专利名称：二级家用燃料电池装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种二级家用燃料电池装置，是一种家用小型燃料电池热电联供装置，属于能源利用技术领域。
背景技术：
不间断电源(Uninterruptible Power Supply；UPS)在通讯、医院以及计算机、控制等重要装置有着广泛应用，其市场容量相当大，传统的UPS大概有5～10％的电力损失，功能比较单一，而且必须结合蓄电池一起使用。
使用燃料电池的家用发电装置，在提供电力的同时，还可以为用户供应一定热水，实现热电联供。如果与现有电网互联，可以实现不间断供电，起到传统传统UPS的作用。
家用燃料电池装置热电综合效率可以达到70％以上，不但可以满足重要设备的用电需求，还可以为用户提供一定的热水和供暖。实现能源的高效、高性能利用。今后，随着燃料电池技术的进一步成熟，设备成本的降低，将会有大量的家用燃料电池走进家庭，用来满足计算机不间断电源、照明等基本用电需求。目前燃料电池尚未进入家庭。
发明内容
本发明的目的在于针对未来能源发展趋势，提供一种以城市煤气为燃料的二级家用燃料电池发电装置，该装置不但可以提高家用燃料电池的实用性，节省用户的用能开支，提高用户用电可靠性，还可以满足用户的热水和供暖需求。
为实现这样的目的，本发明的二级家用燃料电池装置主要由两个质子交换膜燃料电池，两个直流变压器，直交流变压器，交直流变压器及两个质子交换膜燃料电池阴极换热器组成，一级质子交换膜燃料电池电力输出端和二级质子交换膜燃料电池电力输出端分别经一个直流变压器连接到直交流变压器和交直流变压器，直交流变压器和交直流变压器均连接到交流电源。燃料电池的燃料入口端与城市煤气连接，空气极入口端连接到空气源，两个燃料电池的空气极出口端分别连接到两个换热器，换热器的管外出口经热水箱连接到热水用户。
本发明的燃料电池利用城市煤气重整后得到的氢气为燃料，空气为氧化剂，氢和氧在燃料电池内发生电化学反应，产生电能，产生的热量用于制取热水或供热。
发电装置采用燃料电池与电网联合供电，燃料电池承担用户的基本负荷。比如3kW的家用燃料电池装置，可以选择1个1kW和1个2kW的二级组合形式。当用户负荷不超过1kW时，开启一级燃料电池；当负荷介于1～2kW之间时，可以开启二级燃料电池；当负荷在2～3kW时，同时开启两个燃料电池；如果用户负荷大于3kW，用户负荷需要从电网买进部分电力。如果遇到停电，燃料电池可以独立运行，保障计算机等重要设备的正常运行。
本发明采用燃料电池技术，可以满足家庭、办公室基本用电需求，而且能够保障电力的不间断供给，提高用电可靠性，具有明显的技术优势。可以取代传统UPS以及家庭用户的电加热设备，有效提高能源利用率，减少用能开支。二级布置的优点是系统变负荷能量强，适合家庭用电时段、季节性的需要。
图1为本发明的系统结构示意图。
图1中，1为一级质子交换膜燃料电池，2为二级质子交换膜燃料电池，3为直流变压器，4为直流变压器，5为直交流变压器，6为切换开关，7为用电户，8为电表，9为交流电源，10为电表，11为交直流变压器，12为二级质子交换膜燃料电池阴极换热器，13为一级质子交换膜燃料电池阴极换热器，14为热水箱，15为热水用户。
具体实施例方式为更好地理解本发明的技术方案，以下结合附图作进一步描述。
本发明的系统结构如图1所示，主要由两个质子交换膜燃料电池，两个直流变压器，直交流变压器，交直流变压器及两个质子交换膜燃料电池阴极换热器组成，一级质子交换膜燃料电池1电力输出端和二级质子交换膜燃料电池2电力输出端分别连接直流变压器3和直流变压器4的入口，这两个直流变压器的出口同时共同连接直交流变压器5的入口端和交直流变压器11的出口端，直交流变压器5的出口端连接切换开关6的一端，切换开关6的另外两端分别连接电用户7和电表8的出口端，电表8、10的入口端都连接到交流电源上，电表10的出口端连接到交直流变压器11的入口端。燃料电池1、2的燃料入口端与城市煤气连接，燃料电池1、2的燃料出口端连接到排空管。燃料电池1、2的空气极入口端连接到空气源，二级燃料电池2的空气极出口端连接到换热器12的管内入口端，换热器12的管内出口端排空，一级燃料电池1的空气极出口端连接到换热器13的管内入口端，换热器13的管内出口端排空，换热器12的管外入口端连接热水箱14的出口端，换热器14的管外出口端连接热水箱14的入口端，同样换热器13的管外入口端连接热水箱14的另一侧出口端，换热器13的管外出口端连接热水箱14的另一侧入口端，热水箱14的热水出口端连接热水用户15。
工作时，燃料和空气由控制系统根据用户负荷的情况选择送到某一级燃料电池，或同时送入二级燃料电池，燃料和空气在燃料电池内部发生电化学反应，所产生的直流电经过直流变压器调整成标准电压，供给直交流变压器5，直交流变压器5输出的交流电可以直接供给用电户。当用电户负荷大于燃料电池额定负荷时，交流电源会提供部分电力，经过交直流变压器11对电力进行补充。当燃料电池不工作时，用电户的全部负荷由交流电源经过电表8计量后直接提供。经过热水箱水循环加热后，将燃料电池排气中的热量带到热水箱14中，可以随时为热水用户提供热水。
二级布置的优点是系统变负荷能量强，适合家庭用电时段、季节性的需要。
权利要求
1.一种二级家用燃料电池装置，其特征在于包括两个质子交换膜燃料电池，两个直流变压器，直交流变压器，交直流变压器及两个质子交换膜燃料电池阴极换热器，一级质子交换膜燃料电池(1)电力输出端和二级质子交换膜燃料电池(2)电力输出端各连接一个直流变压器(3、4)的入口，这两个直流变压器(3、4)的出口同时共同连接直交流变压器(5)的入口端和交直流变压器(11)的出口端，直交流变压器(5)的出口端连接切换开关(6)的一端，切换开关(6)的另外两端分别连接用电户(7)及经电表(8)连接到交流电源(9)，交直流变压器(11)的入口端经电表(10)连接到交流电源(9)，燃料电池(1、2)的燃料入口端与城市煤气连接，燃料电池(1、2)的燃料出口端连接到排空管，燃料电池(1、2)的空气极入口端连接到空气源，二级燃料电池(2)的空气极出口端连接到换热器(12)的管内入口端，换热器(12)的管内出口端排空，一级燃料电池(1)的空气极出口端连接到换热器(13)的管内入口端，换热器(13)的管内出口端排空，换热器(12)的管外入口端连接热水箱(14)的出口端，换热器(14)的管外出口端连接热水箱(14)的入口端，换热器(13)的管外入口端连接热水箱(14)的另一侧出口端，换热器(13)的管外出口端连接热水箱(14)的另一侧入口端，热水箱(14)的热水出口端连接热水用户(15)。
全文摘要
一种二级家用燃料电池装置，主要由两个质子交换膜燃料电池，两个直流变压器，直交流变压器，交直流变压器及两个质子交换膜燃料电池阴极换热器组成，具有热电联供两种功能，系统燃料为城市煤气，系统工作时利用城市煤气和空气发生电化学反应，产生电能，同时回收燃料电池排气热量生产热水。本发明可以满足家庭、办公室基本用电需求，而且能够保障电力的不间断供给，提高用电可靠性，采用二级布置使系统变负荷能量强，适合家庭用电时段、季节性的需要。
文档编号H01M8/00GK1529377SQ20031010795
公开日2004年9月15日 申请日期2003年10月16日 优先权日2003年10月16日
发明者李巍, 于立军, 巍 李 申请人:上海交通大学