【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池，特别是涉及一种制氢和燃料电池发电耦合系统。
技术介绍
1、氢能是理想的清洁二次能源，用可再生能源进行制氢，再结合储氢技术以及氢燃料电池发电技术，可以实现零排放的氢能系统。在上游制氢行业中，根据电解槽隔膜材料的不同，通常将水电解制氢分为碱性水电解（ae）、质子交换膜（pem）水电解以及高温固体氧化物水电解（soec）。目前，应用最广泛的技术方式是碱性水电解制氢与pem电解制氢。pem电解制氢技术具有纯度高、无污染、转换效率高、结构集成度高等优点，同时可以适应可再生能源的波动性，pem电解水制氢的系统响应速度快、适应动态操作，可以避免“弃风”、“弃电”等现象。
2、在氢燃料电池发电
，pem燃料电池是目前最成熟的电池。pem燃料电池以氢气作为燃料，具有零碳排放、启动快、可低温启动等优点，已经在多个交通领域进行了商业化推广。近几年，pem燃料电池正在拓展新的应用领域，比如分布式发电、家庭热电联供、应急发电、备用电源、复合能源系统等等。
3、近年，将pem制氢、储氢、pem燃料电池发电三大模块联合一体化的氢储能受到广泛关注：一方面氢储能可以把波动性的可再生能源转化为可并入电网或直接使用稳定电源；另一方面，与其他储能方式相比，在能量维度、空间维度和时间维度方面更具优势，可以实现极短和极长时间的大规模储能。但是，氢储能在实际推广中依然面临挑战，主要原因是氢储能的效率相对较低，氢储能的“电-氢-电”过程存在两次能量转换，整体效率40%左右，甚至更低。如何提升基于pem技术的制氢-发电一体化
4、在运行中，氢燃料电池的一部分化学能转化为热量，通常采用冷却介质带走电堆装置内部热量，再利用换热器、散热器对冷却介质降温，热量利用率较低，进而使得pem制氢-发电装置效率相对较低，系统的热管理仍存在提升空间。
技术实现思路
1、基于此，本专利技术实施例提供一种制氢和燃料电池发电耦合系统，旨在解决现有的基于pem技术的制氢-发电一体化效率相对较低、热量利用率低、系统的热管理存在较大的提升空间等问题。
2、为实现上述目的，本专利技术实施例提供一种制氢和燃料电池发电耦合系统，包括储氢系统、燃料电池系统、储热系统、电解水系统和控制器；所述储氢系统通过比例阀与所述燃料电池系统连接；所述燃料电池系统通过背压阀与所述储热系统连接；所述控制器分别与所述燃料电池系统、所述电解水系统连接；所述储热系统与所述电解水系统连接。
3、作为优选的实施方式，所述储氢系统为第一储氢罐；所述第一储氢罐内存储有氢气。
4、作为优选的实施方式，所述燃料电池系统包括电堆、第一气液分离器、第一去离子器、第一水泵、进气组合阀、中冷器和空压机；
5、所述电堆的氢气入口与所述比例阀连接，所述电堆的阳极出口与所述第一气液分离器连接；所述电堆的出水口与所述第一去离子器连接，所述第一去离子器与所述第一水泵连接；所述电堆的阴极入口与所述进气组合阀连接，所述中冷器分别与所述进气组合阀、所述空压机连接。
6、作为优选的实施方式，所述电堆的氢气入口与所述比例阀之间设置有第一压力传感器和第一温度传感器，所述第一压力传感器设置于所述比例阀与所述第一温度传感器之间。
7、作为优选的实施方式，所述第一气液分离器分别与排氮阀、第一氢泵连接，所述排氮阀与尾排连接；所述第一氢泵分别与所述比例阀、所述第一压力传感器连接。
8、作为优选的实施方式，所述电堆的出水口与所述第一去离子器之间设置有第二压力传感器和第二温度传感器，所述第二压力传感器设置于所述电堆的出水口与所述第二温度传感器之间。
9、作为优选的实施方式，所述进气组合阀与所述电堆的阴极入口之间设置有第三压力传感器；所述进气组合阀与所述尾排连接；所述空压机与空气过滤器连接。
10、作为优选的实施方式，所述电堆与负载装置连接。
11、作为优选的实施方式，所述储热系统包括节温器、第一热交换器、第一电磁三通阀和储热水箱，所述第一热交换器分别与所述节温器、所述第一电磁三通阀、所述储热水箱连接；所述节温器与所述电堆的入水口连接。
12、作为优选的实施方式，所述第一水泵分别与所述节温器、所述第一电磁三通阀连接；所述储热水箱通过所述背压阀与所述电堆的阴极出口连接；所述储热水箱与所述电解水系统连接。
13、作为优选的实施方式，所述电堆的入水口与所述节温器之间设置有第四压力传感器和第三温度传感器，所述第四压力传感器设置于所述电堆的入水口与所述第三温度传感器之间；所述储热水箱上设置有氢气溶度传感器和第四温度传感器；所述储热水箱通过第一排水阀与所述第一气液分离器连接。
14、作为优选的实施方式，所述电解水系统包括电解水装置、直流电源装置、第二热交换器、氧气罐、第二气液分离器、第一开关阀、冷却干燥装置、纯化装置和第三气液分离器；所述电解水装置与所述直流电源装置连接；
15、所述第二热交换器与所述电解水装置的阳极入口连接；所述氧气罐与所述第二气液分离器连接，所述第二气液分离器与所述电解水装置的阳极出口连接；所述第一开关阀、所述冷却干燥装置、所述纯化装置和所述第三气液分离器依次连接，所述第三气液分离器与所述电解水装置的阴极出口连接。
16、作为优选的实施方式，所述第二热交换器与所述电解水装置的阳极入口之间设置有第五温度传感器；所述第二热交换器通过第二水泵与所述储热水箱连接，所述储热水箱与所述第二水泵之间设置有第二去离子器。
17、作为优选的实施方式，所述氧气罐与所述第二气液分离器之间设置有第二开关阀和第五压力传感器，所述第二开关阀设置于所述氧气罐与所述第五压力传感器之间；所述第二气液分离器与所述储热水箱连接。
18、作为优选的实施方式，所述第一开关阀与所述冷却干燥装置之间设置有第六压力传感器、第二氢泵和第六温度传感器，自所述第一开关阀至所述冷却干燥装置的方向，所述第六压力传感器、所述第二氢泵和所述第六温度传感器依次设置；所述纯化装置与所述第三气液分离器之间设置有第七压力传感器；所述第三气液分离器通过第二排水阀与所述储热水箱连接。
19、作为优选的实施方式，所述第一开关阀与第二储氢罐连接；
20、或者，所述第一开关阀通过第二电磁三通阀与所述第一储氢罐连接；所述第二电磁三通阀与所述比例阀连接。
21、作为优选的实施方式，所述控制器分别与所述电堆、所述电解水装置连接。
22、与现有技术相比较，本申请具有以下技术效果：
23、（1）本申请系统通过将燃料电池系统和电解水系统结合在一起实现一体化系统，既能够有效发电，也能够有效制氢；燃料电池系统与电解水系统可以共用一部分零部件，可以有效节约成本，并能够减轻系统的重量和体积。
24、（2）电解水系统温度在50℃-90℃，同时是吸热反应；燃料电池系统发电是放热反应。本申请系统将冷却液的热量与储热装置耦合，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种制氢和燃料电池发电耦合系统，其特征在于，包括储氢系统、燃料电池系统、储热系统、电解水系统和控制器；所述储氢系统通过比例阀与所述燃料电池系统连接；所述燃料电池系统通过背压阀与所述储热系统连接；所述控制器分别与所述燃料电池系统、所述电解水系统连接；所述储热系统与所述电解水系统连接。
2.根据权利要求1所述的制氢和燃料电池发电耦合系统，其特征在于，所述储氢系统为第一储氢罐；所述第一储氢罐内存储有氢气；
3.根据权利要求2所述的制氢和燃料电池发电耦合系统，其特征在于，所述电堆的氢气入口与所述比例阀之间设置有第一压力传感器和第一温度传感器，所述第一压力传感器设置于所述比例阀与所述第一温度传感器之间；
4.根据权利要求3所述的制氢和燃料电池发电耦合系统，其特征在于，所述电堆的出水口与所述第一去离子器之间设置有第二压力传感器和第二温度传感器，所述第二压力传感器设置于所述电堆的出水口与所述第二温度传感器之间；
5.根据权利要求4所述的制氢和燃料电池发电耦合系统，其特征在于，所述储热系统包括节温器、第一热交换器、第一电磁三通阀和储热水箱，所述
6.根据权利要求5所述的制氢和燃料电池发电耦合系统，其特征在于，所述第一水泵分别与所述节温器、所述第一电磁三通阀连接；所述储热水箱通过所述背压阀与所述电堆的阴极出口连接；所述储热水箱与所述电解水系统连接；
7.根据权利要求6所述的制氢和燃料电池发电耦合系统，其特征在于，所述电解水系统包括电解水装置、直流电源装置、第二热交换器、氧气罐、第二气液分离器、第一开关阀、冷却干燥装置、纯化装置和第三气液分离器；所述电解水装置与所述直流电源装置连接；
8.根据权利要求7所述的制氢和燃料电池发电耦合系统，其特征在于，所述第二热交换器与所述电解水装置的阳极入口之间设置有第五温度传感器；所述第二热交换器通过第二水泵与所述储热水箱连接，所述储热水箱与所述第二水泵之间设置有第二去离子器；
9.根据权利要求8所述的制氢和燃料电池发电耦合系统，其特征在于，所述第一开关阀与第二储氢罐连接；
10.根据权利要求9所述的制氢和燃料电池发电耦合系统，其特征在于，所述控制器分别与所述电堆、所述电解水装置连接。
...【技术特征摘要】
1.一种制氢和燃料电池发电耦合系统，其特征在于，包括储氢系统、燃料电池系统、储热系统、电解水系统和控制器；所述储氢系统通过比例阀与所述燃料电池系统连接；所述燃料电池系统通过背压阀与所述储热系统连接；所述控制器分别与所述燃料电池系统、所述电解水系统连接；所述储热系统与所述电解水系统连接。
2.根据权利要求1所述的制氢和燃料电池发电耦合系统，其特征在于，所述储氢系统为第一储氢罐；所述第一储氢罐内存储有氢气；
3.根据权利要求2所述的制氢和燃料电池发电耦合系统，其特征在于，所述电堆的氢气入口与所述比例阀之间设置有第一压力传感器和第一温度传感器，所述第一压力传感器设置于所述比例阀与所述第一温度传感器之间；
4.根据权利要求3所述的制氢和燃料电池发电耦合系统，其特征在于，所述电堆的出水口与所述第一去离子器之间设置有第二压力传感器和第二温度传感器，所述第二压力传感器设置于所述电堆的出水口与所述第二温度传感器之间；
5.根据权利要求4所述的制氢和燃料电池发电耦合系统，其特征在于，所述储热系统包括节温器、第一热交换器、第一电磁三通阀和储热水箱，所述第一热交换器分别与所述节温器...
【专利技术属性】
技术研发人员：张震，贾坤晗，张华农，
申请(专利权)人：深圳市氢瑞燃料电池科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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