CN218846098U - 基于氢燃料电池余热的蒸汽系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于氢燃料电池余热的蒸汽系统，包括余热回收单元、热传递单元和蒸汽供气单元；余热回收单元为由余热回收换热器的第一通道、循环泵和燃料电池的冷却管道通过管路依次连接而成的第一循环回路；热传递单元为由余热回收换热器的第二通道、压缩机、冷凝器的第一通道和膨胀阀连接而成的第二循环回路；蒸汽供气单元包括给水管道和蒸汽管道，给水管道与冷凝器的第二通道的进口连接；蒸汽管道与冷凝器的第二通道的出口连接。本实用新型利用循环水吸收氢燃料电池产生的余热，得到70℃左右的热水并作为低位热源，通过热传递单元的提升，最终可得到120~150℃的蒸汽，可作为工业生产的热能，提高了氢能的利用效率和使用场景。

Description

基于氢燃料电池余热的蒸汽系统

技术领域

本实用新型涉及氢燃料电池系统的余热利用领域，尤其是涉及一种基于氢燃料电池余热的蒸汽系统。

背景技术

近两年，随着“双碳”目标的推进，各行各业对以可再生能源为主的新型能源体系越来越重视。氢气是以氢能作为长周期储能的合适介质，它是由电能通过电解水转化为氢能，再由氢能通过燃料电池转化为电能。然而，两次转化的效率仅为40%左右，转化效率低导致氢能成本更加高昂，在一定程度上限制了氢能的大规模发展。另外，在氢能通过燃料电池转化为电能时往往伴随着大量的余热，现有大多利用水吸收余热以确保燃料电池的正常工作，在产生电能的同时，回收得到可回收70℃左右的热水。然而，在非采暖季或者非采暖地区，70℃左右的热水是无法大规模利用的，这在一定程度上又限制了氢能的规模化普及。

在工业领域，终端能源的利用形式有50%左右是以热能的形式消耗的，这些热能大多是通过锅炉得到。然而，锅炉制汽大多以燃烧石化燃料为主，需要消耗大量的能源，且燃料在燃烧过程中也往往伴随着大量的二氧化碳。因而，如何将氢能燃料电池产生的余热进行合理的应用以得到工业生产所需的高温蒸汽对氢能燃料电池的规模化发展和降低工业生产能耗具有重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本实用新型目的在于提供一种基于氢燃料电池余热的蒸汽系统，将氢燃料电池工作产生的热量回收利用，并得到温度。

为实现上述目的，本实用新型采取下述技术方案：

本实用新型所述的基于氢燃料电池余热的蒸汽系统，包括用于吸收氢燃料电池余热的余热回收单元，还包括与所述余热回收单元进行热交换的热传递单元和与所述热传递单元进行热交换的蒸汽供气单元；其中，

所述余热回收单元为由余热回收换热器的第一通道、循环泵和燃料电池的冷却管道通过管路依次连接而成的第一循环回路；

所述热传递单元为由所述余热回收换热器的第二通道、压缩机、冷凝器的第一通道和膨胀阀通过热泵工质管道依次连接而成的第二循环回路；

所述蒸汽供气单元包括给水管道和蒸汽管道，所述给水管道的进口与水箱连接且其出口与所述冷凝器的第二通道的进口连接，靠近所述水箱处的给水管道上还设置有给水泵；所述蒸汽管道的进口与冷凝器的第二通道的出口连接。

在上述技术方案中，本实用新型利用余热回收单元吸收氢燃料电池工作过程中产生的余热，余热将循环水加热并通过余热回收换热器与热传递单元的热泵工质进行热交换，将热量传递给热泵工质；吸收热量后的热泵工质和流经冷凝器内的低温水进行热交换，将低温水加热成高温蒸汽，提高了氢能的利用率。

在本实用新型的优选实施方式中，所述循环泵的进口和所述水箱分别与软化水管路连接；当第一循环回路中的水不足时，可通过软化水管路向第一循环回路补充循环水；所述水箱内设置有浮动球阀。

在本实用新型的优选实施方式中，所述水箱内还设置有溢水管路。

本实用新型优点在于利用循环水吸收氢燃料电池产生的余热，得到70℃左右的热水并作为低位热源，通过热传递单元（即高温热泵单元）的提升，最终可得到120~150℃的蒸汽，可以作为工业生产的热能，不仅实现了氢能的转化，还实现了余热的充分利用，提高了氢能的利用效率和使用场景。

附图说明

图1是本实用新型的管路示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明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，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

需要说明的是，在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“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；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型提供了一种基于氢燃料电池余热的蒸汽系统，该蒸汽系统包括用于吸收氢燃料电池余热的余热回收单元，与余热回收单元进行热交换的热传递单元和与所述热传递单元进行热交换的蒸汽供气单元。工作时，氢燃料电池产生的热量将循环水加热，被加热后的循环水通过热传递单元将水加热成高温蒸汽，以供蒸汽用户M1使用，提高了氢能的利用效率。

如图1所示，余热回收单元为由余热回收换热器E1（同时也是高温热泵的蒸发器）的第一通道、循环泵P1和燃料电池M2的冷却管道通过管路依次连接而成的第一循环回路。循环泵P1提供为循环水提供动力，循环水吸收氢燃料电池产生的余热变成70℃左右的高温水；高温水流经余热回收换热器E1的第一通道时与热传递单元进行热交换，将热传递单元的热泵工质加热，实现余热的回收；

如图1所示，热传递单元为由余热回收换热器E1的第二通道、压缩机C1、冷凝器E2的第一通道和膨胀阀Q1通过热泵工质管道依次连接而成的第二循环回路。第二循环回路中的循环介质为热泵工质，热泵工质进入余热回收换热器E1的第二通道，并与进入余热回收换热器E1的第一通道内的70℃高温水进行换热，换热后热泵工质变成高温低压气体；高温低压气体在压缩机C1的作用下变成高温高压气体进入冷凝器E2的第一通道，在冷凝器E2进行热交换后热泵工质变成低温低压的液体；热泵工质在膨胀阀Q1的作用下变成低温低压的雾状液体并进入余热回收换热器E1，如此循环，热泵工质将吸收的热量传递给蒸汽供气单元，以将水热交换变成高温蒸汽；

结合图1可知，蒸汽供气单元包括给水管道L1和蒸汽管道S1，给水管道L1的进口与水箱M3连接，给水管道L1的出口与冷凝器E2的第二通道的进口连接，且靠近水箱M3的给水管道L1上设置有给水泵P2；蒸汽管道S1的进口与冷凝器E2的第二通道的出口连接。工作时，给水泵P2将水箱M3内的软化水送入冷凝器E2、并与进入冷凝器E2的高温高压热泵工质进行热交换，软水水吸收热量变成120-150℃的蒸汽，为工业生产提供蒸汽。

在实际使用时，蒸汽管道S1与蒸汽用户M1（即用热设备）连接，蒸汽用户M1产生的冷凝水通过管路L2与水箱M3连接，节约水资源。

在实际安装时，循环泵P1的进口还与软化水管路连接，通过软化水管路向余热回收单元提供和补充循环水，以确保余热回收单元的正常工作。

在实际安装时，水箱M3内设置有浮动球阀M4，浮动球阀M4安装在水箱M3内的进水管端部。当水箱M3水位达到一定高度时浮动球阀M4的出口关闭，以避免水箱M3内的软化水外溢。另外，水箱M3内还设置有溢流管路，以进一步避免水箱M3内的水出现外溢情况。

本实用新型的具体工作过程为：氢燃料电池在发电过程中产生大量的热量，低温循环水在循环泵P1的作用下进入氢燃料电池发电系统，以带走余热；低温循环水吸收余热后变成70℃左右的高温水并进入余热回收换热器E1的第一通道，与进入余热回收换热器E1的第二通道内的低温低压热泵工质（雾状）进行热交换，热交换后变成低温水，如此循环实现了余热的回收；

低温低压的雾状热泵工质与高温水进行热交换后变成高温低压的蒸汽状态，然后在压缩机C1的作用下变成高温高压的蒸汽并进入冷凝器E2的第一通道，与进入冷凝器E2的第二通道内的软化水进行热交换，高温高压蒸汽经热交换后变成低温液体，然后再经膨胀阀Q1变成低温低压的雾状液体并进入余热回收换热器E1，再次与高温水进行热交换变成高温低压的蒸汽热泵工质，如此循环，将吸收的热量传递给经过冷凝器E2的软化水；

进入冷凝器E2的第二通道内的软化水与高温高压的热泵工质进行交换后变成120-150℃的蒸汽，供工业生产使用。

本实用新型通过余热回收单元吸收燃料电池发电产生的余热，通过热传递单元将热量传递给蒸汽供气单元，并得到120-150℃的蒸汽，使得氢能燃料电池不仅能生产电能，还能得到工业生产所用的热能，提高了氢能的利用率。另外，本实用新型产生的蒸汽能够在替代现有锅炉（以化石燃料作为能源）供应蒸汽的方式，节约能源，减少二氧化碳温室气体的排放，节能减排，绿色环保。

最后需要强调的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施方式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方式所记载的技术方案进行不需付出创造性劳动的修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。因而，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于氢燃料电池余热的蒸汽系统，包括用于吸收氢燃料电池余热的余热回收单元，其特征在于：还包括与所述余热回收单元进行热交换的热传递单元和与所述热传递单元进行热交换的蒸汽供气单元；其中，

所述余热回收单元为由余热回收换热器的第一通道、循环泵和燃料电池的冷却管道通过管路依次连接而成的第一循环回路；

所述热传递单元为由所述余热回收换热器的第二通道、压缩机、冷凝器的第一通道和膨胀阀通过热泵工质管道依次连接而成的第二循环回路；

所述蒸汽供气单元包括给水管道和蒸汽管道，所述给水管道的进口与水箱连接且其出口与所述冷凝器的第二通道的进口连接，靠近所述水箱处的给水管道上还设置有给水泵；所述蒸汽管道的进口与冷凝器的第二通道的出口连接。

2.根据权利要求1所述的基于氢燃料电池余热的蒸汽系统，其特征在于：所述循环泵的进口和所述水箱分别与软化水管路连接；所述水箱内设置有浮动球阀。

3.根据权利要求1所述的基于氢燃料电池余热的蒸汽系统，其特征在于：所述水箱内还设置有溢水管路。

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