[实用新型]一种质子交换膜燃料电池冷热电联供系统

说明书

本实用新型涉及一种质子交换膜燃料电池冷热电联供系统，包括热管理模块，包括用于调节燃料电池冷却液的入口温度的冷却液温控模块和用于调节燃料电池冷却液的出口温度、回收冷却液余热并供给供热模块的换热器；供热模块，包括第一水箱，其与换热器连接，用于储存冷却液的余热并供给用户负载；供冷模块，包括第二水箱、有机朗肯循环系统以及蒸汽压缩制冷循环系统；第二水箱用于回收燃料电池乏气的余热并通过管路分别供给有机朗肯循环系统的第一蒸发器及用户负载；换热器还与第一蒸发器连接，利用余热驱动有机朗肯循环系统；以及控制系统，用于根据冷却液进、出口温度及用户负载情况控制各模块运行。利用燃料电池两种热源互补，实现能量梯级利用。

技术领域

本实用新型涉及冷热电联供技术领域，尤其是一种质子交换膜燃料电池冷热电联供系统。

背景技术

低温质子交换膜燃料电池的最佳工作温度在60～80℃的范围内。为保持适宜的工作温度，燃料电池要进行散热。燃料电池工作时产生的电堆余热和乏气余热直接散失到空气中，造成了能量的浪费和系统效率的降低。冷热联供是达到能源高效利用的重要途径，可以将质子交换膜燃料电池产生的余热与冷热联供系统相结合。

现有技术中，针对电堆余热构建较单一的冷热电联供系统，往往忽略了电堆乏气的热量。单一热源的系统能源利用率低，会存在与用户负荷不匹配、时空分布不均等问题。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种质子交换膜燃料电池冷热电联供系统，目的是避免能量的浪费，提高系统效率，保障用户的需求。利用燃料电池的两种热源进行互补，实现能量的梯级利用，提高系统的稳定运行。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种质子交换膜燃料电池冷热电联供系统，包括燃料电池及其供气模块，还包括：

热管理模块，包括冷却液温控模块和换热器，所述冷却液温控模块用于调节燃料电池冷却液的入口温度；所述换热器用于调节燃料电池冷却液的出口温度并且回收冷却液的余热，供给供热模块；

供热模块，包括第一水箱，其与换热器连接形成回路，用于储存所述冷却液的余热并供给用户负载；

供冷模块，包括第二水箱、有机朗肯循环系统、以及蒸汽压缩制冷循环系统；所述第二水箱用于回收燃料电池乏气的余热，并通过管路分别供给所述有机朗肯循环系统的第一蒸发器及用户负载；所述换热器还与所述第一蒸发器连接形成回路，并利用燃料电池冷却液的余热驱动有机朗肯循环；

以及控制系统，用于检测燃料电池冷却液进、出口温度，根据进、出口温差以及用户负载情况控制各模块运行。

进一步技术方案为：

所述有机朗肯循环系统包括：沿介质循环方向依次连接的第一蒸发器、膨胀机、冷凝器和工质泵；所述蒸汽压缩制冷循环系统包括：沿介质循环方向依次连接的压缩机、冷凝器、节流阀和第二蒸发器；所述膨胀机与所述压缩机动力连接，所述压缩机的输出与发电机连接。

所述换热器的水侧出口分别与第一水箱进口、第一蒸发器水侧进口连接，所述换热器的水侧进口分别与第一水箱出口、第一蒸发器水侧出口连接，形成两个循环回路。

所述冷却液温控模块的出口与所述燃料电池冷却液进口连接，冷却液温控模块的进口与循环泵出口连接；燃料电池冷却液出口分别与所述循环泵入口、所述换热器介质侧入口连接，所述换热器介质侧出口与所述循环泵入口连接，形成两个循环回路。

所述冷却液温控模块包括并联设置的加热器和散热器。

连接冷却液温控模块出口与燃料电池冷却液进口的管路上设有第一温度传感器，燃料电池冷却液出口管路上设有第二温度传感器。

所述第二水箱内设有换热盘管，换热盘管入口与燃料电池乏气出口连接，第二水箱出口通过三通阀分别与用户负载和所述第一蒸发器水侧进口连接。