一种新型燃料电池热电联供系统及运行方法技术方案

本发明专利技术提供的一种新型燃料电池热电联供系统及运行方法，该新型燃料电池热电联供系统包括：燃料电池及热回收水箱，其中，燃料电池内部设置有氢气管路及空气管路，氢气管路的输入端与外部氢气罐连接，空气管路的输入端与外部空气相通；热回收水箱的输入端与外部冷水管连接，热回收水箱内部设置有气体分散装置，气体分散装置沉于热回收水箱冷水液位以下，气体分散装置的输入端与燃料电池的空气管路的输出端连接，用于获取燃料电池内部电极化学反应后的空气侧剩余气体，并将剩余气体与热回收水箱中的冷水进行接触式热交换，以对燃料电池内部电堆排气废热进行回收。通过实施本发明专利技术，弥补了热回收系统效率低的缺点。了热回收系统效率低的缺点。了热回收系统效率低的缺点。

【技术实现步骤摘要】
一种新型燃料电池热电联供系统及运行方法


[0001]本专利技术涉及能源动力领域，具体涉及一种新型燃料电池热电联供系统及运行方法。

技术介绍

[0002]近年来，氢能在能源与化工产业中占据了愈发重要的地位，氢能的应用已经从传统的化工原料气和保护气拓展延伸到交通动力、能源电力与电网储能等诸多领域。尤其是综合能源供给方面，利用燃料电池建设分布式能源供给站提供热电气供给，可以大幅改善能源消费与温室气体排放，对于优化能源布局、促进节能减排、保护生态环境具有重要意义。
[0003]质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统是一种基于燃料电池的可供电供热的系统设计，作为新一代高效无碳的清洁能源供应技术，具有可低温启动、能量密度高、响应迅速等优点。通常电堆运行温度在65℃
‑
70℃，运行期间系统可将氢气化学能近似对半转化为电能和热能，其中电能经调压稳定后直接输出直流电。然而目前质子交换膜燃料电池系统设计中存在较多热量废弃，造成燃料电池系统热能回收效率不高。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中燃料电池系统热能回收效率不高的缺陷，从而提供一种新型燃料电池热电联供系统及运行方法。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供一种新型燃料电池热电联供系统，包括：燃料电池及热回收水箱，其中，所述燃料电池内部设置有氢气管路及空气管路，所述氢气管路的输入端与外部氢气罐连接，用于获取外部氢气，所述空气管路的输入端与外部空气相通，用于获取外部空气，所述氢气与所述空气在所述燃料电池内部进行电极化学反应，将化学能转化为电能，为外部负载供电；所述热回收水箱的输入端与外部冷水管连接，用于获取外部冷水，所述热回收水箱内部设置有气体分散装置，所述气体分散装置沉于所述热回收水箱冷水液位以下，所述气体分散装置的输入端与所述燃料电池的空气管路的输出端连接，用于获取所述燃料电池内部电极化学反应后空气侧的剩余气体，并将所述剩余气体与所述热回收水箱中的冷水进行接触式热交换，以对所述燃料电池内部电堆排气废热进行回收。
[0007]可选地，所述气体分散装置沉于所述热回收水箱冷水的深度可调。
[0008]可选地，新型燃料电池热电联供系统还包括：换热器，所述换热器的第一输入端与所述燃料电池的内循环水管路的第一输出端连接，所述换热器的第一输出端与所述燃料电池的内循环水管路的第一输入端连接，所述换热器的第二输入端与所述热回收水箱的输出端连接，用于获取所述热回收水箱流入的冷水，利用所述热回收水箱流入的冷水与所述燃料电池的内循环水管路中的内循环水进行热交换，以冷却所述燃料电池流出的内循环水，所述换热器的第二输出端与外部热水需求端连接，用于将热交换后升温的水作为热水供应
外部热水需求端。
[0009]可选地，所述热回收水箱顶部开有多个通气小孔，所述热回收水箱通过多个所述通气小孔与大气联通。
[0010]可选地，新型燃料电池热电联供系统还包括：氢气循环泵，所述氢气循环泵的输入端与所述氢气管路的输出端连接，所述氢气循环泵的输出端与所述氢气管路的输入端连接，用于将所述燃料电池排出的过量氢气再循环入所述燃料电池的氢气管路。
[0011]可选地，新型燃料电池热电联供系统还包括：空压机，所述空压机的输入端与外部空气相通，所述空压机的输出端与所述空气管路的输入端连接，用于获取外部空气，将所述空气进行压缩，并将压缩后的空气输入至所述燃料电池内部电堆。
[0012]可选地，所述气体分散装置包括底盘，所述底盘开设有气体通孔及多个透气孔，所述气体通孔与所述空气管路的输出端连接。
[0013]可选地，所述燃料电池为质子交换膜燃料电池。
[0014]第二方面，本专利技术实施例提供一种新型燃料电池热电联供运行方法，应用于本专利技术实施例第一方面所述的新型燃料电池热电联供系统，所述新型燃料电池热电联供运行方法包括：获取所述新型燃料电池热电联供系统运行参数，根据所述运行参数判断所述新型燃料电池热电联供系统运行状态；根据所述运行状态启动相应的运行策略。
[0015]可选地，所述根据所述运行状态启动相应的运行策略，包括：当所述运行状态为所述燃料电池电堆启动或低载运行时，上移气体分散装置入水深度，或使气体分散装置完全浮出水面；当所述运行状态为所述燃料电池电堆高负荷运行时，下移气体分散装置入水深度直至热回收水箱底部。
[0016]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0017]本专利技术提供的新型燃料电池热电联供系统，包括：燃料电池及热回收水箱，其中，燃料电池内部设置有氢气管路及空气管路，氢气管路的输入端与外部氢气罐连接，空气管路的输入端与外部空气相通；热回收水箱的输入端与外部冷水管连接，热回收水箱内部设置有气体分散装置，气体分散装置沉于热回收水箱冷水液位以下，气体分散装置的输入端与燃料电池的空气管路的输出端连接，用于获取燃料电池内部电极化学反应后的空气侧剩余气体，并将剩余气体与热回收水箱中的冷水进行接触式热交换，以对燃料电池内部电堆排气废热进行回收。通过在燃料电池的空气侧尾气端加入开式热回收水箱，从而利用外循环水对排气进行热回收，弥补了热回收系统效率低的缺点。
[0018]本专利技术提供的新型燃料电池热电联供运行方法，包括：获取新型燃料电池热电联供系统运行参数，根据运行参数判断新型燃料电池热电联供系统运行状态；根据运行状态启动相应的运行策略。通过根据新型燃料电池热电联供系统不同的运行状态启用相应的运行策略，在保障新型燃料电池热电联供系统运行安全的前提下，提升了系统热回收效率。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本专利技术实施例中新型燃料电池热电联供系统的一个具体示例的原理框图；
[0021]图2为本专利技术实施例中气体分散装置的一个具体示例图；
[0022]图3为本专利技术实施例中新型燃料电池热电联供系统运行方法的一个具体示例的流程图。
具体实施方式
[0023]下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0024]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等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专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型燃料电池热电联供系统，其特征在于，包括：燃料电池及热回收水箱，其中，所述燃料电池内部设置有氢气管路及空气管路，所述氢气管路的输入端与外部氢气罐连接，用于获取外部氢气，所述空气管路的输入端与外部空气相通，用于获取外部空气，所述氢气与所述空气在所述燃料电池内部进行电极化学反应，将化学能转化为电能，为外部负载供电；所述热回收水箱的输入端与外部冷水管连接，用于获取外部冷水，所述热回收水箱内部设置有气体分散装置，所述气体分散装置沉于所述热回收水箱冷水液位以下，所述气体分散装置的输入端与所述燃料电池的空气管路的输出端连接，用于获取所述燃料电池内部电极化学反应后空气侧的剩余气体，并将所述剩余气体与所述热回收水箱中的冷水进行接触式热交换，以对所述燃料电池内部电堆排气废热进行回收。2.根据权利要求1所述的新型燃料电池热电联供系统，其特征在于，所述气体分散装置沉于所述热回收水箱冷水的深度可调。3.根据权利要求1所述的新型燃料电池热电联供系统，其特征在于，还包括：换热器，所述换热器的第一输入端与所述燃料电池的内循环水管路的第一输出端连接，所述换热器的第一输出端与所述燃料电池的内循环水管路的第一输入端连接，所述换热器的第二输入端与所述热回收水箱的输出端连接，用于获取所述热回收水箱流入的冷水，利用所述热回收水箱流入的冷水与所述燃料电池的内循环水管路中的内循环水进行热交换，以冷却所述燃料电池流出的内循环水，所述换热器的第二输出端与外部热水需求端连接，用于将热交换后升温的水作为热水供应外部热水需求端。4.根据权利要求1所述的新型燃料电池热电联供系统，其特征在于，所述热回收水箱顶部开有多个通气小孔，所述热回收水箱通过多...

【专利技术属性】
技术研发人员：白子为，马美秀，陈梦东，康伟，邓占锋，陈国宏，滕越，赵骞，
申请(专利权)人：国家电网有限公司国网安徽省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：