[发明专利]集成的热泵和燃料电池发电站

说明书

本发明涉及集成的热泵和燃料电池发电站。一种说明性的示例系统包括至少一个燃料电池，所述至少一个燃料电池被构造成基于电化学反应产生电力。所述燃料电池包括排出装置。热泵包括蒸发器、冷凝器、压缩器以及膨胀阀。冷却剂回路在所述至少一个燃料电池之外。所述冷却剂回路具有第一部分，所述第一部分与所述排出装置相关联以使得来自所述排出装置的热量使所述第一部分中的冷却剂流体的温度提高。所述冷却剂回路具有在所述第一部分下游的第二部分。所述冷却剂回路的第二部分与所述蒸发器相关联以使得来自所述第二部分中的冷却剂流体的热量使所述蒸发器的温度提高。

背景技术

燃料电池用于基于电化学反应产生电力。已知有不同种类的燃料电池。燃料电池的工作过程的典型副产品包括水和热量。已有各种提议用以从燃料电池工作期间所产生的热量中获益。

例如，已建议将热泵和燃料电池装置结合。美国专利No. 6,370,903示出了一种在车辆上使用的装置，该装置包括作为用于车辆的能源的燃料电池。在美国专利No. 8,445,155中示出了另一种装置。该装置的一个弊端是其需要与燃料电池的热交换器相关联的分离的管道，这增加了系统的复杂度和成本。

本领域的技术人员正在力图找到增强的且改进的能量供应系统。根据本发明的实施例所设计的系统实现了该目标。

发明内容

一种说明性的示例系统包括至少一个燃料电池，所述至少一个燃料电池被构造成基于电化学反应产生电力。所述燃料电池包括排出装置。热泵包括蒸发器、冷凝器、压缩器以及膨胀阀。冷却剂回路在所述至少一个燃料电池之外。所述冷却剂回路具有第一部分，所述第一部分与所述排出装置相关联以使得来自所述排出装置的热量使所述第一部分中的冷却剂流体的温度提高。所述冷却剂回路具有在所述第一部分下游的第二部分。所述冷却剂回路的第二部分与所述蒸发器相关联以使得来自所述第二部分中的冷却剂流体的热量使所述蒸发器的温度提高。

一种具有先前段落所述的系统的一个或多个特征的示例系统包括与所述第二部分联接的旁通阀。所述旁通阀选择性地启动来引导所述第二部分中的冷却剂流体以便选择性地控制从所述第二部分到所述蒸发器的热量传递。

一种具有任一先前段落所述的系统的一个或多个特征的示例系统包括与所述排出装置相关联的排出物冷凝器。所述冷却剂回路的第一部分被设置成以便来自所述排出物冷凝器的热量使所述第一部分中的冷却剂流体的温度提高。

一种具有任意先前段落所述的系统的一个或多个特征的示例系统包括与所述燃料电池相关联的高等级热交换器。在所述热泵的冷凝器的下游的热量输送网络引导被加热的流体至少部分地通过所述高等级热交换器。

在一种具有任意先前段落所述的系统的一个或多个特征的示例系统中，所述燃料电池包括多个燃料电池堆组件，每个燃料电池堆组件包括排出装置。所述冷却剂回路具有与所述排出装置中的每个相关联的相应的第一部分。所述冷却剂回路的第一部分中的每个将冷却剂流体输送到所述第二部分。

在一种具有任意先前段落所述的系统的一个或多个特征的示例系统中，所述冷却剂回路包括第三部分，所述第三部分从所述第二部分向所述排出装置载送冷却剂流体，并且所述冷却剂回路包括至少一个热量扩散元件，所述至少一个热量扩散元件被设置成使所述第三部分中的冷却剂流体的温度降低。

在一种具有任意先前段落所述的系统的一个或多个特征的示例系统中，所述第一部分中的冷却剂流体的温度在40°与60℃之间，在所述蒸发器的上游的所述第二部分中的冷却剂流体的温度与所述第一部分中的冷却剂流体的温度近似相同，并且在所述蒸发器的下游的所述第二部分中的冷却剂流体的温度在20°与30℃之间。

一种说明性的示例方法包括从至少一个燃料电池中的电化学反应中产生电力，所述燃料电池具有相关联的排出装置；从所述排出装置吸收热量来提高冷却剂流体的温度；将所述冷却剂流体的至少一些引导到热泵的蒸发器，所述热泵包括所述蒸发器、冷凝器、压缩器和膨胀阀；以及使用所述冷却剂流体提高所述热泵的蒸发器的温度。