一种质子交换膜燃料电池空气取水装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种质子交换膜燃料电池空气取水装置，包括质子交换膜燃料电池系统、蒸气压缩式制冷系统、水蒸气冷凝器、汽水分离器和水处理系统。所述质子交换膜燃料电池系统生成直流电，驱动蒸气压缩式制冷系统工作，在制冷系统的冷板蒸发器表面获得低温，从而冷凝空气中的水蒸气；同时，所述质子交换膜燃料电池系统的电堆排出的空气乏气在经过水蒸气冷凝器时，冷凝为汽水混合物，并通过汽水分离器分离为水和气体，从而达到回收燃料电池反应水的目的。本发明专利技术综合将空气中的水蒸气和燃料电池排放的空气乏气中的水蒸气冷凝为液态水，水的产量大大提高，为紧急情况下饮用水的供应提供了有效保障。

Air intake device for proton exchange membrane fuel cell

The invention discloses a proton exchange membrane fuel cell air intake device, including proton exchange membrane fuel cell system, a vapor compression refrigeration system, steam condenser, separator and water treatment system. The proton exchange membrane fuel cell system for generating DC driven vapor compression refrigeration system work, obtained at low temperature in the cold plate surface of the evaporator of the refrigeration system, thereby condensing the water vapor in the air; at the same time, the proton exchange membrane fuel cell system stack exhaust air in the exhaust gas through the steam condenser. For the condensation of steam water mixtures, and the separation of water and gas through the separator, so as to achieve the purpose of water recycling fuel cell reaction. The invention integrates the water vapor in the air and the water vapor in the exhausted air of the fuel cell into liquid water, greatly improves the output of water, and provides an effective guarantee for the supply of drinking water in an emergency.

【技术实现步骤摘要】
一种质子交换膜燃料电池空气取水装置
本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种质子交换膜燃料电池空气取水装置。
技术介绍
在沙漠、海岛等地，如何获取淡水是一个重要课题。在某些场合，燃料的储备充足，但是淡水的供应紧缺，因此，考虑利用一部分燃料来制取淡水具有重要意义。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的实施例提供了一种用燃料供给燃料电池发电，进而获取淡水的质子交换膜燃料电池空气取水装置。本专利技术的实施例提供一种质子交换膜燃料电池空气取水装置，包括质子交换膜燃料电池系统、蒸气压缩式制冷系统、水蒸气冷凝器和汽水分离器，所述质子交换膜燃料电池系统生成直流电，所述直流电被转换成稳定直流电，所述稳定直流电驱动蒸气压缩式制冷系统工作，所述质子交换膜燃料电池系统生成直流电后的空气乏气排到水蒸气冷凝器中，所述空气乏气冷凝为汽水混合物，所述汽水混合物通过汽水分离器分离为水和气体，所述水从汽水分离器的底部流出，所述气体从汽水分离器的顶部流出，并排入空气中。进一步，所述质子交换膜燃料电池系统包括氢气供应回路、空气供应回路、质子交换膜燃料电池电堆和直流-直流变换器，所述氢气供应回路和空气供应回路均连接质子交换膜燃料电池电堆，所述氢气供应回路供应氢气，所述空气供应回路供应空气，氢气和空气中的氧气在质子交换膜燃料电池电堆中发生反应生成直流电，所述直流-直流变换器将直流电转换成稳定直流电，反应后剩余的微量氢气经第一电磁阀排出到空气中。进一步，所述氢气供应回路包括高压储氢容器、减压阀、单向阀、手动截止阀和防爆电磁阀，所述高压储氢容器、减压阀、单向阀、手动截止阀和防爆电磁阀依次连接，氢气从高压储氢容器出来，依次经过减压阀、单向阀、手动截止阀和防爆电磁阀进入质子交换膜燃料电池电堆；所述空气供应回路包括空气滤清器和空气增压装置，所述空气滤清器和空气增压装置依次连接，空气经过空气滤清器处理后进入空气增压装置，所述空气增压装置将空气升压，并送入质子交换膜燃料电池电堆。进一步，所述汽水分离器为旋风式分离器，所述汽水混合物从旋风式分离器的顶部圆周的切向流入，所述汽水混合物在旋风分离器气流的作用下高速旋转，密度大的水在离心力作用下被甩向筒壁，并在重力作用下沿筒壁下落流至旋风分离器的底部流出，密度小的气体在旋风分离器的内部收缩并向中心流动，向上形成二次涡流，从旋风分离器的顶部流出。进一步，所述蒸气压缩式制冷系统包括直流制冷压缩机、蒸发器、节流元件和冷凝器，所述直流制冷压缩机、蒸发器、节流元件和冷凝器依次连接构成回路，所述蒸发器的下方设有水处理系统，所述稳定直流电驱动直流制冷压缩机运转，直流制冷压缩机将制冷剂气体压缩为高温高压气体，所述高温高压气进入冷凝器，所述高温高压气在冷凝器中冷凝成高温高压液体，所述高温高压液体流经节流元件变为低温低压的气液混合物，所述气液混合物流入蒸发器，所述气液混合物在蒸发器中吸收蒸发器外侧空气的热量，并再次蒸发为制冷剂气体，所述直流制冷压缩机的吸气口将制冷剂气体吸入直流制冷压缩机内，制冷剂气体在直流制冷压缩机内再次被压缩，所述蒸发器外侧的空气冷凝成水珠，所述水珠在重力的作用下滴到蒸发器下方的水处理系统上。进一步，蒸发器的一侧设有风扇，所述风扇驱动空气流向蒸发器的外侧，所述蒸气压缩式制冷系统还包括干燥过滤器，所述干燥过滤器设在冷凝器和节流元件之间，所述干燥过滤器过滤高温高压液体中的杂质和水分。进一步，所述冷凝器为冷媒—水换热器，所述节流元件为毛细管、热力膨胀阀或电子膨胀阀，所述蒸发器为冷板蒸发器，所述冷板蒸发器包括平板和制冷剂流道，所述制冷剂流道设在平板的内部，所述制冷剂流道的两端分别连通直流制冷压缩机和节流元件，所述冷板蒸发器的外表面与空气直接接触，所述冷板蒸发器采用直立放置或倾斜放置。进一步，所述水处理系统包括集水盘、紫外线发生装置、水过滤器和取水阀，所述紫外线发生装置设在集水盘的上方侧面，所述集水盘的底部设有水管，所述水管上设有水过滤器和取水阀，所述集水盘接从蒸发器滴下的水珠，同时，所述汽水混合物通过汽水分离器分离得到的水也流入集水盘中，所述集水盘中的水通过紫外线发生装置杀菌处理，再流至水过滤器进行过滤处理，即得到纯净水，所述取水阀控制纯净水的流出。进一步，所述质子交换膜燃料电池空气取水装置还包括辅助散热系统，所述辅助散热系统通过水蒸气冷凝器连通质子交换膜燃料电池系统，所述质子交换膜燃料电池系统、冷凝器和辅助散热系统依次连通，所述辅助散热系统供应给质子交换膜燃料电池系统的水先流入水蒸气冷凝器，再流入质子交换膜燃料电池系统并让水吸收质子交换膜燃料电池系统的反应热，吸收了质子交换膜燃料电池系统反应热的水从质子交换膜燃料电池系统中流出，并流入冷凝器带走冷凝热，再流回辅助散热系统中被冷却，所述辅助散热系统将冷却后的水循环供应给质子交换膜燃料电池系统。进一步，所述辅助散热系统包括散热器、散热风机和水泵，所述散热风机加速散热器外部空气的对流，所述水泵连通水蒸气冷凝器，所述水泵从散热器的底部抽水，并泵入水蒸气冷凝器中，再进入质子交换膜燃料电池系统；所述辅助散热系统还包括膨胀水箱，所述膨胀水箱连通散热器，所述膨胀水箱为散热器供水并提供水温变化时所需的体积膨胀空间。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术综合将空气中的水蒸气和燃料电池排放的空气乏气中的水蒸气冷凝为液态水，进而获取淡水，在缺乏饮用水的情况下，可以提供干净的饮用水，可广泛应用于沙漠、海岛等缺乏淡水的地区，尤其是对于沙漠、海岛地区的军事设施来说具有一定的应用价值；同时，本专利技术可在水源被严重污染的地区作为紧急淡水来源使用；在远洋LNG(液化天然气)运输船上，本专利技术所述技术方案也可以作为一种紧急情况下的淡水供应措施。附图说明图1是本专利技术一实施例的组成示意图。图2是图1中汽水分离器的外观示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地描述。请参考图1，本专利技术的实施例一种提供了质子交换膜燃料电池空气取水装置，包括质子交换膜燃料电池系统1、蒸气压缩式制冷系统2、水蒸气冷凝器3、汽水分离器4和水处理系统5。质子交换膜燃料电池系统1包括氢气供应回路11、空气供应回路12、质子交换膜燃料电池电堆13和直流-直流变换器14，氢气供应回路11和空气供应回路12均连接质子交换膜燃料电池电堆13。氢气供应回路11供应氢气，氢气供应回路11包括高压储氢容器111、减压阀112、单向阀113、手动截止阀114和防爆电磁阀115，高压储氢容器111、减压阀112、单向阀113、手动截止阀114和防爆电磁阀115依次连接，氢气从高压储氢容器111出来，依次经过减压阀112、单向阀113、手动截止阀114和防爆电磁阀115进入质子交换膜燃料电池电堆13。空气供应回路12供应空气，空气供应回路12包括空气滤清器121和空气增压装置122，空气滤清器121和空气增压装置122依次连接，空气经过空气滤清器121处理后进入空气增压装置122，空气增压装置122将空气升压，并送入质子交换膜燃料电池电堆13。氢气和空气中的氧气在质子交换膜燃料电池电堆13中发生反应生成直流电，质子交换膜燃料电池系统13生成直流电后的空气乏气排到水蒸气冷凝器3中，空气乏气冷凝为汽水混本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种质子交换膜燃料电池空气取水装置，其特征在于，包括质子交换膜燃料电池系统、蒸气压缩式制冷系统、水蒸气冷凝器和汽水分离器，所述质子交换膜燃料电池系统生成直流电，所述直流电被转换成稳定直流电，所述稳定直流电驱动蒸气压缩式制冷系统工作，所述质子交换膜燃料电池系统生成直流电后的空气乏气排到水蒸气冷凝器中，所述空气乏气冷凝为汽水混合物，所述汽水混合物通过汽水分离器分离为水和气体，所述水从汽水分离器的底部流出，所述气体从汽水分离器的顶部流出，并排入空气中。

【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜燃料电池空气取水装置，其特征在于，包括质子交换膜燃料电池系统、蒸气压缩式制冷系统、水蒸气冷凝器和汽水分离器，所述质子交换膜燃料电池系统生成直流电，所述直流电被转换成稳定直流电，所述稳定直流电驱动蒸气压缩式制冷系统工作，所述质子交换膜燃料电池系统生成直流电后的空气乏气排到水蒸气冷凝器中，所述空气乏气冷凝为汽水混合物，所述汽水混合物通过汽水分离器分离为水和气体，所述水从汽水分离器的底部流出，所述气体从汽水分离器的顶部流出，并排入空气中。2.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池空气取水装置，其特征在于，所述质子交换膜燃料电池系统包括氢气供应回路、空气供应回路、质子交换膜燃料电池电堆和直流-直流变换器，所述氢气供应回路和空气供应回路均连接质子交换膜燃料电池电堆，所述氢气供应回路供应氢气，所述空气供应回路供应空气，氢气和空气中的氧气在质子交换膜燃料电池电堆中发生反应生成直流电，所述直流-直流变换器将直流电转换成稳定直流电，反应后剩余的微量氢气经第一电磁阀排出到空气中。3.根据权利要求2所述的质子交换膜燃料电池空气取水装置，其特征在于，所述氢气供应回路包括高压储氢容器、减压阀、单向阀、手动截止阀和防爆电磁阀，所述高压储氢容器、减压阀、单向阀、手动截止阀和防爆电磁阀依次连接，氢气从高压储氢容器出来，依次经过减压阀、单向阀、手动截止阀和防爆电磁阀进入质子交换膜燃料电池电堆；所述空气供应回路包括空气滤清器和空气增压装置，所述空气滤清器和空气增压装置依次连接，空气经过空气滤清器处理后进入空气增压装置，所述空气增压装置将空气升压，并送入质子交换膜燃料电池电堆。4.根据权利要求2所述的质子交换膜燃料电池空气取水装置，其特征在于，所述汽水分离器为旋风式分离器，所述汽水混合物从旋风式分离器的顶部圆周的切向流入，所述汽水混合物在旋风分离器气流的作用下高速旋转，密度大的水在离心力作用下被甩向筒壁，并在重力作用下沿筒壁下落流至旋风分离器的底部流出，密度小的气体在旋风分离器的内部收缩并向中心流动，向上形成二次涡流，从旋风分离器的顶部流出。5.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池空气取水装置，其特征在于，所述蒸气压缩式制冷系统包括直流制冷压缩机、蒸发器、节流元件和冷凝器，所述直流制冷压缩机、蒸发器、节流元件和冷凝器依次连接构成回路，所述蒸发器的下方设有水处理系统，所述稳定直流电驱动直流制冷压缩机运转，直流制冷压缩机将制冷剂气体压缩为高温高压气体，所述高温高压气进入冷凝器，所述高温高压气在冷凝器中冷凝成高温高压液体，所述高温高压液体流经节流元件变为低温低压的气液混合物，所述气液混合物流入蒸发器，所述气...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝义国，杨宇飞，柴国民，欧阳瑞，吴波，熊钢，
申请(专利权)人：武汉地质资源环境工业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42