[发明专利]热水供给系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种热水供给系统及方法，特别是涉及一种由燃料电池以及蒸气压缩式热泵构成的热水供给系统及方法。

背景技术

随着全球能源价格的高涨和生态环境问题的日益凸显，以高效清洁为特征的新能源技术成为了世界各国竞相投入的研发领域。氢源系统新技术可将生物质能和化石能源清洁高效地转化为氢能，而与之集成的燃料电池则可将氢能清洁高效地转化为电能并副产热能。可见，氢能及燃料电池将成为多样的一次能源与多样的终端能源之间的一座新桥梁。

氢气是一种二次能源，由各种一次能源转换而来。在诸多氢气制造途径之中，由于天然气等碳氢化合物价格较低，因而碳氢化合物重整制氢被认为是今后相当一段时间里最为经济可行的选择。

现有的蒸气压缩式热泵循环技术作为热水供给装置具有高效清洁的优势。但是，蒸气压缩式热泵循环技术的热水供给系统的供热系数(COP)、即能量效率受蒸发器工作温度，即热源温度和冷凝器工作温度，也即热水温度的影响很大。对于空气源热泵来说，随着冬季气温下降，热泵循环的蒸发器工作温度随之下降，从而引起热泵系统COP即能量效率降低。

此外，现有的蒸气压缩式热泵循环技术的压缩机是使用电网电力驱动的，因而其一次能源效率还受到电网用户端发电效率的制约。当压缩机采用调频控制时，由于需将电网的交流电力整流为直流电力，因而还会有整流损失。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有的热水供给系统存在的缺陷，而提供一种集成燃料电池发电技术和蒸气压缩式热泵循环技术的热水供给系统及方法，所要解决的技术问题是提高热水供给系统的一次能源效率和供热系数，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种热水供给系统，其包括：燃料电池发电子系统，用于发电并副产热；以及蒸气压缩式热泵循环子系统，其以上述燃料电池发电子系统所发电力为动力对原料水进行一次加热；以上述燃料电池发电子系统产生的副产热对经过蒸气压缩式热泵循环子系统加热过的一次热水进行二次加热。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，前述的热水供给系统的一个实施例，其中所述燃料电池发电子系统包括：重整制氢装置，用于制备氢气；燃料电池，以上述重整制氢装置制备的氢气为原料，产生直流电并副产热；以及循环泵和换热装置，用于将上述的副产热循环并进行热交换。

优选的，前述的热水供给系统的一个实施例，其中所述蒸气压缩式热泵循环子系统包括压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器，其中的冷凝器的热水侧出口连接至所述换热装置的热水侧入口；所述压缩机由直流电机驱动，所述直流电机以燃料电池所发的直流电为动力。

优选的，前述的热水供给系统的一个实施例，其中所述的蒸发器是以水或者空气作为热源。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种热水供给方法，包括：由燃料电池发电子系统产生直流电并副产热；将上述的直流电提供给蒸汽压缩式热泵循环子系统，对原料水进行一次加热。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，前述的热水供给方法的一个实施例，其还包括以上述燃料电池发电子系统产生的副产热对经过蒸气压缩式热泵循环子系统加热过的一次热水进行二次加热。

优选的，前述的热水供给方法的一个实施例，其中所述的燃料电池发电子系统以氢气为燃料电池的原料。

优选的，前述的热水供给方法的一个实施例，其还包括以碳氢化合物为原料进行重整反应，制备所述的氢气。

优选的，前述的热水供给方法的一个实施例，其中所述的蒸汽压缩式热泵循环子系统以水作为热源。

优选的，前述的热水供给方法的一个实施例，其中所述的作为热源的水与原料水的流量之比为5～50。

借由上述技术方案，本发明热水供给系统及方法至少具有下列优点：

1、本发明的实施例通过将燃料电池子系统所产的直流电和副产热有效地用于蒸气压缩式热泵循环子系统，显著提高了热水供给系统的能量效率。

2、与现有的锅炉燃烧式热水系统相比较，在相同原料和供热能力的条件下，本发明的热水系统具有清洁高效的显著优势。

3、本发明的热水系统供热系数也显著高于以电网电力为动力的现有蒸气压缩式热泵循环热水系统的供热系数。

综上所述，本发明特殊结构的热水供给系统及方法，其具有上述诸多的优点及实用价值，从而更加适于实用。