[发明专利]一种碱性燃料电池-温差热电制冷混合装置

说明书

本发明公开了一种碱性燃料电池‑温差热电制冷混合装置，包括依次复合的碱性燃料电池、热电发生器、板翅式换热器、热电冷却器及低温热源，其特征在于，所述热电发生器与热电冷却器串联在一起形成闭合回路，热电发生器产生的电压在闭合回路中形成电流，利用碱性燃料电池的余热，通过塞贝克效应、焦耳热效应和热传导产生电能，将低温热源热量吸收传递至热电冷却器放热端，再由板翅式换热器强化换热传递至周围环境中。本发明利用热电发生器有效回收碱性燃料电池余热从而产生额外的电能，进一步驱动下层半导体制冷，实现能量的合理利用，同时使用板翅式换热器强化换热，提高整体能量转换效率。

技术领域

本发明涉及一种碱性燃料电池-温差热电制冷混合装置，特别涉及一种碱性燃料电池、半导体及板翅式换热器组成的混合装置，属于同时供电供冷装置技术领域。

背景技术

具有板翅式换热器的碱性燃料电池-温差热电制冷混合装置中，燃料电池将内部的化学能直接转化为热能和电能，其中电能用于驱动外部负载，热能传递给半导体，通过塞贝克效应、帕尔贴效应、焦耳热效应和热传导，产生制冷量。整个装置体积小且无需制冷工质和机械运动部件，解决了介质污染和机械振动等传统制冷装置的应用问题。

由于碱性燃料电池热管理需要快速排出余热，使得燃料电池可以稳定运行。该混合装置可以有效利用燃料电池产生的余热，在促进燃料电池余热快速排出的同时，利用余热发电制冷从而有效提高混合装置整体能量转换效率。

整个混合装置相比于传统制冷装置易于调节制冷量。该混合装置通过改变燃料电池工作电流、工作温度、工作压力、热电元件的传热系数和热电元件数量均能调节制冷量。

传统制冷装置亟待解决以下几个问题：

1、介质污染和机械振动的问题；

2、燃料电池热管理问题；

3、制冷装置制冷量调节问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有制冷装置易造成污染、机械振动导致稳定性差、产生电池热、制冷量不能调节等问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种碱性燃料电池-温差热电制冷混合装置，包括依次复合的碱性燃料电池(AFC)、m对N型和P型半导体构成的热电发生器(TEG)、板翅式换热器、n对N型和P型半导体构成的热电冷却器(TEC)及低温热源，其特征在于，所述碱性燃料电池与回热器连通，回热器利用碱性燃料电池的余热将其入口处的反应物由环境温度预热至碱性燃料电池的工作温度；热电发生器与热电冷却器串联在一起形成闭合回路，热电发生器产生的电压在闭合回路中形成电流，利用碱性燃料电池的余热，通过塞贝克效应、焦耳热效应和热传导产生电能，将低温热源热量吸收传递至热电冷却器放热端，再由板翅式换热器强化换热传递至周围环境中。

优选地，所述碱性燃料电池使用质量分数40％的KOH溶液作为电解质，碳作为电极，Ni作为阳极催化剂，Ag作为阴极催化剂，氢气作为还原剂，纯氧或脱除二氧化碳的空气作为氧化剂。碱性燃料电池通过化学反应，将燃料中的化学能直接转化为电能输出，同时产生余热。

优选地，所述热电发生器包括上陶瓷片一、下陶瓷片一及两者之间的m对N型和P型半导体，N型和P型半导体与两侧的上陶瓷片一、下陶瓷片一之间分别设有上金属片一、下金属片一；上陶瓷片一与碱性燃料电池相贴合。下陶瓷片一的下部悬空，周围的空气充当均匀的电绝缘传热层；上金属片一、下金属片一起到导热和导电的作用。

优选地，所述热电发生器中的N型与P型半导体之间串联连接。

优选地，所述热电冷却器包括上陶瓷片二、下陶瓷片二及两者之间的n对N型和P型半导体，N型和P型半导体与两侧的上陶瓷片二、下陶瓷片二之间分别设有上金属片二、下金属片二；上陶瓷片二与板翅式换热器相贴合，下陶瓷片二与低温热源相贴合。

优选地，所述热电冷却器中的N型与P型半导体之间串联连接。