CN206514569U - 一种燃料电池和太阳能驱动的建筑多能互补系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种燃料电池和太阳能驱动的建筑多能互补系统，不但利用固体氧化物燃料电池高效发电，同时将发电过程中的余热也利用起来，并将太阳能引入到系统中，使系统中的天然气、太阳能、电能互为补充，大大提高了系统稳定性以及天然气的利用率，总发电效果和整体热效率远高于一般的冷热电联供系统；且将生活热水与空调水系统隔离，保证了生活用水的水质，具有巨大的经济效益和社会效益。

Description

一种燃料电池和太阳能驱动的建筑多能互补系统
技术领域
本实用新型属于建筑节能技术领域，具体涉及一种燃料电池和太阳能驱动的建筑多能互补系统，燃料电池尤指固体氧化物燃料电池。
背景技术
传统的煤、石油、天然气等一次能源储量有限，这些化石燃料大部分以燃烧的方式被直接利用，不但效率有限，而且不可避免地会产生大量的污染物。随着全球经济的快速发展与化石能源的短缺，提高能源利用率和保护自然环境问题日益突出。目前我国建筑运行能耗在社会总能耗中约占27%。根据近30年来能源界的研究和实践，普遍认为建筑节能是各种节能途径中潜力最大、是有效的方式[1]。
固体氧化物燃料电池除了具有能量利用率高和环境友好等特点外，还具有其他种类燃料电池无法比拟的优点：中高温工作，动力学过程快，无需贵金属作电极，功率密度高；采用全固态元件，避免了使用液态电解质所带来的腐蚀和电解液流失问题；燃料适用范围广，除了H2、CO、醇类外，还可以直接用天然气、煤气化气和其他碳氢化合物作燃料；排放的尾气温度高，是高质量余热，且尾气主要由水蒸气和二氧化碳组成，尾气纯净杂质少，便于充分利用，能量综合利用率高[2]。
天然气三联供系统以其能源利用效率高、节能环保、供电安全等优势逐步应用于建筑供能领域[3]。将固体氧化物燃料电池引入到天然气三联供系统中，可以进一步提高天然气三联供系统的能源利用效率，实现建筑能源梯级利用，有效降低建筑能耗。
为了实现建筑节能的目的，同时满足建筑制冷、采暖及生活热水的要求，本实用新型提出了一种固体氧化物燃料电池和太阳能驱动的建筑多能互补系统。系统中天然气、太阳能、电能互为补充，大大提高了系统稳定性以及天然气的利用率，总发电效果和整体热效率远高于一般的冷热电联供系统，具有巨大的经济效益和社会效益。
[1] 邵浔峰，常鹏涛.暖通空调,2015,45(7):67
[2] 查燕，郑颖平等.材料导报,2008,22(5):22
[3] 张磊，刘昌盛.建筑节能,2014,42(282):52
发明内容
本实用新型提供了一种固体氧化物燃料电池和太阳能驱动的建筑多能互补系统，不但利用固体氧化物燃料电池高效发电，同时将发电过程中的余热也利用起来，并将太阳能引入到系统中，使系统中的天然气、太阳能、电能互为补充，大大提高了系统稳定性以及天然气的利用率，总发电效果和整体热效率远高于一般的冷热电联供系统；且将生活热水与空调水系统隔离，保证了生活用水的水质，具有巨大的经济效益和社会效益。
为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案:
一种燃料电池和太阳能驱动的建筑多能互补系统，包括燃料电池、生活热水箱、第一水泵、吸收式溴化锂机组、第二水泵，空调末端设备，板式换热器，太阳能热水器，第一阀组，第二阀组，生活热水箱的进水端与燃料电池的出水端相连，生活热水箱出水端通过第一水泵与第一阀组相连，第一阀组将第一水泵输出的水分成用于控制太阳能温差循环的第一支路、用于制冷的第二支路及用于制热的第三支路，三条支路的出水端均与太阳能热水器进水端相连，太阳能热水器的出水端与生活热水箱的进水端相连。
进一步地，用于控制太阳能温差循环的第一支路通过管路直接与太阳能热水器的进水端相连，用于制冷的第二支路与通过吸收式溴化锂机组后与太阳能热水器的进水端相连，用于制热的第三支路通过板式换热器后与太阳能热水器的进水端相连，吸收式溴化锂机组的冷温水回水口通过第二水泵与空调末端设备、第二阀组管路连通，第二阀组将空调末端设备的输出水分成用于与板式换热器换热的第一支路和第二支路，同一时刻第一阀组和第二阀组各自只开启一条支路。
进一步地，用于与板式换热器换热的第一支路通过板式换热器和吸收式溴化锂机组的冷温水进水口相连，第二支路通过管路直接与吸收式溴化锂机组（5）的冷温水进水口相连。
进一步地，所述燃料电池为用于向用电设备和照明系统供电的固体氧化物燃料电池，燃料电池的进水端接自来水，燃料电池的进气端接天然气。
进一步地，所述吸收式溴化锂机组为内置有机组加热器的热水-直燃双效吸收式溴化锂机组。
进一步地，生活热水箱具有与冷水箱的进水端相连的高水位出水端和向用户供应热水的热水出水端。
进一步地，所述生活热水箱由热水箱和设置在热水箱内部的辅助电加热器组成。
进一步地，所述空调末端设备为风机盘管、新风机组或空调机组。
本实用新型与现有技术相比具有如下优点：
燃料电池高效发电，同时利用市政自来水将发电过程中的余热也利用起来，避免了资源浪费。同时，本实用新型将太阳能引入到系统中，使系统中的天然气、太阳能、电能互为补充，大大提高了系统稳定性、天然气的利用率、清洁能源利用率，能耗低，总发电效果和整体热效率远高于一般的冷热电联供系统；且将生活热水与空调水系统隔离，保证了生活用水的水质，具有巨大的经济效益和社会效益。系统中的第一阀组根据太阳能热水器进出口温度、水箱温度、系统工况等参数控制三条支路的开关，分别对应制冷、制热、太阳能系统的温差循环，分别对应不同季节用户的需求。
附图说明
图1为燃料电池和太阳能驱动的建筑多能互补系统的结构示意图。
具体实施方式
下述实施例是对于本实用新型内容的进一步说明以作为对本实用新型技术内容的阐释，但本实用新型的实质内容并不仅限于下述实施例所述，本领域的普通技术人员可以且应当知晓任何基于本实用新型实质精神的简单变化或替换均应属于本实用新型所要求的保护范围。
参见图1，燃料电池和太阳能驱动的建筑多能互补系统包括燃料电池1、生活热水箱3、第一水泵4、吸收式溴化锂机组5、第二水泵6，空调末端设备7，板式换热器8，太阳能热水器9，第一阀组10，第二阀组11，所述燃料电池1为用于向用电设备和照明系统供电的固体氧化物燃料电池，所述吸收式溴化锂机组5为内置有机组加热器51的热水-直燃双效吸收式溴化锂机组，热水-直燃双效吸收式溴化锂机组的具体型号为RGD021JT。所述空调末端设备7为风机盘管、新风机组或空调机组。
燃料电池1的进水端接市政自来水，燃料电池1的进气端接天然气。所述燃料电池1的出水端与生活热水箱3的进水端相连，生活热水箱3还具有与冷水箱2的进水端相连的高水位出水端和向用户供应热水的热水出水端，市政自来水带走燃料电池1的余热，余热水利用市政自来水的压力输送到生活热水箱3中。所述生活热水箱3由热水箱31和设置在热水箱31内部的加热器32组成，并连接到建筑生活热水系统中，当水箱温度不满足生活热水要求时，启动电加热，当水箱水位过高时溢流进冷水箱2，冷却后用于冲洗地面。
此外，生活热水箱3出水端通过第一水泵4与阀组10相连，第一阀组10将第一水泵4输出的水分成第一、第二及第三支路，用于控制太阳能温差循环的第一支路通过管路直接与太阳能热水器9的进水端相连，用于制冷的第二支路通过吸收式溴化锂机组5后与太阳能热水器9的进水端相连，用于制热的第三支路通过板式换热器8后与太阳能热水器9的进水端相连，三条支路均回到生活热水箱3，第一阀组10根据太阳能热水器9进出口温度、水箱温度、系统工况等参数控制三条支管的开关，分别对应制冷、制热、太阳能系统的温差循环，同一时刻第一阀组10只开启一条支路，吸收式溴化锂机组5的回水口通过第二水泵6与空调末端设备7、第二阀组11和板式换热器8管路连通，太阳能热水器9的出水端与生活热水箱3的进水端相连。空调末端设备7的冷温水出口通过第二阀组11分成两路，一路直接连接至与吸收式溴化锂机组5的冷温水进口，用于制冷工况；另一路先连接至板式换热器，再接入的冷温水进口，用于采暖工况，同一时刻第二阀组11只开启一条支路。
系统所用的热水-直燃双效吸收式溴化锂机组有两种驱动方式：70℃以上热水和天然气。制冷工况下，热水提供的能量不足时，由天燃气补燃；采暖工况下，空调冷温水温度不足时，天然气补燃。
未开空调，太阳能热水器9出口温度与生活热水箱3温度差达到设定值时，优选6-15℃，第一水泵4启动，热水通过第一阀组10直接接入太阳能热水器9，而后回到水箱中，完成太阳能系统的温差循环；循环一段时间后，温度差变小，达到设定值时，优选1-5℃，第一水泵4关闭。
夏季制冷空调时，生活热水箱3中的热水由第一水泵4驱动，通过第一阀组10连接至热水-直燃双效吸收式溴化锂机组，再经太阳能热水器9加热后回到生活热水箱3；同时，空调冷温水由第二水泵6驱动，经热水-直燃双效吸收式溴化锂机组降温后，连接至末端采用空调盘管、新风机组或空调机组，经第二阀组11绕过板式换热器8直接回到热水-直燃双效吸收式溴化锂机组。
冬季采暖时，生活热水箱3中的热水由第一水泵4驱动，通过第一阀组10连接至板式换热器8用于加热空调冷温水，再经太阳能集热器9加热后回到生活热水箱3；同时，空调冷温水由第二水泵6驱动，流经各末端设备，经第二阀组11后连接至板式换热器8换热，换热后进热水-直燃双效吸收式溴化锂机组5，溴化锂机组检测空调冷温水温度，未达设定值60-65℃则启动天然气补燃将空调冷温水加热至设定温度，达到设定温度则热水-直燃双效吸收式溴化锂机组不运行，冷温水经过热水-直燃双效吸收式溴化锂机组后返回第二水泵6。

Claims (8)

1.一种燃料电池和太阳能驱动的建筑多能互补系统，其特征在于，包括生活热水箱（3），生活热水箱（3）的进水端与燃料电池（1）的出水端相连，生活热水箱（3）的出水端通过第一水泵（4）与第一阀组（10）相连，第一阀组（10）将第一水泵（4）的输出水分成用于控制太阳能温差循环的第一支路、用于制冷的第二支路及用于制热的第三支路，三条支路的出水端均与太阳能热水器（9）进水端相连，太阳能热水器（9）的出水端与生活热水箱（3）的进水端相连。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池和太阳能驱动的建筑多能互补系统，其特征在于，用于控制太阳能温差循环的第一支路通过管路直接与太阳能热水器（9）的进水端相连，用于制冷的第二支路与通过吸收式溴化锂机组（5）与太阳能热水器（9）的进水端相连，用于制热的第三支路通过板式换热器（8）与太阳能热水器（9）的进水端相连，吸收式溴化锂机组（5）的冷温水回水口通过第二水泵（6）与空调末端设备（7）、第二阀组（11）管路连通，第二阀组（11）将空调末端设备（7）的输出水分成用于与板式换热器（8）换热的第一支路和第二支路，同一时刻第一阀组（10）和第二阀组（11）各自只开启一条支路。
3.根据权利要求2所述的一种燃料电池和太阳能驱动的建筑多能互补系统，其特征在于，用于与板式换热器（8）换热的第一支路通过板式换热器（8）和吸收式溴化锂机组（5）的冷温水进水口相连，第二支路通过管路直接与吸收式溴化锂机组（5）的冷温水进水口相连。
4.根据权利要求1所述的一种燃料电池和太阳能驱动的建筑多能互补系统，其特征在于，所述燃料电池（1）为用于向用电设备和照明系统供电的固体氧化物燃料电池，燃料电池（1）的进水端接自来水，燃料电池（1）的进气端接天然气。
5.根据权利要求2所述的一种燃料电池和太阳能驱动的建筑多能互补系统，其特征在于，所述吸收式溴化锂机组（5）为内置有机组加热器（51）的热水-直燃双效吸收式溴化锂机组。
6.根据权利要求1所述的一种燃料电池和太阳能驱动的建筑多能互补系统，其特征在于，生活热水箱（3）具有与冷水箱（2）的进水端相连的高水位出水端和向用户供应热水的热水出水端。
7.根据权利要求1所述的一种燃料电池和太阳能驱动的建筑多能互补系统，其特征在于，所述生活热水箱（3）由热水箱（31）和设置在热水箱（31）内部的辅助电加热器（32）组成。
8.根据权利要求2所述的一种燃料电池和太阳能驱动的建筑多能互补系统，其特征在于，所述空调末端设备（7）为风机盘管、新风机组或空调机组。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106679225A (zh) * 2017-01-10 2017-05-17 合肥万豪环境科技有限责任公司 一种燃料电池和太阳能驱动的建筑多能互补系统
CN110230839A (zh) * 2019-06-14 2019-09-13 哈尔滨理工大学 一种燃气壁挂炉和燃料电池组合采暖供热系统
CN110545601A (zh) * 2019-09-05 2019-12-06 山东建筑大学 一种采用燃料电池作为电源的路灯

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