一种氢能热电联产及余热回收系统的制作方法

本发明属于pem制氢，涉及一种氢能热电联产及余热回收系统。

背景技术：

1、区域综合能源研究可以充分利用系统的规模效应，集成多项节能、低碳技术，有利于区域综合能源统一实施，有利于区域碳减排，具有优良的环境和社会效益。一是发挥技术集成效应，保证供能安全与品质二是利用谷电蓄能，降低区域电网尖峰负荷，移峰填谷。三是充分利用可再生能源，减少一次能源消耗，降低碳排放。四是利用现有供热管网，进行供冷、供热服务。因此，区域综合能源统一利用牵连新能源发电、新能源车辆、生产生活供热以及低碳新能源的开发。

2、然而，现有的综合能源利用方式中缺乏在pem制氢或者氢燃料电池发电时能够综合利用制氢或发电产生的余热的装置或系统，因此，需要一种能够兼顾平复新能源发电的不稳定性的同时又能充分利用余热的装置或系统来解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明解决技术问题所采取的技术方案是：一种氢能热电联产及余热回收系统，包括：pem制氢装置、燃料电池、生活热水水箱、浅层地热井、集水器、分水器，pem制氢装置产生的氢气用于燃料电池通过氧化还原反应进行发电，pem制氢装置的冷却水路循环连接第一换热器的蒸发端，燃料电池的冷却水路循环连接第二换热器的蒸发端；

2、集水器的出水口依序连通第一换热器的冷凝端、第二换热器的冷凝端后连通至生活热水水箱的进水口，生活热水水箱的出水口连通至分水器的进水口，分水器的出水口连通至集水器的进水口，生活热水水箱用于生活供暖、供热水；

3、分水器的出水口连通至浅层地热井的进水口，浅层地热井的出水口串联经过第一循环泵后连通至集水器的进水口；通过浅层地热井将水流循环至浅表层进行换热后生成15℃至17℃的低温水，然后将低温水循环通过第一换热器、第二换热器用于给制氢及发电过程降温，在需要生活供热时，将升温后的热水输送至生活热水水箱，在不需要生活供热时，将热水经分水器循环回浅层地热井储存换季后采用。

4、优选的，所述pem制氢装置与第一换热器的蒸发端之间还串联有第二循环泵，燃料电池与第二换热器的蒸发端之间还串联有第三循环泵；集水器的出水口至第一换热器的冷凝端之间还串联有第四循环泵；各水循环泵配合各管路上的阀门，能够控制蒸发端及冷凝端的换热速度，从而提高或降低热传递的效率，进而起到控制pem制氢装置、燃料电池处循环降温水在蒸发端的温度，以及控制生活热水水箱、集水器、分水器循环升温水在冷凝端的温度。

5、优选的，所述集水器的进水口处还连接有自来水管，分水器的进水口处连接至自来水管；自来水管用于给管路补水，当生活热水水箱处释放热水过多时，由自来水管对管路进行补水；当室外温度高于浅表层地下温度时，通过自来水管向分水器补水，分水器内的循环水先要进入浅层地热井进行一次降温后再由集水器送至换热器的冷凝端对pem制氢装置与燃料电池进行冷却；当室外温度低于浅表层地下温度时，通过自来水管向集水器直接补水，集水器将补充的低温水与浅层地热井输送的水进行混合降温后再送至换热器的冷凝端对pem制氢装置与燃料电池进行冷却。

6、优选的，所述回收系统还对接市政一次热力网，市政一次热力网的供水管路分别连通至分水器的出水口、集水器的进水口，市政一次热力网水路对接至厂区热交换站；供暖季时，市政一次热力网的功能热水输送至换热器进行对pem制氢装置与燃料电池进行冷却后升温，升温后的供暖水输送至生活热水水箱供居民生活供暖供热，供暖供热后返回的低温水再输送回市政一次热力网形成一个供暖加热循环，充分利用了pem制氢及氢电池发电产生的余热进行二次加热供暖。

7、更优的，所述分水器的出水口至市政一次热力网的供水管路之间串联有第五循环泵，市政一次热力网对接至厂区热交换站的供水管路之间设有第六循环泵；各水循环泵配合各管路上的阀门，能够控制蒸发端及冷凝端的换热速度，从而提高或降低热传递的效率，进而起到控制pem制氢装置、燃料电池处循环降温水在蒸发端的温度，以及控制生活热水水箱、集水器、分水器循环升温水在冷凝端的温度。

8、更优的，所述厂区热交换站水路对接至热泵机组，热泵机组的出水口连通至浅层地热井的进水口，热泵机组的进水口连通至第一循环泵的出水口；热泵机组充分利用供暖季浅层地热井的低温水进行升温加热后供城区热交换站对市政供暖的热水进行加热升温，满足供暖季生活热水水箱的高温、大热量需求。

9、更优的，所述分水器的出水口连通至厂区二次热力网的进水口，集水器的进水口连通至厂区二次热力网的出水口；厂区二次热力网利用厂区生产的余热对市政供暖的热水进行加热升温，满足供暖季生活热水水箱的高温、大热量需求。

10、更优的，所述述分水器的出水口至厂区二次热力网的进水口之间还串联有第七循环泵；各水循环泵配合各管路上的阀门，能够控制蒸发端及冷凝端的换热速度，从而提高或降低热传递的效率，进而起到控制pem制氢装置、燃料电池处循环降温水在蒸发端的温度，以及控制生活热水水箱、集水器、分水器循环升温水在冷凝端的温度。

11、优选的，所述分水器的出水口连通至软水箱的进水口，软水箱的出水口连通至集水器的进水口；软水箱的进水口连通至软水器的出水口，软水器的出水口连通至自来水管；软水箱的出水口连通至除氧箱的进水口，除氧箱的出水口连通至锅炉的进水口；软水箱与软水器将补充的自来水及系统供暖后的低温回水进行软化后输送至系统进行供热循环或输送至锅炉进行烧水应用。

12、优选的，所述软水箱的出水口至集水器的进水口之间还串联有第八循环泵，第八循环泵的出水口连通至第一换热器的冷凝端；软水箱的出水口至除氧箱的进水口之间还串联有第九循环泵；各水循环泵配合各管路上的阀门，能够控制蒸发端及冷凝端的换热速度，从而提高或降低热传递的效率，进而起到控制pem制氢装置、燃料电池处循环降温水在蒸发端的温度，以及控制生活热水水箱、集水器、分水器循环升温水在冷凝端的温度。

13、本发明的有益效果是：

14、本发明通过将pem制氢装置、燃料电池的降温循环水通过热交换器交换降温，进而将制氢及氢发电的余热进行充分回收后作为生活热水或供热的基本热源，通过将其与浅表层地热、市政供暖及热泵机组供热进行组合搭配使用，兼顾了平复新能源发电的不稳定性的同时又能充分利用余热进行生活供暖供热，因此本发明能源利用率高，降低了pem制氢及氢发电环节的能源损耗。

技术特征：

1.一种氢能热电联产及余热回收系统，其特征在于，包括：pem制氢装置(1)、燃料电池(2)、生活热水水箱(3)、浅层地热井(4)、集水器(5)、分水器(6)，所述pem制氢装置(1)产生的氢气用于所述燃料电池(2)通过氧化还原反应进行发电，所述pem制氢装置(1)的冷却水路循环连接第一换热器(7)的蒸发端，所述燃料电池(2)的冷却水路循环连接第二换热器(8)的蒸发端；

2.根据权利要求1所述的一种氢能热电联产及余热回收系统，其特征在于，所述pem制氢装置(1)与第一换热器(7)的蒸发端之间还串联有第二循环泵(10)，所述燃料电池(2)与第二换热器(8)的蒸发端之间还串联有第三循环泵(11)；所述集水器(5)的出水口至第一换热器(7)的冷凝端之间还串联有第四循环泵(12)。

3.根据权利要求1所述的一种氢能热电联产及余热回收系统，其特征在于，所述集水器(5)的进水口处还连接有自来水管(13)，所述分水器(6)的进水口处连接至所述自来水管(13)。

4.根据权利要求1所述的一种氢能热电联产及余热回收系统，其特征在于，所述回收系统还对接市政一次热力网(14)，所述市政一次热力网(14)的供水管路分别连通至分水器(6)的出水口、集水器(5)的进水口，所述市政一次热力网(14)水路对接至厂区热交换站(15)。

5.根据权利要求4所述的一种氢能热电联产及余热回收系统，其特征在于，所述分水器(6)的出水口至市政一次热力网(14)的供水管路之间串联有第五循环泵(16)，所述市政一次热力网(14)对接至厂区热交换站(15)的供水管路之间设有第六循环泵(17)。

6.根据权利要求4所述的一种氢能热电联产及余热回收系统，其特征在于，所述厂区热交换站(15)水路对接至热泵机组(18)，所述热泵机组(18)的出水口连通至所述浅层地热井(4)的进水口，所述热泵机组(18)的进水口连通至所述第一循环泵(9)的出水口。

7.根据权利要求4所述的一种氢能热电联产及余热回收系统，其特征在于，所述分水器(6)的出水口连通至厂区二次热力网(19)的进水口，所述集水器(5)的进水口连通至所述厂区二次热力网(19)的出水口。

8.根据权利要求7所述的一种氢能热电联产及余热回收系统，其特征在于，所述述分水器(6)的出水口至厂区二次热力网(19)的进水口之间还串联有第七循环泵(20)。

9.根据权利要求1所述的一种氢能热电联产及余热回收系统，其特征在于，所述分水器(6)的出水口连通至软水箱(21)的进水口，所述软水箱(21)的出水口连通至集水器(5)的进水口；所述软水箱(21)的进水口连通至软水器(22)的出水口，所述软水器(22)的出水口连通至自来水管(13)；所述软水箱(21)的出水口连通至除氧箱(23)的进水口，所述除氧箱(23)的出水口连通至锅炉(24)的进水口。

10.根据权利要求1所述的一种氢能热电联产及余热回收系统，其特征在于，所述软水箱(21)的出水口至集水器(5)的进水口之间还串联有第八循环泵(25)，所述第八循环泵(25)的出水口连通至第一换热器(7)的冷凝端；所述软水箱(21)的出水口至除氧箱(23)的进水口之间还串联有第九循环泵(26)。

技术总结
本发明属于PEM制氢技术领域,涉及一种氢能热电联产及余热回收系统，包括：PEM制氢装置、燃料电池、生活热水水箱、浅层地热井、集水器、分水器，本发明通过将PEM制氢装置、燃料电池的降温循环水通过热交换器交换降温，进而将制氢及氢发电的余热进行充分回收后作为生活热水或供热的基本热源，通过将其与浅表层地热、市政供暖及热泵机组供热进行组合搭配使用，兼顾了平复新能源发电的不稳定性的同时又能充分利用余热进行生活供暖供热，因此本发明能源利用率高，降低了PEM制氢及氢发电环节的能源损耗。

技术研发人员：陈佑乾,高洁,李晓涛,常会军,马刚,李攀
受保护的技术使用者：西安新港分布式能源有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15