一种大功率氢燃料电池热电联供系统 |
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| 申请号 | CN202310257587.3 | 申请日 | 2023-03-17 | 公开(公告)号 | CN116259783A | 公开(公告)日 | 2023-06-13 |
| 申请人 | 江苏铧德氢能源科技有限公司; | 发明人 | 张驰; 蔡信; 吕青青; 刘波; 贺丹丹; 赵一帆; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种大功率氢 燃料 电池 热电联供系统，包括： 氢 燃料电池 电堆、电气子系统、氢气子系统、空气子系统和 热管 理系统；所述的热管理系统为：包加热内循环系统、 散热 循环系统、供暖大循环系统和供热大循环系统。上述大功率氢燃料电池热电联供系统，当氢燃料电池电堆正常运行后，可以利用氢燃料电池电堆产热满足用户供暖供热要求，提高系统利用率，节约资源，降低使用成本。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种大功率氢燃料电池热电联供系统，包括：氢燃料电池电堆、电气子系统、氢气子系统、空气子系统，其特征在于：还包括：热管理系统；所述的热管理系统为：第一管道的一端与氢燃料电池电堆的电堆冷腔入口连通，第一管道的另一端分别与第一分支管道和第二分支管道连通，第一分支管道与膨胀水箱的出水口连通，第二分支管道与散热器的出水口连通，在第一管道上、由第一管道的进口向第一管道的出口方向依次安装有第一流量计和第一水泵；在氢燃料电池电堆的电堆冷腔出口处连接有第二管道，第二管道通过第一三通阀分别与第三管道和第四管道连接，第三管道连接于第二分支管道上，在第三管道上安装有PTC加热器；第四管道通过第二三通阀分别与第五管道和进水总管连接，第五管道与散热器的进水口连通，散热器上的吸收口通过第六管道与去离子罐的进口连通，去离子罐的出口通过第七管道与膨胀水箱的进水口连通，在膨胀水箱上设置有补水口；在进水总管上安装有第二流量计，进水总管分别与供热进水管道和供暖进水管道连接，供热进水管道与第一换热器的媒介进口连通，在供热进水管道上安装有供热开关阀，供暖进水管道与第二换热器的媒介进口连通，在供暖进水管道上、由供暖进水管道的进口向供暖进水管道的出口方向依次安装有供暖开关阀和第三流量计；在第二分支管道上设置有回水总管，回水总管分别与供热回水管道和供暖回水管道连接，供热回水管道与第一换热器的媒介出口连通，在供热回水管道上设置有第一止回阀，供暖回水管道与第二换热器的媒介出口连通，在供暖回水管道上设置有第二止回阀；第一换热器的进水口通过进水管道与供热保温水箱的出水口连通，在进水管道上安装有第二水泵，第一换热器的出水口通过回水管道与供热保温水箱的回水口连通，在回水管道上安装有第四流量计，用户补水管道与供热保温水箱的补水口连通，在用户补水管道上安装有补水开关阀，用户用水管道与供热保温水箱的出水口连通，在用户用水管道上、由用户用水管道的进口向用户用水管道的出口方向依次安装有第三水泵、用水开关阀；第二换热器的进水口与暖气水进水管道连接，在暖气水进水管道上安装有第五流量计，第二换热器的出水口与暖气水出水管道连接，在暖气水出水管道上安装有第四水泵。 |
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| 说明书全文 | 一种大功率氢燃料电池热电联供系统技术领域背景技术[0003] 氢燃料电池是氢气和氧气在催化剂作用下进行电化学反应，生成水和电能的电池，此外在反应放电的同时还会产热。虽然小功率氢燃料电池反应产生的热量有限，不适合进行余热回收，但是大功率氢燃料电池产生的热量非常多，这部分热量如不加以利用，热量浪费率就会非常高。目前提出的概念是可以采用热电联供将该部分热量回收利用，使大功率氢燃料电池使用更加高效。虽然提出了热电联供的概念，但是在具体热电联供系统的设计上目前还处于摸索阶段，尚未有成熟、稳定的热电联供系统的推出。 发明内容[0004] 本发明所需解决的技术问题是：提供一种热量利用率高、系统运行稳定的大功率氢燃料电池热电联供系统。 [0005] 为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：所述的一种大功率氢燃料电池热电联供系统，包括：氢燃料电池电堆、电气子系统、氢气子系统、空气子系统以及热管理系统。其中，所述的热管理系统为：第一管道的一端与氢燃料电池电堆的电堆冷腔入口连通，第一管道的另一端分别与第一分支管道和第二分支管道连通，第一分支管道与膨胀水箱的出水口连通，第二分支管道与散热器的出水口连通，在第一管道上、由第一管道的进口向第一管道的出口方向依次安装有第一流量计和第一水泵；在氢燃料电池电堆的电堆冷腔出口处连接有第二管道，第二管道通过第一三通阀分别与第三管道和第四管道连接，第三管道连接于第二分支管道上，在第三管道上安装有PTC加热器；第四管道通过第二三通阀分别与第五管道和进水总管连接，第五管道与散热器的进水口连通，散热器上的吸收口通过第六管道与去离子罐的进口连通，去离子罐的出口通过第七管道与膨胀水箱的进水口连通，在膨胀水箱上设置有补水口，通过补水口为膨胀水箱中补充冷却液，冷却液可以采用普通的水，也可以采用其他冷媒媒介。在进水总管上安装有第二流量计，进水总管分别与供热进水管道和供暖进水管道连接，供热进水管道与第一换热器的媒介进口连通，在供热进水管道上安装有供热开关阀，供暖进水管道与第二换热器的媒介进口连通，在供暖进水管道上、由供暖进水管道的进口向供暖进水管道的出口方向依次安装有供暖开关阀和第三流量计；在第二分支管道上设置有回水总管，回水总管分别与供热回水管道和供暖回水管道连接，供热回水管道与第一换热器的媒介出口连通，在供热回水管道上设置有第一止回阀，供暖回水管道与第二换热器的媒介出口连通，在供暖回水管道上设置有第二止回阀；第一换热器的进水口通过进水管道与供热保温水箱的出水口连通，在进水管道上安装有第二水泵，第一换热器的出水口通过回水管道与供热保温水箱的回水口连通，在回水管道上安装有第四流量计，用户补水管道与供热保温水箱的补水口连通，在用户补水管道上安装有补水开关阀，用户用水管道与供热保温水箱的出水口连通，在用户用水管道上、由用户用水管道的进口向用户用水管道的出口方向依次安装有第三水泵、用水开关阀；第二换热器的进水口与暖气水进水管道连接，在暖气水进水管道上安装有第五流量计，第二换热器的出水口与暖气水出水管道连接，在暖气水出水管道上安装有第四水泵。 [0006] 为了实现大功率氢燃料电池热电联供系统的自动控制响应，本方案在第一管道、第二管道、第二分支管道、供热进水管道、供热回水管道、供暖进水管道、供暖回水管道、进水管道、回水管道、暖气水进水管道、暖气水出水管道上分别安装有一个温度传感器，各温度传感器的信号线均与PLC控制系统连接，且PLC控制系统能控制PTC加热器、第一三通阀、第二三通阀、供热开关阀、供暖开关阀、补水开关阀、用水开关阀、第一水泵、第二水泵、第三水泵和第四水泵。PLC控制系统控制过程中，能根据各温度传感器检测反馈的温度，来控制PTC加热器启动与否、第一三通阀的三个连接口中哪二个连接口连通、第二三通阀的三个连接口中哪二个连接口连通、供热开关阀的启闭、供暖开关阀的启闭、补水开关阀的启闭、用水开关阀的启闭、第一水泵的启闭、第二水泵的启闭、第三水泵的启闭、第四水泵的启闭，以满足多种使用需求。 [0007] 其中，膨胀水箱、第一分支管道、第一管道、氢燃料电池电堆的电堆冷腔入口、氢燃料电池电堆的电堆冷腔出口、第二管道、带PTC加热器的第三管道、第二分支管道之间构成加热内循环系统。 [0008] 其中，膨胀水箱、第一分支管道、第一管道、氢燃料电池电堆的电堆冷腔入口、氢燃料电池电堆的电堆冷腔出口、第二管道、第四管道、第五管道、散热器、第二分支管道之间构成散热循环系统。 [0009] 其中，膨胀水箱、第一分支管道、第一管道、氢燃料电池电堆的电堆冷腔入口、氢燃料电池电堆的电堆冷腔出口、第二管道、第四管道、进水总管、供暖进水管道、第二换热器、供暖回水管道、回水总管、第二分支管道之间构成供暖大循环，暖气水进水管道、第二换热器、暖气水出水管道构成供暖设备供暖水循环，供暖大循环和暖设备供暖水循环构成一个供暖大循环系统。 [0010] 其中，膨胀水箱、第一分支管道、第一管道、氢燃料电池电堆的电堆冷腔入口、氢燃料电池电堆的电堆冷腔出口、第二管道、第四管道、进水总管、供热进水管道、第一换热器、供热回水管道、回水总管、第二分支管道之间构成供热大循环，用户补水管道、供热保温水箱、进水管道、第一换热器、回水管道、用户用水管道构成供热水循环，供热大循环和供热水循环构成一个供热大循环系统。 [0011] 另外，供热保温水箱在使用过程中，可能会存在供热保温水箱中的水位过高、从而向外溢出等问题，本方案在供热保温水箱底部设置有第一溢流口，在第一溢流口处连接有第一溢流管道，在第一溢流管道上安装有第一溢流开关阀；在供热保温水箱中设置有第一液位计，第一液位计的信号线与PLC控制系统连接，PLC控制系统能控制第一溢流开关阀和用户补水开关阀。当第一液位计检测出供热保温水箱中的水位超过PLC控制系统设定的最高液位值时，PLC控制系统控制第一溢流开关阀打开，将供热保温水箱中的水通过第一溢流管道向外排出。在供热保温水箱中的水位低于PLC控制系统设定的最低液位值时，PLC控制系统控制用户补水开关阀打开，向供热保温水箱中补充水。 [0012] 本方案中所述的氢气子系统为：在氢燃料电池电堆的阳极氢气入口处连接有氢气供应管道，在氢气供应管道上、由氢气供应管道的进口向氢气供应管道的出口方向依次安装有氢气开关总阀、氢喷阀、氢气开关阀和安全阀，氢燃料电池电堆的阳极氢气出口通过第一气液混合管道与第一汽水分离器的气液混合进口连通，第一汽水分离器的出气口通过第一气体管道连接于氢气开关阀和安全阀之间的氢气供应管道上，在第一气体管道上安装有氢泵，第一汽水分离器的出水口通过第一尾排管与消音器连接。 [0013] 其中，所述的空气子系统为：在氢燃料电池电堆的阴极入口处连接有气体供应管道，在气体供应管道上、由气体供应管道的进口向气体供应管道的出口方向依次安装有空气过滤器、质量流量计、空压机、中冷器、增湿器和进气阀，氢燃料电池电堆的阴极出口通过第二气液混合管道与第二汽水分离器的气液混合进口连通，且第二气液混合管道经过增湿器，为增湿器提供湿润来源，在第二气液混合管道上安装有背压阀，在第二汽水分离器的出气口处连接有第二尾排管，第二尾排管与第一尾排管汇集后与消音器连接，第二汽水分离器的出水口通过排水管道与保温水箱的进水口连通，在排水管道上安装有第五水泵；在保温水箱、空压机、中冷器、氢燃料电池电堆的DC/DC、氢燃料电池电堆的DC/AC之间设置有为空压机、中冷器、氢燃料电池电堆的DC/DC、氢燃料电池电堆的DC/AC降温的水冷子系统。 [0014] 本方案中所述的水冷子系统为：第一冷媒管道的一端与第三换热器的媒介出口连通，第一冷媒管道的另一端分别与第一分支冷媒管道和第二分支冷媒管道连接，在第一冷媒管道上安装有第六水泵，在第一冷媒管道上还设置有冷媒补充管道，第一分支冷媒管道与空压机的冷媒进口连通，第二分支冷媒管道依次将氢燃料电池电堆的DC/DC的媒介管道、氢燃料电池电堆的DC/AC的媒介管道、中冷器的媒介管道串联，在空压机的媒介出口处连接有第二冷媒管道，在中冷器的媒介出口处连接有第三冷媒管道，第二冷媒管道和第三冷媒管道汇集后通过第四冷媒管道连接于第三换热器的媒介进口上；保温水箱的出水口通过第一水管与第三换热器的进水口连接，在第一水管上安装有第七水泵，保温水箱的回水口通过第二水管与第三换热器的出水口连接；保温水箱的补水口通过补水管连接于补水开关阀与供热保温水箱的补水口之间的用户补水管道上，在补水管上安装有保温水箱补水开关阀。 [0015] 另外，保温水箱在使用过程中，可能会存在保温水箱中的水位过高、从而向外溢出或者保温水箱内水温度过高等问题，本方案在保温水箱底部设置有第二溢流口，在供热保温水箱上开设有与供热保温水箱内腔连通的连接口，第二溢流口通过第二溢流管道与连接口连通，在第二溢流管道上、由第二溢流口向连接口方向依次安装有第二溢流开关阀和第八水泵；在保温水箱中设置有第二液位计和第二温度传感器，第二液位计和第二温度传感器的信号线均与PLC控制系统连接，PLC控制系统能控制第二溢流开关阀、第八水泵和保温水箱补水开关阀，控制过程如下：①当第二液位计检测出保温水箱中的水位超过PLC控制系统设定的最高液位值时，PLC控制系统控制第二溢流开关阀打开，第八水泵启动，将保温水箱中的水向供热保温水箱中输送。 [0016] ②当第二温度传感器检测出保温水箱中的水温超过PLC控制系统设定的最高温度值时，PLC控制系统控制第二溢流开关阀打开，第八水泵启动，将保温水箱中的水向供热保温水箱中输送。 [0017] ③在保温水箱中的水位低于PLC控制系统设定的最低液位值时，PLC控制系统控制用户补水开关阀和保温水箱补水开关阀打开，向保温水箱中补充水。 [0018] 进一步地，前述的一种大功率氢燃料电池热电联供系统，其中，在中冷器的进气口处还连接有一根旁通管道，旁通管道连接于第二尾排管上，在旁通管道上安装有旁通阀。 [0019] 本发明的有益效果是：①氢燃料电池电堆正常运行后，可以利用氢燃料电池电堆产热满足用户供暖供热要求，提高系统利用率，节约资源；②将系统各零部件的产热、氢燃料电池电堆阴极反应产生的水的热量收集于保温水箱中，当保温水箱中的液位或温度达到阙值，即补水进入供热保温水箱中，极大提高了系统热效率，并实现阴极产物水的回收利用，节约资源，降低使用成本。附图说明 [0020] 图1是本发明所述的一种大功率氢燃料电池热电联供系统的管路连接示意图。 [0021] 图2是图1中氢燃料电池电堆、膨胀水箱、去离子罐、散热器等的局部放大管路连接示意图。 [0022] 图3是图1中供暖和供热部分的局部放大管路连接示意图。 [0023] 图4是图1中氢气子系统部分的局部放大管路连接示意图。 [0024] 图5是图1中空气子系统部分的局部放大管路连接示意图。 [0025] 图6是图1中空气子系统和水冷子系统的局部放大管路连接示意图。实施方式 [0026] 下面结合附图及优选实施例对本发明所述的技术方案作进一步详细的说明。实施例 [0027] 目前所见的大功率氢燃料电池供电系统，包括氢燃料电池电堆1、电气子系统、氢气子系统、空气子系统这几大部分，还未出现将氢燃料电池电堆反应产生的热量加以利用的热管理系统。本实施例是在此基础上增设了热管理系统，形成一种大功率氢燃料电池热电联供系统。 [0028] 如图1所示，本实施例中所述的一种大功率氢燃料电池热电联供系统，包括现有的氢燃料电池电堆1、电气子系统、氢气子系统、空气子系统，还包括本方案研发设计的热管理系统。 [0029] 氢燃料电池电堆1反应产生的电的电压和直流很大，因而需要设立电气子系统，氢燃料电池电堆产生1产生的电经DC/DC21、DC/AC22降电流、整合电压转为交流后方可并网输出。电气子系统还设置有电池23，系统在启动初期，通过电池23反向给系统各零部件供电。当系统正常运行后，系统产生的电一部分可以为系统各零部件供电，另一部分可以并网输出。 [0030] 如图1、图2和图3所示，本实施例中所述的热管理系统为：第一管道401的一端与氢燃料电池电堆1的电堆冷腔入口15连通，第一管道401的另一端分别与第一分支管道402和第二分支管道403连通，第一分支管道401与膨胀水箱41的出水口连通，第二分支管道403与散热器43的出水口连通，在第一管道401上、由第一管道401的进口向第一管道401的出口方向依次安装有第一流量计47和第一水泵46。在氢燃料电池电堆1的电堆冷腔出口16处连接有第二管道404，第二管道404通过第一三通阀45分别与第三管道405和第四管道406连接，第三管道405连接于第二分支管道403上，在第三管道405上安装有PTC加热器48。第四管道406通过第二三通阀44分别与第五管道407和进水总管408连接，第五管道407与散热器43的进水口连通，散热器43上的吸收口通过第六管道410与去离子罐42的进口连通，去离子罐42的出口通过第七管道411与膨胀水箱41的进水口连通，在膨胀水箱41上设置有补水口。 [0031] 在进水总管408上安装有第二流量计49，进水总管408分别与供热进水管道501和供暖进水管道502连接，供热进水管道501与第一换热器57的媒介进口连通，在供热进水管道501上安装有供热开关阀59。供暖进水管道502与第二换热器517的媒介进口连通，在供暖进水管道502上、由供暖进水管道502的进口向供暖进水管道502的出口方向依次安装有供暖开关阀515和第三流量计516。 [0032] 在第二分支管道403上设置有回水总管409，回水总管409分别与供热回水管道503和供暖回水管道504连接，供热回水管道503与第一换热器57的媒介出口连通，在供热回水管道503上设置有第一止回阀58。供暖回水管道504与第二换热器517的媒介出口连通，在供暖回水管道504上设置有第二止回阀514。第一换热器57的进水口通过进水管道506与供热保温水箱51的出水口连通，在进水管道506上安装有第二水泵55。第一换热器57的出水口通过回水管道505与供热保温水箱51的回水口连通，在回水管道505上安装有第四流量计56。用户补水管道507与供热保温水箱51的补水口连通，在用户补水管道507上安装有补水开关阀52，用户用水管道508与供热保温水箱51的出水口连通，在用户用水管道508上、由用户用水管道508的进口向用户用水管道508的出口方向依次安装有第三水泵53、用水开关阀54。 第二换热器517的进水口与暖气水进水管道509连接，在暖气水进水管道509上安装有第五流量计512，第二换热器517的出水口与暖气水出水管道510连接，在暖气水出水管道510上安装有第四水泵511。 [0033] 为了实现大功率氢燃料电池热电联供系统的自动控制响应，本方案在第一管道401、第二管道404、第二分支管道403、供热进水管道501、供热回水管道503、供暖进水管道 502、供暖回水管道504、进水管道506、回水管道505、暖气水进水管道509、暖气水出水管道 510上分别安装有一个温度传感器，各温度传感器的信号线均与PLC控制系统连接，且PLC控制系统能控制PTC加热器48、第一三通阀45、第二三通阀44、供热开关阀59、供暖开关阀515、补水开关阀52、用水开关阀54、第一水泵46、第二水泵55、第三水泵53和第四水泵511。PLC控制系统能根据各温度传感器检测反馈的温度，来控制PTC加热器48启动与否、第一三通阀45的三个连接口中哪二个连接口连通、第二三通阀44的三个连接口中哪二个连接口连通、供热开关阀59的启闭、供暖开关阀515的启闭、补水开关阀52的启闭、用水开关阀54的启闭、第一水泵46的启闭、第二水泵55的启闭、第三水泵53的启闭和第四水泵511的启闭，以满足多种使用需求。 [0034] 上述大功率氢燃料电池热电联供系统的工作原理如下：为方便描述，将膨胀水箱41中的冷却液定义为第一冷却液，氢燃料电池电堆1在启动初期或低温冷启动时，氢燃料电池电堆1的电堆冷腔中的冷却液温度低，而氢燃料电池电堆1的正常反应温度通常在60℃至70℃左右，因而需要使冷却液温度迅速达到氢燃料电池电堆1的正常反应温度。此时，通过PLC控制系统控制第一三通阀45，使第二管道404与第三管道405连通，另外，PLC控制系统控制启动第一水泵46和PTC加热器48，膨胀水箱41中的第一冷却液被第一水泵46抽取，通过第一分支管道402、第一管道401、氢燃料电池电堆1的电堆冷腔入口15进入氢燃料电池电堆1的电堆冷腔中，然后经氢燃料电池电堆1的电堆冷腔出口16、第二管道404、第一三通阀45、第三管道405进入PTC加热器48中进行加热，加热后再次经第二分支管道403、第一管道401、氢燃料电池电堆1的电堆冷腔入口15进入氢燃料电池电堆1的电堆冷腔中，形成加热内循环，直至氢燃料电池电堆1的电堆冷腔中的第一冷却液温度达到氢燃料电池电堆1的正常反应温度后停止加热内循环。这样可以使氢燃料电池电堆1的电堆冷腔中的第一冷却液快速升温，使氢燃料电池电堆1的电堆冷腔出口16处的第一冷却液温度快速达到阙值，保证氢燃料电池电堆1的反应温度迅速达到正常反应温度。 [0035] 当燃料电池电堆正常运行后，可以利用氢燃料电池电堆产热满足用户供暖供热要求，提高系统利用率，节约资源。 [0036] 当氢燃料电池电堆1的电堆冷腔出口16温度达到阙值，用户不需要供热供暖时，PLC控制系统控制第一三通阀45和第二三通阀44，使第二管道404与第四管道406连通，第四管道406与第五管道407连通。膨胀水箱41中的第一冷却液被第一水泵46抽取，通过第一分支管道402、第一管道401、氢燃料电池电堆1的电堆冷腔入口15进入氢燃料电池电堆1的电堆冷腔中，吸收氢燃料电池电堆1反应产生的热量后经氢燃料电池电堆1的电堆冷腔出口16、第二管道404、第四管道406、第五管道407、散热器43散热，散热后的第一冷却液经第二分支管道403、第一管道401、氢燃料电池电堆1的电堆冷腔入口15进入氢燃料电池电堆1的电堆冷腔中，形成散热循环。 [0037] 当氢燃料电池电堆1的电堆冷腔出口16温度达到阙值，用户需要供暖时，PLC控制系统控制第一三通阀45和第二三通阀44，使第二管道404与第四管道406连通，第四管道406与进水总管408连通。此外，PLC控制系统控制供暖开关阀515和第四水泵511开启。膨胀水箱41中的第一冷却液被第一水泵46抽取，通过第一分支管道402、第一管道401、氢燃料电池电堆1的电堆冷腔入口15进入氢燃料电池电堆1的电堆冷腔中，吸收氢燃料电池电堆1反应产生的热量后经氢燃料电池电堆1的电堆冷腔出口16、第二管道404、第四管道406、进水总管 408、供暖进水管道502、第二换热器517的媒介进口进入第二换热器517中，与第二换热器 517中的暖气水间接换热，释放热量后通过第二换热器517的媒介出口、供暖回水管道504、回水总管409、第二分支管道403、第一管道401、氢燃料电池电堆1的电堆冷腔入口15进入氢燃料电池电堆1的电堆冷腔中，形成供暖大循环。供暖水则通过暖气水进水管道509、第二换热器517的进水口进入第二换热器517中，与进入第二换热器517中的具有一定温度的第一冷却液进行间接换热，吸热后通过第二换热器517的出水口、暖气水出水管道510输出。 [0038] 当氢燃料电池电堆1的电堆冷腔出口16温度达到阙值，用户需要供热时，PLC控制系统控制第一三通阀45和第二三通阀44，使第二管道404与第四管道406连通，第四管道406与进水总管408连通。此外，PLC控制系统控制供暖开关阀515和第四水泵511关闭，供热开关阀59、第二水泵55开启。膨胀水箱41中的第一冷却液被第一水泵46抽取，通过第一分支管道402、第一管道401、氢燃料电池电堆1的电堆冷腔入口15进入氢燃料电池电堆1的电堆冷腔中，吸收氢燃料电池电堆1反应产生的热量后经氢燃料电池电堆1的电堆冷腔出口16、第二管道404、第四管道406、进水总管408、供热进水管道501、第一换热器57的媒介进口进入第一换热器57中，与第一换热器517中的水间接换热，释放热量后通过第一换热器57的媒介出口、供热回水管道503、回水总管409、第二分支管道403、第一管道401、氢燃料电池电堆1的电堆冷腔入口15进入氢燃料电池电堆1的电堆冷腔中，形成供热大循环。冷水则通过用户补水管道507进入供热保温水箱51中，然后经进水管道506进入第一换热器57中，与进入第一换热器57中的具有一定温度的第一冷却液进行间接换热，吸热后通过第一换热器57的出水口、回水管道505返回供热保温水箱51中，用户用热水时，通过启动第三水泵53、开启用户用水开关阀54，将供热保温水箱51中的水输出。 [0039] 当氢燃料电池电堆1的电堆冷腔出口16温度达到阙值，用户需要供热供暖时，通常是优先供暖，等供暖区域环境温度达到用户要求后，再进行供热。在实际操作过程中，可以通过PLC控制系统调节热管理系统中各水泵的转速、第一三通阀45的开度、第二三通阀44的开度来控制调节系统中各管道及第一换热器57、第二换热器517中第一冷却液的流量及温度。 [0040] 另外，供热保温水箱51在使用过程中，可能会存在供热保温水箱51中的水位过高、从而向外溢出等问题，本方案在供热保温水箱51底部设置有第一溢流口，在第一溢流口处连接有第一溢流管道，在第一溢流管道上安装有第一溢流开关阀513，在系统正常运行过程中，第一溢流开关阀513处于关闭状态；在供热保温水箱51中设置有第一液位计，第一液位计的信号线与PLC控制系统连接，PLC控制系统能控制第一溢流开关阀513和用户补水开关阀52。当第一液位计检测出供热保温水箱51中的水位超过PLC控制系统设定的最高液位值时，PLC控制系统控制第一溢流开关阀513打开，将供热保温水箱51中的水通过第一溢流管道向外排出。在供热保温水箱51中的水位低于PLC控制系统设定的最低液位值时，PLC控制系统控制用户补水开关阀52打开，向供热保温水箱51中补充水。实施例 [0041] 本实施例是在实施例一的基础上对现有的氢气子系统进行改进，将氢燃料电池电堆1中反应后残留的氢气进行回收再利用，提高氢气利用率。 [0042] 如图1和图4所示，本实施例中所述的氢气子系统为：在氢燃料电池电堆1的阳极氢气入口11处连接有氢气供应管道301，氢气供应管道301的进口处安装有氢气开关总阀31，在氢气供应管道301上、由氢气供应管道301的进口向氢气供应管道301的出口方向依次安装有氢喷阀32、氢气开关阀33和安全阀34，氢燃料电池电堆1的阳极氢气出口12通过第一气液混合管道303与第一汽水分离器36的气液混合进口连通，第一汽水分离器36的出气口通过第一气体管道302连接于氢气开关阀33和安全阀34之间的氢气供应管道301上，在第一气体管道301上安装有氢泵35，第一汽水分离器36的出水口通过第一尾排管304与消音器37连接。 [0043] 氢气经氢气供应管道301进入氢燃料电池电堆1中进行反应后，残留氢气和反应的渗透水经氢燃料电池电堆1的阳极氢气出口12输出后，然后经第一汽水分离器36进行气水分离，分离出来的氢气在氢泵35的作用下再次进入到氢燃料电池电堆1中，分离出来的水可以通过第一尾排管304排出系统外，大大提高氢气利用率。实施例 [0044] 本实施例是在实施例一或实施例二的基础上对现有的空气子系统进行改进，将系统各零部件的产热、氢燃料电池电堆阴极反应产生的水的热量收集于保温水箱611中，当保温水箱611中的液位或温度达到阙值，即补水进入供热保温水箱51中，极大提高了系统热效率，并实现阴极产物水的回收利用，节约资源，降低使用成本。 [0045] 如图1和图5所示，本实施例中所述的空气子系统为：在氢燃料电池电堆1的阴极入口13处连接有气体供应管道601，在气体供应管道601上、由气体供应管道601的进口向气体供应管道601的出口方向依次安装有空气过滤器61、质量流量计62、空压机63、中冷器64、增湿器65和进气阀66，氢燃料电池电堆1的阴极出口14通过第二气液混合管道602与第二汽水分离器69的气液混合进口连通，且第二气液混合管道602经过增湿器65，为增湿器54提供湿润来源，在第二气液混合管道69上安装有背压阀68，在第二汽水分离器69的出气口处连接有第二尾排管603，第二尾排管603与第一尾排管304汇集后与消音器37连接，第二汽水分离器69的出水口通过排水管道605与保温水箱611的进水口连通，在排水管道605上安装有第五水泵610。在保温水箱611、空压机63、中冷器64、氢燃料电池电堆的DC/DC21、氢燃料电池电堆的DC/AC22之间设置有为空压机63、中冷器64、氢燃料电池电堆的DC/DC21、氢燃料电池电堆的DC/AC22降温的水冷子系统。 [0046] 本实施例中在中冷器64的进气口处还连接有一根旁通管道604，旁通管道604连接于第二尾排管603上，在旁通管道604上安装有旁通阀67。 [0047] 如图1、图5和图6所示，本实施例中所述的水冷子系统为：第一冷媒管道701的一端与第三换热器72的媒介出口连通，第一冷媒管道701的另一端分别与第一分支冷媒管道702和第二分支冷媒管道703连接，在第一冷媒管道701上安装有第六水泵71，在第一冷媒管道701上还设置有冷媒补充管道709，第一分支冷媒管道702与空压机63的冷媒进口连通，第二分支冷媒管道703依次将氢燃料电池电堆的DC/DC21的媒介管道、氢燃料电池电堆的DC/AC22的媒介管道、中冷器64的媒介管道串联，在空压机63的媒介出口处连接有第二冷媒管道704，在中冷器64的媒介出口处连接有第三冷媒管道705，第二冷媒管道704和第三冷媒管道705汇集后通过第四冷媒管道706连接于第三换热器72的媒介进口上。保温水箱611的出水口通过第一水管707与第三换热器72的进水口连接，在第一水管707上安装有第七水泵 73，保温水箱611的回水口通过第二水管708与第三换热器72的出水口连接。保温水箱611的补水口通过补水管607连接于补水开关阀52与供热保温水箱51的补水口之间的用户补水管道507上，在补水管607上安装有保温水箱补水开关阀614。 [0048] 为方便描述，将通过冷媒补充管道709进入水冷子系统中的冷却液定义为第二冷却液，第二冷却液经第一冷媒管道701分两路：一路经第一分支冷媒管道702进入空压机63的媒介管道中，空压机63对空气进行增压的过程中会使气体温度升高，通常有180℃左右，第二冷却液吸热后从空压机63的媒介出口、第二冷媒管道704输出；另一路经第二分支冷媒管道703依次进入氢燃料电池电堆的DC/DC21的媒介管道、氢燃料电池电堆的DC/AC22的媒介管道、中冷器64的媒介管道的管道中，分别吸收氢燃料电池电堆的DC/DC21、氢燃料电池电堆的DC/AC22、中冷器64的热量后从中冷器64的媒介出口、第三冷媒管道705输出。从第二冷媒管道704和第三冷媒管道705的第二冷却液汇集于第四冷媒管道706，经第四冷媒管道706、第三换热器72的媒介进口进入第三换热器72中，与进入第三换热器72中的冷水进行间接换热，放热后从第三换热器72的媒介出口回到第一冷媒管道701中，形成一个水冷循环。 保温水箱611中的冷水经第一水管707、第三换热器72的进水口进入第三换热器72中，与进入第三换热器72中的第二冷却液进行间接换热，吸热后返回保温水箱611中，形成水循环，当保温水箱611中的液位或温度达到阙值，即补水进入供热保温水箱51中，极大提高了系统热效率，并实现阴极产物水的回收利用，节约资源，降低使用成本。 [0049] 另外，保温水箱611在使用过程中，可能会存在保温水箱611中的水位过高、从而向外溢出或者保温水箱611内水温度过高等问题，本方案在保温水箱611底部设置有第二溢流口，在供热保温水箱51上开设有与供热保温水箱内腔连通的连接口，第二溢流口通过第二溢流管道606与连接口连通，在第二溢流管道606上、由第二溢流口向连接口方向依次安装有第二溢流开关阀612和第八水泵613。在保温水箱611中设置有第二液位计和第二温度传感器，第二液位计和第二温度传感器的信号线均与PLC控制系统连接，PLC控制系统能控制第二溢流开关阀612第八水泵613和保温水箱补水开关阀614。控制过程如下：①当第二液位计检测出保温水箱611中的水位超过PLC控制系统设定的最高液位值时，PLC控制系统控制第二溢流开关阀612打开，第八水泵613启动，将保温水箱611中的水向供热保温水箱51中输送。在保温水箱611中的水位低于PLC控制系统设定的最高液位值时，PLC控制系统控制第二溢流开关阀612关闭、第八水泵613停止运行。 [0050] ②当第二温度传感器检测出保温水箱611中的水温超过PLC控制系统设定的最高温度值时，PLC控制系统控制第二溢流开关阀612打开，第八水泵613启动，将保温水箱611中的水向供热保温水箱51中输送。 [0051] ③在保温水箱611中的水位低于PLC控制系统设定的最低液位值时，PLC控制系统控制用户补水开关阀52和保温水箱补水开关阀614打开，向保温水箱611中补充水。 |
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