[發明專利]基于有機朗肯循環的燃料電池余熱利用系統

有效

• 申請號: 201810006534.3
• 申請日: 2018-01-04
• 公開（公告）號: CN108365235B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 孔祥強;李金鈺;李楠;李瑛;李見波
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: H01M8/04029
• 分類號: H01M8/04029;F01K25/08
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 陳海濱

1.一種基于有機朗肯循環的燃料電池余熱利用系統，其特征在于，包括甲醇燃料電池子系統、吸收式熱泵子系統和有機朗肯循環子系統，所述甲醇燃料電池子系統包括燃料電池冷卻器、燃料電池電堆和直流-交流逆變器，所述吸收式熱泵子系統包括發生器、吸收器、制冷劑泵、熱泵冷凝器和熱泵蒸發器，燃料電池冷卻器與發生器相連；燃料電池冷卻器的輸出端與發生器之間設有分流三通，發生器與熱泵蒸發器的輸出端連接同一合流三通，燃料電池冷卻器輸出的廢熱冷卻水經過分流三通分別輸送至發生器和熱泵蒸發器，最后經合流三通匯合后返回燃料電池冷卻器；有機朗肯循環子系統包括蒸發器、膨脹機、工質泵、冷凝器和儲液罐，儲液罐與蒸發器通過管路相連，工質泵設置于管路上，吸收器與蒸發器相連；

甲醇燃料電池子系統中，甲醇溶液供應回路為電池陽極提供甲醇燃料，在燃料電池電堆中進行電化學反應，反應生成物隨溶液排出，空氣供應回路為電池陰極提供氧氣作為氧化劑參與電化學反應，反應生成的水蒸氣或液態水隨尾氣排出，燃料電池電堆生成的直流電經過直流-交流逆變器整流為交流電經第一輸出電路輸出使用；

燃料電池冷卻器吸收來自燃料電池電堆的反應廢熱，并以廢熱冷卻水的形式輸送至發生器，發生器吸收廢熱冷卻水的熱量產生制冷劑蒸汽，制冷劑蒸汽輸送進入熱泵冷凝器，并在熱泵冷凝器中釋放冷凝熱成為制冷劑水，進入熱泵蒸發器，在熱泵蒸發器內轉換成制冷劑蒸汽后流入吸收器，濃溶液進入溶液熱交換器升溫，升溫后的濃溶液進入吸收器中進行稀釋，同時釋放出吸收熱，熱量輸出至有機朗肯循環子系統，帶動發電機發電，生產的交流電通過第二輸出電路輸出；

所述燃料電池電堆包括電池陽極和電池陰極，其中電池陽極上連有甲醇溶液供應回路，甲醇溶液供應回路上設有單向截止閥，電池陰極上連有空氣供應回路，空氣供應回路上設有空氣壓縮機和空氣調節閥，燃料電池電堆上還連有補水閥；

所述有機朗肯循環子系統中的循環介質為有機工質，高壓液態有機工質經蒸發器熱量傳遞后蒸發，然后進入膨脹機，膨脹機產生的能量帶動發電機工作并對外輸出交變電流，做功后的有機工質從膨脹機排出，進入冷凝器熱側入口，通過冷凝器放熱冷凝變為低溫低壓有機工質，經冷凝器熱側出口進入儲液罐儲存，儲液罐中的有機工質經工質泵再次壓縮輸送至蒸發器冷側入口。

2.如權利要求1所述的一種基于有機朗肯循環的燃料電池余熱利用系統，其特征在于，所述直流-交流逆變器上連有第一輸出電路，所述膨脹機上連有發電機，發電機上連有第二輸出電路。

3.如權利要求1所述的一種基于有機朗肯循環的燃料電池余熱利用系統，其特征在于，所述吸收器與蒸發器之間的管路上設有溫度傳感器和熱水泵。

4.如權利要求1所述的一種基于有機朗肯循環的燃料電池余熱利用系統，其特征在于，所述發生器與吸收器之間設有兩條連接管，連接管上設有溶液熱交換器，其中一條連接管上設有溶液調節閥，另一條連接管上設有溶液泵。