基于燃料电池与卡诺电池集成的冷热电三联供系统

本发明属于清洁能源利用，尤其涉及一种基于燃料电池与卡诺电池集成的冷热电三联供系统。

背景技术：

1、“双碳”目标的推荐要求能源利用朝着低碳/无碳的方向发展。固体氧化物燃料电池是一种能量转换装置，其高效、清洁、低噪声等特点在包括远洋船舶等领域非常具有前景。高温运行的燃料电池同时能够满足船舶的冷热需求。由于固体氧化物燃料电池存在输出特性较软、启动反应迟滞、瞬态响应性较差等缺点，往往会配备储能设备提高系统的灵活性。

2、目前船舶广泛采用的配置仍是主柴油机+柴油机发电机组，往往会造成一定的污染，船舶的热需求通常由主机废热能提供，而冷需求通常由发电机组带动电制冷机提供，这无疑降低了船舶能量转换效率。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于燃料电池与卡诺电池集成的冷热电三联供系统，旨在解决或改善上述技术问题中的至少之一。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于燃料电池与卡诺电池集成的冷热电三联供系统，包括：

3、燃料电池系统，包括依次连接的工质通路、预热组件、电池堆和燃烧器，所述燃烧器所产生的高温废气经过所述预热组件对所述工质通路内燃料工质进行预热；

4、卡诺电池系统，包括换热器、水循环通路、热储单元、卡琳娜发电系统以及氨制冷系统，所述热储单元、所述水循环通路和所述换热器依次相连接，且所述换热器的烟气入口与所述燃烧器所产生的高温废气相连接，经过所述预热组件的高温废气进入所述换热器与所述水循环通路中循环水产生热交换形成热水，热水通过所述水循环通路与所述热储单元产生热交换，所述热储单元分别与所述卡琳娜发电系统和所述氨制冷系统相连接，提供所述卡琳娜发电系统和所述氨制冷系统所需热能动力；

5、热水储罐，与所述氨制冷系统所产生的热水出口相连接；

6、水箱，与所述热储单元的第一水路入口相连接。

7、可选的，所述水循环通路包括水泵和第一膨胀阀，所述水泵与所述电池堆电性连接，且所述水泵分别与所述换热器的第一水路出口和所述热储单元的第二水路入口相连接，所述第一膨胀阀分别与所述换热器的水路进口和所述热储单元的水路出口相连接。

8、可选的，所述卡琳娜发电系统包括分离器，所述分离器与所述热储单元的第一热量出口相连接，所述分离器的富氨出口连接有膨胀机，所述膨胀机还连接有混合器的富氨入口，所述混合器的贫氨入口通过第二膨胀阀连接有第一回热器，所述第一回热器与所述分离器的贫氨出口相连接，且所述混合器的基氨出口通过依次通过冷凝器和第一工质泵与所述第一回热器相连接。

9、可选的，所述氨制冷系统包括解析塔，所述解析塔与所述热储单元的第二热量出口相连接，所述解析塔的热水出口与所述热水储罐相连接，所述解析塔的富氨出口依次通过冷却器、第三膨胀阀和蒸发器的富氨入口相连接，所述蒸发器的富氨出口连通有吸收塔，所述吸收塔的基氨出口依次通过第二工质泵、第二回热器与所述解析塔的基氨入口相连接，所述解析塔的贫氨出口依次通过所述第二回热器和第四膨胀阀与所述解析塔的贫氨入口相连接，且所述冷却器的水出口通过冷凝器与所述吸收塔的水入口相连接。

10、可选的，所述工质通路包括与所述电池堆相连接的空气泵和液氨罐。

11、可选的，还包括热水器，所述热水器与所述换热器的第二水路出口相连接，所述热水器还与液氨蒸发器相连接，所述液氨蒸发器与所述液氨罐相连接。

12、可选的，所述预热组件包括安装在所述工质通路上的氨气预热器和空气预热器。

13、可选的，所述电池堆包括并联设置的第一燃料电池和第二燃料电池。

14、可选的，所述热储单元为低温热储罐，所述低温热储罐内设置有用于与所述水循环通路热交换的相变储热材料。

15、可选的，所述低温热储罐的储热温度为200-250℃。

16、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

17、通过采用换热器、水循环通路以及热储单元使得对燃烧器所产生的高温废气进行利用，对卡琳娜发电系统和氨制冷系统提供热能动力，形成燃料电池和卡诺电池的耦合，通过热储能的方式，能够实现船舶冷热电的持续供应实现了燃料电池系统的热能梯级利用，实现冷热电三联供系统，提升了集成系统的能量转换效率，大大降低了船舶工质的多样性，便于船舶工质的管理。

技术特征：

1.基于燃料电池与卡诺电池集成的冷热电三联供系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于燃料电池与卡诺电池集成的冷热电三联供系统，其特征在于：所述水循环通路包括水泵(11)和第一膨胀阀(13)，所述水泵(11)与所述电池堆电性连接，且所述水泵(11)分别与所述换热器(9)的第一水路出口和所述热储单元的第二水路入口相连接，所述第一膨胀阀(13)分别与所述换热器(9)的水路进口和所述热储单元的水路出口相连接。

3.根据权利要求1所述的基于燃料电池与卡诺电池集成的冷热电三联供系统，其特征在于：所述卡琳娜发电系统包括分离器(14)，所述分离器(14)与所述热储单元的第一热量出口相连接，所述分离器(14)的富氨出口连接有膨胀机(15)，所述膨胀机(15)还连接有混合器(16)的富氨入口，所述混合器(16)的贫氨入口通过第二膨胀阀(20)连接有第一回热器(19)，所述第一回热器(19)与所述分离器(14)的贫氨出口相连接，且所述混合器(16)的基氨出口通过依次通过冷凝器(17)和第一工质泵(18)与所述第一回热器(19)相连接。

4.根据权利要求1所述的基于燃料电池与卡诺电池集成的冷热电三联供系统，其特征在于：所述氨制冷系统包括解析塔(21)，所述解析塔(21)与所述热储单元的第二热量出口相连接，所述解析塔(21)的热水出口与所述热水储罐(31)相连接，所述解析塔(21)的富氨出口依次通过冷却器(22)、第三膨胀阀(23)和蒸发器(24)的富氨入口相连接，所述蒸发器(24)的富氨出口连通有吸收塔(26)，所述吸收塔(26)的基氨出口依次通过第二工质泵(27)、第二回热器(28)与所述解析塔(21)的基氨入口相连接，所述解析塔(21)的贫氨出口依次通过所述第二回热器(28)和第四膨胀阀(29)与所述解析塔(21)的贫氨入口相连接，且所述冷却器(22)的水出口通过冷凝器(25)与所述吸收塔(26)的水入口相连接。

5.根据权利要求1所述的基于燃料电池与卡诺电池集成的冷热电三联供系统，其特征在于：所述工质通路包括与所述电池堆相连接的空气泵(2)和液氨罐(1)。

6.根据权利要求5所述的基于燃料电池与卡诺电池集成的冷热电三联供系统，其特征在于：还包括热水器(10)，所述热水器(10)与所述换热器(9)的第二水路出口相连接，所述热水器(10)还与液氨蒸发器(3)相连接，所述液氨蒸发器(3)与所述液氨罐(1)相连接。

7.根据权利要求1所述的基于燃料电池与卡诺电池集成的冷热电三联供系统，其特征在于：所述预热组件包括安装在所述工质通路上的氨气预热器(4)和空气预热器(5)。

8.根据权利要求1所述的基于燃料电池与卡诺电池集成的冷热电三联供系统，其特征在于：所述电池堆包括并联设置的第一燃料电池(6)和第二燃料电池(7)。

9.根据权利要求1所述的基于燃料电池与卡诺电池集成的冷热电三联供系统，其特征在于：所述热储单元为低温热储罐(12)，所述低温热储罐(12)内设置有用于与所述水循环通路热交换的相变储热材料。

10.根据权利要求9所述的基于燃料电池与卡诺电池集成的冷热电三联供系统，其特征在于：所述低温热储罐(12)的储热温度为200-250℃。

技术总结本发明属于清洁能源利用技术领域，公开了基于燃料电池与卡诺电池集成的冷热电三联供系统，包括：燃料电池系统，包括依次连接的工质通路、预热组件、电池堆和燃烧器；卡诺电池系统，包括换热器、水循环通路、热储单元、卡琳娜发电系统以及氨制冷系统，热储单元、水循环通路和换热器依次相连接，且换热器的烟气入口与燃烧器所产生的高温废气相连接，热储单元分别与卡琳娜发电系统和氨制冷系统相连接；热水储罐，与氨制冷系统所产生的热水出口相连接；水箱，与热储单元的第一水路入口相连接，本发明提升了集成系统的能量转换效率，大大降低了船舶工质的多样性，便于船舶工质的管理。技术研发人员：冯永明,曲金博,朱元清,高源鑫,刘俊廷,井浩受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18