[發明專利]一種采用熱泵回收熱量的氫能綜合利用系統及其運行方法

在審

• 申請號: 202211592330.5
• 申請日: 2022-12-13
• 公開（公告）號: CN115966727A
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 呂志輝;孫興寧
• 申請（專利權）人: 大連金煜新能源有限公司
• 主分類號: H01M8/04007
• 分類號: H01M8/04007;F25B30/06;F25B49/00;H01M8/04082;H01M8/04089;H01M8/04029
• 代理公司: 大連大工智訊專利代理事務所(特殊普通合伙) 21244
• 代理人: 崔雪

1.一種采用熱泵回收熱量的氫能綜合利用系統，其特征在于：包括固態儲氫單元(1)、熱泵單元(3)、氫燃料電池單元(5)和自動控制單元，所述氫燃料電池單元(5)設置有第一換熱器(4)，所述第一換熱器(4)的熱媒進口和熱媒出口分別通過管路與氫燃料電池單元(5)內部的冷卻板出口和進口相連接，所述固態儲氫單元(1)包括一個以上的儲氫模塊，所述固態儲氫模塊內部設置有第二換熱器(2)，所述固態儲氫單元(1)氫氣出口通過管路與氫燃料電池單元(5)氫氣入口和外部氫氣負載相連接，所述氫燃料電池單元(5)的電源輸出端與固態儲氫單元(1)的電加熱結構和外部電力負載電連，所述熱泵單元(3)膨脹閥出口通過管路與第一換熱器(4)的冷媒進口相連，所述第一換熱器(4)的冷媒出口與熱泵單元(3)的壓縮機入口相連接，所述熱泵單元(3)的壓縮機出口通過管路與第二換熱器(2)的熱媒進口(11)相連，所述熱泵單元的膨脹閥入口與第二換熱器(2)的熱媒出口(12)相連接，所述氫燃料電池單元(5)的電源輸出端與熱泵單元(3)電連。

2.根據權利要求1所述一種采用熱泵回收熱量的氫能綜合利用系統，其特征在于：所述第二換熱器(2)為均勻設置在固態儲氫單元(1)內部的熱媒通道(13)。

3.根據權利要求2所述一種采用熱泵回收熱量的氫能綜合利用系統，其特征在于：所述熱媒通道(13)的截面形狀為長方形或圓形。

4.根據權利要求1所述一種采用熱泵回收熱量的氫能綜合利用系統，其特征在于：所述自動控制單元包括總控單元、控制固態儲氫單元(1)的第一子單元、控制氫燃料電池單元(5)的第二子單元和控制熱泵單元(3)的第三子單元，所述總控單元分別與第一子單元、第二子單元和第三子單元通訊連接；

所述第一子單元包括監測及控制固態儲氫單元(1)儲氫模塊的溫度、導熱油流量及溫度、氫氣流量及溫度、電加熱功率的部件；

所述第二子單元包括檢測及控制氫燃料電池單元(5)陽極氫氣流量、氫氣濕度、陰極空氣或氧氣流量及濕度、氫燃料電池溫度、冷卻水流量及溫度、氫燃料電池輸出電量的部件；

所述第三子單元包括監測熱泵單元(3)制冷溫度、制熱溫度和導熱油流量的部件。

5.根據權利要求1所述一種采用熱泵回收熱量的氫能綜合利用系統，其特征在于：所述熱泵單元(3)為熱電熱泵或化學熱泵。

6.一種采用熱泵回收熱量的氫能綜合利用系統的運行方法，其特征在于：采用權利要求1-5任意一項所述采用熱泵回收熱量的氫能綜合利用系統，具體包括以下步驟：

S1.將界區外氫氣通入所述氫燃料電池單元(5)，啟動氫燃料電池單元(5)，通過自動控制單元向電力負載和熱泵單元(3)分配供電；

S2.啟動所述熱泵單元，通過自動控制單元調節熱泵單元(3)運行功率，并通過所述第一換熱器(4)冷媒循環移出氫燃料電池單元(5)運行時放出的熱量，使氫燃料電池單元(5)運行溫度為穩定在T1；

S3.在維持氫燃料電池單元(5)運行溫度為穩定在T1的前提下，通過所述熱泵單元(3)將第二換熱器(2)熱媒溫度提升至T2，為固態儲氫供熱；

S4.當所述固態儲氫單元(1)溫度達到T3時，固態儲氫單元(1)開始放氫，通過自動控制單元調節供給氫氣負載和氫燃料電池單元(5)的氫氣流量；

S5.逐步退出界區外氫氣，完全使用固態儲氫單元(1)產生的氫氣作為氫燃料電池單元(5)的燃料。