CN117588786A - 一种固体氧化物燃料电池联合热泵采暖系统及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固体氧化物燃料电池联合热泵采暖系统,包括SOFC模块、逆变器、压缩机、冷凝器、蒸发器，通风箱，所述压缩机的输出端与所述冷凝器的输入端连接，所述冷凝器的输出端与所述蒸发器的输入端连接，所述蒸发器的输出端与所述压缩机的输入端连接，所述通风箱的第一进风口与所述SOFC模块的排气口连接。本发明涉及一种固体氧化物燃料电池联合热泵采暖系统的运行方法，包括预热步骤、供暖水箱加热步骤、供暖步骤、关机步骤，其能避免热泵机组的蒸发器结霜，从而能让热泵机组一直处于不需要停机除霜的状态，以实现持续稳定供热。

Description

一种固体氧化物燃料电池联合热泵采暖系统及其运行方法

技术领域

本发明涉及热泵采暖系统领域，具体涉及一种固体氧化物燃料电池联合热泵采暖系统及其运行方法。

背景技术

当前北方城市供暖主要采用热电联产和各类燃煤，燃气锅炉产生的热量，其中燃煤比重最大，造成了大量的粉尘污染。使用煤，燃气等燃料供暖还存在能量利用率低的情况。

进些年来，部分北方城市使用空气源热泵机组来进行煤改电，以降低燃煤引起的环境污染，但是存在以下两方面的问题：

1、热泵采暖从电网使用电力，在冬季采暖高峰，用电负荷大，价格昂贵，还给电网带来了巨大负担。

2、热泵采暖，在气温较低的冬季，由于蒸发器进风温度低，热泵机组容易结霜，热泵机组在停机除霜过程中，供热量减少，会引起室内温度降低，舒适性差。

发明内容

本发明的目的是提供一种固体氧化物燃料电池联合热泵采暖系统及其运行方法，其能避免热泵机组的蒸发器结霜，从而能让热泵机组一直处于不需要停机除霜的状态，以实现持续稳定供热。另外，其回收了SOFC模块产生的高温尾气中的热量，因此能源利用效率远高于燃煤、燃气燃烧的传统采暖方式。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种固体氧化物燃料电池联合热泵采暖系统,其特征在于：包括SOFC模块、逆变器、压缩机、冷凝器、蒸发器，通风箱，所述压缩机的输出端与所述冷凝器的输入端连接，所述冷凝器的输出端与所述蒸发器的输入端连接，所述蒸发器的输出端与所述压缩机的输入端连接，所述通风箱的第一进风口与所述SOFC模块的排气口连接，所述通风箱的第二进风口连接有风阀，所述通风箱的出风口与所述蒸发器的进气口连通，所述蒸发器设有风机，所述逆变器的直流输入端与所述SOFC模块的直流输出端连接，所述逆变器的交流输出端分别与所述压缩机、所述风机、所述风阀电连接。

具体地，所述SOFC模块设有燃气输入口和液体输入口。

具体地，所述冷凝器与所述蒸发器之间连接有节流阀。

具体地，包括供暖水箱，所述供暖水箱连接有循环回路，所述循环回路流经所述冷凝器，所述循环回路设有循环水泵，所述循环水泵与所述逆变器的交流输出端电连接。

具体地，所述供暖水箱连接有供暖给水管道和供暖回水管道，所述供暖给水管道连接有供暖水泵，所述供暖水泵与所述逆变器的交流输出端电连接。

具体地，所述SOFC模块的燃气输入口用于输入天然气、氢气、合成气、沼气或甲醇。

具体地，所述SOFC模块的液体输入口用于输入水。

一种热泵采暖系统运行方法，应用于所述的固体氧化物燃料电池联合热泵采暖系统，包括以下步骤：

预热步骤：开启所述风机，往所述SOFC模块通入燃气和水，所述SOFC模块逐步预热，进入发电待机状态，此过程需要控制所述风阀的开度，以保证所述通风箱所排出的气体温度不过高，避免损坏所述蒸发器；

供暖水箱加热步骤：开启所述循环水泵，开启所述压缩机，根据所述热泵采暖系统的电力需求，调节对所述SOFC模块的燃气供应量和水供应量，在所述热泵采暖系统运行过程中，控制所述风阀的开度，以保证通风箱所排出的气体温度不过低，以避免所述蒸发器结霜，在所述热泵采暖系统运行过程中，所述供暖水箱中的水逐渐被加热；

供暖步骤：当所述供暖水箱中的水达到供暖要求时，开启所述供暖水泵进行供暖；

关机步骤：先关闭所述压缩机，再关闭所述循环水泵，并减少对所述SOFC模块的燃气供应和水供应，使其进入热待机状态，逐步降温，最终关闭对其的燃气供应和水供应，当所述供暖水箱中的水降温到无法满足供暖要求时，关闭所述供暖水泵。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、SOFC(Solid Oxide Fuel Cell)模块即固体氧化物燃料电池，是一种不经过燃烧过程直接以电化学反应方式将燃料(如天然气、氢气、合成气、沼气、甲醇等)的化学能直接转化为电能的高效发电装置。SOFC发电系统发电具有效率高、无粉尘排放、无NOx排放、可实现CO2集中排放等优点；

2、本发明使用SOFC模块进行发电，所发电力供给系统中的电控部件、压缩机，风机，循环水泵、供暖水泵等部件使用，使本发明的系统仅在启动和停机阶段需要从电网取电，耗电量小，避免对电网带来巨大负担。本发明的系统在稳定运行时，不需要从电网取电，大批量使用时对电网影响很小。

3、SOFC模块产生的高温尾气和室外的环境冷空气在通风箱混合后再进入热泵机组的蒸发器中，该混合后的气体温度不会过低(比室外环境温度高)，从而能让热泵机组一直处于不需要停机除霜的状态，以实现持续稳定供热。

4、本发明的系统回收了SOFC模块产生的高温尾气中的热量，因此能源利用效率远高于燃煤、燃气燃烧的传统采暖方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明固体氧化物燃料电池联合热泵采暖系统的示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

见图1，一种固体氧化物燃料电池联合热泵采暖系统,包括SOFC模块、逆变器、压缩机、冷凝器、蒸发器，通风箱，压缩机的输出端与冷凝器的输入端连接，冷凝器的输出端与蒸发器的输入端连接，蒸发器的输出端与压缩机的输入端连接，通风箱的第一进风口与SOFC模块的排气口连接，通风箱的第二进风口连接有风阀，通风箱的出风口与蒸发器的进气口连通，蒸发器设有风机，逆变器的直流输入端与SOFC模块的直流输出端连接，逆变器的交流输出端分别与压缩机、风机、风阀电连接。

具体地，SOFC模块设有燃气输入口和液体输入口。

具体地，冷凝器与蒸发器之间连接有节流阀。

具体地，包括供暖水箱，供暖水箱连接有循环回路，循环回路流经冷凝器，循环回路设有循环水泵，循环水泵与逆变器的交流输出端电连接。

具体地，供暖水箱连接有供暖给水管道和供暖回水管道，供暖给水管道连接有供暖水泵，供暖水泵与逆变器的交流输出端电连接。

具体地，SOFC模块的燃气输入口用于输入天然气、氢气、合成气、沼气或甲醇。

具体地，SOFC模块的液体输入口用于输入水。

上述固体氧化物燃料电池联合热泵采暖系统的运行方法，包括以下步骤：

预热步骤：开启风机，往SOFC模块通入燃气和水，SOFC模块逐步预热，进入发电待机状态，此过程需要控制风阀的开度，以保证通风箱所排出的气体温度不过高，避免损坏蒸发器；

供暖水箱加热步骤：开启循环水泵，开启压缩机，根据热泵采暖系统的电力需求，调节对SOFC模块的燃气供应量和水供应量，在热泵采暖系统运行过程中，控制风阀的开度，以保证通风箱所排出的气体温度不过低，以避免蒸发器结霜，在热泵采暖系统运行过程中，供暖水箱中的水逐渐被加热；

供暖步骤：当供暖水箱中的水达到供暖要求时，开启供暖水泵进行供暖；

关机步骤：先关闭压缩机，再关闭循环水泵，并减少对SOFC模块的燃气供应和水供应，使其进入热待机状态，逐步降温，最终关闭对其的燃气供应和水供应，当供暖水箱中的水降温到无法满足供暖要求时，关闭供暖水泵。

本发明的固体氧化物燃料电池联合热泵采暖系统的技术效果如下：

1、SOFC(Solid Oxide Fuel Cell)模块即固体氧化物燃料电池，是一种不经过燃烧过程直接以电化学反应方式将燃料(如天然气、氢气、合成气、沼气、甲醇等)的化学能直接转化为电能的高效发电装置。SOFC发电系统发电具有效率高、无粉尘排放、无NOx排放、可实现CO2集中排放等优点；

2、本发明使用SOFC模块进行发电，所发电力供给系统中的电控部件、压缩机，风机，循环水泵、供暖水泵等部件使用，使本发明的系统仅在启动和停机阶段需要从电网取电，耗电量小，避免对电网带来巨大负担。本发明的系统在稳定运行时，不需要从电网取电，大批量使用时对电网影响很小。

3、SOFC模块产生的高温尾气和室外的环境冷空气在通风箱混合后再进入热泵机组的蒸发器中，该混合后的气体温度不会过低(比室外环境温度高)，从而能让热泵机组一直处于不需要停机除霜的状态，以实现持续稳定供热。

4、本发明的系统回收了SOFC模块产生的高温尾气中的热量，因此能源利用效率远高于燃煤、燃气燃烧的传统采暖方式。

以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种固体氧化物燃料电池联合热泵采暖系统,其特征在于：包括SOFC模块、逆变器、压缩机、冷凝器、蒸发器，通风箱，所述压缩机的输出端与所述冷凝器的输入端连接，所述冷凝器的输出端与所述蒸发器的输入端连接，所述蒸发器的输出端与所述压缩机的输入端连接，所述通风箱的第一进风口与所述SOFC模块的排气口连接，所述通风箱的第二进风口连接有风阀，所述通风箱的出风口与所述蒸发器的进气口连通，所述蒸发器设有风机，所述逆变器的直流输入端与所述SOFC模块的直流输出端连接，所述逆变器的交流输出端分别与所述压缩机、所述风机、所述风阀电连接。

2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池联合热泵采暖系统,其特征在于：所述SOFC模块设有燃气输入口和液体输入口。

3.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池联合热泵采暖系统,其特征在于：所述冷凝器与所述蒸发器之间连接有节流阀。

4.根据权利要求2所述的固体氧化物燃料电池联合热泵采暖系统,其特征在于：包括供暖水箱，所述供暖水箱连接有循环回路，所述循环回路流经所述冷凝器，所述循环回路设有循环水泵，所述循环水泵与所述逆变器的交流输出端电连接。

5.根据权利要求4所述的固体氧化物燃料电池联合热泵采暖系统,其特征在于：所述供暖水箱连接有供暖给水管道和供暖回水管道，所述供暖给水管道连接有供暖水泵，所述供暖水泵与所述逆变器的交流输出端电连接。

6.根据权利要求2所述的固体氧化物燃料电池联合热泵采暖系统,其特征在于：所述SOFC模块的燃气输入口用于输入天然气、氢气、合成气、沼气或甲醇。

7.根据权利要求2所述的固体氧化物燃料电池联合热泵采暖系统,其特征在于：所述SOFC模块的液体输入口用于输入水。

8.一种热泵采暖系统运行方法，应用于权利要求5所述的固体氧化物燃料电池联合热泵采暖系统，其特征在于，包括以下步骤：

预热步骤：开启所述风机，往所述SOFC模块通入燃气和水，所述SOFC模块逐步预热，进入发电待机状态，此过程需要控制所述风阀的开度，以保证所述通风箱所排出的气体温度不过高，避免损坏所述蒸发器；

供暖水箱加热步骤：开启所述循环水泵，开启所述压缩机，根据所述热泵采暖系统的电力需求，调节对所述SOFC模块的燃气供应量和水供应量，在所述热泵采暖系统运行过程中，控制所述风阀的开度，以保证通风箱所排出的气体温度不过低，以避免所述蒸发器结霜，在所述热泵采暖系统运行过程中，所述供暖水箱中的水逐渐被加热；

供暖步骤：当所述供暖水箱中的水达到供暖要求时，开启所述供暖水泵进行供暖；

关机步骤：先关闭所述压缩机，再关闭所述循环水泵，并减少对所述SOFC模块的燃气供应和水供应，使其进入热待机状态，逐步降温，最终关闭对其的燃气供应和水供应，当所述供暖水箱中的水降温到无法满足供暖要求时，关闭所述供暖水泵。