本發(fā)明涉及熱能動力技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高效燃料電池聯(lián)供系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

燃料電池(Fuel Cell)是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置，常用的燃料電池有質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)，質(zhì)子交換膜燃料電池具有工作溫度低、啟動快、比功率高、結(jié)構(gòu)簡單和操作方便等優(yōu)點，被公認為電動汽車、固定發(fā)電站等的首選能源，因此，質(zhì)子交換膜燃料電池是目前最有發(fā)展前途的一種燃料電池。

但是，采用質(zhì)子交換膜燃料電池驅(qū)動電動汽車或發(fā)電站時，質(zhì)子交換膜燃料電池的效率約50％，即只有50％的能量轉(zhuǎn)化成電能輸出，剩下的一半能量幾乎都是以熱量的形式排掉，能源利用效率非常低，浪費非常大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的實施例提供了一種利用率高的高效燃料電池聯(lián)供系統(tǒng)。

本發(fā)明的實施例提供一種高效燃料電池聯(lián)供系統(tǒng)，包括燃料電池系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)和直流變頻制冷系統(tǒng)，所述燃料電池系統(tǒng)生成直流電，所述直流電被轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定直流電，所述穩(wěn)定直流電直接輸出或穩(wěn)定直流電經(jīng)過驅(qū)動后逆變成三相電，所述三相電驅(qū)動直流變頻制冷系統(tǒng)工作實現(xiàn)冷量輸出，所述散熱系統(tǒng)連通燃料電池系統(tǒng)和直流變頻制冷系統(tǒng)，所述散熱系統(tǒng)分別與燃料電池系統(tǒng)和直流變頻制冷系統(tǒng)構(gòu)成回路，所述散熱系統(tǒng)帶走燃料電池系統(tǒng)的反應(yīng)熱和直流變頻制冷系統(tǒng)的放熱。

進一步，所述燃料電池系統(tǒng)包括氫氣供應(yīng)回路、空氣供應(yīng)回路、燃料電池電堆和直流-直流變換器，所述氫氣供應(yīng)回路和空氣供應(yīng)回路均連接燃料電池電堆，所述氫氣供應(yīng)回路供應(yīng)氫氣，所述空氣供應(yīng)回路供應(yīng)空氣，氫氣和空氣中的氧氣在燃料電池電堆中發(fā)生反應(yīng)生成直流電，所述散熱系統(tǒng)向燃料電池電堆中供水而讓水吸收氫氣和氧氣反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)熱，反應(yīng)后剩余的微量氫氣經(jīng)第一電磁閥排出到空氣中，反應(yīng)后的空氣乏氣排放到空氣中，所述直流-直流變換器將直流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定直流電。

進一步，所述氫氣供應(yīng)回路包括高壓儲氫容器、減壓閥、單向閥、手動截止閥和防爆電磁閥，所述高壓儲氫容器、減壓閥、單向閥、手動截止閥和防爆電磁閥依次連接，氫氣從高壓儲氫容器出來，依次經(jīng)過減壓閥、單向閥、手動截止閥和防爆電磁閥進入燃料電池電堆。

進一步，所述空氣供應(yīng)回路包括空氣濾清器、消音器和空氣壓縮機，所述空氣濾清器、消音器和空氣壓縮機依次連接，空氣經(jīng)過空氣濾清器、消音器處理后進入空氣壓縮機，所述空氣壓縮機將空氣升壓，并送入燃料電池電堆。

進一步,所述直流變頻制冷系統(tǒng)包括直流變頻驅(qū)動器、直流變頻制冷壓縮機、冷凝器、節(jié)流元件、蒸發(fā)器和蒸發(fā)器風(fēng)機，所述直流變頻制冷壓縮機、冷凝器、節(jié)流元件和蒸發(fā)器依次連接構(gòu)成回路，所述直流變頻驅(qū)動器將所述穩(wěn)定直流電逆變成三相頻率可調(diào)的梯形波或正弦波以驅(qū)動直流變頻制冷壓縮機運轉(zhuǎn)，所述直流變頻制冷壓縮機將制冷劑氣體壓縮為高溫高壓氣體，所述高溫高壓氣進入冷凝器，所述冷凝器連通散熱系統(tǒng)，高溫高壓氣體在冷凝器中通過散熱系統(tǒng)降溫冷凝為高溫高壓液體，所述高溫高壓液體流經(jīng)節(jié)流元件變?yōu)榈蜏氐蛪旱臍庖夯旌衔?，所述氣液混合物流入蒸發(fā)器，所述蒸發(fā)器風(fēng)機驅(qū)動空氣流過蒸發(fā)器，所述蒸發(fā)器中的氣液混合物吸收蒸發(fā)器外側(cè)空氣的熱量進行冷量輸出，同時吸收熱量的氣液混合物再次蒸發(fā)為制冷劑氣體，所述直流變頻制冷壓縮機的吸氣口將制冷劑氣體吸入直流變頻制冷壓縮機內(nèi)，制冷劑氣體在直流變頻制冷壓縮機內(nèi)再次被壓縮。

進一步,所述直流變頻制冷系統(tǒng)還包括干燥過濾器和氣液分離器，所述干燥過濾器設(shè)在冷凝器和節(jié)流元件之間，所述氣液分離器設(shè)在蒸發(fā)器和直流變頻制冷壓縮機之間，所述干燥過濾器過濾高溫高壓液體中的雜質(zhì)和水分，所述氣液分離器將未蒸發(fā)的氣液混合物進行分離，所述制冷劑氣體為環(huán)保制冷劑氣體。

進一步，所述散熱系統(tǒng)包括散熱器、水泵和旁通閥，所述水泵從散熱器的底部抽水，并分別泵入燃料電池系統(tǒng)和直流變頻制冷系統(tǒng)，泵入燃料電池系統(tǒng)和直流變頻制冷系統(tǒng)中的水分別帶走燃料電池系統(tǒng)的反應(yīng)熱和直流變頻制冷系統(tǒng)的放熱后水溫升高，升溫的水回流至散熱器，并在散熱器中冷卻后循環(huán)利用，所述旁通閥和散熱器并聯(lián)，所述旁通閥將回流的溫度較低的水直接旁通到散熱器出口循環(huán)利用。

進一步，所述散熱系統(tǒng)還包括膨脹水箱、水過濾器和分集水器，所述膨脹水箱連通散熱器，所述膨脹水箱為散熱器供水并提供水溫變化時所需的體積膨脹空間，所述水過濾器設(shè)在水泵和散熱器之間，所述分集水器分別與散熱器和水泵連通，所述水泵通過分集水器將水泵入燃料電池系統(tǒng)和直流變頻制冷系統(tǒng)，回流的水通過分集水器流回散熱器，所述分集水器向直流變頻制冷系統(tǒng)的供水管路上設(shè)有第二電磁閥。

進一步，所述散熱系統(tǒng)還包括散熱風(fēng)機，所述散熱風(fēng)機加速散熱器外部空氣的對流而將加熱后的空氣輸送到需要供熱的位置。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：能同時滿足電冷聯(lián)供的需要，大大提高燃料電池產(chǎn)生的能量利用率，經(jīng)濟效益大大提高；采用直流變頻制冷壓縮機，直流變頻制冷壓縮機的轉(zhuǎn)速可以隨燃料電池輸出電功率的大小進行實時調(diào)節(jié)，避免直流變頻制冷系統(tǒng)對燃料電池主動力的影響，在單獨供冷時，基于直流變頻制冷壓縮機的直流變頻制冷系統(tǒng)可以將燃料電池的效率發(fā)揮到最佳，同時，大大節(jié)約了能量，適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展的需求，能廣泛推廣使用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地描述。

請參考圖1，本發(fā)明的實施例提供了一種高效燃料電池聯(lián)供系統(tǒng)，包括燃料電池系統(tǒng)1、散熱系統(tǒng)2和直流變頻制冷系統(tǒng)3。

燃料電池系統(tǒng)1包括氫氣供應(yīng)回路11、空氣供應(yīng)回路12、燃料電池電堆13和直流-直流變換器14，氫氣供應(yīng)回路11和空氣供應(yīng)回路12均連接燃料電池電堆13。

氫氣供應(yīng)回路11供應(yīng)氫氣，氫氣供應(yīng)回路11包括高壓儲氫容器111、減壓閥112、單向閥113、手動截止閥114和防爆電磁閥115，高壓儲氫容器111、減壓閥112、單向閥113、手動截止閥114和防爆電磁閥115依次連接，氫氣從高壓儲氫容器111出來，依次經(jīng)過減壓閥112、單向閥113、手動截止閥114和防爆電磁閥115進入燃料電池電堆13。

空氣供應(yīng)回路12供應(yīng)空氣，空氣供應(yīng)回路12包括空氣濾清器121、消音器122和空氣壓縮機123，空氣濾清器121、消音器122和空氣壓縮機123依次連接，空氣經(jīng)過空氣濾清器121、消音器122處理后進入空氣壓縮機123，空氣壓縮機123將空氣升壓，并送入燃料電池電堆13。

氫氣和空氣中的氧氣在燃料電池電堆1中發(fā)生反應(yīng)生成直流電，反應(yīng)后剩余的微量氫氣經(jīng)第一電磁閥116排出到空氣中，反應(yīng)后的空氣乏氣排放到空氣中。

直流-直流變換器14將直流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定直流電，穩(wěn)定直流電直接輸出或穩(wěn)定直流電經(jīng)過驅(qū)動后逆變成三相電，三相電驅(qū)動直流變頻制冷系統(tǒng)3工作實現(xiàn)冷量輸出。

直流變頻制冷系統(tǒng)3包括直流變頻驅(qū)動器30、直流變頻制冷壓縮機31、冷凝器32、節(jié)流元件33、蒸發(fā)器34和蒸發(fā)器風(fēng)機35，直流變頻制冷壓縮機31、冷凝器32、節(jié)流元件33和蒸發(fā)器34依次連接構(gòu)成回路，直流變頻驅(qū)動器30將穩(wěn)定直流電逆變成三相頻率可調(diào)的梯形波或正弦波以驅(qū)動直流變頻制冷壓縮機31運轉(zhuǎn)，直流變頻制冷壓縮機31將制冷劑氣體壓縮為高溫高壓氣體，高溫高壓氣進入冷凝器32，冷凝器32連通散熱系統(tǒng)2，高溫高壓氣體在冷凝器32中通過散熱系統(tǒng)2降溫冷凝為高溫高壓液體，高溫高壓液體流經(jīng)節(jié)流元件33變?yōu)榈蜏氐蛪旱臍庖夯旌衔铮瑲庖夯旌衔锪魅胝舭l(fā)器34，蒸發(fā)器風(fēng)機35驅(qū)動空氣流過蒸發(fā)器34，蒸發(fā)器34中的氣液混合物吸收蒸發(fā)器34外側(cè)空氣的熱量進行冷量輸出，同時吸收熱量的氣液混合物再次蒸發(fā)為制冷劑氣體，直流變頻制冷壓縮機31的吸氣口將制冷劑氣體吸入直流變頻制冷壓縮機31內(nèi)，制冷劑氣體在直流變頻制冷壓縮機31內(nèi)再次被壓縮。

在一實施例中，直流變頻制冷系統(tǒng)3還包括干燥過濾器36和氣液分離器37，干燥過濾器26設(shè)在冷凝器32和節(jié)流元件33之間，氣液分離器設(shè)在蒸發(fā)器34和直流變頻制冷壓縮機31之間，干燥過濾器36過濾高溫高壓液體中的雜質(zhì)和水分，氣液分離器37將未蒸發(fā)的氣液混合物進行分離，制冷劑氣體為環(huán)保制冷劑氣體。

散熱系統(tǒng)2連通燃料電池系統(tǒng)1和直流變頻制冷系統(tǒng)3，散熱系統(tǒng)2分別與燃料電池系統(tǒng)1和直流變頻制冷系統(tǒng)3構(gòu)成回路，散熱系統(tǒng)向燃料電池電堆1和直流變頻制冷系統(tǒng)3中供水而讓水吸收氫氣和氧氣反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)熱和直流變頻制冷系統(tǒng)3的放熱。

散熱系統(tǒng)2包括散熱器21、水泵23和旁通閥24，水泵23從散熱器21的底部抽水，并分別泵入燃料電池系統(tǒng)1和直流變頻制冷系統(tǒng)3，泵入燃料電池系統(tǒng)1和直流變頻制冷系統(tǒng)3中的水分別帶走燃料電池系統(tǒng)1的反應(yīng)熱和直流變頻制冷系統(tǒng)3的放熱后水溫升高，升溫的水回流至散熱器21，并在散熱器21中冷卻后循環(huán)利用，旁通閥24和散熱器21并聯(lián)，旁通閥24將回流的溫度較低的水直接旁通到散熱器21出口循環(huán)利用。

散熱系統(tǒng)2還包括膨脹水箱25、水過濾器26和分集水器27，膨脹水箱25連通散熱器21，膨脹水箱25為散熱器供水并提供水溫變化時所需的體積膨脹空間，水過濾器26設(shè)在水泵23和散熱器21之間，分集水器27分別與散熱器21和水泵23連通，水泵23通過分集水器27將水泵23入燃料電池系統(tǒng)1和直流變頻制冷系統(tǒng)3，回流的水通過分集水器27流回散熱器21，分集水器27向直流變頻制冷系統(tǒng)3的供水管路上設(shè)有第二電磁閥8。

散熱系統(tǒng)2還包括散熱風(fēng)機22，散熱風(fēng)機22加速散熱器21外部空氣的對流而將加熱后的空氣輸送到需要供熱的位置。

工作過程：氫氣和空氣中的氧氣在燃料電池電堆13中反應(yīng)生成直流電，反應(yīng)生成的直流電經(jīng)直流-直流變換器14轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定直流電，直流變頻驅(qū)動器30將穩(wěn)定直流電逆變成三相頻率可調(diào)的梯形波或正弦波以驅(qū)動直流變頻制冷壓縮機31運轉(zhuǎn)，直流變頻制冷壓縮機31將制冷劑氣體壓縮為高溫高壓氣體，高溫高壓氣進入冷凝器32，由于，冷凝器32連通散熱系統(tǒng)2，高溫高壓氣體在冷凝器32中通過散熱系統(tǒng)2降溫冷凝為高溫高壓液體，高溫高壓液體流經(jīng)節(jié)流元件33變?yōu)榈蜏氐蛪旱臍庖夯旌衔铮瑲庖夯旌衔锪魅胝舭l(fā)器34，蒸發(fā)器風(fēng)機35驅(qū)動空氣流過蒸發(fā)器34，蒸發(fā)器34中的氣液混合物吸收蒸發(fā)器34外側(cè)空氣的熱量進行冷量輸出，同時吸收熱量的氣液混合物再次蒸發(fā)為制冷劑氣體，直流變頻制冷壓縮機31的吸氣口將制冷劑氣體吸入直流變頻制冷壓縮機31內(nèi)，制冷劑氣體在直流變頻制冷壓縮機31內(nèi)再次被壓縮。

同時，在反應(yīng)過程中，水泵23從散熱器21的底部抽水，并分別泵入燃料電池系統(tǒng)1和直流變頻制冷系統(tǒng)3，泵入燃料電池系統(tǒng)1和直流變頻制冷系統(tǒng)3中的水分別帶走燃料電池系統(tǒng)1的反應(yīng)熱和冷凝器32的放熱后水溫升高，升溫的水回流至散熱器21，并在散熱器21中冷卻后循環(huán)利用，旁通閥24和散熱器21并聯(lián)，旁通閥24將回流的溫度較低的水直接旁通到散熱器21出口循環(huán)利用。

本發(fā)明能同時滿足電冷聯(lián)供的需要，大大提高燃料電池產(chǎn)生的能量利用率，經(jīng)濟效益大大提高；采用直流變頻制冷壓縮機，直流變頻制冷壓縮機的轉(zhuǎn)速可以隨燃料電池輸出電功率的大小進行實時調(diào)節(jié)，避免直流變頻制冷系統(tǒng)對燃料電池主動力的影響，在單獨供冷時，基于直流變頻制冷壓縮機的直流變頻制冷系統(tǒng)可以將燃料電池的效率發(fā)揮到最佳，同時，大大節(jié)約了能量，適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展的需求，能廣泛推廣使用。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位詞是以附圖中零部件位于圖中以及零部件相互之間的位置來定義的，只是為了表達技術(shù)方案的清楚及方便。應(yīng)當理解，所述方位詞的使用不應(yīng)限制本申請請求保護的范圍。

在不沖突的情況下，本文中上述實施例及實施例中的特征可以相互結(jié)合。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。