本實(shí)用新型涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種燃料電池空氣取水裝置。

背景技術(shù)：

在沙漠、海島等地，如何獲取淡水是一個(gè)重要課題。在某些場(chǎng)合，燃料的儲(chǔ)備充足，但是淡水的供應(yīng)緊缺，因此，考慮利用一部分燃料來(lái)制取淡水對(duì)于緊急情況下的飲水保障具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實(shí)用新型的實(shí)施例提供了一種利用燃料供給燃料電池發(fā)電，進(jìn)而獲取淡水的燃料電池空氣取水裝置。

本實(shí)用新型的實(shí)施例提供一種燃料電池空氣取水裝置，包括燃料電池系統(tǒng)、凝水處理系統(tǒng)和蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)，所述蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)包括直流制冷壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流元件和蒸發(fā)器，所述直流制冷壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流元件和蒸發(fā)器依次連接構(gòu)成制冷劑回路，所述燃料電池系統(tǒng)生成直流電，所述直流電被轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定直流電，所述穩(wěn)定直流電驅(qū)動(dòng)直流制冷壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，所述凝水處理系統(tǒng)設(shè)在蒸發(fā)器的下方，所述蒸發(fā)器外側(cè)的空氣向蒸發(fā)器放熱，所述蒸發(fā)器外側(cè)的空氣在蒸發(fā)器的表面冷凝成水珠，所述水珠滴落在凝水處理系統(tǒng)上，所述水珠經(jīng)凝水處理系統(tǒng)處理后輸出。

進(jìn)一步，所述燃料電池系統(tǒng)包括氫氣供應(yīng)回路、空氣供應(yīng)回路、燃料電池電堆和直流-直流變換器，所述氫氣供應(yīng)回路和空氣供應(yīng)回路均連接燃料電池電堆，所述氫氣供應(yīng)回路供應(yīng)氫氣，所述空氣供應(yīng)回路供應(yīng)空氣，氫氣和空氣中的氧氣在燃料電池電堆中發(fā)生反應(yīng)生成直流電，所述直流-直流變換器將直流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定直流電，反應(yīng)后剩余的微量氫氣經(jīng)第一電磁閥排出到空氣中，反應(yīng)后的空氣乏氣排放到空氣中。

進(jìn)一步，所述氫氣供應(yīng)回路包括高壓儲(chǔ)氫容器、減壓閥、單向閥、手動(dòng)截止閥和防爆電磁閥，所述高壓儲(chǔ)氫容器、減壓閥、單向閥、手動(dòng)截止閥和防爆電磁閥依次連接，氫氣從高壓儲(chǔ)氫容器出來(lái)，依次經(jīng)過(guò)減壓閥、單向閥、手動(dòng)截止閥和防爆電磁閥進(jìn)入質(zhì)子交換膜燃料電池電堆；所述空氣供應(yīng)回路包括空氣濾清器和空氣壓縮機(jī)，所述空氣濾清器和空氣壓縮機(jī)依次連接，空氣經(jīng)過(guò)空氣濾清器處理后進(jìn)入空氣壓縮機(jī)，所述空氣壓縮機(jī)將空氣升壓，并送入燃料電池電堆。

進(jìn)一步，所述燃料電池空氣取水裝置還包括輔助散熱系統(tǒng)，所述輔助散熱系統(tǒng)、燃料電池系統(tǒng)和冷凝器依次連通構(gòu)成冷卻水回路，所述輔助散熱系統(tǒng)向燃料電池系統(tǒng)供應(yīng)冷卻水并讓冷卻水吸收燃料電池系統(tǒng)的反應(yīng)熱，吸收了燃料電池系統(tǒng)反應(yīng)熱的冷卻水從燃料電池系統(tǒng)中流出，并流入冷凝器帶走冷凝熱，再流回輔助散熱系統(tǒng)中被冷卻，所述輔助散熱系統(tǒng)將冷卻后的冷卻水循環(huán)供應(yīng)給燃料電池系統(tǒng)。

進(jìn)一步，所述輔助散熱系統(tǒng)包括散熱器、散熱風(fēng)機(jī)、水泵和旁通閥，所述散熱風(fēng)機(jī)加速散熱器外部空氣的對(duì)流，所述旁通閥和散熱器并聯(lián)，所述水泵從散熱器的底部抽冷卻水，并泵入燃料電池系統(tǒng)，所述散熱器中的冷卻水的水溫通過(guò)散熱風(fēng)機(jī)和旁通閥調(diào)節(jié)，當(dāng)冷卻水的水溫較高時(shí)，散熱風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速加大，同時(shí)旁通閥關(guān)閉；當(dāng)冷卻水的水溫較低時(shí)，散熱風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速減小，同時(shí)旁通閥打開(kāi)；所述輔助散熱系統(tǒng)還包括膨脹水箱和水過(guò)濾器，所述膨脹水箱連通散熱器，所述膨脹水箱為散熱器供應(yīng)冷卻水并提供冷卻水的水溫變化時(shí)所需的體積膨脹空間，所述水過(guò)濾器設(shè)在水泵和散熱器之間。

進(jìn)一步，所述冷凝器為冷媒—水換熱器，所述節(jié)流元件為毛細(xì)管、熱力膨脹閥或電子膨脹閥，所述蒸發(fā)器為冷板蒸發(fā)器，所述冷板蒸發(fā)器包括平板和制冷劑流道，所述制冷劑流道設(shè)在平板的內(nèi)部，所述制冷劑流道的兩端分別連通直流制冷壓縮機(jī)和節(jié)流元件，所述冷板蒸發(fā)器的外表面與空氣直接接觸，所述冷板蒸發(fā)器采用直立放置或傾斜放置。

進(jìn)一步，所述直流制冷壓縮機(jī)將制冷劑氣體壓縮為高溫高壓氣體，所述高溫高壓氣進(jìn)入冷凝器，所述高溫高壓氣在冷凝器中冷凝成高溫高壓液體，所述高溫高壓液體流經(jīng)節(jié)流元件變?yōu)榈蜏氐蛪旱臍庖夯旌衔铮鰵庖夯旌衔锪魅胝舭l(fā)器，所述氣液混合物在蒸發(fā)器中吸收蒸發(fā)器外側(cè)空氣的熱量，并再次蒸發(fā)為制冷劑氣體，所述直流制冷壓縮機(jī)的吸氣口將制冷劑氣體吸入直流制冷壓縮機(jī)內(nèi)，制冷劑氣體在直流制冷壓縮機(jī)內(nèi)再次被壓縮，所述蒸發(fā)器外側(cè)的空氣在蒸發(fā)器的表面冷凝成水珠，所述水珠在重力的作用下滴到蒸發(fā)器下方的凝水處理系統(tǒng)上。

進(jìn)一步，所述蒸發(fā)器的一側(cè)設(shè)有風(fēng)扇，所述風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)空氣流向蒸發(fā)器的外側(cè)，所述蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)還包括干燥過(guò)濾器，所述干燥過(guò)濾器設(shè)在冷凝器和節(jié)流元件之間，所述干燥過(guò)濾器過(guò)濾高溫高壓液體中的雜質(zhì)和水分。

進(jìn)一步，所述凝水處理系統(tǒng)包括接水盤(pán)、紫外線發(fā)生裝置、水過(guò)濾器和取水閥，所述紫外線發(fā)生裝置設(shè)在接水盤(pán)的上方，所述接水盤(pán)的底部設(shè)有水管，所述水管上設(shè)有水過(guò)濾器和取水閥，所述接水盤(pán)接從蒸發(fā)器滴下的水珠，落在接水盤(pán)中的水珠通過(guò)紫外線發(fā)生裝置殺菌處理，即得到純凈水，所述取水閥控制純凈水的流出。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果：利用燃料供給燃料電池發(fā)電，進(jìn)而獲取淡水，在缺乏飲用水的情況下，可以提供干凈的飲用水，可廣泛應(yīng)用于沙漠、海島等缺乏淡水的地區(qū)，尤其是對(duì)于沙漠、海島地區(qū)的軍事設(shè)施來(lái)說(shuō)具有一定的應(yīng)用價(jià)值；同時(shí)，本實(shí)用新型可在水源被嚴(yán)重污染的地區(qū)作為緊急淡水來(lái)源使用；在遠(yuǎn)洋LNG(液化天然氣)運(yùn)輸船上，本實(shí)用新型所述的技術(shù)方案也可以作為一種緊急情況下的淡水供應(yīng)措施。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施方式作進(jìn)一步地描述。

請(qǐng)參考圖1，本實(shí)用新型的實(shí)施例提供了一種燃料電池空氣取水裝置，包括燃料電池系統(tǒng)1、凝水處理系統(tǒng)2和蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)3。

燃料電池系統(tǒng)1包括氫氣供應(yīng)回路11、空氣供應(yīng)回路12、燃料電池電堆13和直流-直流變換器14，氫氣供應(yīng)回路11和空氣供應(yīng)回路12均連接燃料電池電堆13。

氫氣供應(yīng)回路11供應(yīng)氫氣，氫氣供應(yīng)回路11包括高壓儲(chǔ)氫容器111、減壓閥112、單向閥113、手動(dòng)截止閥114和防爆電磁閥115，高壓儲(chǔ)氫容器111、減壓閥112、單向閥113、手動(dòng)截止閥114和防爆電磁閥115依次連接，氫氣從高壓儲(chǔ)氫容器111出來(lái)，依次經(jīng)過(guò)減壓閥112、單向閥113、手動(dòng)截止閥114和防爆電磁閥115進(jìn)入燃料電池電堆13。

空氣供應(yīng)回路12供應(yīng)空氣，空氣供應(yīng)回路12包括空氣濾清器121和空氣壓縮機(jī)122，空氣濾清器121和空氣壓縮機(jī)122依次連接，空氣經(jīng)過(guò)空氣濾清器121處理后進(jìn)入空氣壓縮機(jī)122，空氣壓縮機(jī)122將空氣升壓，并送入燃料電池電堆13。

氫氣和空氣中的氧氣在燃料電池電堆13中發(fā)生反應(yīng)生成直流電，直流-直流變換器14將直流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定直流電，反應(yīng)后剩余的微量氫氣經(jīng)第一電磁閥116排出到空氣中，反應(yīng)后的空氣乏氣排放到空氣中。

蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)3包括直流制冷壓縮機(jī)31、冷凝器32、節(jié)流元件33和蒸發(fā)器34，直流制冷壓縮機(jī)31、冷凝器32、節(jié)流元件33和蒸發(fā)器34依次連接構(gòu)成制冷劑回路，穩(wěn)定直流電驅(qū)動(dòng)直流制冷壓縮機(jī)31運(yùn)轉(zhuǎn)，直流制冷壓縮機(jī)31將制冷劑氣體壓縮為高溫高壓氣體，高溫高壓氣進(jìn)入冷凝器32，高溫高壓氣在冷凝器32中冷凝成高溫高壓液體，高溫高壓液體流經(jīng)節(jié)流元件33變?yōu)榈蜏氐蛪旱臍庖夯旌衔?，氣液混合物流入蒸發(fā)器34，氣液混合物在蒸發(fā)器34中吸收蒸發(fā)器外側(cè)空氣的熱量，并再次蒸發(fā)為制冷劑氣體，直流制冷壓縮機(jī)31的吸氣口將制冷劑氣體吸入直流制冷壓縮機(jī)31內(nèi)，制冷劑氣體在直流制冷壓縮機(jī)31內(nèi)再次被壓縮。

在一實(shí)施例中，蒸發(fā)器34的一側(cè)設(shè)有風(fēng)扇(圖中未示出)，風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)空氣流向蒸發(fā)器34的外側(cè)，蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)3還包括干燥過(guò)濾器35，干燥過(guò)濾器35設(shè)在冷凝器32和節(jié)流元件33之間，干燥過(guò)濾器35過(guò)濾高溫高壓液體中的雜質(zhì)和水分。冷凝器32為冷媒—水換熱器，節(jié)流元件33為毛細(xì)管、熱力膨脹閥或電子膨脹閥，蒸發(fā)器34為冷板蒸發(fā)器，冷板蒸發(fā)器包括平板341和制冷劑流道342，制冷劑流道342設(shè)在平板341的內(nèi)部，制冷劑流道342的兩端分別連通直流制冷壓縮機(jī)31和節(jié)流元件33，冷板蒸發(fā)器的外表面與空氣直接接觸，冷板蒸發(fā)器采用直立放置或傾斜放置，優(yōu)選直立放置。

凝水處理系統(tǒng)2設(shè)在蒸發(fā)器34的下方，蒸發(fā)器34外側(cè)的空氣向蒸發(fā)器34放熱，蒸發(fā)器34外側(cè)的空氣在蒸發(fā)器34的表面冷凝成水珠，水珠在重力的作用下滴到蒸發(fā)器34下方的凝水處理系統(tǒng)2上，水珠經(jīng)凝水處理系統(tǒng)2處理后輸出。

凝水處理系統(tǒng)2包括接水盤(pán)21、紫外線發(fā)生裝置22、水過(guò)濾器23和取水閥24，紫外線發(fā)生裝置22設(shè)在接水盤(pán)21的上方，接水盤(pán)21的底部設(shè)有水管25，水管25上設(shè)有水過(guò)濾器23和取水閥24，接水盤(pán)21接從蒸發(fā)器34滴下的水珠，落在接水盤(pán)21中的水珠通過(guò)紫外線發(fā)生裝置22殺菌處理，再流至水過(guò)濾器23進(jìn)行過(guò)濾處理，即得到純凈水，取水閥24控制純凈水的流出。

燃料電池空氣取水裝置還包括輔助散熱系統(tǒng)4，輔助散熱系統(tǒng)4、燃料電池系統(tǒng)1和冷凝器32依次連通構(gòu)成冷卻水回路，輔助散熱系統(tǒng)4向燃料電池系統(tǒng)1供應(yīng)冷卻水并讓冷卻水吸收燃料電池系統(tǒng)1的反應(yīng)熱，吸收了燃料電池系統(tǒng)1反應(yīng)熱的冷卻水從燃料電池系統(tǒng)1中流出，并流入冷凝器32帶走冷凝熱，再流回輔助散熱系統(tǒng)4中被冷卻，輔助散熱系統(tǒng)4將冷卻后的冷卻水循環(huán)供應(yīng)給燃料電池系統(tǒng)1。

輔助散熱系統(tǒng)4包括散熱器41、散熱風(fēng)機(jī)42、水泵43和旁通閥44，散熱風(fēng)機(jī)42加速散熱器41外部空氣的對(duì)流，旁通閥44和散熱器41并聯(lián)，水泵43從散熱器41的底部抽冷卻水，并泵入燃料電池系統(tǒng)1，散熱器41中的冷卻水的水溫通過(guò)散熱風(fēng)機(jī)42和旁通閥44調(diào)節(jié)，當(dāng)冷卻水的水溫較高時(shí)，散熱風(fēng)機(jī)42的轉(zhuǎn)速加大，同時(shí)旁通閥44關(guān)閉；當(dāng)冷卻水的水溫較低時(shí)，散熱風(fēng)機(jī)42的轉(zhuǎn)速減小，同時(shí)旁通閥44打開(kāi)；輔助散熱系統(tǒng)4還包括膨脹水箱45和水過(guò)濾器46，膨脹水箱45連通散熱器41，膨脹水箱45為散熱器41供應(yīng)冷卻水并提供冷卻水的水溫變化時(shí)所需的體積膨脹空間，水過(guò)濾器46設(shè)在水泵43和散熱器41之間。

工作過(guò)程：氫氣和空氣中的氧氣在燃料電池電堆13中反應(yīng)生成直流電，反應(yīng)生成的直流電經(jīng)直流-直流變換器14轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定直流電，穩(wěn)定直流電驅(qū)動(dòng)直流制冷壓縮機(jī)31運(yùn)轉(zhuǎn)，直流制冷壓縮機(jī)31將制冷劑氣體壓縮為高溫高壓氣體，高溫高壓氣進(jìn)入冷凝器32，高溫高壓氣在冷凝器32中冷凝成高溫高壓液體，高溫高壓液體流經(jīng)節(jié)流元件33變?yōu)榈蜏氐蛪旱臍庖夯旌衔铮瑲庖夯旌衔锪魅胝舭l(fā)器34，氣液混合物在蒸發(fā)器34中吸收蒸發(fā)器外側(cè)空氣的熱量，并再次蒸發(fā)為制冷劑氣體，直流制冷壓縮機(jī)31的吸氣口將制冷劑氣體吸入直流制冷壓縮機(jī)31內(nèi)，制冷劑氣體在直流制冷壓縮機(jī)31內(nèi)再次被壓縮。同時(shí)，蒸發(fā)器34外側(cè)的空氣冷凝成水珠，水珠在重力的作用下滴到蒸發(fā)器34下方的接水盤(pán)21上，落在接水盤(pán)21中的水珠通過(guò)紫外線發(fā)生裝置22殺菌處理，再流至水過(guò)濾器23進(jìn)行過(guò)濾處理，即得到純凈水，取水閥24控制純凈水的流出。

同時(shí)，反應(yīng)過(guò)程中，水泵43從散熱器41的底部抽冷卻水，并泵入燃料電池系統(tǒng)1，散熱器41中的冷卻水的水溫通過(guò)散熱風(fēng)機(jī)42和旁通閥44調(diào)節(jié)，當(dāng)冷卻水的水溫較高時(shí)，散熱風(fēng)機(jī)42的轉(zhuǎn)速加大，同時(shí)旁通閥44關(guān)閉；當(dāng)冷卻水的水溫較低時(shí)，散熱風(fēng)機(jī)42的轉(zhuǎn)速減小，同時(shí)旁通閥44打開(kāi)，進(jìn)入燃料電池電堆13的冷卻水吸收燃料電池電堆13中的反應(yīng)熱，吸收了燃料電池系統(tǒng)1反應(yīng)熱的冷卻水從燃料電池系統(tǒng)1中流出，并流入冷凝器32帶走冷凝熱，再流回輔助散熱系統(tǒng)4中被冷卻，輔助散熱系統(tǒng)4將冷卻后的冷卻水循環(huán)供應(yīng)給燃料電池系統(tǒng)1。

本實(shí)用新型利用燃料供給燃料電池發(fā)電，進(jìn)而獲取淡水，在缺乏飲用水的情況下，可以提供干凈的飲用水，可廣泛應(yīng)用于沙漠、海島等缺乏淡水的地區(qū)，尤其是對(duì)于沙漠、海島地區(qū)的軍事設(shè)施來(lái)說(shuō)具有一定的應(yīng)用價(jià)值；同時(shí)，本實(shí)用新型可在水源被嚴(yán)重污染的地區(qū)作為緊急淡水來(lái)源使用；在遠(yuǎn)洋LNG(液化天然氣)運(yùn)輸船上，本實(shí)用新型所述的技術(shù)方案也可以作為一種緊急情況下的淡水供應(yīng)措施。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位詞是以附圖中零部件位于圖中以及零部件相互之間的位置來(lái)定義的，只是為了表達(dá)技術(shù)方案的清楚及方便。應(yīng)當(dāng)理解，所述方位詞的使用不應(yīng)限制本申請(qǐng)請(qǐng)求保護(hù)的范圍。

在不沖突的情況下，本文中上述實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互結(jié)合。

以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。