连，实现氢气收集。

作为一种优选实施例，所述供氢管路包括通过氢气管道按照供氢流向顺序相连的氢气加湿罐4、燃料电池阳极入口阀6和氢气流量计8；具体的，所述储氢罐1的出口连接氢气双向阀2一端，氢气双向阀2另一端、氢气加湿罐4、燃料电池阳极入口阀6和氢气流量计8通过氢气管道顺序相连，氢气流量计8另一端通过氢气管道连接左极板141的第一接口143；氢气流量计8与左极板141上第一接口143之间的氢气管道上依次设有阳极入口温度传感器9、阳极入口压力传感器10；

所述余氢回收管路包括通过氢气管道按照余氢回收流向顺序相连的第二氢气水气分离器46和氢气循环泵48；具体的，按照物料流向，左极板141上第二接口145通过氢气管道连接至燃料电池阳极出口阀45，燃料电池阳极出口阀45另一端连接至第二氢气水气分离器46的入口，第二氢气水气分离器46的出口通过氢气管道连接至氢气循环泵48的入口，氢气循环泵48的出口通过氢气管道连接至氢气双向阀2和氢气加湿罐4之间的氢气管道上；第二氢气水气分离器46底部的排水口通过排水管道连接排水阀47；

所述氢气收集管路包括按照氢气收集流向顺序相连的第一氢气水气分离器5和氢气干燥器3，所述氢气收集和供氢管路刚好相反，且并联设置，具体流向为从左极板141的第一接口143至储氢罐1，从燃料电池阳极入口阀6和氢气流量计8之间的氢气管道上设置支路，依次通过氢气管道连接水电解阴极出口阀7、第一氢气水气分离器5和氢气干燥器3，然后汇合于氢气双向阀2和氢气加湿罐4之间的氢气管道上；所述第一氢气水气分离器5的排水口也通过排水管连接至排水阀47。

本实施例中，所述氢气双向阀2为正反都能导通的二通阀，单纯就解决技术问题而言，可以为手动，考虑到自动化，一般选取自动阀门(带有执行器的阀门)；所述燃料电池阳极入口阀6、水电解阴极出口阀7、燃料电池阳极出口阀45均为带控制的单向阀门，即使处于开启状态，也只允许单向流通，以防止物料串流。排水阀47可以采用普通控制阀门，最好采用带控制的单向阀门；所述氢气流量计8为能够测量正反流量的质量流量计或者电磁流量计。

作为一种优选实施例，所述氧气循环组件包括氧气双向阀26、供氧管路、余氧回收管路和氧气收集管路；所述储氧罐27连接氧气双向阀26，所述氧气双向阀26通过供氧管路与右极板142的第一接口144相连；所述右极板142的第二接口146通过余氧回收管路与氧气双向阀26相连，实现氧气循环使用；所述右极板142的第一接口144通过氧气收集管路与氧气双向阀26相连，实现氧气收集。

作为一种优选实施例，所述供氧管路包括通过氧气管道按照供氧流向顺序相连的氧气加湿罐24、燃料电池阴极入口阀23和氧气流量计18；具体的，所述储氧罐27的出口连接氧气双向阀26一端，氧气双向阀26另一端、氧气加湿罐24、燃料电池阴极入口阀23和氧气流量计18通过氧气管道顺序相连，氧气流量计18另一端通过氧气管道连接右极板142的第一接口144；氧气流量计18与右极板142上第一接口144之间的氧气管道上依次设有燃料电池阴极入口温度传感器16、燃料电池阴极入口压力传感器15；

所述余氧回收管路包括通过氧气管道按照余氧回收流向顺序相连的第一氧气水气分离器34和氧气循环泵33；具体的，按照物料流向，右极板142上第二接口146通过氧气管道连接至燃料电池阴极出口阀37，燃料电池阴极出口阀37另一端连接至第一氧气水气分离器34的入口，第一氧气水气分离器34的出口通过氧气管道连接至氧气循环泵33的入口，氧气循环泵33的出口通过氧气管道连接至氧气双向阀26和氧气加湿罐24之间的氧气管道上；第一氧气水气分离器34底部的排水口通过排水管道连接储水罐35；

所述氧气收集管路包括按照氧气收集流向顺序相连的第二氧气水气分离器19和氧气干燥器20，所述氧气收集和供氢管路刚好相反，且并联设置，流向为从右极板142的第一接口144至储氧罐27方向，从燃料电池阴极入口阀23和氧气流量计18之间的氧气管道上设置支路，依次通过氧气管道连接电解水阳极出口阀、第二氧气水气分离器19和氧气干燥器20，然后汇合于氧气双向阀26和氧气加湿罐24之间的氧气管道上；所述第二氧气水气分离器19的排水口也通过排水管连接至储水罐35。

本实施例中，所述氧气双向阀26为正反都能导通的二通阀，单纯就解决技术问题而言，可以为手动，考虑到自动化，一般选取自动阀门(带有执行器的阀门)；所述燃料电池阴极入口阀23、水电解阴阳出口阀、燃料电池阴极出口阀37均为带控制的单向阀门，即使处于开启状态，也只允许单向流通，以防止物料串流。排水阀47可以采用普通控制阀门，最好采用带控制的单向阀门；所述氧气流量计18为能够测量正反流量的质量流量计或者电磁流量计。

作为一种优选实施例，所述电解水循环组件包括储水罐35、供水管路、加热器36、水循环泵38和回水管路，所述储水罐35的出口依次通过供水管道连接加热器36和水循环泵38，然后连接至右极板142的第二接口146，实现供水；所述回水管路与氧气收集管路公用部分管路，即从右极板142第一接口144出来的氧气-水混合物经过电解水阳极出口阀17和第一接氧气水气分离器后，水从第一接氧气水气分离器的排水口出来，通过管道连接至储水罐35，实现电解水循环使用。

作为一种优选实施例，所述冷却水循环模块包括冷却水储水罐32、冷凝板30、冷却水循环泵25、散热装置和设于右极板142上的冷却水进出口，所述冷却水储水罐32的出口通过管道连接至右极板142的冷却水进口，右极板142的冷却水出口通过冷却水回流管道依次连接散热装置、冷却水循环泵25及冷凝板30，然后返回冷却水储水罐32的入口。

本实施例中，所述散热装置包括设置于冷却水回流管道上的热交换器21和与热交换器21进行热交换的换热管道22，通过热交换器21和换热管道22能够将热能外送利用，实现热电联产的目的。为了提高自动控制水平，一般在冷却水储水罐32入口的冷却水回流管道上还设有冷却水温度传感器31，用于监测冷却水的温度。

作为一种优选实施例，所述切换吹扫模块吹扫管道包括氮气吹扫阀28、供气管和排气管，所述氮气源通过氮气吹扫阀28和供气管分别连接至左极板141和右极板142的第一接口143、144；所述排气管分别设于左极板141和右极板142的第二接口145、146处。

本实施例中，所述左极板141上的排气管设置于第二氢气水气分离器46下游管路上；所述右极板142上的排气管设置于第一氧气水气分离器34下游管路上；并且两个排气管上均设有氮气排气阀，这样吹扫时，不仅能将左右极板142内的流道吹扫干净，还能将部分管路吹扫干净。

作为一种优选实施例，太阳能发电模块包括太阳能电池板11、稳流器12和直流电源13，所述太阳能电池板11通过稳流器12将电能送至电源储存，电源的正负极分别通过导线连接右极板142、左极板141；所述电源通过控制模块控制是否启动电解模式；燃料电池发电模式时，左极板141、右极板142之间通过导线与负载42相连，控制模块能控制负载42是否接入(比如电子开关)。

作为一种优选实施例，所述控制模块包括控制器43，控制器43通过CAN总线分别与效应器之间形成通讯，本实施例中效应器包括直流电源13、电解水阳极出口阀17、燃料电池阴极入口阀23、燃料电池阴极出口阀37、电解水入口阀39、燃料电池阳极出口阀45、氢气双向阀2、氮气吹扫阀28、氮气排气阀44、45、排水阀47、水循环泵38、氢气循环泵48、氧气循环泵33、冷却水循环泵25、热交换器21、氢气加湿罐4、氧气加湿罐24通讯连接，对上述执行器发出控制指令。

具体原理为：

如图1所示，正向光伏制氢过程中，控制器43根据制氢需求，向直流电源13发出控制信号，控制直流电源13的输出电流，直流电源13输出指定大小的电流到电堆14的两极板，储水罐35内的电解水在水循环泵38的作用下，抽出指定流量的电解水，经加热器36加热到指定温度，经电解水入口阀39流入电堆14，此时电堆14中含有大量的去离子水，在电解电流的作用下，阳极产生氧气，阴极产生氢气。

作为阳极的右极板142上产生的氧气和没有反应的电解水流出电堆14，经电解水阳极出口阀17流入第二氧气水气分离器19，生成的氧气和没有反应的电解水被分开，氧气经氧气干燥器20去杂质后经氧气双向阀26在储氧罐27中进行存储，并通过氧气流量计18记录储存氧气量大小，没有反应的电解水经第二氧气水气分离器19的底部流出后循环回到储水罐35中。同时，作为阴极的左极板141上产生的氢气经水电解阴极出口阀7流出，氢气经第一氢气水气分离器5后，少量的水被排出，氢气经氢气干燥器3去杂质，经氢气双向阀2在储氢罐1中被存储，并通过氢气流量计8记录储存氢气量，此时阴极上燃料电池阳极出口阀45和氢气循环泵48均处于关闭状态，或者当阴极产生的氢气压力不足，无法满足储氢罐1压力时，开启燃料电池阳极出口阀45和氢气循环泵48给阴极产生的氢气增压。

储水罐35水位低于最低限位时，控制器43能够接受到反馈信号，启动补水线49自动补给电解水，以供反应的正常进行。

正向制氢过程中，控制器43根据需求，输出直流电源13信号，根据电解直流电的大小，控制水循环泵38的工作功率，从而控制水循环泵38的转速，达到控制水流量的目的。

如图1所示，反向燃料电池发电过程，控制器43接受负载42需求信号或者外部指令，此时储氢罐1的自带减压阀门打开，通过氢气双向阀2向氢气管道输出氢气，氢气经氢气加湿罐4进行加热、加湿，通过氢气加湿罐4对流的氢气加热到指定温度和对应的湿度，再经燃料电池阳极入口阀6、氢气流量计8及作为阳极的左极板141第一接口143进入电堆14，其中氢气流量计8、阳极入口温度传感器9、阳极入口压力传感器10对流入电堆14的氢气进行状态监测，并实时反馈给控制器43。储氧罐27同步开启，经氧气双向阀26后向氧气管道输送氧气，氧气经加湿罐进行加热、加湿，通过氧气经加湿罐将流经的氧气加热到指定的温度和湿度，再经燃料电池阴极入口阀23、氧气流量计18和作为阴极的右极板142上第一接口144进入电堆14，其中氧气流量计18、阴极入口温度传感器、阴极入口压力传感器对流入电堆14的氧气进行状态监测，同步反馈给控制器43，控制器43再发出控制信号，控制加湿罐温度，减压阀的开度，调整进入电堆14的气体状态满足工况需求。

反应产生的水和没有反应完的氧气从作为阴极的右极板142第二接口146流出，经燃料电池阴极出口阀37后通入第一氧气水气分离器34，将氧气和水进行分离，生成的水经第一氧气水气分离器34流入储水罐35，生成的氧气经氧气循环泵33加压后汇入氧气双向阀26后成为二次流，与氧气双向阀26出来的一次流汇合参与到下一次的反应中。没有反应的氢气和少量的从阴极渗透到阳极的水经燃料电池阳极出口阀45流入第二氢气水气分离器46，水通过排水阀47进行周期性排放，氢气经氢气循环泵48加压后汇入氢气双向阀2后成为二次流与氢气双向阀2出来的一次流汇合，参与到下一次的反应中。控制器43根据负载42、氢气流量计8、氧气流量计18的反馈信号，调整氧气循环泵33、氢气循环泵48的输出功率，调整进入电堆14的气体满足流量需求。

如图2所示，在水电解模式向燃料电池模式切换时，需要进行氮气吹扫，此时控制器43控制电解水入口阀39、电解水阳极出口阀17、电解水阴极出口阀关闭，氢气管道的氢气双向阀2、氧气管道氧气双向阀26均关闭，控制器43控制氮气吹扫阀28打开，氮气分别从左、右极板的第一接口143、144进入电堆14，控制器43控制氮气排气阀40、44均保持开启，氮气对电堆14吹扫完成后，分别从氮气排气阀40、44排出系统。

如图2所示，水电解模式和燃料电池模式都需要通过冷却水循环模块控制电堆14的温度，冷却水罐通过冷却水循环泵25抽出冷却水，并从设于右极板142上的冷却水入口送入电堆14，然后从冷却水出口流出，流出电堆14后，经过热交换器21，将电堆14的热量传递给外界，经冷却水循环泵25后流入冷凝板30，降低冷却水的温度，循环回到冷却水罐中，参与下一次的冷却水循环。

如图2所示，控制器43接受电堆温度传感器41信号，从而控制冷却水循环泵25的功率，比如当在大工作电流下工作时，温度传感器监测到电堆14温度的升高，提高冷却水循环泵25转速能够带走更多的电堆14热量，从而控制电堆14的温度保持恒定。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种热电联产的一体式可再生燃料电池系统，其特征在于，包括

电堆，为一体式可再生燃料电池电堆，具有电解制氢和燃料电池发电两个模式，其包括叠加电池和分别设于叠加电池左、右两端的两个极板；每个极板上均设有与其内流道两端相连的接口；处于电解制氢模式时，左极板为阴极，右极板为阳极，处于燃料电池发电模式时，左极板为阳极，右极板为阴极；

氢气循环模块，包括储氢罐和氢气循环组件，所述储氢罐通过氢气循环组件连接左极板的两个接口，通过氢气循环组件实现储氢罐和左极板之间的氢气循环；

氧气循环模块，包括储氧罐和氧气循环组件，所述储氧罐通过氧气循环组件连接右极板的两个接口，通过氧气循环组件实现储氧罐和右极板之间的氧气循环；

电解水循环模块，包括储水罐和电解水循环组件，所述储水罐通过电解水循环组件连接右极板的两个接口，用于供给电解水，通过电解水循环组件实现储水罐和右极板之间的电解水循环；

冷却水循环模块，用于对右极板进行冷却水循环；

切换吹扫模块，包括氮气源和吹扫管道，所述氮气源通过吹扫管道分别与左、右极板相连，用于在电解发电两个模式切换时提供氮气对两个极板内流道进行吹扫清理；

太阳能发电模块，通过导线与左右两个极板相连，对两个极板供电进行电解；

负载模块，通过导线与左右两个极板相连，用于在一体式可再生燃料电池电堆发电时输出电能。

2.根据权利要求1所述的一种热电联产的一体式可再生燃料电池系统，其特征在于，所述氢气循环组件包括氢气双向阀、供氢管路、余氢回收管路和氢气收集管路；所述储氢罐连接氢气双向阀，所述氢气双向阀通过供氢管路与左极板的第一接口相连；所述左极板的第二接口通过余氢回收管路与氢气双向阀相连，实现氢气循环使用；所述左极板的第一接口通过氢气收集管路与氢气双向阀相连，实现氢气收集。

3.根据权利要求2所述的一种热电联产的一体式可再生燃料电池系统，其特征在于：所述供氢管路包括通过氢气管道按照供氢流向顺序相连的氢气加湿罐、燃料电池阳极入口阀和氢气流量计；

所述余氢回收管路包括通过氢气管道按照余氢回收流向顺序相连的第二氢气水气分离器和氢气循环泵；

所述氢气收集管路包括按照氢气收集流向顺序相连的第一氢气水气分离器和氢气干燥器，所述第一氢气水气分离器和第二氢气水气分离器的排水口均连接至排水阀。

4.根据权利要求3所述的一种热电联产的一体式可再生燃料电池系统，其特征在于：

所述氧气循环组件包括氧气双向阀、供氧管路、余氧回收管路和氧气收集管路；所述储氧罐连接氧气双向阀，所述氧气双向阀通过供氧管路与右极板的第一接口相连；所述右极板的第二接口通过余氧回收管路与氧气双向阀相连，实现氧气循环使用；所述右极板的第一接口通过氧气收集管路与氧气双向阀相连，实现氧气收集。

5.根据权利要求4所述的一种热电联产的一体式可再生燃料电池系统，其特征在于：所述供氧管路包括通过氧气管道按照供氧流向顺序相连的氧气加湿罐、燃料电池阴极入口阀和氧气流量计；

所述余氧回收管路包括通过氧气管道按照余氧回收流向顺序相连的第一氧气水气分离器和氧气循环泵；

所述氧气收集管路包括按照氧气收集流向顺序相连的第二氧气水气分离器和氧气干燥器。

6.根据权利要求5所述的一种热电联产的一体式可再生燃料电池系统，其特征在于：所述电解水循环组件包括储水罐、加热器和水循环泵，所述储水罐的出口依次通过管道连接加热器和水循环泵，然后连接至右极板的第二接口，所述第一氧气水气分离器和第二氧气水气分离器的排水口均连储水罐的入口，以实现电解水循环使用。

7.根据权利要求6所述的一种热电联产的一体式可再生燃料电池系统，其特征在于：所述冷却水循环模块包括冷却水储水罐、冷凝板、冷却水循环泵、散热装置和设于右极板上的冷却水进出口，所述冷却水储水罐的出口通过管道连接至右极板的冷却水进口，右极板的冷却水出口通过管道依次连接散热装置、冷却水循环泵及冷凝板，然后返回冷却水储水罐的入口。

8.根据权利要求7所述的一种热电联产的一体式可再生燃料电池系统，其特征在于：所述切换吹扫模块吹扫管道包括氮气吹扫阀、供气管和排气管，所述氮气源通过氮气吹扫阀和供气管分别连接至左极板和右极板的第一接口；所述排气管分别设于左极板和右极板的第二接口处。

9.根据权利要求8所述的一种热电联产的一体式可再生燃料电池系统，其特征在于：所述左极板上的排气管设置于第二氢气水气分离器下游管路上；所述右极板上的排气管设置于第一氧气水气分离器下游管路上；并且两个排气管上均设有氮气排气阀。

10.根据权利要求8所述的一种热电联产的一体式可再生燃料电池系统，其特征在于：还包括控制模块，用于控制一体式可再生燃料电池电堆、氢气循环模块、氧气循环模块、电解水循环模块、冷却水循环模块、切换吹扫模块、太阳能发电模块及负载模块的调节和切换。

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