專利名稱：二級家用燃料電池裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種二級家用燃料電池裝置，是一種家用小型燃料電池熱電聯供裝置，屬于能源利用技術領域。
背景技術：
不間斷電源(Uninterruptible Power Supply；UPS)在通訊、醫院以及計算機、控制等重要裝置有著廣泛應用，其市場容量相當大，傳統的UPS大概有5～10％的電力損失，功能比較單一，而且必須結合蓄電池一起使用。
使用燃料電池的家用發電裝置，在提供電力的同時，還可以為用戶供應一定熱水，實現熱電聯供。如果與現有電網互聯，可以實現不間斷供電，起到傳統傳統UPS的作用。
家用燃料電池裝置熱電綜合效率可以達到70％以上，不但可以滿足重要設備的用電需求，還可以為用戶提供一定的熱水和供暖。實現能源的高效、高性能利用。今后，隨著燃料電池技術的進一步成熟，設備成本的降低，將會有大量的家用燃料電池走進家庭，用來滿足計算機不間斷電源、照明等基本用電需求。目前燃料電池尚未進入家庭。

發明內容
本發明的目的在于針對未來能源發展趨勢，提供一種以城市煤氣為燃料的二級家用燃料電池發電裝置，該裝置不但可以提高家用燃料電池的實用性，節省用戶的用能開支，提高用戶用電可靠性，還可以滿足用戶的熱水和供暖需求。
為實現這樣的目的，本發明的二級家用燃料電池裝置主要由兩個質子交換膜燃料電池，兩個直流變壓器，直交流變壓器，交直流變壓器及兩個質子交換膜燃料電池陰極換熱器組成，一級質子交換膜燃料電池電力輸出端和二級質子交換膜燃料電池電力輸出端分別經一個直流變壓器連接到直交流變壓器和交直流變壓器，直交流變壓器和交直流變壓器均連接到交流電源。燃料電池的燃料入口端與城市煤氣連接，空氣極入口端連接到空氣源，兩個燃料電池的空氣極出口端分別連接到兩個換熱器，換熱器的管外出口經熱水箱連接到熱水用戶。
本發明的燃料電池利用城市煤氣重整后得到的氫氣為燃料，空氣為氧化劑，氫和氧在燃料電池內發生電化學反應，產生電能，產生的熱量用于制取熱水或供熱。
發電裝置采用燃料電池與電網聯合供電，燃料電池承擔用戶的基本負荷。比如3kW的家用燃料電池裝置，可以選擇1個1kW和1個2kW的二級組合形式。當用戶負荷不超過1kW時，開啟一級燃料電池；當負荷介于1～2kW之間時，可以開啟二級燃料電池；當負荷在2～3kW時，同時開啟兩個燃料電池；如果用戶負荷大于3kW，用戶負荷需要從電網買進部分電力。如果遇到停電，燃料電池可以獨立運行，保障計算機等重要設備的正常運行。
本發明采用燃料電池技術，可以滿足家庭、辦公室基本用電需求，而且能夠保障電力的不間斷供給，提高用電可靠性，具有明顯的技術優勢。可以取代傳統UPS以及家庭用戶的電加熱設備，有效提高能源利用率，減少用能開支。二級布置的優點是系統變負荷能量強，適合家庭用電時段、季節性的需要。


圖1為本發明的系統結構示意圖。
圖1中，1為一級質子交換膜燃料電池，2為二級質子交換膜燃料電池，3為直流變壓器，4為直流變壓器，5為直交流變壓器，6為切換開關，7為用電戶，8為電表，9為交流電源，10為電表，11為交直流變壓器，12為二級質子交換膜燃料電池陰極換熱器，13為一級質子交換膜燃料電池陰極換熱器，14為熱水箱，15為熱水用戶。
具體實施例方式為更好地理解本發明的技術方案，以下結合附圖作進一步描述。
本發明的系統結構如圖1所示，主要由兩個質子交換膜燃料電池，兩個直流變壓器，直交流變壓器，交直流變壓器及兩個質子交換膜燃料電池陰極換熱器組成，一級質子交換膜燃料電池1電力輸出端和二級質子交換膜燃料電池2電力輸出端分別連接直流變壓器3和直流變壓器4的入口，這兩個直流變壓器的出口同時共同連接直交流變壓器5的入口端和交直流變壓器11的出口端，直交流變壓器5的出口端連接切換開關6的一端，切換開關6的另外兩端分別連接電用戶7和電表8的出口端，電表8、10的入口端都連接到交流電源上，電表10的出口端連接到交直流變壓器11的入口端。燃料電池1、2的燃料入口端與城市煤氣連接，燃料電池1、2的燃料出口端連接到排空管。燃料電池1、2的空氣極入口端連接到空氣源，二級燃料電池2的空氣極出口端連接到換熱器12的管內入口端，換熱器12的管內出口端排空，一級燃料電池1的空氣極出口端連接到換熱器13的管內入口端，換熱器13的管內出口端排空，換熱器12的管外入口端連接熱水箱14的出口端，換熱器14的管外出口端連接熱水箱14的入口端，同樣換熱器13的管外入口端連接熱水箱14的另一側出口端，換熱器13的管外出口端連接熱水箱14的另一側入口端，熱水箱14的熱水出口端連接熱水用戶15。
工作時，燃料和空氣由控制系統根據用戶負荷的情況選擇送到某一級燃料電池，或同時送入二級燃料電池，燃料和空氣在燃料電池內部發生電化學反應，所產生的直流電經過直流變壓器調整成標準電壓，供給直交流變壓器5，直交流變壓器5輸出的交流電可以直接供給用電戶。當用電戶負荷大于燃料電池額定負荷時，交流電源會提供部分電力，經過交直流變壓器11對電力進行補充。當燃料電池不工作時，用電戶的全部負荷由交流電源經過電表8計量后直接提供。經過熱水箱水循環加熱后，將燃料電池排氣中的熱量帶到熱水箱14中，可以隨時為熱水用戶提供熱水。
二級布置的優點是系統變負荷能量強，適合家庭用電時段、季節性的需要。
權利要求
1.一種二級家用燃料電池裝置，其特征在于包括兩個質子交換膜燃料電池，兩個直流變壓器，直交流變壓器，交直流變壓器及兩個質子交換膜燃料電池陰極換熱器，一級質子交換膜燃料電池(1)電力輸出端和二級質子交換膜燃料電池(2)電力輸出端各連接一個直流變壓器(3、4)的入口，這兩個直流變壓器(3、4)的出口同時共同連接直交流變壓器(5)的入口端和交直流變壓器(11)的出口端，直交流變壓器(5)的出口端連接切換開關(6)的一端，切換開關(6)的另外兩端分別連接用電戶(7)及經電表(8)連接到交流電源(9)，交直流變壓器(11)的入口端經電表(10)連接到交流電源(9)，燃料電池(1、2)的燃料入口端與城市煤氣連接，燃料電池(1、2)的燃料出口端連接到排空管，燃料電池(1、2)的空氣極入口端連接到空氣源，二級燃料電池(2)的空氣極出口端連接到換熱器(12)的管內入口端，換熱器(12)的管內出口端排空，一級燃料電池(1)的空氣極出口端連接到換熱器(13)的管內入口端，換熱器(13)的管內出口端排空，換熱器(12)的管外入口端連接熱水箱(14)的出口端，換熱器(14)的管外出口端連接熱水箱(14)的入口端，換熱器(13)的管外入口端連接熱水箱(14)的另一側出口端，換熱器(13)的管外出口端連接熱水箱(14)的另一側入口端，熱水箱(14)的熱水出口端連接熱水用戶(15)。
全文摘要
一種二級家用燃料電池裝置，主要由兩個質子交換膜燃料電池，兩個直流變壓器，直交流變壓器，交直流變壓器及兩個質子交換膜燃料電池陰極換熱器組成，具有熱電聯供兩種功能，系統燃料為城市煤氣，系統工作時利用城市煤氣和空氣發生電化學反應，產生電能，同時回收燃料電池排氣熱量生產熱水。本發明可以滿足家庭、辦公室基本用電需求，而且能夠保障電力的不間斷供給，提高用電可靠性，采用二級布置使系統變負荷能量強，適合家庭用電時段、季節性的需要。
文檔編號H01M8/00GK1529377SQ20031010795
公開日2004年9月15日 申請日期2003年10月16日 優先權日2003年10月16日
發明者李巍, 于立軍, 巍 李 申請人:上海交通大學