CN218241904U - 一种基于太阳能发电制氢的燃料电池冷热电联供系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于太阳能发电制氢的燃料电池冷热电联供系统，包括太阳能组件，所述太阳能组件分别与PEM电解槽和热泵机组连接，所述PEM电解槽与氢气压缩机连接，所述氢气压缩机与储氢瓶连接，所述储氢瓶与PEM燃料电池连接，所述PEM燃料电池分别与直流交流逆变器和热泵机组连接。本实用新型，光伏制氢系统、氢燃料电池热电联供系统以及热泵系统的巧妙耦合，具体表现为多方热源(太阳热、燃料电池发电余热、空气源热能)的高效利用；由于包含光伏制氢系统，可以自行生产氢气并自行消纳；由于包含热泵系统，可以高效利用各种余热，提高制冷制热效率。

Description

一种基于太阳能发电制氢的燃料电池冷热电联供系统

技术领域

本实用新型涉及氢能源电池技术领域，具体是一种基于太阳能发电制氢的燃料电池冷热电联供系统。

背景技术

氢能在能源与化工产业中占据了愈发重要的地位，氢能的应用已经从传统的化工原料气和保护气拓展延伸到交通动力、能源电力与电网储能等诸多领域。尤其是综合能源供给方面，利用燃料电池建设分布式能源供给站提供热电气供给，可以大幅改善能源消费与温室气体排放，对于优化能源布局、促进节能减排、保护生态环境具有重要意义。

现有技术方案：单一的燃料电池热电联供系统(不耦合光伏制氢系统和热泵系统)；现有技术缺点：1、单一燃料电池热电联供系统无法自行获得氢气来源(前端)；2、无法提供充分的热能需求(末端)；无法实现自行制氢环节，只能实现用氢环节(氢气需要外采)，且无法提供充足的热能

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于太阳能发电制氢的燃料电池冷热电联供系统，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于太阳能发电制氢的燃料电池冷热电联供系统，包括太阳能组件，所述太阳能组件分别与PEM电解槽和热泵机组连接，所述PEM电解槽与氢气压缩机连接，所述氢气压缩机与储氢瓶连接，所述储氢瓶与PEM燃料电池连接，所述PEM燃料电池分别与直流交流逆变器和热泵机组连接。

优选的，所述储氢瓶与PEM燃料电池之间设置有节流阀和流量计。

优选的，所述热泵机组包括蒸发器、压缩机、水箱冷凝器、储液罐、过滤器和膨胀阀，所述蒸发器与压缩机连接，所述压缩机与水箱冷凝器连接，所述水箱冷凝器与储液罐连接，所述储液罐与过滤器连接，所述过滤器与膨胀阀连接，所述膨胀阀与蒸发器连接。

优选的，所述太阳能组件与热泵机组的蒸发器连接。

优选的，所述PEM燃料电池分别与蒸发器和压缩机连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：光伏制氢系统、氢燃料电池热电联供系统以及热泵系统的巧妙耦合，具体表现为多方热源(太阳热、燃料电池发电余热、空气源热能)的高效利用；由于包含光伏制氢系统，可以自行生产氢气并自行消纳；由于包含热泵系统，可以高效利用各种余热，提高制冷制热效率。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型的结构示意图。

图中：1、太阳能组件；2、PEM电解槽；3、氢气压缩机；4、储氢瓶；5、节流阀；6、流量计；7、PEM燃料电池；8、直流交流逆变器；9、蒸发器；10、压缩机；11、水箱冷凝器；12、储液罐；13、过滤器；14、膨胀阀。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型实施例中，一种基于太阳能发电制氢的燃料电池冷热电联供系统，包括太阳能组件1，所述太阳能组件1分别与PEM电解槽2和热泵机组连接，所述PEM电解槽2与氢气压缩机3连接，所述氢气压缩机3与储氢瓶4连接，所述储氢瓶4与PEM燃料电池7连接，所述PEM燃料电池7分别与直流交流逆变器8和热泵机组连接；所述储氢瓶4与PEM燃料电池7之间设置有节流阀5和流量计6；所述热泵机组包括蒸发器9、压缩机10、水箱冷凝器11、储液罐12、过滤器13和膨胀阀14，所述蒸发器9与压缩机10连接，所述压缩机10与水箱冷凝器11连接，所述水箱冷凝器11与储液罐12连接，所述储液罐12与过滤器13连接，所述过滤器13与膨胀阀14连接，所述膨胀阀14与蒸发器9连接；所述太阳能组件1与热泵机组的蒸发器9连接；所述PEM燃料电池7分别与蒸发器9和压缩机10连接；太阳能组件1(正面光伏板和反面集热器)，吸收太阳光用于发电和生热；PEM电解槽2用于电解水制氢；氢气压缩机3用于将氢气压缩成具有一定压强的高压气体；储氢瓶4用于储存氢气；节流阀5用于控制氢气流量以降低储氢罐中高压氢气的压强；流量计6用于检测氢气的流量；PEM燃料电池7用于氢气与空气混合发电；直流交流逆变器8用于将直流电转化为交流电；蒸发器9用于吸收热能并将低温低压冷媒液体蒸发为高温低压冷媒气体；压缩机10用于将高温低压冷媒气体加压为高温高压冷媒蒸汽；水箱冷凝器11用于高温高压冷媒蒸汽冷凝放热；储液罐12用于防止液体回流，并储存备用冷媒；过滤器13用于过滤冷媒中的杂质；膨胀阀14用于将低温高压冷媒液体通过节流变为低温低压冷媒液体；电阳能组件1中的光伏板接收太阳光发电；产生的电力通过PEM电解槽2生成氢气；氢气通过氢气压缩机3压缩后进入储氢瓶4中进行储备；为保障能够稳定供应氢气，当储氢瓶4中氢气储备量到达一个最低阈值时，氢气便可通过节流阀5进入PEM燃料电池7与空气混合进行电化学反应发电，此过程有流量计6进行监控；当储氢瓶4中氢气储备量大于等于最低阈值后，仍有上述制氢储氢过程进行，制氢量与耗氢量将通过控制系统处在一个动态平衡中；当储氢瓶4中氢气储备量达到一个最高阈值时(通过外部检测装置进行检测)，将停止制氢储氢过程，以免产生多余的氢气无法进行储存；PEM燃料电池7所发的直流电通过直流交流逆变器8转化成交流电，提供给建筑中的各种用电器使用，另一部分将直接驱动压缩机10；太阳能组件1中集热器吸收阳光产生的热量和PEM燃料电池7在发电的同时产生的余热以及空气中的空气能均通过蒸发器9进入热泵机组；热泵机组的作用如下:热泵机组中冷媒液体使用最先进的冷媒R32，低温低压冷媒液体通过蒸发器9变成高温低压冷媒气体；高温低压冷媒气体通过压缩机10变成高温高压冷媒蒸汽；高温高压冷媒蒸汽进入冷凝器11中冷凝放热，所释放热量将冷水加热为热水输出并利用完成供热(通过将冷水注入冷凝器11，然后以热水的形式排出)；冷凝后的冷媒成为低温高压液体，通过储液罐12和过滤器13进入膨胀阀14通过节流变成低温低压冷媒液体；低温低压冷媒液体再次进入蒸发器9后完成一个热交换循环，如此往复进行新的热交换循环；夏天热泵机组中冷媒可以通过换向阀反向循环进行制冷。

本实用新型的工作原理是：太阳能组件1(正面光伏板和反面集热器)，吸收太阳光用于发电和生热；PEM电解槽2用于电解水制氢；氢气压缩机3用于将氢气压缩成具有一定压强的高压气体；储氢瓶4用于储存氢气；节流阀5用于控制氢气流量以降低储氢罐中高压氢气的压强；流量计6用于检测氢气的流量；PEM燃料电池7用于氢气与空气混合发电；直流交流逆变器8用于将直流电转化为交流电；蒸发器9用于吸收热能并将低温低压冷媒液体蒸发为高温低压冷媒气体；压缩机10用于将高温低压冷媒气体加压为高温高压冷媒蒸汽；水箱冷凝器11用于高温高压冷媒蒸汽冷凝放热；储液罐12用于防止液体回流，并储存备用冷媒；过滤器13用于过滤冷媒中的杂质；膨胀阀14用于将低温高压冷媒液体通过节流变为低温低压冷媒液体；电阳能组件1中的光伏板接收太阳光发电；产生的电力通过PEM电解槽2生成氢气；氢气通过氢气压缩机3压缩后进入储氢瓶4中进行储备；为保障能够稳定供应氢气，当氢气储备量到达一个最低阈值时，氢气便可通过节流阀5进入PEM燃料电池7与空气混合进行电化学反应发电，此过程有流量计6进行监控；当储氢瓶4中氢气储备量大于等于最低阈值后，仍有上述制氢储氢过程进行，制氢量与耗氢量将通过控制系统处在一个动态平衡中；当储氢瓶4中氢气储备量达到一个最高阈值时，将停止制氢储氢过程，以免产生多余的氢气无法进行储存；PEM燃料电池7所发的直流电通过直流交流逆变器8转化成交流电，提供给建筑中的各种用电器使用，另一部分将直接驱动压缩机10；太阳能组件1中集热器吸收阳光产生的热量和PEM燃料电池7在发电的同时产生的余热以及空气中的空气能均通过蒸发器9进入热泵机组；热泵机组中使用最先进的冷媒R32，低温低压冷媒液体通过蒸发器9变成高温低压冷媒气体；高温低压冷媒气体通过压缩机10变成高温高压冷媒蒸汽；高温高压冷媒蒸汽进入冷凝器11中冷凝放热，所释放热量将冷水加热为热水输出并利用完成供热；冷凝后的冷媒成为低温高压液体，通过储水罐12和过滤器13进入膨胀阀14通过节流变成低温低压冷媒液体；低温低压冷媒液体再次进入蒸发器9后完成一个热交换循环，如此往复进行新的热交换循环；夏天热泵机组中冷媒可以通过换向阀反向循环进行制冷。

最后应说明的是：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，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (5)

1.一种基于太阳能发电制氢的燃料电池冷热电联供系统，包括太阳能组件(1)，其特征在于：所述太阳能组件(1)分别与PEM电解槽(2)和热泵机组连接，所述PEM电解槽(2)与氢气压缩机(3)连接，所述氢气压缩机(3)与储氢瓶(4)连接，所述储氢瓶(4)与PEM燃料电池(7)连接，所述PEM燃料电池(7)分别与直流交流逆变器(8)和热泵机组连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于太阳能发电制氢的燃料电池冷热电联供系统，其特征在于：所述储氢瓶(4)与PEM燃料电池(7)之间设置有节流阀(5)和流量计(6)。

3.根据权利要求1所述的一种基于太阳能发电制氢的燃料电池冷热电联供系统，其特征在于：所述热泵机组包括蒸发器(9)、压缩机(10)、水箱冷凝器(11)、储液罐(12)、过滤器(13)和膨胀阀(14)，所述蒸发器(9)与压缩机(10)连接，所述压缩机(10)与水箱冷凝器(11)连接，所述水箱冷凝器(11)与储液罐(12)连接，所述储液罐(12)与过滤器(13)连接，所述过滤器(13)与膨胀阀(14)连接，所述膨胀阀(14)与蒸发器(9)连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于太阳能发电制氢的燃料电池冷热电联供系统，其特征在于：所述太阳能组件(1)与热泵机组的蒸发器(9)连接。

5.根据权利要求3所述的一种基于太阳能发电制氢的燃料电池冷热电联供系统，其特征在于：所述PEM燃料电池(7)分别与蒸发器(9)和压缩机(10)连接。

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