[发明专利]一种支持燃料电池废水回收和海水淡化的水热电联产系统

说明书

本发明涉及一种支持燃料电池废水回收和海水淡化的水热电联产系统，包括燃料电池组、改进的多级闪蒸（Multi‑Stage Flash “MSF”）装置、热水储存罐、热交换器，所述的燃料电池组设有配套的液体冷却装置，所述的燃料电池组通过一个热交换器与所述的MSF装置连接，所述的MSF装置可进行海水的淡化，排放出废气、高浓度盐水及淡水，所述的燃料电池组产生的废气一部分作为所述的MSF装置的输入，一部分通过配套的液体冷却装置进行冷却，所述的液体冷却装置采用所述的MSF装置产生的淡水作为冷却液，通过所述液体冷却装置的热水经过一个热交换器进入热水储存箱。本发明结构简单，具有很强的实用性，可以有效解决近海居民用水、用电、供暖等问题。

技术领域

本发明涉及环保节能领域，尤其涉及一种水热电联产设备组合燃料电池废水回收与海水蒸馏淡化装置的集成系统。

背景技术

基于燃料电池的热电联产系统(Combined Heat and Power“CHP”)在提供电力和热量的同时，只需要排放少量的污染物，因此他们在解决全球能源危机领域受到广泛关注。同时，据估计在寒冷极端天气条件下，家庭和工业用房中超过50％的电力消耗是用于取暖，因此在发电的同时提供热量用于取暖是一种降低电力消耗的绝佳办法。但是，通常在CHP使用过程中产生的一些热量会用于热源的冷却系统，例如吸收式冷却器。因此组合冷却、加热和电力的系统(Combined Cooling，Heat and Power“CCHP”)就产生了。CHP/CCHP系统普遍采用天然气，光伏，太阳能和燃料电池等作为系统的能源基础。

实际上，燃料电池是CHP/CCHP应用的最佳对象。因为它们不仅通过化学能源发电，而且还能产生大量的热量。在大多数案例中，通常会从燃料电池的两个位置提取热量。首先是通过主动冷却系统提取热量，因为通常需要将燃料电池的工作温度维持在规定范围内。第二个是通过燃料电池堆的排气产物提取热量。2002年日本的Enefarm产品实现基于燃料电池的热电联产系统的商业化。然而，基于燃料电池的热电联产系统目前仍然面临许多技术挑战。

最常见的CHP应用燃料电池类型包括质子交换膜燃料电池(Proton-exchangemembrane fuel cells“PEMFC”)，熔融碳酸盐燃料电池(Molten carbonate fuel cells“MCFC”)和固体氧化物燃料电池(Solid oxide fuel cells“SOFC”)。其中，PEMFC很受青睐，因为它们的工作温度相对较低，启动时间更短，热应力问题更不明显。高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)由于其更高的工作温度更受青睐。另一方面，MSFC和SOFC在CHP/CCHP系统中的使用也非常普遍。因为它们在更高的温度下工作，因此排气产物和主动冷却系统都会产生更多的热量。而且，在燃料电池排气口和排热装置之间，通过热电元件在排气流中提取额外的电力的做法也十分普遍。这是因为MSFC和SOFC所需的极高温度会导致更高的卡诺效率，这意味着理论可提取的能量会远高于从PEMFC提取的能量。

除热电外，优质淡水是另一项重要的日常生活资源。因为人口增长而造成的人均淡水量不足正成为全球性的挑战。目前，最合适的长期淡水来源是海水脱盐淡化。脱盐技术一般分为基于热工艺或基于膜工艺的技术。热工艺技术包括多级闪蒸(Multi-Stage Flash“MSF”)和多效蒸馏(Multi-Effect Distillation“MED”)。膜工艺技术包括反渗透(Reverseosmosis“RO”)和电渗析。正如名字所示，热处理是以水的蒸发和冷凝为基础，将其与杂质分离的方法。而热源是其运行的首要条件。另一方面，膜工艺涉及通过使用膜将杂质产物中的水分离。膜工艺过程需要施加机械压力以迫使淡水与其盐杂质分离，该过程通常通过电动压缩机来实现。尽管膜工艺技术目前在本领域中被认为是更节能和更经济的，但是它们的缺点在于污染水质量较低的情况下，膜材料可能发生快速降解。另一方面，热工艺具有更大的未来竞争力，因为它们的能源利用率可以通过与发电厂、太阳能热系统以及基于燃料电池的CHP/CCHP系统中使用的其他热工艺整合而显着提高。