一种燃料电池热电联供系统

摘要

本发明属于热电联供技术领域，公开了一种燃料电池热电联供系统，包括燃料电池、换热器、第一管路、水箱本体、第二管路、第三管路、浮漂和供水管路。第一管路连通冷却系统的出液口和进液口，且穿过换热器。水箱本体内设置有储水腔，水箱本体上设置有换热出水口和换热进水口，换热出水口设置于水箱本体的下部，换热进水口设置于水箱本体的上部。第二管路连通换热出水口和换热进水口，且穿过换热器。第三管路设置于储水腔内，第三管路一端与换热进水口连通，另一端与储水腔连通。浮漂设置于第三管路与储水腔连通的一端，浮漂漂浮于储水腔的水面上。供水管路一端与第二管路位于换热进水口与换热器之间的部分或第三管路连通，另一端向用户供水。

权利要求

1.一种燃料电池热电联供系统，其特征在于，包括：

燃料电池（1），其内设置有冷却系统；

换热器（2）；

第一管路（3），其连通所述冷却系统的出液口（11）和进液口（12），且穿过所述换热器（2），所述第一管路（3）上设置有第一水泵（31）；

水箱本体（4），其内设置有储水腔（41），所述水箱本体（4）上设置有换热出水口（42）和换热进水口（43），所述换热出水口（42）设置于所述水箱本体（4）的下部，所述换热进水口（43）设置于所述水箱本体（4）的上部；

第二管路（5），其连通所述换热出水口（42）和所述换热进水口（43），且穿过所述换热器（2），所述第二管路（5）上设置有第二水泵（51）；

第三管路（6），其设置于所述储水腔（41）内，所述第三管路（6）一端与所述换热进水口（43）连通，另一端与所述储水腔（41）连通；

浮漂（7），其设置于所述第三管路（6）与所述储水腔（41）连通的一端，所述浮漂（7）漂浮于所述储水腔（41）的水面上，所述浮漂（7）能够带动所述第三管路（6）与所述储水腔（41）连通的一端随所述储水腔（41）的液位变化上下浮动；

供水管路（8），其一端与所述第二管路（5）位于所述换热进水口（43）与所述换热器（2）之间的部分或所述第三管路（6）连通，另一端向用户供水。

2.根据权利要求1所述的燃料电池热电联供系统，其特征在于，所述第三管路（6）包括：第一连接管（61），其一端与所述换热进水口（43）连通，所述浮漂（7）设置于所述第一连接管（61）另一端，所述第一连接管（61）为软管；

第一管接（62），其上设置有第一端口（621）、第二端口（622）和第三端口（623），所述第二端口（622）和所述第三端口（623）对称设置于所述第一管接（62）的两侧，所述第一端口（621）设置于所述第一管接（62）的顶端，且所述第二端口（622）与所述第三端口（623）的轴线与所述第一端口（621）的轴线垂直设置，所述第一端口（621）与所述第一连接管（61）远离所述换热进水口（43）的一端连通，所述第二端口（622）和所述第三端口（623）连通所述第三管路（6）与所述储水腔（41）。

3.根据权利要求2所述的燃料电池热电联供系统，其特征在于，所述浮漂（7）为半球形，所述浮漂（7）的球面（71）朝上底面（72）朝下漂浮于所述储水腔（41）的水面上。

4.根据权利要求3所述的燃料电池热电联供系统，其特征在于，所述浮漂（7）上设置有沿所述浮漂（7）的径向延伸且垂直于所述底面（72）的连接孔，所述第一连接管（61）穿过所述连接孔。

5.根据权利要求4所述的燃料电池热电联供系统，其特征在于，所述浮漂（7）与所述第一管接（62）的顶端固连，所述第一端口（621）与所述连接孔同轴设置。

6.根据权利要求2‑5任一项所述的燃料电池热电联供系统，其特征在于，所述供水管路（8）包括：第二连接管（81），其设置于所述储水腔（41）内，所述第一管接（62）的底端设置有第四端口（624），所述第四端口（624）与所述第一端口（621）同轴设置，所述水箱本体（4）上还设置有供水口（44），所述第二连接管（81）一端与所述第四端口（624）连通，另一端与所述供水口（44）连通，所述第二连接管（81）为软管；

第三连接管（82），其一端与所述供水口（44）连通，另一端向用户供水。

7.根据权利要求2‑5任一项所述的燃料电池热电联供系统，其特征在于，所述第二管路（5）位于所述换热进水口（43）与所述换热器（2）之间的部分上设置有第二管接（52），所述供水管路（8）一端通过所述第二管接（52）与所述第二管路（5）连通，另一端向用户供水。

8.根据权利要求1所述的燃料电池热电联供系统，其特征在于，所述水箱本体（4）上还设置有补水口（45），所述补水口（45）设置于所述水箱本体（4）的下部，用于向所述储水腔（41）内补水。

9.根据权利要求1所述的燃料电池热电联供系统，其特征在于，所述水箱本体（4）上设置有保温层。

10.根据权利要求1所述的燃料电池热电联供系统，其特征在于，所述第一水泵（31）设置于所述第一管路（3）位于所述出液口（11）与所述换热器（2）之间的部分上，所述第二水泵（51）设置于所述第二管路（5）位于所述换热出水口（42）与所述换热器（2）之间的部分上。

说明书

一种燃料电池热电联供系统

技术领域

[0001] 本发明涉及热电联供技术领域，尤其涉及一种燃料电池热电联供系统。

背景技术

[0002] 氢燃料电池热电联供系统是一种高效的氢能利用系统，可以为用户同时提供电能和热能。余热回收系统主要负责其中热量的管理，由于热量主要以水为载体进行交换、储存和传递，因此余热回收系统通常配备储热水箱来储存热水，储热水箱和其中的水为燃料电池提供冷却，消纳吸收燃料电池释放的热量，并且储存热量，以热水的形式按需向用户供热供暖。现有的燃料电池热电联供系统，燃料电池产生的热量通过换热器传输至储热水箱中，高温热水从水箱上部流入水箱，与水箱内的水混合，冷却水从水箱下部流出，进入换热器换热，用户需要使用热水时，从水箱底部向用户供水，供水温度较低，影响用户的用热体验。

[0003] 因此，亟需一种燃料电池热电联供系统，以解决上述问题。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种燃料电池热电联供系统，提高供水温度，提高用户的用热体验。

[0005] 为达此目的，本发明采用以下技术方案：

[0006] 一种燃料电池热电联供系统，包括：

[0007] 燃料电池，其内设置有冷却系统；

[0008] 换热器；

[0009] 第一管路，其连通所述冷却系统的出液口和进液口，且穿过所述换热器，所述第一管路上设置有第一水泵；

[0010] 水箱本体，其内设置有储水腔，所述水箱本体上设置有换热出水口和换热进水口，所述换热出水口设置于所述水箱本体的下部，所述换热进水口设置于所述水箱本体的上部；

[0011] 第二管路，其连通所述换热出水口和所述换热进水口，且穿过所述换热器，所述第二管路上设置有第二水泵；

[0012] 第三管路，其设置于所述储水腔内，所述第三管路一端与所述换热进水口连通，另一端与所述储水腔连通；

[0013] 浮漂，其设置于所述第三管路与所述储水腔连通的一端，所述浮漂漂浮于所述储水腔的水面上，所述浮漂能够带动所述第三管路与所述储水腔连通的一端随所述储水腔的液位变化上下浮动；

[0014] 供水管路，其一端与所述第二管路位于所述换热进水口与所述换热器之间的部分或所述第三管路连通，另一端向用户供水。

[0015] 作为优选，所述第三管路包括：

[0016] 第一连接管，其一端与所述换热进水口连通，所述浮漂设置于所述第一连接管另一端，所述第一连接管为软管；

[0017] 第一管接，其上设置有第一端口、第二端口和第三端口，所述第二端口和所述第三端口对称设置于所述第一管接的两侧，所述第一端口设置于所述第一管接的顶端，且所述第二端口与所述第三端口的轴线与所述第一端口的轴线垂直设置，所述第一端口与所述第一连接管远离所述换热进水口的一端连通，所述第二端口和所述第三端口连通所述第三管路与所述储水腔。

[0018] 作为优选，所述浮漂为半球形，所述浮漂的球面朝上底面朝下漂浮于所述储水腔的水面上。

[0019] 作为优选，所述浮漂上设置有沿所述浮漂的径向延伸且垂直于所述底面的连接孔，所述第一连接管穿过所述连接孔。

[0020] 作为优选，所述浮漂与所述第一管接的顶端固连，所述第一端口与所述连接孔同轴设置。

[0021] 作为优选，所述供水管路包括：

[0022] 第二连接管，其设置于所述储水腔内，所述第一管接的底端设置有第四端口，所述第四端口与所述第一端口同轴设置，所述水箱本体上还设置有供水口，所述第二连接管一端与所述第四端口连通，另一端与所述供水口连通，所述第二连接管为软管；

[0023] 第三连接管，其一端与所述供水口连通，另一端向用户供水。

[0024] 作为优选，所述第二管路位于所述换热进水口与所述换热器之间的部分上设置有第二管接，所述供水管路一端通过所述第二管接与所述第二管路连通，另一端向用户供水。

[0025] 作为优选，所述水箱本体上还设置有补水口，所述补水口设置于所述水箱本体的下部，用于向所述储水腔内补水。

[0026] 作为优选，所述水箱本体上设置有保温层。

[0027] 作为优选，所述第一水泵设置于所述第一管路位于所述出液口与所述换热器之间的部分上，所述第二水泵设置于所述第二管路位于所述换热出水口与所述换热器之间的部分上。

[0028] 本发明的有益效果：

[0029] 本发明的燃料电池热电联供系统，在进行换热时，燃料电池的冷却系统内的冷却液在第一水泵的驱动下，由出液口流向换热器，水箱本体的储水腔内的水在第二水泵的驱动下经换热出水口流向换热器，水和冷却液在换热器内换热，冷却后的冷却液由换热器流向进液口，加热后的高温水经换热进水口进入第三管路，并经第三管路进入水箱本体的储水腔。浮漂设置于第三管路与储水腔连通的一端，漂浮于水面上的浮漂带动第三管路与储水腔连通的一端随储水腔的液位变化上下浮动，从而使第三管路与储水腔连通的一端始终处于储水腔内的水体的上层，由于水的密度随温度的升高而减小，经换热器加热后的水经第二端口和第三端口进入储水腔后停留在储水腔内水体的上层，从而维持水体上层温度高下层温度低的分层水温。换热出水口设置于水箱本体的下部，经换热出水口流向换热器的水均为水体下层的低温水，低温水具有更好的吸热效果，能够更好的吸收第一管路内的冷却液的热量，提高对燃料电池的冷却效果。而用于向用户供水的供水管路与第二管路位于换热进水口与换热器之间的部分或第三管路连通，从而使经供水管路向用户提供的水为位于水体上层的高温水，或是经换热器加热后还未进入储水腔内水体的高温水，进而有效提高供水温度，改善用户的用热体验。并且，上层温度高下层温度低的水体在水体下层温度相同的情况下能够储存更多热量。

附图说明

[0030] 图1是本发明实施例一提供的燃料电池热电联供系统的结构示意图；

[0031] 图2是图1中A处的放大图；

[0032] 图3是本发明实施例二提供的燃料电池热电联供系统的结构示意图；

[0033] 图4是图3中B处的放大图。

[0034] 图中：

[0035] 1、燃料电池；11、出液口；12、进液口；

[0036] 2、换热器；

[0037] 3、第一管路；31、第一水泵；

[0038] 4、水箱本体；41、储水腔；42、换热出水口；43、换热进水口；44、供水口；45、补水口；

[0039] 5、第二管路；51、第二水泵；52、第二管接；

[0040] 6、第三管路；61、第一连接管；62、第一管接；621、第一端口；622、第二端口；623、第三端口；624、第四端口；

[0041] 7、浮漂；71、球面；72、底面；

[0042] 8、供水管路；81、第二连接管；82、第三连接管。

具体实施方式

[0043] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

[0044] 在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0045] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

[0046] 在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

[0047] 实施例一

[0048] 如图1和图2所示，本实施例提供一种燃料电池热电联供系统，包括燃料电池1、换热器2、第一管路3、水箱本体4、第二管路5、第三管路6、浮漂7和供水管路8。燃料电池1内设置有冷却系统。第一管路3连通冷却系统的出液口11和进液口12，且穿过换热器2，第一管路3上设置有第一水泵31。水箱本体4内设置有储水腔41，水箱本体4上设置有换热出水口42和换热进水口43，换热出水口42设置于水箱本体4的下部，换热进水口43设置于水箱本体4的上部。第二管路5连通换热出水口42和换热进水口43，且穿过换热器2，第二管路5上设置有第二水泵51。第三管路6设置于储水腔41内，第三管路6一端与换热进水口43连通，另一端与储水腔41连通。浮漂7设置于第三管路6与储水腔41连通的一端，浮漂7漂浮于储水腔41的水面上，浮漂7能够带动第三管路6与储水腔41连通的一端随储水腔41的液位变化上下浮动。
供水管路8一端与第二管路5位于换热进水口43与换热器2之间的部分或第三管路6连通，另一端向用户供水。

[0049] 本实施例提供的燃料电池热电联供系统，在进行换热时，燃料电池1的冷却系统内的冷却液在第一水泵31的驱动下，由出液口11流向换热器2，水箱本体4的储水腔41内的水在第二水泵51的驱动下经换热出水口42流向换热器2，水和冷却液在换热器2内换热，冷却后的冷却液由换热器2流向进液口12，加热后的高温水经换热进水口43进入第三管路6，并经第三管路6进入水箱本体4的储水腔41。浮漂7设置于第三管路6与储水腔41连通的一端，漂浮于水面上的浮漂7带动第三管路6与储水腔41连通的一端随储水腔41的液位变化上下浮动，从而使第三管路6与储水腔41连通的一端始终处于储水腔41内的水体的上层，由于水的密度随温度的升高而减小，经换热器2加热后的高温水经第二端口622和第三端口623进入储水腔41后停留在储水腔41内水体的上层，从而维持水体上层温度高下层温度低的分层水温。换热出水口42设置于水箱本体4的下部，经换热出水口42流向换热器2的水均为水体下层的低温水，低温水具有更好的吸热效果，能够更好的吸收第一管路3内的冷却液的热量，提高对燃料电池1的冷却效果。而用于向用户供水的供水管路8与第二管路5位于换热进水口43与换热器2之间的部分或第三管路6连通，从而使经供水管路8向用户提供的水为位于水体上层的高温水，或是经换热器2加热后还未进入储水腔41内水体的高温水，进而有效提高供水温度，改善用户的用热体验。并且，相比上层温度和下层温度基本相同的水体，上层温度高下层温度低的水体在水体下层温度相同的情况下能够储存更多热量。

[0050] 可选地，如图1和图2所示，第三管路6包括第一连接管61和第一管接62。第一连接管61一端与换热进水口43连通，浮漂7设置于第一连接管61另一端，第一连接管61为软管，使浮漂7能够带动第一连接管61与储水腔41连通的一端随储水腔41的液位变化上下浮动。第一管接62上设置有第一端口621、第二端口622和第三端口623，第二端口622和第三端口
623对称设置于第一管接62的两侧，第一端口621设置于第一管接62的顶端，且第二端口622与第三端口623的轴线与第一端口621的轴线垂直设置，第一端口621与第一连接管61远离换热进水口43的一端连通，第二端口622和第三端口623连通第三管路6与储水腔41。第一管接62的第一端口621、第二端口622和第三端口623的这种设置方式，使第一连接管61与第一端口621连通后，第一管接62的重心沿第一端口621的轴线，从而使第二端口622和第三端口
623能够保持水平，在经换热器2加热后的高温水通过第二端口622和第三端口623流入储水腔41内的水体时，水流保持水平，从而降低水流对水体沿竖直方向的扰动，避免高温水进入水体时对水体竖直方向扰动过大而导致水体内上层高温水和下层低温水混合。

[0051] 进一步地，如图1和图2所示，浮漂7为半球形，浮漂7的球面71朝上底面72朝下漂浮于储水腔41的水面上，使浮漂7能够稳定漂浮于水面上，降低浮漂7的晃动，从而降低浮漂7晃动对第一管接62的影响，进而降低对经第二端口622和第三端口623流入储水腔41内的水流的扰动。

[0052] 进一步地，如图1和图2所示，浮漂7上设置有沿浮漂7的径向延伸且垂直于底面72的连接孔，第一连接管61穿过连接孔，以使第一管接62的重力作用于浮漂7的中心，从而实现浮漂7球面71朝上底面72朝下漂浮于储水腔41的水面上。

[0053] 进一步地，浮漂7与第一管接62的顶端固连，第一端口621与连接孔同轴设置。从而使浮漂7与第一管接62形成类似于倒置的不倒翁的结构，浮漂7与第一管接62构成的这一倒置的不倒翁结构重心靠下，避免某些极端情况下浮漂7倾倒导致第一管接62悬空的情况出现。

[0054] 在本实施例中，如图1所示，供水管路8包括第二连接管81和第三连接管82。第二连接管81设置于储水腔41内，第一管接62的底端设置有第四端口624，第四端口624与第一端口621同轴设置，水箱本体4上还设置有供水口44，第二连接管81一端与第四端口624连通，另一端与供水口44连通。第二连接管81为软管，避免第二连接管81影响浮漂7随储水腔41的液位变化上下浮动。第四端口624设置于第一管接62的底端，且与第一端口621同轴，从而使第二连接管81重力能够作用于浮漂7的中心，避免由于第二连接管81的作用而导致第二端口622和第三端口623发生倾斜。第三连接管82一端与供水口44连通，另一端向用户供水。

[0055] 具体地，在本实施例中，第一管接62为相邻两个端口夹角为90°的四通管接，并且第一管接62的重心位于四个端口轴线的交点处，第一端口621与浮漂7之间、第一端口621与第一连接管61之间以及第四端口624与第二连接管81之间均固定连接。

[0056] 可选地，如图1所示，水箱本体4上还设置有补水口45，补水口45设置于水箱本体4的下部，用于向储水腔41内补水。

[0057] 可选地，水箱本体4上设置有保温层，使水箱本体4具有保温效果，在燃料电池1不工作时，储水腔41内的水也能够在较长时间内保持较高的温度，提高用户的用热体验。

[0058] 可选地，如图1所示，第一水泵31设置于第一管路3位于出液口11与换热器2之间的部分上，使第一水泵31靠近燃料电池1的出液口11，提高第一水泵31的泵液效果，降低第一水泵31的能耗。第二水泵51设置于第二管路5位于换热出水口42与换热器2之间的部分上，使第二水泵51靠近水箱本体4的换热出水口42，提高第二水泵51的泵水效果，降低第二水泵51的能耗。

[0059] 本实施例提供的燃料电池热电联供系统，在供水管路8有供水需求时，由换热进水口43流至第一端口621的高温水在重力作用下优先经第四端口624和第二连接管81流向供水口44，从而提高供水温度。当由换热进水口43流至第一端口621的高温水流量大于供水管路8的供水需要时，多余的高温水经第二端口622和第三端口623流入储水腔41的水体的上层。当供水管路8无供水需要时，由换热进水口43流至第一端口621的高温水全部经第二端口622和第三端口623流入储水腔41的水体的上层。当由换热进水口43流至第一端口621的高温水无法满足供水管路8的供水需要时，水体上层的高温水经第二端口622和第三端口623进入第一管接62，并经第二连接管81流向供水口44。当供水管路8有供水需求，而换热进水口43无高温水流入时，供水管路8的供水需求完全由储水腔41水体上层的高温水供应。

[0060] 实施例二

[0061] 如图3和图4所示，本实施例提供一种燃料电池热电联供系统，其与实施例一中的燃料电池热电联供系统基本相同，不同之处在于，本实施例中的燃料电池热电联供系统，第一管接62为三通管接，也即是第一管接62上只设置有第一端口621、第二端口622和第三端口623，第二管路5位于换热进水口43与换热器2之间的部分上设置有第二管接52，供水管路8一端通过第二管接52与第二管路5连通，另一端向用户供水。

[0062] 本实施例提供的燃料电池热电联供系统，在供水管路8有供水需求时，经换热器2加热后流至第二管接52的高温水优先经供水管路8向用户供水，从而提高供水温度。当经换热器2加热后流至第二管接52的高温水流量大于供水管路8的供水需要时，多余的高温水经第三管路6上的第二端口622和第三端口623流入储水腔41的水体的上层。当供水管路8无供水需要时，经换热器2加热后流至第二管接52的高温水全部经第二端口622和第三端口623流入储水腔41的水体的上层。当经换热器2加热后流至第二管接52的高温水无法满足供水管路8的供水需要时，水体上层的高温水经第二端口622和第三端口623进入第一管接62，并经第一连接管61流向第二管接52，进而补充经换热器2加热后流至第二管接52的高温水的不足。当供水管路8有供水需求，而无经换热器2加热后流至第二管接52的高温水时，供水管路8的供水需求完全由储水腔41水体上层的高温水供应。相比实施例一中的燃料电池热电联供系统，本实施例中的燃料电池热电联供系统省去了供水管路8中位于水箱本体4内的部分，节省了成本。

[0063] 显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。