(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 111933978 A(43)申请公布日 2020.11.13
(21)申请号 202010954327.8(22)申请日 2020.09.11
(71)申请人 江苏铧德氢能源科技有限公司
地址 215600 江苏省苏州市张家港市经济
开发区福新路江苏铧德氢能源科技有限公司(72)发明人 蔡信 吕青青
(74)专利代理机构 南京苏科专利代理有限责任
公司 32102
代理人 黄春松 朱晓萍(51)Int.Cl.
H01M 8/0612(2016.01)H01M 8/04992(2016.01)H01M 8/0444(2016.01)H01M 8/04119(2016.01)
权利要求书3页 说明书8页 附图2页
H01M 8/04029(2016.01)H01M 8/04007(2016.01)
CN 111933978 A(54)发明名称
燃料电池热电联供系统(57)摘要
本发明公开了一种燃料电池热电联供系统，包括：电堆和重整器，重整器上设置有重整气输送管，重整气输送管上依次设置有的气体成分分析仪、第一换热器、汽水分离器，在气体成分分析仪与第一换热器之间的重整气输送管上连接有回气管，回气管连接至重整器，汽水分离器的输出端设置有重整气输出管和混合器，重整气输出管的输出端以及混合器的输出端均与电堆的阳极输入端相连接，混合器上设置有用于输入空气的空气输入管。本发明的优点在于：一、有效延长电堆的使用寿命，从而大大延长整个热电联供系统的使用寿命。二、适用性大大提高，能更好地满足用户需求。四、即使在突发故障以及自然灾害发生时，也能很好地为用户提供服务。
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权 利 要 求 书
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1.燃料电池热电联供系统，包括：电堆和重整器，重整器上设置有重整气输送管，其特征在于：重整气输送管上依次设置有用于在线检测气体成分的气体成分分析仪、用于对重整气进行降温的第一换热器、用于除去重整气中水分的汽水分离器，在气体成分分析仪与第一换热器之间的重整气输送管上连接有回气管，回气管连接至重整器，汽水分离器输出端的重整气输送管与重整气输出管和混合器相连接，重整气输出管的输出端以及混合器的输出端均与电堆的阳极输入端相连接，混合器上设置有用于输入空气的空气输入管；重整气经气体成分分析仪检测，当其中的氢气浓度低于氢气浓度设定值或一氧化碳浓度大于一氧化碳浓度设定最大值时，则重整气不可供电堆使用，不可供电堆使用的重整气经回气管回到重整器中；当其中的氢气浓度大于等于氢气浓度设定值，且一氧化碳浓度小于等于一氧化碳浓度设定最大值，则重整气可供电堆使用，可供电堆使用的重整气依次经第一换热器冷却和汽水分离器除水；如可供电堆使用要求的重整气中的一氧化碳浓度小于等于一氧化碳浓度设定最小值，则除水后的重整气经重整气输出管进入至电堆的阳极输入端；如可供电堆使用的重整气中的一氧化碳浓度大于一氧化碳浓度设定最小值且小于等于一氧化碳浓度最大值时，则除水后的重整气进入混合器中；氢气浓度设定值为电堆所允许的氢气浓度值，一氧化碳浓度设定最小值为电堆所允许的一氧化碳浓度值，一氧化碳浓度设定最大值是一氧化碳浓度设定最小值的2～3倍；当混合器中进入重整气时，空气由空气输入管进入混合器，重整气与空气在混合器中混合后从混合器的输出端进入电堆的阳极输入端；上述浓度均为体积浓度。
2.根据权利要求1所述的燃料电池热电联供系统，其特征在于：混合器的结构包括：外筒体，外筒体的两端分别为进气端和排气端，外筒体内设置有中间筒体，中间筒体内设置有内筒体，内筒体的筒壁上开设有若干第一通孔，第一通孔外侧的中间筒体的筒壁上开设有若干第二通孔，外筒体与中间筒体之间形成空气腔，中间筒体与内筒体之间形成混合腔，混合腔中填充有碳纤维，内筒体的内部通过第一通孔与混合腔连通，空气腔通过第二通孔与混合腔连通；进气端的外筒体中设有空气通道和缓冲腔，空气通道的里端通过缓冲腔与空气腔连通，空气通道的外端与空气输入管连接；进气端的外筒体中设置有重整气通道，重整气通道的里端与内筒体连通，重整气通道的外端与重整气输送管连接；排气端的外筒体中设置有相互连通的集气腔和排气通道，所述的集气腔与混合腔连通，排气通道的外端口与电堆的阳极输入端相连接。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池热电联供系统，其特征在于：进入混合器中的空气的体积是重整气体积的0.05%～0.1%。
4.根据权利要求1或2所述的燃料电池热电联供系统，其特征在于：第一换热器上设置有第一冷却进水管和第一冷却出水管，第一冷却出水管连接至电堆的电堆冷却水进口，电堆的冷却水出口连接有电堆冷却水出水管，电堆冷却水出水管连接至第二换热器的加热介质进口，第二换热器的加热介质出口与第一冷却进水管相连接，所述的第一冷却进水管上连接有带阀的第一进水管；第二换热器的被加热介质进口和被加热介质出口分别连接有第二换热器进水管和第二换热器出水管，第二换热器进水管与第三换热器的出水口连接，第二换热器出水管连接至储热水罐，储热水罐上设置有加热水管，所述的加热水管连接至第三换热器的进水口，加热水管上设置有不断将水向第三换热器泵送的加热水泵；重整器的废气输出管与第三换热器的加热介质进口连接，第三换热器的加热介质出口连接有废气排
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权 利 要 求 书
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出管；储热水罐上设置有补水管和热水输出管。
5.根据权利要求4所述的燃料电池热电联供系统，其特征在于：电堆冷却水出水管上设置有第一流量比例控制三通阀，第一流量比例控制三通阀上连接有第一连接管，第一连接管与第一冷却进水管相连接；储热水罐与第二换热器之间的第二换热器出水管上设置有第二流量比例控制三通阀，第二流量比例控制三通阀上连接有第二连接管，第二连接管与第二换热器进水管相连接。
6.根据权利要求5所述的燃料电池热电联供系统，其特征在于：加热水泵与第三换热器之间的加热水管上设置有第一控制阀，第一控制阀与加热水泵之间的加热水管上设置有第三连接管，第三连接管上设置有第二控制阀，第三连接管与第三换热器之间的第二换热器进水管上设置有第三控制阀；第一进水管与第一换热器之间的第一冷却进水管上设置有第四控制阀，第一冷却出水管上设置有第五控制阀，第五控制阀与电堆冷却水进口之间的第一冷却出水管设置有第四连接管，第四连接管连接至第四控制阀与第一进水管之间的第一冷却进水管，第四连接管上设置有第六控制阀。
7.根据权利要求5所述的燃料电池热电联供系统，其特征在于：第二流量比例控制三通阀与第二换热器之间的第二换热器出水管上设置有电加热器，所述的电加热器与电堆的电能输出端之间电连接，电加热器所需的电能由电堆提供。
8.根据权利要求1或2所述的燃料电池热电联供系统，其特征在于：电堆的电能输出端设置有直流变压器和逆变器。
9.根据权利要求8所述的燃料电池热电联供系统，其特征在于：电堆的电能输出端还设置有锂电池，直流变压器和逆变器均与锂电池电连接。
10.根据权利要求7所述的燃料电池热电联供系统，其特征在于：电能输出端设置有直流变压器和逆变器，电堆的电能输出端还设置有锂电池，直流变压器和逆变器均与锂电池电连接；当用户的用电需求大于电堆满负荷工作时的最大负载电功率时，锂电池则通过逆变器补充供电；当用户的热能需求大于电堆满负荷工作时对应的最大负载热功率时，电堆的电能输出端输出的电能一部分为电加热器供电，电加热器对通过的水进行加热，从而补充供热。
11.根据权利要求1或2所述的燃料电池热电联供系统，其特征在于：汽水分离器的输出端的重整气输送管上还连接有储存输送管，储存输送管上设置有压缩机和重整气储罐，重整气储罐的输出端与汽水分离器输出端的重整气输送管连接；经气体成分分析仪检测后可供电堆使用的重整气经汽水分离器除水后进入电堆和/或经储存输送管、压缩机储存在重整气储罐中；当重整气储罐中的重整气进入电堆供电堆发电使用时，如重整气储罐中的重整气中的一氧化碳浓度小于等于一氧化碳浓度设定最小值，则重整气储罐中的重整气经重整气输出管进入至电堆；如重整气储罐中重整气中的一氧化碳浓度大于一氧化碳浓度设定最小值且小于等于一氧化碳浓度最大值时，则重整气储罐中的重整气输送至混合器。
12.根据权利要求1或2所述的燃料电池热电联供系统，其特征在于：电堆的阴极输入端设置有阴极空气输入管，阴极空气输入管上依次设置有空气过滤器、空压机、中冷器、增湿器、露点仪，电堆的阴极输出端设置有阴极废气输出管，阴极废气输出管连接至增湿器。
13.根据权利要求12所述的燃料电池热电联供系统，其特征在于：空气输入管的输入端与增湿器与中冷器之间的阴极空气输入管相连接，空气输入管上设置有空气泵和空气流量
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权 利 要 求 书
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调节阀。
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说 明 书燃料电池热电联供系统
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技术领域
[0001]本发明涉及热电联供系统技术领域，具体涉及燃料电池热电联供系统。
背景技术
[0002]燃料电池热电联供系统，通常包括：电堆以及重整器，重整器将含氢的化合物转化成富含氢气的重整气供电堆发电使用，重整气中的氢气在电堆中与空气中的氧气发生电化学反应，从而将化学能转化成电能输出给用户。重整器主要包括：燃烧模块、重整制氢模块、纯化模块，燃料在燃烧模块中燃烧，从而为重整制氢模块提供热量，重整制氢模块中产生的一次重整气进入纯化模块中去除一氧化碳，纯化模块去除一氧化碳的方式主要是在催化剂条件下选择性甲烷化或选择性氧化，经纯化模块去除了一氧化碳的重整气从重整器中输出。重整器输出的重整气温度很高，通常在140℃左右，为了利用重整气的热能，将重整气输送至换热器中与水进行热交换，换热器中的受热形成的热水则提供给用户。[0003]目前，燃料电池热电联供系统存在以下问题：一、系统启动阶段，重整器输出的重整气中的氢气含量低于供电堆发电使用的要求，即氢气含量低于氢气浓度设定值，这样的重整气如果直接进入电堆，则会对电堆产生危害，从而大大缩短电堆的使用寿命。二、重整器长期工作后，重整器中选择性甲烷化或选择性氧化所使用催化剂的活性会降低，这导致输出的氢气中一氧化碳含量会超出电堆发电使用的要求，一氧化碳会对燃料电池电堆产生危害，从而会大大缩短燃料电池电堆的使用寿命。三、供电功率无法超出燃料电池电堆满负荷工作时的最大负载电功率，供热功率无法超出燃料电池电堆满负荷工作时的最大负载热功率。四、热能利用率仍然有待进一步提高。发明内容
[0004]本发明的目的是：提供一种燃料电池热电联供系统，其使用寿命大大延长，适用性强，能更好的为用户提供服务。[0005]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：燃料电池热电联供系统，包括：电堆和重整器，重整器上设置有重整气输送管，重整气输送管上依次设置有用于在线检测气体成分的气体成分分析仪、用于对重整气进行降温的第一换热器、用于除去重整气中水分的汽水分离器，在气体成分分析仪与第一换热器之间的重整气输送管上连接有回气管，回气管连接至重整器，汽水分离器输出端的重整气输送管与重整气输出管和混合器相连接，重整气输出管的输出端以及混合器的输出端均与电堆的阳极输入端相连接，混合器上设置有用于输入空气的空气输入管；重整气经气体成分分析仪检测，当其中的氢气浓度低于氢气浓度设定值或一氧化碳浓度大于一氧化碳浓度设定最大值时，则重整气不可供电堆使用，不可供电堆使用的重整气经回气管回到重整器中；当其中的氢气浓度大于等于氢气浓度设定值，且一氧化碳浓度小于等于一氧化碳浓度设定最大值，则重整气可供电堆使用，可供电堆使用的重整气依次经第一换热器冷却和汽水分离器除水；如可供电堆使用要求的重整气中的一氧化碳浓度小于等于一氧化碳浓度设定最小值，则除水后的重整气经重整气输出管
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说 明 书
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进入至电堆的阳极输入端；如可供电堆使用的重整气中的一氧化碳浓度大于一氧化碳浓度设定最小值且小于等于一氧化碳浓度最大值时，则除水后的重整气进入混合器中；氢气浓度设定值为电堆所允许的氢气浓度值，一氧化碳浓度设定最小值为电堆所允许的一氧化碳浓度值，一氧化碳浓度设定最大值是一氧化碳浓度设定最小值的2～3倍；当混合器中进入重整气时，空气由空气输入管进入混合器，重整气与空气在混合器中混合后从混合器的输出端进入电堆的阳极输入端；上述浓度均为体积浓度。[0006]进一步地，前述的燃料电池热电联供系统，其中，混合器的结构包括：外筒体，外筒体的两端分别为进气端和排气端，外筒体内设置有中间筒体，中间筒体内设置有内筒体，内筒体的筒壁上开设有若干第一通孔，第一通孔外侧的中间筒体的筒壁上开设有若干第二通孔，外筒体与中间筒体之间形成空气腔，中间筒体与内筒体之间形成混合腔，混合腔中填充有碳纤维，内筒体的内部通过第一通孔与混合腔连通，空气腔通过第二通孔与混合腔连通；进气端的外筒体中设有空气通道和缓冲腔，空气通道的里端通过缓冲腔与空气腔连通，空气通道的外端与空气输入管连接；进气端的外筒体中设置有重整气通道，重整气通道的里端与内筒体连通，重整气通道的外端与重整气输送管连接；排气端的外筒体中设置有相互连通的集气腔和排气通道，所述的集气腔与混合腔连通，排气通道的外端口与电堆的阳极输入端相连接。
[0007]进一步地，前述的燃料电池热电联供系统，其中，进入混合器中的空气的体积是重整气体积的0.05%～0.1%。[0008]进一步地，前述的燃料电池热电联供系统，其中，第一换热器上设置有第一冷却进水管和第一冷却出水管，第一冷却出水管连接至电堆的电堆冷却水进口，电堆的冷却水出口连接有电堆冷却水出水管，电堆冷却水出水管连接至第二换热器的加热介质进口，第二换热器的加热介质出口与第一冷却进水管相连接，所述的第一冷却进水管上连接有带阀的第一进水管；第二换热器的被加热介质进口和被加热介质出口分别连接有第二换热器进水管和第二换热器出水管，第二换热器进水管与第三换热器的出水口连接，第二换热器出水管连接至储热水罐，储热水罐上设置有加热水管，所述的加热水管连接至第三换热器的进水口，加热水管上设置有不断将水向第三换热器泵送的加热水泵；重整器的废气输出管与第三换热器的加热介质进口连接，第三换热器的加热介质出口连接有废气排出管；储热水罐上设置有补水管和热水输出管。[0009]更进一步地，前述的燃料电池热电联供系统，其中，电堆冷却水出水管上设置有第一流量比例控制三通阀，第一流量比例控制三通阀上连接有第一连接管，第一连接管与第一冷却进水管相连接；储热水罐与第二换热器之间的第二换热器出水管上设置有第二流量比例控制三通阀，第二流量比例控制三通阀上连接有第二连接管，第二连接管与第二换热器进水管相连接。
[0010]再进一步地，前述的燃料电池热电联供系统，其中，加热水泵与第三换热器之间的加热水管上设置有第一控制阀，第一控制阀与加热水泵之间的加热水管上设置有第三连接管，第三连接管上设置有第二控制阀，第三连接管与第三换热器之间的第二换热器进水管上设置有第三控制阀；第一进水管与第一换热器之间的第一冷却进水管上设置有第四控制阀，第一冷却出水管上设置有第五控制阀，第五控制阀与电堆冷却水进口之间的第一冷却出水管设置有第四连接管，第四连接管连接至第四控制阀与第一进水管之间的第一冷却进
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水管，第四连接管上设置有第六控制阀。[0011]再进一步地，前述的燃料电池热电联供系统，其中，第二流量比例控制三通阀与第二换热器之间的第二换热器出水管上设置有电加热器，所述的电加热器与电堆的电能输出端之间电连接，电加热器所需的电能由电堆提供。[0012]进一步地，前述的燃料电池热电联供系统，其中，电堆的电能输出端设置有直流变压器和逆变器。
[0013]更进一步地，前述的燃料电池热电联供系统，其中，电堆的电能输出端还设置有锂电池，直流变压器和逆变器均与锂电池电连接。[0014]更进一步地，前述的燃料电池热电联供系统，其中，电能输出端设置有直流变压器和逆变器，电堆的电能输出端还设置有锂电池，直流变压器和逆变器均与锂电池电连接；当用户的用电需求大于电堆满负荷工作时的最大负载电功率时，锂电池则通过逆变器补充供电；当用户的热能需求大于电堆满负荷工作时对应的最大负载热功率时，电堆的电能输出端输出的电能一部分为电加热器供电，电加热器对通过的水进行加热，从而补充供热。[0015]进一步地，前述的燃料电池热电联供系统，其中，汽水分离器的输出端的重整气输送管上还连接有储存输送管，储存输送管上设置有压缩机和重整气储罐，重整气储罐的输出端与汽水分离器输出端的重整气输送管连接；经气体成分分析仪检测后可供电堆使用的重整气经汽水分离器除水后进入电堆和/或经储存输送管、压缩机储存在重整气储罐中；当重整气储罐中的重整气进入电堆供电堆发电使用时，如重整气储罐中的重整气中的一氧化碳浓度小于等于一氧化碳浓度设定最小值，则重整气储罐中的重整气经重整气输出管进入至电堆；如重整气储罐中重整气中的一氧化碳浓度大于一氧化碳浓度设定最小值，且小于等于一氧化碳浓度最大值时，则重整气储罐中的重整气输送至混合器。[0016]进一步地，前述的燃料电池热电联供系统，其中，电堆的阴极输入端设置有阴极空气输入管，阴极空气输入管上依次设置有空气过滤器、空压机、中冷器、增湿器、露点仪，电堆的阴极输出端设置有阴极废气输出管，阴极废气输出管连接至增湿器。[0017]更进一步地，前述的燃料电池热电联供系统，其中，空气输入管的输入端与增湿器与中冷器之间的阴极空气输入管相连接，空气输入管上设置有空气泵和空气流量调节阀。[0018]本发明的优点是：一、一氧化碳浓度超出电堆所允许的浓度值的重整气经混合器空气混合后能被电堆使用，这不仅能有效延长重整器中纯化模块的使用寿命，还能有效延长电堆的使用寿命，从而大大延长整个热电联供系统的使用寿命，进而也就有效降低热电联供系统的使用成本。二、充分利用了重整气余热、以及电堆发电时产生的热能，从而很好地为用户提供供热服务。三、锂电池与电加热器的设置，增大了热电联供系统的最大输出电功率和最大输出热功率，这大大提高了热电联供系统的适用性，能更好地满足用户需求。四、锂电池与重整气储罐的设置，使得热电联供系统能更好的应对突发故障和自然灾害，此状态下实现小循环进行供热，能大大减少热能损失。附图说明
[0019]图1是本发明所述的燃料电池热电联供系统的工作原理示意图。[0020]图2是混合器的结构示意图。
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具体实施方式
[0021]下面结合附图和优选实施例对本发明作进一步的详细说明。[0022]如图1所示，燃料电池热电联供系统，包括：电堆1以及重整器2。重整器2主要包括燃烧供热模块201、重整制氢模块202、纯化模块203。燃烧供热模块201将燃料燃烧从而为重整制氢模块202供热，纯化模块203用于去除重整气中的一氧化碳。[0023]电堆1的电能输出端设置有直流变压器13和逆变器14。电堆1产生的电能经直流变压器13升压，然后再经逆变器14将直流变交流并网后向外输出电能。电堆1的电能输出端还设置有锂电池10，直流变压器13和逆变器14均与锂电池10电连接。电堆1产生的电能经直流变压器13后能够存储在锂电池10中，锂电池10中的电能经逆变器14直流变交流后并网输出。
[0024]重整器2上设置有重整气输送管21，重整气输送管21上依次设置有用于在线检测气体成分的气体成分分析仪211、用于对重整气进行降温的第一换热器3、用于除去重整气中水分的汽水分离器4，在气体成分分析仪211与第一换热器3之间的重整气输送管21上连接有回气管22，回气管22连接至重整器2。本实施例中汽水分离器4输出端的重整气输送管21上连接有重整气输出管23、混合器5以及储存输送管24。储存输送管24上设置有压缩机241和重整气储罐242，重整气储罐242的输出端与重整气输送管21连接。为了便于计量，气体成分分析仪211与第一换热器3之间的重整气输送管21上还设置有流量计212。
[0025]重整气输出管23的输出端以及混合器5的输出端均与电堆1的阳极输入端相连接，混合器5上设置有用于输入空气的空气输入管55。[0026]重整气经气体成分分析仪211检测，当其中的氢气浓度低于氢气浓度设定值或一氧化碳浓度大于一氧化碳浓度最大设定值时，则重整气不可供电堆1的使用，不可供电堆使用的重整气经回气管22回到重整器2的燃烧供热模块201中作为燃烧供热使用。当其中的氢气浓度大于等于氢气浓度设定值，且一氧化碳浓度小于等于一氧化碳浓度最大设定值，则重整气可供电堆1使用，可供电堆1使用的重整气依次经第一换热器3冷却和汽水分离器4除水后直接供电堆1发电使用和/或经储存输送管24、压缩机241储存在重整气储罐242中。[0027]直接供电堆1发电使用时，如可供电堆1使用的重整气中的一氧化碳浓度小于等于一氧化碳浓度最小设定值，则除水后的重整气经重整气输出管23进入至电堆1；如可供电堆1使用的重整气中的一氧化碳浓度大于一氧化碳浓度最小设定值且小于等于一氧化碳浓度最大设定值时，则除水后的重整气进入混合器5中。
[0028]当重整气储罐242中的重整气供电堆1发电使用时，如重整气储罐242中的重整气中的一氧化碳浓度小于等于一氧化碳浓度最小设定值，则重整气储罐242中的重整气经重整气输出管23进入至电堆1。如重整气储罐242中重整气中的一氧化碳浓度大于一氧化碳浓度最小设定值且小于等于一氧化碳浓度最大设定值时，则重整气储罐242中的重整气输送至混合器5。
[0029]上述浓度均为体积浓度，气体成分分析仪211可采用气相色谱仪。[0030]上述的氢气浓度设定值可根据电堆1的类型具体设定，以体积计，一般大于等于70%。一氧化碳浓度最小设定值则为电堆1所允许的一氧化碳浓度值，常规情况下电堆使用的重整气中的一氧化碳的浓度必须小于等于电堆所允许的一氧化碳浓度。一氧化碳浓度最小设定值需要根据电堆类型具体确定，一般小于等于10ppm；一氧化碳浓度最大设定值是一
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氧化碳浓度最小设定值的2～3倍，通常根据具体工况设定。氢气浓度设定值、一氧化碳浓度最小设定值、一氧化碳浓度最大设定值预先在PLC控制器中设定，气体成分分析仪211将实时检测的信号反馈至PLC控制器中，PLC控制器将实时检测的重整气中氢气以及一氧化碳的浓度与预设值比较，从而做出判断。上述浓度均采用体积浓度。[0031]当混合器5中进入重整气时，空气由空气输入管55进入混合器5，重整气与空气在混合器5中混合后从混合器5的输出端进入电堆1。进入混合器5中的空气的体积是重整气体积的0.05%～0.1%。[0032]本实施例中，如图2所示混合器5的结构包括：外筒体51，外筒体51的两端分别为进气端和排气端，外筒体51内设置有中间筒体52，中间筒体52内设置有内筒体53。内筒体53的筒壁上开设有若干第一通孔531，第一通孔531外侧的中间筒体52的筒壁上开设有若干第二通孔521，外筒体51与中间筒体52之间形成空气腔501，中间筒体52与内筒体53之间形成混合腔502，混合腔502中填充有碳纤维54，内筒体53的内部通过第一通孔531与混合腔502连通，空气腔501通过第二通孔521与混合腔502连通。进气端的外筒体51中设有空气通道511和缓冲腔515，缓冲腔515为环形的空腔，空气通道511的里端通过缓冲腔515与空气腔501连通，空气通道511的外端与空气输入管55连接。进气端的外筒体51中设置有重整气通道512，重整气通道512的里端与内筒体53内部连通，重整气通道512的外端与重整气输送管21连接；排气端的外筒体51中设置有相互连通的集气腔513和排气通道514，所述的集气腔513与混合腔502连通，排气通道514的外端口与电堆1的阳极输入端相连接。该结构的混合器5有效地将微量的空气均匀混入至重整气中。[0033]设置混合器5的目的在于：通过将重整气与空气混合，使得重整气中的一氧化碳与空气中的氧气反应而除去一氧化碳，从而使得重整气中一氧化碳浓度从大于一氧化碳浓度设定最小值，且小于等于一氧化碳浓度最大值降低至小于等于一氧化碳浓度设定最小值。重整器2长时间工作后，重整器2中纯化模块203的纯化性能会降低，尤其是采用催化剂进行选择性甲烷化或氧化的方式进行纯化的纯化模块，其中的催化剂活性会降低，从而导致经纯化模块纯化后的重整气中的一氧化碳浓度仍然超出电堆所允许的一氧化碳浓度值。一氧化碳浓度超出电堆1所允许的浓度值的重整气则会毒害电堆1，从而大大缩短电堆1的使用寿命。混合器5的设置，使得即便重整气中一氧化碳浓度超出电堆1所允许浓度值时也能用于电堆1发电使用，这不仅能有效延长重整器2中纯化模块203的使用寿命，还能有效延长电堆1的使用寿命，从而大大延长整个热电联供系统的使用寿命。[0034]具体的混合过程如下：空气经由空气输入管55、空气通道511进入空气腔501，重整气经重整气输送管21、重整气通道512进入内筒体53中，内筒体53中的重整气通过第一通孔531进入混合腔502，同时空气腔501中的空气通过第二通孔521进入空气腔501，空气与重整气在混合腔502中充分混合，混合腔502中设置碳纤维54能进一步大大提高空气与重整气混合地均匀性，从而达到有效去除重整气中一氧化碳的目的。混合腔502中混有了空气的重整气经集气腔513、排气通道514进入电堆1。该混合过程使得进入电堆1内发电的重整气中一氧化碳的浓度始终在电堆1所允许的一氧化碳浓度值范围内。[0035]电堆1的阴极输入端设置有阴极空气输入管15，阴极空气输入管15上依次设置有空气过滤器151、空压机152、中冷器153、增湿器154、露点仪155，电堆1的阴极输出端设置有阴极废气输出管16，阴极废气输出管16连接至增湿器154。空气过滤器151可以有效取出空
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气中的颗粒杂质，中冷器153起到了冷却作用，增湿器154则对进入电堆1发电的空气进行有效加湿。
[0036]为了简化管路结构，空气输入管55的输入端与增湿器154和中冷器153之间的阴极空气输入管15相连接，空气输入管55上设置有空气泵551和空气流量调节阀552。[0037]供热系统包括：第一换热器3上设置有第一冷却进水管31和第一冷却出水管32，第一冷却出水管32连接至电堆1的电堆冷却水进口101，电堆冷却水出口102连接有电堆冷却水出水管12，电堆冷却水出水管12连接至第二换热器6的加热介质进口，第二换热器6的加热介质出口与第一冷却进水管31相连接，所述的第一冷却进水管31上连接有带阀的第一进水管301。第二换热器6的被加热介质进口和被加热介质出口分别连接有第二换热器进水管61和第二换热器出水管62，第二换热器进水管61与第三换热器7的出水口连接，第二换热器出水管62连接至储热水罐8，储热水罐8上设置有加热水管81，所述的加热水管81连接至第三换热器7的进水口，加热水管81上设置有不断将水向第三换热器7泵送的加热水泵811。重整器2的废气输出管25与第三换热器7的加热介质进口连接，第三换热器7的加热介质出口连接有废气排出管71。储热水罐8上设置有热水输出管801和补水管802。[0038]电堆冷却水出水管12上设置有第一流量比例控制三通阀121，第一流量比例控制三通阀121上连接有第一连接管122，第一连接管122与第一冷却进水管31相连接。储热水罐8与第二换热器6之间的第二换热器出水管62上设置有第二流量比例控制三通阀621，第二流量比例控制三通阀621上连接有第二连接管622，第二连接管622与第二换热器进水管61相连接。第一流量比例控制三通阀121的设置，其目的在于：调节第一连接管122与电堆冷却水出水管12水流量的比例，使得经电堆冷却水出水管12输出的热水一部分经第一冷却进水管31进入至第一换热器3中，从而调节第一换热器3的加热介质的温度。第二流量比例控制三通阀621的设置，其目的在于：调节第二连接管622与第二换热器出水管62水流量的比例，使得第二换热器出水管62中的热水一部分经第二连接管622进入第二换热器进水管61中，从而调节第二换热器6中被加热介质的温度。[0039]本实施例中，第二流量比例控制三通阀621与第二换热器6之间的第二换热器出水管62上设置有电加热器9，所述的电加热器9与电堆1的电能输出端之间电连接，电加热器9所需的电能由电堆1提供。电加热器9能够对通过的水进一步加热。[0040]本实施例中，加热水泵811与第三换热器7之间的加热水管81上设置有第一控制阀812，第一控制阀812与加热水泵811之间的加热水管81上设置有第三连接管813，第三连接管813上设置有第二控制阀814，第三连接管813与第三换热器7之间的第二换热器进水管61上设置有第三控制阀611。第一进水管301与第一换热器3之间的第一冷却进水管31上设置有第四控制阀311，第一冷却出水管32上设置有第五控制阀321，第五控制阀321与电堆冷却水进口101之间的第一冷却出水管32设置有第四连接管322，第四连接管322连接至第四控制阀311与第一进水管301之间的第一冷却进水管31上，第四连接管322上设置有第六控制阀323。
[0041]供热系统的工作过程如下：第一控制阀812、第三控制阀611、第四控制阀311、第五控制阀321都处于开阀状态，第二控制阀814、第六控制阀323处于关闭状态。水经第一进水管301、第一冷却进水管31进入第一换热器3中，从而对重整气进行冷却。温度升高后的水经第一冷却出水管32进入至电堆1作为电堆1的冷却用水，进一步升温后的水从电堆冷却水出
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口102、电堆冷却水出水管12进入至第二换热器6作为加热介质，从而为第二换热器6提供热量。第二换热器6中作为加热介质的水释放了热量后从第一冷却进水管31回到第一换热器3中。此循环不断将重整气释放的热量、以及电堆1中产生的热量传递至第二换热器6。[0042]重整器2中的废气经废气输出管25进入至第三换热器7中作为加热介质，释放了热量后的废气从废气排出管71排出。水不断经补水管802进入储热水罐8，储热水罐8中的水不断由加热水泵811泵送，并经由加热水管81进入至第三换热器7中。水在第三换热器7中预热，然后从第二换热器进水管61进入至第二换热器6中。第二换热器6中被加热后的水经第二换热器出水管62进入至储热水罐8中，从而使得储热水罐8中的温度保持在恒定的温度范围。储热水罐8中的热水经热水输出管801向外输出给用户。[0043]采用上述结构的供热系统，充分的利用了整个热电联供系统工作时所产生的热能，从而使得热能利用率大大提高，有效减少了热能的浪费。[0044]燃料电池的热电联供系统工作时，当电堆1处于满负荷工作状态时，整个热电联供系统则能输出最大负载电功率，此状态下整个热电联供系统则输出最大负载热功率。由于电堆1的电能输出端设置有锂电池10，当用户的用电需求大于最大负载电功率时，锂电池10则通过逆变器14对外补充供电，从而增大热电联供系统的最大输出电功率，这大大提高了热电联供系统的适用性，其能更好地满足用户需求。[0045]当用户的用热需求大于最大负载热功率时，电堆1以最大负载电功率输出，并且其中一部分电能用于对电加热器9供电，从而使得电加热器9对经过的水进一步加热，这样整个系统的输出热功率就会增加，从而能更好地满足于用户需求。[0046]当外部突发断电、地震等自然灾害而导致用户无天然气供应、无电可用时，此时锂电池10则为系统启动提供初始电能。重整气储罐242则开始为电堆1发电提供重整气，电堆1发电，电堆1产生的电能一部分经直流变压器13升压、逆变器14并网输送至用户，电堆1产生的另外一部分电能则用于对电加热器9供电。电加热器9开始对经过的水进行加热。[0047]此时采用小循环供热，小循环供热能尽量减少能量损失。具体过程如下：第一控制阀812、第三控制阀611、第四控制阀311、第五控制阀321都处于关阀状态，第二控制阀814、第六控制阀323处于打开状态。外部供水经第一进水管301进入至第一冷却出水管32进入电堆1，吸收了热量的水依次经电堆1的电堆冷却水出口102、电堆冷却水出水管12进入至第二换热器6中作为加热介质，第二换热器6中作为加热介质的水释放了热量后再从第一冷却出水管32回流至第一冷却出水管32中，以此不断循环。[0048]水不断经补水管802进入储热水罐8，储热水罐8中的水不断由加热水泵811泵送至第二换热器进水管61，之后进入至第二换热器6中。第二换热器6中被加热后的水经第二换热器出水管62经电加热器9加热后进入至储热水罐8中。储热水罐8中的热水经热水输出管801向外输出给用户。
[0049]本发明的优点在于：一、一氧化碳浓度超出电堆1所允许浓度值的重整气进入混合器5中与空气混合后能被电堆1使用，这不仅能有效延长重整器2中纯化模块203的使用寿命，还能有效延长电堆1的使用寿命，从而大大延长整个热电联供系统的使用寿命。二、充分利用了重整气、以及电堆1中的热能，从而很好地为用户服务。三、锂电池10与电加热器9的设置，增大了热电联供系统的最大输出电功率和最大输出热功率，这大大提高了热电联供系统的适用性，能更好地满足用户需求。四、锂电池10与重整气储罐242的设置，使得热电联
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供系统即便在突发故障和自然灾害发生时，也能很好地服务用户，且此状态下实现小循环进行供热，大大减少了能量损失。
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