燃料电池系统的热回收设备技术方案

本发明专利技术涉及一种燃料电池系统的热回收设备，其通过有效地回收热而向热水或供热循环水供应从包括燃料电池组的各种发电元件所产生的热。燃料电池系统的热回收设备包括：第一热交换器，其回收从燃料电池组所产生的废热；独立于第一热交换器安装的第二热交换器，其回收从燃料处理装置或系统管路所产生的废热；以及储热罐，其向第一热交换器和第二热交换器供应热交换材料，并回收热交换材料以根据外部热需求向外部供应包含在热交换材料中的废热。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种通过氢和氧的电化学反应产生电能的燃料电池系统，并且更具体 地涉及一种燃料电池系统的热回收设备，其通过有效地回收热而向热水或供热循环水供应 从包括燃料电池组的各种发电元件所产生的热。
技术介绍
燃料电池是一种通过氢的氧化反应和氧的还原反应产生电能的发电设备。燃料电 池分为诸如聚合物电解质膜燃料电池和直接甲醇燃料电池的类型。聚合物电解质膜燃料电池是一种使用具有氢离子交换特性的聚合物膜作为电解 质的燃料电池并通过借助于含氢燃料和含氧空气引发电化学反应而产生电能。使用聚合物 电解质燃料电池的燃料电池系统具有下述示意性结构。也就是说，作为组成部件，燃料电池系统可包括用于产生电能的燃料电池发电设 备以及用于通过回收废热来将燃料电池发电设备所产生的废热供应给需要热量的场所的 热回收设备。燃料电池发电设备包括燃料电池组，其用于通过氢和氧的电化学反应产生直流 (DC)电；重整器，其用于通过重整烃基发电材料如液化天然气(LNG)或液化石油气(LPG) 向燃料电池组供应富含氢的重整气体；空气供应装置，其用于供应燃料电池组中所需的氧； 电力变换器，其将燃料电池组所产生的DC电变换成交流(AC)电；以及各种BOP(辅助设备) 和控制器，其为起动和停止组成部件并保持发电所需要。参看韩国专利No. 0418459和No. 0740542中所公开的信息，燃料电池系统的热回 收设备具有下述示意性构造。也就是说，根据相关技术的燃料电池系统的热回收设备包括 用于储存从燃料电池发电设备回收的废热的储热罐(tank)和用于向热水或供热循环水供 应储存在储热罐中的废热的装置。具体而言，该燃料电池系统的热回收设备构造成用以回收从燃料电池发电设备中 的各种系统组成部件如燃料电池组和燃料处理装置所产生的废热。此时，在该燃料电池发 电设备中，燃料电池组应当保持在预定温度用以更稳定地产生电能，并且应当对燃料处理 装置进行有效的热回收以防止出现热失衡。也就是说，优选的是根据各个热产生量对组成 部件如燃料电池组和燃料处理装置进行热回收。然而，由于根据相关技术的燃料电池系统的热回收设备在热有序地经过燃料电池 发电设备的组成部件如燃料电池组和燃料处理装置时回收热，故难以适当地对各个组成部 件进行热交换。结果，视情况而定，根据相关技术的燃料电池系统的热回收设备导致燃料电 池系统的发电效率和耐用性由于燃料电池组的温度不均勻或燃料处理装置的热失衡而恶 化。
技术实现思路
技术问题本专利技术旨在解决常规技术的上述问题。根据本专利技术的一个示例性实施例，本专利技术 的一个目的是提供一种燃料电池系统的热回收设备，其能够通过单独回收废热来有效地回 收从燃料电池系统的组成部件所产生的废热，而不受燃料电池系统的周围环境的变化和储 热罐内部温度的变化的影响。根据本专利技术的另一示例性实施例，本专利技术的另一目的是提供一种燃料电池系统的 热回收设备，其通过增强储热罐中的热回收循环结构和排出结构而提高储热罐中的废热的 利用率。技术方案根据本专利技术的一个示例性实施例，燃料电池系统的热回收设备包括第一热交换 器，其回收从燃料电池组所产生的废热；独立于第一热交换器安装的第二热交换器，其回收 从燃料处理装置或系统管路所产生的废热；以及储热罐，其向第一热交换器和第二热交换 器供应热交换材料，并回收热交换材料以根据外部热需求向外部供应包含在热交换材料中 的废热。一个第一管路通道连接自储热罐，该第一管路通道在第一热交换器和第二热交换 器之前分支成第二管路通道和第三管路通道，并且第二管路通道和第三管路通道分别连接 在第一热交换器和第二热交换器上。第四管路通道连接在第一管路通道上使得热交换材料可经由另一通路连结第一 管路通道。空气冷却式散热器安装在第四管路通道中，并且用于有选择地改变热交换材料 的流动方向的第一三通阀安装在第一管路通道的一部分中，该部分分支到第四管路通道。允许热交换材料沿一个方向流动的第一止回阀和第一泵安装在第二管路通道中。 允许热交换材料沿一个方向流动的第二止回阀和第二泵安装在第三管路通道中。储热罐从外部接收热交换材料，使热交换材料在第一热交换器和第二热交换器中 循环，并储存该热交换材料作为含有废热的材料。第一热交换通道安装在储热罐中，并且被引入第一热交换通道中的水通过与含有 废热的材料进行热交换而转换成热水并供应到储热罐外部。第二热交换通道安装储热罐中，并且经引导第二热交换通道中的水通过与含有废 热的材料进行热交换而转换成热水并供应到储热罐外部。燃料电池系统的热回收设备还包 括第三热交换器，其与从储热罐排放的热水或供热用水进行热交换；以及第一辅助燃烧 器，其根据外部控制信号产生热以向第三热交换器供热。燃料电池系统的热回收设备还包括温控阀，经过第三热交换器的热水和从外部供 应的冷水经引导进入其中并互相混合。该温控阀为通过利用温度感测操作元件合金使热水 与冷水相混合的调温阀类型的阀。燃料电池系统的热回收设备具有管路结构，在其中，经过第三热交换器的热水被 供应到外部以便用来执行供热功能并且将供热用水再次回收到储热罐。第二三通阀安装在供热用水经其回收到储热罐的管路通路上，从而允许通过有选 择地操作第二三通阀将供热用水引入储热罐中或经旁通通路供应到外部。燃料电池系统的热回收设备还可包括第四热交换器，其与从储热罐排放的热水 进行热交换；以及第二辅助燃烧器，其通过根据外部控制信号产生热而向第四热交换器供 热。燃料电池系统的热回收设备还可包括第五热交换器，其独立于第四热交换器安装并与从储热罐排放的供热用水进行热交换；以及第三辅助燃烧器，其根据外部控制信号产生热以向第五热交换器供热。用于测量热交换材料的水位的水位传感器安装在储热罐中。供水管路连接在储热 罐上以便将作为热交换材料的水供应到储热罐，并且用于与水位传感器的测量数据同步调 节水的供应量的电磁阀安装在供水管路中。用于将热交换材料所产生的储热罐的内部压力降低到低于预定过压条件的压力 的安全阀安装在储热罐的上部中。用于根据需要将热交换材料排放到外部的放泄阀安装在储热罐的下部中。有益效果在燃料电池系统中，热产生量取决于周围环境的变化(一般为周围温度的变化)， 以及系统的起动、运转和停机过程。此时，在根据本专利技术的示例性实施例的燃料电池系统的 热回收设备中，从燃料电池组所产生的废热和从其它组成部件如燃料处理装置等产生的废 热被独立地回收。也就是说，根据本专利技术的示例性实施例的燃料电池系统的热回收设备能 够对应于组成部件独立地回收热，从而提高热回收效率。因此，消除了燃料电池系统的内部组成部件之间的热失衡，并且能够以高于相关 技术的发电效率稳定地发电。根据本专利技术的示例性实施例的燃料电池系统的热回收设备能 够通过增强储热罐中的热回收和循环结构以及热排放结构来提高废热利用率。根据本专利技术的示例性实施例的燃料电池系统的热回收设备与相关技术相比，能够 通过使用在最佳状态下额外提供热源的辅助热源机器如辅助燃烧器而降低燃料消耗和增 加经济效益。。附图说明图1是根据本专利技术的第一示例性实施例的燃料电池系统的热回收设备的示意图。图2是根据本专利技术的第二示例性实施例的燃料电池系统的热回收设备的示意图。图3是根据本专利技术的第三示例性实施例的燃料电池系统的热回收设备的示意图。图4是根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统的热回收设备，包括：第一热交换器，其回收从燃料电池组所产生的废热；独立于所述第一热交换器安装的第二热交换器，其回收从燃料处理装置或系统管路所产生的废热；以及储热罐，其向所述第一热交换器和所述第二热交换器供应热交换材料，并回收所述热交换材料以根据外部热需求向外部供应包含在所述热交换材料中的废热。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：金淏硕，洪炳善，辛美男，
申请(专利权)人：燃料电池能量公司，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]