[發明專利]一種質子交換膜燃料電池驅動的高溫熱泵熱水器

在審

• 申請號: 201710059667.2
• 申請日: 2017-01-24
• 公開（公告）號: CN106839426A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 吳波;楊宇飛;柴國民;歐陽瑞;郝義國;熊鋼
• 申請（專利權）人: 武漢地質資源環境工業技術研究院有限公司
• 主分類號: F24H4/02
• 分類號: F24H4/02;F24H9/00;H01M8/04007
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司42238
• 代理人: 馮必發,郝明琴

1.一種質子交換膜燃料電池驅動的高溫熱泵熱水器,其特征在于，包括質子交換膜燃料電池系統、散熱系統和高溫熱泵系統，所述散熱系統、質子交換膜燃料電池系統和高溫熱泵系統依次連通構成冷卻水回路，所述質子交換膜燃料電池系統生成直流電，所述直流電被轉換成穩定直流電，所述穩定直流電直接輸出或穩定直流電驅動高溫熱泵系統實現高溫熱水輸出，從所述散熱系統流出的冷卻水依次流經所述質子交換膜燃料電池系統、高溫熱泵系統，并返回散熱系統，所述冷卻水在所述質子交換膜燃料電池系統中吸熱，而后在所述高溫熱泵系統中放熱，并在所述散熱系統中得到冷卻。

2.根據權利要求1所述的質子交換膜燃料電池驅動的高溫熱泵熱水器,其特征在于，所述質子交換膜燃料電池系統包括氫氣供應回路、空氣供應回路、質子交換膜燃料電池電堆和直流-直流變換器，所述氫氣供應回路和空氣供應回路均連接質子交換膜燃料電池電堆，所述氫氣供應回路供應氫氣，所述空氣供應回路供應空氣，氫氣和空氣中的氧氣在質子交換膜燃料電池電堆中發生反應生成直流電，所述直流-直流變換器將直流電轉換成穩定直流電，反應后剩余的微量氫氣經第一電磁閥排出到空氣中，反應后的空氣乏氣排放到空氣中。

3.根據權利要求2所述的質子交換膜燃料電池驅動的高溫熱泵熱水器,其特征在于，所述氫氣供應回路包括高壓儲氫容器、減壓閥、單向閥、手動截止閥和防爆電磁閥，所述高壓儲氫容器、減壓閥、單向閥、手動截止閥和防爆電磁閥依次連接，氫氣從高壓儲氫容器出來，依次經過減壓閥、單向閥、手動截止閥和防爆電磁閥進入質子交換膜燃料電池電堆；所述空氣供應回路包括空氣濾清器、消音器和空氣壓縮機，所述空氣濾清器、消音器和空氣壓縮機依次連接，空氣經過空氣濾清器、消音器處理后進入空氣壓縮機，所述空氣壓縮機將空氣升壓，并送入質子交換膜燃料電池電堆。

4.根據權利要求1所述的質子交換膜燃料電池驅動的高溫熱泵熱水器,其特征在于，所述高溫熱泵系統包括直流制冷壓縮機、熱泵水箱、節流元件、蒸發器和設置于熱泵水箱中的冷凝器，所述直流制冷壓縮機、冷凝器、節流元件和蒸發器依次連接構成制冷劑回路，所述質子交換膜燃料電池系統輸出的穩定直流電驅動直流制冷壓縮機運轉，所述直流制冷壓縮機將制冷劑氣體壓縮為高溫高壓氣體，所述高溫高壓氣進入熱泵水箱中的冷凝器，所述高溫高壓氣在冷凝器中完成向熱泵水箱內待加熱水的放熱過程,所述冷凝器設在熱泵水箱的下部，所述冷凝器的兩端分別連接直流制冷壓縮機和節流元件。

5.根據權利要求4所述的質子交換膜燃料電池驅動的高溫熱泵熱水器,其特征在于，所述熱泵水箱為承壓保溫水箱，所述承壓保溫水箱包括外膽、內膽、保溫層、冷水進水管和熱水輸出管，所述內膽設在保溫層的內側，所述保溫層設在內膽和外膽之間，所述冷水進水管和熱水輸出管均連通內膽，所述冷水進水管的一端連通自來水管或高位水箱，所述冷水進水管的另一端插入內膽的底部，所述熱水輸出管的一端插入內膽的頂部，所述熱水輸出管的另一端通過電磁閥控制熱水的輸出。

6.根據權利要求4所述的質子交換膜燃料電池驅動的高溫熱泵熱水器,其特征在于，所述制冷劑為高溫工質，所述制冷劑的蒸發溫度范圍為45-65℃，所述制冷劑的冷凝溫度范圍為85-105℃；所述高溫熱泵系統還包括氣液分離器，所述氣液分離器設在蒸發器和直流制冷壓縮機之間，所述氣液分離器將未蒸發的氣液混合物進行分離。

7.根據權利要求5所述的質子交換膜燃料電池驅動的高溫熱泵熱水器,其特征在于，所述冷凝器采用冷凝盤管的形式，所述冷凝盤管的外部和內膽內的待加熱水直接接觸。

8.根據權利要求5所述的質子交換膜燃料電池驅動的高溫熱泵熱水器,其特征在于，所述冷凝器采用冷凝盤管纏繞在內膽外壁上的形式，所述冷凝盤管與內膽中的水不直接接觸。

9.根據權利要求1所述的質子交換膜燃料電池驅動的高溫熱泵熱水器,其特征在于，所述散熱系統包括散熱器、散熱風機、水泵和旁通閥，所述散熱風機加速散熱器外部空氣的對流，所述旁通閥和散熱器并聯，所述水泵從散熱器的底部抽水，并泵入質子交換膜燃料電池系統，所述散熱器出口處的水溫控制在45-65℃，水溫通過散熱風機和旁通閥調節，泵入質子交換膜燃料電池系統中的水帶走質子交換膜燃料電池系統的反應熱溫度升高，吸收了質子交換膜燃料電池系統反應熱的水從質子交換膜燃料電池系統中流出，并進入高溫熱泵系統的蒸發器，從質子交換膜燃料電池系統中流出的水的水溫通過水泵的轉速進行調節控制在50-70℃。