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CN101210750A - 一种利用燃料电池废热驱动空调的方法 - Google Patents

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CN101210750A CNA2006101480444A CN200610148044A CN101210750A CN 101210750 A CN101210750 A CN 101210750A CN A2006101480444 A CNA2006101480444 A CN A2006101480444A CN 200610148044 A CN200610148044 A CN 200610148044A CN 101210750 A CN101210750 A CN 101210750A
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Shanghai Shen Li High Tech Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种利用燃料电池废热驱动空调的方法，该方法将溴化锂空调与散热器串联或并联连接到燃料电池堆上，该燃料电池堆发电时产生的废热驱动溴化锂空调运行。与现有技术相比，本发明利用废热，提高了效率，节约了能源，使现有资源得到了更加充分的利用，产生了良好的效益。

Description

一种利用燃料电池废热驱动空调的方法
技术领域
本发明涉及燃料电池，尤其涉及一种利用燃料电池废热驱动空调的方法。
背景技术
电化学燃料电池是一种能够将氢燃料及氧化剂转化成电能及反应产物的装置。该装置的内部核心部件是膜电极(Membrane Electrode Assembly，简称MEA)，膜电极(MEA)由一张质子交换膜、膜两面夹两张多孔性的可导电的材料，如碳纸组成。在膜与碳纸的两边界面上含有均匀细小分散的引发电化学反应的催化剂，如金属铂催化剂。膜电极两边可用导电物体将发生电化学反应过程中生成的电子，通过外电路引出，构成电流回路。
在膜电极的阳极端，燃料可以通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应，失去电子，形成正离子，正离子可通过迁移穿过质子交换膜，到达膜电极的另一端阴极端。在膜电极的阴极端，含有氧化剂(如氧气)的气体，如空气，通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应得到电子，形成负离子。在阴极端形成的阴离子与阳极端迁移过来的正离子发生反应，形成反应产物。
在采用氢气为燃料，含有氧气的空气为氧化剂(或纯氧为氧化剂)的质子交换膜燃料电池中，燃料氢气在阳极区的催化电化学反应就产生了氢正离子(或叫质子)。质子交换膜帮助氢正离子从阳极区迁移到阴极区。除此之外，质子交换膜将含氢气燃料的气流与含氧的气流分隔开来，使它们不会相互混合而产生爆发式反应。
在阴极区，氧气在催化剂表面上得到电子，形成负离子，并与阳极区迁移过来的氢正离子反应，生成反应产物水。在采用氢气、空气(氧气)的质子交换膜燃料电池中，阳极反应与阴极反应可以用以下方程式表达：
阳极反应：H2→2H++2e
阴极反应：1/2O2+2H++2e→H2O
在典型的质子交换膜燃料电池中，膜电极(MEA)一般均放在两块导电的极板中间，每块导流电极板与膜电极接触的表面通过压铸、冲压或机械铣刻，形成至少一条以上的导流槽。这些导流电极板可以是金属材料的极板，也可以是石墨材料的极板。这些导流电极板上的导流孔道与导流槽分别将燃料和氧化剂导入膜电极两边的阳极区与阴极区。在一个质子交换膜燃料电池单电池的构造中，只存在一个膜电极，膜电极两边分别是阳极燃料的导流极板与阴极氧化剂的导流极板。这些导流极板既作为电流集流母板，也作为膜电极两边的机械支撑，导流极板上的导流槽又作为燃料与氧化剂进入阳极、阴极表面的通道，并作为带走燃料电池运行过程中生成的水的通道。
为了增大整个质子交换膜燃料电池的总功率，两个或两个以上的单电池通常可通过直叠的方式串联成电池组或通过平铺的方式联成电池组。在直叠、串联式的电池组中，一块极板的两面都可以有导流槽，其中一面可以作为一个膜电极的阳极导流面，而另一面又可作为另一个相邻膜电极的阴极导流面，这种极板叫做双极板。一连串的单电池通过一定方式连在一起而组成一个电池组。电池组通常通过前端板、后端板及拉杆紧固在一起成为一体。
一个典型电池组通常包括：(1)燃料及氧化剂气体的导流进口和导流通道，将燃料(如氢气、甲醇或由甲醇、天然气、汽油经重整后得到的富氢气体)和氧化剂(主要是氧气或空气)均匀地分布到各个阳极、阴极面的导流槽中；(2)冷却流体(如水)的进出口与导流通道，将冷却流体均匀分布到各个电池组内冷却通道中，将燃料电池内氢、氧电化学放热反应生成的热吸收并带出电池组后进行散热；(3)燃料与氧化剂气体的出口与相应的导流通道，燃料气体与氧化剂气体在排出时，可携带出燃料电池中生成的液、汽态的水。通常，将所有燃料、氧化剂、冷却流体的进出口都开在燃料电池组的一个端板上或两个端板上。
质子交换膜燃料电池可用作一切车、船等运载工具的动力系统，又可作手提式、移动式、固定式的发电装置。质子交换膜燃料电池发电系统必须包括燃料电池堆、燃料氢气供应、空气供应、冷却散热、自动控制及电能输出等各个部分。质子交换膜燃料电池运行的稳定与可靠性对作为车、船动力系统或可移式发电装置的应用是非常重要的。其中提高燃料电池堆的运行稳定与可靠性是关键。
质子交换膜燃料电池发电时，产生大量的废热，需要通过散热器散热，以防燃料电池堆因过热而失效，为了达到良好的散热效果，有时需要很多散热器来散热，浪费资源，而且燃料电池发电时产生的废热流散到空气中，使周围的环境温度升高，如果采用电动空调来调节室温，也造成了一定的浪费。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可充分利用资源、提高效率、节约能源的利用燃料电池废热驱动空调的方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种利用燃料电池废热驱动空调的方法，其特征在于，该方法将溴化锂空调与散热器串联或并联连接到燃料电池堆上，该燃料电池堆发电时产生的废热驱动溴化锂空调运行。
所述的燃料电池堆的工作温度一般为60℃～80℃。
所述的溴化锂空调是以燃料电池发电时产生的废热为动力源，以溴化锂水溶液为吸收剂，以水为制冷剂，利用溴化锂水溶液的浓度变化，运载制冷剂而不断循环来制冷。
所述的溴化锂空调包括1～10个，与散热器串联连接到燃料电池堆上。
所述的溴化锂空调包括1～10个，与散热器并联连接到燃料电池堆上。
所述的溴化锂空调可以设置在燃料电池车用发动机上，也可设置在燃料电池电站上，并根据可以空间来设计溴化锂空调的大小和形状。
与现有技术相比，本发明的特点是：将溴化锂空调与散热器串联或并联连接到燃料电池堆上，一方面不需要更多的散热器来散热，另一方面直接利用燃料电池废热来驱动空调调节温度，使现有资源得到了更加充分的利用，而且不需要另设电动空调来分散燃料电池所发的电，节约了能源，提高了效率，产生了良好的效益。
电制冷是用氟里昂做工质，众所周知这是破坏臭氧层造成温室效应的元凶。而溴化锂空调以水为制冷剂，以无毒无害的盐-溴化锂溶液作为吸收剂进行制冷，其工质是绝对环保的。
附图说明
图1为本发明实施例1的示意图；
图2为本发明实施例2的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施例，对本发明作进一步说明。
附图所示：50KW质子交换膜燃料电池堆1、溴化锂空调2、散热器3、氢气供应瓶4、氢气增湿器5、空气泵6、空气增湿器7、水气分离器8、水箱9、冷却循环泵10
实施例1
如图1所示，将溴化锂空调2与散热器3串联连接到50KW质子交换膜燃料电池堆1上，该燃料电池堆发电时，产生50KW的废热，在空调系统中，吸收式循环常用LiBr-H2O作工质对，其中水为制冷剂，LiBr为吸收剂，发生器内装有一定量的溴化锂浓溶液，吸收器内装有一定量的溴化锂稀浓液，吸收器内的溴化锂稀浓液经溶液泵，热交换器进入发生器，在外热源(蒸汽或水)加热下，溴化锂稀溶液的水分蒸发而变成溴化锂浓溶液，所蒸发的水蒸气进入冷凝器(吸收式循环比蒸汽压缩式循环的最大的优点在于吸收式循环中加压液体比蒸汽压缩式循环中加压气体耗功少)，在冷凝器中被冷却水冷却放热后，经节流减压进入蒸发器，在高负压的蒸发器中汽化吸热冷却空调循环水，汽化后的水蒸汽进入吸收器，在吸收器内被来自发生器的溴化锂浓溶液吸收，使溴化锂浓溶液变成了溴化锂稀溶液，再经过溶液泵，热交换器送至发生器浓缩成溴化锂浓溶液。在水蒸气吸收过程中，产生的汽化潜热由冷却水带走。溴化锂溶液为高温液体，在进入吸收器之前经过热交换器冷却，加热进发生器前的稀溶液从而回收了部分热量，提高能源的利用率。吸收式循环中热量传递的过程可概括为：当空气中的低温热源冷却蒸发器中的水时，高温热源对发生器中的溶液加热，冷凝器和吸收器通过水和空气将热量排到周围大气中。
50KW质子交换膜燃料电池堆1发电是通常需要多个散热器散热，串联上溴化锂空调，可以减少散热器使用个数，而直接利用燃料电池产生的50KW废热来驱动溴化锂空调2调节温度，节约了能源，使现有资源得到了更加充分的利用，而且不需要分散质子交换膜燃料电池堆1产生的电来驱动空调，所产生的50KW电可完全用于生产，提高了效率，产生了良好的效益。
而且电制冷是用氟里昂做工质，众所周知这是破坏臭氧层造成温室效应的元凶。而溴化锂空调以水为制冷剂，以无毒无害的盐-溴化锂溶液作为吸收剂进行制冷，其工质是绝对环保的。
实施例2
如图2所示，将溴化锂空调2与散热器3并联连接到50KW质子交换膜燃料电池堆1上，该燃料电池堆发电时，产生50KW的废热驱动溴化锂空调2工作。
可以根据需要，安装多个散热器，并串联或并联多个溴化锂空调。

Claims (6)

1.一种利用燃料电池废热驱动空调的方法，其特征在于，该方法将溴化锂空调与散热器串联或并联连接到燃料电池堆上，该燃料电池堆发电时产生的废热驱动溴化锂空调运行。
2.根据权利要求1所述的一种利用燃料电池废热驱动空调的方法，其特征在于，所述的燃料电池堆的工作温度一般为60℃～80℃。
3.根据权利要求1所述的一种利用燃料电池废热驱动空调的方法，其特征在于，所述的溴化锂空调是以燃料电池发电时产生的废热为动力源，以溴化锂水溶液为吸收剂，以水为制冷剂，利用溴化锂水溶液的浓度变化，运载制冷剂不断循环来制冷。
4.根据权利要求1所述的一种利用燃料电池废热驱动空调的方法，其特征在于，所述的溴化锂空调包括1～10个，与散热器串联连接到燃料电池堆上。
5.根据权利要求1所述的一种利用燃料电池废热驱动空调的方法，其特征在于，所述的溴化锂空调包括1～10个，与散热器并联连接到燃料电池堆上。
6.根据权利要求1所述的一种利用燃料电池废热驱动空调的方法，其特征在于，所述的溴化锂空调可以设置在燃料电池车用发动机上，也可设置在燃料电池电站上，并根据可用空间来设计溴化锂空调的大小和形状。
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