CN204289610U - 一种太阳能-可逆燃料电池的热电联供装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种太阳能-可逆燃料电池的热电联供装置，包括太阳能电池、可逆固体氧化物燃料电池、储氧罐、储氢罐和储水罐；本实用新型的热电联供装置通过可以充分利用白天的太阳能，并将白天多余的太阳能通过可逆固体氧化物燃料电池进行了有效的储存，以便在晚上利用，从而使得太阳能这一不在晚上存在的能源变成了可以在晚上间接使用，同时还可以充分利用燃料发电所产生的热量，实现热电联供，解决了目前房车作为移动式居所时面临的能量供给问题，并且对于利用诸如太阳能、风能等清洁能源具有极其重要的意义。
Description
技术领域
本实用新型属于能源利用技术领域，涉及一种太阳能-可逆燃料电池热电联供装置，特别涉及一种应用于房车的太阳能-可逆燃料电池热电联供装置。
背景技术
房车是现代人旅游、度假的交通手段与居住手段的结合体，在美国、德国等发达国家已经进入寻常百姓家。随着旅游业的蓬勃发展，我国的房车市场也已渐渐兴起。但房车作为一个移动的居所，其能源消耗也是巨大的。目前，在没有营地电源的情况下，其电能供应主要依赖燃油发电机，效率低，噪音大，污染高。
太阳能是真正取之不尽的可再生能源。太阳能光伏发电已有应用于房车的报道，但均为单纯使用太阳能发电，用蓄电池组保存电力，且功率较小，只供给房车内部分电器的用电。若达到为整个房车供电供热(功率需达到千瓦级)，则需使用大量蓄电池，空间占用多，资金消耗大，且蓄电池并不环保。
基于固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cells，SOFC)的家庭用微型热电联产技术已有成功应用的报道。SOFC可以将化学能直接转化为电能，是燃料电池中能量转化率最高的一种，它采用固体氧化物陶瓷电解质，在高温(例如，700～1000℃)下运行，具有燃料适应性广(例如，所用燃料可以是H2、CO或碳氢化合物等)、结构紧凑、维护简单、部分负载效率高等优点。SOFC逆运行即成为固体氧化物电解池(Solid OxideElectrolyzerCells，SOEC)，是一种高效率、低污染的能量转化装置，可以将电能和热能转化为化学能。目前，这种既可以处于SOFC工作模式(即用作将化学能直接转化为电能的固体氧化物燃料电池)，又可以处于SOEC工作模式(即用作将电能直接转化为化学能的固体氧化物电解池)的固体氧化物燃料电池，被称为可逆固体氧化燃料电池，简称可逆SOFC，例如CN101969132B或CN101253647B中公开的可逆固体氧化燃料电池，其应用前景十分广泛。
中国专利CN 102544549 A公开了一种基于燃料电池的热电联供系统，但该专利使用醇类及烃类的含氢化合物重整制氢作为燃料电池的燃料，未涉及可再生能源的利用；中国专利CN 103337646 A公开了一种家用光伏制氢及燃料电池热电联供一体机，但该一体机主要针对家庭用户，且制氢设备是电解槽，没有与燃料电池进行整合，均未能有效解决目前房车作为移动式居所时面临的能量供给问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种太阳能-可逆燃料电池的热电联供装置，以解决目前房车作为移动式居所时面临的能量供给问题。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种太阳能-可逆燃料电池的热电联供装置，所述热电联供装置包括：
太阳能电池，用于将太阳能转化为电能，并为用户和可逆固体氧化物供电；
可逆固体氧化物燃料电池，用于在SOEC工作模式时利用来自所述太阳能电池的电能将水电解为氢气和氧气，以及在SOFC工作模式时利用氢气和氧气发电；
储氧罐，用于在所述可逆固体氧化物燃料电池处于SOEC工作模式时接收电解所产生的氧气，以及在所述可逆固体氧化物燃料电池处于SOFC工作模式时提供发电所需的氧气；
储氢罐，用于在所述可逆固体氧化物燃料电池处于SOEC工作模式时接收电解所产生的氢气，以及在所述可逆固体氧化物燃料电池处于SOFC工作模式时提供发电所需的氢气；
储水罐，用于在所述可逆固体氧化物燃料电池处于SOEC工作模式时提供电解所需的水，以及在所述可逆固体氧化物燃料电池处于SOFC工作模式时接收发电所产生的水。
根据本实用新型的热电联供装置，优选地，所述热电联供装置还包括：
第一换热器，用于在所述可逆固体氧化物燃料电池处于SOEC工作模式时使电解产生的氧气与电解所需的水的一部分换热降温，以及在所述可逆固体氧化物燃料电池处于SOFC工作模式时使发电所产生的水的一部分与发电所需的氧气换热降温；和
第二换热器，用于在所述可逆固体氧化物燃料电池处于SOEC工作模式时使电解所产生的氢气与电解所需的水的剩余部分换热降温，以及在所述可逆固体氧化物燃料电池处于SOFC工作模式时使发电所产生的水的剩余部分与发电所需的氢气换热降温。
根据本实用新型的热电联供装置，优选地，所述热电联供装置还包括：
第一压缩机，用于在所述可逆固体氧化物燃料电池处于SOEC工作模式时使电解所产生的氧气在进入所述储氧罐前增压；和
第二压缩机，用于在所述可逆固体氧化物燃料电池处于SOFC工作模式时使电解所产生的氢气在进入所述储氢罐前增压。
根据本实用新型的热电联供装置，优选地，所述热电联供装置还包括：
备用燃料罐，用于在所述可逆固体氧化物燃料电池处于SOFC工作模式时为所述可逆固体氧化物燃料电池提供备用碳氢燃料；和
燃料重整器，用于对来自所述备用燃料罐的碳氢燃料进行重整制氢。
本实用新型通过可以充分利用白天的太阳能，并将白天多余的太阳能通过可逆固体氧化物燃料电池进行了有效的储存，以便在晚上利用，从而使得太阳能这一不能在晚上存在的能源变成了可以在晚上间接使用，并且还可以充分利用燃料发电所产生的热量，实现热电联供，这对于利用诸如太阳能、风能等清洁能源具有极其重要的意义。同时，本实用新型采用可逆固体氧化物燃料电池有助于平衡用户白天和夜间的用电需求，并且利用可逆固体氧化物燃料电池发电时，产生的热水还可以供住户晚上使用，节省了晚上使用热水所消耗的电力。另外，即使遭遇阴雨天，导致白天太阳能电池板功率不足，本实用新型还可利用备用碳氢燃料作为SOFC的原料发电，保证了能源供应的可靠性。
附图说明
图1为本实用新型的热电联供装置的一种实施方式的示意图。
其中，1-太阳能电池板，2-可逆SOFC，3-储氧罐，4-储水罐，5-储氢罐，6-第一换热器，7-第二换热器，8-第一压缩机，9-第二压缩机，10-备用燃料罐，11-燃料重整器，12-开关，13-阀门，14-房车。
具体实施方式
以下为更好地理解本实用新型的技术方案，以下结合附图做作一步描述。
图1是本实用新型所提供的热电联供装置的一种实施方式的示意图。为了使该示意图更加清楚、简明，图中省略了部分设备，例如一些仪表和阀门等，但并不会影响对本实用新型的理解。
如图1所示，本实用新型提供的太阳能-可逆燃料电池的热电联供装置包括太阳能电池1、可逆固体氧化燃料电池(以下简称可逆SOFC)2、储氧罐3、储氢罐5和储水罐4。其中，所述太阳能电池1用于将太阳能转化为电能，并为房车14和可逆SOFC 2供电，所述太阳能电池1可以本领域所熟知的那些，例如非晶硅太阳能电池板。
所述可逆SOFC 2用于在SOEC工作模式时利用来自所述太阳能电池1的电能将水电解为氢气和氧气，以及在SOFC工作模式时利用氢气和氧气发电，所述可逆SOFC 2可以本领域所熟知的那些，例如CN101969132B或CN101253647B中公开的可逆固体氧化燃料电池。
所述储氧罐3用于在所述可逆SOFC 2处于SOEC工作模式时接收电解所产生的氧气，以及在所述可逆SOFC 2处于SOFC工作模式时提供发电所需的氧气。所述储氢罐5用于在所述可逆SOFC 2处于SOEC工作模式时接收电解产生的氢气，以及在所述可逆SOFC 2处于SOFC工作模式时提供发电所需的氢气。所述储水罐4用于在所述可逆SOFC 2处于SOEC工作模式时提供电解所需的水，以及在所述可逆SOFC 2处于SOFC工作模式时接收发电所产生的水。
在本实用新型的一个优选实施例中，所述热电联供装置还包括第一换热器6和第二换热器7，其中，所述第一换热器6用于在所述可逆SOFC2处于SOEC工作模式时使电解所产生的氧气与电解所需的水的一部分(例如一半的水)换热降温，以及在所述可逆SOFC 2处于SOFC工作模式时使发电所产生的水的一部分与发电所需的氧气换热降温；所述第二换热器7用于在所述可逆SOFC 2处于SOEC工作模式时使电解所产生的氢气与电解所需的水的剩余部分换热降温，以及在所述可逆SOFC 2处于SOFC工作模式时使发电所产生的水的剩余部分与发电所需的氢气换热降温。
在本实用新型的一个优选实施例中，所述热电联供装置还包括第一压缩机8和第二压缩机9，其中，所述第一压缩机8用于在所述可逆SOFC2处于SOEC工作模式时使电解所产生的氧气在进入所述储氧罐3前增压；所述第二压缩机9用于在所述可逆SOFC 2处于SOEC工作模式时使电解所产生的氢气在进入所述储氢罐5前增压，从而使得所述储氧罐3和储氢罐5处于较高的压力状态，便于在所述可逆SOFC 2处于SOFC工作模式时为所述可逆SOFC 2提供发电原料。本领域技术人员可以理解，当所述可逆SOFC 2处于SOFC工作模式时，所述第一压缩机8和第二压缩机9无需工作，此时，来自所述储氢罐5和储氧罐3的发电原料可以通过所述第一压缩机8和第二压缩机9的旁路进入所述可逆SOFC 2.
在本实用新型的一个优选实施例中，所述热电联供装置还包括备用燃料罐10和燃料重整器11，其中，所述备用燃料罐10用于在所述可逆SOFC 2处于SOFC工作模式时为所述可逆SOFC 2提供备用碳氢燃料，例如甲烷；所述燃料重整器11用于对来自所述备用燃料罐10的碳氢燃料进行重整制氢，所述燃料重整器11可以本领域所熟知的那些，例如CN101479033或CN102834960A中公开的燃料重整器。
本实用新型提供的热电联供装置在白天和夜间可以分别处于两种工作模式，即，在白天，太阳能电池1利用太阳能发电，产生的电能一部分供应房车14(用户)，剩余部分送至可逆SOFC 2，此时所述可逆SOFC2处于SOEC工作模式，来自储水罐4的水作为电解原料送入可逆SOFC2进行电解，产生的氧气经第一换热器6换热降温，同时预热作为电解原料的水，降温后的氧气经第一压缩机8增压后存入储氧罐3；产生的氢气经第二换热器7换热降温，同时预热作为电解原料的水，降温后的氢气经第二压缩，9增压后存入储氢罐5。
在夜间，太阳能电池1不再工作，此时可以断开开关12；所述可逆SOFC 2处于SOFC工作模式，来自所述储氧罐3的氧气和来自所述储氢罐5的氢气作为发电原料送入可逆SOFC 2进行发电，供房车14使用，发电所产生的水(由于SOFC发电为放热反应，其产生的水实际为高温水蒸汽)中一部分通过第一换热器6与作为发电原料的氧气换热降温，同时预热作为发电原料的氧气，剩余部分通过第二换热器7与作为发电原料的氢气换热降温，同时预热作为发电原料的氢气，降温后的水回到所述储水罐4。由于降温后的水温度同样较高，可以作为热水供住户晚上使用，节省了住户晚上使用热水所消耗的电力。
另外，如果遭遇阴雨天，导致白天太阳能电池1功率不足，进而导致储氢罐5中储氢不足时，还可使用备用燃料罐10中的碳氢燃料(例如甲烷)进行发电，具体地，来自所述备用燃料罐10中的碳氢燃料在经所述燃料重整器11重整制氢后，替代氢气送入可逆SOFC 2进行发电，保证房车14能源供应的可靠性。当无需使用备用燃料时，关闭阀门13。
上述实施例仅供说明本实用新型之用，而非是对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的主旨和范围的前提下，还可以做出各种变化和变形，因此所用等同的技术方案也应属于本实用新型的范畴，本实用新型的保护范围应该由各权利要求限定。
Claims (4)
1.一种太阳能-可逆燃料电池的热电联供装置，所述热电联供装置包括：
太阳能电池，用于将太阳能转化为电能，并为用户和可逆固体氧化物供电；
可逆固体氧化物燃料电池，用于在SOEC工作模式时利用来自所述太阳能电池的电能将水电解为氢气和氧气，以及在SOFC工作模式时利用氢气和氧气发电；
储氧罐，用于在所述可逆固体氧化物燃料电池处于SOEC工作模式时接收电解所产生的氧气，以及在所述可逆固体氧化物燃料电池处于SOFC工作模式时提供发电所需的氧气；
储氢罐，用于在所述可逆固体氧化物燃料电池处于SOEC工作模式时接收电解所产生的氢气，以及在所述可逆固体氧化物燃料电池处于SOFC工作模式时提供发电所需的氢气；
储水罐，用于在所述可逆固体氧化物燃料电池处于SOEC工作模式时提供电解所需的水，以及在所述可逆固体氧化物燃料电池处于SOFC工作模式时接收发电所产生的水。
2.根据权利要求1所述的热电联供装置，其特征在于，所述热电联供装置还包括：
第一换热器，用于在所述可逆固体氧化物燃料电池处于SOEC工作模式时使电解产生的氧气与电解所需的水的一部分换热降温，以及在所述可逆固体氧化物燃料电池处于SOFC工作模式时使发电所产生的水的一部分与发电所需的氧气换热降温；和
第二换热器，用于在所述可逆固体氧化物燃料电池处于SOEC工作模式时使电解所产生的氢气与电解所需的水的剩余部分换热降温，以及在所述可逆固体氧化物燃料电池处于SOFC工作模式时使发电所产生的水的剩余部分与发电所需的氢气换热降温。
3.根据权利要求1所述的热电联供装置，其特征在于，所述热电联供装置还包括：
第一压缩机，用于在所述可逆固体氧化物燃料电池处于SOEC工作模式时使电解所产生的氧气在进入所述储氧罐前增压；和
第二压缩机，用于在所述可逆固体氧化物燃料电池处于SOFC工作模式时使电解所产生的氢气在进入所述储氢罐前增压。
4.根据权利要求1所述的热电联供装置，其特征在于，所述热电联供装置还包括：
备用燃料罐，用于在所述可逆固体氧化物燃料电池处于SOFC工作模式时为所述可逆固体氧化物燃料电池提供备用碳氢燃料；和
燃料重整器，用于对来自所述备用燃料罐的碳氢燃料进行重整制氢。
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