一种燃料电池的热电联供系统及其换热方法与流程

本发明涉及燃料电池，具体涉及一种燃料电池的热电联供系统及其换热方法。

背景技术：

1、建筑领域需要消耗大量的电能和热能，已与交通领域、工业领域并列为我国三大“耗能大户”。利用氢燃料电池纯发电效率仅约为50％，而通过热电联产方式的综合效率可达85％——氢燃料电池在为建筑发电的同时，余热可回收用于供暖和热水。与传统的火力发电相比，总效率提高了近2倍左右。由于应用场景的要求，热电联供系统均在几百千瓦到几千兆瓦级的系统。现有燃料电池的热电联供系统都是单独的个体，非标准化商品，另一方面热电联供系统就需要考虑系统中的设备如何布局。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种燃料电池的热电联供系统，包括箱体，所述箱体连接外部的冷却装置，所述箱体用于安装所述燃料电池模块和换热模块；

2、换热模块，当所述燃料电池模块外部存在待交换的热量时，进入第一工作模式，断开与所述冷却装置的连接，并燃料电池模块通过换热模块与外部热源进行换热；当所述燃料电池模块外部无待交换的热量时，进入第二工作模式，断开与外部热源连接，维持燃料电池模块工作的环境温度；当燃料电池系统工作的环境温度低于一预设值时，从第一工作模式或第二工作模式切换，进入第三工作模式，使所述燃料电池模块进入正常冷启动。

3、优选的：换热模块连接第一水路，第一水路包括第一进水口、第二进水口、第一出水口和第二出水口。

4、优选的：所述第一进水口和第二进水口通过管路和三通开关阀连接板换，所述第一进水口连接外部冷却塔的出水口，所述第一出水口连接外部冷却塔的进水口。

5、优选的：所述第一出水口和第二出水口通过管路和三通开关阀连接板换，所述第二进水口连接预热处理系统的出水口，所述第二出水口连接预热处理系统的进水口。

6、优选的：所述换热模块还连接第二水路，第二水路包括第三进水口和第三出水口，第三进水口和第三出水口连接外部的所述冷却装置，用于余热利用。

7、优选的：还包括支架，支架用于输送和安装燃料电池模块，支架包括安装支架和输送支架，输送支架用于将所述燃料电池模块输送至所述安装支架；

8、所述安装支架上至少设置有四个安装导轨，且每两个安装导轨组成一组，每组安装导轨沿着安装支架自下向上纵向排列设置；

9、所述输送支架上至少设置有四个输送导轨，且每两个输送导轨组成一组，每组输送导轨沿着输送支架自下向上纵向排列设置。

10、优选的：所述安装支架下方设置有第一通道，支架上方设置有第二通道，第二通道上方设置有散热模块，用于对箱体内部散热，第二通道和支架之间设置有空滤模块。

11、优选的：所述箱体内还设置有第一通道和第二通道，第一通道用于布置进出水管和高压线束，第二通道用于布置辅散管路、排氢管和低压线束。

12、优选的：所述箱体内设置有管路模块，管路模块将燃料电池模块、换热模块和冷却装置连接，管路模块的管路之间采用快装卡盘连接。

13、一种燃料电池的热电联供系统的换热方法，包括以下步骤：

14、s1、检测燃料电池模块外部存在待交换的热量时，进入第一工作模式，断开与冷却装置的连接，并燃料电池模块通过换热模块与外部热源进行换热，用于余热利用；

15、s2、检测燃料电池模块外部无待交换的热量时，进入第二工作模式，断开与外部热源连接，维持燃料电池模块工作的环境温度；

16、s3、检测燃料电池系统工作的环境温度低于一预设值时，从第一工作模式或第二工作模式切换，进入第三工作模式，预热处理系统对燃料电池模块预热，使燃料电池模块进入正常冷启动。

17、本发明的技术效果和优点：

18、1、本发明中，热电联供系统的结构布置标准化设计，实现产品的标准化，进而满足终端市场的要求，可以缩短市场拓展应用的周期，并且规模化应用后能够降低成本。

19、2、本发明中，热电联系统中过道及安装支架的设计，满足出现问题后灵活的维修状态，将燃料电池模块采用叠加的方式安装在支架上，能避免多个燃料电池模块沿水平方向安装占用较大的空间，进而能减小箱体的尺寸，将易损耗部件设置于过道的进口处，方便对易损耗部件和燃料电池模块的维修。

20、3、本发明的热电联系统中，换热模块中不仅可以实现余热利用，还可以连接预热处理系统，经过预热处理的温度较高的防冻液进入热电联系统中，使得热电联系统能够较快的达到工作的环境温度，提升热电联系统的低温启动性能。

技术特征：

1.一种燃料电池的热电联供系统，包括箱体，其特征在于，所述箱体连接外部的冷却装置，所述箱体用于安装所述燃料电池模块和换热模块；

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池的热电联供系统，其特征在于，换热模块连接第一水路，第一水路包括第一进水口、第二进水口、第一出水口和第二出水口。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池的热电联供系统，其特征在于，所述第一进水口和第二进水口通过管路和三通开关阀连接板换，所述第一进水口连接外部冷却塔的出水口，所述第一出水口连接外部冷却塔的进水口。

4.根据权利要求2所述的一种燃料电池的热电联供系统，其特征在于，所述第一出水口和第二出水口通过管路和三通开关阀连接板换，所述第二进水口连接预热处理系统的出水口，所述第二出水口连接预热处理系统的进水口。

5.根据权利要求2所述的一种燃料电池的热电联供系统，其特征在于，所述换热模块还连接第二水路，第二水路包括第三进水口和第三出水口，第三进水口和第三出水口连接外部的所述冷却装置，用于余热利用。

6.根据权利要求1所述的一种燃料电池的热电联供系统，其特征在于，还包括支架，支架用于输送和安装燃料电池模块，支架包括安装支架和输送支架，输送支架用于将所述燃料电池模块输送至所述安装支架；

7.根据权利要求6所述的一种燃料电池的热电联供系统，其特征在于，所述安装支架下方设置有第一通道，支架上方设置有第二通道，第二通道上方设置有散热模块，用于对箱体内部散热，第二通道和支架之间设置有空滤模块。

8.根据权利要求1所述的一种燃料电池的热电联供系统，其特征在于，所述箱体内还设置有第一通道和第二通道，第一通道用于布置进出水管和高压线束，第二通道用于布置辅散管路、排氢管和低压线束。

9.根据权利要求8所述的一种燃料电池的热电联供系统，其特征在于，所述箱体内设置有管路模块，管路模块将燃料电池模块、换热模块和冷却装置连接，管路模块的管路之间采用快装卡盘连接。

10.一种燃料电池的热电联供系统的换热方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种燃料电池的热电联供系统及其换热方法，包括箱体，箱体连接外部的冷却装置，换热模块，当燃料电池模块外部存在待交换的热量时，进入第一工作模式，断开与冷却装置的连接，并燃料电池模块通过换热模块与外部热源进行换热；当燃料电池模块外部无待交换的热量时，进入第二工作模式，断开与外部热源连接，维持燃料电池模块工作的环境温度；当燃料电池系统工作的环境温度低于一预设值时，从第一工作模式或第二工作模式切换，进入第三工作模式，使所述燃料电池模块进入正常冷启动，热电联供系统的结构布置标准化设计，实现产品的标准化，可以缩短市场拓展应用的周期，并且规模化应用后能够降低成本。

技术研发人员：马宏,鹿亚梅,白光金,董志亮,方川,张国强
受保护的技术使用者：北京亿华通科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/22