CN203907723U - 一种燃料电池建筑发电供暖系统 - Google Patents
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Abstract
一种燃料电池建筑发电供暖系统，涉及一种建筑能源设置系统，系统包括甲醇裂解制氢燃料电池、逆变器、照明或其他家用电器、燃料电池智能控制系统、水分流控制器、暖气片、热水器等用水器具、集水器；燃料电池配有智能控制系统，燃料电池输出水的管道连接水分流控制器，水分流控制器连接暖气片、热水器等用电器具，并由水分流控制器直接经管道连接集水器，集水器上设有溢流装置，溢流装置与下水道相连通，集水器也连接其他用水设备；燃料电池输出电路连接有逆变器，逆变器出输出电连接照明或其他家用电器，燃料电池工作发电供给建筑物内用电，同时将产生的热水，经水分流控制器分配给建筑内供暖及需用热水处。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种建筑能源设置系统，特别是涉及一种燃料电池建筑发电供暖系统。
背景技术
目前，随着我国城市化的建设，城市居民的生活水平不断提高，舒适的生活环境已然成为北方城镇人们生活水平和工作的需要，尤其在室外温度低于室内温度，室外的冷空气进入房间，使人们感受到寒冷的袭击，为了维持室内所需的空气温度，必须向室内供给相应的热量。我国建筑供热采暖多采用热电联产或区域锅炉为热源的集中供热。所谓集中供热是指由集中热源所产生的蒸气、热水，通过管网供给需要采暖所需热量的方式。集中热源大部分采用煤燃烧加热水的方式循环供热，燃煤不仅大量耗能，还造成环境污染。随着中国城市化水平的快速发展，房屋建造规模越来愈大，建筑能耗在能源总消耗量中占的比列逐年上升，已从上世纪70年代末的10%上升到现在的27.6%，其中供热采暖消耗的能源占建筑耗能的60%，同时造成雾霾等环境污染，因此，节能环保的供暖方式人们一直在探索。
燃料电池技术提供了最通用的能源解决方案。燃料电池与种类繁多的供电方式——从电池到内燃机展开竞争，并应用于从家庭发电供热、移动电话充电器到汽车、通讯、电力、工业等在内的大量应用中。燃料电池使用的燃料与其他竞争技术存在明显差别。内燃机技术仅限于使用一些液体燃料，电池需要充电来补充能源，而燃料电池则可以使用能提供氢的任何能源。这为该技术开辟了巨大的潜力，使其可以直接集成到现有的天然气基础设施，加工废弃物氢的化工厂，以及自垃圾填埋场生物甲烷、甲醇等燃料，并且能量转化效率高，清洁环保。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种燃料电池建筑发电供暖系统，该系统经氢燃料电池工作发电供给建筑物内用电，同时将产生的热水，经水分流控制器分配给建筑内供暖及需用热水处，实现了节能环保充分利用能源的目的。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
一种燃料电池建筑发电供暖系统，所述系统包括甲醇裂解制氢燃料电池、逆变器、照明或其他家用电器、燃料电池智能控制系统、水分流控制器、暖气片、热水器等用水器具、集水器；燃料电池配有智能控制系统，燃料电池输出水的管道连接水分流控制器，水分流控制器连接暖气片、热水器等用电器具，并由水分流控制器直接经管道连接集水器，集水器上设有溢流装置，溢流装置与下水道相连通，集水器也连接其他用水设备；燃料电池输出电路连接有逆变器，逆变器出输出电连接照明或其他家用电器，电堆发电系统由供氧回路、供氢回路、除氢回路、散热回路、电堆总成及控制系统构成。
所述的一种燃料电池建筑发电供暖系统，所述燃料电池为电化学反应方式采用甲醇裂解制氢发电。
所述的一种燃料电池建筑发电供暖系统，所述燃料电池电堆输出功率额定50kW，最大输出100kW；额定工作点电压0.73V-0.60V。
所述的一种燃料电池建筑发电供暖系统，所述系统工作压力0.5 bar；热输出20.32kW-51.22kW。
所述的一种燃料电池建筑发电供暖系统，所述电堆50kW，峰值100kW；氮气舱2bar循环加压；电堆反应温度70℃-80℃。
本实用新型的优点与效果是：
本实用新型选用一种不经过燃烧直接以电化学反应方式将燃料的化学能转变为电能的发电装置，配合其他设备技术专用于建筑内电能和热能适用的配套应用，是一项高效率利用能源而又无污染的综合技术，总体热效率可达 80%以上。燃料电池几乎不排放NOx及SOx ，温室气体CO2的排放量也比火力发电减少40%~60%，减轻了对大气的污染；没有传动部件，工作时噪声极低，因而可直接设在建筑用户使用；系统更加安全可靠，不会因传动部件失灵而引发恶性事故。
附图说明
图1为本实用新型燃料电池发电原理示意图；
图2为本实用新型燃料电池建筑发电供暖系统图；
图3为本实用新型系统工作原理图；
图4为本实用新型电堆发电系统图；
图5为本实用新型直流逆变交流原理图。
具体实施方式
下面结合附图所示实施例，对本实用新型作进一步详述。
燃料电池有多种类型，按使用的电解液不同分类，主要有磷酸型燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、质子交换膜燃料电池（PEMFC）及碱性燃料电池（AFC）。如图1所示，本实用新型燃料电池是一种不经过燃烧直接以电化学反应方式将燃料的化学能转变为电能的发电装置，采用甲醇裂解制氢发电，将化学能直接转化为电能，不涉及热机过程，能量转换不受卡诺循环的限制，其理论热电转化效率可达 85%~90％，该燃料电池温室气体CO2的排放量也比火力发电减少40%~60%；没有传动部件。氢燃料单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质。工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。把氢和氧分别供给阴极和阳极，氢通过阴极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阳极。原料氢气在核心组件中游离出氢离子通过与质子交换膜及催化剂的电化反应，产生出电能。反应生成副产品为75度纯净水被排出。如图3所示，本实用新型采用甲醇裂解制氢发电的燃料电池可以高效、环境友好地将储存在燃料中的化学能温和地转化为电能，燃料电池工作前需要经过甲醇制氢设备产生氢气，氢是燃料电池的最佳燃料，醇类、烃类等富氢燃料通过重整的方式移动或现场制氢为燃料电池提供氢源，在经济性和安全性方面具有优势，液体燃料中甲醇作为制氢原料价廉易得， 能量密度高，涉及氢气储存时，净能量密度比氢在复合物和金属氢化物贮罐中高得多；重整制氢反应温度、反应压力低，产物中一氧化碳含量低。如图4所示，电堆发电系统主要由供氧回路、供氢回路、除氢回路、散热回路、电堆总成及控制系统构成。氢气由燃料电池的供氢回路进入电堆阳极,氧气（或空气）则由供氧回路进入电堆阴极。经由催化剂的作用,经质子膜渗透，使得阳极的氢原子分解成两个氢质子（proton）与两个电子（electron）,其中质子被氧吸引到薄膜的另一边,电子则经由外电路形成电流后,到达阴极，形成电流回路。供负载用电。而在阴极催化剂之作用下,氢质子、氧及电子,发生反应形成水分子,因此水可说是燃料电池唯一的排放物。燃料电池发电由于氢氧结合同时产生75度纯净水，由水分流控制器对热水分配使用，冬季可用于暖气供热，洗浴热水器供水，洗手、洗菜等用热水，循环多余的水通过集水器储存，用于其它用水的地方。
实施例1：
本实用新型发电供暖系统如图2所示，所采用的燃料电池加注燃料为甲醇、氢气启动发电，燃料电池发的是直流电，需要经过逆变器把直流电转换成220v交流电供照明和家用电器使用。逆变交流原理如图5所示。燃料电池配有智能控制系统，根据负载变化自动调节发电量。燃料电池在发电的同时产生75度的纯净水，输入到水分流控制器分配给建筑内供暖及需用热水处，水分流控制器分配给建筑内供暖及需用热水处同时将多余的热水送到集水器中，将多余的水储存使用，集水器容器设有水过溢装置，必要时将过溢的水排至下水管道，以保证用水安全。本实用新型系统燃料电池电堆输出功率额定50kW，最大输出100kW；额定工作点电压0.73V-0.60V；发电效率59.34%-48.78%；发电功率密度1.2W/cm2-2.4W/cm2；体积50L；重量50kg；工作压力0.5 bar；热输出20.32kW-51.22kW；电堆主要参数表：电堆50kW，峰值100kW；氮气舱2bar循环加压；电堆反应温度70℃-80℃；检测组件为单堆性能监测；压力、氢气、温度等传感器为数据传回控制系统；使用寿命10000h。
Claims (5)
1.一种燃料电池建筑发电供暖系统，其特征在于，所述系统包括甲醇裂解制氢燃料电池、逆变器、照明或其他家用电器、燃料电池智能控制系统、水分流控制器、暖气片、热水器等用水器具、集水器；燃料电池配有智能控制系统，燃料电池输出水的管道连接水分流控制器，水分流控制器连接暖气片、热水器等用电器具，并由水分流控制器直接经管道连接集水器，集水器上设有溢流装置，溢流装置与下水道相连通，集水器也连接其他用水设备；燃料电池输出电路连接有逆变器，逆变器出输出电连接照明或其他家用电器，电堆发电系统由供氧回路、供氢回路、除氢回路、散热回路、电堆总成及控制系统构成。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池建筑发电供暖系统，其特征在于，所述燃料电池为电化学反应甲醇裂解制氢发电。
3.根据权利要求2所述的一种燃料电池建筑发电供暖系统，其特征在于，所述燃料电池电堆输出功率额定50kW，最大输出100kW；额定工作点电压0.73V-0.60V。
4.根据权利要求1所述的一种燃料电池建筑发电供暖系统，其特征在于，所述系统工作压力0.5 bar；热输出20.32kW-51.22kW。
5.根据权利要求1所述的一种燃料电池建筑发电供暖系统，其特征在于，所述电堆50kW，峰值100kW；氮气舱2bar循环加压；电堆反应温度70℃-80℃。
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