[发明专利]一种氢能和太阳能互补的热泵系统

权利要求书

1.一种氢能和太阳能互补的热泵系统,包括质子交换膜燃料电池电堆、散热水箱、第一水泵、蒸发器、第二水泵、太阳能集热器、压缩机、冷凝器、节流元件、第三水泵和储热水箱，其特征在于，所述蒸发器包括第一流道、第二流道和第三流道，所述第一流道和第三流道为无相变散热流道，所述第二流道为蒸发流道，所述冷凝器包括冷凝流道和吸热流道，所述第一流道依次连接散热水箱、第一水泵、质子交换膜燃料电池电堆构成燃料电池冷却水回路，所述第二流道依次连接压缩机、冷凝流道、节流元件构成热泵循环回路，所述第三流道依次连接第二水泵、太阳能集热器构成集热回路，所述吸热流道依次连接第三水泵、储热水箱构成热水循环回路。

2.根据权利要求1所述的氢能和太阳能互补的热泵系统,其特征在于，所述第一水泵将散热水箱中的冷却水泵入质子交换膜燃料电池电堆中，所述冷却水带走质子交换膜燃料电池电堆中的反应热，所述冷却水的温度升高，并流入第一流道，所述冷却水的热量在第一流道中被所述第二流道的吸热介质吸收，所述冷却水的温度降低，并流回散热水箱，所述冷却水在散热水箱中进一步散热，所述冷却水的温度进一步降低至能够再次冷却质子交换膜燃料电池电堆，所述太阳能集热器吸收太阳能，所述第二水泵将水泵入太阳能集热器，在所述太阳能集热器中水被加热，加热的水流入第三流道中，加热的水在第三流道中将热量传递给第二流道的吸热介质，再流回第二水泵。

3.根据权利要求1所述的氢能和太阳能互补的热泵系统,其特征在于，所述第二流道在第一流道和第三流道之间，所述第二水泵连通第二膨胀水箱，所述第二膨胀水箱向第二水泵提供体积膨胀空间。

4.根据权利要求1所述的氢能和太阳能互补的热泵系统,其特征在于，所述冷凝流道连通压缩机和节流元件，所述压缩机将冷媒气体压缩为高温高压的冷媒气体，并流进冷凝流道，所述高温高压的冷媒气体在所述冷凝流道中向吸热流道放热，并冷凝为高温高压的液体，所述高温高压的液体经节流元件变为低温低压的气液混合物，所述低温低压的气液混合物流入第二流道，所述低温低压的气液混合物就是第二流道中的吸热介质，所述低温低压的气液混合物在第二流道中吸收热量蒸发为冷媒气体。

5.根据权利要求4所述的氢能和太阳能互补的热泵系统,其特征在于，所述第三水泵将水从热水储箱的底部泵入吸热流道，并在吸热流道内吸收冷凝流道中高温高压的冷媒气体的放热，水温升高，再流回热水储箱的顶部，所述第三水泵再将水从热水储箱的底部泵入吸热流道直至整个热水储箱中的水均被加热。

6.根据权利要求4所述的氢能和太阳能互补的热泵系统,其特征在于，所述节流元件为节流毛细管、热力膨胀阀、电子膨胀阀、节流短管或节流孔板中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的氢能和太阳能互补的热泵系统,其特征在于，所述散热水箱的邻近设有散热风扇，所述散热水箱连通第一膨胀水箱，所述第一膨胀水箱为散热水箱供应冷却水并提供水温变化时所需的体积膨胀空间，所述散热风扇加速散热水箱外部空气的对流，进而加速所述散热水箱的散热；

所述质子交换膜燃料电池电堆连接一直流-直流变换器，所述质子交换膜燃料电池电堆上设有氢气入口、氢气出口、空气入口和空气出口，所述空气和氢气分别经空气入口和氢气入口进入质子交换膜燃料电池电堆，所述氢气和空气中的氧气在所述质子交换膜燃料电池电堆中反应产生直流电，所述直流电通过所述直流-直流变换器转换为稳定直流电。

8.根据权利要求1所述的氢能和太阳能互补的热泵系统，其特征在于，运行方式为：所述第一水泵运行，第二水泵、第三水泵和压缩机不运行，所述质子交换膜燃料电池电堆中氢气和空气中的氧气反应产生直流电，所述第一水泵从散热水箱的底部抽取冷却水，并泵入质子交换膜燃料电池电堆中吸收反应热，吸收了反应热的冷却水流过第一流道，再流回散热水箱通过散热风扇进一步冷却。