一种氢能发电机高效热电联供系统的制作方法

1.本发明涉及蓄热缓冲水罐（箱）与氢能发电机冷却系统相结合实现高效发电和热回收的一种方法。氢能发电机的燃料电池功率通常不大，可回收的热量有限，在有生活热水需求时实现总体的热平衡不难。但是生活热水的使用与氢能发电机的发电存在时间上的不同步，通过设置缓冲水箱蓄热的方式实现二者的匹配。


背景技术：

2.氢能发电机随着可再生能源利用率的提高和绿氢技术发展会逐步取代当下的柴油发电机。柴油发电机作为一种应急电源，大多数情况下考虑热回收较少。氢能发电机用氢气和氧气作为原料，几乎不排放有害气体，是最有发展前途的绿色发电技术，在其热能管理过程中需要高效回收利用其冷却液的热量。


技术实现要素：

3.氢能发电机实现高效热电联供的核心是冷却液温度的相对稳定。冷却系统通过热回收板交与蓄热缓冲罐兼生活热水罐交换热量，生活热水回收了燃料电池的废热。热水罐内水温维持在55-65
°
c之间，热泵等主热源将热水罐加热到55
°
c左右，留出10
°
c温差用于吸收废热。理想的情况是氢能发电机的热量正好满足热水需要的热量，此时生活热水罐的容积可以不考虑氢能发电机的影响。但氢能发电机的发电量在波动，其散热也响应波动，热水的用量也在波动。不利的情况下，热水没有使用，但是氢能发电机满载发电。生活热水罐的容积按照10
°
温差下能够接纳氢能发电机1小时的最大散热量计算。例如，氢能发电机功率100kw，其最大散热量取100kw，此时生活热水罐的有效容积：v=100*0.86/10=8.6m3。如果发电机的总功率较大，蓄热水罐采用闭式系统造价较高，可采用开式热水箱。蓄热水罐（箱）有效容积比较大时，热泵等可以取较小值。通常热水管网加上闭式膨胀水箱的容积不小，通过强制回水的方法，这部分调节容积也可以充分利用。这个热水系统的总容积是生活热水罐+闭式膨胀水箱+热水管网容积。热水系统总容积不小于0.08m3/kw可以实现氢能发电机热电联供的高效运行。下面结合附图1氢能发电机热回收系统图说明具体的实现方式。
4.本发明的技术解决方案如下：1.温度传感器t1变频控制热回收一次泵，t1温度保持在68-70
°
之间。
5.2.温度传感器t2变频控制热回收二次泵，t2温度保持在62-65
°
之间。
6.3.温度传感器t4大于64
°
c时强制启动热水回水泵，说明此时热水用量较小，但是氢能发电机废热较多，通过循环热水管道可以降低生活热水罐内的水温。温度传感器t7如果高于63
°
c启动散热泵，将生活热水消化不了的热量导入散热水箱，散热水箱优先考虑制热季节的空调储热水箱，其次考虑生活冷水箱、消防水箱等。这些水箱通常容积不小，短时间的应急散热不会对水箱温度有大的改变。特别是消防水箱，不容许作为蓄热水箱使用，是出于消防时高温水烫伤人的考虑。这点散热不可能让消防水箱的温度达到较高的程度。
7.4.生活水箱内的水温低于54
°
时，启动热泵等加热生活热水，温度传感器t5达到
55
°
时停止热泵加热。
8.5.热水回水泵正常情况下启停受温度传感器t7控制，低于50
°
时启泵，52
°
时停泵。


技术特征：
1.维持稳定的冷却水温，通过冷却水循环流量的调节匹配发电机的散热需求，发电量和循环水泵的频率相关联。2.通过设置有效容积与发电机额定功率相匹配的蓄热水箱实现冷却水温度的稳定，其最小容积的确定方法。3.热电联供工作时维持较高的发电效率是主控因素，回收热量需要考虑热平衡，通过蓄热缓冲水箱平衡用电和用热的不同步，热量回收按照优先用于生活热水，其次空调热水，在二者回收后不能热平衡的情况下，通过消防水池(管道)、冷水系统等应急散热。4.较小的氢能发电机配闭式蓄热缓冲罐，发电机功率较大时优先采用开式蓄热水箱。5.发电机冷却系统与蓄热水箱采用板交间接换热，防止冷却系统结垢。6.热水回水泵的控制策略。

技术总结
本发明专利涉及一种氢能发电机高效热电联供系统，涉及一种氢能发电机的热电综合利用系统。氢能发电机在燃料电池工作过程中产生热量占到转化的化学能50%以上，其中95%以上需要冷却水带走。维持适宜的冷却水温度有助于发电效率的提升，合理利用冷却水热量可以提升氢能发电机的热回收效率，从而实现高效氢能发电机的热电联供系统。维持较高的冷却水温度可以改善化学反应条件，热回收优先考虑生活热水。较高的冷却水温度对于发电机的耐高温性能和热回收的控制响应速度提出更高的要求。冷却水温度控制在60-70


技术研发人员：李海军
受保护的技术使用者：李海军
技术研发日：2022.05.19
技术公布日：2022/7/15