本發(fā)明涉及節(jié)能和新能源領(lǐng)域，特別涉及一種復(fù)合熱電發(fā)電系統(tǒng)廢水利用裝置及控制方法。

背景技術(shù)：

1、復(fù)合熱電發(fā)電系統(tǒng)是一種復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)，包括內(nèi)燃機(jī)和燃料電池兩個(gè)動力源，兩者共同為運(yùn)輸裝備提供動力。該系統(tǒng)可以充分利用燃料電池效率高、噪音小、排放少的特性以及內(nèi)燃機(jī)功率密度大、瞬態(tài)響應(yīng)快的特點(diǎn)，為運(yùn)輸裝備提供更加優(yōu)秀的動力方案。

2、內(nèi)燃機(jī)是使用燃料燃燒做功的動力機(jī)械，其燃料包括汽油、柴油、天然氣、氫氣、氨氣等，通過耦合發(fā)電機(jī)可實(shí)現(xiàn)電力輸出。針對天然氣、汽油、氫氣等點(diǎn)燃燃料內(nèi)燃機(jī)，其非常容易產(chǎn)生爆震、早燃、回火等非正常燃燒現(xiàn)象，現(xiàn)階段一般采用噴水措施來避免缸內(nèi)發(fā)生非正常燃燒，現(xiàn)有的內(nèi)燃機(jī)噴水系統(tǒng)一方面需要定期加注純水供使用，給用戶使用造成不便；另外一方面，噴水系統(tǒng)在環(huán)境溫度接近0℃時(shí)就會停止工作，這使得噴水系統(tǒng)的工作溫度范圍大大受限，不利于該技術(shù)在高緯度寒冷區(qū)域內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用。

3、而燃料電池的排氣系統(tǒng)的氣水分離器排出的純水直接排入環(huán)境，一方面純水沒有得到充分利用，另外一方面也容易在極端低溫環(huán)境下出現(xiàn)氣水分離器排水口結(jié)冰堵塞問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的在于提供一種復(fù)合熱電發(fā)電系統(tǒng)廢水利用裝置及控制方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)問題，至少提供一種有益的選擇或創(chuàng)造條件。

2、為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供一種復(fù)合熱電發(fā)電系統(tǒng)廢水利用裝置，包括：

4、燃料電池進(jìn)排氣系統(tǒng)，具有第一排氣口；

5、內(nèi)燃機(jī)噴水系統(tǒng)；

6、再利用系統(tǒng)，包括氣水分離器、收集容器和換熱器，所述氣水分離器具有第二進(jìn)氣口、第二排氣口和第二排水口，所述第二進(jìn)氣口與所述第一排氣口連接，所述第二排氣口與所述換熱器連接，所述第二排水口與所述收集容器連通，所述換熱器用于與所述收集容器內(nèi)腔進(jìn)行熱交換，所述收集容器與所述內(nèi)燃機(jī)噴水系統(tǒng)連接。

7、本發(fā)明的有益效果是：

8、在燃料電池啟動后，燃料電池進(jìn)排氣系統(tǒng)的第一排氣口排出水和空氣的混合氣首先通過第二進(jìn)氣口進(jìn)入氣水分離器，在其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)水滴被分離出來，分離出來的水通過氣水分離器的第二排水口進(jìn)入收集容器，在燃料電池持續(xù)工作下，氣水分離器持續(xù)將第一排氣口排出的混合氣中水分離出來，并存儲在收集容器中，而氣水分離器內(nèi)剩余的排氣從第二排氣口排出，并進(jìn)入換熱器，在換熱器中內(nèi)部流動的排氣與收集容器內(nèi)腔的水換熱，確保低環(huán)境溫度下排氣加熱收集容器內(nèi)腔的水，防止水結(jié)冰，而收集容器內(nèi)存儲的水輸送至內(nèi)燃機(jī)噴水系統(tǒng)，用于改善內(nèi)燃機(jī)性能，本發(fā)明將燃料電池排出的混合氣通過氣水分離器來實(shí)現(xiàn)氣水分離，并將氣水分離器排出的純水收集和存儲，再通過內(nèi)燃機(jī)噴水系統(tǒng)將收集的純水用于提高內(nèi)燃機(jī)的性能，實(shí)現(xiàn)廢水利用，避免現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)噴水系統(tǒng)需要人工加注純水的痛點(diǎn)，利用氣水分離器排出的排氣加熱收集容器內(nèi)收集的水，避免低環(huán)境溫度下收集容器內(nèi)收集的水結(jié)冰問題，進(jìn)而確保內(nèi)燃機(jī)噴水系統(tǒng)在低環(huán)境溫度下可持續(xù)工作，以及解決燃料電池在低環(huán)境溫度下氣水分離器排水結(jié)冰堵塞的問題。

9、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，還包括膨脹機(jī)，所述膨脹機(jī)連接于所述第二排氣口與所述換熱器之間。

10、本方案考慮到氣水分離器內(nèi)剩余的排氣其仍然具有一定的壓力和溫度，本方案將氣水分離器的排氣輸送入膨脹機(jī)，在膨脹機(jī)內(nèi)，排氣經(jīng)過膨脹機(jī)的葉輪膨脹做功，對外輸出機(jī)械功，排氣經(jīng)膨脹機(jī)后進(jìn)入換熱器，所攜帶剩余的熱量再傳遞給收集容器內(nèi)存儲的水，確保低環(huán)境溫度下排氣加熱收集容器內(nèi)腔的水，防止水結(jié)冰，通過膨脹機(jī)回收利用氣體的內(nèi)能，能提高對燃料電池的排氣利用率。

11、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述燃料電池進(jìn)排氣系統(tǒng)具有第一進(jìn)氣口；

12、所述膨脹機(jī)的動力輸出端連接有發(fā)電機(jī)或者空壓機(jī)，所述空壓機(jī)的出氣口與所述第一進(jìn)氣口連接。

13、排氣可通過膨脹機(jī)來帶動發(fā)電機(jī)或者空壓機(jī)轉(zhuǎn)動，以實(shí)現(xiàn)能量回收，其中，空壓機(jī)將外部的氣體壓縮加壓后通過第一進(jìn)氣口輸送入燃料電池進(jìn)行反應(yīng)，而發(fā)電機(jī)可為其他系統(tǒng)供電。

14、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述收集容器設(shè)有第一排水口，所述第一排水口安裝有排水閥。

15、通過開啟和關(guān)閉排水閥可控制第一排水口排出收集容器內(nèi)的水，以使得收集容器內(nèi)的水保持于合理的范圍，同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)收集容器的排空。

16、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述收集容器設(shè)有液位傳感器，所述液位傳感器用于檢測所述收集容器的內(nèi)腔水量；

17、所述收集容器設(shè)有溫度傳感器，所述溫度傳感器用于檢測所述收集容器的內(nèi)腔水溫度。

18、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述再利用系統(tǒng)還包括水泵，所述水泵連接于所述收集容器與所述內(nèi)燃機(jī)噴水系統(tǒng)之間。水泵用于將收集容器內(nèi)水加壓并輸送到內(nèi)燃機(jī)噴水系統(tǒng)。

19、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述再利用系統(tǒng)還包括電加熱元件，所述電加熱元件用于加熱所述收集容器的內(nèi)腔水。

20、為了滿足不同的工況，本方案設(shè)置了電加熱元件對收集容器的內(nèi)腔水進(jìn)行電加熱，這樣可在燃料電池不工作或者排氣的熱量滿足不到加熱需求時(shí)，保持收集容器內(nèi)的水溫保持于設(shè)定溫度。

21、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述氣水分離器安裝于所述收集容器的頂部，以使得所述收集容器與所述氣水分離器底部形成封閉的空間，所述第二排水口設(shè)于所述氣水分離器的底部；

22、所述換熱器安裝于所述收集容器的底部內(nèi)。

23、本方案將氣水分離器和收集容器集成于一體，確保收集容器內(nèi)腔保持封閉，第二排水口設(shè)于所述氣水分離器的底部，確保氣水分離器分離出來的水在重力作用下通過第二排水口進(jìn)入下方的收集容器，此外，收集容器的內(nèi)腔所形成的熱量可輻射到第二排水口，避免第二排水口結(jié)冰堵塞。本方案的換熱器直接置于收集容器內(nèi)存儲的水中，壁面與水直接接觸換熱，提高換熱效率。

24、本發(fā)明還提供一種應(yīng)用于所述的復(fù)合熱電發(fā)電系統(tǒng)廢水利用裝置的控制方法，包括：

25、通過所述氣水分離器實(shí)現(xiàn)氣水分離，所述氣水分離器的排水收集于收集容器內(nèi)，所述氣水分離器的排氣通過所述換熱器與所述收集容器內(nèi)的水進(jìn)行換熱，將所述收集容器內(nèi)的水保持于預(yù)設(shè)溫度范圍；

26、當(dāng)燃料電池和內(nèi)燃機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)或者所述收集容器內(nèi)的水溫低于預(yù)設(shè)溫度時(shí)，將所述收集容器內(nèi)的水全部排空。

27、本發(fā)明將氣水分離器排出的純水收集和存儲，再通過內(nèi)燃機(jī)噴水系統(tǒng)將收集的純水用于抑制內(nèi)燃機(jī)的非正常燃燒，提高內(nèi)燃機(jī)的性能。同時(shí)利用燃料電池排氣加熱保溫儲存的水，解決低溫環(huán)境溫度下內(nèi)燃機(jī)噴水系統(tǒng)無法工作和氣水分離器排水結(jié)冰堵塞的問題。

28、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述控制方法還包括：

29、當(dāng)所述收集容器內(nèi)的水溫低于預(yù)設(shè)溫度時(shí)，通過電加熱將所述收集容器內(nèi)的水保持于預(yù)設(shè)溫度范圍；

30、檢測所述收集容器內(nèi)的水量，控制收集容器的存水量不超過預(yù)設(shè)量。

31、在燃料電池不工作或者排氣的熱量滿足不到加熱需求時(shí)，通過電加熱對所述收集容器內(nèi)的水進(jìn)行加熱，以保持于預(yù)設(shè)溫度范圍。