[发明专利]一种家用燃料电池余热利用系统及方法

说明书

本发明公开一种家用燃料电池余热利用系统及方法，系统包括三相换热器、第一储水箱、冷却器、燃料电池、火炕以及第二储水箱；三相换热器包括第一换热段和第二换热段，第一换热段的吸热介质进出口分别连通冷却水源和第二换热段的吸热介质入口，第一换热段的放热介质出口和入口分别连通燃料电池冷却水的进出口；第二换热段的放热介质出入口分别连通家庭灶的高温烟气管道出口和大气，第二换热段的吸热介质出口连通第一储水箱入口；第一储水箱出口依次连通火炕和第二储水箱，第一换热段的放热介质出口连通冷却器和燃料电池冷却水的进口；利用燃料电池余热加热火炕，可使燃料电池的使用更符合农村的生活习惯，同时提供生活热水，实现节能减排。

技术领域

本发明涉及燃料电池的热电联供系统技术领域，具体涉及一种家用燃料电池余热利用系统及方法。

背景技术

如今，家用燃料电池热电联供系统正处于刚刚兴起的阶段，但是包括商业化程度最高的日本在内，研究和产品面向的对象都是城市用户，现缺少针对农村用户，贴合农村生活习惯的家用燃料电池供热系统。

火炕作为一种重要取暖装置应用广泛，火炕储热性能优异，建造、加热方便快捷，但现在常用燃烧树枝来加热火炕，能量转化效率低且环境污染问题严重，一种稳定高效的火炕供热方式符合农村发展方向。

本系统结合燃料电池和家用火炕，利用燃料电池余热加热火炕具有较高的能量利用效率和节能减排效益，符合碳中和发展目标，对农村综合改造具有现实性意义。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供了一种新的家用燃料电池余热利用系统及方法，利用燃料电池余热加热火炕，可使燃料电池的使用更符合农村的生活习惯，避免传统火炕热量来自燃烧树枝、秸秆或稻草污染严重的问题。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：一种家用燃料电池余热利用系统，包括三相换热器、第一储水箱、冷却器、燃料电池、火炕以及第二储水箱；三相换热器包括第一换热段和第二换热段，第一换热段的吸热介质入口和出口分别连通冷却水源和第二换热段的吸热介质入口，第一换热段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入口；第一储水箱的出口依次连通火炕和第二储水箱，第一换热段的放热介质出口还通过应急冷却管道依次连通冷却器和燃料电池冷却水的进口。

还包括控制器，第一换热段的放热介质入口和出口、第二换热段的放热介质入口和出口处均设置有温度传感器，第一换热段的放热介质入口和第一换热段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，应急冷却管道以及冷却器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。

第一储水箱中设置有电辅热装置和温度传感器，电辅热装置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。

三相换热器至燃料电池冷却水进口之间的管道上敷设电热丝。

三相换热器采用管壳式结构，第一换热段上开设第一入口、第一出口和第二入口，第二换热段上开设第三入口、第三出口和第二出口，第一换热段和第二换热段之间设置第三换热段，第二换热段的两端均设置分流板，分流板上均匀开设若干通孔，所述通孔连通直管，直管在出口处汇流至第二出口，第二出口连通第一储水箱的入口；第一入口连通燃料电池的冷却水出口，第一出口连通燃料电池的冷却水入口；第二入口连通自来水管道，第三入口连通家庭灶的高温烟气出口，第三出口连通大气。

第一换热段的入口处设置前端盖和分流板，分流板上开设若干通孔，第一换热段中设置有管束，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的通孔，前端盖中设置一挡板，所述挡板将前端盖与分流板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连通，另一个通道将管束的出口端与第一出口连通。