[发明专利]一种基于有机朗肯循环的燃料电池余热发电系统

说明书

本发明涉及一种基于有机朗肯循环的燃料电池余热发电系统，包括燃料电池冷却系统、有机朗肯循环装置和金属氢化物系统；燃料电池冷却系统包括，与电堆连接的冷却液管道，冷却液管道依次连接有机朗肯循环装置中的透平机和金属氢化物系统中的金属氢化物储存罐；有机朗肯循环装置包括相连接的发电机和透平机；金属氢化物系统包括相连接的金属氢化物储存罐和氢气罐，氢气罐与电堆连接。燃料电池的电堆的冷却装置被有机朗肯循环装置代替，电堆中的热量直接加热有机朗肯循环中的有机工质，电堆阴极的排气热量预热有机工质，引入了金属氢化物储存罐，吸收热力循环中的乏汽能量生成金属氢化物，提高能量利用效率的同时简化了系统结构。

技术领域

本发明涉及燃料电池余热利用领域，具体为一种基于有机朗肯循环的燃料电池余热发电系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

质子交换膜燃料电池的发电效率约为40％，产生的废热能量占总能量的50％以上，温度范围约为60-80℃，其余热品味低，热功率大，因此回收废热能量是较为经济性的做法。

有机朗肯循环是以低沸点有机物为工质的朗肯循环，其中，有机工质能够从余热热源中吸收热量，形成过热蒸汽，在透平机中做功，进而实现余热发电，排出的乏汽经过凝汽器的冷却过程凝结成液态，再经过循环泵的压缩重新回到循环初始状态。

传统的基于有机朗肯循环的余热利用系统中，受限于换热效率低下和系统结构复杂等问题，使得余热利用率低、寄生损耗高。如果通过抽取过热蒸汽预热有机工质则能够提高热力循环效率，但这损失了一部分过热蒸汽，在这种方式下，热力循环效率的提高是以牺牲可用热容量为代价的，会使得有机朗肯循环的发电量减小。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种基于有机朗肯循环的燃料电池余热发电系统，燃料电池的电堆的冷却装置被有机朗肯循环装置代替，电堆中的热量被用于直接加热有机朗肯循环中的有机工质，电堆阴极的排气热量用于预热有机工质。引入了金属氢化物储存罐，吸收热力循环中的乏汽能量，使金属氢化物发生可逆的化学反应解析出氢气，实现了能量的梯级利用，提高能量利用效率的同时简化了系统结构。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：本发明的第一个方面提供一种基于有机朗肯循环的燃料电池余热发电系统，包括燃料电池冷却系统、有机朗肯循环装置和金属氢化物储氢系统；

燃料电池冷却系统包括，与电堆连接的冷却液管道，冷却液管道依次连接有机朗肯循环装置中的透平机和金属氢化物储氢系统中的金属氢化物储存罐；

有机朗肯循环装置包括相连接的发电机和透平机；

金属氢化物储氢系统包括相连接的金属氢化物储存罐和氢气罐，氢气罐与电堆阳极的入口管道连接。

电堆为质子交换膜燃料电池。

氢气罐的出口连接在电堆阳极的氢气入口管道上。氢气罐中的氢气作为质子交换膜燃料电池工作时的燃料来源。

电堆阳极的氢气出口连接氢气循环泵，将未消耗的氢气输送至氢气入口管道中循环使用。电堆内部产生的热量经有机工质吸收，通过冷却液管道输送至透平机中做功，透平机驱动发电机实现余热发电。

有机工质在透平机中做功后的乏汽通过冷却液管道输送至金属氢化物储罐，金属氢化物储罐吸收乏汽中的气化潜热并释放出氢气储存于氢气罐中。失去热量后的有机工质成为饱和液态，集中存储在容器中，通过工质泵输送至换热器中吸收电堆阴极出口处的空气热量并完成预热，最终输送至电堆中重新吸收电堆的热量形成循环。

换热器与电堆阴极的空气出口管道连接，利用电堆排出的高温空气预热有机工质，换热后的空气散失至大气中。

冷却液管道上设有出口温度传感器和入口温度传感器，用于控制电堆温度。