[发明专利]一种氢能和太阳能互补的热泵系统

说明书

技术领域

本发明涉及热能动力技术范畴，尤其涉及一种氢能和太阳能互补的热泵系统。

背景技术

太阳能集热器是一种太阳能收集装置，太阳能集热器收集的热量可用于热水、采暖等场合。太阳能集热器一般可以将水加热到50℃以上。由于太阳能具有间歇的特性，在夜晚和阴雨天气没有阳光，收集不了太阳热能，此时就需要其它能源对其进行补充。此外，在冬天时太阳能集热器的效率很低，使得集热后的水温很低，达不到热水、采暖的最低温度。若冬季有热水、采暖的需要，就需要尽量提高太阳能热水器的水温。

以氢为燃料的质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有燃料来源广泛、清洁环保、电能转换效率高、工作温度低的特点，只要源源不断地给PEMFC供应氢气，PEMFC就能源源不断地产生电力，不受天气条件的限制。输入到PEMFC的氢气的能量有50％以上转化成电能，剩下不到50％则转化成热量。由于此热量温度较低，一般利用价值不大，只能白白排放掉。如要充分利用此余热，就需要将此余温的温度提升到足够高的水平。

热泵是以消耗一定的高品位能源(一般为电能或机械能)为代价，从低温热源吸热，并向高温热源放热的装置。因此自然想到，可以利用热泵装置，来提升太阳能集热器的温度和PEMFC余热的温度，从而使太阳能和PEFMC的余热能更好地被利用。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种氢能和太阳能互补的新能源利用系统，通过以氢气为燃料的质子交换膜燃料电池提供的余热来补充太阳能热水器在没有阳光时不能工作的空缺，以弥补太阳能间歇性的特点；并提升太阳能集热器和质子交换膜燃料电池余热的温度，以解决太阳能热水器和质子交换膜质子交换膜燃料电池的余热温度不高的问题的氢能和太阳能互补的热泵系统。

本发明的实施例提供一种氢能和太阳能互补的热泵系统,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，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。

进一步，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。

进一步，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。

进一步，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。

进一步，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。

进一步，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。

进一步，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；