[发明专利]一种家用燃料电池余热利用系统及方法

权利要求书

1.一种家用燃料电池余热利用系统，其特征在于，包括三相换热器(1)、第一储水箱(2)、冷却器(3)、燃料电池(31)、火炕(4)以及第二储水箱(30)；三相换热器(1)包括第一换热段(17)和第二换热段(19)，第一换热段(17)的吸热介质入口和出口分别连通冷却水源和第二换热段(19)的吸热介质入口，第一换热段(17)的放热介质出口和入口分别连通燃料电池冷却水的入口和出口；第二换热段(19)的放热介质入口和出口分别连通家庭灶的高温烟气出口和大气，第二换热段的吸热介质出口连通第一储水箱(2)入口；第一储水箱(2)的出口依次连通火炕(4)和第二储水箱(30)，第一换热段(17)的放热介质出口还通过应急冷却管道(32)依次连通冷却器(3)和燃料电池冷却水的进口；还包括控制器，第一换热段(17)的放热介质入口和出口、第二换热段(19)的放热介质入口和出口处均设置有温度传感器，第一换热段(17)的放热介质入口和第一换热段(17)的吸热介质入口均设置流量监测传感器，所述温度传感器和流量监测传感器均连接控制器的输入端，应急冷却管道(32)以及冷却器(3)至燃料电池冷却水的进口的管道上均设置电动阀，所述电动阀连接控制器输出端；三相换热器(1)至燃料电池冷却水进口之间的管道上敷设电热丝；三相换热器(1)采用管壳式结构，第一换热段(17)上开设第一入口(21)、第一出口(22)和第二入口(23)，第二换热段(19)上开设第三入口(24)、第三出口(25)和第二出口(26)，第一换热段(17)和第二换热段(19)之间设置第三换热段(18)，第二换热段(19)的两端均设置分流板(16)，分流板(16)上均匀开设若干通孔，所述通孔连通直管(28)，直管(28)在出口处汇流至第二出口(26)，第二出口(26)连通第一储水箱(2)的入口；第一入口(21)连通燃料电池(31)的冷却水出口，第一出口(22)连通燃料电池(31)的冷却水入口；第二入口(23)连通自来水管道，第三入口(24)连通家庭灶的高温烟气出口，第三出口(25)连通大气；第一换热段(17)的入口处设置前端盖(15)和分流板(16)，分流板(16)上开设若干通孔，第一换热段(17)中设置有管束，所述管束的端部与分流板连接，所述管束的入口端和出口端均连接分流板(16)的通孔，前端盖(15)中设置一挡板，所述挡板将前端盖与分流板(16)之间的通道分隔为两个通道，其中一个通道将管束的入口端与第一入口(21)连通，另一个通道将管束的出口端与第一出口(22)连通；第二换热段(19)中设置直管束，第二换热段(19)吸热介质入口和出口处均设置分流板(16)，分流板(16)上开设若干通孔，直管束的两端分别对应连接第二换热段(19)两端的分流板(16)，第二换热段(19)的出口处设置分流板(16)和后端盖，第二出口(26)开设在后端盖上。

2.如权利要求1所述的家用燃料电池余热利用系统，其特征在于，第一储水箱(2)中设置有电辅热装置(6)和温度传感器，电辅热装置(6)连接控制器的输出端，所述温度传感器连接控制器的输入端。

3.如权利要求1所述的家用燃料电池余热利用系统，其特征在于，火炕(4)炕面内侧设置管束，所述管束的入口连通第一储水箱(2)的出口，所述管束的出口连通第二储水箱(30)；第一储水箱(2)还通过旁路管道连通第二储水箱(30)，所述管束还通过旁路冷水管道连通自来水管道。

4.基于权利要求1-3中任一项所述系统的家用燃料电池余热综合利用方法，其特征在于，燃料电池(31)工作时排放高温烟气，同时燃料电池冷却水对燃料电池进行降温，在燃料电池内换热的高温燃料电池的冷却水从第一换热段(17)的放热介质入口进入三相换热器(1)中与自来水换热，放热后的燃料电池的冷却水再回到燃料电池中；自来水从第一换热段(17)的吸热介质入口进入三相换热器(1)吸热后进入第二换热段(19)中与燃料电池的高温烟气换热，家庭灶的高温烟气从第二换热段(19)的放热介质入口的进入与三相换热器(1)放热后从第二换热段(19)的放热介质出口排出；需要加热火炕(4)时，在三相换热器(1)中经过两次吸热的自来水经第一储水箱(2)进入火炕(4)对火炕加热；

火炕(4)不需要加热时，第一储水箱(2)直接提供生活用热水；

燃料电池冷却水经放热后，如果温度还高于设定值，则将第二换热段(19)的放热介质入口通入冷却器(3)中，进行冷却后再进入燃料电池(31)；放热后的燃料电池冷却水温度低于设定温度时，开启电热丝对其进行加热；

经过两段吸热后的自来水达不到设定温度时，开启第一储水箱(2)中的电加热装置对其中的自来水加热后再进入火炕(4)。