[发明专利]高温质子交换膜燃料电池冷热电三联供系统及其工作方法

说明书

本发明公开了一种高温质子交换膜燃料电池冷热电三联供系统及其工作方法；该系统包括燃料电池系统、燃料制气系统、燃料电池冷却系统、有机朗肯循环发电系统以及吸收式制冷系统；所述燃料电池系统包括燃料电池、DC‑AC转换器、空气预热器和水分离器；所述燃料制气系统包括蒸汽发生器Ⅰ、重整器、燃烧器、换热器Ⅰ、置换器、换热器Ⅱ和除水器；燃料电池冷却系统包括分流器、合流器Ⅰ、节温器、散热器和储液器；所述有机朗肯循环发电系统包括蒸气发生器Ⅱ、透平机、回热器和冷凝器Ⅰ；所述吸收式制冷系统包括蒸汽发生器Ⅲ、精馏器、冷凝器Ⅱ、节流阀、回热器Ⅱ、蒸发器和吸收器。

技术领域

本公开涉及高温质子交换膜燃料电池技术领域，具体涉及一种高温质子交换膜燃料电池冷热电三联供系统及其工作方法。

背景技术

由于低温质子交换膜燃料电池(LT-PEMFC)的工作温度(60℃-80℃)的限制，使得产生的水中存在的液态水会有可能造成膜“水淹”的可能，这会导致反应气体的传输受到阻碍，大大影响燃料电池的性能，同时，对于水管理系统就会比较复杂，所需空间就会增大。而且，LT-PEMFC催化剂对于CO耐受性低，因而CO的存在会对电池的性能产生比较明显且不利的影响。于是，为了克服以上缺点，高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)，应运而生，其工作温度为140℃-200℃。

对于HT-PEMFC，由于其工作温度的提升，不仅由于生成的水以水蒸气形态排出，避免了膜“水淹”现象、简化了水管理设备，同时提高了电极反应的活性，加快了反应速度，提高了比功率；而且工作温度的提高，催化剂对于CO的耐受性得以提高，提高了燃料电池系统性能和寿命，同时对于重整制气系统就可以免除一部分置换反应系统和CO优先氧化系统，大大简化了设备；不仅如此，HT-PEMFC的冷却液与环境的温差更大，因此余热利用更加可行、效率更加高。

因为HT-PEMFC工作温度较高，因而在此系统中将冷却液的余热加以利用，来提高整个系统的能源利用效率。将这些余热分别用来进行发电、供热和制冷，并且可用于实际情况，可进行发电制冷等的比例调控，从而达到能源的合理分配利用。根据HT-PEMFC功能特性及余热三联供的特点等使其非常适合于商场、写字楼、居民区等区域。

现有燃料电池冷热电联供系统主要有基于高温燃料电池的冷热电联供系统，如熔融碳酸盐燃料电池冷热电联供系统、固体氧化物燃料电池冷热电联供系统等；中温燃料电池冷热电联供系统，如太阳能燃料电池冷热电联供系统等；中低温/低温燃料电池冷热电联供系统，如磷酸燃料电池冷热电联供系统、碱性燃料电池冷热电联供系统、质子交换膜燃料冷热电联供系统等。

发明人在研发过程中发现，虽然高温与中温燃料电池的冷热电三联供总效率很高，但由于其设备繁多、操作温度过高，其并不适用于居民区和商场等区域。而在低温燃料电池中，应用最广、前景最好的低温质子交换膜燃料电池，却由于其运行温度低，对其本身电池性能产生不利影响的同时还使得一部分低温余热无法有效利用而直接排出。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本公开提供了一种高温质子交换膜燃料电池冷热电三联供系统及其工作方法，不仅提高了电池本身发电性能，同时在住宅或商场等场所余热能与冷热系统很好的耦合，余热被提高了品质从而也能更加高效的利用。

本公开一方面提供的一种高温质子交换膜燃料电池冷热电三联供系统的技术方案是：

一种高温质子交换膜燃料电池冷热电三联供系统，该系统包括燃料电池、用于给燃料电池提供燃料气体的燃料制气系统、用于冷却燃料电池的燃料电池冷却系统、用于回收制冷剂余热产生电能的有机朗肯循环发电系统以及吸收式制冷系统；