[发明专利]基于燃料电池余热驱动的海水淡化系统

说明书

技术领域

本发明涉及热能动力技术领域，尤其涉及基于燃料电池余热驱动的海水淡化系统。

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基于燃料电池余热驱动的海水淡化系统。

本发明的实施例提供基于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、浓海水槽、稀海水槽、淡水槽、蒸发器、冷凝器、第一连通管道、第二连通管道、第三连通管道、水蒸气连通管道，所述稀海水槽、浓海水槽和淡水槽的液面位于同一水平面，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连通管道连通稀海水槽，所述蒸发器的底部通过第二连通管道连通浓海水槽，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，所述冷凝器的底部通过第三连通管道连通淡水槽，所述蒸发器和冷凝器的液面均高于浓海水槽和淡水槽的液面8.5-9.5m，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，所述稀海水槽的下部设有冷却盘管，所述冷却盘管分别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，吸收了反应热的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，水蒸气通过所述水蒸气连通管道进入冷凝器的上部，温度降低的冷却水流入冷却盘管，并在冷却盘管中进一步冷却，然后流入冷凝盘管，并在冷凝盘管中冷凝所述冷凝盘管外部的水蒸气，最后冷却水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；在冷凝盘管外部冷凝的水蒸气滴落即得到淡水，同时，所述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，并通过第二连通管道流入浓海水槽，所述蒸发器内的压强降低，所述稀海水槽内的海水在大气压的作用下从第一连通管道进入蒸发器内，进而连续进行海水淡化。

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，所述蒸发盘管和冷却盘管间设有水泵，所述水泵驱动冷却水在冷却盘管、冷凝盘管、质子交换膜燃料电池电堆、蒸发盘管中循环。

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，所述水泵通过稳定直流电驱动。

进一步，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。

进一步，所述第一连通管道、第二连通管道和第三连通管道上均设有截止阀，所述水蒸气连通管道的中间设有阀门。

进一步，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，多余的氢气通过氢气出口排出，多余的空气和反应生成的水通过空气出口排出。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：利用了水蒸气压力降低，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，只要有氢气就可以源源不断地进行海水淡化，在以燃料电池作为主推进装置的氢动力船船上，在具有充足的氢燃料供应但是缺乏淡水的情况下，可以提供干净的淡水。

附图说明

图1是本发明基于燃料电池余热驱动的海水淡化系统的一示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。