一種燃料電池房車的熱泵熱水器系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種燃料電池房車的熱泵熱水器系統，包括壓縮機、冷凝器、電子膨脹閥、蒸發器、甲醇水儲存容器、輸送泵、重整器、燃料電池、電力轉換系統、房車馬達及空氣余氣混合器；重整器產生高溫余氣，排向空氣余氣混合器；空氣余氣混合器用于將外界空氣與高溫余氣混合成中溫混合氣體，輸向蒸發器；燃料電池用于氫氣與氧氣發生電化學反應，產生電能輸出；電力轉換系統用于將燃料電池輸出的電能轉換為負載所需求的電，為壓縮機、輸送泵及房車馬達供電。本實用新型在室外空氣低于零度時，仍能正常高效工作，蒸發器不會結霜，本實用新型能滿足房車馬達供電，噪聲小、不污染空氣環境，且能同時利用高溫余氣及外界空氣熱量，更節能省電。
【專利說明】
一種燃料電池房車的熱泵熱水器系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及房車熱水器技術領域，特別涉及一種燃料電池房車的熱栗熱水器系統。
【背景技術】
[0002]房車，又稱“車輪上的家”，兼具“房”與“車”兩大功能，但其屬性還是車，是一種可移動、具有居家必備的基本設施的車種，房車車上的居家設施有:臥具、熱水器、爐具、冰箱、櫥柜、沙發、餐桌椅、盥洗設施、空調、電視、音響等家具和電器，可分為駕駛區域、起居區域、臥室區域、衛生區域、廚房區域等，房車是集“衣、食、住、行”于一身，實現“生活中旅行，旅行中生活”的時尚產品。
[0003]目前，絕大部分房車都以汽油、柴油為燃料，不僅消耗了石油資源，而且房車尾氣造成大氣污染。為應對此資源問題和環境問題，電動房車的開發變得非常重要。電動房車是指以車載電源為動力，用電機驅動車輪行駛的車輛。電動房車包括純電動房車、混合動力房車和燃料電池房車。在現有技術中，燃料電池房車是指裝備了燃料電池作為獲得驅動力的電源的電動房車，燃料電池房車的技術可參照本創作者于2014年12月31日申請的專利201410845114.6—種燃料電池汽車，以及2015年4月3日申請的專利201510156668.X多組合獨立式醇水制氫燃料電池汽車。對于燃料電池房車來說，熱水是必不可少的生活用品，因此如何設計熱水器系統至關重要。
[0004]電動房車用熱水器系統與普通的房車(內燃機驅動)熱水器系統相比，由于發動機不同而引發一系列新變化。主要體現在:I)普通的房車熱水器系統的壓縮機依靠發動機通過一個電磁離合器驅動，而電動房車熱水器壓縮機自帶電動機獨立驅動;2)電動房車沒有用來加熱的發動機余熱，不能提供作為房車熱水器系統的熱源，必須自身具有加熱功能，即要求電動房車具有制熱的車用熱栗熱水器系統。
[0005]車用熱栗熱水器系統原理就是利用逆卡諾原理，蒸發器從室外空氣中的環境熱能中吸取熱量以蒸發傳熱工質，工質蒸氣經壓縮機壓縮后壓力和溫度上升，高溫蒸氣通過冷凝器冷凝成液體時，釋放出的熱量傳遞給水，冷凝后的傳熱工質通過膨脹閥返回到蒸發器，然后再被蒸發，如此循環往復。
[0006]然而，車用熱栗熱水器系統的缺點是車外空氣溫度越低時供熱量越小，特別是當車外空氣溫度低于零度時，熱栗就難以正常工作，需要用電或其他輔助熱源對空氣進行加熱，熱栗的效率大大降低。并且，車用熱栗熱水器系統的蒸發器上會結霜，需要定期除霜，除霜模塊技術可參照中國專利申請201210152219.4用于空氣源熱栗系統的除霜方法，空氣源熱栗增加除霜模塊之后，不但穩定性降低、維護成本增加，而且也損失相當大一部分能量。
【實用新型內容】
[0007]本實用新型要解決的技術問題是針對上述現有技術中的不足，提供一種燃料電池房車的熱栗熱水器系統，該熱栗熱水器系統在車外空氣低于零度時，仍能正常高效工作，蒸發器上也不會結霜，無需定期除霜，并且該熱栗熱水器系統在滿足自身供電的同時，還能為房車馬達供電，噪聲小、耗能低、不污染空氣環境。
[0008]為解決上述技術問題，本實用新型的技術方案是:一種燃料電池房車的熱栗熱水器系統，包括壓縮機、冷凝器、電子膨脹閥、蒸發器、甲醇水儲存容器、輸送栗、重整器、燃料電池、電力轉換系統、房車馬達及空氣余氣混合器;所述壓縮機、冷凝器、電子膨脹閥與蒸發器之間形成熱栗熱水器系統的工質輸送回路;所述甲醇水儲存容器儲存有液態的甲醇水原料;所述輸送栗用于將甲醇水儲存容器中的甲醇水原料通過輸送管道栗送至重整器的重整室；重整器設有重整室、氫氣純化裝置、燃燒腔及排氣囪口，所述重整室用于甲醇與水蒸氣發生重整制氫反應制得氫氣和二氧化碳的混合氣體，所述氫氣純化裝置用于分離出制得的氫氣，該氫氣輸向燃料電池，所述燃燒腔用于部分制得的氫氣與外界空氣中的氧氣燃燒，為重整器的運行提供熱量;所述氫氣純化裝置分離之后的二氧化碳、燃燒腔內氫氣氧氣燃燒產生的水汽以及外界空氣中的未燃燒氣體混合成高溫余氣，從排氣囪口排向空氣余氣混合器;所述空氣余氣混合器用于將外界空氣與高溫余氣混合成中溫混合氣體，輸向蒸發器;所述燃料電池用于氫氣與空氣中的氧氣發生電化學反應，產生電能輸出；所述電力轉換系統用于將燃料電池輸出的電能轉換為負載所需求的電，為壓縮機、輸送栗及房車馬達供電;所述房車馬達用于驅動車軸旋轉而使房車行駛。
[0009]優選地，所述壓縮機與蒸發器之間設有汽液分離器，所述冷凝器與電子膨脹閥之間設有過濾器，所述電子膨脹閥與蒸發器之間也設有過濾器。
[0010]優選地，該熱栗熱水器系統還包括水箱及循環栗，在循環栗的驅動下，水箱底部的冷水輸向冷凝器，在冷凝器中，冷水吸收工質冷凝后所釋放的熱量變成熱水，輸回水箱上部;所述燃料電池輸出的電能經電力轉換系統轉換后，還為循環栗供電。
[0011 ]優選地，所述冷凝器包括水箱及輸送工質的盤管，所述盤管外繞于水箱外側。
[0012]優選地，所述空氣余氣混合器設有風扇及溫度感應器，風扇用于將外界空氣扇入空氣余氣混合器，溫度感應器用于檢測空氣余氣混合器內的混合氣體溫度，該混合氣體溫度范圍為15?60°C。
[0013]優選地，所述輸送栗與重整器之間的輸送管道上設有換熱器，低溫的甲醇和水原料在換熱器中，與重整器輸出的高溫氫氣進行換熱，甲醇和水原料溫度升高，氫氣溫度降低。
[0014]優選地，所述氫氣純化裝置為在多孔陶瓷表面真空鍍鈀銀合金的膜分離裝置，鍍膜層為鈀銀合金，鈀銀合金的質量百分比鈀占75%-78%，銀占22%-25%。
[0015]優選地，所述燃料電池房車的熱栗熱水器系統還包括緩沖蓄電池，該緩沖蓄電池的充電端連接電力轉換系統，該緩沖蓄電池可為房車馬達供電。
[0016]本實用新型的有益效果是:其一、本實用新型在滿足熱栗熱水器供電的同時，還能滿足房車馬達供電，在保證醇水燃料的供應下，可以長效供電；其二、本實用新型采用甲醇和水作為原料進行重整制氫，再利用燃料電池發電，無廢渣和有害廢氣污染，清潔，不影響人體健康，甲醇來源廣泛，是可再生能源，且重整器及燃料電池噪聲小、耗能低；其三、由于高溫余氣排向空氣余氣混合器，并與外界空氣混合成中溫混合氣體輸向蒸發器，在蒸發器中，中溫混合氣體與工質換熱，工質蒸發吸熱，中溫混合氣體轉化成低溫混合氣體后排出，因此，在任何低溫空氣環境(例如零度以下的空氣環境)，熱栗熱水器均能正常高效工作;其四、由于蒸發器輸入的是中溫混合氣體，因此也不會結霜，無需定期除霜;其五、本實用新型使重整器的高溫余氣熱量得到利用，從而提高了甲醇水原料的利用效率，與此同時，高溫余氣與外界空氣混合后，熱栗熱水器能同時利用高溫余氣及外界空氣的熱量，使得熱栗熱水器更節能省電。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型一實施例的整體結構方框示意圖。
[0018]圖2為本實用新型另一實施例的整體結構方框示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖對本實用新型的結構原理和工作原理作進一步詳細說明。
[0020]如圖1和圖2所示，一種燃料電池房車的熱栗熱水器系統，包括壓縮機1、冷凝器2、電子膨脹閥3、蒸發器4、甲醇水儲存容器5、輸送栗6、重整器7、燃料電池8、電力轉換系統9、房車馬達10及空氣余氣混合器11;所述壓縮機1、冷凝器2、電子膨脹閥3與蒸發器4之間形成熱栗熱水器系統的工質輸送回路;所述甲醇水儲存容器5儲存有液態的甲醇水原料;所述輸送栗6用于將甲醇水儲存容器5中的甲醇水原料通過輸送管道栗送至重整器7的重整室；重整器7設有重整室、氫氣純化裝置、燃燒腔及排氣囪口，重整器的結構可參照本
【申請人】在此之前申請的中國專利申請201410311217.4、201410621689.X及201510476342.5，所述重整室用于甲醇與水蒸氣發生重整制氫反應制得氫氣和二氧化碳的混合氣體，重整室內的溫度為300-570°C溫度，重整室內設有催化劑，在重整室內，甲醇與水蒸氣在1-5M Pa的壓力條件下通過催化劑，在催化劑的作用下，發生甲醇裂解反應和一氧化碳的變換反應，生成氫氣和二氧化碳，這是一個多組份、多反應的氣固催化反應系統，反應方程為:(I)CH3OH^⑶+2H2、
(2)H20+C0^C02+H2、(3)CH30H+H20—C02+3H2，重整反應生成的H2和C02，所述氫氣純化裝置用于分離出制得的氫氣，該氫氣輸向燃料電池8，所述燃燒腔用于部分制得的氫氣與外界空氣中的氧氣燃燒，為重整器7的運行提供熱量;所述氫氣純化裝置分離之后的二氧化碳、燃燒腔內氫氣氧氣燃燒產生的水汽以及外界空氣中的未燃燒氣體混合成高溫余氣，從排氣囪口排向空氣余氣混合器11;所述空氣余氣混合器11用于將外界空氣與高溫余氣混合成中溫混合氣體，輸向蒸發器4;所述燃料電池8用于氫氣與空氣中的氧氣發生電化學反應，產生電能輸出，在燃料電池8的陽極:2H2—4H++4e—,?分裂成兩個質子和兩個電子，質子穿過質子交換膜(PEM)，電子通過陽極板，通過外部負載，并進入陰極雙極板;在燃料電池8的陰極:02+4e—+4H+—2H20，質子、電子和O道新結合以形成H2O;所述電力轉換系統9用于將燃料電池8輸出的電能轉換為負載所需求的電，為壓縮機1、輸送栗6及房車馬達10供電;所述房車馬達10用于驅動車軸旋轉而使房車行駛。
[0021]如圖1和圖2所示，所述壓縮機I與蒸發器4之間設有汽液分離器12，所述冷凝器2與電子膨脹閥3之間設有過濾器13，所述電子膨脹閥3與蒸發器4之間也設有過濾器13。
[0022]如圖1所示，熱栗熱水器為循環式熱水器，該熱栗熱水器系統包括水箱14及循環栗15，水箱14內的水為動態水，在循環栗15的驅動下，水箱14底部的冷水輸向冷凝器2，在冷凝器2中，冷水吸收工質冷凝后所釋放的熱量變成熱水，輸回水箱14上部;所述燃料電池8輸出的電能經電力轉換系統9轉換后，還為循環栗15供電。此外，冷水補水時從水箱14底部補入，熱水出水時從水箱14上部流出。
[0023]如圖2所示，熱栗熱水器為盤管式熱水器，所述冷凝器2包括水箱16及輸送工質的盤管17，所述盤管17外繞于水箱16外側，水箱16內為靜態水。此外，冷水補水時從水箱16底部補入，熱水出水時從水箱16上部流出。
[0024]如圖1和圖2所示，所述空氣余氣混合器11設有風扇及溫度感應器，風扇用于將外界空氣扇入空氣余氣混合器11，溫度感應器用于檢測空氣余氣混合器11內的混合氣體溫度，該混合氣體溫度范圍為15?60 °C。
[0025]如圖1和圖2所示，所述輸送栗6與重整器7之間的輸送管道上設有換熱器18，低溫的甲醇和水原料在換熱器18中，與重整器7輸出的高溫氫氣進行換熱，甲醇和水原料溫度升高，氫氣溫度降低。
[0026]所述氫氣純化裝置為在多孔陶瓷表面真空鍍鈀銀合金的膜分離裝置，鍍膜層為鈀銀合金，鈀銀合金的質量百分比鈀占75%-78%，銀占22%-25%。
[0027]如圖1和圖2所示，所述燃料電池房車的熱栗熱水器系統還包括緩沖蓄電池19，該緩沖蓄電池19的充電端連接電力轉換系統9，該緩沖蓄電池19可為房車馬達10供電。通過使用燃料電池房車的控制裝置，根據房車馬達10的負荷緩沖蓄電池的蓄電量，將燃料電池8所發出的電供給房車馬達10和緩沖蓄電池19。具體而言，例如在加速時等情況下，房車馬達10負荷大的時候，向房車馬達10供給來自燃料電池8和緩沖畜電池19的電，或者減速、制動時等情況下，將燃料電池8產生的電的一部分為緩沖蓄電池19充電。
[0028]上述燃料電池房車的熱栗熱水器系統的制熱方法，包括以下步驟:
[0029]a.重整器在運行過程中，發生甲醇水重整制氫反應，制得的氫氣輸向燃料電池，在燃料電池內，氫氣與空氣中的氧氣發生電化學反應，產生電能輸出，與此同時，從重整器的排氣囪口排出高溫余氣；
[0030]b.高溫余氣排向空氣余氣混合器，并與外界空氣混合成中溫混合氣體輸向蒸發器，在蒸發器中，中溫混合氣體與工質換熱，工質蒸發吸熱，中溫混合氣體轉化成低溫混合氣體后排出;燃料電池輸出的電能經電力轉換系統轉換后，為壓縮機、輸送栗及房車馬達供電；
[0031 ] c.蒸發的工質經壓縮機壓縮后壓力和溫度迅速上升，高溫蒸氣通過冷凝器冷凝成液體時，釋放出的熱量傳遞給水，冷凝后的傳熱工質通過膨脹閥返回到蒸發器，然后再被蒸發，如此循環往復。
[0032]優選地，空氣余氣混合器中的溫度傳感器實時檢測混合氣體溫度，并將溫度信息反饋給控制裝置，控制裝置通過風扇調整外界空氣的送入量，以控制混合氣體的溫度范圍在15?60°C內。
[0033]以上所述，僅是本實用新型較佳實施方式，凡是依據本實用新型的技術方案對以上的實施方式所作的任何細微修改、等同變化與修飾，均屬于本實用新型技術方案的范圍內。
【主權項】
1.一種燃料電池房車的熱栗熱水器系統，其特征在于:包括壓縮機、冷凝器、電子膨脹閥、蒸發器、甲醇水儲存容器、輸送栗、重整器、燃料電池、電力轉換系統、房車馬達及空氣余氣混合器;所述壓縮機、冷凝器、電子膨脹閥與蒸發器之間形成熱栗熱水器系統的工質輸送回路;所述甲醇水儲存容器儲存有液態的甲醇水原料;所述輸送栗用于將甲醇水儲存容器中的甲醇水原料通過輸送管道栗送至重整器的重整室;重整器設有重整室、氫氣純化裝置、燃燒腔及排氣囪口，所述重整室用于甲醇與水蒸氣發生重整制氫反應制得氫氣和二氧化碳的混合氣體，所述氫氣純化裝置用于分離出制得的氫氣，該氫氣輸向燃料電池，所述燃燒腔用于部分制得的氫氣與外界空氣中的氧氣燃燒，為重整器的運行提供熱量;所述氫氣純化裝置分離之后的二氧化碳、燃燒腔內氫氣氧氣燃燒產生的水汽以及外界空氣中的未燃燒氣體混合成高溫余氣，從排氣囪口排向空氣余氣混合器;所述空氣余氣混合器用于將外界空氣與高溫余氣混合成中溫混合氣體，輸向蒸發器;所述燃料電池用于氫氣與空氣中的氧氣發生電化學反應，產生電能輸出；所述電力轉換系統用于將燃料電池輸出的電能轉換為負載所需求的電，為壓縮機、輸送栗及房車馬達供電;所述房車馬達用于驅動車軸旋轉而使房車行駛。2.根據權利要求1所述的燃料電池房車的熱栗熱水器系統，其特征在于:所述壓縮機與蒸發器之間設有汽液分離器，所述冷凝器與電子膨脹閥之間設有過濾器，所述電子膨脹閥與蒸發器之間也設有過濾器。3.根據權利要求1所述的燃料電池房車的熱栗熱水器系統，其特征在于:該熱栗熱水器系統還包括水箱及循環栗，在循環栗的驅動下，水箱底部的冷水輸向冷凝器，在冷凝器中，冷水吸收工質冷凝后所釋放的熱量變成熱水，輸回水箱上部;所述燃料電池輸出的電能經電力轉換系統轉換后，還為循環栗供電。4.根據權利要求1所述的燃料電池房車的熱栗熱水器系統，其特征在于:所述冷凝器包括水箱及輸送工質的盤管，所述盤管外繞于水箱外側。5.根據權利要求1所述的燃料電池房車的熱栗熱水器系統，其特征在于:所述空氣余氣混合器設有風扇及溫度感應器，風扇用于將外界空氣扇入空氣余氣混合器，溫度感應器用于檢測空氣余氣混合器內的混合氣體溫度，該混合氣體溫度范圍為15?60°C。6.根據權利要求1所述的燃料電池房車的熱栗熱水器系統，其特征在于:所述輸送栗與重整器之間的輸送管道上設有換熱器，低溫的甲醇和水原料在換熱器中，與重整器輸出的高溫氫氣進行換熱，甲醇和水原料溫度升高，氫氣溫度降低。7.根據權利要求1所述的燃料電池房車的熱栗熱水器系統，其特征在于:所述氫氣純化裝置為在多孔陶瓷表面真空鍍鈀銀合金的膜分離裝置，鍍膜層為鈀銀合金。8.根據權利要求1所述的燃料電池房車的熱栗熱水器系統，其特征在于:還包括緩沖蓄電池，該緩沖蓄電池的充電端連接電力轉換系統，該緩沖蓄電池可為房車馬達供電。
【文檔編號】F24H4/02GK205573730SQ201620344379
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年4月23日
【發明人】向華
【申請人】廣東合即得能源科技有限公司