一种质子交换膜燃料电池冷热电联供系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种质子交换膜燃料电池冷热电联供系统，包括热管理模块，包括用于调节燃料电池冷却液的入口温度的冷却液温控模块和用于调节燃料电池冷却液的出口温度、回收冷却液余热并供给供热模块的换热器；供热模块，包括第一水箱，其与换热器连接，用于储存冷却液的余热并供给用户负载；供冷模块，包括第二水箱、有机朗肯循环系统以及蒸汽压缩制冷循环系统；第二水箱用于回收燃料电池乏气的余热并通过管路分别供给有机朗肯循环系统的第一蒸发器及用户负载；换热器还与第一蒸发器连接，利用余热驱动有机朗肯循环系统；以及控制系统，用于根据冷却液进、出口温度及用户负载情况控制各模块运行。利用燃料电池两种热源互补，实现能量梯级利用。实现能量梯级利用。实现能量梯级利用。

【技术实现步骤摘要】
一种质子交换膜燃料电池冷热电联供系统


[0001]本技术涉及冷热电联供
，尤其是一种质子交换膜燃料电池冷热电联供系统。

技术介绍

[0002]低温质子交换膜燃料电池的最佳工作温度在60～80℃的范围内。为保持适宜的工作温度，燃料电池要进行散热。燃料电池工作时产生的电堆余热和乏气余热直接散失到空气中，造成了能量的浪费和系统效率的降低。冷热联供是达到能源高效利用的重要途径，可以将质子交换膜燃料电池产生的余热与冷热联供系统相结合。
[0003]现有技术中，针对电堆余热构建较单一的冷热电联供系统，往往忽略了电堆乏气的热量。单一热源的系统能源利用率低，会存在与用户负荷不匹配、时空分布不均等问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本技术提供一种质子交换膜燃料电池冷热电联供系统，目的是避免能量的浪费，提高系统效率，保障用户的需求。利用燃料电池的两种热源进行互补，实现能量的梯级利用，提高系统的稳定运行。
[0005]本技术采用的技术方案如下：
[0006]一种质子交换膜燃料电池冷热电联供系统，包括燃料电池及其供气模块，还包括：
[0007]热管理模块，包括冷却液温控模块和换热器，所述冷却液温控模块用于调节燃料电池冷却液的入口温度；所述换热器用于调节燃料电池冷却液的出口温度并且回收冷却液的余热，供给供热模块；
[0008]供热模块，包括第一水箱，其与换热器连接形成回路，用于储存所述冷却液的余热并供给用户负载；
[0009]供冷模块，包括第二水箱、有机朗肯循环系统、以及蒸汽压缩制冷循环系统；所述第二水箱用于回收燃料电池乏气的余热，并通过管路分别供给所述有机朗肯循环系统的第一蒸发器及用户负载；所述换热器还与所述第一蒸发器连接形成回路，并利用燃料电池冷却液的余热驱动有机朗肯循环；
[0010]以及控制系统，用于检测燃料电池冷却液进、出口温度，根据进、出口温差以及用户负载情况控制各模块运行。
[0011]进一步技术方案为：
[0012]所述有机朗肯循环系统包括：沿介质循环方向依次连接的第一蒸发器、膨胀机、冷凝器和工质泵；所述蒸汽压缩制冷循环系统包括：沿介质循环方向依次连接的压缩机、冷凝器、节流阀和第二蒸发器；所述膨胀机与所述压缩机动力连接，所述压缩机的输出与发电机连接。
[0013]所述换热器的水侧出口分别与第一水箱进口、第一蒸发器水侧进口连接，所述换热器的水侧进口分别与第一水箱出口、第一蒸发器水侧出口连接，形成两个循环回路。
[0014]所述冷却液温控模块的出口与所述燃料电池冷却液进口连接，冷却液温控模块的进口与循环泵出口连接；燃料电池冷却液出口分别与所述循环泵入口、所述换热器介质侧入口连接，所述换热器介质侧出口与所述循环泵入口连接，形成两个循环回路。
[0015]所述冷却液温控模块包括并联设置的加热器和散热器。
[0016]连接冷却液温控模块出口与燃料电池冷却液进口的管路上设有第一温度传感器，燃料电池冷却液出口管路上设有第二温度传感器。
[0017]所述第二水箱内设有换热盘管，换热盘管入口与燃料电池乏气出口连接，第二水箱出口通过三通阀分别与用户负载和所述第一蒸发器水侧进口连接。
[0018]所述供气模块包括：
[0019]空气进气模块，包括风机；以及，氢气进气模块，包括依次连接的储氢罐、氢气调节阀、加湿装置，加湿装置出口与燃料电池氢气入口连接，燃料电池氢气出口通过氢气循环泵与氢气入口连接。
[0020]本技术的有益效果如下：
[0021]燃料电池在不同环境温度下可以快速启动；
[0022]燃料电池可以在一定温度范围内运行，且确保冷却液在循环回路温度差在一定范围内，使燃料电池稳定工作；
[0023]设计了一种余热制冷方式，将燃料电池阴极出口的中低温乏气用于驱动有机朗肯循环及蒸汽压缩制冷系统，实现余热高效利用；
[0024]实现电堆余热和乏气余热在供热模块和供冷模块的交叉互补，提高系统的能源利用率。
附图说明
[0025]图1为本技术的结构示意图。
[0026]图2为本技术热管理模块的温度控制逻辑图。
[0027]图中：
[0028]1、燃料电池；2、供气模块；3、热管理模块；4、供热模块；5、供冷模块；
[0029]201、储氢罐；202、氢气调节阀；203、加湿装置；204、风机；205、氢气循环泵；
[0030]301、加热器；302、散热器；303、第一温度传感器；304、第二温度传感器；305、第一电磁三通阀；306、第一循环水泵；307、第二电磁三通阀；308、换热器；
[0031]401、第二循环水泵；402、第一三通调节阀；403、第一水箱；
[0032]501、第二三通调节阀；502、第一蒸发器；503、膨胀机；504、冷凝器；505、工质泵；506、压缩机；507、节流阀；508、第二蒸发器；509、发电机；510、第二水箱；5101、盘管入口；5102、盘管出口；5103、出水口；5104、补水口。
具体实施方式
[0033]以下结合附图说明本技术的具体实施方式。
[0034]本实施例的质子交换膜燃料电池冷热电联供系统，如图1所示，包括燃料电池1及其供气模块2，还包括：
[0035]热管理模块3，包括冷却液温控模块和换热器308，冷却液温控模块用于调节燃料
电池1冷却液的入口温度；换热器308用于调节燃料电池1冷却液的出口温度并且回收冷却液的余热，供给供热模块4；
[0036]供热模块4，包括第一水箱403，其与换热器308连接形成回路，用于储存冷却液的余热并供给用户负载；
[0037]供冷模块5，包括第二水箱510、用于供电的有机朗肯循环系统、以及用于供冷的蒸汽压缩制冷循环系统；第二水箱510用于回收燃料电池1乏气的余热，并根据用户需求通过管路分别供给有机朗肯循环系统的第一蒸发器502及用户负载；换热器308还与第一蒸发器502连接形成回路，并根据用户需求利用燃料电池冷却液的余热驱动有机朗肯循环；
[0038]以及控制系统，用于检测燃料电池1冷却液进、出口温度，根据进、出口温差以及用户负载情况控制各模块运行。
[0039]其中，有机朗肯循环系统包括：沿介质循环方向依次连接的第一蒸发器502、膨胀机503、冷凝器504和工质泵505；
[0040]其中，蒸汽压缩制冷循环系统包括：沿介质循环方向依次连接的压缩机506、冷凝器504、节流阀507和第二蒸发器508；
[0041]上述膨胀机503与压缩机506动力连接，压缩机506的输出与发电机509连接。
[0042]有机朗肯循环系统通过膨胀机503同轴连接压缩机506、发电机509，发电机509产生电能可以给用户补充供电；蒸汽压缩制冷循环系统通过第二蒸发器508给用户供冷。
[0043]换热器308本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜燃料电池冷热电联供系统，包括燃料电池(1)及其供气模块(2)，其特征在于，还包括：热管理模块(3)，包括冷却液温控模块和换热器(308)，所述冷却液温控模块用于调节燃料电池(1)冷却液的入口温度；所述换热器(308)用于调节燃料电池(1)冷却液的出口温度并且回收冷却液的余热，供给供热模块(4)；供热模块(4)，包括第一水箱(403)，其与换热器(308)连接形成回路，用于储存所述冷却液的余热并供给用户负载；供冷模块(5)，包括第二水箱(510)、有机朗肯循环系统、以及蒸汽压缩制冷循环系统；所述第二水箱(510)用于回收燃料电池(1)乏气的余热，并通过管路分别供给所述有机朗肯循环系统的第一蒸发器(502)及用户负载；所述换热器(308)还与所述第一蒸发器(502)连接形成回路，并利用燃料电池(1)冷却液的余热驱动有机朗肯循环系统；以及控制系统，用于检测燃料电池(1)冷却液进、出口温度，根据进、出口温差以及用户负载情况控制各模块运行。2.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池冷热电联供系统，其特征在于，所述有机朗肯循环系统包括：沿介质循环方向依次连接的第一蒸发器(502)、膨胀机(503)、冷凝器(504)和工质泵(505)；所述蒸汽压缩制冷循环系统包括：沿介质循环方向依次连接的压缩机(506)、冷凝器(504)、节流阀(507)和第二蒸发器(508)；所述膨胀机(503)与所述压缩机(506)动力连接，所述压缩机(506)的输出与发电机(509)连接。3.根据权利要求2所述的质子交换膜燃料电池冷热电联供系统，其特征在于，所述换热器(308)的水侧出口分别与第一水箱(403)进口、第...

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