[發(fā)明專利]一種氫能和太陽(yáng)能互補(bǔ)的熱泵系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710206101.8
• 申請(qǐng)日: 2017-03-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106871483A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 歐陽(yáng)瑞;楊宇飛;柴國(guó)民;郝義國(guó);吳波;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): F25B27/00
• 分類號(hào): F25B27/00;F25B27/02;F25B41/06;H01M8/10;H01M8/04029
• 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)范疇，尤其涉及一種氫能和太陽(yáng)能互補(bǔ)的熱泵系統(tǒng)。

背景技術(shù)

太陽(yáng)能集熱器是一種太陽(yáng)能收集裝置，太陽(yáng)能集熱器收集的熱量可用于熱水、采暖等場(chǎng)合。太陽(yáng)能集熱器一般可以將水加熱到50℃以上。由于太陽(yáng)能具有間歇的特性，在夜晚和陰雨天氣沒(méi)有陽(yáng)光，收集不了太陽(yáng)熱能，此時(shí)就需要其它能源對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)充。此外，在冬天時(shí)太陽(yáng)能集熱器的效率很低，使得集熱后的水溫很低，達(dá)不到熱水、采暖的最低溫度。若冬季有熱水、采暖的需要，就需要盡量提高太陽(yáng)能熱水器的水溫。

以氫為燃料的質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)具有燃料來(lái)源廣泛、清潔環(huán)保、電能轉(zhuǎn)換效率高、工作溫度低的特點(diǎn)，只要源源不斷地給PEMFC供應(yīng)氫氣，PEMFC就能源源不斷地產(chǎn)生電力，不受天氣條件的限制。輸入到PEMFC的氫氣的能量有50％以上轉(zhuǎn)化成電能，剩下不到50％則轉(zhuǎn)化成熱量。由于此熱量溫度較低，一般利用價(jià)值不大，只能白白排放掉。如要充分利用此余熱，就需要將此余溫的溫度提升到足夠高的水平。

熱泵是以消耗一定的高品位能源(一般為電能或機(jī)械能)為代價(jià)，從低溫?zé)嵩次鼰幔⑾蚋邷責(zé)嵩捶艧岬难b置。因此自然想到，可以利用熱泵裝置，來(lái)提升太陽(yáng)能集熱器的溫度和PEMFC余熱的溫度，從而使太陽(yáng)能和PEFMC的余熱能更好地被利用。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種氫能和太陽(yáng)能互補(bǔ)的新能源利用系統(tǒng)，通過(guò)以氫氣為燃料的質(zhì)子交換膜燃料電池提供的余熱來(lái)補(bǔ)充太陽(yáng)能熱水器在沒(méi)有陽(yáng)光時(shí)不能工作的空缺，以彌補(bǔ)太陽(yáng)能間歇性的特點(diǎn)；并提升太陽(yáng)能集熱器和質(zhì)子交換膜燃料電池余熱的溫度，以解決太陽(yáng)能熱水器和質(zhì)子交換膜質(zhì)子交換膜燃料電池的余熱溫度不高的問(wèn)題的氫能和太陽(yáng)能互補(bǔ)的熱泵系統(tǒng)。

本發(fā)明的實(shí)施例提供一種氫能和太陽(yáng)能互補(bǔ)的熱泵系統(tǒng),一種氫能和太陽(yáng)能互補(bǔ)的熱泵系統(tǒng),包括質(zhì)子交換膜燃料電池電堆、散熱水箱、第一水泵、蒸發(fā)器、第二水泵、太陽(yáng)能集熱器、壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流元件、第三水泵和儲(chǔ)熱水箱，所述蒸發(fā)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(wú)相變散熱流道，所述第二流道為蒸發(fā)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(zhì)子交換膜燃料電池電堆構(gòu)成燃料電池冷卻水回路，所述第二流道依次連接壓縮機(jī)、冷凝流道、節(jié)流元件構(gòu)成熱泵循環(huán)回路，所述第三流道依次連接第二水泵、太陽(yáng)能集熱器構(gòu)成集熱回路，所述吸熱流道依次連接第三水泵、儲(chǔ)熱水箱構(gòu)成熱水循環(huán)回路。

進(jìn)一步，所述第一水泵將散熱水箱中的冷卻水泵入質(zhì)子交換膜燃料電池電堆中，所述冷卻水帶走質(zhì)子交換膜燃料電池電堆中的反應(yīng)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(zhì)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(jìn)一步散熱，所述冷卻水的溫度進(jìn)一步降低至能夠再次冷卻質(zhì)子交換膜燃料電池電堆，所述太陽(yáng)能集熱器吸收太陽(yáng)能，所述第二水泵將水泵入太陽(yáng)能集熱器，在所述太陽(yáng)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(zhì)，再流回第二水泵。

進(jìn)一步，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。

進(jìn)一步，所述冷凝流道連通壓縮機(jī)和節(jié)流元件，所述壓縮機(jī)將冷媒氣體壓縮為高溫高壓的冷媒氣體，并流進(jìn)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(jīng)節(jié)流元件變?yōu)榈蜏氐蛪旱臍庖夯旌衔铮龅蜏氐蛪旱臍庖夯旌衔锪魅氲诙鞯溃龅蜏氐蛪旱臍庖夯旌衔锞褪堑诙鞯乐械奈鼰峤橘|(zhì)，所述低溫低壓的氣液混合物在第二流道中吸收熱量蒸發(fā)為冷媒氣體。

進(jìn)一步，所述第三水泵將水從熱水儲(chǔ)箱的底部泵入吸熱流道，并在吸熱流道內(nèi)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?zé)崴畠?chǔ)箱的頂部，所述第三水泵再將水從熱水儲(chǔ)箱的底部泵入吸熱流道直至整個(gè)熱水儲(chǔ)箱中的水均被加熱。

進(jìn)一步，所述節(jié)流元件為節(jié)流毛細(xì)管、熱力膨脹閥、電子膨脹閥、節(jié)流短管或節(jié)流孔板中的任意一種。

進(jìn)一步，所述散熱水箱的鄰近設(shè)有散熱風(fēng)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(yīng)冷卻水并提供水溫變化時(shí)所需的體積膨脹空間，所述散熱風(fēng)扇加速散熱水箱外部空氣的對(duì)流，進(jìn)而加速所述散熱水箱的散熱；