[发明专利]燃料电池余热驱动的海水淡化系统及其工作方法

权利要求书

1.燃料电池余热驱动的海水淡化系统，其特征在于，包括质子交换膜燃料电池电堆、稀海水槽、浓海水槽、淡水槽、蒸发器、真空泵、冷凝器、散热器、第一管道、第二管道、第三管道和水蒸气连通管道，所述蒸发器和冷凝器均为密封容器，所述蒸发器的侧面通过第一管道连通稀海水槽，所述蒸发器的底部通过第二管道连通浓海水槽，所述冷凝器的底部通过第三管道连通淡水槽，所述蒸发器的顶部通过水蒸气连通管道连通冷凝器的顶部，所述水蒸气连通管道的中间连通真空泵，所述蒸发器的下部设有蒸发盘管，所述冷凝器的上部设有冷凝盘管，所述散热器连接蒸发盘管和冷凝盘管，所述蒸发盘管连接质子交换膜燃料电池电堆的冷却水出口，所述冷凝盘管连接质子交换膜燃料电池电堆的冷却水进口。

2.根据权利要求1所述的燃料电池余热驱动的海水淡化系统，其特征在于，所述真空泵对所述蒸发器和冷凝器抽真空，所述蒸发器和冷凝器液面上部的压力降低，进而使所述蒸发器中海水的沸点降低，所述质子交换膜燃料电池电堆反应产生的反应热通过冷却水冷却，吸收了反应热的冷却水温度升高，并从所述冷却水出口流出，流入蒸发盘管，在所述蒸发盘管中将热量传递给所述蒸发器内的海水，海水温度升高并沸腾，产生水蒸气，同时冷却水因放出热量而温度降低，水蒸气沿水蒸气连通管道进入冷凝器的上部，温度降低的冷却水进而流入散热器，并在散热器中进一步冷却后，流入冷凝盘管，在冷凝盘管中，因冷却水的温度低于冷凝盘管外水蒸气的饱和温度，使冷凝盘管外的水蒸气凝结，即得到淡水，流出冷凝盘管的冷却水最后从所述冷却水进口流回质子交换膜燃料电池电堆，从而循环冷却质子交换膜燃料电池电堆，在蒸发器内，被蒸发了水蒸气的海水浓度变高，密度增大，进而下沉到蒸发器的底部。

3.根据权利要求1所述的燃料电池余热驱动的海水淡化系统，其特征在于，所述真空泵的进口和水蒸气连通管道之间设有真空阀，所述真空泵的出口连通大气，所述水蒸气连通管道上靠近蒸发器的一侧设有一真空计，所述蒸发器上部设有液位计，所述第三管道上设有阀门C，所述第二管道上设有阀门B，所述第一管道上设有阀门A。

4.根据权利要求1所述的燃料电池余热驱动的海水淡化系统，其特征在于，所述散热器的邻近设有散热风扇，所述散热风扇加速散热器外部空气的对流，进而加速所述散热器的散热，加速冷却水的冷却。

5.根据权利要求1所述的燃料电池余热驱动的海水淡化系统，其特征在于，所述稀海水槽、浓海水槽和淡水槽的侧面顶部均开有溢流孔，所述稀海水槽、浓海水槽和淡水槽均通过溢流孔的溢流维持液面高度稳定。

6.根据权利要求1所述的燃料电池余热驱动的海水淡化系统，其特征在于，所述质子交换膜燃料电池电堆反应产生直流电，所述直流电经DC-DC变换器转换为稳定直流电，所述稳定直流电驱动水泵和真空泵。

7.根据权利要求6所述的燃料电池余热驱动的海水淡化系统，其特征在于，所述水泵设在蒸发盘管和散热器间，所述水泵驱动冷却水在散热器、冷凝盘管、质子交换膜燃料电池电堆、蒸发盘管中循环。

8.根据权利要求6所述的燃料电池余热驱动的海水淡化系统，其特征在于，所述水泵连通膨胀水箱，所述膨胀水箱用于容纳冷却水循环回路中因温度变化而造成的水的容积变化。

9.根据权利要求1所述的燃料电池余热驱动的海水淡化系统，其特征在于，所述质子交换膜燃料电池电堆上设有氢气进口、氢气出口、空气进口和空气出口，所述氢气进口通入氢气，所述空气进口通入空气，所述氢气和空气中的氧气反应产生直流电和水，未反应完的氢气通过氢气出口排出电堆，多余的空气和反应产生的水则通过空气出口排出电堆。

10.一种如权利要求1-9任一项所述燃料电池余热驱动的海水淡化系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.抽空：将蒸发器和冷凝器都排空，打开真空阀，关闭阀门A、阀门B和阀门C，启动真空泵，所述真空泵对蒸发器和冷凝器抽真空，根据所述真空计实时监测蒸发器和冷凝器内的压力情况，当压力下降到预定压力时，关闭真空阀，再关闭真空泵；

S2.上水：打开阀门A，蒸发器内压力小于大气压，稀海水槽中的海水将沿第一管道进入蒸发器，当蒸发器内的液位达到所述液位计高度时，关闭阀门A；

S3.淡化：质子交换膜燃料电池电堆反应产生的反应热通过冷却水冷却，吸收了反应热的冷却水温度升高，并从所述冷却水出口流出，流入蒸发盘管，冷却水在所述蒸发盘管中将热量传递给所述蒸发器内的海水，使海水温度升高并沸腾，产生水蒸气，水蒸气沿水蒸气连通管道进入冷凝器的上部，在冷凝盘管外的水蒸气冷凝，即得到淡水，蒸发器内被蒸发了水蒸气余下的海水浓度变高，密度增大，进而下沉到蒸发器的底部，蒸发器内的压强降低；同时，冷却水的温度降低，冷却水在所述水泵的作用下流入散热器，并在散热器中进一步冷却，然后流入冷凝盘管，并在冷凝盘管中冷凝水蒸气，再从冷却水进口流回质子交换膜燃料电池电堆，循环冷却质子交换膜燃料电池电堆，进而连续利用反应热进行海水淡化；随着冷凝器中产生的淡水越来越多，冷凝器和蒸发器中的压力会越来越高，当真空计检测到压力升高到20000～32000Pa时，进入步骤S4；

S4.排空：打开真空阀，所述冷凝器、蒸发器将通过真空泵与大气连通，所述冷凝器和蒸发器内的压力与大气压力相等，打开阀门A、阀门B和阀门C，所述蒸发器底部的下沉的密度增大的海水顺着第二管道进入浓海水槽，所述冷凝器底部的淡水顺着第三管道进入淡水槽，当淡水槽中收集的淡水的液面高于溢流孔后，淡水将溢出，用于岛上或船上的生活用水，当蒸发器和冷凝器全部排空后，结束排空操作，返回步骤S1循环工作。