CN212659998U - 一种燃料电池热电冷三联供系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种燃料电池热电冷三联供系统，包括气源模块、第一电源模块、外部接口模块，气源模块与第一电源模块配合产生电源，并通过外部接口模块输出电能，还包括第二电源模块和散热器，第二电源模块与第一电源模块电连接，以提供备用电源；散热器与第二电源模块之间通过第一双向开关件连接，第一双向开关件在第二电源模块的环境温度高于设定的温度阈值时，由第二电源模块向散热器连通，以排放热量；第一双向开关件在第二电源模块的环境温度低于设定的温度阈值时，由散热器向第二电源模块连通，以获取热量。本发明具有运行稳定特点的供电源与燃料电池组合成辅助系统，解决了燃料电磁启动阶段或故障时期无法正常工作的情况。
Description
技术领域
本实用新型涉及能源供应技术领域，具体为一种燃料电池热电冷三联供系统。
背景技术
武汉理工大学(CN200910061032.1)公开了一种通信用燃料电池备用电源系统，其特点是：制氢储氢单元利用太阳能或风能制氢并以固态形式存储，通过吸收燃料电池单元的热量释放氢气；燃料电池单元通过氢氧的电化学反应产生直流电能和热量；DC/DC单元对直流电能调节升压后给输出单元提供电能；输出单元在市电掉电时给负载供电；电控单元采集各种数据以及向各单元发送控制信息；巡检单元采集所有单片电压值进行传输；监控单元显示各种参数和工作状态，实现人机交互；通信单元进行近程和远程通信与监控。该电源系统清洁、高效、可靠，适合各种通信备用电源使用。
现有的技术方案中，主要是将燃料电池的能源作为备用电源系统供用户使用，并作为该系统的唯一供电来源，这使得该在燃料电池启动阶段或故障时期无法使该系统正常工作，因而该系统有待进一步改进完善。
实用新型内容
针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种燃料电池热电冷三联供系统，增加了另一具有运行稳定特点的供电源与燃料电池组合成辅助系统，解决了燃料电磁启动阶段或故障时期无法正常工作的情况。
为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：一种燃料电池热电冷三联供系统，包括气源模块、第一电源模块、外部接口模块，所述气源模块与第一电源模块配合产生电源，并通过外部接口模块输出电能，还包括第二电源模块和散热器，所述第二电源模块与第一电源模块电连接，以提供备用电源；所述散热器与第二电源模块之间通过第一双向开关件连接，所述第一双向开关件在第二电源模块的环境温度高于设定的温度阈值时，由第二电源模块向散热器连通，以排放热量；所述第一双向开关件在第二电源模块的环境温度低于设定的温度阈值时，由散热器向第二电源模块连通，以获取热量。
作为本实用新型的进一步改进，还包括用于获取第一电源模块生成的热量的供热模块，所述供热模块对水源进行加热并输出热水。提高了能源的利用率，并提供热水供用户使用。
作为本实用新型的进一步改进，所述供热模块包括换热器、热水存储装置和冷水存储装置，所述冷水存储装置和热水存储装置均与换热器连接，分别用于传输冷水和接收转换后的热水。能够采用水冷的方式对第一电源模块进行散热并且充分获取热能对冷水进行加热，充分利用能源，使得能源的利用率比现有技术更高。
作为本实用新型的进一步改进，所述热水存储装置和换热器之间还连接有加热组件；当加热组件工作时，对换热器与热水存储装置之间的水进行加热。在用户需要用到热水当时第一电源模块提供的热能无法满足用户所需时，可以通过加热组件对水进行加热，补充温度使其满足用户所需。
作为本实用新型的进一步改进，所述冷水存储装置和热水存储装置之间通过一第二双向开关件连接，当热水存储装置的热水不需要向外输出热水时，第二双向开关件由热水存储装置向冷水存储装置连通；当热水存储装置中的需要降温时，第二双向开关件由冷水存储装置向热水存储装置连通。由此可以构成水冷循环系统和水温降温供水系统，能够使其满足多种需求，并且采用的结构简单，只需要通过第二双向开关件选择性的开关即可。
作为本实用新型的进一步改进，所述第一电源模块包括燃料电池、第一DC/DC模块，所述燃料电池与气源模块和第一DC/DC模块均连接，所述第二电源模块与燃料电池和第一DC/DC模块连接的节点连接，以提供备用电源。备用电源可以与燃料电池共用一个第一DC/DC模块，能够让部件的利用率更高，节省成本。
作为本实用新型的进一步改进，所述第二电源模块包括蓄电池和第二DC/DC模块，所述蓄电池通过第二DC/DC模块与燃料电池和第一DC/DC模块连接的节点连接；所述蓄电池还与第一双向开关件连接，以通过第一双向开关件进出热量。通过第二DC/DC模块实现对蓄电池输出的电源进行调整，减少第二DC/DC模块工作负担，此处的第二DC/DC模块作为预调整，其调整的程度小于第一DC/DC模块，能够让蓄电池输出的电源最终更加稳定。
作为本实用新型的进一步改进，所述第一电源模块还包括与外部接口模块和第一DC/DC模块连接的逆变器，所述第一DC/DC模块通过逆变器向外部接口模块提供电能。通过逆变器能够让其输出交流电源，满足客户对交流电的需求，进一步利用了能源，提供能多可选择的供电方式。
作为本实用新型的进一步改进，第一DC/DC模块和逆变器之间连接的节点还连接有空气压缩机，并通过空调制冷或制热。空气压缩机直接获取第一DC/DC模块输出的电源能够提供用户调节室温的作用，当然也可以用作冷藏保鲜等，并且第一DC/DC模块匹配空气压缩机运行参数，同时也匹配逆变器工作参数，此时可以通过一个第一DC/DC模块满足多种工作需求。
作为本实用新型的进一步改进，所述外部接口模块包括电网接入端，所述逆变器通过电网接入端接入到电网中。多余的电能够通过电网接入端并入电网，通过电网充分利用能源，进一步提高能源利用率。
本实用新型的有益效果，将第一电源模块和第二电源模块组合成为双能源提供系统作为电源系统供技术方案使用，这使得该系统在燃料电池启动阶段或故障时期能正常工作，并且通过散热器配合第一双向开关件能够在第二电源模块的环境温度过高时，通过第一双向开关件配合散热器将第二电源模块的热能散出，而当第二电源模块的环境温度过低时，通过第二双向开关件配合散热器将多余的热量吸入，让第二电源模块的环境温度提高，确保其能够在正常启动的条件下，避免在需要用到备用供电时，第二电源模块供电异常，在平常状态下亦可对第二电源模块提供保温，有利于作为备用电源的第二电源模块电量保存和寿命延长。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构关系示意图。
附图标号：1、气源模块；2、第一电源模块；3、外部接口模块；4、第二电源模块；5、散热器；6、双向阀；7、热供模块；8、水冷换热器；9、热水储罐；10、冷水储罐；11、电堆加热组；12、40kw DC/DC升压模块；13、5kw DC/DC升压模块；14、24V铅酸蓄电池；15、DC/AC逆变换器；16、空气压缩机；17、热膜空调。
具体实施方式
下面将结合附图所给出的实施例对本实用新型做进一步的详述。
参照图1所示，一种燃料电池热电冷三联供系统，包括气源模块1、第一电源模块2、第二电源模块4、热供模块7、电供模块和外部接口模块3，所述气源模块1包括罐装氢气、制氢机，第一电源模块2包括燃料电池、40kw DC/DC升压模块12、DC/AC逆变换器15，罐装氢气和制氢机作为氢能源输送给燃料电池、燃料电池依次与40kw DC/DC升压模块12、DC/AC逆变换器15连接，所述第二电源模块4包括24V铅酸蓄电池14、5kw DC/DC升压模块13。
需要提前陈述的是，本实施例中，第一双向开关件、第二双向开关件均采用双向阀6；热水存储装置采用热水储罐9；冷水存储装置采用冷水储罐10；加热组件采用电堆加热组11；换热器采用水冷换热器8；第一DC/DC模块采用40kw DC/DC升压模块12；第二DC/DC模块采用5kw DC/DC升压模块13，蓄电池采用24V铅酸蓄电池14。
当燃料电池处于启动阶段或故障阶段时，由第二电源模块4的24V铅酸蓄电池14输出直流电到5kw DC/DC升压模块13,再经过40kw DC/DC升压模块12输送到电供模块和外部接口模块3。解决了燃料电池启动阶段或故障阶段时无法供电的情况，双电源模块设计保障了该系统的应用。
进一步的，40kw DC/DC升压模块12分别与电供模块和外部接口模块3相连，所述外部接口模块3包括电网端、用户端，其中DC/AC逆变换器15分别向电网端和用户端输送，电供模块包括空气压缩机16、热膜空调17、用户端，40kw DC/DC升压模块12分别向DC/AC逆变换器15和空气压缩机16输送，热供模块7包括散热器5、双向阀6、水冷换热器8、电堆加热组11、热水储罐9、双向阀6、冷水储罐10、用户端，其中燃料电池输送热源到散热器5和水冷换热器8，散热器5通过单向阀与24V铅酸蓄电池14相连，水冷换热器8再依次与电堆加热组11、热水储罐9、用户端相连，热水储罐9通过双向阀6与冷水储罐10相连，冷水储罐10与水冷换热器8相连。电供模块、外部接口模块3、热供模块7利用了燃料电池产生的电能和热能，提高了该系统的能源利用率，解决了能源浪费问题。
进一步的，热供模块7的散热器5通过双向阀6与第二电源模块4的24V铅酸蓄电池14相连。
当24V铅酸蓄电池14工作中释放大量的热源时，由散热器5通过双向阀6由24V铅酸蓄电池14到散热器5导通将24V铅酸蓄电池14产生的热源带出到所处的环境中。而当燃料电池正常工作后，24V铅酸蓄电池14停止工作，若处于低温环境中，散热器5通过双向阀6由散热器5到24V铅酸蓄电池14导通将燃料电池产生的热源输入到24V铅酸蓄电池14所处的环境中。用于维持24V铅酸蓄电池14的保温作用，有利于24V铅酸蓄电池14的电量保存和寿命延长，保障24V铅酸蓄电池14正常工作。
进一步的，热供模块7中的水冷换热器8、电堆加热组11、热水储罐9和冷水储罐10形成一循环水冷系统，其中热水储罐9和冷水储罐10由双向阀6控制双向开关，电堆加热组11的电源由燃料电池提供。
当燃料电池反应释放大量的热源时，冷水储罐10输入冷水到水冷换热器8冷却热源，通过冷热传递将热水输送到电堆加热组11(此时电堆加热组11不工作)再到热水储罐9，一端可直接输送到用户端使用。若用户端无需使用热水，可开通双向阀6，使得热水储罐9向冷水储罐10导通，热水储罐9的水进入冷水储罐10混合后，再输送到水冷换热器8继续循环冷却使用。若热水储罐9水温需要降温，也可直接打开双向阀6，由冷水储罐10向热水储罐9导通，由冷水储罐10直接输送冷水到热水储罐9混合后供用户端使用。而当燃料电池释放的热源不足时，经过电堆加热组11的冷却水由电堆加热组11继续加热后输送到热水储罐9，提供给用户端。热供模块7利用了燃料电池产生的热并传递到冷却水中供用户使用，代替了直接用电加热的方法，不仅节能而且节约成本。
综上所述，本实用新型将燃料电池和24V铅酸蓄电池组合成为双能源提供系统作为电源系统供技术方案使用，这使得该系统在燃料电池启动阶段或故障时期能正常工作，外部接口模块一方面给用户提供电源使用，另一方面可使多余的电并入电网，电供模块利用燃料电池产生的电源驱动空气压缩机给热膜空调供用户使用，热供模块通过水冷循环冷却和风冷散热实现了能源的高效利用，同时风冷散热的热风还被用于维持24V铅酸蓄电池的保温作用，有利于24V铅酸蓄电池的电量保存和寿命延长。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种燃料电池热电冷三联供系统，包括气源模块(1)、第一电源模块(2)、外部接口模块(3)，所述气源模块(1)与第一电源模块(2)配合产生电源，并通过外部接口模块(3)输出电能，其特征在于，还包括第二电源模块(4)和散热器(5)，所述第二电源模块(4)与第一电源模块(2)电连接，以提供备用电源；所述散热器(5)与第二电源模块(4)之间通过第一双向开关件连接，所述第一双向开关件在第二电源模块(4)的环境温度高于设定的温度阈值时，由第二电源模块(4)向散热器(5)连通，以排放热量；所述第一双向开关件在第二电源模块(4)的环境温度低于设定的温度阈值时，由散热器(5)向第二电源模块(4)连通，以获取热量。
2.根据权利要求1所述的燃料电池热电冷三联供系统，其特征在于，还包括用于获取第一电源模块(2)生成的热量的供热模块，所述供热模块对水源进行加热并输出热水。
3.根据权利要求2所述的燃料电池热电冷三联供系统，其特征在于，所述供热模块包括换热器、热水存储装置和冷水存储装置，所述冷水存储装置和热水存储装置均与换热器连接，分别用于传输冷水和接收转换后的热水。
4.根据权利要求3所述的燃料电池热电冷三联供系统，其特征在于，所述热水存储装置和换热器之间还连接有加热组件；当加热组件工作时，对换热器与热水存储装置之间的水进行加热。
5.根据权利要求3所述的燃料电池热电冷三联供系统，其特征在于，所述冷水存储装置和热水存储装置之间通过一第二双向开关件连接，当热水存储装置的热水不需要向外输出热水时，第二双向开关件由热水存储装置向冷水存储装置连通；当热水存储装置中的需要降温时，第二双向开关件由冷水存储装置向热水存储装置连通。
6.根据权利要求1所述的燃料电池热电冷三联供系统，其特征在于，所述第一电源模块(2)包括燃料电池、第一DC/DC模块，所述燃料电池与气源模块(1)和第一DC/DC模块均连接，所述第二电源模块(4)与燃料电池和第一DC/DC模块连接的节点连接，以提供备用电源。
7.根据权利要求6所述的燃料电池热电冷三联供系统，其特征在于，所述第二电源模块(4)包括蓄电池和第二DC/DC模块，所述蓄电池通过第二DC/DC模块与燃料电池和第一DC/DC模块连接的节点连接；所述蓄电池还与第一双向开关件连接，以通过第一双向开关件进出热量。
8.根据权利要求6或7所述的燃料电池热电冷三联供系统，其特征在于，所述第一电源模块(2)还包括与外部接口模块(3)和第一DC/DC模块连接的逆变器，所述第一DC/DC模块通过逆变器向外部接口模块(3)提供电能。
9.根据权利要求8所述的燃料电池热电冷三联供系统，其特征在于，第一DC/DC模块和逆变器之间连接的节点还连接有空气压缩机(16)，并通过空调制冷或制热。
10.根据权利要求8所述的燃料电池热电冷三联供系统，其特征在于，所述外部接口模块(3)包括电网接入端，所述逆变器通过电网接入端接入到电网中。
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