[發(fā)明專(zhuān)利]用于水電解器、燃料電池的熱電聯(lián)供系統(tǒng)及其控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211056760.5
• 申請(qǐng)日: 2022-08-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115572983A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-01-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳紅;齊濟(jì);安燦燦;朱文若;屈倩茹;閆千倩;袁行方;吳紹偉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京航天動(dòng)力研究所
• 主分類(lèi)號(hào): C25B1/04
• 分類(lèi)號(hào): C25B1/04;C25B9/67;C25B15/02;C25B15/08;C01B3/00;H01M8/04029;H01M8/04082;H01M8/0606
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專(zhuān)利中心 11009
• 代理人: 張麗筠

本申請(qǐng)涉及制氫儲(chǔ)能熱電聯(lián)供領(lǐng)域，具體公開(kāi)了一種用于水電解器、燃料電池的熱電聯(lián)供系統(tǒng)及其控制方法。熱電聯(lián)供系統(tǒng)包括水電解器及其換熱器、燃料電池及其換熱器、金屬儲(chǔ)氫器及其換熱器和散熱器；當(dāng)水電解器工作時(shí)，換熱液體能夠經(jīng)水電解換熱器流向金屬儲(chǔ)氫換熱器，并回流至水電解換熱器；當(dāng)燃料電池工作時(shí)，換熱液體能夠經(jīng)燃料電池?fù)Q熱器流向金屬儲(chǔ)氫換熱器，并回流至燃料電池?fù)Q熱器；散熱器設(shè)置于金屬儲(chǔ)氫換熱器的入口側(cè)，用于對(duì)待輸入至金屬儲(chǔ)氫換熱器的換熱液體降溫。由此有利于提高水電解制氫?金屬儲(chǔ)氫?燃料電池發(fā)電集成系統(tǒng)的能源利用效率，同時(shí)滿(mǎn)足三個(gè)子系統(tǒng)所需冷卻液溫度平臺(tái)需求，簡(jiǎn)化水熱管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及制氫儲(chǔ)能熱電聯(lián)供的技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種用于水電解器、燃料電池的熱電聯(lián)供系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)

在雙碳目標(biāo)的牽引下，氫能作為零碳能源的載體，將成為中國(guó)能源體系的重要組成部分。2020年，國(guó)家能源局也首次將氫能列入能源范疇。

燃料電池、水電解器工作的過(guò)程中，伴隨有熱量的產(chǎn)生。如果對(duì)反應(yīng)過(guò)程的熱量進(jìn)行回收，可大大提高系統(tǒng)的能源利用率。當(dāng)前存在燃料電池?zé)犭娐?lián)供的方案。但是由于金屬儲(chǔ)氫在放氫時(shí)吸熱、吸氫時(shí)放熱，且放氫溫度平臺(tái)需求T3m(如55℃)以上、吸氫溫度平臺(tái)要求T2m(如40℃)以下，因此，需要單獨(dú)配置金屬儲(chǔ)氫裝置的水熱管理系統(tǒng)，增加了額外部組件、增大了系統(tǒng)水熱管理的難度，且儲(chǔ)氫裝置吸氫、放氫的熱量無(wú)法得到回收利用。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N用于水電解器、燃料電池的熱電聯(lián)供系統(tǒng)及其控制方法，目的是提高水電解制氫-金屬儲(chǔ)氫-燃料電池發(fā)電集成系統(tǒng)的能源利用效率，同時(shí)滿(mǎn)足三個(gè)子系統(tǒng)所需冷卻液溫度平臺(tái)需求，簡(jiǎn)化水熱管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。可再生能源發(fā)電-電解制氫-金屬儲(chǔ)氫-燃料電池發(fā)電的氫儲(chǔ)能方式，有著廣闊的發(fā)展前景。

第一方面，提供了一種熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其特征在于，所述熱電聯(lián)供系統(tǒng)包括水電解器、燃料電池和金屬儲(chǔ)氫器，所述金屬儲(chǔ)氫器儲(chǔ)存所述水電解器制備的氫氣，并將儲(chǔ)存的氫氣輸送至所述燃料電池，以供所述燃料電池發(fā)電；

所述熱電聯(lián)供系統(tǒng)還包括水電解換熱器、燃料電池?fù)Q熱器、金屬儲(chǔ)氫換熱器和散熱器，其中，

當(dāng)所述水電解器工作時(shí)，所述熱電聯(lián)供系統(tǒng)的換熱液體能夠經(jīng)所述水電解換熱器流向所述金屬儲(chǔ)氫換熱器，并回流至所述水電解換熱器；

當(dāng)所述燃料電池工作時(shí)，所述熱電聯(lián)供系統(tǒng)的換熱液體能夠經(jīng)所述燃料電池?fù)Q熱器流向所述金屬儲(chǔ)氫換熱器，并回流至所述燃料電池?fù)Q熱器；

所述散熱器設(shè)置于所述金屬儲(chǔ)氫換熱器的入口側(cè)，用于對(duì)待輸入至所述金屬儲(chǔ)氫換熱器的換熱液體降溫。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請(qǐng)?zhí)峁┑姆桨钢辽侔ㄒ韵掠幸婕夹g(shù)效果：

相較傳統(tǒng)燃料電池?fù)Q熱器、水電解器、金屬儲(chǔ)氫換熱器分別配置水熱管理系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)配置更簡(jiǎn)潔，可實(shí)現(xiàn)對(duì)三個(gè)子系統(tǒng)水熱管理的耦合控制，在體積、重量、能量回收效率有顯著優(yōu)勢(shì)。

結(jié)合第一方面，在第一方面的某些實(shí)現(xiàn)方式中，所述散熱器用于在滿(mǎn)足以下任一項(xiàng)的情況下啟動(dòng)：

所述水電解器處于工作狀態(tài)；

所述燃料電池處于工作狀態(tài)，且所述散熱器入口側(cè)的換熱液體溫度高于燃料電池預(yù)設(shè)溫度，所述燃料電池預(yù)設(shè)溫度為55～65℃。

散熱器在不同階段的工作狀態(tài)可以不同，使得本申請(qǐng)實(shí)施例提供的熱電聯(lián)供系統(tǒng)可以分別為水電解器和燃料電池提供適宜的換熱方案。

結(jié)合第一方面，在第一方面的某些實(shí)現(xiàn)方式中，所述熱電聯(lián)供系統(tǒng)還包括集熱器，其中，

所述水電解換熱器輸出的部分換熱液體能夠繞過(guò)所述金屬儲(chǔ)氫換熱器，并通過(guò)所述集熱器回流至所述水電解換熱器；和/或，