一種燃料電池建筑發(fā)電供暖系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種燃料電池建筑發(fā)電供暖系統(tǒng)，涉及一種建筑能源設(shè)置系統(tǒng)，系統(tǒng)包括甲醇裂解制氫燃料電池、逆變器、照明或其他家用電器、燃料電池智能控制系統(tǒng)、水分流控制器、暖氣片、熱水器等用水器具、集水器；燃料電池配有智能控制系統(tǒng)，燃料電池輸出水的管道連接水分流控制器，水分流控制器連接暖氣片、熱水器等用電器具，并由水分流控制器直接經(jīng)管道連接集水器，集水器上設(shè)有溢流裝置，溢流裝置與下水道相連通，集水器也連接其他用水設(shè)備；燃料電池輸出電路連接有逆變器，逆變器出輸出電連接照明或其他家用電器，燃料電池工作發(fā)電供給建筑物內(nèi)用電，同時將產(chǎn)生的熱水，經(jīng)水分流控制器分配給建筑內(nèi)供暖及需用熱水處。
【專利說明】一種燃料電池建筑發(fā)電供暖系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種建筑能源設(shè)置系統(tǒng)，特別是涉及一種燃料電池建筑發(fā)電供暖系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，隨著我國城市化的建設(shè)，城市居民的生活水平不斷提高，舒適的生活環(huán)境已然成為北方城鎮(zhèn)人們生活水平和工作的需要，尤其在室外溫度低于室內(nèi)溫度，室外的冷空氣進(jìn)入房間，使人們感受到寒冷的襲擊，為了維持室內(nèi)所需的空氣溫度，必須向室內(nèi)供給相應(yīng)的熱量。我國建筑供熱采暖多采用熱電聯(lián)產(chǎn)或區(qū)域鍋爐為熱源的集中供熱。所謂集中供熱是指由集中熱源所產(chǎn)生的蒸氣、熱水，通過管網(wǎng)供給需要采暖所需熱量的方式。集中熱源大部分采用煤燃燒加熱水的方式循環(huán)供熱，燃煤不僅大量耗能，還造成環(huán)境污染。隨著中國城市化水平的快速發(fā)展，房屋建造規(guī)模越來愈大，建筑能耗在能源總消耗量中占的比列逐年上升，已從上世紀(jì)70年代末的10%上升到現(xiàn)在的27.6%，其中供熱采暖消耗的能源占建筑耗能的60%，同時造成霧霾等環(huán)境污染，因此，節(jié)能環(huán)保的供暖方式人們一直在探索。
[0003]燃料電池技術(shù)提供了最通用的能源解決方案。燃料電池與種類繁多的供電方式——從電池到內(nèi)燃機(jī)展開競爭，并應(yīng)用于從家庭發(fā)電供熱、移動電話充電器到汽車、通訊、電力、工業(yè)等在內(nèi)的大量應(yīng)用中。燃料電池使用的燃料與其他競爭技術(shù)存在明顯差別。內(nèi)燃機(jī)技術(shù)僅限于使用一些液體燃料，電池需要充電來補(bǔ)充能源，而燃料電池則可以使用能提供氫的任何能源。這為該技術(shù)開辟了巨大的潛力，使其可以直接集成到現(xiàn)有的天然氣基礎(chǔ)設(shè)施，加工廢棄物氫的化工廠，以及自垃圾填埋場生物甲烷、甲醇等燃料，并且能量轉(zhuǎn)化效率高，清潔環(huán)保。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種燃料電池建筑發(fā)電供暖系統(tǒng)，該系統(tǒng)經(jīng)氫燃料電池工作發(fā)電供給建筑物內(nèi)用電，同時將產(chǎn)生的熱水，經(jīng)水分流控制器分配給建筑內(nèi)供暖及需用熱水處，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保充分利用能源的目的。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種燃料電池建筑發(fā)電供暖系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括甲醇裂解制氫燃料電池、逆變器、照明或其他家用電器、燃料電池智能控制系統(tǒng)、水分流控制器、暖氣片、熱水器等用水器具、集水器；燃料電池配有智能控制系統(tǒng)，燃料電池輸出水的管道連接水分流控制器，水分流控制器連接暖氣片、熱水器等用電器具，并由水分流控制器直接經(jīng)管道連接集水器，集水器上設(shè)有溢流裝置，溢流裝置與下水道相連通，集水器也連接其他用水設(shè)備；燃料電池輸出電路連接有逆變器，逆變器出輸出電連接照明或其他家用電器，電堆發(fā)電系統(tǒng)由供氧回路、供氫回路、除氫回路、散熱回路、電堆總成及控制系統(tǒng)構(gòu)成。
[0006]所述的一種燃料電池建筑發(fā)電供暖系統(tǒng)，所述燃料電池為電化學(xué)反應(yīng)方式采用甲醇裂解制氫發(fā)電。[0007]所述的一種燃料電池建筑發(fā)電供暖系統(tǒng)，所述燃料電池電堆輸出功率額定50kW，最大輸出IOOkW ;額定工作點(diǎn)電壓0.73V-0.60V。
[0008]所述的一種燃料電池建筑發(fā)電供暖系統(tǒng),所述系統(tǒng)工作壓力0.5 bar ;熱輸出20.32kff-51.22kW。
[0009] 所述的一種燃料電池建筑發(fā)電供暖系統(tǒng)，所述電堆50kW，峰值IOOkW ;氮?dú)馀?bar循環(huán)加壓；電堆反應(yīng)溫度70°C -80°C。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與效果是:
本發(fā)明選用一種不經(jīng)過燃燒直接以電化學(xué)反應(yīng)方式將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電裝置，配合其他設(shè)備技術(shù)專用于建筑內(nèi)電能和熱能適用的配套應(yīng)用，是一項(xiàng)高效率利用能源而又無污染的綜合技術(shù)，總體熱效率可達(dá)80%以上。燃料電池幾乎不排放NOx及SOx，溫室氣體CO2的排放量也比火力發(fā)電減少40%飛0%，減輕了對大氣的污染；沒有傳動部件，工作時噪聲極低，因而可直接設(shè)在建筑用戶使用；系統(tǒng)更加安全可靠，不會因傳動部件失靈而引發(fā)惡性事故。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明燃料電池發(fā)電原理示意圖；
圖2為本發(fā)明燃料電池建筑發(fā)電供暖系統(tǒng)圖；
圖3為本發(fā)明系統(tǒng)工作原理圖；
圖4為本發(fā)明電堆發(fā)電系統(tǒng)圖；
圖5為本發(fā)明直流逆變交流原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖所示實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。
[0013]燃料電池有多種類型，按使用的電解液不同分類，主要有磷酸型燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、固體氧化物燃料電池(S0FC)、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)及堿性燃料電池(AFC)。如圖1所示，本發(fā)明燃料電池是一種不經(jīng)過燃燒直接以電化學(xué)反應(yīng)方式將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電裝置，采用甲醇裂解制氫發(fā)電，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，不涉及熱機(jī)過程，能量轉(zhuǎn)換不受卡諾循環(huán)的限制，其理論熱電轉(zhuǎn)化效率可達(dá)85%~90%，該燃料電池溫室氣體CO2的排放量也比火力發(fā)電減少40%~60% ;沒有傳動部件。氫燃料單電池由陽極、陰極和質(zhì)子交換膜組成，陽極為氫燃料發(fā)生氧化的場所，陰極為氧化劑還原的場所，兩極都含有加速電極電化學(xué)反應(yīng)的催化劑，質(zhì)子交換膜作為電解質(zhì)。工作時相當(dāng)于一直流電源，其陽極即電源負(fù)極，陰極為電源正極。把氫和氧分別供給陰極和陽極，氫通過陰極向外擴(kuò)散和電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后，放出電子通過外部的負(fù)載到達(dá)陽極。原料氫氣在核心組件中游離出氫離子通過與質(zhì)子交換膜及催化劑的電化反應(yīng)，產(chǎn)生出電能。反應(yīng)生成副產(chǎn)品為75度純凈水被排出。如圖3所示，本發(fā)明采用甲醇裂解制氫發(fā)電的燃料電池可以高效、環(huán)境友好地將儲存在燃料中的化學(xué)能溫和地轉(zhuǎn)化為電能，燃料電池工作前需要經(jīng)過甲醇制氫設(shè)備產(chǎn)生氫氣，氫是燃料電池的最佳燃料，醇類、烴類等富氫燃料通過重整的方式移動或現(xiàn)場制氫為燃料電池提供氫源，在經(jīng)濟(jì)性和安全性方面具有優(yōu)勢，液體燃料中甲醇作為制氫原料價廉易得，能量密度高，涉及氫氣儲存時，凈能量密度比氫在復(fù)合物和金屬氫化物貯罐中高得多；重整制氫反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力低，產(chǎn)物中一氧化碳含量低。如圖4所示，電堆發(fā)電系統(tǒng)主要由供氧回路、供氫回路、除氫回路、散熱回路、電堆總成及控制系統(tǒng)構(gòu)成。氫氣由燃料電池的供氫回路進(jìn)入電堆陽極，氧氣(或空氣)則由供氧回路進(jìn)入電堆陰極。經(jīng)由催化劑的作用，經(jīng)質(zhì)子膜滲透，使得陽極的氫原子分解成兩個氫質(zhì)子(proton)與兩個電子(electron)，其中質(zhì)子被氧吸引到薄膜的另一邊，電子則經(jīng)由外電路形成電流后，到達(dá)陰極，形成電流回路。供負(fù)載用電。而在陰極催化劑之作用下，氫質(zhì)子、氧及電子，發(fā)生反應(yīng)形成水分子，因此水可說是燃料電池唯一的排放物。燃料電池發(fā)電由于氫氧結(jié)合同時產(chǎn)生75度純凈水，由水分流控制器對熱水分配使用，冬季可用于暖氣供熱，洗浴熱水器供水，洗手、洗菜等用熱水，循環(huán)多余的水通過集水器儲存，用于其它用水的地方。[0014] 實(shí)施例1:
本發(fā)明發(fā)電供暖系統(tǒng)如圖2所示，所采用的燃料電池加注燃料為甲醇、氫氣啟動發(fā)電，燃料電池發(fā)的是直流電，需要經(jīng)過逆變器把直流電轉(zhuǎn)換成220v交流電供照明和家用電器使用。逆變交流原理如圖5所示。燃料電池配有智能控制系統(tǒng)，根據(jù)負(fù)載變化自動調(diào)節(jié)發(fā)電量。燃料電池在發(fā)電的同時產(chǎn)生75度的純凈水，輸入到水分流控制器分配給建筑內(nèi)供暖及需用熱水處，水分流控制器分配給建筑內(nèi)供暖及需用熱水處同時將多余的熱水送到集水器中，將多余的水儲存使用，集水器容器設(shè)有水過溢裝置，必要時將過溢的水排至下水管道，以保證用水安全。本發(fā)明系統(tǒng)燃料電池電堆輸出功率額定50kW，最大輸出IOOkW;額定工作點(diǎn)電壓0.73V-0.60V ;發(fā)電效率59.34%-48.78% ;發(fā)電功率密度1.2ff/cm2-2.4ff/cm2 ；體積50L ;重量50kg ;工作壓力0.5 bar ;熱輸出20.32kW_51.22kW ;電堆主要參數(shù)表:電堆50kff,峰值IOOkW ;氮?dú)馀?bar循環(huán)加壓；電堆反應(yīng)溫度70°C -80°C ;檢測組件為單堆性能監(jiān)測；壓力、氫氣、溫度等傳感器為數(shù)據(jù)傳回控制系統(tǒng)；使用壽命10000h。
【權(quán)利要求】
1.一種燃料電池建筑發(fā)電供暖系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括甲醇裂解制氫燃料電池、逆變器、照明或其他家用電器、燃料電池智能控制系統(tǒng)、水分流控制器、暖氣片、熱水器等用水器具、集水器；燃料電池配有智能控制系統(tǒng)，燃料電池輸出水的管道連接水分流控制器，水分流控制器連接暖氣片、熱水器等用電器具，并由水分流控制器直接經(jīng)管道連接集水器，集水器上設(shè)有溢流裝置，溢流裝置與下水道相連通，集水器也連接其他用水設(shè)備；燃料電池輸出電路連接有逆變器，逆變器出輸出電連接照明或其他家用電器，電堆發(fā)電系統(tǒng)由供氧回路、供氫回路、除氫回路、散熱回路、電堆總成及控制系統(tǒng)構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池建筑發(fā)電供暖系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料電池為電化學(xué)反應(yīng)甲醇裂解制氫發(fā)電。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種燃料電池建筑發(fā)電供暖系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料電池電堆輸出功率額定50kW，最大輸出IOOkW ;額定工作點(diǎn)電壓0.73V-0.60V。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池建筑發(fā)電供暖系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)工作壓力 0.5 bar ;熱輸出 20.32kff-51.22kW。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池建筑發(fā)電供暖系統(tǒng)，其特征在于，所述電堆50kff,峰值IOOkW ;氮?dú)馀?bar循環(huán)加壓；電堆反應(yīng)溫度70°C -80°C。
【文檔編號】F24D3/10GK103939969SQ201410135030
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】孫漢東 申請人:沈陽德邦儀器有限公司