一种燃料电池的冷热电三联供系统及工作方法技术方案

本发明专利技术涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池的冷热电三联供系统及工作方法。燃料电池的冷热电三联供系统包括燃料电池模块、第一阀体、制冷循环模块、余热回收模块和第二阀体。燃烧室内燃烧未反应的氢气与空气并产生高温气体。冷却循环单元内的冷却水对电堆进行冷却降温，并进行供暖。第一阀体调节进入燃烧室和返回电堆的氢气流量。制冷循环模块利用燃烧室内产生的高温气体进行制冷。余热回收模块利用燃烧室内产生的高温气体产生电能并供暖。第二阀体调节进入制冷循环模块和余热回收模块的高温气体的流量。燃料电池的冷热电三联供系统的工作方法，通过调节第一阀体和第二阀体实现了燃料电池的冷热电三联供和燃料电池的余热的梯级利用。余热的梯级利用。余热的梯级利用。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池的冷热电三联供系统及工作方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种燃料电池的冷热电三联供系统及工作方法。

技术介绍

[0002]氢燃料电池汽车是汽车发动机通过氢气与氧气发生化学反应产生电能驱动，产生电能的同时产生的余热可作为车用供热继而形成联供系统。
[0003]目前，车用氢燃料电池系统在正常工况条件下的排气温度不高，无法满足车用制冷系统的运行负荷，使得无法形成基于氢燃料的冷热电三联供系统。而且，对于氢燃料电池产生的余热利用率较低，不利于降低氢燃料电池的能耗。
[0004]因此，需要一种燃料电池的冷热电三联供系统及工作方法来解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种燃料电池的冷热电三联供系统及工作方法，以实现了基于氢燃料电池的冷热电三联供，同时实现燃料电池的余热的回收和梯级利用。
[0006]为达此目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0007]一种燃料电池的冷热电三联供系统，包括：
[0008]燃料电池模块，包括电堆、燃烧室以及冷却循环单元；所述电堆的氢气出口和空气出口分别与所述燃烧室连通，以将所述电堆内未反应的氢气与空气送入所述燃烧室内燃烧并产生高温气体；所述冷却循环单元内的冷却水用于对所述电堆进行冷却降温，并能够进行供暖；
[0009]第一阀体，被配置为能够调节进入所述燃烧室和返回所述电堆的氢气流量；
[0010]制冷循环模块，被配置为能够利用所述燃烧室内产生的高温气体进行制冷；
[0011]余热回收模块，被配置为能够利用所述燃烧室内产生的高温气体产生电能并供暖；以及
[0012]第二阀体，被配置为能够调节进入所述制冷循环模块和所述余热回收模块的高温气体的流量。
[0013]作为所述燃料电池的冷热电三联供系统的可选方案，所述冷却循环单元包括：
[0014]水箱，用于存储所述冷却水；以及
[0015]第一散热器，所述水箱的出口与所述第一散热器连通，所述冷却水通过所述第一散热器进行散热或供暖，并对所述电堆进行冷却降温后流回所述水箱内。
[0016]作为所述燃料电池的冷热电三联供系统的可选方案，所述燃料电池模块还包括：
[0017]燃料预热器，与所述电堆的氢气入口连通，所述燃料预热器用于对氢气进行加温加压；以及
[0018]第一换热器和第二换热器，所述第一换热器、所述电堆、所述第二换热器以及所述燃料预热器沿冷却水的流动方向依次布置于所述第一散热器的后端；所述燃烧室内产生的
高温气体通过所述第一换热器对冷却前的冷却水加热升温，并通过所述第二换热器对冷却后的冷却水加热升温，以使冷却水能够对所述燃料预热器进行加热。
[0019]作为所述燃料电池的冷热电三联供系统的可选方案，所述燃料电池模块还包括：
[0020]空气预热器，与所述电堆的空气入口连通，所述空气预热器用于对空气进行加温加压；所述第一换热器、所述第二换热器、所述空气预热器与所述第二阀体沿高温气体的流动方向依次布置，以使所述燃烧室内产生的高温气体对所述空气预热器进行加热后流入所述制冷循环模块和/或所述余热回收模块内。
[0021]作为所述燃料电池的冷热电三联供系统的可选方案，燃料电池模块还包括：
[0022]第一过滤器和第二过滤器，所述电堆的氢气出口通过所述第一过滤器与所述第一阀体连通；所述电堆内未反应的氢气能够依次通过所述第一阀体与所述燃料预热器后返回所述电堆内；所述电堆的空气出口通过所述第二过滤器与所述燃烧室连通。
[0023]作为所述燃料电池的冷热电三联供系统的可选方案，所述第一过滤器与所述第二过滤器与所述水箱连通。
[0024]作为所述燃料电池的冷热电三联供系统的可选方案，所述余热回收模块包括：
[0025]膨胀机，被配置为能够利用所述燃烧室内产生的高温气体做功产生电能；以及
[0026]第二散热器，所述膨胀机的尾气通过所述第二散热器进行散热或供暖。
[0027]作为所述燃料电池的冷热电三联供系统的可选方案，所述余热回收模块还包括：
[0028]储能电池，用于储存所述膨胀机产生的电能。
[0029]作为所述燃料电池的冷热电三联供系统的可选方案，所述制冷循环模块为单效溴化锂吸收式制冷机。
[0030]一种上述的燃料电池的冷热电三联供系统的工作方法，其特征在于，所述工作方法包括如下步骤：
[0031]通过调节所述第一阀体，所述电堆内未反应的全部氢气通过所述第一阀体返回所述电堆内，所述冷却循环单元内的冷却水对所述电堆降温后进行散热或供暖；
[0032]通过调节所述第一阀体，所述电堆内未反应的一部分氢气通过所述第一阀体返回所述电堆内，未反应的另一部分氢气进入所述燃烧室内产生高温气体；
[0033]通过调节所述第二阀体控制进入所述制冷循环模块和所述余热回收模块内的高温气体的流量，所述制冷循环模块进行制冷，所述余热回收模块产生电能；或者，通过调节所述第二阀体控制所述燃烧室内产生的高温气体全部进入所述余热回收模块内，所述余热回收模块产生电能并进行散热或供暖。
[0034]本专利技术的有益效果为：
[0035]本专利技术提出的燃料电池的冷热电三联供系统，在电堆内未发生反应的部分氢气和空气进行入燃烧室内燃烧并产生余热(高温气体)，制冷循环模块利用高温气体进行制冷，余热回收模块利用高温气体产生电能并供暖，实现了冷热电三联供。根据冷热电的实际使用需求，通过第一阀体调节进入燃烧室内的氢气的流量，并通过第二阀体调节进入制冷循环模块和余热回收模块的高温气体的流量，使得燃烧室排出的高温气体的能量能够实现梯级利用，提高了燃料电池的能量利用率。
[0036]本专利技术提出的燃料电池的冷热电三联供系统的工作方法，通过第一阀体调节进入燃烧室内的氢气的流量，并通过第二阀体调节进入制冷循环模块和余热回收模块的高温气
体的流量，使得燃烧室排出的高温气体的热量能够实现梯级利用，提高了燃料电池的能量利用率。
附图说明
[0037]图1是本专利技术实施例提供的燃料电池的冷热电三联供系统的结构分布示意图；
[0038]图2是本专利技术实施例提供的燃料电池的冷热电三联供系统的工作方法的流程图。
[0039]图中部件名称和标号如下：
[0040]1、电堆；2、燃烧室；3、第一阀体；4、第二阀体；5、水箱；6、第一散热器；7、第一风扇；8、燃料预热器；9、第一换热器；10、第二换热器；11、空气预热器；12、氢气罐；13、空气压缩机；14、第一过滤器；15、第二过滤器；16、发生器；17、冷凝器；18、第一节流阀；19、蒸发器；20、吸收器；21、工质循环泵；22、第三换热器；23、第二节流阀；24、膨胀机；25、第二散热器；26、储能电池；27、第二风扇。
具体实施方式
[0041]为使本专利技术解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池的冷热电三联供系统，其特征在于，包括：燃料电池模块，包括电堆(1)、燃烧室(2)以及冷却循环单元；所述电堆(1)的氢气出口和空气出口分别与所述燃烧室(2)连通，以将所述电堆(1)内未反应的氢气与空气送入所述燃烧室(2)内燃烧并产生高温气体；所述冷却循环单元内的冷却水用于对所述电堆(1)进行冷却降温，并能够进行供暖；第一阀体(3)，被配置为能够调节进入所述燃烧室(2)和返回所述电堆(1)的氢气流量；制冷循环模块，被配置为能够利用所述燃烧室(2)内产生的高温气体进行制冷；余热回收模块，被配置为能够利用所述燃烧室(2)内产生的高温气体产生电能并供暖；以及第二阀体(4)，被配置为能够调节进入所述制冷循环模块和所述余热回收模块的高温气体的流量。2.根据权利要求1所述的燃料电池的冷热电三联供系统，其特征在于，所述冷却循环单元包括：水箱(5)，用于存储所述冷却水；以及第一散热器(6)，所述水箱(5)的出口与所述第一散热器(6)连通，所述冷却水通过所述第一散热器(6)进行散热或供暖，并对所述电堆(1)进行冷却降温后流回所述水箱(5)内。3.根据权利要求2所述的燃料电池的冷热电三联供系统，其特征在于，所述燃料电池模块还包括：燃料预热器(8)，与所述电堆(1)的氢气入口连通，所述燃料预热器(8)用于对氢气进行加温加压；以及第一换热器(9)和第二换热器(10)，所述第一换热器(9)、所述电堆(1)、所述第二换热器(10)以及所述燃料预热器(8)沿冷却水的流动方向依次布置于所述第一散热器(6)的后端；所述燃烧室(2)内产生的高温气体通过所述第一换热器(9)对冷却前的冷却水加热升温，并通过所述第二换热器(10)对冷却后的冷却水加热升温，以使冷却水能够对所述燃料预热器(8)进行加热。4.根据权利要求3所述的燃料电池的冷热电三联供系统，其特征在于，所述燃料电池模块还包括：空气预热器(11)，与所述电堆(1)的空气入口连通，所述空气预热器(11)用于对空气进行加温加压；所述第一换热器(9)、所述第二换热器(10)、所述空气预热器(11)与所述第二阀体(4)沿高温气体的流动方向依次布置，以使所述燃烧室(2)内产生的高温气体对所述空气预热器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭英伦，米新艳，崔新然，孟凡佳，王茁，曹婷婷，张克金，
申请(专利权)人：一汽解放汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：