[发明专利]一种燃料电池和空气能热水器的联合系统和方法

说明书

本发明涉及燃料电池技术领域及热水器技术领域，提供了一种燃料电池和空气能热水器的联合系统和方法。联合系统方法包括以下步骤：系统启动时，辅助电源对系统用电设备进行供电，空气能热水器的电力主要来源为辅助电源；燃料电池电堆输出趋于稳定时，此时空气能热水器的电能主要来源于燃料电池电堆，同时，冷却水通过冷却回路将燃料电池电堆反应产生的热量带走并流进保温水箱以供使用；系统关闭时，辅助电源回收燃料电池多余能量。本发明有效解决了停电时家庭热水无法正常供应问题，同时热水器用电的产生环保无污染，燃料电池的能量利用率大大提高。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域与热水器技术领域，具体涉及燃料电池和空气能热水器的联合系统和方法。

背景技术

燃料电池的应用是氢能高效利用的重要途径之一。氢燃料电池的内部反应是一个氢与氧结合生成水过程，此过程是将反应物的化学能直接转换为电能和热能，理论上转换效率可达90％以上，且不受卡诺循环效应的限制，具有很高的经济性。氢燃料电池以其适应性广、能量转换效率高、无污染、无噪音等优点作为了广大研究人员在家庭电力供应方面的研究对象，有望成为取代火力发电，成为新型清洁、高效户用发电方式。

目前的热水器领域，空气能热水器的应用已经越来越普遍，大有全面代替电热水器、燃气热水器的趋势。相对于电热水器，空气能热水器更安全，且用电量更少；相对于燃气热水器，空气能热水器更环保，且对水加热速率更快。

但是，空气能热水器在使用时需要源源不断的电力输入供应热水器相应设备正常工作。当家庭遭遇停电时，将会面临热水器的工作瘫痪，家庭成员的热水使用以及其他用电设备一时间将会暂时无法使用。而且，目前我国家庭用电50％以上还是来自于煤炭的火力发电，从根本上来讲，空气能热水器还没用达到100％环保。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种燃料电池和空气能热水器的联合系统和方法，将燃料电池与空气能热水器两个独立的子系统通过一定方式结合在一起，构成一个完整系统以解决家庭用电暂时断开而导致的热水无法正常供应问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明提供了一种燃料电池和空气能热水器的联合系统，包括燃料供给系统、氧气供给系统、水热管理系统、辅助电源系统、燃料电池电堆、电力调整系统、空气能热水器以及控制系统组成。

作为一种优选方案，燃料供给系统主要用于对燃料电池进行燃料的供给，燃料选择氢气。在氢气进入燃料电池电堆系统前，需要对氢气减压及加湿，保证氢气的压力和湿度能满足燃料电池电堆的正常工作。

作为一种优选方案，氧气供给系统主要是用于燃料电池电堆阴极侧的反应，正常情况下可采用空气作为氧气源。空气进入燃料电池电堆进行反应前，首先需对空气进行过滤除杂，然后进行减压以及加湿处理，然后才能用于燃料电池电堆的反应。

作为一种优选方案，水热管理系统主要是用于燃料电池反应时及时的降温，避免燃料电池电堆因反应温度过高引起反应效率下降以及降低燃料电池电堆寿命。冷却水通过离心泵进入预设的燃料电池冷却回路中，通过热量交换将燃料电池电堆产生的热量带走，升温后的冷却水流进保温水箱，便于后续使用。

作为一种优选方案，辅助电源系统用于联合系统初始启动时瞬时功率的供应以及联合系统关闭时燃料电池电堆的能量回收。辅助电源系统主要由蓄电池组成，蓄电池的最大输出功率应该大于联合系统所有用电设备的功率之和。由于燃料电池电堆动态响应慢，导致在联合系统启动时，燃料电池电堆的输出功率无法达到联合系统用电设备的功率需求，因此此时就需要辅助电源进行功率的补充。在联合系统关闭时，燃料电池电堆的输出功率并不是立刻减小为0的，这时候就需要蓄电池将多余的能量进行回收利用。