CN114927718A - 一种利用液氢为燃料冷热电联供*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用液氢为燃料冷热电联供***，包括液氢供应***、燃料电池***、电力输出***、热交换***、热管理***、供热***和供冷***，该利用液氢为燃料冷热电联供***又包括液氢罐，气化器，缓存罐，燃料电池，换热器，逆变器，并网设施，热水箱，热交换装置，冷水箱和冷水空调机设备组成。本发明将燃料电池的热能通过换热器转化成热水，一部份通过热交换***控制水温，储存在热水箱，提供生活供热及供暖；一部份通过液氢汽化器的内部换热器，把冷水储存在冷水箱；整个冷热电联供***，即保证了氢的高密度储存、安全存储，也实现了能源的高效利用。
Description
技术领域
本发明属于冷热电联供技术领域，尤其涉及一种利用液氢为燃料冷热电联供***。
背景技术
在我国大中型城市中，主要的能源供应形式是电能和天然气。除用于居民日常生活外，天然气被广泛地用于大型公用事业(如集中采暖)和服务行业(如大型宾馆、娱乐设施等)。在城市天然气能源的利用方式中，冷热电联供***(33om22in5544 33oolin77H5511tin77 11n44Pow55r,3333HP)以其多样的能源供应形式、清洁高效的能源转换过程在世界范围内受到了广泛的重视，目前已是世界第二代能源技术发展的重要方向之一。
液氢是由氢液化而成的无色无臭的透明液体，是仲氢(p-H2)和正氢(o-H2)的混合物。正氢和仲氢是分子氢的两种自旋异构体，这种异构现象是由于两个氢原子的核自旋有两种可能的偶合而引起的。正氢的原子核自旋方向相同，仲氢的原子核自旋方向相反。仲氢分子的磁矩为零，正氢分子的磁矩为质子磁矩的两倍。仲氢与正氢的化学性质完全相同，而物理性质有所差异，表现为仲氢的基态能量比正氢低。
液氢与液氧组成的双组元低温液体推进剂的能量极高，已广泛用于发射通讯卫星、宇宙飞船和航天飞机等运载火箭中。液氢还能与液氟组成高能推进剂。另外，液氢还可用作新能源汽车的燃料。
现有的冷热电联供***是以天然气为燃料，通常由发电机组、溴化锂吸收式冷(热)水机组和换热设备组成。冷热电联供***将高品位能源用于发电，发电机组排放的低品位能源(烟气余热、热水余热)用于供热或制冷，实现能源的梯级利用，综合能源利用效率在70％以上。以天然气为燃料的冷热电联供***，设备投资高，占地面积大，污染大，能源利用率低。
另一种是高压气氢为燃料的质子交换膜燃料电池热电联供***，通常是由高压储气瓶组、燃料电池、换热器、储热水箱组成，高压氢气通过燃料电池将化学能转化为电能，燃料电池工作过程中的热量(70-85℃)，一部份通过散热器消耗，一部份通过换热器，转换成热水储存在蓄热水箱，提供生活供水、供暖。
以高压氢为燃料的质子交换膜燃料电池***，储运氢成本高、安全性低，受地域环境及自然环境的影响，热能的实际利用率较低，其工作过程中只能提供电能和热能，不能用于空调制冷。
由鉴于此，发明一种利用液氢为燃料冷热电联供***是非常必要的。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种利用液氢为燃料冷热电联供***，利用液氢为燃料的冷热电联供是利用冷水，通过冷水空调实现制冷，结构简单，使用过程基本不需要维护，没有任何污染，不受场地限制，可适合不同的环境使用。
一种利用液氢为燃料冷热电联供***，包括液氢供应***11、燃料电池***22、电力输出***33、热交换***44、热管理***55、供热***66和供冷***77，所述的液氢供应***11、燃料电池***22、电力输出***33、热交换***44、热管理***55、供热***66和供冷***77又包括液氢罐，气化器，缓存罐，燃料电池，换热器，逆变器，并网设施，热水箱，热交换装置，冷水箱和冷水空调机设备组成。
优选的，所述的液氢罐通过管路分别与气化器和缓存罐相连通设置。
优选的，所述的燃料电池分别与换热器和逆变器通过管路相连通设置。
优选的，所述的逆变器与并网设施电性连接设置。
优选的，所述的气化器又分别与换热器和热交换装置管路连接设置；所述的热交换装置位于气化器的排放端；所述的换热器位于气化器的进入端。
优选的，所述的热交换装置的输出端分别与热水箱和冷水箱相管路连通设置。
优选的，所述的热水箱与自来水管路和换热器相连接。
优选的，所述的液氢罐，气化器，缓存罐，燃料电池，换热器，逆变器，并网设施，热水箱，热交换装置，冷水箱和冷水空调机相互之间的管路上设置有控制阀。
优选的，所述的液氢供应***11以液态的形式储存，连接气化器与缓存罐，可根据燃料电池的消耗，源源不断的提供氢气。
优选的，所述的燃料电池***22输出电能和热能，所述的电能通过电力输出***33提供工业用电及家庭用电，也可以上传电网，提供电力调峰需求；所述的热能通过热交换***44、热管理***55，转换成恒温热水储存在热水箱，可以实现生活供暖及供水，也可以通过气化器，与低温液氢进行热交换，再通过热管理***55化成冷水，把冷水储存在冷水箱内，利用冷水空调机实现空调制冷。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
液氢作为一种新型的冷热电联供供氢方式，具有体积小、压力低、储氢量大等优点，等体积或等重量的储氢***，液氢有着绝对的储氢量优势。由于液氢的密度是氢气的800倍，相比其他运输方式，液氢的高储运密度，高运输效率和适合长距离运输等特点，使其成为了氢优质的储存和运输方式之一。
燃料电池的热能可以热交换的方式存放于热水箱内，提供生活供水及供暖，也可以通过液氢气化器装置，热交换管理***，转移冷能，贮存在冷水箱内，用于空调制冷。热能的综合利用率可以达到55％以上，结合通过燃料电池化学能转化成电能的能量，以液氢为燃料的冷热电联供***，综合能量转化率95％以上
将燃料电池的热能通过换热器转化成热水，一部份通过热交换***控制水温，储存在热水箱，提供生活供热及供暖。一部份通过液氢汽化器的内部换热器，转移液氢汽化后的冷能，通过热管理***，把冷水储存在冷水箱，利用冷水空调设施，实现空调供冷。整个冷热电联供***，即保证了氢的高密度储存、安全存储，也实现了能源的高效利用。
利用燃料电池的工作原理，做到氢洁能源的示范运用，达到零碳排放。
附图说明
图1是本发明的一种利用液氢为燃料冷热电联供***框架示意图。
图2是本发明的一种利用液氢为燃料冷热电联供***的设备结构示意图。
图中：
11、液氢供应***；22、燃料电池***；33、电力输出***；44、热交换***；55、热管理***；66、供热***；77、供冷***；
1、液氢罐；2、气化器；3、缓存罐；4、燃料电池；5、换热器；6、逆变器；7、并网设施；8、热水箱；9、热交换装置；10、冷水箱；11、冷水空调机。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步描述：
实施例：
如附图1至附图2所示，本发明提供一种利用液氢为燃料冷热电联供***，包括液氢供应***11、燃料电池***22、电力输出***33、热交换***44、热管理***55、供热***66和供冷***77，所述的液氢供应***11、燃料电池***22、电力输出***33、热交换***44、热管理***55、供热***66和供冷***77又包括液氢罐1，气化器2，缓存罐3，燃料电池4，换热器5，逆变器6，并网设施7，热水箱8，热交换装置9，冷水箱10和冷水空调机11设备组成；所述的液氢罐1通过管路分别与气化器2和缓存罐3相连通设置；所述的燃料电池4分别与换热器5和逆变器6通过管路相连通设置；所述的逆变器6与并网设施7电性连接设置；所述的气化器2又分别与换热器5和热交换装置9管路连接设置；所述的热交换装置9位于气化器2的排放端；所述的换热器5位于气化器2的进入端。
上述实施方案中，具体的，所述的热交换装置9的输出端分别与热水箱8和冷水箱10相管路连通设置；所述的热水箱8与自来水管路和换热器5相连接。
上述实施方案中，具体的，所述的液氢罐1，气化器2，缓存罐3，燃料电池4，换热器5，逆变器6，并网设施7，热水箱8，热交换装置9，冷水箱10和冷水空调机11相互之间的管路上设置有控制阀。
上述实施方案中，具体的，所述的液氢供应***11以液态的形式储存，连接气化器2与缓存罐3，可根据燃料电池的消耗，源源不断的提供氢气。
上述实施方案中，具体的，所述的燃料电池***22输出电能和热能，所述的电能通过电力输出***33提供工业用电及家庭用电，也可以上传电网，提供电力调峰需求；所述的热能通过热交换***44、热管理***55，转换成恒温热水储存在热水箱8，可以实现生活供暖及供水，也可以通过气化器2，与低温液氢进行热交换，再通过热管理***55化成冷水，把冷水储存在冷水箱10内，利用冷水空调机11实现空调制冷。
工作原理
本发明的工作原理，液氢罐1储存的氢气少量气化，通过氢气管道、减压阀进入到缓存罐3，启动燃料电池4，缓存罐3源源不断的提供气源，燃料电池4正常工作后，输出电能，电能通过逆变器6、并网设施7输送到终端应用；
燃料电池4输出的热能通过换热器，5转换成热水，一部份储存在换热水箱8，一部份直接进入气化器2内的换热器5，这时打开液氢泵，液氢通过气化器2管道，变成气态氢进入缓存罐3，液氢气化后要吸收大量的热能，这样进入气化器2的热水转变成冷水输出，再通过热交换装置9，把冷水储存在冷水箱10，利用冷水空调机11的工作原理，提供空调制冷；
将燃料电池的热能通过换热器转化成热水，一部份通过热交换***控制水温，储存在热水箱，提供生活供热及供暖。一部份通过液氢汽化器的内部换热器，转移液氢汽化后的冷能，通过热管理***，把冷水储存在冷水箱，利用冷水空调设施，实现空调供冷。整个冷热电联供***，即保证了氢的高密度储存、安全存储，也实现了能源的高效利用。利用燃料电池的工作原理，做到氢洁能源的示范运用，达到零碳排放。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种利用液氢为燃料冷热电联供***，其特征在于，该利用液氢为燃料冷热电联供***，包括液氢供应***(11)、燃料电池***(22)、电力输出***(33)、热交换***(44)、热管理***(55)、供热***(66)和供冷***(77)，所述的液氢供应***(11)、燃料电池***(22)、电力输出***(33)、热交换***(44)、热管理***(55)、供热***(66)和供冷***(77)又包括液氢罐(1)，气化器(2)，缓存罐(3)，燃料电池(4)，换热器(5)，逆变器(6)，并网设施(7)，热水箱(8)，热交换装置(9)，冷水箱(10)和冷水空调机(11)设备组成。
2.如权利要求1所述的利用液氢为燃料冷热电联供***，其特征在于，所述的液氢罐(1)通过管路分别与气化器(2)和缓存罐(3)相连通设置。
3.如权利要求1所述的利用液氢为燃料冷热电联供***，其特征在于，所述的燃料电池(4)分别与换热器(5)和逆变器(6)通过管路相连通设置。
4.如权利要求1所述的利用液氢为燃料冷热电联供***，其特征在于，所述的逆变器(6)与并网设施(7)电性连接设置。
5.如权利要求1所述的利用液氢为燃料冷热电联供***，其特征在于，所述的气化器(2)又分别与换热器(5)和热交换装置(9)管路连接设置；所述的热交换装置(9)位于气化器(2)的排放端；所述的换热器(5)位于气化器(2)的进入端。
6.如权利要求1所述的利用液氢为燃料冷热电联供***，其特征在于，所述的热交换装置(9)的输出端分别与热水箱(8)和冷水箱(10)相管路连通设置。
7.如权利要求1所述的利用液氢为燃料冷热电联供***，其特征在于，所述的热水箱(8)与自来水管路和换热器(5)相连接。
8.如权利要求1所述的利用液氢为燃料冷热电联供***，其特征在于，所述的液氢罐(1)，气化器(2)，缓存罐(3)，燃料电池(4)，换热器(5)，逆变器(6)，并网设施(7)，热水箱(8)，热交换装置(9)，冷水箱(10)和冷水空调机(11)相互之间的管路上设置有控制阀。
9.如权利要求1所述的利用液氢为燃料冷热电联供***，其特征在于，所述的液氢供应***11的氢气以液态的形式储存。
10.如权利要求1所述的利用液氢为燃料冷热电联供***，其特征在于，所述的燃料电池***22输出电能和热能。
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