[发明专利]一种基于温差发电的燃料电池有轨电车余热回收系统

说明书

本发明公开一种基于温差发电的燃料电池有轨电车余热回收系统，包括温差发电主模块、主控制器、稳压模块、用电模块和燃料电池；所述温差发电主模块安装于车厢顶部，温差发电主模块的热端水箱的入水口与燃料电池冷却液出口套管相连，且在冷却液出口套管处设置有循环水泵；温差发电主模块的热端水箱的出水口与燃料电池冷却液入口套管相连，形成并联拓扑结构；温差发电主模块冷面采用强迫风冷方式散热。本发明能够有效的对燃料电池有轨电车低品位余热进行二次发电，提高能量的综合利用率。

技术领域

本发明属于燃料电池应用技术领域，特别是涉及一种基于温差发电的燃料电池有轨电车余热回收系统。

背景技术

在城市交通体系中，现代有轨电车具有运量大、速度较高、准点运行、投资适中等特点，在世界各国得到了快速发展，其中新筑股份公司在成都已建成国内最大的有轨电车生产基地。近年来，随着燃料电池在汽车领域的快速发展，尤其是随着丰田“Mirai”和本田“Clarity”燃料电池汽车的成功上市，同时，随着巴纳德燃料电池生产线在国内的即将投产，燃料电池成本将进一步下降，燃料电池在轨道交通领域受到空前关注,燃料电池有轨电车也成为有轨电车供电技术的先进代表和研究热点。

在国家科技支撑计划项目(2014BAG08B01)资助下，西南交通大学继2013年成功研制我国首辆燃料电池电动机车之后，自2014年开始，在我国率先着手研制燃料电池混合动力100％低地板有轨电车。目前样车已研制成功，并通过了一系列测试和最后的淋雨实验。该车主电源为两套150kW质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统(电堆为加拿大巴纳德公司的HD6),由于燃料电池工作效率在40％～60％之间，因此有40％～60％的能量耗散为热能，也就是该样车300kW的燃料电池，有约150kW的热量需要散发，以保证燃料电池在合适的温度下运行。由于该样车为100％低地板有轨电车，所有设备都必须放在车顶，空间极其有限，150kW的热量必须在1600mm*1900mm*630mm的空间内释放。结果在现有条件下，150kW的热量不仅无法利用，还导致极端条件下，样车散热器风机自身需要消耗最高22kW的电能，并带来了最大100dB以上的噪声。因此，研究新的燃料电池有轨电车余热回收利用技术迫在眉睫。

专利《燃料电池有轨电车热量综合利用方法及其装置》(CN201410193795.2)公开了一种燃料电池有轨电车热量综合利用方法及其装置,主要针对燃料电池-空调系统热量综合管理。专利《汽车尾气管温差发电装置》(CN201220318086.9)公开了一种燃油型汽车尾气管温差发电装置。目前国内外还未见基于温差发电的燃料电池有轨电车余热回收利用方面的有关专利。

燃料电池电堆工作温度大约在65℃左右，属于低品位余热，且有轨电车没有热水需求，加之空间极其紧张，因此唯一可能采用的余热利用技术就是低温半导体温差发电。温差发电无需化学反应或流体介质，在发电过程中具有无噪音、无磨损、无介质泄露、体积小、重量轻、移动方便、使用寿命长等优点，在内燃机汽车尾气废热回收中得到高度关注。虽然燃料电池汽车废热难以利用，但燃料电池有轨电车采用温差发电存在两大优势：一是有轨电车功率等级高，产热总量大，且95％以上余热通过冷却循环水带走，便于废热集中利用；二是有轨电车空调系统在夏季时存在废冷排风，这部分冷风可以用于温差发电的冷源，因此可使冷热面尽可能保持较大温差(其中春秋冬三季以环境为冷端)。同时随着热电材料的发展，具有更高优值的温差半导体材料将逐渐出现。因此利用温差发电对燃料电池有轨电车的低品位余热进行二次发电，可以有效的提高能量的利用率，在车辆节能环保方面具有巨大的发展潜力。

而现有技术中，并没有通过两者的特质将两者结合利用，无法有效对燃料电池的低品位余热进行二次发电，能量的利用率极低。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于温差发电的燃料电池有轨电车余热回收系统，能够有效的对燃料电池有轨电车低品位余热进行二次发电，提高能量的综合利用率。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：