一种基于质子交换膜燃料电池的冷热电联供系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种基于质子交换膜燃料电池的冷热电联供系统，包括质子交换膜燃料电池堆、供电模块、空气进气管路、氢气进气管路和冷却液管路，所述供电模块、空气进气管路、氢气进气管路和冷却液管路均与质子交换膜燃料电池堆连接；所述冷却液管路包括出液管、供热水支管、供暖支管、供冷支管和回液管，所述供热水支管、供暖支管和供冷支管并联设置在出液管的出口和回液管的进口之间，出液管的进口和回液管的出口均与质子交换膜燃料电池堆连接。本实用新型专利技术的基于质子交换膜燃料电池的冷热电联供系统，可满足建筑的冷热电需求。可满足建筑的冷热电需求。可满足建筑的冷热电需求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于质子交换膜燃料电池的冷热电联供系统


[0001]本技术属于分布式能源
，具体涉及一种基于质子交换膜燃料电池的冷热电联供系统。

技术介绍

[0002]目前我国能源消费仍以煤为主，2020年非化石能源消费比重不足16％。为了实现我国2030年前实现“碳达峰”和2060年前实现“碳中和”的目标，应坚持节能优先，实施可再生能源替代行动，提升储能和调峰能力，构建以新能源为主体的能源体系。
[0003]氢气的能量密度高、热值高，燃烧产物仅为水，在将来替代化石燃料上具有极大的优势。与传统的火力发电相比，燃料电池具有负荷响应性好、可靠度高等优点。
[0004]氢燃料电池供能系统不仅可为用户提供电能，还可对废热进行回收利用，用于供热或驱动吸收式制冷机，系统总体能源利用效率可达85％以上。在特殊情况下，燃料电池供能系统可完全脱离电网独立运行，满足建筑的冷、热、电需求。质子交换膜燃料电池系统具有功率密度高，启动快，工作温度适中等优势，尤其适用于医院等对电力依赖程度高的建筑。
[0005]中国专利CN107819139B公开了一种基于可再生燃料电池/膨胀机混合循环的冷热电联供系统，采用可再生能源设备、化学储能设备和燃料电池联合供电。其中，燃料电池的氧气输出端与膨胀机连接，用于提供冷空气；燃料电池和电解池内部的冷却管路与供热换热器连接，用于供热。但是该系统存在以下问题： (1)没有考虑氧气和氢气的进气加湿要求，影响燃料电池内的化学反应速率及电堆寿命；(2)通常夏季的供热需求少而供冷需求多，但该技术供热多而供冷少，造成供需不匹配。

技术实现思路

[0006]本技术所要解决的技术问题是：提供一种基于质子交换膜燃料电池的冷热电联供系统，可满足建筑的冷热电需求。
[0007]为解决上述技术问题，本技术实施例提供一种基于质子交换膜燃料电池的冷热电联供系统，包括质子交换膜燃料电池堆、供电模块、空气进气管路、氢气进气管路和冷却液管路，所述供电模块、空气进气管路、氢气进气管路和冷却液管路均与质子交换膜燃料电池堆连接；所述冷却液管路包括出液管、供热水支管、供冷支管、供暖支管和回液管，所述供热水支管、供冷支管和供暖支管并联设置在出液管的出口和回液管的进口之间，出液管的进口和回液管的出口均与质子交换膜燃料电池堆连接。
[0008]作为本技术实施例的进一步改进，所述回液管上设有风冷式散热器和第二温度传感器，所述风冷式散热器位于回液管的进口处，所述第二温度传感器位于回液管的出口处，所述风冷式散热器和第二温度传感器通过温度控制器连接。
[0009]作为本技术实施例的进一步改进，所述空气进气管路包括空气过滤器、空压机、第一中冷器、第一电动阀和第一加湿器，空气过滤器的出口与空压机的进口连接，空压
机的出口分别与第一电动阀的进口和第一中冷器的进口连接，第一电动阀的出口和第一中冷器的出口均与第一加湿器的进气口连接，第一加湿器的出口与质子交换膜燃料电池堆连接；所述冷热电联供系统还包括空气排气管路，空气排气管路包括第一气液分离器，第一气液分离器的进口与质子交换膜燃料电池堆连接，第一气液分离器的出液口与第一加湿器的进水口连接。
[0010]作为本技术实施例的进一步改进，所述氢气进气管路包括压缩机、第二中冷器、第二电动阀、引射器和第二加湿器，压缩机的出口分别与第二中冷器的进口和第二电动阀的进口连接，第二中冷器的出口和第二电动阀的出口均与引射器的进口连接，引射器的出口与第二加湿器的进气口连接，第二加湿器的出口与质子交换膜燃料电池堆连接；所述冷热电联供系统还包括氢气排气管路，氢气排气管路包括第二气液分离器，第二气液分离器的进口与质子交换膜燃料电池堆连接，第二气液分离器的出液口与第二加湿器的进水口连接，第二气液分离器的出气口与引射器的进口连接。
[0011]作为本技术实施例的进一步改进，还包括储电模块，储电模块分别与质子交换膜燃料电池堆和供电模块连接。
[0012]作为本技术实施例的进一步改进，所述供热水支管包括第一阀门和供热水换热器，出液管的出口与第一阀门的进口连接，第一阀门的出口与供热水换热器的进口连接，供热水换热器的出口与回液管的进口连接；供冷支管包括第二阀门和吸收式制冷机，出液管的出口与第二阀门的进口连接，第二阀门的出口与吸收式制冷机的进口连接，吸收式制冷机的出口与回液管的进口连接；供暖支管包括第三阀门和供热换热器，出液管的出口与第三阀门的进口连接，第三阀门的出口与供热换热器的进口连接，供热换热器的出口与回液管的进口连接。
[0013]本技术实施例提供的基于质子交换膜燃料电池的冷热电联供系统，空气进气管路和氢气进气管路分别为质子交换膜燃料电池堆输入空气和氢气，质子交换膜燃料电池堆发生化学反应产生电能，输出给供电模块进行供电；质子交换膜燃料电池堆发生化学反应产生的热量，通过冷却液吸收输出给冷却液管路，根据用户需求，选择冷却液进入供热水支管、供暖支管或供冷支管，分别用于满足供热水需求、供暖需求和供冷需求，释放热量后的冷却液又流回质子交换膜燃料电池堆吸收热量，循环利用。本技术实施例的基于质子交换膜燃料电池的冷热电联供系统，为建筑提供电、冷、热和生活热水，能源综合利用效率高，可实现建筑能源自供给。
附图说明
[0014]图1是本技术实施例的基于质子交换膜燃料电池的冷热电联供系统的结构示意图。
[0015]图中有：
[0016]1‑
质子交换膜燃料电池堆；
[0017]2‑
供电模块；201
‑
直流
‑
交流转换器；202
‑
供电母线；
[0018]3‑
储电模块；301
‑
直流
‑
直流转换器；302
‑
蓄电池；
[0019]4‑
空气进气管路；401
‑
空气过滤器；402
‑
空压机；403
‑
第一中冷器；404
‑ꢀ
第一电动阀；405
‑
第一加湿器；
[0020]5‑
空气排气管路；501
‑
第一气液分离器；
[0021]6‑
氢气进气管路；601
‑
压缩机；602
‑
第二中冷器；603
‑
第二电动阀；604
‑ꢀ
引射器；605
‑
第二加湿器；
[0022]7‑
氢气排气管路；701
‑
第二气液分离器；
[0023]8‑
冷却液管路；801
‑
出液管；802
‑
供热水支管；803
‑
供冷支管；804
‑
供暖支管；805
‑
回液管；806
‑
第一温度传感器；807
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于质子交换膜燃料电池的冷热电联供系统，其特征在于，包括质子交换膜燃料电池堆(1)、供电模块(2)、空气进气管路(4)、氢气进气管路(6)和冷却液管路(8)，所述供电模块(2)、空气进气管路(4)、氢气进气管路(6)和冷却液管路(8)均与质子交换膜燃料电池堆(1)连接；所述冷却液管路(8)包括出液管(801)、供热水支管(802)、供冷支管(803)、供暖支管(804)和回液管(805)，所述供热水支管(802)、供冷支管(803)和供暖支管(804)并联设置在出液管(801)的出口和回液管(805)的进口之间，出液管(801)的进口和回液管(805)的出口均与质子交换膜燃料电池堆(1)连接。2.根据权利要求1所述的基于质子交换膜燃料电池的冷热电联供系统，其特征在于，所述回液管(805)上设有风冷式散热器(8015)和第二温度传感器(8019)，所述风冷式散热器(8015)位于回液管(805)的进口处，所述第二温度传感器(8019)位于回液管(805)的出口处，所述风冷式散热器(8015)和第二温度传感器(8019)通过温度控制器(8014)连接。3.根据权利要求1所述的基于质子交换膜燃料电池的冷热电联供系统，其特征在于，所述空气进气管路(4)包括空气过滤器(401)、空压机(402)、第一中冷器(403)、第一电动阀(404)和第一加湿器(405)，空气过滤器(401)的出口与空压机(402)的进口连接，空压机(402)的出口分别与第一电动阀(404)的进口和第一中冷器(403)的进口连接，第一电动阀(404)的出口和第一中冷器(403)的出口均与第一加湿器(405)的进气口连接，第一加湿器(405)的出口与质子交换膜燃料电池堆(1)连接；所述冷热电联供系统还包括空气排气管路(5)，空气排气管路(5)包括第一气液分离器(501)，第一气液分离器(501)的进口与质子交换膜燃料电池堆(1)连接，第一气液分离器(501)的出液口与第一加湿器(405)的进水口连接。4.根据权利要求1所述的基于质子交换膜燃料电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡亮，王慧敏，马振西，高候畅，孔令玺，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：新型
国别省市：