一種高效燃料電池冷熱電聯供系統技術方案

本發明專利技術公開了一種高效燃料電池冷熱電聯供系統，包括燃料電池系統、散熱系統、供熱系統和直流變頻制冷系統，燃料電池系統生成直流電，直流電被轉換成穩定直流電，穩定直流電直接輸出或穩定直流電驅動直流變頻制冷系統工作實現冷量輸出，燃料電池系統連通所述供熱系統，散熱系統向燃料電池系統供水而讓水吸收燃料電池系統的反應熱，吸收了燃料電池系統反應熱的水流至供熱系統，供熱系統中流入的水與空氣進行換熱而實現供熱，供熱系統連通散熱系統，供熱系統中換熱后的水流回所述散熱系統被進一步冷卻，散熱系統將冷卻后的水循環供應給燃料電池系統。本發明專利技術能同時滿足電熱冷三聯供的需要，提高了氫能源的利用率，經濟效益大大提高。

High efficiency fuel cell cold heat and power combined system

The invention discloses a cooling heating efficient fuel cell cogeneration system, including fuel cell system, cooling system, heating system and DC inverter refrigeration system, fuel cell system to generate DC, DC power is converted into stable DC power, stable DC DC inverter refrigeration system for cold working output power directly or stable DC output the electrically driven fuel cell system is communicated with the heating system, thermal reaction to the fuel cell cooling system of water supply system for water absorption of fuel cell system, absorbing the heat of reaction of the fuel cell system to water heating system, water and air flows into the heating system of heat and heat, heating system is communicated with the cooling system the heating system, heat water back after the cooling system is further cooling, cooling water circulation system will supply fuel after cooling Battery system. The invention can satisfy the demand of the electric heating and cooling supply simultaneously, improve the utilization rate of hydrogen energy and greatly improve the economic benefit.

【技術實現步驟摘要】
一種高效燃料電池冷熱電聯供系統
本專利技術涉及熱能動力
，尤其涉及一種高效燃料電池冷熱電聯供系統。
技術介紹
燃料電池(FuelCell)是一種將化學能直接轉化為電能的發電裝置，常用的燃料電池是質子交換膜燃料電池(PEMFC)。質子交換膜燃料電池具有工作溫度低、啟動快、比功率高、結構簡單和操作方便等優點，被公認為是電動汽車、固定式發電站等的首選能源，可以說質子交換膜燃料電池是目前最有發展前途的一種燃料電池。但是，采用質子交換膜燃料電池驅動電動汽車或發電站時，質子交換膜燃料電池的發電效率僅約50％，即只有50％的能量轉化成電能輸出，剩下的一半能量幾乎都是以熱量的形式排掉，綜合能源利用效率較低，能量浪費非常大。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術的實施例提供了一種利用率高的高效燃料電池冷熱電聯供系統。本專利技術的實施例提供一種高效燃料電池冷熱電聯供系統，包括燃料電池系統、散熱系統、供熱系統和直流變頻制冷系統，所述燃料電池系統生成直流電，所述直流電被轉換成穩定直流電，所述穩定直流電直接輸出或穩定直流電驅動直流變頻制冷系統實現冷量輸出，所述燃料電池系統連通所述供熱系統，所述散熱系統向所述燃料電池系統供水而讓水吸收所述燃料電池系統的反應熱，吸收了燃料電池系統反應熱的水流至所述供熱系統，所述供熱系統中流入的水與空氣進行換熱而實現供熱，所述供熱系統連通散熱系統，所述供熱系統中換熱后的水流回所述散熱系統被進一步冷卻，所述散熱系統將冷卻后的水循環供應給所述燃料電池系統。進一步，所述燃料電池系統包括氫氣供應回路、空氣供應回路、燃料電池電堆和直流-直流變換器，所述氫氣供應回路和空氣供應回路均連接燃料電池電堆，所述氫氣供應回路供應氫氣，所述空氣供應回路供應空氣，氫氣和空氣中的氧氣在燃料電池電堆中發生反應生成直流電，所述散熱系統向燃料電池電堆中供水而讓水吸收氫氣和氧氣反應產生的反應熱，反應后剩余的微量氫氣經第一電磁閥排出到空氣中，反應后的空氣乏氣排放到空氣中，所述直流-直流變換器將燃料電池輸出的直流電轉換成穩定直流電。進一步，所述氫氣供應回路包括高壓儲氫容器、減壓閥、單向閥、手動截止閥和防爆電磁閥，所述高壓儲氫容器、減壓閥、單向閥、手動截止閥和防爆電磁閥依次連接，氫氣從高壓儲氫容器出來，依次經過減壓閥、單向閥、手動截止閥和防爆電磁閥進入燃料電池電堆；所述空氣供應回路包括空氣濾清器、消音器和空氣壓縮機，所述空氣濾清器、消音器和空氣壓縮機依次連接，空氣經過空氣濾清器、消音器處理后進入空氣壓縮機，所述空氣壓縮機將空氣升壓，并送入燃料電池電堆。進一步，所述燃料電池系統通過電動三通調節閥連通供熱系統和散熱系統，所述電動三通調節閥根據供熱系統供熱的負荷將從燃料電池系統流出的吸收了燃料電池系統反應熱的水分流到供熱系統和散熱系統中。進一步，所述供熱系統包括翅片式換熱器和供熱風機，所述供熱風機驅動空氣流過翅片式換熱器，所述翅片式換熱器向翅片式換熱器外側的空氣放熱進行熱量輸出實現供熱，所述供熱的負荷大小與電動三通調節閥分流至翅片式換熱器的水量呈正比，所述供熱風機的轉速與分流至翅片式換熱器的水量呈正比。進一步，所述散熱系統包括散熱器、水泵和旁通閥，所述水泵從散熱器的底部抽水，并分別泵入燃料電池系統和直流變頻制冷系統，泵入燃料電池系統中的水帶走燃料電池系統的反應熱后水溫升高，升溫的水通過電動三通調節閥分流，一部分回流至散熱器，一部分流至供熱系統，泵入直流變頻制冷系統中的水帶走直流變頻制冷系統的放熱后水溫升高，升溫的水直接回流至散熱器，并在散熱器中冷卻后循環利用，所述旁通閥和散熱器并聯，所述旁通閥將回流的溫度較低的水直接旁通到散熱器出口循環利用。進一步，所述散熱系統還包括膨脹水箱、散熱風機、水過濾器和分集水器，所述膨脹水箱連通散熱器，所述膨脹水箱為散熱器供水并提供水溫變化時所需的體積膨脹空間，所述水過濾器設在水泵和散熱器之間，所述分集水器分別與散熱器和水泵連通，所述水泵通過分集水器將水泵入燃料電池系統和直流變頻制冷系統，回流的水通過分集水器流回散熱器，所述分集水器向直流變頻制冷系統的供水管路上設有第二電磁閥，所述散熱器中流回的水向散熱器外部的空氣放熱，散熱風機加速散熱器外部空氣的對流而將加熱后的空氣輸送到需要供熱的位置。進一步，所述散熱系統還連通直流變頻制冷系統，所述散熱系統向直流變頻制冷系統供水而讓水吸收直流變頻制冷系統的放熱，吸收了直流變頻制冷系統放熱的水流回散熱系統被冷卻，所述散熱系統將冷卻后的水循環供應給直流變頻制冷系統。進一步，所述直流變頻制冷系統包括直流變頻驅動器、直流變頻制冷壓縮機、冷凝器、節流元件、蒸發器和蒸發器風機，所述直流變頻制冷壓縮機、冷凝器、節流元件和蒸發器依次連接構成回路，所述直流變頻驅動器將所述穩定直流電逆變成三相頻率可調的梯形波或正弦波以驅動直流變頻制冷壓縮機運轉，所述直流變頻制冷壓縮機將制冷劑氣體壓縮為高溫高壓氣體，所述高溫高壓氣進入冷凝器，所述冷凝器連通燃料電池的散熱系統，高溫高壓氣體在冷凝器中通過散熱系統降溫冷凝為高溫高壓液體，所述高溫高壓液體流經節流元件變為低溫低壓的氣液混合物，所述氣液混合物流入蒸發器，所述蒸發器風機驅動空氣流過蒸發器，所述蒸發器中的氣液混合物吸收蒸發器外側空氣的熱量進行冷量輸出，同時吸收熱量的氣液混合物再次蒸發為制冷劑氣體，所述直流變頻制冷壓縮機的吸氣口將制冷劑氣體吸入直流變頻制冷壓縮機內，制冷劑氣體在直流變頻制冷壓縮機內再次被壓縮。進一步，所述直流變頻制冷系統還包括干燥過濾器和氣液分離器，所述干燥過濾器設在冷凝器和節流元件之間，所述氣液分離器設在蒸發器和直流變頻制冷壓縮機之間，所述干燥過濾器過濾高溫高壓液體中的雜質和水分，所述氣液分離器將未蒸發的氣液混合物進行分離，所述制冷劑氣體為環保制冷劑氣體。與現有技術相比，本專利技術具有以下有益效果：能同時滿足電熱冷三聯供的需要，大大提高燃料電池產生的能量利用率，經濟效益大大提高；供熱和制冷互不干擾，可以實現在車輛或房間的不同部位分別進行供冷或供熱，從而滿足不同溫區的控制要求；采用直流變頻制冷壓縮機，直流變頻制冷壓縮機的轉速可以隨燃料電池輸出電功率的大小進行實時調節，避免直流變頻制冷系統對燃料電池主動力輸出的影響；在采用熱電聯供冷時，熱量來源于燃料電池的廢熱，避免了余熱的浪費；系統的輸入能源為清潔、可再生的氫能源，具有來源廣泛、零污染的特點，適應可持續發展的需求，能廣泛推廣使用。附圖說明圖1是本專利技術一實施例的結構示意圖。具體實施方式為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本專利技術實施方式作進一步地描述。請參考圖1，本專利技術的實施例提供了一種高效燃料電池冷熱電聯供系統，包括燃料電池系統1、散熱系統2、供熱系統3和直流變頻制冷系統4。燃料電池系統1包括氫氣供應回路12、空氣供應回路11、燃料電池電堆13和直流-直流變換器14，氫氣供應回路12和空氣供應回路11均連接燃料電池電堆13。氫氣供應回路12供應氫氣，氫氣供應回路12包括高壓儲氫容器121、減壓閥122、單向閥123、手動截止閥124和防爆電磁閥125，高壓儲氫容器121、減壓閥122、單向閥123、手動截止閥124和防爆電磁閥125依次連接，氫氣從高壓儲氫容器121出來，依次經過減壓閥本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高效燃料電池冷熱電聯供系統，其特征在于，包括燃料電池系統、散熱系統、供熱系統和直流變頻制冷系統，所述燃料電池系統生成直流電，所述直流電被轉換成穩定直流電，所述穩定直流電直接輸出或穩定直流電驅動直流變頻制冷系統實現冷量輸出，所述燃料電池系統連通所述供熱系統，所述散熱系統向所述燃料電池系統供水而讓水吸收所述燃料電池系統的反應熱，吸收了燃料電池系統反應熱的水流至所述供熱系統，所述供熱系統中流入的水與空氣進行換熱而實現供熱，所述供熱系統連通散熱系統，所述供熱系統中換熱后的水流回所述散熱系統被進一步冷卻，所述散熱系統將冷卻后的水循環供應給所述燃料電池系統。

【技術特征摘要】
1.一種高效燃料電池冷熱電聯供系統，其特征在于，包括燃料電池系統、散熱系統、供熱系統和直流變頻制冷系統，所述燃料電池系統生成直流電，所述直流電被轉換成穩定直流電，所述穩定直流電直接輸出或穩定直流電驅動直流變頻制冷系統實現冷量輸出，所述燃料電池系統連通所述供熱系統，所述散熱系統向所述燃料電池系統供水而讓水吸收所述燃料電池系統的反應熱，吸收了燃料電池系統反應熱的水流至所述供熱系統，所述供熱系統中流入的水與空氣進行換熱而實現供熱，所述供熱系統連通散熱系統，所述供熱系統中換熱后的水流回所述散熱系統被進一步冷卻，所述散熱系統將冷卻后的水循環供應給所述燃料電池系統。2.根據權利要求1所述的高效燃料電池冷熱電聯供系統，其特征在于，所述燃料電池系統包括氫氣供應回路、空氣供應回路、燃料電池電堆和直流-直流變換器，所述氫氣供應回路和空氣供應回路均連接燃料電池電堆，所述氫氣供應回路供應氫氣，所述空氣供應回路供應空氣，氫氣和空氣中的氧氣在燃料電池電堆中發生反應生成直流電，所述散熱系統向燃料電池電堆中供水而讓水吸收氫氣和氧氣反應產生的反應熱，反應后剩余的微量氫氣經第一電磁閥排出到空氣中，反應后的空氣乏氣排放到空氣中，所述直流-直流變換器將燃料電池輸出的直流電轉換成穩定直流電。3.根據權利要求2所述的高效燃料電池冷熱電聯供系統，其特征在于，所述氫氣供應回路包括高壓儲氫容器、減壓閥、單向閥、手動截止閥和防爆電磁閥，所述高壓儲氫容器、減壓閥、單向閥、手動截止閥和防爆電磁閥依次連接，氫氣從高壓儲氫容器出來，依次經過減壓閥、單向閥、手動截止閥和防爆電磁閥進入燃料電池電堆；所述空氣供應回路包括空氣濾清器、消音器和空氣壓縮機，所述空氣濾清器、消音器和空氣壓縮機依次連接，空氣經過空氣濾清器、消音器處理后進入空氣壓縮機，所述空氣壓縮機將空氣升壓，并送入燃料電池電堆。4.根據權利要求1所述的高效燃料電池冷熱電聯供系統，其特征在于，所述燃料電池系統通過電動三通調節閥連通供熱系統和散熱系統，所述電動三通調節閥根據供熱系統供熱的負荷將從燃料電池系統流出的吸收了燃料電池系統反應熱的水分流到供熱系統和散熱系統中。5.根據權利要求4所述的的高效燃料電池冷熱電聯供系統，其特征在于，所述供熱系統包括翅片式換熱器和供熱風機，所述供熱風機驅動空氣流過翅片式換熱器，所述翅片式換熱器向翅片式換熱器外側的空氣放熱進行熱量輸出實現供熱，所述供熱的負荷大小與電動三通調節閥分流至翅片式換熱器的水量呈正比，所述供熱風機的轉速與分流至翅片式換熱器的水量呈正比。6.根據權利要求4所述的高效燃料電池冷熱電聯供系統，其特征在于，所述散熱系統包括散熱器、水泵和旁通閥，所述水泵從散熱器的底部抽水，并分別泵入燃料電池系統和直流變頻制冷系統，泵入燃...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳波，楊宇飛，柴國民，歐陽瑞，郝義國，熊鋼，
申請(專利權)人：武漢地質資源環境工業技術研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：湖北,42