[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

本發明公開了一種基于有機朗肯循環的燃料電池余熱利用系統，具體涉及燃料電池余熱利用領域。其解決了現有的甲醇燃料電池的效率低，輸入甲醇燃料的能量有一半以上以熱的形式排出，造成能量的浪費的不足。該基于有機朗肯循環的燃料電池余熱利用系統，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；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，管路上設有工質泵，吸收器與蒸發器相連。

技術領域

本發明涉及燃料電池余熱利用領域，具體涉及一種基于有機朗肯循環的燃料電池余熱利用系統。

背景技術

甲醇燃料電池是質子交換膜燃料電池(PEMFC)的一種變種，直接使用甲醇水溶液或蒸汽甲醇為燃料供給來源，而不需通過甲醇、汽油及天然氣的重整制氫以供發電，具備低溫快速啟動、燃料潔凈環保以及電池結構簡單等特性。但是甲醇燃料電池的效率大約是40％左右，也就是說，輸入甲醇燃料的能量有一半以上以熱的形式排出，造成能量的浪費。

此外，由于甲醇燃料電池工作溫度較低，大約在110～120℃，其廢熱冷卻水溫度品位較差(一般不超過80℃)，利用受到限制。若添加輔助熱源，會受限于地點、環境、熱源效率及投資等問題。

發明內容

本發明的目的是針對上述不足，提出了一種將燃料電池余熱繼續充分利用產生交流電輸出的基于有機朗肯循環的燃料電池余熱利用系統。

本發明具體采用如下技術方案：

一種基于有機朗肯循環的燃料電池余熱利用系統，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；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，工質泵位于管路上，吸收器與蒸發器相連。

優選地，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。

優選地，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。

優選地，所述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。

優選地，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。

優選地，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。

優選地，在所述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；