[發明專利]一種氫能和太陽能互補的熱泵系統

在審

• 申請號: 201710206101.8
• 申請日: 2017-03-31
• 公開（公告）號: CN106871483A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 歐陽瑞;楊宇飛;柴國民;郝義國;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;F25B41/06;H01M8/10;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,包括質子交換膜燃料電池電堆、散熱水箱、第一水泵、蒸發器、第二水泵、太陽能集熱器、壓縮機、冷凝器、節流元件、第三水泵和儲熱水箱，其特征在于，所述蒸發器包括第一流道、第二流道和第三流道，所述第一流道和第三流道為無相變散熱流道，所述第二流道為蒸發流道，所述冷凝器包括冷凝流道和吸熱流道，所述第一流道依次連接散熱水箱、第一水泵、質子交換膜燃料電池電堆構成燃料電池冷卻水回路，所述第二流道依次連接壓縮機、冷凝流道、節流元件構成熱泵循環回路，所述第三流道依次連接第二水泵、太陽能集熱器構成集熱回路，所述吸熱流道依次連接第三水泵、儲熱水箱構成熱水循環回路。

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，所述第一水泵將散熱水箱中的冷卻水泵入質子交換膜燃料電池電堆中，所述冷卻水帶走質子交換膜燃料電池電堆中的反應熱，所述冷卻水的溫度升高，并流入第一流道，所述冷卻水的熱量在第一流道中被所述第二流道的吸熱介質吸收，所述冷卻水的溫度降低，并流回散熱水箱，所述冷卻水在散熱水箱中進一步散熱，所述冷卻水的溫度進一步降低至能夠再次冷卻質子交換膜燃料電池電堆，所述太陽能集熱器吸收太陽能，所述第二水泵將水泵入太陽能集熱器，在所述太陽能集熱器中水被加熱，加熱的水流入第三流道中，加熱的水在第三流道中將熱量傳遞給第二流道的吸熱介質，再流回第二水泵。

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，所述第二流道在第一流道和第三流道之間，所述第二水泵連通第二膨脹水箱，所述第二膨脹水箱向第二水泵提供體積膨脹空間。

4.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，所述冷凝流道連通壓縮機和節流元件，所述壓縮機將冷媒氣體壓縮為高溫高壓的冷媒氣體，并流進冷凝流道，所述高溫高壓的冷媒氣體在所述冷凝流道中向吸熱流道放熱，并冷凝為高溫高壓的液體，所述高溫高壓的液體經節流元件變為低溫低壓的氣液混合物，所述低溫低壓的氣液混合物流入第二流道，所述低溫低壓的氣液混合物就是第二流道中的吸熱介質，所述低溫低壓的氣液混合物在第二流道中吸收熱量蒸發為冷媒氣體。

5.根據權利要求4所述的氫能和太陽能互補的熱泵系統,其特征在于，所述第三水泵將水從熱水儲箱的底部泵入吸熱流道，并在吸熱流道內吸收冷凝流道中高溫高壓的冷媒氣體的放熱，水溫升高，再流回熱水儲箱的頂部，所述第三水泵再將水從熱水儲箱的底部泵入吸熱流道直至整個熱水儲箱中的水均被加熱。

6.根據權利要求4所述的氫能和太陽能互補的熱泵系統,其特征在于，所述節流元件為節流毛細管、熱力膨脹閥、電子膨脹閥、節流短管或節流孔板中的任意一種。

7.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，所述散熱水箱的鄰近設有散熱風扇，所述散熱水箱連通第一膨脹水箱，所述第一膨脹水箱為散熱水箱供應冷卻水并提供水溫變化時所需的體積膨脹空間，所述散熱風扇加速散熱水箱外部空氣的對流，進而加速所述散熱水箱的散熱；

所述質子交換膜燃料電池電堆連接一直流-直流變換器，所述質子交換膜燃料電池電堆上設有氫氣入口、氫氣出口、空氣入口和空氣出口，所述空氣和氫氣分別經空氣入口和氫氣入口進入質子交換膜燃料電池電堆，所述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，所述直流電通過所述直流-直流變換器轉換為穩定直流電。

8.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，運行方式為：所述第一水泵運行，第二水泵、第三水泵和壓縮機不運行，所述質子交換膜燃料電池電堆中氫氣和空氣中的氧氣反應產生直流電，所述第一水泵從散熱水箱的底部抽取冷卻水，并泵入質子交換膜燃料電池電堆中吸收反應熱，吸收了反應熱的冷卻水流過第一流道，再流回散熱水箱通過散熱風扇進一步冷卻。