CN219203206U - 一种燃料电池发电系统的余热利用装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池发电系统的余热利用装置，属于燃料电池技术领域，该装置包括换热器、辅助换热器、燃料电池系统、辅助散热器、散热器、板式换热器和供暖风扇；换热器和辅助换热器的热源进口均与燃料电池系统的热源出口连接；辅助换热器的热源出口与辅助散热器的热源进口连接；换热器的热源出口与散热器的热源进口连接；散热器和辅助散热器的冷源出口均与燃料电池系统的冷源进口连接；辅助换热器的冷源出口与换热器的冷源进口连接；换热器的冷源出口分别与板式换热器和供暖风扇的冷源进口连接；板式换热器和供暖风扇的冷源出口均与辅助换热器的冷源进口连接。本实用新型在不影响燃料电池运行稳定性的情况下，实现了余热利用。

Description

一种燃料电池发电系统的余热利用装置

技术领域

本实用新型属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池发电系统的余热利用装置。

背景技术

燃料电池发电系统是通过氢气与氧气产生电化学反应生成水来产生电能的发电装置，由在产生电能的同时，还会产生大量的热。由于燃料电池整体反应温度低(质子交换膜燃料电池反应温度＜100℃)，因此产生热品味较低，无法高效利用，常用于供暖或者供热等需求。因此产热可利用为其极小部分，大部分热量需通过散热器散发。且燃料电池需要固定的冷却液温度保证反应高效进行，余热利用不稳定可能导致燃料电池反应温度波动，降低燃料电池反应效率。

实用新型内容

针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供的一种燃料电池发电系统的余热利用装置在不影响燃料电池运行稳定性的情况下，实现了余热利用。

为了达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种燃料电池发电系统的余热利用装置，包括换热器、辅助换热器、燃料电池系统、辅助散热器、散热器、板式换热器和供暖风扇；

所述换热器的热源进口和辅助换热器的热源进口均与燃料电池系统的热源出口连接；所述辅助换热器的热源出口与辅助散热器的热源进口连接；所述换热器的热源出口与散热器的热源进口连接；所述散热器的冷源出口和辅助散热器的冷源出口均与燃料电池系统的冷源进口连接；所述辅助换热器的冷源出口与换热器的冷源进口连接；所述换热器的冷源出口分别与板式换热器的冷源进口和供暖风扇的冷源进口连接；所述板式换热器的冷源出口和供暖风扇的冷源出口均与辅助换热器的冷源进口连接。

本实用新型的有益效果为：本实用新型利用管式换热器阻力小，与供暖介质隔离等特点，在实现热利用时仅循环水泵产生较小能耗，无其余寄生功率增加；在将对进电堆水温干扰降至最低的情况下，加上电堆控温三通阀，可抗温度波动，使得进电堆温度不随热量利用变化而变化，保证其持续稳定；增加了燃料电池供暖和供热功能，同时有效减小了散热器功耗，提高了能量利用率。由于增加余热利用装置，在利用燃料电池产热的同时，减少了因需要供给热水和供暖的用电需求，由于部分热量被利用，减少了散热器的散热用电量，系统整体发电效率和氢气能量利用率会有明显的提升。

进一步地，所述燃料电池系统的热源出口和冷源进口上分别设置有第一温度传感器和第二温度传感器。

上述进一步方案的有益效果为：在燃料电池系统的热源出口和冷源进口处设置温度传感器，能够对温度进行实时监测，保证温度控制的稳定性。

进一步地，所述换热器和辅助换热器均为管式换热器。

上述进一步方案的有益效果为：采用管式换热器进行换热，具有阻力小、换热效率高等优点。

进一步地，所述换热器的热源出口和散热器的热源进口之间设置有电堆控温三通阀；所述电堆控温三通阀的一侧通道与散热器的管程并联。

上述进一步方案的有益效果为：装置可根据余热利用进程调控电堆控温三通阀的开度，保证燃料电池系统可工作在正常工作温差范围内。

进一步地，所述散热器的一端与第五温度传感器连接；所述散热器的冷源出口和辅助散热器的冷源出口分别与第一膨胀水箱的冷源进口和第二膨胀水箱的冷源进口连接；所述第一膨胀水箱的冷源出口和第二膨胀水箱的冷源出口均与燃料电池系统的冷源进口连接。

上述进一步方案的有益效果为：在散热器与辅助散热器出口设置排气口，将产生气泡排放至膨胀水箱中。可有效防止汽蚀的发生。

进一步地，所述换热器的冷源出口与板式换热器的冷源进口和供暖风扇的冷源进口之间设置有供暖调节三通阀；所述换热器的冷源出口与供暖调节三通阀的第一阀口连接；所述供暖调节三通阀的第二阀口和第三阀口分别与板式换热器的冷源进口和供暖风扇的冷源进口连接。

上述进一步方案的有益效果为：可通过板式换热器将供水水源加热提供热水，也可通过暖通风扇将空气加热实现供暖，实现余热的有效利用。

进一步地，所述板式换热器的热源出口和供暖风扇上分别设置有第三温度传感器和第四温度传感器。

上述进一步方案的有益效果为：可通过温度传感器对热水和暖气的温度进行监测，并进行有效调节。

进一步地，所述板式换热器的冷源出口和供暖风扇的冷源出口与辅助换热器的冷源进口之间设置有循环水泵。

上述进一步方案的有益效果为：利用循环水泵控制供余热利用量，通过监控供热水和供暖的温度，调节供暖调节三通阀，控制热水与暖气供给热量分配，实现供热可调。

附图说明

图1为本实用新型的结构图。

其中：1、换热器；2、辅助换热器；3、燃料电池系统；4、辅助散热器；5、散热器；6、板式换热器；7、供暖风扇；8、第一温度传感器；9、第二温度传感器；10、电堆控温三通阀；11、第一膨胀水箱；12、第二膨胀水箱；13、供暖调节三通阀；14、第三温度传感器；15、第四温度传感器；16、循环水泵；17、第五温度传感器。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。

实施例1

如图1所示，在本实用新型的一个实施例中，一种燃料电池发电系统的余热利用装置，包括换热器1、辅助换热器2、燃料电池系统3、辅助散热器4、散热器5、板式换热器6和供暖风扇7；

所述换热器1的热源进口和辅助换热器2的热源进口均与燃料电池系统3的热源出口连接；所述辅助换热器2的热源出口与辅助散热器4的热源进口连接；所述换热器1的热源出口与散热器5的热源进口连接；所述散热器5的冷源出口和辅助散热器4的冷源出口均与燃料电池系统3的冷源进口连接；所述辅助换热器2的冷源出口与换热器1的冷源进口连接；所述换热器1的冷源出口分别与板式换热器6的冷源进口和供暖风扇7的冷源进口连接；所述板式换热器6的冷源出口和供暖风扇7的冷源出口均与辅助换热器2的冷源进口连接。

所述燃料电池系统3的热源出口和冷源进口上分别设置有第一温度传感器8和第二温度传感器9。

所述换热器1和辅助换热器2均为管式换热器。

所述换热器1的热源出口和散热器5的热源进口之间设置有电堆控温三通阀10；所述电堆控温三通阀10的一侧通道与散热器5的管程并联。

所述散热器5的一端与第五温度传感器17连接；所述散热器5的冷源出口和辅助散热器4的冷源出口分别与第一膨胀水箱11的冷源进口和第二膨胀水箱12的冷源进口连接；所述第一膨胀水箱11的冷源出口和第二膨胀水箱12的冷源出口均与燃料电池系统3的冷源进口连接。

所述换热器1的冷源出口与板式换热器6的冷源进口和供暖风扇7的冷源进口之间设置有供暖调节三通阀13；所述换热器1的冷源出口与供暖调节三通阀13的第一阀口连接；所述供暖调节三通阀13的第二阀口和第三阀口分别与板式换热器6的冷源进口和供暖风扇7的冷源进口连接。

所述板式换热器6的热源出口和供暖风扇7上分别设置有第三温度传感器14和第四温度传感器15。

所述板式换热器6的冷源出口和供暖风扇7的冷源出口与辅助换热器2的冷源进口之间设置有循环水泵16。

本实施例中，本实用新型的具体使用场景包括轨道交通用燃料电池发电系统和孤岛燃料电池离网发电站。在轨道交通用燃料电池发电系统中，利用本余热利用装置后，列车在行驶过程中可持续供给热水，在天气较冷条件下可启动供暖功能，保证列车在较舒适的环境温度中。同时减少氢气消耗，增加满载氢气时轨道交通车辆的行驶里程，在孤岛燃料电池离网发电站中，利用本余热利用装置后，可对孤岛水源进行加热，提供热水。由于孤岛多数为昼夜温差较大的环境中，在低温环境下，可实现供暖，降低整体离网发电站电耗，使相同量级氢气可持续供能更长的时间。

本实用新型的工作原理为：燃料电池系统工作时产生热量以冷却液为载体，携带至散热器，利用散热器的风机引风将燃料电池系统热量带走，冷却后的冷却液循环回燃料电池系统，继续为燃料电池散热；由燃料电池系统冷源进口的第二温度传感器监控进燃料电池系统冷却液温度，控制散热器的风机转速使其能保证燃料电池发电系统可工作在正常工作温度范围内。由第一温度传感器和第二温度传感器监控进出燃料电池系统冷却液温差，利用散热器出口的第五温度传感器和燃料电池系统进口第二温度传感器，控制电堆控温三通阀开度，使其能保证燃料池发电系统可工作在正常工作温差范围内。

在燃料电池系统冷却液热源出口，加装列管换热器和辅助换热器，冷却液走管程，余热利用冷却液走壳程，将部分热量交换至余热利用冷却液中，该部分热量可通过板式换热器将供水水源加热提供热水，也可通过暖通风扇将空气加热实现供暖。通过循环水泵控制供余热利用量，通过第三温度传感器和第四温度传感器监控供热水和供暖的温度，调节供暖调节三通阀，控制热水与暖气供给热量分配，实现供热可调。余热利用后剩余绝大部分热量通过散热器散至环境中。同时，在散热器与辅助散热器出口设置排气口，将管式换热器产生的气泡排放至膨胀水箱中，防止汽蚀效应的发生。

Claims (8)

1.一种燃料电池发电系统的余热利用装置，其特征在于，包括换热器(1)、辅助换热器(2)、燃料电池系统(3)、辅助散热器(4)、散热器(5)、板式换热器(6)和供暖风扇(7)；

所述换热器(1)的热源进口和辅助换热器(2)的热源进口均与燃料电池系统(3)的热源出口连接；所述辅助换热器(2)的热源出口与辅助散热器(4)的热源进口连接；所述换热器(1)的热源出口与散热器(5)的热源进口连接；所述散热器(5)的冷源出口和辅助散热器(4)的冷源出口均与燃料电池系统(3)的冷源进口连接；所述辅助换热器(2)的冷源出口与换热器(1)的冷源进口连接；所述换热器(1)的冷源出口分别与板式换热器(6)的冷源进口和供暖风扇(7)的冷源进口连接；所述板式换热器(6)的冷源出口和供暖风扇(7)的冷源出口均与辅助换热器(2)的冷源进口连接。

2.根据权利要求1所述的燃料电池发电系统的余热利用装置，其特征在于，所述燃料电池系统(3)的热源出口和冷源进口上分别设置有第一温度传感器(8)和第二温度传感器(9)。

3.根据权利要求1所述的燃料电池发电系统的余热利用装置，其特征在于，所述换热器(1)和辅助换热器(2)均为管式换热器。

4.根据权利要求3所述的燃料电池发电系统的余热利用装置，其特征在于，所述换热器(1)的热源出口和散热器(5)的热源进口之间设置有电堆控温三通阀(10)；所述电堆控温三通阀(10)的一侧通道与散热器(5)的管程并联。

5.根据权利要求1所述的燃料电池发电系统的余热利用装置，其特征在于，所述散热器(5)的一端与第五温度传感器(17)连接；散热器(5)的冷源出口和辅助散热器(4)的冷源出口分别与第一膨胀水箱(11)的冷源进口和第二膨胀水箱(12)的冷源进口连接；所述第一膨胀水箱(11)的冷源出口和第二膨胀水箱(12)的冷源出口均与燃料电池系统(3)的冷源进口连接。

6.根据权利要求1所述的燃料电池发电系统的余热利用装置，其特征在于，所述换热器(1)的冷源出口与板式换热器(6)的冷源进口和供暖风扇(7)的冷源进口之间设置有供暖调节三通阀(13)；所述换热器(1)的冷源出口与供暖调节三通阀(13)的第一阀口连接；所述供暖调节三通阀(13)的第二阀口和第三阀口分别与板式换热器(6)的冷源进口和供暖风扇(7)的冷源进口连接。

7.根据权利要求6所述的燃料电池发电系统的余热利用装置，其特征在于，所述板式换热器(6)的热源出口和供暖风扇(7)上分别设置有第三温度传感器(14)和第四温度传感器(15)。

8.根据权利要求7所述的燃料电池发电系统的余热利用装置，其特征在于，所述板式换热器(6)的冷源出口和供暖风扇(7)的冷源出口与辅助换热器(2)的冷源进口之间设置有循环水泵(16)。

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