[发明专利]液冷燃料电池热电联产系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种液冷燃料电池热电联产系统及其控制方法，属于液冷燃料电池热电联产技术领域。液冷燃料电池热电联产系统通过储热装置、流量分配装置、第一动力装置、换热装置、电堆及第二动力装置形成三条液路，分别为换热液路、第一液路和第二液路；其中，控制模块通过流量分配装置调节具有不同水温的第一液路和第二液路中的储热水以控制换热液路中冷却液的入堆温度。本发明相对于通过控制第一循环泵的转速调控入堆温度具有更高的精准度和稳定性，并且液冷燃料电池热电联产系统也具有更高的可靠性。

技术领域

本发明涉及液冷燃料电池热电联产技术领域，尤其涉及一种液冷燃料电池热电联产系统及其控制方法。

背景技术

液冷燃料电池热电联产系统包括燃料电池子系统、储热子系统，燃料电池子系统发电的同时产生热量，储热子系统与燃料电池进行热交换，从而对燃料电池子系统的热量回收利用。

其中，燃料电池子系统通过电堆发电并生热，冷却液对电堆进行降温，并将热量带出电堆；储热子系统包括具有储热水的水箱，储热水在储热子系统中循环并与冷却液换热；储热水从储热子系统的冷端的出发，换热后进入储热装置的热端。

将燃料电池子系统的工作温度维持在额定值有利于稳定输出功率，保持较高的发电效率和耐久性，这就要求冷却液循环入电堆时的入堆温度尽可能保持恒定。

现有的液冷燃料电池热电联产系统中，通过控制储热子系统的储热水流量来调节冷却液的散热量以实现所述入堆温度恒定，这种流量控制利用闭环控制策略来控制储热子系统中的储热水循环水泵转速或者改变串联于储热子系统的管路中的电动阀门开度来完成。但是该技术存至少存在以下问题：

(1)储热水经换热器加热后的温度受流速影响较大，尤其在换热器换热面积设计余量较小时，受制于传热速率，相同热负荷下高初温高流速的储热水相比低初温低流速的储热水在换热后所达到的终温要明显低数度，即储热子系统中经由换热器换热前后的温度浮动较大，不利于精确控制储热装置热端的输出水温，进而降低热水取用(如洗浴、采暖)的使用效果；

(2)在上述(1)的基础上，为使所述入堆温度稳定，储热水流量控制需要十分精细，对储热水循环水泵的转速和电动阀门开度的控制精度和控制范围要求很高，不利于保证系统的可靠性；

(3)在换热水初温频繁变化的情况下(如具有自动补水设计的储热子系统在用户频繁消耗热水时)，储热水循环水泵需频繁改变转速，管道压力随之频繁变化，从而导致系统的可靠性降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服上述缺陷，而提供一种对储热水和入堆温度的调控精度高、系统稳定性好且可靠性高的液冷燃料电池热电联产系统及其控制方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

一种液冷燃料电池热电联产系统，其特点在于，包括控制模块、储热装置、流量分配装置、第一动力装置、换热装置、电堆及第二动力装置；所述储热装置容置有储热水，并包括冷端和热端；所述流量分配装置包括第一流量分配口、第二流量分配口及第三流量分配口，所述换热器包括第一导通口和第二导通口；

所述流量分配装置的第三流量分配口、所述第一动力装置、所述换热装置的第一导通口、所述换热装置的第二导通口及所述流量分配装置的第一流量分配口顺次连通形成供储热水循环的第一液路；

所述储热装置的冷端、所述流量分配装置的第二流量分配口、所述流量分配装置的第三流量分配口、所述第一动力装置、所述换热装置的第一导通口、所述换热装置的第二导通口及所述储热装置的热端顺次连通形成第二液路；

所述电堆的出堆口、所述第二动力装置、所述换热装置及所述电堆的入堆口顺次连通形成供电堆中的冷却液循环的换热液路；