[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

说明书

本发明公开了燃料电池余热驱动的海水淡化系统，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。本发明利用压力降低，沸腾温度下降的原理，可以不依赖于电网，在远离电网的海岛、远洋船舶等海上环境实现独立运行。

技术领域

本发明涉及热能动力技术领域，尤其涉及燃料电池余热驱动的海水淡化系统及其工作方法。

背景技术

在海岛以及远洋船舶上，海水淡化是一个重要课题。

海水淡化的方法包括蒸馏等，但在常压下进行海水蒸馏，需要将水加热到约100℃，不仅需要消耗大量的能源，而且能源的来源受限。

质子交换膜燃料电池电堆(PEMFC)运行时约有50％的能量以热量的形式白白排放掉，而没有得到充分的利用。但是PEMFC燃料电池的余热温度较低，一般为50～60℃，在常压下不足以使海水沸腾，因而燃料电池的余热不能直接用于海水淡化。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种基于燃料电池的海水淡化装置，可以充分利用PEMFC较低的余热温度提供淡水的燃料电池余热驱动的海水淡化系统及其工作方法。

本发明的实施例提供燃料电池余热驱动的海水淡化系统，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。

进一步，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。

进一步，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。

进一步，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。

进一步，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。

进一步，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。