CN217541613U - 一种燃料电池废热收集系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及燃机热能工程技术领域，具体涉及一种燃料电池废热收集系统，包括：燃料电池，适于运行产生热量；电池换热管路，内部流通有冷却介质；换热回路，与所述电池换热管路的两端连通；流体管路，适于流通待加热流体；至少一个换热器包括：第一换热管，设置在所述换热回路上；第二换热管，可热交换地设置在所述第一换热管一侧，所述第二换热管设置在所述流体管路上。通过设置换热器使得换热回路与流体管路之间产生联系，使得升温的冷却介质与待加热流体在换热器中充分进行热交换，将燃料电池产生的废热重新利用以加热待加热流体如天然气等，从而克服现有技术中燃料电池运行过程中产生的大量热量被当做废热释放，没有得到合理利用的缺陷。

Description

一种燃料电池废热收集系统

技术领域

本实用新型涉及燃机热能工程技术领域，具体涉及一种燃料电池废热收集系统。

背景技术

燃料电池在运行过程中会产生大量热量，这些热量若不及时导出，产生的高温会对其他设备造成危害，影响设备正常运行。因此，燃料电池在运行中需要一定量的低温介质与燃料电池的散热进行热交换，将燃料电池产生的热量带走，由于低温介质需要回流循环使用，一般情况会使用技术手段将低温介质进行再次冷却后又进入下一次冷却循环，例如采用散热器对低温介质进行冷却处理、直接释放到空气中等。

上述散热处理的方案中，燃料电池运行过程中产生的大量热量被当做废热释放，没有得到合理利用。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于：克服现有技术中燃料电池运行过程中产生的大量热量被当做废热释放，没有得到合理利用的缺陷。

为此，本实用新型提供一种燃料电池废热收集系统，包括：

燃料电池，适于运行产生热量；

电池换热管路，内部流通有冷却介质，所述冷却介质适于与所述燃料电池产生的热量进行换热；

换热回路，与所述电池换热管路的两端连通，所述冷却介质适于在所述换热回路中流通；

流体管路，适于流通待加热流体；

至少一个换热器，所述换热器包括：

第一换热管，设置在所述换热回路上，所述换热回路中的冷却介质适于穿过所述第一换热管；

第二换热管，可热交换地设置在所述第一换热管一侧，所述第二换热管设置在所述流体管路上，所述流体管路中的待加热流体适于穿过所述第二换热管。

可选地，所述第一换热管和所述第二换热管相互缠绕设置，和/或所述第一换热管和所述第二换热管内部的流体流向相反。

可选地，所述流体管路的一端适于连接天然气气源。

可选地，三个所述换热器并联设置，所述换热回路和所述流体管路适于分别穿过任一所述换热器。

可选地，所述电池换热管路与所述换热器之间设置有若干调节阀。

可选地，所述流体管路上设置有若干调节阀。

可选地，还包括导流装置，设置在所述换热回路中，适于对冷却介质导流。

可选地，还包括散热回路，与所述电池换热管路的两端连通，所述散热回路上设置有散热器，所述导流装置设置在所述散热回路上。

可选地，还包括控制结构，设置在所述换热回路和所述散热回路中，所述控制结构适于接收来自所述电池换热管路的出口的冷却介质，并将所述冷却介质导入所述换热回路或所述散热回路中，以及将所述冷却介质导入所述电池换热管路的进口。

可选地，所述控制结构包括：

第一三通结构，包括第一进口、第一出口、第二出口，所述第一进口与所述电池换热管路的出口连通，所述第一出口与所述第一换热管的进口连通，所述第二出口与所述散热器的进口连通；

第二三通结构，包括第二进口、第三进口、第三出口，所述第二进口与第一换热管的出口连通，所述第三进口与所述散热器的出口连通，所述第三出口与所述电池换热管路的进口连通。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

1.本实用新型提供一种燃料电池废热收集系统，包括：燃料电池，适于运行产生热量；电池换热管路，内部流通有冷却介质，所述冷却介质适于与所述燃料电池产生的热量进行换热；换热回路，与所述电池换热管路的两端连通，所述冷却介质适于在所述换热回路中流通；流体管路，适于流通待加热流体；至少一个换热器，所述换热器包括：第一换热管，设置在所述换热回路上，所述换热回路中的冷却介质适于穿过所述第一换热管；第二换热管，可热交换地设置在所述第一换热管一侧，所述第二换热管设置在所述流体管路上，所述流体管路中的待加热流体适于穿过所述第二换热管。

本实用新型提供的燃料电池废热收集系统，通过设置换热器使得换热回路与流体管路之间产生联系，使得换热回路中经过燃料电池产生的热量升温的冷却介质与流体管路中的待加热流体在换热器中充分进行热交换，从而将燃料电池产生的废热重新利用以加热待加热流体，使得待加热流体如天然气等对后续利用具有更佳的有益效果，例如，在天然气升温后，燃气轮机性能获得提高，从而克服现有技术中燃料电池运行过程中产生的大量热量被当做废热释放，没有得到合理利用的缺陷。

2.本实用新型提供一种燃料电池废热收集系统，所述第一换热管和所述第二换热管相互缠绕设置，和/或所述第一换热管和所述第二换热管内部的流体流向相反。

第一换热管和第二换热管相互缠绕设置，使得通过分别上述管路的冷却介质和待加热流体换热更充分，从而提高换热器的换热效率；第一换热管和第二换热管内部的流体流向相反，使得分别上述管路冷却介质和待加热流体形成反向对流，从而提高换热器的换热效率。

3.本实用新型提供一种燃料电池废热收集系统，所述流体管路的一端适于连接天然气气源。

天然气进行加热升温处理，提高了天然气烃露点过热度，避免烃化合物液化，以达到燃气轮机启动要求，避免烃化合物液化堵塞管道，影响燃气轮机运行安全，更进一步的，对天然气进行加热升温处理可以提高燃气轮机的效率，节约燃料。

4.本实用新型提供一种燃料电池废热收集系统，三个所述换热器并联设置，所述换热回路和所述流体管路适于分别穿过任一所述换热器。

通过设置三个换热器，换热回路和流体管路分别穿过任一换热器，三组50％容量的并联线路，两用一备，当有线路故障或是需要检修时，由于三条线路为并联关系，其余线路可正常使用不受影响，从而提高了本实施例燃料电池废热收集系统的稳定性和可靠性。

5.本实用新型提供一种燃料电池废热收集系统，所述电池换热管路与所述换热器之间设置有若干调节阀；所述流体管路上设置有若干调节阀。

通过设置调节阀对冷却介质和待加热流体进行流量调节，从而实现对天然气加热温度的控制。

6.本实用新型提供一种燃料电池废热收集系统，还包括导流装置，设置在所述换热回路中，适于对冷却介质导流。

导流装置起到循环导流的作用，使得冷却介质在管道中完成循环。

7.本实用新型提供一种燃料电池废热收集系统，还包括散热回路，与所述电池换热管路的两端连通，所述散热回路上设置有散热器，所述导流装置设置在所述散热回路上。

流体管路即天然气系统停运时，切断流体管路中的调节阀。冷却介质流经燃料电池中进行换热的电池换热管路带走燃料电池热量后升温，进入散热回路，通过导流装置升压，进入散热器对高温冷却介质进行散热降温，降温后的冷却介质经再次进入电池换热管路与燃料电池再次进行换热，完成散热回路上的循环，从而使得流体管路停运时燃料电池中的热量也能通过散热回路及时排出，确保燃料电池能够正常运行，提高燃料电池废热收集系统的适应性和稳定性。

8.本实用新型提供一种燃料电池废热收集系统，还包括控制结构，设置在所述换热回路和所述散热回路中，所述控制结构适于接收来自所述电池换热管路的出口的冷却介质，并将所述冷却介质导入所述换热回路或所述散热回路中，以及将所述冷却介质导入所述电池换热管路的进口。

控制结构设置在换热回路和散热回路中，当冷却介质经过控制结构时，通过控制结构合理选择冷却介质进入换热回路或是散热回路，并且将冷却介质导入电池换热管路的进口，从而实现冷却介质在换热回路或是散热回路上的循环。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的一种燃料电池废热收集系统的结构示意图。

附图标记说明：

1、燃料电池；2、电池换热管路；3、换热回路；4、流体管路；5、换热器；6、调节阀；7、导流装置；8、散热回路；9、散热器；10、第一三通结构；10a、第一进口；10b、第一出口；10c、第二出口；11、第二三通结构；11a、第二进口；11b、第三进口；11c、第三出口；12、流体进口；13、流体出口。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种燃料电池废热收集系统，如图1所示。燃料电池在运行过程中会产生大量热量，需要一定量的低温介质与燃料电池的散热进行热交换，将燃料电池产生的热量带走，由于低温介质需要回流循环使用，一般情况会使用技术手段，低温介质进行再次冷却后又进入下一次冷却循环，例如采用散热器对低温介质进行冷却处理、直接释放到空气中等。但是，上述散热处理的方案中，燃料电池运行过程中产生的大量热量被当做废热释放，没有得到合理利用。

为此，本实施例提供的燃料电池废热收集系统，用于收集燃料电池运行过程中产生的大量废热并加以利用，包括：燃料电池1、电池换热管路2、冷却介质、换热回路3、流体管路4、换热器5等。

燃料电池1，适于运行产生热量。

电池换热管路2，内部流通有冷却介质，冷却介质适于与燃料电池1产生的热量进行换热。

具体地，如图1所示，当燃料电池1运行产生热量，电池换热管路2内部流通的低温冷却介质与燃料电池1所产生的热量进行换热，通过冷却介质将热量导出燃料电池1，从而为燃料电池1降温。

进一步的，冷却介质流经燃料电池1的冷却板，冷却板作为换热器产生换热作用，带走燃料电池1运行过程中产生的热量。

进一步的，冷却介质优选为乙二醇溶液。

换热回路3，与电池换热管路2的两端连通，冷却介质适于在换热回路3中流通。

具体地，如图1所示，换热回路3与电池换热管路2的两端连通，从而实现冷却介质在电池换热管路2及换热回路3内循环利用。冷却介质经燃料电池1换热升温后，由电池换热管路2的出口流出，通过后续设置在换热回路3中的设备吸热降温，重新转变为低温冷却介质，并在次由电池换热管路2的进口进入电池换热管路2，在带走燃料电池1产生的热量的同时，实现冷却介质在电池换热管路2及换热回路3内循环利用。

流体管路4，适于流通待加热流体。

具体地，如图1所示，流体管路4内流通有待加热流体，实际上，该待加热流体通过某种方式进行升温处理后具有相较升温前更优异的性能或是对后续利用具有更佳的有益效果。

进一步的，待加热流体优选为为天然气。天然气燃机电厂由于燃气机轮前置模块对天然气的参数有一定的要求，因此不能直接利用来自接收站的天然气进行发电，需在在两者之间设计调压站，将上游供气管道的天然气进行调压、调温，以满足燃气轮机前置模块入口的参数要求。当天然气温度低于燃机，调压站内需设计相应的加热单元对天然气进行加热，同时，对天然气进行加热升温处理，提高了天然气烃露点过热度，避免烃化合物液化，以达到燃气轮机启动要求，避免烃化合物液化堵塞管道，影响燃气轮机运行安全，更进一步的，对天然气进行加热升温处理可以提高燃气轮机的效率，节约燃料。

至少一个换热器5，将换热器5设置在换热回路3与流体管路4之间，通过换热器5使得换热回路3与流体管路4之间产生联系，在两管路之间进行换热。

进一步的，本实施例就换热器5的具体设置数量不做限制，当设置由多个换热器5时，将多个换热器5并联，并设置换热回路3和流体管路4分别穿过任一换热器5即可。

换热器5包括：第一换热管和第二换热管。

第一换热管，设置在换热回路3上，换热回路3中的冷却介质适于穿过第一换热管。

第二换热管，可热交换地设置在第一换热管一侧，第二换热管设置在流体管路4上，流体管路4中的待加热流体适于穿过第二换热管。

具体地，如图1所示，在至少一个换热器5上，换热回路3和流体管路4分别穿过换热器5，使得换热回路3中的经过升温的冷却介质与流体管路4中的待加热流体在换热器5中充分进行热交换，从而在对冷却介质进行降温处理的提同时，提高待加热流体的温度。

进一步的，本实施例就换热回路3和流体管路4中的流体进入换热器5的方向不做限制。作为一种实施方式，换热回路3和流体管路4中的流体沿同向进入换热器5；作为另一种实施方式，换热回路3和流体管路4中的流体沿逆向进入换热器5，即如图1所示。

本实施例提供的燃料电池废热收集系统，通过设置换热器5使得换热回路3与流体管路4之间产生联系，使得换热回路3中经过燃料电池1产生的热量升温的冷却介质与流体管路4中的待加热流体在换热器5中充分进行热交换，从而将燃料电池1产生的废热重新利用以加热待加热流体，使得待加热流体如天然气等对后续利用具有更佳的有益效果，例如，在天然气升温后，燃气轮机性能获得提高，从而克服现有技术中燃料电池运行过程中产生的大量热量被当做废热释放，没有得到合理利用的缺陷。

在上述实施方式的基础上，作为进一步限定的实施方式，如图1所示，第一换热管和第二换热管相互缠绕设置，和/或第一换热管和第二换热管内部的流体流向相反。

具体地，第一换热管和第二换热管相互缠绕设置，使得通过分别上述管路的冷却介质和待加热流体换热更充分，从而提高换热器5的换热效率；第一换热管和第二换热管内部的流体流向相反，使得分别上述管路冷却介质和待加热流体形成反向对流，从而提高换热器5的换热效率。

进一步的，上述两种设置方式在实际应用中以互相是否产生冲突为判定条件，若是不产生冲突可同时进行上述两种设置，若是会产生冲突只设置其中一种。

在上述实施方式的基础上，作为进一步限定的实施方式，如图1所示，流体管路4的一端适于连接天然气气源。

具体地，如图1所示，天然气气源由天然气调压站即流体进口12进入流体管路4，流经流体管路4后由流体出口13进入燃气轮机进行后续作用。

在上述实施方式的基础上，作为进一步限定的实施方式，如图1所示，三个换热器5并联设置，换热回路3和流体管路4适于分别穿过任一换热器5。

具体地，通过设置三个换热器5，换热回路3和流体管路4分别穿过任一换热器5，三组50％容量的并联线路，两用一备，当有线路故障或是需要检修时，由于三条线路为并联关系，其余线路可正常使用不受影响，从而提高了本实施例燃料电池废热收集系统的稳定性和可靠性。

在上述实施方式的基础上，作为进一步限定的实施方式，如图1所示，电池换热管路2与换热器5之间设置有若干调节阀6。

在上述实施方式的基础上，作为进一步限定的实施方式，如图1所示，流体管路4上设置有若干调节阀6。

具体地，通过设置调节阀6对冷却介质和待加热流体进行流量调节，从而实现对天然气加热温度的控制。如图1所示，本实施例在每个换热器5的进出口位置的换热回路3和流体管路4分别设置有一个调节阀6，共四个调节阀6，当设置三个换热器5时，则相应设置十二个调节阀6。

进一步的，设置在换热回路3的调节阀6的作用：根据燃料电池1的负荷率的变化，通过调节冷却介质进入换热器5的流量，实现对天然气加热温度的控制。作为另一种实施方式，可以仅保留换热器5进口的三个调节阀6。

进一步的，设置在流体管路4的调节阀6的作用：根据冷却介质进入6换热器5的流量的变化，通过调节天然气进入换热器5的流量，实现对天然气加热温度的控制。作为另一种实施方式，可以仅保留换热器5进口的三个调节阀6。

在上述实施方式的基础上，作为进一步限定的实施方式，如图1所示，燃料电池废热收集系统还包括导流装置7，设置在换热回路3中，适于对冷却介质导流。

具体地，导流装置7起到循环导流的作用，使得冷却介质在管道中完成循环。

进一步的，导流装置7为增压泵。

在上述实施方式的基础上，作为进一步限定的实施方式，如图1所示，燃料电池废热收集系统还包括散热回路8，与电池换热管路2的两端连通，散热回路8上设置有散热器9，导流装置7设置在散热回路8上。

具体地，流体管路4即天然气系统停运时，切断流体管路4中的调节阀6。冷却介质流经燃料电池1中进行换热的电池换热管路2带走燃料电池1热量后升温，进入散热回路8，通过导流装置7升压，进入散热器9对高温冷却介质进行散热降温，降温后的冷却介质经再次进入电池换热管路2与燃料电池1再次进行换热，完成散热回路8上的循环，从而使得流体管路4停运时燃料电池1中的热量也能通过散热回路8及时排出，确保燃料电池1能够正常运行，提高燃料电池废热收集系统的适应性和稳定性。

在上述实施方式的基础上，作为进一步限定的实施方式，燃料电池废热收集系统还包括控制结构，设置在换热回路3和散热回路8中，控制结构适于接收来自电池换热管路2的出口的冷却介质，并将冷却介质导入换热回路3或散热回路8中，以及将冷却介质导入电池换热管路2的进口。

具体地，控制结构设置在换热回路3和散热回路8中，当冷却介质经过控制结构时，通过控制结构合理选择冷却介质进入换热回路3或是散热回路8，并且将冷却介质导入电池换热管路2的进口，从而实现冷却介质在换热回路3或是散热回路8上的循环。

在上述实施方式的基础上，作为进一步限定的实施方式，如图1所示，控制结构包括：第一三通结构10和第二三通结构11。

第一三通结构10，包括第一进口10a、第一出口10b、第二出口10c，第一进口10a与电池换热管路2的出口连通，第一出口10b与第一换热管的进口连通，第二出口10c与散热器9的进口连通；

第二三通结构11，包括第二进口11a、第三进口11b、第三出口11c，第二进口11a与第一换热管的出口连通，第三进口11b与散热器9的出口连通，第三出口11c与电池换热管路2的进口连通。

具体地，当燃料电池废热收集系统正常运行时，冷却介质需要在换热回路3中循环流通。此时，第一三通结构10的第一进口10a、第一出口10b连通，第二三通结构11的第二进口11a、第三出口11c连通。冷却介质与燃料电池1热交换后由电池换热管路2的出口流出，依次经过导流装置7、第一进口10a、第一出口10b、调节阀6、换热器5、另一调节阀6、第二进口11a、第三出口11c，最终到达电池换热管路2的进口，再次进入电池换热管路2与燃料电池1热交换，从而实现冷却介质在换热回路3上的循环。期间通过换热器5和流体管路4对冷却介质进行降温处理，确保燃料电池1能够正常运行。

进一步的，当流体管路4即天然气系统停运时，冷却介质需要在散热回路8中循环流通。此时，第一三通结构10的第一进口10a、第二出口10c连通，第二三通结构11的第三进口11b、第三出口11c连通。冷却介质与燃料电池1热交换后由电池换热管路2的出口流出，依次经过导流装置7、第一进口10a、第三出口11c、散热器9、第三进口11b、第三出口11c，最终到达电池换热管路2的进口，再次进入电池换热管路2与燃料电池1热交换，从而实现冷却介质在散热回路8上的循环。期间通过散热器9对冷却介质进行降温处理，确保燃料电池1能够正常运行。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种燃料电池废热收集系统，其特征在于，包括：

燃料电池(1)，适于运行产生热量；

电池换热管路(2)，内部流通有冷却介质，所述冷却介质适于与所述燃料电池(1)产生的热量进行换热；

换热回路(3)，与所述电池换热管路(2)的两端连通，所述冷却介质适于在所述换热回路(3)中流通；

流体管路(4)，适于流通待加热流体；

至少一个换热器(5)，所述换热器(5)包括：

第一换热管，设置在所述换热回路(3)上，所述换热回路(3)中的冷却介质适于穿过所述第一换热管；

第二换热管，可热交换地设置在所述第一换热管一侧，所述第二换热管设置在所述流体管路(4)上，所述流体管路(4)中的待加热流体适于穿过所述第二换热管。

2.根据权利要求1所述的燃料电池废热收集系统，其特征在于，所述第一换热管和所述第二换热管相互缠绕设置，和/或所述第一换热管和所述第二换热管内部的流体流向相反。

3.根据权利要求2所述的燃料电池废热收集系统，其特征在于，所述流体管路(4)的一端适于连接天然气气源。

4.根据权利要求1-3任一所述的燃料电池废热收集系统，其特征在于，三个所述换热器(5)并联设置，所述换热回路(3)和所述流体管路(4)适于分别穿过任一所述换热器(5)。

5.根据权利要求4所述的燃料电池废热收集系统，其特征在于，所述电池换热管路(2)与所述换热器(5)之间设置有若干调节阀(6)。

6.根据权利要求4所述的燃料电池废热收集系统，其特征在于，所述流体管路(4)上设置有若干调节阀(6)。

7.根据权利要求4所述的燃料电池废热收集系统，其特征在于，还包括导流装置(7)，设置在所述换热回路(3)中，适于对冷却介质导流。

8.根据权利要求7所述的燃料电池废热收集系统，其特征在于，还包括散热回路(8)，与所述电池换热管路(2)的两端连通，所述散热回路(8)上设置有散热器(9)，所述导流装置(7)设置在所述散热回路(8)上。

9.根据权利要求8所述的燃料电池废热收集系统，其特征在于，还包括控制结构，设置在所述换热回路(3)和所述散热回路(8)中，所述控制结构适于接收来自所述电池换热管路(2)的出口的冷却介质，并将所述冷却介质导入所述换热回路(3)或所述散热回路(8)中，以及将所述冷却介质导入所述电池换热管路(2)的进口。

10.根据权利要求9所述的燃料电池废热收集系统，其特征在于，所述控制结构包括：

第一三通结构(10)，包括第一进口(10a)、第一出口(10b)、第二出口(10c)，所述第一进口(10a)与所述电池换热管路(2)的出口连通，所述第一出口(10b)与所述第一换热管的进口连通，所述第二出口(10c)与所述散热器(9)的进口连通；

第二三通结构(11)，包括第二进口(11a)、第三进口(11b)、第三出口(11c)，所述第二进口(11a)与第一换热管的出口连通，所述第三进口(11b)与所述散热器(9)的出口连通，所述第三出口(11c)与所述电池换热管路(2)的进口连通。

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