CN219457669U - 一种多电堆形式的热电联供系统 - Google Patents

Abstract

本实用公开了一种多电堆形式的热电联供系统，包括：若干并联设置的电堆，每个电堆上均连接有氢气输入支管、氢气尾气排放支管、空气输入支管、空气尾气排放支管、冷却介质输入支管、冷却介质排放支管；氢气输入支管均通过氢气输入管与氢气输入机构连接；氢气尾气排放支管均通过氢气尾气汇聚管与氢气尾气排放机构连接；空气输入支管均通过空气输入管与空气输入机构连接；空气尾气排放支管均通过空气尾气汇聚管与空气尾气排放机构连接；每根冷却介质输入支管均通过冷却介质输入管与冷却介质输入机构连接；冷却介质排放支管均通过冷却介质汇聚管与冷却介质排放机构连接。本实用的优点在于：系统能始终保持供电工作状态。

Description

一种多电堆形式的热电联供系统

技术领域

本实用涉及热电联供设备技术领域。

背景技术

常见的热电联供系统中，电堆则通常是一个大功率的整堆。目前，在热电联供系统的运行过程中发现：一点电堆发生故障则需要停机检测，拆卸整堆后查看其中出故障的单电池，并进行维修或更换。然而，一旦停机，这就给用户带来诸多使用不便，拆卸电堆也会很大程度影响整堆的使用寿命。

实用新型内容

本实用需要解决的技术问题是：提供一种多电堆形式的热电联供系统，该热电联供系统能持续高效工作，确保用户正常使用。

为解决上述问题，本实用采用的技术方案是：一种多电堆形式的热电联供系统，包括：若干电堆，所有电堆并联设置，每个电堆上均连接有带氢气输入控制阀的氢气输入支管、带氢气排放控制阀的氢气尾气排放支管、带空气输入控制阀的空气输入支管、带空气排放控制阀的空气尾气排放支管、带冷却介质输入控制阀的冷却介质输入支管、带冷却介质排放控制阀的冷却介质排放支管；每个电堆上的氢气输入支管均与氢气输入管相连通，氢气输入管的输入端与氢气输入机构连接；每个电堆上的氢气尾气排放支管均连通至氢气尾气汇聚管，氢气尾气汇聚管的输出端连接有氢气尾气排放机构；每个电堆上的空气输入支管均连通至空气输入管，空气输入管的输入端连接有空气输入机构；每个电堆上的空气尾气排放支管均连通至空气尾气汇聚管，空气尾气汇聚管的输出端连接有空气尾气排放机构；每个电堆上的冷却介质输入支管均连通至冷却介质输入管，冷却介质输入管的输入端连接有冷却介质输入机构；每个电堆上的冷却介质排放支管均连通至冷却介质汇聚管，冷却介质汇聚管的输出端连接有冷却介质排放机构。

进一步地，前述的一种多电堆形式的热电联供系统，其中，氢气输入机构包括氢源输入总管，氢源输入总管与氢气输入管的输入端相连通，氢源输入总管上顺着氢气的输送方向依次设置有油水过滤器、氢源开关阀、氢喷阀、氢源管路安全阀；氢气尾气排放机构包括：氢气尾气排放管，氢气尾气汇聚管的输出端与氢气尾气排放管的输入端连接，氢气尾气排放管上设置有汽水分离器，汽水分离器上设置有带第一排水阀的第一排水管和带第一排气阀的排气管，汽水分离器还与氢泵连接，所述的氢泵的输出端与氢源输入管总管连接。

进一步地，前述的一种多电堆形式的热电联供系统，其中，空气输入机构包括空气源输入总管，空气源输入总管与空气输入管的输入端连通，空气源输入总管上顺着空气的输入方向依次设置有空滤、流量计、空压机、第一冷却器、输入总管控制阀、增湿器，增湿器的干侧进口和干侧出口连接在空气源输入总管上；空气尾气排放机构包括：空气尾气排放管，空气尾气汇聚管的输出端与空气尾气排放管连接，增湿器的湿侧进口和湿侧出口连接在空气尾气排放管上，增湿器的湿侧进口的空气尾气排放管上还设置有背压阀。

进一步地，前述的一种多电堆形式的热电联供系统，其中，冷却介质输入机构包括：冷却介质输入总管，冷却介质输入总管与冷却介质输入管连接，冷却介质输入总管上顺着冷却介质的流动方向依次设置有第一冷却介质过滤器、换热器、第二冷却介质过滤器，换热器的被加热介质管路进口和被加热介质管路出口连接在冷却介质输入总管上；冷却介质排放机构包括：冷却介质排放管，冷却介质排放管与冷却介质汇聚管连通，冷却介质排放管上顺着冷却介质流动方向依次设置冷却介质排出控制阀、冷却介质排出输送泵，换热器的加热介质管路进口和加热介质管出口连接在冷却介质排出输送泵输出端的冷却介质排放管上。

更进一步地，前述的一种多电堆形式的热电联供系统，其中，冷却介质排出输送泵与换热器之间的冷却介质排放管上设置有三通阀，所述的三通阀上连接有第一旁通管，第一旁通管连通至冷却介质输入总管，所述的第一旁通管上设置有电加热器。

更进一步地，前述的一种多电堆形式的热电联供系统，其中，冷却介质排出管输入端与冷却介质排出输送泵之间的的冷却介质排放管上连接有第二旁通管，第二旁通管连接至去离子罐，所述的去离子罐与膨胀水箱连通，膨胀水箱通过接管连接至冷却介质排出输送泵进口端位置的冷却介质排放管上。

进一步地，前述的一种多电堆形式的热电联供系统，其中，包含有十二个电堆。

本实用的优点是：一、多个电堆共用一套氢气输入机构、氢气尾气排放机构、空气输入机构、空气尾气排放机构、冷却介质输入机构、冷却介质排放机构，即共用一套BOP系统，这大大降低了整个系统的制造成本。二、多个电堆并联设置，可以根据情况启用相应数量的电堆，使用灵活性大大提高。收纳、任意一个电堆发生故障，只需关闭该电堆，并不影响整个系统的正常运行。三、若干功效相对较低的分散的电堆形成的一个热电联供系统，这相对于直接采用一个大功率的电堆，进入每个电堆的空气压力降低、空压机出口的压力降低、空压机的能耗大大降低，这不仅能延长设备的使用寿命，还能有效降低整个系统的能耗，对外输出的电能相应增加。

附图说明

图1是本实用新型所述的一种多电堆形式的热电联供系统的原理示意图。

实施方式

下面结合附图和优选实施例对本实用作进一步的详细说明。

如图1所示，一种多电堆形式的热电联供系统，包括：若干电堆1，所有电堆1并联设置。本实施例中以设置十二个电堆1为例进行说明。电堆1的具体数量可以根据实际需要增减。

每个电堆1上均连接有带氢气输入控制阀101的氢气输入支管11、带氢气排放控制阀102的氢气尾气排放支管12、带空气输入控制阀103的空气输入支管13、带空气排放控制阀104的空气尾气排放支管14、带冷却介质输入控制阀105的冷却介质输入支管15、带冷却介质排放控制阀106的冷却介质排放支管16。

每个电堆1上的氢气输入支管11均与氢气输入管2相连通，氢气输入管2的输入端与氢气输入机构连接。每个电堆1上的氢气尾气排放支管12均连通至氢气尾气汇聚管3，氢气尾气汇聚管3的输出端连接有氢气尾气排放机构。具体地，氢气输入机构包括氢源输入总管4，氢源输入总管4的输出端与氢气输入管2的输入端相连通，氢源输入总管4上顺着氢气的输送方向依次设置有油水过滤器41、氢源开关阀42、氢喷阀43、氢源管路安全阀44。本实施例中为了提高过滤效果，油水过滤器41连续设置有两道。氢气尾气排放机构包括：氢气尾气排放管5，氢气尾气汇聚管3的输出端与氢气尾气排放管5的输入端连接，氢气尾气排放管5上设置有汽水分离器51，汽水分离器51上设置有带第一排水阀501的第一排水管511和带第一排气阀502的第一排气管512。汽水分离器51上还连接有氢泵52，所述的氢泵52的输出端与氢源输入总管4连通。

每个电堆1上的空气输入支管13均连通至空气输入管6，空气输入管6的输入端连接有空气输入机构。空气输入机构包括空气源输入总管7，空气源输入总管7与空气输入管6的输入端连通，空气源输入总管7上顺着空气的输入方向依次设置有空滤71、流量计72、空压机73、第一冷却器74、输入总管控制阀75、增湿器76，增湿器76的干侧进口和干侧出口连接在空气源输入总管7上。空气源输入总管7中的空气进入增湿器76的干侧。每个电堆1上的空气尾气排放支管14均连通至空气尾气汇聚管8，空气尾气汇聚管8的输出端连接有空气尾气排放机构。空气尾气排放机构包括：空气尾气排放管9，空气尾气汇聚管8的输出端与空气尾气排放管9连接，增湿器76的湿侧进口和湿侧出口连接在空气尾气排放管9上，增湿器76的湿侧进口位置的空气尾气排放管9上还设置有背压阀91。

每个电堆1上的冷却介质输入支管15均连通至冷却介质输入管，图1中管路复杂，为了简化，图1省略了冷却介质输入管。冷却介质输入管的输入端连接有冷却介质输入机构。冷却介质输入机构包括：冷却介质输入总管10，冷却介质输入总管10与冷却介质输入管连接，冷却介质输入总管10上顺着冷却介质的流动方向依次设置有第一冷却介质过滤器17、换热器18、第二冷却介质过滤器19，换热器18的被加热介质管路进口和被加热介质管路出口连接在冷却介质输入总管10上。冷却介质输入总管10中的冷却介质进入换热器18中被加热。

每个电堆1上的冷却介质排放支管16均连通至冷却介质汇聚管，图1中管路复杂，为了简化，图1省略了冷却介质汇聚管。冷却介质汇聚管的输出端连接有冷却介质排放机构。冷却介质排放机构包括：冷却介质排放管20，冷却介质排放管20与冷却介质汇聚管连通，冷却介质排放管20上顺着冷却介质流动方向依次设置冷却介质排出输送泵21，换热器18的加热介质管路进口和加热介质管出口连接在冷却介质排出输送泵21输出端的冷却介质排放管20上。本实施例中冷却介质排出输送泵21与换热器18之间的冷却介质排放管20上设置有三通阀22，所述的三通阀22上连接有第一旁通管，第一旁通管连通至冷却介质输入总管10，所述的第一旁通管上设置有电加热器23。电加热器23设置的目的在于：当系统刚启动时，如果冷却介质温度过低，则需先进入电加热器23中进行加热，然后经三通阀22输出再次进入换热器18，进行预加热，待冷却介质温度达到设定温度后再进入电堆。

冷却介质排放管20输入端与冷却介质排出输送泵21之间的冷却介质排放管20上连接有第二旁通管，第二旁通管连接至去离子罐24，所述的去离子罐24与膨胀水箱25连通，膨胀水箱25通过接管连接至冷却介质排出输送泵进口端位置的冷却介质排放管20上。

具体工作原理如下：本实施例中一共并联设置有十二个电堆1，十二个电堆1中的任意一个或多个都可以关闭。只需将一个电堆上的氢气输入控制阀101、氢气排放控制阀102、空气输入控制阀103、空气排放控制阀104、冷却介质输入控制阀105、冷却介质排放控制阀106关闭，该电堆即处于关闭状态，上述阀开启则对应电堆处于开启状态。

供电时，氢气从氢源输入总管4的输入端依次经两道油水过滤器41，然后经氢源开关阀42、氢喷阀43、氢源管路安全阀44进入至氢气输入管2，氢气输入管2中的氢气经各开启状态的电堆1上的氢气输入支管11进入至各开启状态的电堆内。电堆1中含有水分的氢气尾气经氢气尾气排放支管12、氢气尾气汇聚管3进入至氢气尾气排放管5中，再经汽水分离器51进行除水。除湿后的一部分氢气经氢泵52泵送回氢源输入总管4，这能有效节约氢气，另一部分除湿后的氢气经第一排气阀502的第一排气管512排出。汽水分离器51中的水经第一排水阀501从第一排水管511中排出。

空气进入空气源输入总管7并依次经空滤71、流量计72、空压机73、第一冷却器74、输入总管控制阀75、增湿器76的干侧，然后依次经空气输入管6、各开启状态的电堆1上的空气输入支管13进入各开启状态的电堆1中。各电堆1中的空气尾气则经空气尾气排放支管14、空气尾气汇聚管8进入空气尾气排放管9，空气尾气排放管9中的空气尾气依次经增湿器76的湿侧、背压阀91向外排出。增湿器76湿侧的带湿的空气尾气给增湿器76干侧的空气增湿。

电堆1工作过程中会产生热量。本实施例中冷却介质采用水。水经冷却介质输入总管10上的第一冷却介质过滤器17、换热器18、第二冷却介质过滤器19，然后经冷却介质输入管、冷却介质输入支管15进入至各开启状态的电堆1中，从而对电堆1进行降温。升温后的水则经冷却介质排放支管16、冷却介质汇聚管进入冷却介质排放管20，然后经冷却介质排出输送泵21、三通阀22进入至换热器18中后输出。吸收了热量的高温水在换热器18中作为加热介质为进入换热器18中的冷却水提供一定热量。

如发现排出的高温水的电导率升高，冷却介质排放管20中的高温水，进入去离子罐进行去离子后进入膨胀水箱25内，然后再由冷却介质排出输送泵21输送进入至换热器18中。

十二个电堆同时工作时，本实用新型所述的多电堆形式的热电联供系统的功率达到最大状态。如：单独一个电堆的额定功率以10kW计，寄生功耗按20kW算，整个系统的额定功率为100kW。如某个电堆发生故障，则只需将该发生故障的电堆关闭即可。由于所有电堆都处于并联状态，其中一个电堆发生故障并不影响整个热电联供系统的运行，如其中一个电堆1出现故障，整个系统则能继续保持90kW功率继续运行。

本实用的优点在于：一、多个电堆共用一套氢气输入机构、氢气尾气排放机构、空气输入机构、空气尾气排放机构、冷却介质输入机构、冷却介质排放机构，即共用一套BOP系统，这大大降低了整个系统的制造成本。二、多个电堆并联设置，可以根据情况启用相应数量的电堆，使用灵活性大大提高。收纳、任意一个电堆发生故障，只需关闭该电堆，并不影响整个系统的正常运行。三、若干功效相对较低的分散的电堆形成的一个热电联供系统，这相对于直接采用一个大功率的电堆，进入每个电堆的空气压力降低、空压机出口的压力降低、空压机的能耗大大降低，这不仅能延长设备的使用寿命，还能有效降低整个系统的能耗，对外输出的电能相应增加。

Claims (7)

1.一种多电堆形式的热电联供系统，包括：若干电堆，其特征在于：所有电堆并联设置，每个电堆上均连接有带氢气输入控制阀的氢气输入支管、带氢气排放控制阀的氢气尾气排放支管、带空气输入控制阀的空气输入支管、带空气排放控制阀的空气尾气排放支管、带冷却介质输入控制阀的冷却介质输入支管、带冷却介质排放控制阀的冷却介质排放支管；每个电堆上的氢气输入支管均与氢气输入管相连通，氢气输入管的输入端与氢气输入机构连接；每个电堆上的氢气尾气排放支管均连通至氢气尾气汇聚管，氢气尾气汇聚管的输出端连接有氢气尾气排放机构；每个电堆上的空气输入支管均连通至空气输入管，空气输入管的输入端连接有空气输入机构；每个电堆上的空气尾气排放支管均连通至空气尾气汇聚管，空气尾气汇聚管的输出端连接有空气尾气排放机构；每个电堆上的冷却介质输入支管均连通至冷却介质输入管，冷却介质输入管的输入端连接有冷却介质输入机构；每个电堆上的冷却介质排放支管均连通至冷却介质汇聚管，冷却介质汇聚管的输出端连接有冷却介质排放机构。

2.根据权利要求1所述的一种多电堆形式的热电联供系统，其特征在于：氢气输入机构包括氢源输入总管，氢源输入总管与氢气输入管的输入端相连通，氢源输入总管上顺着氢气的输送方向依次设置有油水过滤器、氢源开关阀、氢喷阀、氢源管路安全阀；氢气尾气排放机构包括：氢气尾气排放管，氢气尾气汇聚管的输出端与氢气尾气排放管的输入端连接，氢气尾气排放管上设置有汽水分离器，汽水分离器上设置有带第一排水阀的第一排水管和带第一排气阀的排气管，汽水分离器还与氢泵连接，所述的氢泵的输出端与氢源输入管总管连接。

3.根据权利要求1所述的一种多电堆形式的热电联供系统，其特征在于：空气输入机构包括空气源输入总管，空气源输入总管与空气输入管的输入端连通，空气源输入总管上顺着空气的输入方向依次设置有空滤、流量计、空压机、第一冷却器、输入总管控制阀、增湿器，增湿器的干侧进口和干侧出口连接在空气源输入总管上；空气尾气排放机构包括：空气尾气排放管，空气尾气汇聚管的输出端与空气尾气排放管连接，增湿器的湿侧进口和湿侧出口连接在空气尾气排放管上，增湿器的湿侧进口的空气尾气排放管上还设置有背压阀。

4.根据权利要求1所述的一种多电堆形式的热电联供系统，其特征在于：冷却介质输入机构包括：冷却介质输入总管，冷却介质输入总管与冷却介质输入管连接，冷却介质输入总管上顺着冷却介质的流动方向依次设置有第一冷却介质过滤器、换热器、第二冷却介质过滤器，换热器的被加热介质管路进口和被加热介质管路出口连接在冷却介质输入总管上；冷却介质排放机构包括：冷却介质排放管，冷却介质排放管与冷却介质汇聚管连通，冷却介质排放管上顺着冷却介质流动方向依次设置冷却介质排出控制阀、冷却介质排出输送泵，换热器的加热介质管路进口和加热介质管出口连接在冷却介质排出输送泵输出端的冷却介质排放管上。

5.根据权利要求4所述的一种多电堆形式的热电联供系统，其特征在于：冷却介质排出输送泵与换热器之间的冷却介质排放管上设置有三通阀，所述的三通阀上连接有第一旁通管，第一旁通管连通至冷却介质输入总管，所述的第一旁通管上设置有电加热器。

6.根据权利要求4所述的一种多电堆形式的热电联供系统，其特征在于：冷却介质排出管输入端与冷却介质排出输送泵之间的冷却介质排放管上连接有第二旁通管，第二旁通管连接至去离子罐，所述的去离子罐与膨胀水箱连通，膨胀水箱通过接管连接至冷却介质排出输送泵进口端位置的冷却介质排放管上。

7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种多电堆形式的热电联供系统，其特征在于：包含有十二个电堆。