[發明專利]一種氫能和太陽能互補的熱泵系統及其運行方法

有效

• 申請號: 201710205974.7
• 申請日: 2017-03-31
• 公開（公告）號: CN106931680B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 郝義國;楊宇飛;柴國民;歐陽瑞;吳波;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: F25B27/00
• 分類號: F25B27/00;F25B27/02;F25B41/37;F25B41/31;F25B41/34;F25B41/30;H01M8/04029
• 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

1.一種氫能和太陽能互補的熱泵系統,其特征在于，包括燃料電池發電系統、散熱系統和復合型平板太陽能集熱器，所述散熱系統、燃料電池發電系統和復合型平板太陽能集熱器依次連通構成冷卻水回路，所述散熱系統將冷卻水泵入燃料電池發電系統中，所述冷卻水帶走燃料電池發電系統的反應熱，所述冷卻水的溫度升高，并流入復合型平板太陽能集熱器，所述復合型平板太陽能集熱器在陽光不充足時吸收冷卻水的熱量，所述冷卻水的溫度降低，并流回散熱系統，所述冷卻水在散熱系統中進一步散熱，所述冷卻水的溫度進一步降低至能夠再次冷卻燃料電池發電系統；

所述復合型平板太陽能集熱器包括透明平板玻璃、中間隔層、選擇性吸收涂層、流道、填充層和保溫層，所述中間隔層、選擇性吸收涂層、流道和填充層均設在保溫層內，所述流道、選擇性吸收涂層、中間隔層和透明平板玻璃從下向上依次設置，太陽光透過所述透明平板玻璃，穿過所述中間隔層，照射在所述選擇性吸收涂層上，所述選擇性吸收涂層具有高吸收率和低發射率，太陽能充足時，所述選擇性吸收涂層將入射的太陽光吸收，沒太陽時或陽光不充足時,所述選擇性吸收涂層吸收冷卻水的熱量，所述選擇性吸收涂層溫度升高，所述填充層填充在流道的外側，所述選擇性吸收涂層將吸收的熱量通過填充層傳遞給流道，所述保溫層防止熱量散失；

所述復合型平板太陽能集熱器依次連通壓縮機、冷凝器和節流元件構成一集熱回路，所述壓縮機通過燃料電池發電系統產生的電力驅動，所述壓縮機將制冷劑氣體壓縮為高溫高壓的制冷劑氣體，再進入冷凝器，在所述冷凝器中冷凝為高溫高壓的液體，所述高溫高壓的液體通過節流元件變為低溫低壓的氣液混合物，所述低溫低壓的制冷劑氣液混合物流入復合型平板太陽能集熱器，在所述復合型平板太陽能集熱器中所述低溫低壓的制冷劑氣液混合物吸收熱量再次蒸發為制冷劑氣體，并再次進入壓縮機被重新壓縮。

2.根據權利要求1所述的氫能和太陽能互補的熱泵系統,其特征在于，所述流道包括水流道和制冷劑流道，所述水流道和制冷劑流道互不連通，所述制冷劑流道在水流道的下方，所述選擇性吸收涂層將吸收的熱量通過填充層傳遞給水流道內流通的水和制冷劑流道內流通的制冷劑；所述中間隔層為空氣層或真空層，所述填充層為導熱性能優良的固體或液體，所述填充層為泡沫金屬或導熱液。

3.根據權利要求1所述的氫能和太陽能互補的熱泵系統,其特征在于，所述冷凝器依次連通第二水泵和熱水儲箱構成一熱水循環回路，所述第二水泵將熱水儲箱中的水泵入冷凝器中吸收冷凝熱，水溫升高，再流回熱水儲箱。

4.根據權利要求3所述的氫能和太陽能互補的熱泵系統,其特征在于，所述第二水泵與冷凝器之間設有第四閥，所述第二水泵和復合型平板太陽能集熱器的冷卻水入口端連通，所述第二水泵和復合型平板太陽能集熱器的冷卻水入口端之間設有第三閥，所述熱水儲箱和復合型平板太陽能集熱器的冷卻水出口端連通，所述熱水儲箱和復合型平板太陽能集熱器的冷卻水出口端之間設有第五閥，所述復合型平板太陽能集熱器的冷卻水出口端與散熱系統之間設有第二閥，所述復合型平板太陽能集熱器的冷卻水入口端與燃料電池發電系統之間設有第一閥；所述散熱系統包括散熱器、第一水泵、散熱風扇和膨脹水箱，所述第一水泵將冷卻水從散熱器的底部抽出，所述膨脹水箱為散熱器供應冷卻水并提供水溫變化時所需的體積膨脹空間，所述散熱風扇設在散熱器的一側，所述散熱風扇加速散熱器外部空氣的對流，進而加速所述散熱器的散熱；所述燃料電池發電系統包括質子交換膜燃料電池電堆和直流-直流變換器，氫氣和空氣中的氧氣在所述質子交換膜燃料電池電堆中反應產生直流電，所述直流電經直流-直流變換器轉換為穩定直流電，并輸出或供應給壓縮機；所述冷凝器是冷媒-水換熱器，所述冷凝器為殼管式換熱器、套管式換熱器或板式換熱器；所述節流元件是節流毛細管、熱力膨脹閥、電子膨脹閥、節流短管或節流孔板。