基于氨冷库的电冷热联供系统

1.本实用新型涉及氨冷库能源综合利用技术领域，尤其涉及一种基于氨冷库的电冷热联供系统。


背景技术：

2.随着人民生活水平的提高和速冻食品需求的日益旺盛，我国冷库能耗十分巨大，并且在迅猛增长，冷库对电、冷、热等能源形式均具有需求。
3.氢是清洁的二次能源，可以作为冷库未来的能源选择，但氢的储存运输成本很高。氨作为高效的储氢介质，具有高能量密度、易液化储运、安全性高和无碳排放等优势。同时，现有冷库的氨泄漏检测和应急处置系统也为氨的使用提供了良好条件。
4.现有的冷库综合能源利用方案中，包含冷库冷热联供、基于氢燃料电池的能源利用等相关技术，但是并没有发挥冷库中氨的优良使用条件，使得冷库能源综合利用水平较低。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种基于氨冷库的电冷热联供系统，用以解决现有技术中冷库能源综合利用水平低的缺陷，实现以氨为能源运输载体，综合利用氨和氢进行电、冷、热联供的经济合理方案，大幅提升冷库能源利用效率和清洁化水平的效果。
6.本实用新型提供一种基于氨冷库的电冷热联供系统，包括氢气供给管路、热泵循环系统、发电组件和第二供热回路，其中：所述氢气供给管路上依次连接有液氨供给装置、液氨气化装置、氨气分解装置、气体冷却装置、吸附纯化装置、氮氢分离装置和氢气储存装置，氮氢分离装置的氢气出口与氢气储存装置的氢气入口连通；所述热泵循环系统包括第一供热回路和制冷回路，所述第一供热回路可用于向所述液氨气化装置供热，所述制冷回路可用于向所述气体冷却装置和冷库间吸热；所述发电组件包括氢燃料电池和供电模块，所述氢燃料电池的氢气入口与所述氢气储存装置的氢气出口连通，所述氢燃料电池与所述供电模块连接，所述供电模块可向所述氮氢分离装置、所述热泵循环系统、所述第二供热回路和所述氨气分解装置供电；所述第二供热回路的一端用于向所述氢燃料电池吸热，所述第二供热回路的另一端用于向供热房间放热。
7.根据本实用新型提供的基于氨冷库的电冷热联供系统，所述热泵循环系统包括压缩机和循环泵，所述第一供热回路连接在所述压缩机的出口与所述循环泵的入口之间，所述制冷回路连接在所述压缩机的进口与所述循环泵的出口之间。
8.根据本实用新型提供的基于氨冷库的电冷热联供系统，所述第一供热回路包括第一冷凝器，所述第一冷凝器用于向环境放热。
9.根据本实用新型提供的基于氨冷库的电冷热联供系统，所述液氨气化装置设置在所述冷库间内。
10.根据本实用新型提供的基于氨冷库的电冷热联供系统，所述液氨气化装置设置在
所述冷库间的外部，所述第一供热回路还包括第二冷凝器，所述第二冷凝器与所述第一冷凝器并联，所述第二冷凝器用于向所述液氨气化装置供热。
11.根据本实用新型提供的基于氨冷库的电冷热联供系统，所述制冷回路包括第一蒸发器和所述气体冷却装置，所述气体冷却装置与所述第一蒸发器并联，所述第一蒸发器用于向所述冷库间吸热。
12.根据本实用新型提供的基于氨冷库的电冷热联供系统，所述氨气分解装置的外侧还设置有氨燃烧器，所述氨燃烧器与所述液氨供给装置连接。
13.根据本实用新型提供的基于氨冷库的电冷热联供系统，所述第一供热回路还包括第三冷凝器，所述第三冷凝器与所述第一冷凝器并联，所述第三冷凝器用于向所述供热房间内放热。
14.根据本实用新型提供的基于氨冷库的电冷热联供系统，所述第一供热回路还包括第四冷凝器，所述第四冷凝器与所述第一冷凝器并联，所述第四冷凝器用于向所述氨气分解装置放热。
15.根据本实用新型提供的基于氨冷库的电冷热联供系统，所述氨气分解装置的外侧设置有辅助加热器，所述辅助加热器与所述第二供热回路连接。
16.本实用新型提供的基于氨冷库的电冷热联供系统，使用时，所有的需电元件在初始工作时需要利用外部电源启动运行。当氨气分解装置的温度达到氨气分解要求时，液氨供给装置内的液氨进入液氨气化装置，液氨在液氨气化装置内吸热气化，热量来自第一供热回路。气化后形成的氨气在氨气分解装置内分解为氢气和氮气，然后经气体冷却装置吸热降温，冷却所需冷量由制冷回路提供。冷却后的气体在吸附纯化装置内去除残氨和水分，之后进入氮氢分离器，不可穿过膜的氮气经氮气出口排出，可穿过膜的氢气进入氢气储存装置。氢燃料电池利用氢气储存装置内的氢气发电，并将电能储存到供电模块内，当供电模块内的电量达到要求时，可将外部电源供电改为供电模块供电。燃料电池产生的热量通过第二供热回路输送到供热房间内，热泵循环系统的制冷回路还用于吸收冷库间内的热量。如此，本实用新型提供的一种基于氨冷库的电冷热联供系统，综合实现了电、冷、热联供的效果。除初始工作的时间以外，无需利用其他额外能源保障冷库的运行，实现能源的综合利用，大幅降低冷库及周边用能设备设施的二氧化碳排放。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1是本实用新型提供的基于氨冷库的电冷热联供系统实施例一的结构示意图；
19.图2是本实用新型提供的基于氨冷库的电冷热联供系统实施例二的结构示意图；
20.图3是本实用新型提供的基于氨冷库的电冷热联供系统实施例三的结构示意图；
21.图4是本实用新型提供的基于氨冷库的电冷热联供系统实施例四的结构示意图；
22.图5是本实用新型提供的基于氨冷库的电冷热联供系统实施例五的结构示意图；
23.图6是本实用新型提供的基于氨冷库的电冷热联供系统实施例六的结构示意图；
24.附图标记：
25.1、液氨储罐；2、气化器；3、分解炉；4、吸附纯化器、5、膜分离器；6、氮气出口；7、氢气储罐；8、氢燃料电池；9、供电模块；10、第二供热回路；11a、第一冷凝器；11b、第二冷凝器；11c、第一蒸发器；11d、气体冷却器；11e、第三冷凝器；11f、第四冷凝器；12、供热房间；13、冷库间；14、氨燃烧器；15、辅助加热器；16、压缩机；17、循环泵。
具体实施方式
26.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.下面结合图1-图6描述本实用新型的基于氨冷库的电冷热联供系统。
28.本实用新型提供一种基于氨冷库的电冷热联供系统，包括氢气供给管路、热泵循环系统、发电组件和第二供热回路10。
29.氢气供给管路包括依次连接的液氨供给装置、液氨气化装置、氨气分解装置、气体冷却装置、吸附纯化装置和氮氢分离装置。
30.热泵循环系统包括第一供热回路和制冷回路，第一供热回路可用于向液氨气化装置供热，制冷回路可用于向气体冷却装置和冷库间13吸热。
31.发电组件包括氢燃料电池8和供电模块9，氢燃料电池8的氢气入口与氮氢分离装置的氢气出口连通，氢燃料电池8与供电模块9连接，供电模块9可向氮氢分离装置、热泵循环系统、第二供热回路10和氨气分解装置供电。
32.第二供热回路10的一端用于向氢燃料电池8吸热，第二供热回路10的另一端用于向供热房间12放热，用于将氢燃料电池8在发电过程中产生的热量输送到供热房间12内。
33.其中，上述的液氨供给装置可以为液氨储罐1，液氨气化装置可以为气化器2，氨气分解装置可以为分解炉3，气体冷却装置可以为气体冷却器11d，吸附纯化装置可以为吸附纯化器4，氮氢分离装置可以为膜分离器5，氢气储存装置可以为氢气储罐7，供电模块9可直接供电或进行蓄电。
34.在系统初始工作时，采用外部电源为所有的需电元件进行供电，使系统启动，当冷库为固定冷库时，外部电源可以为市电，或者当冷库为移动式冷库时，例如冷库位于冷藏船上，外部电源可以为冷藏船的供电系统。分解炉3依靠电加热达到所需高温后，液氨从液氨储罐1进入气化器2气化，氨气进入分解炉3，在分解炉3内分解为氮气和氢气，之后进入气体冷却器11d进行冷却，冷却所需冷量由制冷回路提供。之后进入吸附纯化器4除去残氨和水分。进入膜分离器5后，氮气不能透过膜，最终由氮气出口6排出，氢气可透过膜，最终进入氢气储罐7，流入氢燃料电池8，产生的电能蓄积在供电模块9内。第二供热回路10为供热房间12提供热量。制冷回路还为冷库间13制冷，第一供热回路可以为液氨气化提供热量。当供电模块9的电量达到使用要求后，切断外部电源，切换为由供电模块9为分解炉3、膜分离器5、热泵循环系统提供电能的模式，同时，多余电量储存在供电模块9内。
35.本实用新型提供了一种基于氨冷库的电冷热联供系统，该系统综合实现了电、冷、
热联供。除初始工作时间以外，无需利用其他额外能源保障冷库的运行，实现能源的综合利用，大幅降低冷库及周边用能设备设施的二氧化碳排放。
36.在本实用新型的一个实施例中，上述的热泵循环系统包括压缩机16和循环泵17，第一供热回路连接在压缩机16的出口与循环泵17的入口之间，制冷回路连接在压缩机16的进口与循环泵17的出口之间。
37.其中，第一供热回路包括第一冷凝器11a，第一冷凝器11a用于将系统中产生的多余热量排放到环境中。
38.在本实用新型的一个实施例中，上述的液氨在气化器2内气化时需要吸热，因此，可以将气化器2放置到冷库间13内，当液氨气化吸热时可将冷库间13内的热量带走。
39.或者，在本实用新型的另一个实施例中，上述的气化器2可以设置在冷库间13的外部，此时可以通过第一供热回路为气化器2内的液氨气化提供热量，因此，上述的第一供热回路可以包括第二冷凝器11b，第二冷凝器11b与第一冷凝器11a并联连接，第二冷凝器11b为液氨气化提供热量。
40.在本实用新型的一个实施例中，上述的制冷回路包括并联的第一蒸发器11c和气体冷却装置，第一蒸发器11c可以设置在冷库间13内，在蒸发过程中向冷库间13吸热，将冷库间13内的热量带走。气体冷却装置设置在分解炉3的下游位置，用于对分解后的氢气和氮气进行降温冷却。
41.在本实用新型的一个实施例中，上述的氨气分解装置的外侧还可以设置氨燃烧器14，氨燃烧器14与液氨供给装置连接。在系统运行时，液氨供给装置向氨燃烧器14供给液氨，液氨燃烧为氨气分解装置提供热量。
42.在本实用新型的一个实施例中，上述的第一供热回路还可以包括第三冷凝器11e，第三冷凝器11e可以设置在供热房间12内，用于向供热房间12释放热量。
43.在本实用新型的另一个实施例中，上述的第一供热回路还可以包括第四冷凝器11f，第四冷凝器11f用于为分解炉3提供热量。
44.在本实用新型的一个实施例中，上述的分解炉3的外侧还可以设置辅助加热器15，由辅助加热器15为分解炉3提供热量，辅助加热器15连接在第二供热回路10与分解炉3之间。第二供热回路10可以为泵驱动的单相冷却回路、基于重力的两相重力热管、基于毛细抽吸力的回路热管中的一种或几种的组合。
45.以下将公开几个具体的实施例，对本实用新型提供的基于氨冷库的电冷热联供系统进行详细说明。
46.实施例一
47.参看图1，示出了第一种基于氨冷库的电冷热联供系统的结构示意图。
48.在该实施例中，氢气供给管路包括依次连接的液氨储罐1、气化器2、分解炉3、气体冷却器11d、吸附纯化器4、膜分离器5和氢气储罐7。发电组件包括氢燃料电池8和供电模块9。热泵循环系统包括并联在压缩机16的出口与循环泵17的入口之间的第一冷凝器11a和第二冷凝器11b，以及并联在压缩机16的入口与循环泵17的出口之间的第一蒸发器11c和气体冷却器11d。第一冷凝器11a暴露在环境中，第二冷凝器11b与气化器2换热连接，第一蒸发器11c设置在冷库间13内，气体冷却器11d设置在分解炉3与吸附纯化器4之间的管路上。第二供热回路10设置在氢燃料电池8与供热房间12之间。
49.在使用时，首先使用外部电源对本系统中的需电元件进行供电，使系统启动。启动后，分解炉3靠电加热达到所需温度，之后液氨从液氨储罐1进入气化器2内气化，气化后的氨气进入分解炉3，在分解炉3内分解为氮气和氢气。分解后生成的包含氮气和氢气的混合气进入气体冷却器11d进行降温。降温后的混合气进入吸附纯化器4内，将混合气内的残氨和水分等进行去除。然后氢气和氮气的混合气进入膜分离器5，在膜分离器5内，氮气不能透过膜，最后经氮气出口6排出，氢气可以透过膜，最后经氢气出口进入氢气储罐7内。
50.氢气储罐7内的氢气进入氢燃料电池8内，氢燃料电池8产生电能后储存到供电模块9内，当供电模块9内的电能储存到所需要求时，将外部电源供电切换为供电模块9供电，同时供电模块9还可以向周围需要供电的其他设备提供电能，多余电能储存在供电模块9内。
51.在工作过程中，第二冷凝器11b用于为气化器2内的液氨气化提供热量，第一冷凝器11a用于将多余热量排放到环境中。第一蒸发器11c用于吸收冷库间13内的热量，气体冷却器11d用于吸收由分解炉3排出的氮气和氢气的热量。第二供热回路10用于将氢燃料电池8运行产生的热量输送到供热房间12内。
52.其中冷库间13可以为固定式冷库，也可以为冷藏船等交通工具搭载的移动式冷库。供热房间12可以为冷库附属办公室、冷库周边建筑等相关需供热的场所。
53.实施例二
54.参看图2，示出了第二种基于氨冷库的电冷热联供系统的结构示意图。
55.该实施例与实施例一提供的基于氨冷库的电冷热联供系统的运行方式的不同之处在于，取消第二冷凝器11b，或者关闭第二冷凝器11b，气化器2不利用第二冷凝器11b提供热量，将气化器2设置在冷库间13内，液氨在气化器2内气化的过程吸热，将冷库间13内的热量吸收，为冷库间13辅助冷却。其余部分的运行方式与实施例一完全相同。
56.实施例三
57.参看图3，示出了第三种基于氨冷库的电冷热联供系统的结构示意图。
58.该实施例与实施例一提供的基于氨冷库的电冷热联供系统的运行方式的不同之处在于，取消供电模块9与分解炉3的电连接，或者切断供电模块9与分解炉3之间的电路开关。在分解炉3的外侧设置氨燃烧器14，分解炉3依靠氨燃烧器14加热达到所需温度，不利用电加热提供热量。其余部分的运行方式与实施例一完全相同。
59.实施例四
60.参看图4，示出了第四种基于氨冷库的电冷热联供系统的结构示意图。
61.该实施例与实施例一提供的基于氨冷库的电冷热联供系统的运行方式的不同之处在于，第一供热回路增加了第三冷凝器11e，第三冷凝器11e与第一冷凝器11a并联连接。将第三冷凝器11e设置在供热房间12内，通过第三冷凝器11e为供热房间12提供热量。其余部分的运行方式与实施例一完全相同。
62.实施例五
63.参看图5，示出了第五种基于氨冷库的电冷热联供系统的结构示意图。
64.该实施例与实施例一提供的基于氨冷库的电冷热联供系统的运行方式的不同之处在于，第一供热回路增加了第四冷凝器11f，第四冷凝器11f与第一冷凝器11a并联连接。将第四冷凝器11f与分解炉3连接，为分解炉3提供预热，当达到一定温度时切换为电加热。
其余部分的运行方式与实施例一完全相同。
65.实施例六
66.参看图6，示出了第六种基于氨冷库的电冷热联供系统的结构示意图。
67.该实施例与实施例一提供的基于氨冷库的电冷热联供系统的运行方式的不同之处在于，在第二供热回路10与分解炉3之间增加了辅助加热器15，辅助加热器15与分解炉3连接，为分解炉3提供预热，达到一定温度后切换为电加热。其余部分的运行方式与实施例一完全相同。
68.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。