CN218498107U - 一种固体氧化物燃料电池余热利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种固体氧化物燃料电池余热利用系统，它包括固体氧化物燃料电池、燃料电池余热回收系统、热回收的风冷热泵机组、闭式热水水箱，固体氧化物燃料电池与燃料电池余热回收系统连接，将固体氧化物燃料电池中的热量进行回收，燃料电池余热回收系统与闭式热水水箱连接，将热量以热水的方式送入至热水水箱中，并且该水箱的水连接至热回收的风冷热泵机组以及热水供水管中直接供给使用，固体氧化物燃料电池由固体氧化物燃料电池发电系统和回热系统组成，其中固体氧化物燃料电池发电系统的进口端连接有带电磁阀的天然气进气管，其出口端分别开设有输电接口、排气管、带排污阀的排污管以及回流管道，该回流管道安装在燃料电池余热回收系统中。

Description

一种固体氧化物燃料电池余热利用系统

技术领域

本实用新型涉及固体氧化物燃料电池技术领域，具体涉及一种固体氧化物燃料电池余热利用系统。

背景技术

随着科技的发展，燃料电池的研究和应用正在快速发展，常规的燃料电池作为能源的一种利用方式，发电效率低，需要铂等贵金属，只能用于辅助发电，燃料适应性范围窄，余热利用价值低，燃料电池用燃料和氧气作为反应物，同时需要用到机械传动部件，并且燃烧排放出的有害气体极多；噪声污染大，由此可见，从节约能源和保护生态环境的角度来看，固体燃料电池是很有发展前途的发电技术，常规的火力发电厂也就只有在40%左右的发电效率。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不足，提供一种固体氧化物燃料电池余热利用系统。

本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的，一种固体氧化物燃料电池余热利用系统，它包括固体氧化物燃料电池、燃料电池余热回收系统、热回收的风冷热泵机组、闭式热水水箱，所述固体氧化物燃料电池与燃料电池余热回收系统连接，将固体氧化物燃料电池中的热量进行回收，燃料电池余热回收系统与闭式热水水箱连接，将热量以热水的方式送入至热水水箱中，并且该水箱的水连接至热回收的风冷热泵机组以及热水供水管中直接供给使用，所述固体氧化物燃料电池由固体氧化物燃料电池发电系统和回热系统组成，其中固体氧化物燃料电池发电系统的进口端连接有带电磁阀的天然气进气管，其出口端分别开设有输电接口、排气管、带排污阀的排污管以及回流管道，该回流管道安装在燃料电池余热回收系统中。

作为优选：所述燃料电池余热回收系统为一个闭式的水罐，在闭式的水罐内部分别设置有换热盘管，该换热盘管外连接回流管道，将回流管道中的热量进行回收，在通过热水泵将热水流入至闭式热水水箱中进行保存，所述闭式的水罐的外侧还设置有排污阀和泄压阀。

作为优选：所述闭式热水水箱通过热水循环泵与风冷热泵机组连接，并在闭式热水水箱上设置有泄压阀、排污阀、热水供水管，该风冷热泵机组分别连接空调回水管和空调供水管，该空调回水管和空调供水管通过空调水循环泵进行循环流水。

作为优选：所述闭式热水水箱、闭式的水罐、固体氧化物燃料电池发电系统上还连接有自来水进水管，并在每个设备的管道上均安装有进水阀。

本实用新型的有益技术效果在于：本实用新型通过设置带热回收的风冷热泵机组、闭式热水水箱、固体氧化物燃料电池余热利用系统，保证固体氧化物燃料电池发电系统的热量顺畅排出，并且重复利用余热，提高综合能源利用率。闭式水罐和闭式水箱可满足设备低位布置，提高设备布置的灵活性和集成度。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构系统示意图。

具体实施方式

为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解本实用新型的目的、技术方案和优点，以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步的阐述。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“横向”、“竖向”等术语所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，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1所示，一种固体氧化物燃料电池余热利用系统，它包括固体氧化物燃料电池1、燃料电池余热回收系统2、热回收的风冷热泵机组4、闭式热水水箱5，所述固体氧化物燃料电池1与燃料电池余热回收系统连接，将固体氧化物燃料电池1中的热量进行回收，燃料电池余热回收系统与闭式热水水箱5连接，将热量以热水的方式送入至热水水箱5中，并且该水箱的水连接至热回收的风冷热泵机组4以及热水供水管中直接供给使用，所述固体氧化物燃料电池1由固体氧化物燃料电池发电系统6和回热系统7组成，其中固体氧化物燃料电池发电系统6的进口端连接有带电磁阀9的天然气进气管8，其出口端分别开设有输电接口14、排气管12、带排污阀13的排污管以及回流管道，该回流管道安装在燃料电池余热回收系统2中。

所述燃料电池余热回收系统2为一个闭式的水罐15，在闭式的水罐15内部分别设置有换热盘管16，该换热盘管16外连接回流管道，将回流管道中的热量进行回收，在通过热水泵3将热水流入至闭式热水水箱5中进行保存，所述闭式的水罐15的外侧还设置有排污阀18和泄压阀17。

所述余热回收系统可将自来水加热到40-50℃，与带热回收的风冷热泵机组结合，提供生活热水；所述余热回收系统可将固体氧化物综合能源利用率提高到90%以上。

所述闭式热水水箱5通过热水循环泵20与风冷热泵机组4连接，并在闭式热水水箱5上设置有泄压阀17、排污阀18、热水供水管21，该风冷热泵机组4分别连接空调回水管23和空调供水管22，该空调回水管23和空调供水管22通过空调水循环泵19进行循环流水。

所述的带热回收的风冷热泵机组4可利用回收热在闭式换热水箱5内加热热水到55℃。

所述闭式热水水箱5、闭式的水罐15、固体氧化物燃料电池发电系统6上还连接有自来水进水管10，并在每个设备的管道上均安装有进水阀11。

所述闭式水罐15优先使用热水泵3供应的水，只有当水罐内热水水位下降过快时，才打开电动阀11，对闭式水罐15进行补水。

此外，还包括用于检测和控制余热利用系统的控制系统，所述分布式能源控制系统包括温度传感器、压力传感器、电动二通阀、控制模块。所述温度传感器、压力传感器设置在闭式水箱和水罐内，用于热水温度和压力的监测。水温控制优先满足提高综合能源利用率，40-50℃的热水进入闭式水罐15后，由带热回收的风冷热泵机组所回收余热进行继续加热，到达热水使用要求。

具体实施例：

湖州某综合能源项目，需求为电、空调冷热水、生活热水，配置25kW的固体氧化物燃料电池，燃料为天然气，同时配置制冷量为60kW的带热回收型风冷热泵机组。该固体氧化物燃料电池的额定功率为25kW，发电效率为55%，工作区反应温度约为500-700℃，余热利用系统主要通过回热系统及盘管，将热量传导到冷水中，将冷水从20℃加热到45℃，然后用热水泵将热水泵入闭式水罐，在闭式水罐内，利用热回收型风冷热泵机组的回收热，继续将45℃的水加热到55℃，然后供到卫生间做生活热水。

热回收型风冷热泵机组将房间内的热量带到热泵机组，一部分通过冷凝器排到空气，一部分回收到闭式水罐，实现节能运行。固体氧化物燃料电池和带热回收型风冷热泵机组集成使用，能实现节能效果叠加，并且提高固体氧化物燃料电池余热利用系统的利用效率。进而提高固体氧化物燃料电池的综合能源利用率，本系统综合能源利用率可达90%以上。

该余热利用系统还包括热水泵、热水循环泵、管道及阀门等附件，热水泵将利用固体氧化物余热后的热水泵入闭式水罐，循环热水泵实现风冷热泵的热回收。

从上述实施案例看出，本实用新型所述的一种固体氧化物燃料电池余热利用系统，包括固体氧化物燃料电池、燃料电池余热回收系统、热水泵、带热回收的风冷热泵机组、闭式热水水箱、水管及阀件，余热利用系统主要通过回热系统及盘管，将热量传导到冷水中，将冷水从20℃加热到45℃，然后用热水泵将热水泵入闭式水罐，在闭式水罐内，利用热回收型风冷热泵机组的回收热，继续将45℃的水加热到55℃,固体氧化物燃料电池和带热回收型风冷热泵机组集成使用，能实现节能效果叠加，并且提高固体氧化物燃料电池余热利用系统的利用效率，进而提高固体氧化物燃料电池的综合能源利用率。本系统综合能源利用率可达90%以上。

固体氧化物燃料电池可使用燃料包括天然气、氢气、煤气等，发电效率可达50-60%，电解质为陶瓷，不需要铂等贵金属，可适用于辅助发电，燃料适应性广，余热利用价值高。燃料电池用燃料和氧气作为反应物，同时没有机械传动部件，排放出的有害气体极少；没有噪声污染。由此可见，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是很有发展前途的发电技术。和常规的火力发电厂40%左右的发电效率相比，固体氧化物燃料电池对系统余热进行回收利用，实现节能，具有较好的社会效益和经济效益。

固体氧化物燃料电池的单电池由阳极、阴极和固体氧化物电解质组成，阳极为燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂。燃料电池效率高，固体氧化物燃料电池采用陶瓷材料，全固态、模块化组装。

燃料电池的发电原理为电化学反应。以氧气和氢气为例，当燃料电池的陶瓷膜两侧分别是氧气和氢气，且达到温度要求时，陶瓷膜一侧的氧离子会渗透穿过单电池片到达另一侧与氢气接触，此时，在化学势能的作用下会发生化学反应，氢氧化合生成水分子。与此同时同时产生电子，把这些电子收集起来形成回路从而产生电流。

固体氧化物燃料电池反应温度区间通常在500℃~1000℃，属于高温燃料电池，氢气和空气在电堆内反应后排出热空气，排气温度高，具有较高的余热利用价值。

在一般的天然气三联供系统中，综合能源利用率可达到70%，而固体氧化物燃料电池系统，可以达到90%甚至更高的综合能源利用率。但是余热利用的同时，也是排走固体氧化物燃料电池内部的热量，如果热量排出不顺畅，会降低燃料电池效率甚至停机。固体氧化物燃料电池技术刚刚兴起，需要一种高效可靠的余热利用方式，保证燃料电池内部热量顺畅排出，还有很高的综合能源利用率。

本文中所描述的具体实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，但凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.一种固体氧化物燃料电池余热利用系统，它包括固体氧化物燃料电池（1）、燃料电池余热回收系统（2）、热回收的风冷热泵机组（4）、闭式热水水箱（5），其特征在于：所述固体氧化物燃料电池（1）与燃料电池余热回收系统连接，将固体氧化物燃料电池（1）中的热量进行回收，燃料电池余热回收系统与闭式热水水箱（5）连接，将热量以热水的方式送入至热水水箱（5）中，并且该水箱的水连接至热回收的风冷热泵机组（4）以及热水供水管中直接供给使用，所述固体氧化物燃料电池（1）由固体氧化物燃料电池发电系统（6）和回热系统（7）组成，其中固体氧化物燃料电池发电系统（6）的进口端连接有带电磁阀（9）的天然气进气管（8），其出口端分别开设有输电接口（14）、排气管（12）、带排污阀（13）的排污管以及回流管道，该回流管道安装在燃料电池余热回收系统（2）中。

2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池余热利用系统，其特征在于：所述燃料电池余热回收系统（2）为一个闭式的水罐（15），在闭式的水罐（15）内部分别设置有换热盘管（16），该换热盘管（16）外连接回流管道，将回流管道中的热量进行回收，在通过热水泵（3）将热水流入至闭式热水水箱（5）中进行保存，所述闭式的水罐（15）的外侧还设置有排污阀（18）和泄压阀（17）。

3.根据权利要求2所述的固体氧化物燃料电池余热利用系统，其特征在于：所述闭式热水水箱（5）通过热水循环泵（20）与风冷热泵机组（4）连接，并在闭式热水水箱（5）上设置有泄压阀（17）、排污阀（18）、热水供水管（21），该风冷热泵机组（4）分别连接空调回水管（23）和空调供水管（22），该空调回水管（23）和空调供水管（22）通过空调水循环泵（19）进行循环流水。

4.根据权利要求3所述的固体氧化物燃料电池余热利用系统，其特征在于：所述闭式热水水箱（5）、闭式的水罐（15）、固体氧化物燃料电池发电系统（6）上还连接有自来水进水管（10），并在每个设备的管道上均安装有进水阀（11）。

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