[发明专利]基于有机朗肯循环的燃料电池余热利用系统

说明书

本发明公开了一种基于有机朗肯循环的燃料电池余热利用系统，具体涉及燃料电池余热利用领域。其解决了现有的甲醇燃料电池的效率低，输入甲醇燃料的能量有一半以上以热的形式排出，造成能量的浪费的不足。该基于有机朗肯循环的燃料电池余热利用系统，包括甲醇燃料电池子系统、吸收式热泵子系统和有机朗肯循环子系统，所述甲醇燃料电池子系统包括燃料电池冷却器、燃料电池电堆和直流‑交流逆变器，所述吸收式热泵子系统包括发生器、吸收器、制冷剂泵、热泵冷凝器和热泵蒸发器，燃料电池冷却器与发生器相连；有机朗肯循环子系统包括蒸发器、膨胀机、工质泵、冷凝器和储液罐，储液罐与蒸发器通过管路相连，管路上设有工质泵，吸收器与蒸发器相连。

技术领域

本发明涉及燃料电池余热利用领域，具体涉及一种基于有机朗肯循环的燃料电池余热利用系统。

背景技术

甲醇燃料电池是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的一种变种，直接使用甲醇水溶液或蒸汽甲醇为燃料供给来源，而不需通过甲醇、汽油及天然气的重整制氢以供发电，具备低温快速启动、燃料洁净环保以及电池结构简单等特性。但是甲醇燃料电池的效率大约是40％左右，也就是说，输入甲醇燃料的能量有一半以上以热的形式排出，造成能量的浪费。

此外，由于甲醇燃料电池工作温度较低，大约在110～120℃，其废热冷却水温度品位较差(一般不超过80℃)，利用受到限制。若添加辅助热源，会受限于地点、环境、热源效率及投资等问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足，提出了一种将燃料电池余热继续充分利用产生交流电输出的基于有机朗肯循环的燃料电池余热利用系统。

本发明具体采用如下技术方案：

一种基于有机朗肯循环的燃料电池余热利用系统，包括甲醇燃料电池子系统、吸收式热泵子系统和有机朗肯循环子系统，所述甲醇燃料电池子系统包括燃料电池冷却器、燃料电池电堆和直流-交流逆变器，所述吸收式热泵子系统包括发生器、吸收器、制冷剂泵、热泵冷凝器和热泵蒸发器，燃料电池冷却器与发生器相连；有机朗肯循环子系统包括蒸发器、膨胀机、工质泵、冷凝器和储液罐，储液罐与蒸发器通过管路相连，工质泵位于管路上，吸收器与蒸发器相连。

优选地，所述燃料电池电堆包括电池阳极和电池阴极，其中电池阳极上连有甲醇溶液供应回路，甲醇溶液供应回路上设有单向截止阀，电池阴极上连有空气供应回路，空气供应回路上设有空气压缩机和空气调节阀，燃料电池电堆上还连有补水阀。

优选地，所述直流-交流逆变器上连有第一输出电路，所述膨胀机上连有发电机，发电机上连有第二输出电路。

优选地，所述燃料电池冷却器的输出端与发生器之间设有分流三通，发生器与热泵蒸发器的输出端连接同一合流三通，燃料电池冷却器输出的废热冷却水经过分流三通分别输送至发生器和热泵蒸发器，最后经合流三通汇合后返回燃料电池冷却器。

优选地，所述吸收器与蒸发器之间的管路上设有温度传感器和热水泵。

优选地，所述发生器与吸收器之间设有两条连接管，连接管上设有溶液热交换器，其中一条连接管上设有溶液调节阀，另一条连接管上设有溶液泵。

优选地，在所述甲醇燃料电池子系统中，甲醇溶液供应回路为电池阳极提供甲醇燃料，在燃料电池电堆中进行电化学反应，反应生成物随溶液排出，空气供应回路为电池阴极提供氧气作为氧化剂参与电化学反应，反应生成的水蒸气或液态水随尾气排出，燃料电池电堆生成的直流电经过直流-交流逆变器整流为交流电经第一输出电路输出使用；