CN217903163U - 一种热电联供系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电解水制氢装置及燃料电池的热电联供系统，包括电解水制氢机构、燃料电池发电机构、第一换热机构以及第二换热机构，水源分成三路，第一路与电解水制氢机构连接，用于为电解水制氢机构提供原料；第二路与电解水制氢机构通过第一换热机构进行热交换，然后第二路连接第一换热机构；第三路与第一换热机构直接连接；第一换热机构与燃料电池发电机构进行热交换后与第二换热机构连接，第二换热机构连接热水用户；电解水制氢机构与燃料电池发电机构连接，且电解水制氢机构为燃料电池发电机构提供氢气，燃料电池发电机构连接电力用户。本实用新型可利用低成本的电力及水，可为用户提供热水和电能。

Description

一种热电联供系统

技术领域

本实用新型涉及氢能源技术领域，具体涉及一种热电联供系统。

背景技术

随着化石能源的逐步枯竭，人们开始探寻新能源，氢能源就是其中重要的组成部分。目前，氢气主要来源于水的电解，而氢气的用途主要是燃烧并释放能量，由此可见，氢能源来源清洁、产物清洁，是一种可循环利用的清洁能源。由于氢气的储存、运输较为困难，因此，燃料电池发电装置和电解水制氢装置一般是配套建立的，而且一般来说，氢气的制备速率大于燃料电池发电所用的氢气消耗。另外，两套设备在工作时，都会产生较为大量的热，造成能量的损失。

因此，本领域急需一套电解水制氢装置及燃料电池的热电联供系统。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于电解水制氢装置及燃料电池联合系统的热电联供系统。

为了实现本实用新型之目的，本申请提供以下技术方案。

在第一方面中，本申请提供一种电解水制氢装置及燃料电池的热电联供系统，所述系统连接水源、热水用户和电力用户，所述系统包括电解水制氢机构、燃料电池发电机构、第一换热机构以及第二换热机构，水源分成三路，第一路与电解水制氢机构连接，用于为所述电解水制氢机构提供原料；第二路与电解水制氢机构通过第一换热机构进行热交换，然后第二路连接所述第一换热机构；第三路与所述第一换热机构直接连接；所述第一换热机构与所述燃料电池发电机构进行热交换后与第二换热机构连接，所述第二换热机构连接热水用户；所述电解水制氢机构与燃料电池发电机构连接，且所述电解水制氢机构为所述燃料电池发电机构提供氢气，所述燃料电池发电机构连接电力用户。本申请通过电解水制氢机构制备产生氢气，为燃料电池发电机构提供氢源，并通过燃料电池发电机构发电产生电能，提供给电力用户。同时，由于电解水制氢机构和燃料电池发电机构在运行时都会产生热量，因此本申请通过设置第一换热机构和第二换热机构，将这部分热量转换成热水，供给热水用户，起到节约能源的作用。

在第一方面的一种实施方式中，所述电解水制氢机构包括依次连接的制纯水机、纯水箱以及电解水制氢装置，所述制纯水机与水源的第一路连接，所述水源的第二路与所述电解水制氢装置进行热交换后连接所述第一换热机构。

在第一方面的一种实施方式中，所述水源的第一路、第二路和第三轮均设有电磁阀，且当所述第一路的电磁阀同时打开时，所述第二路的电磁阀打开，所述第三路的电磁阀关闭。当第一路的电磁阀打开时，说明电解水制氢装置在运行，而其正常制备氢气时，对温度是有要求的，因此要不断对其进行降温，必须保证第二路的电磁阀打开。第二路中的水源进过换热后，温度升高，为了避免能量浪费，要避免其与冷水水源混合，因此要关闭第三路的电磁阀。

在第一方面的一种实施方式中，所述第一换热机构包括第一换热器以及第一热水箱，所述水源的第二路与电解水制氢装置通过第一换热器进行热交换，且水源的第二路经过热交换后连接第一热水箱；所述水源的第三路直接连接第一热水箱。当电解水制氢装置运行时，第一热水箱内的水温可控制在40～50℃；当电解水制氢装置停止运行时，第一热水箱内的水温即为常温。

在第一方面的一种实施方式中，所述燃料电池发电机构包括燃料电池以及冷却水循环单元，所述冷却水循环单元循环连接在所述燃料电池的冷却水进口和冷却水出口，所述冷却水循环单元包括循环泵以及散热器，所述循环泵与燃料电池的冷却水出口连接，所述散热器与燃料电池的冷却水进口连接；所述第一换热机构与所述冷却水循环单元进行热交换后与第二换热机构连接。燃料电池的正常运行温度为 65～70℃，需要用冷却水进行冷却，当冷却水从燃料电池的冷却水出口出来时，温度大约在65～70℃，本申请先利用第一热水箱内的温度较低的热水，对其进行初步冷却，回收部分热量，然后利用散热器使得冷却水降温至常温，并回流至燃料电池的冷却水入口。而经过加热的来自于第一热水箱的水，升温至60℃左右，进入第二热水箱，可供热水用户日常使用。

在第一方面的一种实施方式中，所述第二换热机构包括第二换热器以及第二热水箱，所述第二换热器的热源管路连接在循环泵和散热器之间，所述第二换热器的冷源管路连接在第一热水箱和第二热水箱之间，所述第二热水箱连接热水用户。

在第一方面的一种实施方式中，所述第一热水箱和第二换热器之间设有热水泵。

在第一方面的一种实施方式中，所述燃料电池通过直流变换器以及逆变器连接电力用户。燃料电池的电流经过直流变换器之后，也可直接连接蓄电池进行存储。

在第一方面的一种实施方式中，所述电解水制氢机构的氢气出口连接储氢罐，所述储氢罐的出口连接燃料电池发电机构的氢气入口。由于电解水制氢需要消耗较为大量的电能，因此，本申请系统可选择利用晚上的谷电来进行制氢，或者将整个系统设置在风能、太阳能发电的附近，即利用成本较低的电能来制备氢气，制备得到的氢气进行储存。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：电解水制氢机构利用低成本电力制氢，将氢气储存在储氢罐，当有供电供热需求时，储氢罐中的氢气进入燃料电池发电机构，氢气与进入的空气发生电化学反应产生电能和热能，直流变换装置与燃料电池发电装置连接，输出的电压经过逆变器转换为交流电进行供电。同时，本系统可以回收电解水制氢机构和燃料电池发电机构的热量，给热水用户提供热水。

附图说明

图1为本申请系统的连接示意图。

在附图中，1为燃料电池，2为电解水制氢装置，3为储氢罐，4为直流变换器， 5为蓄电池，6为逆变器，7为制纯水机，8为纯水箱，9为第一换热器，10为第一热水箱，11为第一电磁阀，12为第二电磁阀，13为第三电磁阀，14为循环泵，15 为第二换热器，16为散热器，17为补水箱，18为热水泵，19为第二热水箱，20 为供水泵。

具体实施方式

除非另作定义，在本说明书和权利要求书中使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中列举的所有的从最低值到最高值之间的数值，是指当最低值和最高值之间相差两个单位以上时，最低值与最高值之间以一个单位为增量得到的所有数值。

以下将描述本实用新型的具体实施方式，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以对本实用新型的实施方式进行修改和替换，所得实施方式也在本实用新型的保护范围之内。

实施例

下面将对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种电解水制氢装置及燃料电池的热电联供系统，其结构如图1所示，包括电解水制氢装置2、燃料电池1、第一换热机构以及第二换热机构，水源分成三路，第一路设有第一电磁阀11，并依次连接制纯水机7、纯水箱8以及电解水制氢装置 2；第二路设有第二电磁阀12，并连接第一换热器9，第一换热器9的热源为电解水制氢装置2内的液体，冷源的进口连接第二电磁阀12，冷源的出口连接第一热水箱10，即利用水源对电解水制氢装置2进行降温；第三路设置第三电磁阀13，并与第一热水箱10直接连接。

第一热水箱10通过热水泵18连接第二换热器15的冷源进口，第二换热器15 的冷源出口连接第二热水箱19，第二换热器15的热源进口依次连接循环泵14、燃料电池1的冷却水出口；第二换热器15的热源出口依次连接散热器16、燃料电池 1的冷却水入口。第二热水箱19通过供水泵20为热水用户提供热水。为了避免燃料电池1中冷却水的蒸发，因此在冷却水循环管路上设置补水箱17，定期补充冷却水。

所述电解水制氢装置2与储氢罐3连接，用于存储制备得到的氢气，储氢罐3 与燃料电池1的氢气入口连接。燃料电池1连接直流变换器4，然后连接蓄电池5，或者通过逆变器6连接电力用户。

另外，在第一热水箱10和第二热水箱19的底部设有排水阀，在第一热水箱 10和第二热水箱19的顶部设有防溢水旁路。

本实施例的燃料电池1热电联供系统，该系统应用于园区，电解水制氢装置2 利用晚上峰谷时间制氢将氢气储存在储氢罐3，当有供电供热需求时，储氢罐3中的氢气进入燃料电池1，氢气与进入的空气发生电化学反应产生电能和热能，直流变换器4与燃料电池1发电装置连接，输出的电压经过逆变器6转换为交流电给园区供电。

电解水制氢装置2工作时会产生热量，需要通过自来水冷却的方式，将电解水制氢装置2的温度控制在一定的温度(70-80℃)，通道的出水口经过第一热水箱 10储存。

燃料电池1系统工作温度在65-70℃，当由供电需求时，一级热水箱的水由热水泵18打入第二热交换器与燃料电池1水流道进行换热，产生的热水(60℃左右) 进入第二热水箱19，通过供水泵20给园区提供热水，发电过程无任何尾气排放，绿色环保，况且发电时所产生的热能有效利用，更适合在城市领域大规模推广应用。

当电解水制氢装置2不工作时，关闭第一电磁阀11、第二电磁阀12，打开第三电磁阀13，自来水从直接进入第一热水箱10储存，然后与燃料电池1发电时，与其进行热交换，给用户端提供热水。

上述对实施例的描述是为了便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本申请。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必付出创造性的劳动。因此，本申请不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本申请披露的内容，在不脱离本申请范围和精神的情况下做出的改进和修改都在本申请的范围之内。

Claims (9)

1.一种热电联供系统，所述系统连接水源、热水用户和电力用户，其特征在于，所述系统包括电解水制氢机构、燃料电池发电机构、第一换热机构以及第二换热机构，水源分成三路，第一路与电解水制氢机构连接，用于为所述电解水制氢机构提供原料；第二路与电解水制氢机构通过第一换热机构进行热交换，然后第二路连接所述第一换热机构；第三路与所述第一换热机构直接连接；所述第一换热机构与所述燃料电池发电机构进行热交换后与第二换热机构连接，所述第二换热机构连接热水用户；所述电解水制氢机构与燃料电池发电机构连接，且所述电解水制氢机构为所述燃料电池发电机构提供氢气，所述燃料电池发电机构连接电力用户。

2.如权利要求1所述的热电联供系统，其特征在于，所述电解水制氢机构包括依次连接的制纯水机、纯水箱以及电解水制氢装置，所述制纯水机与水源的第一路连接，所述水源的第二路与所述电解水制氢装置进行热交换后连接所述第一换热机构。

3.如权利要求2所述的热电联供系统，其特征在于，所述水源的第一路、第二路和第三轮均设有电磁阀，且当所述第一路的电磁阀同时打开时，所述第二路的电磁阀打开，所述第三路的电磁阀关闭。

4.如权利要求2所述的热电联供系统，其特征在于，所述第一换热机构包括第一换热器以及第一热水箱，所述水源的第二路与电解水制氢装置通过第一换热器进行热交换，且水源的第二路经过热交换后连接第一热水箱；所述水源的第三路直接连接第一热水箱。

5.如权利要求4所述的热电联供系统，其特征在于，所述燃料电池发电机构包括燃料电池以及冷却水循环单元，所述冷却水循环单元循环连接在所述燃料电池的冷却水进口和冷却水出口，所述冷却水循环单元包括循环泵以及散热器，所述循环泵与燃料电池的冷却水出口连接，所述散热器与燃料电池的冷却水进口连接；所述第一换热机构与所述冷却水循环单元进行热交换后与第二换热机构连接。

6.如权利要求5所述的热电联供系统，其特征在于，所述第二换热机构包括第二换热器以及第二热水箱，所述第二换热器的热源管路连接在循环泵和散热器之间，所述第二换热器的冷源管路连接在第一热水箱和第二热水箱之间，所述第二热水箱连接热水用户。

7.如权利要求6所述的热电联供系统，其特征在于，所述第一热水箱和第二换热器之间设有热水泵。

8.如权利要求5所述的热电联供系统，其特征在于，所述燃料电池通过直流变换器以及逆变器连接电力用户。

9.如权利要求1～8任一所述的热电联供系统，其特征在于，所述电解水制氢机构的氢气出口连接储氢罐，所述储氢罐的出口连接燃料电池发电机构的氢气入口。

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