一種燃料電池的家用空調系統的製作方法
2023-04-25 13:16:16 1
一種燃料電池的家用空調系統的製作方法
【專利摘要】一種燃料電池的家用空調系統，涉及一種空調系統，所述系統包括甲醇裂解制氫燃料電池、逆變器、燃料電池智能控制系統、空調機，集水器，燃料電池輸出水的管道連接散熱片、熱水器，並由水分流控制器直接經管道連接集水器，集水器上設有溢流裝置，溢流裝置與下水道相連通，集水器也連接其他用水設備，如洗漱盆等；燃料電池輸出電路連接有逆變器，逆變器出輸出電連接家用空調的室外機和壓縮機，電堆發電系統由供氧迴路、供氫迴路、除氫迴路、散熱迴路、電堆總成及控制系統構成。該系統壓縮機製冷劑採用R410A，R410A是一種新型環保製冷劑，不破壞臭氧層，工作壓力為普通R22空調的1.6倍左右，清潔環保，製冷效率更高。
【專利說明】一種燃料電池的家用空調系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種空調系統，特別是涉及一種燃料電池的家用空調系統。
【背景技術】
[0002]常用家用空調主要由壓縮機、冷凝器、蒸發器、節流閥、室外冷凝風機、室內風機、電控板及外殼等鈑金組件構成。
[0003]空調製冷原理，空調器通電後，製冷系統內製冷劑(現在普遍使用的是氟利昂R22)的低壓蒸汽被壓縮機吸入並壓縮為高壓蒸汽後排至冷凝器。同時軸流風扇吸入的室外空氣流經冷凝器，帶走製冷劑放出的熱量，使高壓製冷劑蒸汽凝結為高壓液體。高壓液體經過過濾器、節流機構後噴入蒸發器，並在相應的低壓下蒸發，吸取周圍的熱量。同時貫流風扇使空氣不斷進入蒸發器的肋片間進行熱交換，並將放熱後變冷的空氣送向室內。如此室內空氣不斷循環流動，達到降低溫度的目的。
[0004]空調製熱工作原理，熱泵制熱是利用製冷系統的壓縮冷凝器來加熱室內空氣。空調器在製冷工作時，低壓製冷劑液體在蒸發器內蒸發吸熱而高溫高壓製冷劑在冷凝器內放熱冷凝。熱泵制熱是通過電磁換向，將製冷系統的吸排氣管位置對換。原來製冷工作蒸發器的室內盤管變成制熱時的冷凝器，這樣製冷系統在室外吸熱向室內放熱，實現制熱的目的。
[0005]氟利昂製冷空調有幾大弊病:
[0006]1、空調是高 耗電產品，空調的大量普及，導致季節性、時段性的供電不足。
[0007]2、空調製冷系統所用製冷劑對大氣臭氧層有破壞作用；導致地球溫室效應加劇。
[0008]3、空調常年使用，導致空調室內機蒸發器上面滋生一些細菌，對人有一定影響；
[0009]4、使用空調製冷的同時，會導致房間內的空氣相對溼度降低，容易使人感覺口乾舌燥；
[0010]燃料電池是一種不經過燃燒直接以電化學反應方式將燃料的化學能轉變為電能的發電裝置，是一項高效率利用能源而又不汙染環境的新技術。燃料電池有多種類型，按使用的電解液不同分類，主要有磷酸型燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、固體氧化物燃料電池(SOFC)、質子交換膜燃料電池(PEMFC)及鹼性燃料電池(AFC)。燃料電池被認為是繼火力發電、水力發電、太陽能發電和原子能發電之後的新一代發電技術，具有其它發電方式不可比擬的優越性:
[0011](I)效率高。燃料電池將化學能直接轉化為電能，不涉及熱機過程，能量轉換不受卡諾循環的限制，其理論熱電轉化效率可達85%~90%，但由於電池在工作時受各種極化的限制，目前各類燃料電池的實際發電效率均在40%~60%的範圍內，若實現熱電聯供，總體熱效率可達80%以上。
[0012](2)環境友好。燃料電池幾乎不排放NOx及SOx，溫室氣體CO2的排放量也比火力發電減少40%~60%，減輕了對大氣的汙染；沒有傳動部件，工作時噪聲極低，因而可直接設在用戶附近，從而減少傳輸費用和傳輸損失。燃料電池的環境友好性是使其具有極強生命力和長遠發展潛力的主要原因。[0013](3)可靠性高。與燃氣渦輪機或內燃機相比，燃料電池沒有機械傳動部件，因而系統更加安全可靠，不會因傳動部件失靈而引發惡性事故。
【發明內容】
[0014]本實用新型的目的在於提供一種燃料電池的家用空調系統，該系統以甲醇制氫產生氫燃料電源，供空調室外機和壓縮機用電，壓縮機製冷劑採用R410A，R410A是一種新型環保製冷劑，不破壞臭氧層，工作壓力為普通R22空調的1.6倍左右，清潔環保，製冷效率更聞。
[0015]本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的:
[0016]一種燃料電池的家用空調系統，所述系統包括甲醇裂解制氫燃料電池、逆變器、燃料電池智能控制系統、空調機，集水器，燃料電池輸出水的管道連接散熱片、熱水器，並由水分流控制器直接經管道連接集水器，集水器上設有溢流裝置，溢流裝置與下水道相連通，集水器也連接其他用水設備，如洗漱盆等；燃料電池輸出電路連接有逆變器，逆變器出輸出電連接家用空調的室外機和壓縮機，電堆發電系統由供氧迴路、供氫迴路、除氫迴路、散熱迴路、電堆總成及控制系統構成。
[0017]所述的一種燃料電池的家用空調系統，所述燃料電池為電化學反應甲醇裂解制氫發電。
[0018]所述的一種燃料電池的家用空調系統，所述燃料電池電堆輸出功率額定50kW，最大輸出IOOkW ;額定工作點電壓0.60V-0.73V。
[0019]所述的一種燃料電池的家用空調系統，所述系統工作壓力0.5 bar ;熱輸出20.32kff-51.22kW。
[0020]所述的一種燃料電池的家用空調系統，所述電堆50kW，峰值IOOkW ;氮氣艙2bar循環加壓；電堆反應溫度70°C -80°C。
[0021]本實用新型的優點與效果是:
[0022]燃料電池技術自發明以來，提供了可以說是最通用的能源解決方案，加工廢棄物氫的化工廠，以及自垃圾填埋場生物甲烷、甲醇等燃料，並且能量轉化效率高，清潔環保。燃料電池可以高效、環境友好地將儲存在燃料中的化學能溫和地轉化為電能，氫是燃料電池的最佳燃料，但由於目前氫氣儲存、輸送、分配及加注等環節尚存在諸多技術難點，因此無法滿足各種規模的燃料電池對分散氫源的需求，而醇類、烴類等富氫燃料通過重整的方式移動或現場制氫為燃料電池提供氫源，具有能量密度大、能量轉換效率高、容易運輸和攜帶等特點。該系統以甲醇制氫產生氫燃料電源，供空調室外機和壓縮機用電，壓縮機製冷劑採用R410A，R410A是一種新型環保製冷劑，不破壞臭氧層，工作壓力為普通R22空調的1.6倍左右，清潔環保，製冷效率更高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為本實用新型燃料電池家用空調系統框圖；
[0024]圖2為本實用新型系統工作原理圖；
[0025]圖3為本實用新型電堆發電原理圖；
[0026]圖4為本實用新型直流逆變交流原理圖；[0027]圖5為本實用新型製冷系統原理圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖所示實施例，對本實用新型作進一步詳述。
[0029]燃料單電池由陽極、陰極和質子交換膜組成，陽極為氫燃料發生氧化的場所，陰極為氧化劑還原的場所，兩極都含有加速電極電化學反應的催化劑，質子交換膜作為電解質。工作時相當於一直流電源，其陽極即電源負極，陰極為電源正極。把氫和氧分別供給陰極和陽極，氫通過陰極向外擴散和電解質發生反應後，放出電子通過外部的負載到達陽極。原料氫氣在核心組件中游離出氫離子通過與質子交換膜及催化劑的電化反應，產生出電能。反應生成副產品為75度純淨水被排出。
[0030]本實用新型發電系統，見圖1，燃料電池加注燃料(甲醇或氫氣)後啟動發電，燃料電池發的是直流電，需要經過逆變器轉換成交流電供室外機和壓縮機使用。燃料電池具有智能控制系統，可根據負載變化自動調節發電量。供暖系統:燃料電池在發電的同時產生75度的純淨水，可用於暖氣供暖或洗浴、洗手用熱水，多餘的水可以儲存使用。製冷系統:燃料電池發的直流電經過逆變器轉換為220V交流電，供空調室外機和壓縮機用電，壓縮機製冷劑採用R410A，R410A是一種新型環保製冷劑，不破壞臭氧層，工作壓力為普通R22空調的1.6倍左右，製冷效率更高。
[0031]系統主要參數表:
[0032]燃料電池電堆輸出功率額定50kW，最大輸出IOOkW ;額定工作點電壓
0.60V-0.73V ;發電效率 48.78%-59.34% ;發電功率密度 1.2ff/cm2-2.4ff/cm2 ;體積 50L ;重量 50kg ;工作壓力 0.5 bar ;熱輸出 20.32kff-51.22kW。
[0033]系統工作原理，見圖2，甲醇制氫:燃料電池可以高效、環境友好地將儲存在燃料中的化學能溫和地轉化為電能，氫是燃料電池的最佳燃料，但由於目前氫氣儲存、輸送、分配及加注等環節尚存在諸多技術難點，因此無法滿足各種規模的燃料電池對分散氫源的需求，而醇類、烴類等富氫燃料通過重整的方式移動或現場制氫為燃料電池提供氫源，具有能量密度大、能量轉換效率高、容易運輸和攜帶等特點，在經濟性和安全性方面也具有優勢，是近期乃至中期最現實的燃料電池氫源載體之一。在現有的液體燃料中甲醇作為制氫原料具有價廉易得，可以由天然氣和其他化石燃料高效率地轉化得到；能量密度高，尤其在涉及氫氣儲存時，淨能量密度比氫在複合物和金屬氫化物貯罐中高得多；重整制氫反應溫度、反應壓力低；產物中一氧化碳含量低；制氫反應無氧化鈉和氧化硫等排放物。因此，燃料電池工作前需要經過甲醇制氫設備產生氫氣。電堆發電系統，見圖3，電堆發電系統主要由供氧迴路、供氫迴路、除氫迴路、散熱迴路、電堆總成及控制系統構成。氫氣由燃料電池的供氫迴路進入電堆陽極，氧氣(或空氣)則由供氧迴路進入電堆陰極。經由催化劑的作用，經質子膜滲透，使得陽極的氫原子分解成兩個氫質子(proton)與兩個電子(electron),其中質子被氧吸引到薄膜的另一邊，電子則經由外電路形成電流後，到達陰極，形成電流迴路。供負載用電。而在陰極催化劑之作用下，氫質子、氧及電子，發生反應形成水分子，因此水可說是燃料電池唯一的排放物。電堆主要參數，電堆50kW峰值IOOkW ;氮氣艙2bar循環加壓；電堆反應溫度70V?80°C ;檢測組件單堆性能監測；壓力、氫氣、溫度等傳感器數據傳回控制系統；使用壽命IOOOOh。[0034]直流逆變交流，見圖4，燃料電池發的是直流電，給家用電器供電，還需要逆變器把直流電轉換成220v交流電。熱水供暖、製冷降溫，見圖5，燃料電池發電由於氫氧結合同時產生75度純淨水，由水分流控制器對熱水分配使用，冬季可用於暖氣供熱，洗浴熱水器供水，洗手、洗菜等用熱水，循環多餘的水通過集水器儲存，用於其它用水的地方。燃料電池發的電直接供空調室外機和壓縮機用電，通電後，製冷系統內製冷劑(採用R410A，R410A是一種新型環保製冷劑，不破壞臭氧層，製冷效率更高)的低壓蒸汽被壓縮機吸入並壓縮為高壓蒸汽後排至冷凝器。同時軸流風扇吸入的室外空氣流經冷凝器，帶走製冷劑放出的熱量，使高壓製冷劑蒸汽凝結為高壓液體。高壓液體經過過濾器、節流機構後噴入蒸發器，並在相應的低壓下蒸發，吸取周圍的熱量。同時貫流風扇使空氣不斷進入蒸發器的肋片間進行熱交換，並將放熱後變冷的空氣送向室內。如此室內空氣不斷循環流動，達到降低溫度的目的。
【權利要求】
1.一種燃料電池的家用空調系統，其特徵在於，所述系統包括甲醇裂解制氫燃料電池、逆變器、燃料電池智能控制系統、空調機，集水器，燃料電池輸出水的管道連接散熱片、熱水器，並由水分流控制器直接經管道連接集水器，集水器上設有溢流裝置，溢流裝置與下水道相連通，集水器也連接其他用水設備；燃料電池輸出電路連接有逆變器，逆變器輸出電連接家用空調的室外機和壓縮機，電堆發電系統由供氧迴路、供氫迴路、除氫迴路、散熱迴路、電堆總成及控制系統構成。
2.根據權利要求1所述的一種燃料電池的家用空調系統，其特徵在於，所述燃料電池為電化學反應甲醇裂解制氫發電。
3.根據權利要求1所述的一種燃料電池的家用空調系統，其特徵在於，所述燃料電池電堆輸出功率額定50kW，最大輸出IOOkW ;額定工作點電壓0.60V-0.73V。
4.根據權利要求1所述的一種燃料電池的家用空調系統，其特徵在於，所述系統工作壓力 0.5 bar ;熱輸出 20.32kff-51.22kW。
5.根據權利要求1所述的一種燃料電池的家用空調系統，其特徵在於，所述電堆50kW，峰值IOOkW ;氮氣艙2bar循環加壓；電堆反應溫度70°C -80°C。
【文檔編號】F24F5/00GK203810621SQ201420181975
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年4月16日 優先權日:2014年4月16日
【發明者】孫漢東 申請人:瀋陽時尚實業有限公司