CN206585013U - 燃料电池能效优化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种燃料电池能效优化系统，包括：燃料电池(1)；末端用热设备(4)，燃料电池(1)与末端用热设备(4)连接，以向末端用热设备(4)提供热能；末端用电设备(5)，燃料电池(1)与末端用电设备(5)连接，以向末端用电设备(5)提供电能；以及相变储热装置(7)，燃料电池(1)与相变储热装置(7)连接，以将多余热能传递至相变储热装置(7)，并且相变储热装置(7)与末端用热设备(4)连接，以向末端用热设备(4)提供热能。本实用新型的目的在于提供一种燃料电池能效优化系统，该燃料电池能效优化系统通过将燃料电池与相变蓄热装置结合，使燃料电池分布式能源系统的能效利用率进一步提高。

Description

燃料电池能效优化系统

技术领域

本实用新型涉及一种燃料电池能效优化系统。

背景技术

分布式能源是一种建在用户端的能源供应方式，可独立运行，也可并网运行，是以资源、环境效益最大化确定方式和容量的系统，将用户多种能源需求，以及资源配置状况进行系统整合优化，采用需求应对式设计和模块化配置的新型能源系统，是相对集中供能的分散式供能方式。

在传统分布能源中使用的大多是燃气轮机和燃气内燃机，缺乏一种效能较高的发电、发热设备。

燃料电池是一种新型发电装置，其高效率、无污染、机动灵活和对多种燃料气体的广泛适应性等特点，是其广泛应用的基础。但是在以燃料电池为主的三联供系统中，大部分只注重对其所产生的电进行储存，对其在发电过程中所产生的热量的储存则很少提及。

相变蓄热装置是以相变材料为主要功能体的储热装置，相变材料是指随温度变化而改变形态并能提供潜热的物质。相变材料由固态变为液态或由液态变为固态的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热，将相变材料封装在一定的容器中，通过换热的方式将热量带出。根据不同方法，相变材料可以分为许多种类：按其相变温度的范围，可以分为高温、中温和低温的相变材料；按其蓄热方式，可以分为显热蓄热材料、潜热蓄热材料、热化学蓄热材料和吸附蓄热材料；按其化学组成，可以分为无机相变材料和有机相变材料；按其相变机理，可以分为固-固相变材料、固-液相变材料、固-气相变材料和液-气相变材料，现阶段主要是对固-固相变材料和固-液相变材料的运用。

实用新型内容

针对相关技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种燃料电池能效优化系统，该燃料电池能效优化系统通过将燃料电池与相变蓄热装置结合，将以燃料电池为一级原料的用能系统进行能效的优化，使燃料电池分布式能源系统的能效利用率进一步提高。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种燃料电池能效优化系统，该燃料电池能效优化系统包括：燃料电池；末端用热设备，燃料电池与末端用热设备连接，以向末端用热设备提供热能；末端用电设备，燃料电池与末端用电设备连接，以向末端用电设备提供电能；以及相变储热装置，燃料电池与相变储热装置连接，以将多余热能传递至相变储热装置，并且相变储热装置与末端用热设备连接，以向末端用热设备提供热能。

根据本实用新型的一个实施例，相变储热装置还与末端用电设备连接，以向末端用电设备提供电能。

根据本实用新型的一个实施例，相变储热装置通过蒸汽发电机与末端用电设备连接。

根据本实用新型的一个实施例，燃料电池与末端用电设备相连的管线中还连接有多余电能管线，多余电能管线通过电加热器连接至相变储热装置，以将多余电能转化成热能传递至相变储热装置。

根据本实用新型的一个实施例，燃料电池与末端用热设备相连的管线中还连接有多余热能管线，多余热能管线直接连接至相变储热装置。

根据本实用新型的一个实施例，燃料电池能效优化系统还包括：辅助热源，辅助热源与末端用热设备和相变储热装置连接；以及辅助电源，辅助电源与末端用电设备连接并通过电加热器与相变储热装置连接。

根据本实用新型的一个实施例，燃料电池能效优化系统还包括与末端用热设备连接的制冷装置。

根据本实用新型的一个实施例，燃料电池和相变储热装置还连接至热水型溴化锂制冷机组。

根据本实用新型的一个实施例，辅助热源包括太阳能、气源热泵和/或水源热泵。

根据本实用新型的一个实施例，辅助电源包括太阳能和/或风力发电机组。

本实用新型的有益技术效果在于：本实用新型的燃料电池能效优化系统通过将燃料电池与相变材料结合，使燃料电池分布式能源系统的能效利用率进一步提高。

附图说明

图1是根据本实用新型的燃料电池能效优化系统的一个实施例的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本实用新型的实施例进行具体描述。需要注意的是，以下各个实施例可以任意可能的方式相互组合或部分替换。

如图1所示，本实用新型的实施例1提供一种适用于低温蓄热能效调控的燃料电池能效优化系统。该燃料电池能效优化系统包括：燃料电池1，燃料电池1通过其内部的化学反应产生电能和热能；末端用热设备4，燃料电池1与末端用热设备4连接，以向末端用热设备4提供热能；末端用电设备5，燃料电池1与末端用电设备5连接，以向末端用电设备5提供电能；以及相变储热装置7，在该实施例中，在相变储热装置7中包含低温相变储热材料，并且燃料电池1与相变储热装置7连接，以将多余的热能传递至相变储热装置7储存起来，并且相变储热装置7与末端用热设备 4连接，以向末端用热设备4提供热能。

在该实施例1中，燃料电池能效优化系统通过将燃料电池1与相变储热装置7结合，使燃料电池分布式能源系统的能效利用率进一步提高。

继续参照图1，在实施例1中，相变储热装置7还与末端用电设备5 连接，以向末端用电设备5提供电能。可选地，相变储热装置7可通过蒸汽发电机9与末端用热设备连接，为用电设备5供电。

此外，在实施例1中，如图1所示，在燃料电池1与末端用电设备5 相连的管线中还连接有多余电能管线，多余电能管线通过电加热器6连接至相变储热装置7，以将多余的电能转化成热能传递至相变储热装置7。

进一步地，在实施例1中，如图1所示，在燃料电池1与末端用热设备4相连的管线中还连接有多余热能管线，多余热能管线直接连接至相变储热装置7，以将多余的热能传递至相变储热装置7。

再次参照图1，优选地，在实施例1中，燃料电池能效优化系统还包括辅助热源3和辅助电源2。其中，辅助热源3与末端用热设备4和相变储热装置7连接，当燃料电池1产生的热能不能满足末端用热设备4对热量的需求时，启动辅助热源3，辅助热源3可为太阳能装置、各类热泵等；当燃料电池1产生的热能多于末端用热设备4的热负荷时，则将热量传递至相变储热装置7，通过相变储热装置7将热量储存起来；相似地，辅助电源2与末端用电设备5连接并且通过电加热器6与相变储热装置7连接，当燃料电池1产生的电能不能满足末端用电设备5的用电需求时，启动辅助电源2为末端用电设备5供电，辅助电源2可为太阳能发电站等；当末端用电设备5供电超出适用需求时，将多余电能引入到电加热器6，电加热器6加热循环水产生热能，再将热能输入到相变储热装置7中储存起来。例如，根据“峰谷”电价的不同，电加热器6可以在电力富裕的情况下直接转化为热能存入相变储热装置7中，待白天用电高峰期时释放相变储热装置7中存储的热能，实现电力系统的“削峰填谷”。

在上述的燃料电池能效优化系统中，首先根据用户末端用电需求确定燃料电池1的安装数量，通过用电需求计算出燃料电池的运行负荷曲线，在额定负荷范围内智能调控其运行参数。

此外，包含于相变储热装置7中的低温相变材料的相变温度可为80℃，电加热器6将水加热到90℃左右，通过相变材料的相变将热量储存起来；该相变储热装置7的输出温度区间为45℃至80℃，并且可通过水循环系统与末端用热设备4相连接，这里的末端用热设备4可为生活热水使用设备或工业生产设备或采暖设备。

接下来参照实施例2，实施例2提供了一种根据本实用新型的适于中温蓄热能效调控的燃料电池能效优化系统，其中，与实施例1的不同之处在于，在实施例2中，在相变储热装置7中包含有中温相变储热材料，其相变温度约为650℃，电加热器6加热到700℃左右直接与相变储热装置7 中的中温相变材料进行接触换热或气体换热，通过材料的相变将热量存储起来；该中温相变材料的输出温度区间为600℃至630℃，通过加热气体供给末端用热设备4用热；或者加热气体供给蒸气发电机9使蒸气发电机9 产生电能，供给末端用电设备5用电。

有利地，在上述实施例1和实施例2中，分别使用低温相变材料和中温相变材料，与熔盐等高温相变材料相比，低温和中温相变材料在蓄能过程中输入温度更低，因而能够使得低温热源得到良好的利用。然而应注意的是，根据燃料电池能效优选系统提供热能或电能的多少，还可以选择其他不同的相变储热材料，例如高温相变储热材料，从而实现不同等级能源的优化利用。

此外，在一个可能的实施例中，燃料电池能效优化系统还包括与末端用热设备4连接的制冷装置8。

在一个可能的实施例中，燃料电池1和相变储热装置7还连接至热水型溴化锂制冷机组。

在一个可能的实施例中，燃料电池1包括碱性燃料电池、固体高分子型质子膜燃料电池、磷酸型燃料电池、熔融碳酸盐型燃料电池和固体氧化型燃料电池、直接式燃料电池、重整式燃料电池、生物燃料电池、再生式燃料电池(光、电、热、放射化学燃料电池)等中的一种或几种。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料电池能效优化系统，其特征在于，包括：

燃料电池(1)；

末端用热设备(4)，所述燃料电池(1)与所述末端用热设备(4)连接，以向所述末端用热设备(4)提供热能；

末端用电设备(5)，所述燃料电池(1)与所述末端用电设备(5)连接，以向所述末端用电设备(5)提供电能；以及

相变储热装置(7)，所述燃料电池(1)与所述相变储热装置(7)连接，以将多余热能传递至所述相变储热装置(7)，并且所述相变储热装置(7)与所述末端用热设备(4)连接，以向所述末端用热设备(4)提供热能。

2.根据权利要求1所述的燃料电池能效优化系统，其特征在于，所述相变储热装置(7)还与所述末端用电设备(5)连接，以向所述末端用电设备(5)提供电能。

3.根据权利要求2所述的燃料电池能效优化系统，其特征在于，所述相变储热装置(7)通过蒸汽发电机(9)与所述末端用电设备(5)连接。

4.根据权利要求1所述的燃料电池能效优化系统，其特征在于，所述燃料电池(1)与所述末端用电设备(5)相连的管线中还连接有多余电能管线，所述多余电能管线通过电加热器(6)连接至所述相变储热装置(7)，以将多余电能转化成热能传递至所述相变储热装置(7)。

5.根据权利要求4所述的燃料电池能效优化系统，其特征在于，所述燃料电池(1)与所述末端用热设备(4)相连的管线中还连接有多余热能管线，所述多余热能管线直接连接至所述相变储热装置(7)。

6.根据权利要求4所述的燃料电池能效优化系统，其特征在于，还包括：

辅助热源(3)，所述辅助热源(3)与所述末端用热设备(4)和所述相变储热装置(7)连接；以及

辅助电源(2)，所述辅助电源(2)与所述末端用电设备(5)连接并通过所述电加热器(6)与所述相变储热装置(7)连接。

7.根据权利要求1所述的燃料电池能效优化系统，其特征在于，还包括与所述末端用热设备(4)连接的制冷装置(8)。

8.根据权利要求1所述的燃料电池能效优化系统，其特征在于，所述燃料电池(1)和所述相变储热装置(7)还连接至热水型溴化锂制冷机组。

9.根据权利要求6所述的燃料电池能效优化系统，其特征在于，所述辅助热源(3)包括太阳能、气源热泵和/或水源热泵。

10.根据权利要求6所述的燃料电池能效优化系统，其特征在于，所述辅助电源(2)包括太阳能和/或风力发电机组。