一种冷热电三联供系统的制作方法

1.本实用新型涉及清洁能源利用技术领域，尤其是涉及一种冷热电三联供系统。


背景技术：

2.氨燃料电池组具有燃料储存方便、模块化、系统简单等特点，可用于建筑楼宇、厂房、工业园区等分布式用电场景，但燃料电池仅能满足用电需求，无法同时满足用热和用冷的需求。另外一方面，氨燃料电池组(sofc)由于反应温度达到了600℃61000℃，燃料电池启动需要进行加热，可以通过对氨燃料进行预热及对燃料电池进行加热来实现，加热一般需要外部热源或采用电加热方式，而氨内燃机发电后的尾气温度达到了500℃左右，尾气余热正好可以用于氨气燃料预热和氨燃料电池组启动加热或停机备用保温，加快燃料电池的启动速度。同时，氨内燃发电机组排放的尾气及氨燃料电池组反应后排出的废气仍有大量余热未被利用。
3.鉴于上述问题，提出一种利用氨内燃发电机组和氨燃料电池组的余热进行冷热电三联供系统。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种电冷热三联供系统，该系统能够充分利用氨内燃发电机组和氨燃料电池组的余热，减少对外部热源的需求，实现冷热电三联供。
5.本实用新型提供的一种冷热电三联供系统，包括通过管道依次连接的液氨储罐、气化器、氨内燃发电机组、氨燃料电池组、空压机；所述空压机的热水出口通过管道与第一气水换热器连接；
6.所述气化器的氨气出口通过管道分别与所述氨内燃发电机组和所述氨燃料电池组的氨气进口连接；
7.所述氨燃料电池组的阳极排气口和阴极排气口通过管道与所述第一气水换热器的进气口连接，所述第一气水换热器的热水出口通过管道分别与热网加热器和溴化锂制冷机连接；
8.所述氨内燃发电机组的尾气出口通过管道分别与所述氨燃料电池组和第二气水换热器连接，所述第二气水换热器的尾气出口通过管道与所述气化器连接；
9.还包括与冷水管道连接的水泵，所述水泵通过管道与所述空压机的进水口连接。
10.进一步地，所述水泵通过管道与所述氨内燃发电机组的进水口连接。
11.进一步地，所述氨内燃发电机组与所述氨燃料电池组之间设有固体蓄热器，所述氨内燃发电机组的尾气出口通过管道与所述固体蓄热器连接，所述气化器的氨气出口通过管道与所述固体蓄热器的氨气进口连接，所述固体蓄热器的氨气出口通过管道与所述氨燃料电池组的阳极连接。
12.进一步地，所述固体蓄热器的尾气出口通过管道与所述氨燃料电池组连接。
13.进一步地，所述固体蓄热器的尾气出口通过管道还与所述第二气水换热器的进气
口连接。
14.进一步地，所述空压机的热水出口通过管道还与所述第二气水换热器的进水口连接。
15.进一步地，所述第二气水换热器的热水出口通过管道分别与所述热网加热器和所述溴化锂制冷机连接。
16.进一步地，所述气化器与所述氨内燃发电机组之间设有增压机。
17.进一步地，所述气化器的尾气出口通过管道与热泵装置连接，所述热泵装置通过管道与建筑采暖设备连接。
18.进一步地，所述氨燃料电池组上设有变流装置，所述变流装置与电网连接。
19.综上所述，本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：
20.(1)本实用新型的提供技术方案通过设置的液氨储罐和气化器使液氨气化为氨气后，一部分进入氨内燃发电机组燃烧发电，另一部进入氨燃料电池组的阳极，与经空压机加压后进入氨燃料电池组阴极的空气发生氧化反应产生电流接入电网，送达用户端。设置的空压机的热水进入第一气水换热器换热后分别进入热网加热器和溴化锂制冷机，冬季时，热水进入热网加热器，用于建筑采暖；夏季时，热水送入溴化锂制冷机，用于建筑空调制冷。
21.(2)本实用新型提供的技术方案通过设置的氨燃料电池组和第一气水换热器连接，将氨燃料电池组排放的高温尾气进入第一气水换热器与空压机的排放热水换热后，通过管道进入热网加热器加热或进入溴化锂制冷机制冷，从而实现氨燃料电池组的余热利用。
22.(3)本实用新型提供的技术方案通过将氨内燃发电机组的高温尾气一部分进入第二气水换热器换热后进入气化器用于液氨的气化，另一部分进入氨燃料电池组，用于氨燃料电池组启动加热或停机保温，从而实现氨内燃发电机组的余热利用。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本实用新型实施例中冷热电三联供系统的设备连接示意图。
25.附图标记说明：1-液氨储罐、2-气化器、3-增压机、4-氨内燃发电机组、5-固体蓄热器、6-氨燃料电池组、7-空压机、8-第一气水换热器、9-第二气水换热器、10-热网加热器、11-溴化锂制冷机、12-变流装置、13-热泵装置、14-水泵。
具体实施方式
26.下面将结合实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽
度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
28.此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
29.实施例
30.一种冷热电三联供系统，包括通过管道依次连接的液氨储罐1、气化器2、增压机3、氨内燃发电机组4、固体蓄热器5、氨燃料电池组6、空压机7，如图1所示。
31.气化器2的氨气出口通过管道与固体蓄热器5的氨气进口连接，气化器2的尾气出口通过管道与热泵装置13连接，热泵装置13通过管道与建筑采暖设备连接，用于建筑采暖。
32.固体蓄热器5的进气口通过管道与氨内燃发电机组4的尾气出口连接，固体蓄热器5的氨气出口通过管道与氨燃料电池组6的阳极连接，固体蓄热器5的尾气出口通过管道分别与氨燃料电池组6和第二气水换热器9连接。氨内燃发电机组4的热水出口通过管道与外界连接，用于供应热水。氨内燃发电机组4与电网连接。
33.氨燃料电池组6的阳极排气口和阴极排气口通过管道与第一气水换热器8的进气口连接，第一气水换热器8的热水出口通过管道分别与热网加热器10、溴化锂制冷机11连接。氨燃料电池组6上安装有变流装置12，变流装置12与电网连接。
34.空压机7的空气出口通过管道与氨燃料电池组6的阴极出口连接。
35.水泵14与冷水连接，水泵14的出水口通过管道与氨内燃发电机组4连接，用于冷却内燃机缸套；水泵14的出水口还通过管道还与空压机7连接。空压气7的热水出口通过管道分别与第一气水换热器8和第二气水换热器9连接。
36.第二气水换热器9的热水出口通过管道分别与热网加热器10、溴化锂制冷机11连接；第二气水换热器9的尾气出口通过管道与气化器2连接。
37.本实用新型提供的系统的工作原理如下：
38.发电原理：液氨储罐1中带一定压力的液氨通过管道进入气化器2，液氨气化为氨气后，一部分进入增压机3加压后进入氨内燃发电机组4燃烧发电；另一部分经过固体蓄热器5加热成高温氨气后进入氨燃料电池组6的阳极，与经空压机7加压后进入氨燃料电池组6阴极的空气发生氧化反应产生电流，氨燃料电池组6产生的直流电通过变流装置12转换为交流电后接入电网，送达用户端。根据电冷热的用能需求，氨内燃发电机组4和氨燃料电池组6可以采用多台套并联方式运行。
39.余热利用原理：余热主要包括四个部分，即空压机7压缩余热、氨燃料电池组6排放余热、氨内燃发电机组4尾气余热及内燃机缸套水余热。余热利用主要以水作为介质，冷水经水泵14加压后，一部分进入氨内燃发电机组4冷却内燃机缸套，产生的80℃690℃的热水
直接用于建筑物的热水供应；一部分用于空压机7冷却换热后，逐级经过氨燃料电池组6排气余热的第一气水换热器8和氨内燃发电机组4排气余热的第二气水换热器9，产生的高温热水可根据季节需求，冬季时，热水送入热网加热器10，用于建筑采暖，根据建筑物采暖需求，热网加热器10可以设置多台；夏季时，热水送入溴化锂制冷机11，用于建筑空调制冷，根据建筑物的制冷需求，溴化锂制冷机11也可以设置多台进行组合。冷水管道系统在空压机7、第一气水换热器8和第二气水换热器9分别设置旁路1、旁路2、旁路3，当仅有氨内燃发电机组4运行时，换热介质水不通过空压机7和第一气水换热器8；当仅有氨燃料电池组6运行时，换热介质水不经过第二气水换热器9。
40.氨内燃发电机组4的高温尾气余热分级利用，首先经过固体蓄热器5，固体蓄热器5兼具储热功能和换热功能，当氨内燃发电机组4运行而氨燃料电池组6未启动时，固体蓄热器5进行储热，可保证当氨内燃发电机组4停运后24小时内启动氨燃料电池组6，此时，固体蓄热器5放热用于预热氨气进入氨燃料电池组6发电。当氨内燃发电机组4和氨燃料电池组6同时运行时，固体蓄热器5主要用于尾气和氨气之间换热，换热后的尾气一部分用于氨燃料电池组6启动加热或停机保温，一部分进入第二气水换热器9，经换热后温度进一步降低进入气化器2用于液氨的气化，气化器2放热后的尾气经过热泵装置13用于建筑采暖，尾气低温余热进一步利用后排放。
41.本实用新型提供的系统充分利用了氨内燃发电机组和氨燃料电池组的余热，减少了对外部热源的需求，实现了冷热电三联供，提高了能源利用率。
42.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种冷热电三联供系统，其特征在于，包括通过管道依次连接的液氨储罐(1)、气化器(2)、氨内燃发电机组(4)、氨燃料电池组(6)、空压机(7)；所述空压机(7)的热水出口通过管道与第一气水换热器(8)连接；所述气化器(2)的氨气出口通过管道分别与所述氨内燃发电机组(4)和所述氨燃料电池组(6)的氨气进口连接；所述氨燃料电池组(6)的阳极排气口和阴极排气口通过管道与所述第一气水换热器(8)的进气口连接，所述第一气水换热器(8)的热水出口通过管道分别与热网加热器(10)和溴化锂制冷机(11)连接；所述氨内燃发电机组(4)的尾气出口通过管道分别与所述氨燃料电池组(6)和第二气水换热器(9)连接，所述第二气水换热器(9)的尾气出口通过管道与所述气化器(2)连接；还包括与冷水管道连接的水泵(14)，所述水泵(14)通过管道与所述空压机(7)的进水口连接。2.根据权利要求1所述的冷热电三联供系统，其特征在于，所述水泵(14)通过管道与所述氨内燃发电机组(4)的进水口连接。3.根据权利要求1所述的冷热电三联供系统，其特征在于，所述氨内燃发电机组(4)与所述氨燃料电池组(6)之间设有固体蓄热器(5)，所述氨内燃发电机组(4)的尾气出口通过管道与所述固体蓄热器(5)连接，所述气化器(2)的氨气出口通过管道与所述固体蓄热器(5)的氨气进口连接，所述固体蓄热器(5)的氨气出口通过管道与所述氨燃料电池组(6)的阳极连接。4.根据权利要求3所述的冷热电三联供系统，其特征在于，所述固体蓄热器(5)的尾气出口通过管道与所述氨燃料电池组(6)连接。5.根据权利要求4所述的冷热电三联供系统，其特征在于，所述固体蓄热器(5)的尾气出口通过管道还与所述第二气水换热器(9)的进气口连接。6.根据权利要求5所述的冷热电三联供系统，其特征在于，所述空压机(7)的热水出口通过管道还与所述第二气水换热器(9)的进水口连接。7.根据权利要求1所述的冷热电三联供系统，其特征在于，所述第二气水换热器(9)的热水出口通过管道分别与所述热网加热器(10)和所述溴化锂制冷机(11)连接。8.根据权利要求1所述的冷热电三联供系统，其特征在于，所述气化器(2)与所述氨内燃发电机组(4)之间设有增压机(3)。9.根据权利要求1所述的冷热电三联供系统，其特征在于，所述气化器(2)的尾气出口通过管道与热泵装置(13)连接，所述热泵装置(13)通过管道与建筑采暖设备连接。10.根据权利要求1所述的冷热电三联供系统，其特征在于，所述氨燃料电池组(6)上设有变流装置(12)，所述变流装置(12)与电网连接。

技术总结
本实用新型涉及清洁能源利用技术领域，尤其是涉及一种冷热电三联供系统。包括依次连接的液氨储罐、气化器、氨内燃发电机组、氨燃料电池组、空压机；空压机的热水出口通过管道与第一气水换热器连接；气化器通过管道分别与氨内燃发电机组和氨燃料电池组连接；氨燃料电池组的排气口通过管道与第一气水换热器连接，第一气水换热器分别与热网加热器和溴化锂制冷机连接；氨内燃发电机组的尾气出口通过管道分别与氨燃料电池组和第二气水换热器连接，第二气水换热器的尾气出口通过管道与气化器连接；还包括水泵，水泵通过管道与空压机的进水口连接。该系统充分利用了氨内燃发电机组和氨燃料电池组的余热，减少对外部热源的需求，实现冷热电三联供。热电三联供。热电三联供。


技术研发人员：解贵林 聂黎 姚锋 胡纪元
受保护的技术使用者：中国华电科工集团有限公司
技术研发日：2023.04.27
技术公布日：2023/9/16