CN218160472U - 一种燃料电池热电联供用双水箱储热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型尤指一种燃料电池热电联供用双水箱储热系统，包括换热模块，包括燃料电池系统和余热交换设备；储热模块，包括第一水箱，余热交换设备与第一水箱连通形成储热水回路；制热模块，包括第二水箱，余热交换设备与第二水箱连通形成制热水回路，燃料电池系统产生的余热对制热水回路中的低温水进行加热；第一水箱与第二水箱之间通过压力平衡组件连通，第一水箱连通有冷水进管，第二水箱连通有热水出管。本申请利用相通的大小水箱分别与余热交换设备相连形成储热水回路和制热水回路，可有效缩短制热水所需时间，提高用户使用舒适度体验，同时通过合理的大小水箱温度分配控制，可提高燃料电池热电联供系统整体的综合效率。

Description

一种燃料电池热电联供用双水箱储热系统

技术领域

本实用新型属于燃料电池热电联供技术领域，尤指一种燃料电池热电联供用双水箱储热系统。

背景技术

燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的电化学装置，其发电过程不涉及氢氧燃烧，能量转换率高，发电时不产生污染，发电单元模块化，可靠性高，组装和维修都很方便，工作时也没有噪音。因此，燃料电池电源是一种清洁、高效的绿色环保电源。

燃料电池热电联供，是利用燃料电池发电技术同时向用户供给电能和热能的生产方式。用燃料电池运行过程中产生的余热供热，可提高能源的利用效率，而且减少二氧化碳和其他有害气体的排放。在交通运输领域，燃料电池发电过程中有较大的能量损失就是热量，电池的能量转换率为40％多，为了降低燃料电池运行过程中的温度，还需要配上水冷或空冷系统。而热电联供则是将这一部分能量收集起来，使得氢气能源转换效率达到90％以上，能量利用率大大提升。

通常的用于燃料电池发电过程中余热回收利用的为单储水箱体，一方面，该储水箱体顶底两端的水温差异较大，制热水满足用户需求的等待周期较长，严重影响了用户使用体验；另一方面，流通于余热交换设备前后段循环水路上的水温变化大，会影响燃料电池电堆的使用性能。

实用新型内容

针对以上技术问题，本实用新型的目的在于提供一种燃料电池热电联供用双水箱储热系统，其利用相通的大小水箱分别与余热交换设备相连形成储热水回路和制热水回路，可有效缩短制热水所需时间，提高用户使用舒适度体验，同时通过合理的大小水箱温度分配控制，可提高燃料电池热电联供系统整体的综合效率。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下的技术方案：

一种燃料电池热电联供用双水箱储热系统，包括：

换热模块，包括燃料电池系统和余热交换设备，所述余热交换设备与所述燃料电池系统连通形成换热循环回路；

储热模块，包括第一水箱，所述余热交换设备与所述第一水箱连通形成储热水回路，所述燃料电池系统产生的余热对所述储热水回路中的低温水进行加热；

制热模块，包括第二水箱，所述余热交换设备与所述第二水箱连通形成制热水回路，所述燃料电池系统产生的余热对所述制热水回路中的低温水进行加热；

所述第一水箱与所述第二水箱之间通过压力平衡组件连通，所述第一水箱连通有冷水进管，所述第二水箱连通有热水出管。

一些技术方案中，所述第一水箱与余热交换设备之间及所述第二水箱与余热交换设备之间设有用于二者连通的管路组件，及设于所述管路组件上的用于控制水流方向和/或流量的阀组件，及设于所述管路组件上的用于水温和/或流量监测的传感组件，及设于所述管路组件上的水泵。

一些技术方案中，所述阀组件包括设于所述储热水回路位于所述余热交换设备的高温换热端口后段的常开阀体，及设于所述制热水回路位于所述余热交换设备的低温换热端口前段的常闭阀体；和/或，

所述传感组件包括串接至所述第一水箱低温水出口与余热交换设备之间管路上的第一温度传感器、流量计及串接至所述余热交换设备与所述第二水箱高温水进口之间管路上的第二温度传感器。

一些技术方案中，所述第一水箱内设有阻热隔板，所述阻热隔板水平布设，所述阻热隔板的相对一侧与第一水箱连接，相对另一侧与第一水箱的内壁面之间形成过水通道。

一些技术方案中，所述阻热隔板沿水平方向呈现凹凸结构；或者，

所述阻热隔板上衔接有多个垂直于板体间隔设置的挡板。

一些技术方案中，所述阻热隔板为沿第一水箱高度方向分布的多块，且相邻任意两块的所述阻热隔板之间，上一块的所述阻热隔板的过水通道与下一块的所述阻热隔板的过水通道分别靠近所述第一水箱的相对两侧壁面。

一些技术方案中，所述第二水箱的体积小于所述第一水箱的体积，所述第二水箱顶部连通有泄压管，所述泄压管外端装设用于泄压管通断控制的安全阀。

一些技术方案中，所述第一水箱内部沿竖直方向布设有排气管，所述排气管连通第一水箱与余热交换设备，以对第一水箱内的低温水进行换热，所述排气管的顶部还设有排气口。

一些技术方案中，所述第一水箱与所述第二水箱内分别装设用于水温监测的第三温度传感器与第四温度传感器；和/或，

所述第二水箱内设有辅助电加热组件。

一些技术方案中，所述第一水箱与所述第二水箱竖向布置，且底部均连通有排空管路。

本实用新型采用以上技术方案至少具有如下的有益效果：

1.高温(第二水箱)与低温(第一水箱)双水箱系统技术：在燃料电池系统产热功率一定的情况下，可有效缩短水箱升温时间，提高用户的使用舒适度体验，同时通过合理的高低温水箱温度分配控制，提高系统热效率，进而提高燃料电池热电联供系统整体综合效率；

2.桶内分层技术：水箱中采用高阻热材料对水箱进行分层处理，增大液体进出口流通路径，有效提升水箱中液体的分层效果，促使水箱进出口温度进一步增大，通过管路技术抽取水箱底部低温液体进入余热交换设备，从而增大设备两端进出水温差，提升系统换热效率。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图及其标记作简单的介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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它的附图。

图1为本实用新型实施例所述的一种燃料电池热电联供用双水箱储热系统的结构流程图。

图中标注符号的含义如下：

1-第一水箱，2-第二水箱，3-排气管，4-阻热隔板，5-排气口，6-排空管路，8-第三温度传感器，9-第四温度传感器，10-泄压管，11-辅助电加热组件，12-压力平衡管，13-第一温度传感器，14-常闭阀体，15-常开阀体，16-第二温度传感器，18-流量计，20-余热交换设备。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在本文中，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。

另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请参阅图1，示出了一种燃料电池热电联供用双水箱储热系统，包括换热模块、储热模块与制热模块，换热模块包括燃料电池系统和余热交换设备，余热交换设备与燃料电池系统连通形成换热循环回路；储热模块，包括第一水箱1，余热交换设备与第一水箱1连通形成储热水回路，燃料电池系统产生的余热对储热水回路中的低温水进行加热；制热模块，包括第二水箱2，余热交换设备与第二水箱2连通形成制热水回路，燃料电池系统产生的余热对制热水回路中的低温水进行加热；第一水箱1与第二水箱2之间通过压力平衡管12连通，第一水箱1下部连通有冷水进管，用以连通市政水源，第二水箱2上部连通有热水出管，用以向外部供应生活热水，满足用户多样化的用水需求。

本申请通过相连通的第一水箱1与第二水箱2分别与燃料电池热电联供系统的余热交换设备20进行换热，第二水箱2因储水体积较小，可迅速换热升温至目标水温，以供用户生活用热水所需，提高用户使用舒适度体验；第一水箱1可用于在满足制热需求的情况下，通过余热交换设备20将燃料电池系统发电过程中产生的热量以升温低温水的形式储存至第一水箱1中，充分回收发电余热的同时可通过压力平衡管12输送第一水箱1的温水至使用了部分水的第二水箱2中，从而为用户提供源源不断的热水。

在本申请一具体实施例中，第一水箱1与余热交换设备20之间及第二水箱2与余热交换设备20之间设有用于二者连通的管路组件，及设于管路组件上的用于控制水流方向和/或流量的阀组件，及设于管路组件上的用于水温和/或流量监测的传感组件，及设于所述管路组件上的水泵。

一些具体实施方式中，阀组件包括设于储热水回路位于余热交换设备20的高温换热端口后段的常开阀体15，及设于制热水回路位于余热交换设备20的低温换热端口前段的常闭阀体14。系统运行过程中，通过常开阀体15与常闭阀体14的切换动作，分别实现储热水回路连通以对第一水箱1内的低温水进行加热，及制热水回路连通以对第二水箱2内的高温水进行制热的工作过程。较佳的，常开阀体15与常闭阀体14均选用电磁阀，可起到自动控制、迅速响应的实现结果。

一些具体实施方式中，传感组件包括串接至第一水箱低温水出口与余热交换设备20之间管路上的第一温度传感器13、流量计18及串接至余热交换设备20与第二水箱2高温水进口之间管路上的第二温度传感器16。通过系列水温流量监测设备，可实时获知管路组件各段水流状况，监控冷热水换热效率，为进一步改进燃料电池热电联供的热回收效率提供相应的数据支持。

容易理解的，为了对水箱内部温度进行监控，其还包含设于第一水箱1的第三温度传感器8及设于第二水箱2的第四温度传感器9，用于实时获取储水温度，并与预设水温进行比较，以输出符合用户使用需求的生活用热水。

为了获得更优的用水体验，第二水箱内还布设有辅助电加热组件11，在余热不足或者用水集中、用水量大的情况下迅速获得符合要求的出水温度，系统适用更广，使用便捷。

在本申请另一具体实施例中，第一水箱1内设有阻热隔板4，阻热隔板4水平布设，阻热隔板4的相对一侧与第一水箱1衔接，相对另一侧与第一水箱1的内壁面之间形成过水通道。

该实施方式中采用高阻热材料对水箱进行分层处理，增大液体进出口流通路径，有效提升水箱中液体的分层效果，促使水箱进出口温度进一步增大，在与余热交换设备20的作用过程中，增大了余热交换设备20两端的水温温差，能够提升系统整体的换热效率。

一些较佳实施方式中，阻热隔板4沿水平方向呈现凹凸结构，具体凹凸结构的呈现方式可以为波浪状或是锯齿状或是齿条状；亦或是阻热隔板4上衔接有多个垂直于板体间隔均匀设置的挡板。容易理解的，本案的阻热隔板4可以包含所提及的及与之相关联的其它多种变形形式，在满足本技术方案设计构思的基础之上，其它任何形式的变形方式均应理解为在本案的保护范围之内。

一些优选实施方式中，阻热隔板4为沿第一水箱1高度方向分布的多块，且相邻任意两块的阻热隔板4之间，上一块的阻热隔板4的过水通道与下一块的阻热隔板4的过水通道分别靠近第一水箱1的相对两侧壁面。

该实施方式中水流经过位于相对下部的阻热隔板4一侧的过水通道，在流经相对上部的阻热隔板4位于相对侧的过水通道时，需要经过相对水箱尺寸最长的水流路径，因而可以进一步提高水箱顶底两端的水流温差，实现系统余热回收效率的最大化。

在本申请又一具体实施例中，第一水箱1内部沿竖直方向布设有排气管3，排气管3连通第一水箱1与余热交换设备20，以对第一水箱1内的低温水进行换热，排气管3的顶部还设有排气口5。

该实施方式中通过水箱嵌套技术将与余热交换设备20连通的低温水出管与内嵌于第一水箱1的排气管3连通，当液体中有气体进入管体后并不会直接吸入循环水路中而是沿着排气管3升至管体顶部，并通过顶部排气口5重新排入第一水箱1顶部，此种技术最大程度减少了水箱系统中的空气直接进入到管路组件中从而引起气阻，提高系统整体工作的稳定性。

一些实施方式中，第二水箱2顶部连通有泄压管10，泄压管10外端装设用于泄压管10通断控制的安全阀。

该实施方式中，积聚至第一水箱1顶部的气体经由压力平衡管12输送至第二水箱2，并定时开启安全阀，以对水箱内部气体进行释放，维持系统长久稳定运行。

一些具体实施方式中，第一水箱1与第二水箱2竖向布置，且底部均连通有排空管路6。

下面具体阐述本申请燃料电池热电联供用双水箱储热系统的工作原理，以进一步论证本申请的技术方案及其技术效果。

系统首次启动，第二水箱2及第一水箱1水温均处于低温(设定温度以下)状态，系统工作后，常闭阀体14打开，常开阀体15关闭。第一水箱1中水不形成回路不流通，第二水箱水形成制热水回路，配合辅助电加热组件11迅速加热第二水箱2内水温；

第二水箱2温度达到设定温度后，第二水箱2停止加热，第一水箱1处于开始加热状态，常闭阀体14关闭，常开阀体15打开。第二水箱2中水不形成回路不流通，第一水箱1中水形成储热水回路进行储热；

当系统所有工作达到设定温度及用电需求后，系统处于停止待机状态，此时当使用生活用热水后，第二水箱2压力变低，第一水箱1压力高于第二水箱2，第一水箱1上部最高温度的水通过压力平衡管12流入第二水箱2，使第二水箱2温度基本维持在一个相对稳定的范围之内，同时等待下一次系统启动运行。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型的保护范围应以所附权利要求为准。

本领域技术人员应当理解，虽然本实用新型是按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种燃料电池热电联供用双水箱储热系统，其特征在于，包括：

换热模块，包括燃料电池系统和余热交换设备，所述余热交换设备与所述燃料电池系统连通形成换热循环回路；

储热模块，包括第一水箱，所述余热交换设备与所述第一水箱连通形成储热水回路，所述燃料电池系统产生的余热对所述储热水回路中的低温水进行加热；

制热模块，包括第二水箱，所述余热交换设备与所述第二水箱连通形成制热水回路，所述燃料电池系统产生的余热对所述制热水回路中的低温水进行加热；

所述第一水箱与所述第二水箱之间通过压力平衡组件连通，所述第一水箱连通有冷水进管，所述第二水箱连通有热水出管。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池热电联供用双水箱储热系统，其特征在于，

所述第一水箱与余热交换设备之间及所述第二水箱与余热交换设备之间设有用于二者连通的管路组件，及设于所述管路组件上的用于控制水流方向和/或流量的阀组件，及设于所述管路组件上的用于水温和/或流量监测的传感组件，及设于所述管路组件上的水泵。

3.根据权利要求2所述的一种燃料电池热电联供用双水箱储热系统，其特征在于，

所述阀组件包括设于所述储热水回路位于所述余热交换设备的高温换热端口后段的常开阀体，及设于所述制热水回路位于所述余热交换设备的低温换热端口前段的常闭阀体；和/或，

所述传感组件包括串接至所述第一水箱低温水出口与余热交换设备之间管路上的第一温度传感器、流量计及串接至所述余热交换设备与所述第二水箱高温水进口之间管路上的第二温度传感器。

4.根据权利要求1所述的一种燃料电池热电联供用双水箱储热系统，其特征在于，

所述第一水箱内设有阻热隔板，所述阻热隔板水平布设，所述阻热隔板的相对一侧与第一水箱连接，相对另一侧与第一水箱的内壁面之间形成过水通道。

5.根据权利要求4所述的一种燃料电池热电联供用双水箱储热系统，其特征在于，

所述阻热隔板沿水平方向呈现凹凸结构；或者，

所述阻热隔板上衔接有多个垂直于板体间隔设置的挡板。

6.根据权利要求4或5所述的一种燃料电池热电联供用双水箱储热系统，其特征在于，

所述阻热隔板为沿第一水箱高度方向分布的多块，且相邻任意两块的所述阻热隔板之间，上一块的所述阻热隔板的过水通道与下一块的所述阻热隔板的过水通道分别靠近所述第一水箱的相对两侧壁面。

7.根据权利要求1所述的一种燃料电池热电联供用双水箱储热系统，其特征在于，

所述第二水箱的体积小于所述第一水箱的体积，所述第二水箱顶部连通有泄压管，所述泄压管外端装设用于泄压管通断控制的安全阀。

8.根据权利要求1所述的一种燃料电池热电联供用双水箱储热系统，其特征在于，

所述第一水箱内部沿竖直方向布设有排气管，所述排气管连通第一水箱与余热交换设备，以对第一水箱内的低温水进行换热，所述排气管的顶部还设有排气口。

9.根据权利要求1所述的一种燃料电池热电联供用双水箱储热系统，其特征在于，

所述第一水箱与所述第二水箱内分别装设用于水温监测的第三温度传感器与第四温度传感器；和/或，

所述第二水箱内设有辅助电加热组件。

10.根据权利要求1所述的一种燃料电池热电联供用双水箱储热系统，其特征在于，

所述第一水箱与所述第二水箱竖向布置，且底部均连通有排空管路。

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