[發(fā)明專利]一種高效燃料電池聯(lián)供系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710059650.7
• 申請(qǐng)日: 2017-01-24
• 公開（公告）號(hào): CN106654320A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳波;楊宇飛;柴國(guó)民;歐陽(yáng)瑞;郝義國(guó);熊鋼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢地質(zhì)資源環(huán)境工業(yè)技術(shù)研究院有限公司
• 主分類號(hào): H01M8/04007
• 分類號(hào): H01M8/04007;H01M8/04014;H01M8/04029;H01M8/04298;F25B30/02
• 代理公司: 武漢知產(chǎn)時(shí)代知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司42238
• 代理人: 馮必發(fā),郝明琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及熱能動(dòng)力技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高效燃料電池聯(lián)供系統(tǒng)。

背景技術(shù)

燃料電池(Fuel Cell)是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置，常用的燃料電池有質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)，質(zhì)子交換膜燃料電池具有工作溫度低、啟動(dòng)快、比功率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和操作方便等優(yōu)點(diǎn)，被公認(rèn)為電動(dòng)汽車、固定發(fā)電站等的首選能源，因此，質(zhì)子交換膜燃料電池是目前最有發(fā)展前途的一種燃料電池。

但是，采用質(zhì)子交換膜燃料電池驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車或發(fā)電站時(shí)，質(zhì)子交換膜燃料電池的效率約50％，即只有50％的能量轉(zhuǎn)化成電能輸出，剩下的一半能量幾乎都是以熱量的形式排掉，能源利用效率非常低，浪費(fèi)非常大。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種利用率高的高效燃料電池聯(lián)供系統(tǒng)。

本發(fā)明的實(shí)施例提供一種高效燃料電池聯(lián)供系統(tǒng)，包括燃料電池系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)和直流變頻制冷系統(tǒng)，所述燃料電池系統(tǒng)生成直流電，所述直流電被轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定直流電，所述穩(wěn)定直流電直接輸出或穩(wěn)定直流電經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)后逆變成三相電，所述三相電驅(qū)動(dòng)直流變頻制冷系統(tǒng)工作實(shí)現(xiàn)冷量輸出，所述散熱系統(tǒng)連通燃料電池系統(tǒng)和直流變頻制冷系統(tǒng)，所述散熱系統(tǒng)分別與燃料電池系統(tǒng)和直流變頻制冷系統(tǒng)構(gòu)成回路，所述散熱系統(tǒng)帶走燃料電池系統(tǒng)的反應(yīng)熱和直流變頻制冷系統(tǒng)的放熱。

進(jìn)一步，所述燃料電池系統(tǒng)包括氫氣供應(yīng)回路、空氣供應(yīng)回路、燃料電池電堆和直流-直流變換器，所述氫氣供應(yīng)回路和空氣供應(yīng)回路均連接燃料電池電堆，所述氫氣供應(yīng)回路供應(yīng)氫氣，所述空氣供應(yīng)回路供應(yīng)空氣，氫氣和空氣中的氧氣在燃料電池電堆中發(fā)生反應(yīng)生成直流電，所述散熱系統(tǒng)向燃料電池電堆中供水而讓水吸收氫氣和氧氣反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)熱，反應(yīng)后剩余的微量氫氣經(jīng)第一電磁閥排出到空氣中，反應(yīng)后的空氣乏氣排放到空氣中，所述直流-直流變換器將直流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定直流電。

進(jìn)一步，所述氫氣供應(yīng)回路包括高壓儲(chǔ)氫容器、減壓閥、單向閥、手動(dòng)截止閥和防爆電磁閥，所述高壓儲(chǔ)氫容器、減壓閥、單向閥、手動(dòng)截止閥和防爆電磁閥依次連接，氫氣從高壓儲(chǔ)氫容器出來(lái)，依次經(jīng)過(guò)減壓閥、單向閥、手動(dòng)截止閥和防爆電磁閥進(jìn)入燃料電池電堆。

進(jìn)一步，所述空氣供應(yīng)回路包括空氣濾清器、消音器和空氣壓縮機(jī)，所述空氣濾清器、消音器和空氣壓縮機(jī)依次連接，空氣經(jīng)過(guò)空氣濾清器、消音器處理后進(jìn)入空氣壓縮機(jī)，所述空氣壓縮機(jī)將空氣升壓，并送入燃料電池電堆。

進(jìn)一步,所述直流變頻制冷系統(tǒng)包括直流變頻驅(qū)動(dòng)器、直流變頻制冷壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流元件、蒸發(fā)器和蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)，所述直流變頻制冷壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流元件和蒸發(fā)器依次連接構(gòu)成回路，所述直流變頻驅(qū)動(dòng)器將所述穩(wěn)定直流電逆變成三相頻率可調(diào)的梯形波或正弦波以驅(qū)動(dòng)直流變頻制冷壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，所述直流變頻制冷壓縮機(jī)將制冷劑氣體壓縮為高溫高壓氣體，所述高溫高壓氣進(jìn)入冷凝器，所述冷凝器連通散熱系統(tǒng)，高溫高壓氣體在冷凝器中通過(guò)散熱系統(tǒng)降溫冷凝為高溫高壓液體，所述高溫高壓液體流經(jīng)節(jié)流元件變?yōu)榈蜏氐蛪旱臍庖夯旌衔?，所述氣液混合物流入蒸發(fā)器，所述蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)空氣流過(guò)蒸發(fā)器，所述蒸發(fā)器中的氣液混合物吸收蒸發(fā)器外側(cè)空氣的熱量進(jìn)行冷量輸出，同時(shí)吸收熱量的氣液混合物再次蒸發(fā)為制冷劑氣體，所述直流變頻制冷壓縮機(jī)的吸氣口將制冷劑氣體吸入直流變頻制冷壓縮機(jī)內(nèi)，制冷劑氣體在直流變頻制冷壓縮機(jī)內(nèi)再次被壓縮。

進(jìn)一步,所述直流變頻制冷系統(tǒng)還包括干燥過(guò)濾器和氣液分離器，所述干燥過(guò)濾器設(shè)在冷凝器和節(jié)流元件之間，所述氣液分離器設(shè)在蒸發(fā)器和直流變頻制冷壓縮機(jī)之間，所述干燥過(guò)濾器過(guò)濾高溫高壓液體中的雜質(zhì)和水分，所述氣液分離器將未蒸發(fā)的氣液混合物進(jìn)行分離，所述制冷劑氣體為環(huán)保制冷劑氣體。

進(jìn)一步，所述散熱系統(tǒng)包括散熱器、水泵和旁通閥，所述水泵從散熱器的底部抽水，并分別泵入燃料電池系統(tǒng)和直流變頻制冷系統(tǒng)，泵入燃料電池系統(tǒng)和直流變頻制冷系統(tǒng)中的水分別帶走燃料電池系統(tǒng)的反應(yīng)熱和直流變頻制冷系統(tǒng)的放熱后水溫升高，升溫的水回流至散熱器，并在散熱器中冷卻后循環(huán)利用，所述旁通閥和散熱器并聯(lián)，所述旁通閥將回流的溫度較低的水直接旁通到散熱器出口循環(huán)利用。

進(jìn)一步，所述散熱系統(tǒng)還包括膨脹水箱、水過(guò)濾器和分集水器，所述膨脹水箱連通散熱器，所述膨脹水箱為散熱器供水并提供水溫變化時(shí)所需的體積膨脹空間，所述水過(guò)濾器設(shè)在水泵和散熱器之間，所述分集水器分別與散熱器和水泵連通，所述水泵通過(guò)分集水器將水泵入燃料電池系統(tǒng)和直流變頻制冷系統(tǒng)，回流的水通過(guò)分集水器流回散熱器，所述分集水器向直流變頻制冷系統(tǒng)的供水管路上設(shè)有第二電磁閥。