CN219778923U - 一种氢燃料电池冷热电三联供系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及氢燃料电池技术领域，公开了一种氢燃料电池冷热电三联供系统，包括依次连接的氢燃料电池、第一阀组、制冷系统、储热系统、供暖终端，还包括分别与所述氢燃料电池连接的用电终端、供氢侧、供水侧，还包括调节阀、与所述制冷系统连接的制冷终端，氢燃料电池、调节阀、储热系统依次连接。本实用新型解决了现有技术存在的热源要求较高、余热综合利用效率低等问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及氢燃料电池技术领域，具体是一种氢燃料电池冷热电三联供系统。
背景技术
氢燃料电池作为氢气高效清洁利用的重要方式，具有转换效率高、容量大、比能量高、原料来源广、清洁低碳的优点；被广泛应用于交通、分布式发电领域，其发电效率高达40～60％，远高于其它分布式供能发电效率，但是燃料电池的余热综合利用确存在以下问题：
(1)温度不高。目前，氢燃料电池冷却水排水温度约60～70℃，热量品位低，难以被利用，现有吸收制冷设备难以利用。
(2)单体规模较小，目前燃料电池功率较小，导致产生水量和散热量均较小，利用难度大，无现成设备及系统可以利用。
目前为解决以上问题，主要通过增加补燃室或者外加热源提高燃料电池冷却水排水温度，后供给制冷系统使用，从而实现燃料电池余热的综合利用，具体如图1所示。
氢燃料电池在工作时会产生大量低品位的热量，其温度低的同时受限于分布式供能的供能模式，使系统单体规模较小，无法实现规模化再利用。常规的“溴化锂吸收式制冷机组”、“氨水吸收式制冷机组”对于热源的要求较高，其热源通常需要80℃以上，甚至更高。
实用新型内容
为克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种氢燃料电池冷热电三联供系统，解决现有技术存在的热源要求较高、余热综合利用效率低等问题。
本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：
一种氢燃料电池冷热电三联供系统，包括依次连接的氢燃料电池、第一阀组、制冷系统、储热系统、供暖终端，还包括分别与所述氢燃料电池连接的用电终端、供氢侧、供水侧，还包括调节阀、与所述制冷系统连接的制冷终端，氢燃料电池、调节阀、储热系统依次连接。
作为一种优选的技术方案，通过调节第一阀组的开度，能改变进入所述制冷系统的热水流量。
作为一种优选的技术方案，通过调节调节阀的开度，能改变进入所述制冷系统的热水流量。
作为一种优选的技术方案，所述制冷系统包括发生器、冷凝器、膨胀阀、蒸发器、吸收器、制冷工质溶液循环泵，发生器、冷凝器、蒸发器依次连接，发生器、吸收器、蒸发器依次连接，吸收器、制冷工质溶液循环泵、发生器依次连接。
作为一种优选的技术方案，所述制冷系统还包括第二阀组，发生器、第二阀组、吸收器依次连接。
作为一种优选的技术方案，所述冷凝器为管壳式冷凝器。
作为一种优选的技术方案，所述蒸发器为板式蒸发器。
作为一种优选的技术方案，所述吸收器为降膜吸收器。
作为一种优选的技术方案，所述膨胀阀为节流膨胀阀。
作为一种优选的技术方案，所述储热系统为储热罐。
本实用新型相比于现有技术，具有以下有益效果：
(1)本实用新型明显提高氢燃料电池综合利用效率，无需外加热源，直接利用氢燃料电池产生的热水及循环余热进行利用，提升燃料电池综合利用效率，减少制冷电耗；
(2)本实用新型大大节省三联供系统占地，提高适用场景，吸收式制冷系统采用集成式设计，且无需再热装置，减少大容量热水储罐和传统吸收式制冷设备系统占地，根据燃料电池规模配置相应制冷规模，提高场景适用性。
附图说明
图1为基于溴化锂吸收式制冷机组的氢燃料电池余热利用系统的结构示意图；
图2为本实用新型所述的一种氢燃料电池冷热电三联供系统的结构示意图；
图3为本实用新型所述的低温吸收式制冷系统的结构示意图；
图4为图3的局部放大图之一；
图5为图3的局部放大图之二；
图6为本实用新型实施例所展示的一种氢燃料电池冷热电三联供系统的流程示意图；
图7为图6的局部放大图之一；
图8为图6的局部放大图之二；
图9为图6的局部放大图之三。
附图中标记及相应的零部件名称：1、氢燃料电池，2、调节阀，3、储热系统，4、第一阀组，5、制冷系统，6、用电终端，7、供暖终端，8、制冷终端，9、供氢侧，10、供水侧，11、发生器，12、冷凝器，13、节流阀，14、蒸发器，15、吸收器，16、第一管路，17、第二阀组，18、第二管路，19、第三管路，20、制冷工质溶液循环泵，21、第四管路，22、第五管路，23、第六管路。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例1
如图1至图9所示，为解决背景技术所述问题，本实用新型提出一套基于新型制冷工质体系的低温吸收式制冷系统，满足在现有中低温型氢燃料电池余热温度条件下，实现氢燃料电池余热的梯级综合应用。
本实用新型基于提高氢燃料电池分布式供能系统的能量综合利用效率，提出了一种基于低温吸收式制冷系统的氢燃料电池冷热电三联供系统。它以采用新型工质体系的低温吸收式制冷系统为桥梁，构建起以氢燃料电池为核心的冷、热、电三种能源综合应用模式，在不需要外加热源的情况下实现了氢燃料电池系统低温余热的梯级利用，提高了供能系统综合效率。
本实用新型具体采用以下技术方案：
1)本实用新型氢燃料电池三联供的低温吸收式制冷系统，通过新型制冷工质对的研发，使其能够在较低的热源温度下工作，实现氢燃料电池的冷热电三联供。
具体如图2所示，一种氢燃料电池冷热电三联供系统，包括依次连接的氢燃料电池1、第一阀组4、制冷系统5(本实施例优选低温吸收式制冷系统)、储热系统3(优选储热罐)、供暖终端7，还包括分别与所述氢燃料电池1连接的用电终端6、供氢侧9、供水侧10，还包括调节阀2、与所述制冷系统5连接的制冷终端8，氢燃料电池1、调节阀2、储热系统3依次连接。通过调节第一阀组4的开度，能改变进入所述制冷系统5的热水流量。通过调节调节阀2的开度，能改变进入所述制冷系统5的热水流量。
氢燃料电池1工作时把氢气和氧气中的化学能转化为电能由供电系统送至用电终端6，同时反应过程中产生的热量由冷却水带出。热水可直接进入储热系统3中作为生活用水备用，也可作为所述吸收式制冷系统5的热源，使制冷系统吸收热量达到制冷的目的。根据制冷终端8的冷量需求，调节第一阀组4开度改变进入所述制冷系统5的热水流量从而改变制冷功率，进入制冷系统5换热后的热水回流到储热系统3中继续作为生活用水备用。
2)所述的低温吸收式制冷系统，其工艺流程具体如图3至图5所示，包含如下几个部分:发生器11，冷凝器12(优选管壳式冷凝器)，膨胀阀13(优选节流膨胀阀)，蒸发器14(优选板式蒸发器)，吸收器15(优选降膜吸收器)以及溶液循环泵20。来自图2所示氢燃料电池系统的冷却水通过第一管路16直接进入吸收式制冷系统发生器11中，换热后温度更低的热水由第四管路21进入图2所示储热系统3作为生活用水备用。发生器11中的新型制冷工质对吸收热量后，制冷剂蒸发从发生器上方进入冷凝器12中冷凝；冷凝后的制冷剂节流膨胀后进入蒸发器14蒸发吸热，而后进入吸收器15中，与发生器下端排出的浓溶液发生传热传质后变成稀溶液；吸收器15中的稀溶液在循环泵20的驱动下回到发生器11中，完成一个制冷循环。冷凝器和吸收器内的冷却水采用并联方式，冷却水由第二管路18分别进入冷凝器12和吸收器15，换热后的水汇合从第三管路19排出，这样可以达到更好的冷却效果，使吸收效率更高和确保冷凝器出口为单相工质。载冷剂由第五管路22进入蒸发器冷却后由第六管路23送至制冷终端。通过控制进入制冷系统的热量(即氢燃料电池冷却水流量或温度)，即可改变制冷功率。
请参见图6至图9，示出了本实用新型提出的一种基于低温吸收式制冷系统的氢燃料电池冷热电联供系统，主要包含氢燃料电池系统1、储热系统3、吸收式制冷系统发生器11、冷凝器12、蒸发器14、吸收式制冷系统吸收器15、制冷工质溶液循环泵20。
其工作过程具体如下：
氢燃料电池工作时，将氢气中的化学能转化成电能后送至用电终端6，由冷却水带出的余热在第一阀组4的控制下从第一管路16直接进入吸收式制冷系统发生器11中换热，放热后的冷却水从第四管路21进入储热系统3并送至供暖终端7；发生器11中的制冷剂吸收热量后蒸发并从发生器上方进入冷凝器12中冷凝，冷凝为液相的制冷剂经过节流阀13节流膨胀后进入蒸发器14蒸发吸热，并由载冷剂将冷量送至制冷终端8；进入吸收器15的制冷剂与发生器底部第二阀组17流出的浓溶液发生传热传质后变成稀溶液，后由制冷工质溶液循环泵20加压回到发生器11中，完成制冷循环，实现氢燃料电池冷热电三联供。
其中，第二阀组17用于调整制冷系统工质对循环量。
本实用新型提出的一种基于新型低温吸收式制冷系统的氢燃料电池冷热电联供系统包括如下几个部分：供氢系统、供水系统、氢燃料电池系统、流量调节阀组、低温吸收式制冷系统、储热系统。所述低温吸收式制冷系统能够直接利用氢燃料电池冷却水排水中的热量，从而实现氢燃料电池冷热电联供，装置简单，设备集成度高，节省占地。
所述氢燃料电池系统优选但不限于质子交换膜燃料电池系统，发电系统冷却水排水中的热量先是作为热源供给吸收式制冷系统，换热后的热水再进入储热罐作为生活用水备用，实现了氢燃料电池余热的梯级利用。
所述的低温吸收式制冷系统，由发生器、吸收器、蒸发器、冷凝器、循环泵及控制系统组成，采用新型非水二元体系吸收剂，最低温度低至60℃，满足质子交换膜燃料电池使用要求。
所述的吸收式制冷系统中吸收器，优先采用石墨降膜吸收器，设置超温及低液位报警，保证系统安全。
所述吸收式制冷系统的发生器，优先采用管壳式结构，蒸发器优选降板式换热器。
本实用新型提出了一种氢燃料电池冷热电三联供系统，具有以下特点：
1.明显提高氢燃料电池综合利用效率。无需外加热源，直接利用氢燃料电池产生的热水及循环余热进行利用，提升燃料电池综合利用效率，减少制冷电耗。
2.大大节省三联供系统占地，提高适用场景。本实用新型的吸收式制冷系统采用集成式设计，且无需再热装置，减少大容量热水储罐和传统吸收式制冷设备系统占地，根据燃料电池规模配置相应制冷规模，提高场景适用性。
实施例2
如图1至图9所示，作为实施例1的进一步优化，在实施例1的基础上，本实施例还包括以下技术特征：
以额定功率为100kW氢燃料电池三联供为例，改变氢燃料电池运行功率，如图6至图9所示的各系统参数如下：
1.氢燃料电池运行功率85kW；
2.氢燃料电池生产热水2t/h，温度60℃；
3.生活热水2t/h。
调节图6至图9所示第一阀组4开度，使进入所述吸收式制冷系统发生器11的热水流量为1.2t/h，制冷系统各部件工作参数如下：
1.第四管路21排水温度为40℃；
2.发生器11压力为30.3Kpa，制冷剂发生量为45.2884kg/h；
3.冷凝温度为25℃，进入冷凝器12的冷却水流量为1.045t/h；
4.蒸发温度为16.8℃，蒸发压力为10Kpa。
上述工况下，所述低温吸收式制冷系统在吸收了氢燃料电池冷却水排水中的余热后制冷量达到了15.7512kW,实现了氢燃料电池低品位余热梯级利用。
实施例3
如图1至图9所示，本实施例在实施例1、实施例2的基础上，提供更细化的实施方式。
以额定功率为100kW氢燃料电池三联供为例，改变氢燃料电池运行功率，如图6至图9所示的各系统参数如下：
1.氢燃料电池运行功率90kW；
2.氢燃料电池生产热水2t/h，温度65℃；
3.生活热水2t/h。
调节图6至图9所示第一阀组4开度，使进入所述吸收式制冷系统发生器11的热水流量为1.2t/h，制冷系统各部件工作参数如下：
1.第四管路21排水温度为40℃；
2.发生器11压力为30.3Kpa，制冷剂发生量为63.4825kg/h；
3.冷凝温度为25℃，进入冷凝器12的冷却水流量为1.465t/h；
4.蒸发温度为16.9℃，蒸发压力为10Kpa。
上述工况下，所述低温吸收式制冷系统在吸收了氢燃料电池冷却水排水中的余热后制冷量达到了22.0791kW,实现了氢燃料电池低品位余热梯级利用。
实施例4
如图1至图9所示，本实施例在实施例1至实施例3的基础上，提供更细化的实施方式。
以额定功率为100kW氢燃料电池三联供为例，改变氢燃料电池运行功率，如图6至图9所示的各系统参数如下：
1.氢燃料电池运行功率100kW；
2.氢燃料电池生产热水2t/h，温度70℃；
3.生活热水2t/h。
调节图6至图9所示第一阀组4开度，使进入所述吸收式制冷系统发生器11的热水流量为1.2t/h，制冷系统各部件工作参数如下：
1.第四管路21排水温度为40℃；
2.发生器11压力为30.3Kpa，制冷剂发生量为91.6107kg/h；
3.冷凝温度为25℃，进入冷凝器12的冷却水流量为2.114t/h；
4.蒸发温度为16.8℃，蒸发压力为10Kpa。
上述工况下，所述低温吸收式制冷系统在吸收了氢燃料电池冷却水排水中的余热后制冷量达到了31.862kW,实现了氢燃料电池低品位余热梯级利用。
如上所述，可较好地实现本实用新型。
本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，依据本实用新型的技术实质，在本实用新型的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种氢燃料电池冷热电三联供系统，其特征在于，包括依次连接的氢燃料电池(1)、第一阀组(4)、制冷系统(5)、储热系统(3)、供暖终端(7)，还包括分别与所述氢燃料电池(1)连接的用电终端(6)、供氢侧(9)、供水侧(10)，还包括调节阀(2)、与所述制冷系统(5)连接的制冷终端(8)，氢燃料电池(1)、调节阀(2)、储热系统(3)依次连接。
2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池冷热电三联供系统，其特征在于，通过调节第一阀组(4)的开度，能改变进入所述制冷系统(5)的热水流量。
3.根据权利要求2所述的一种氢燃料电池冷热电三联供系统，其特征在于，通过调节调节阀(2)的开度，能改变进入所述制冷系统(5)的热水流量。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种氢燃料电池冷热电三联供系统，其特征在于，所述制冷系统(5)包括发生器(11)、冷凝器(12)、膨胀阀(13)、蒸发器(14)、吸收器(15)、制冷工质溶液循环泵(20)，发生器(11)、冷凝器(12)、蒸发器(14)依次连接，发生器(11)、吸收器(15)、蒸发器(14)依次连接，吸收器(15)、制冷工质溶液循环泵(20)、发生器(11)依次连接。
5.根据权利要求4所述的一种氢燃料电池冷热电三联供系统，其特征在于，所述制冷系统(5)还包括第二阀组(17)，发生器(11)、第二阀组(17)、吸收器(15)依次连接。
6.根据权利要求5所述的一种氢燃料电池冷热电三联供系统，其特征在于，所述冷凝器(12)为管壳式冷凝器。
7.根据权利要求6所述的一种氢燃料电池冷热电三联供系统，其特征在于，所述蒸发器(14)为板式蒸发器。
8.根据权利要求7所述的一种氢燃料电池冷热电三联供系统，其特征在于，所述吸收器(15)为降膜吸收器。
9.根据权利要求8所述的一种氢燃料电池冷热电三联供系统，其特征在于，所述膨胀阀(13)为节流膨胀阀。
10.根据权利要求9所述的一种氢燃料电池冷热电三联供系统，其特征在于，所述储热系统(3)为储热罐。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |