CN218414650U - 一种燃料电池热电联供系统的高效热回收系统 - Google Patents
一种燃料电池热电联供系统的高效热回收系统 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种燃料电池热电联供系统的高效热回收系统，包括主换热器、副换热器和尾气余热回收装置，主换热器安装在燃料电池电堆处，副换热器安装在逆变器处，尾气余热回收装置安装在靠近尾气排放管末端，尾气余热回收装置、主换热器和副换热器的进水口均通过三根分支管道连接到冷水进水管，三根分支管道分别安装有控制阀一、二和三，尾气余热回收装置和副换热器的出水管连接到主换热器的进水口，主换热器的出水口连接到热水出水管。本实用新型提高燃料电池的热回收率，可使得总效率达到95%以上，同时有效回收尾气中的反应水，为用户提供脱盐水，节约水的消耗，发热设备均采用水冷，回收热量的同时，减少风冷电耗，提高装置总效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种燃料电池热电联供系统的高效热回收系统，属于氢燃料电池辅助换热设备技术领域。
背景技术
氢燃料电池是一种把氢气所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，具有发电效率高、排放产物（仅有水和未反应的空气）无环境污染的特点，是一种极有前途的发电技术。现有只对燃料电池热电联供系统，只电堆产生的热进行回收利用，未对排放的尾气（80℃）和电气元件中产生热进行回收，导致热回收效率低，同时在冬天尾气排放过程中会出现白烟，影响设备运行的美观性，现有技术热回收效率低，综合效率在85%左右。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是：提供一种燃料电池热电联供系统的高效热回收系统，以解决上述现有技术中存在的问题。
本实用新型采取的技术方案为：一种燃料电池热电联供系统的高效热回收系统，包括主换热器、副换热器和尾气余热回收装置，主换热器安装在燃料电池电堆处，副换热器安装在逆变器处，尾气余热回收装置安装在靠近尾气排放管末端，尾气余热回收装置、主换热器和副换热器的进水口均通过三根分支管道连接到冷水进水管，三根分支管道分别安装有控制阀一、控制阀二和控制阀三，尾气余热回收装置和副换热器的出水管连接到主换热器的进水口，主换热器的出水口连接到热水出水管。
优选的，上述副换热器的冷却回路包括膨胀水壶二和水泵二，膨胀水壶二和水泵二并联后一端连接到副换热器的冷却液出口，另一端通过散热管道连接到副换热器的冷却液回流口，散热管道布置在逆变器的空压机电机一周、DC/DC模块、DC/AC模块以及发热电气元件上。
优选的，上述尾气余热回收装置的尾气进气端安装有气液分离器，气液分离器的出水口连接到储水罐，尾气余热回收装置中产生的冷凝水通过管道连接到储水罐，储水罐连接到水泵一，尾气余热回收装置的尾气出气端安装有消音器。
优选的，上述尾气余热回收装置外部套接有保温海绵。
优选的，上述主换热器的冷却回路包括膨胀水壶一和水泵三，膨胀水壶一和水泵三一端汇集后连接到换热管道，另一端分别连接到主换热器的冷却液出口和冷却液回流口，换热管道布置在燃料电池电堆一周，换热管道连接到冷却液出口。
优选的，上述换热管道连接到冷却液出口之间安装有节温器，节温器连接PTC加热器，在低温时燃料电池内部催化剂达不到起活温度，需要通过节温器将冷却水通入PTC加热器进行加热，待燃料电池起活发生反应后发热后，节温器将冷却水调整至换热器中进行换热。
优选的，上述主换热器的冷却液出口与膨胀水壶一之间安装有去离子器。燃料电池系统运行过程中，冷区系统部件会不可避免地析出离子，通过去离子器去除冷却液中的离子，防止双极板上的高电压，通过冷却液传递到整个冷却流道中。
优选的，上述换热管道进出口之间安装有中冷器。中冷器是冷却燃料电池空压机出口的压缩空气，确保空气进入电堆之前温度在合理范围。
本实用新型的有益效果：与现有技术相比，本实用新型可以提高燃料电池的热回收率，可使得总效率达到95%以上，同时可以有效回收尾气中的反应水，为用户提供脱盐水，节约水的消耗，装置内的发热设备均采用水冷，可以回收热量的同时，减少风冷电耗，提高装置总效率。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本实用新型进行进一步介绍。
实施例1：如图1所示，一种燃料电池热电联供系统的高效热回收系统，包括主换热器、副换热器和尾气余热回收装置，主换热器安装在燃料电池电堆处，副换热器安装在逆变器处，尾气余热回收装置安装在靠近尾气排放管末端，尾气余热回收装置、主换热器和副换热器的进水口均通过三根分支管道连接到冷水进水管，三根分支管道分别安装有控制阀一、控制阀二和控制阀三，尾气余热回收装置和副换热器的出水管连接到主换热器的进水口，主换热器的出水口连接到热水出水管。
其中，上述副换热器的冷却回路包括膨胀水壶二和水泵二，膨胀水壶二和水泵二并联后一端连接到副换热器的冷却液出口，另一端通过散热管道连接到副换热器的冷却液回流口，散热管道布置在逆变器的空压机电机一周、DC/DC模块、DC/AC模块以及发热电气元件上。
其中，上述尾气余热回收装置的尾气进气端安装有气液分离器，气液分离器的出水口连接到储水罐，尾气余热回收装置中产生的冷凝水通过管道连接到储水罐，储水罐连接到水泵一，当储水罐液位达到一定数值时水泵一自动启动排水，尾气余热回收装置的尾气出气端安装有消音器；尾气余热回收装置外部套接有保温海绵，能够起到尾气余热回收装置的热量散失，起到更好的热量回收，同时也避免热量散发到机柜内造成温度过高。
其中，上述主换热器的冷却回路包括膨胀水壶一和水泵三，膨胀水壶一和水泵三一端汇集后连接到换热管道，另一端分别连接到主换热器的冷却液出口和冷却液回流口，换热管道布置在燃料电池电堆一周，换热管道连接到冷却液出口；换热管道连接到冷却液出口之间安装有节温器，节温器连接PTC加热器；主换热器的冷却液出口与膨胀水壶一之间安装有去离子器；换热管道进出口之间安装有中冷器。
运行原理：外部冷却水进入系统后，分为三路，第一路通过控制阀一进入尾气余热回收装置，吸收热量后返回至第三路。该冷却回路的作用是将尾气余热进行回收，将尾气中的水蒸气进行冷凝回收，尾气先进入气液分离器中将部分冷凝水分离，然后进入尾气余热回收装置与冷却水进行换热，使温度降低，排除部分冷凝水的尾气通过消音器排出装置外。冷凝水通过储水罐进行收集，储水罐位于装置最下部，低于余热回收装置和气液分离器，储水罐底部一根管道与水泵三相连，中间有阀门，储水罐液位高于一定数值后水泵自动开启，将水转移出设备。
第二路通过控制阀二进入副换热器中，将系统中电气元件运行过程中所产生的热量进行回收，并在副换热器进行热量交换，吸收热量后返回至第三路中。副换热器所在的冷却回路作用是冷却电气元件运行过程产生的热量，使电气元件得以正常工作，电气元件包括空压机电机、DC/DC、DC/AC或其他电气元件等。在循环回路中设置膨胀水壶二，膨胀水壶二主要起排气补水和平衡循环回路液体压力的作用。
第三路通过控制阀三与第一路和第二路回收完热量的水混合进入主换热器中，将燃料电池电堆和中冷器产生的热量进行回收，并在主换热器进行热量交换，此部分产生的热量大、温度高，收集完成热量后，水温可提高至65-70℃，通过控制四输送至设备外。主换热器所在冷却回路作用是将燃料电池电堆中发生化学反应所产生的热量进行回收， 同时通过中冷器对进入燃料电池电堆中的空气进行冷却，使燃料电池正常运行。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内，因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种燃料电池热电联供系统的高效热回收系统，其特征在于：包括主换热器、副换热器和尾气余热回收装置，主换热器安装在燃料电池电堆处，副换热器安装在逆变器处，尾气余热回收装置安装在靠近尾气排放管末端，尾气余热回收装置、主换热器和副换热器的进水口均通过三根分支管道连接到冷水进水管，三根分支管道分别安装有控制阀一、控制阀二和控制阀三，尾气余热回收装置和副换热器的出水管连接到主换热器的进水口，主换热器的出水口连接到热水出水管。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池热电联供系统的高效热回收系统，其特征在于：副换热器的冷却回路包括膨胀水壶二和水泵二，膨胀水壶二和水泵二并联后一端连接到副换热器的冷却液出口，另一端通过散热管道连接到副换热器的冷却液回流口，散热管道布置在逆变器的空压机电机一周、DC/DC模块、DC/AC模块以及发热电气元件上。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池热电联供系统的高效热回收系统，其特征在于：尾气余热回收装置的尾气进气端安装有气液分离器，气液分离器的出水口连接到储水罐，尾气余热回收装置中产生的冷凝水通过管道连接到储水罐，储水罐连接到水泵一，尾气余热回收装置的尾气出气端安装有消音器。
4.根据权利要求1或3所述的一种燃料电池热电联供系统的高效热回收系统，其特征在于：尾气余热回收装置外部套接有保温海绵。
5.根据权利要求1所述的一种燃料电池热电联供系统的高效热回收系统，其特征在于：主换热器的冷却回路包括膨胀水壶一和水泵三，膨胀水壶一和水泵三一端汇集后连接到换热管道，另一端分别连接到主换热器的冷却液出口和冷却液回流口，换热管道布置在燃料电池电堆一周，换热管道连接到冷却液出口。
6.根据权利要求1或5所述的一种燃料电池热电联供系统的高效热回收系统，其特征在于：换热管道连接到冷却液出口之间安装有节温器，节温器连接PTC加热器。
7.根据权利要求1或5所述的一种燃料电池热电联供系统的高效热回收系统，其特征在于：主换热器的冷却液出口与膨胀水壶一之间安装有去离子器。
8.根据权利要求5所述的一种燃料电池热电联供系统的高效热回收系统，其特征在于：换热管道进出口之间安装有中冷器。
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2022
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