本發(fā)明涉及燃料電池技術領域，尤其涉及一種質子交換膜燃料電池水回收裝置。
背景技術：
在沙漠、海島等地，如何獲取淡水是一個重要課題。在某些場合，燃料的儲備充足，但是淡水的供應緊缺，因此，考慮利用一部分燃料來制取淡水具有重要意義。
技術實現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明的實施例提供了一種回收燃料電池反應后的水，并制取純凈水的質子交換膜燃料電池水回收裝置。
本發(fā)明的實施例提供一種質子交換膜燃料電池水回收裝置，包括質子交換膜燃料電池系統(tǒng)，所述質子交換膜燃料電池系統(tǒng)內陽極通入的氫氣和陰極通入的空氣反應生成直流電，所述質子交換膜燃料電池系統(tǒng)參與反應后的空氣乏氣排到水蒸氣冷凝器中，所述空氣乏氣冷凝為汽水混合物，所述汽水混合物通過汽水分離器分離為濕空氣和一次液態(tài)水，所述濕空氣從汽水分離器的頂部排入排汽管路，所述排汽管路連通分配器，所述排汽管路內的濕空氣通過分配器輸送到冷板蒸發(fā)器的表面，所述濕空氣和空氣中的水蒸氣在冷板蒸發(fā)器的表面冷凝為二次液態(tài)水，所述冷板蒸發(fā)器的下方設置有水處理系統(tǒng)，所述二次液態(tài)水從冷板蒸發(fā)器的表面下落至水處理系統(tǒng)，所述一次液態(tài)水從汽水分離器的底部流出，并排入水處理系統(tǒng)，所述一次液態(tài)水和所述二次液態(tài)水在水處理系統(tǒng)中被處理為可飲用的純凈水。
進一步，所述質子交換膜燃料電池系統(tǒng)包括氫氣供應回路、空氣供應回路和質子交換膜燃料電池電堆，所述氫氣供應回路和空氣供應回路均連接質子交換膜燃料電池電堆，所述氫氣供應回路供應氫氣，所述空氣供應回路供應空氣，氫氣和空氣中的氧氣在質子交換膜燃料電池電堆中發(fā)生反應生成直流電，反應后剩余的微量氫氣經(jīng)第一電磁閥排出到空氣中，反應后的空氣乏氣排到水蒸氣冷凝器中。
進一步，所述氫氣供應回路包括高壓儲氫容器、減壓閥、單向閥、手動截止閥和防爆電磁閥，所述高壓儲氫容器、減壓閥、單向閥、手動截止閥和防爆電磁閥依次連接，氫氣從高壓儲氫容器出來，依次經(jīng)過減壓閥、單向閥、手動截止閥和防爆電磁閥進入質子交換膜燃料電池電堆的陽極；所述空氣供應回路包括空氣過濾器和空氣增壓裝置，所述空氣過濾器和空氣增壓裝置依次連接，空氣經(jīng)過空氣過濾器處理后進入空氣增壓裝置，所述空氣增壓裝置將空氣升壓，并送入質子交換膜燃料電池電堆的陰極。
進一步，所述冷板蒸發(fā)器的表面與空氣直接接觸，所述冷板蒸發(fā)器的一側設有風扇，所述風扇驅動空氣和濕空氣流向冷板蒸發(fā)器的表面，所述冷板蒸發(fā)器采用直立放置或傾斜放置，使在冷板蒸發(fā)器表面冷凝的二次液態(tài)水在重力作用下能下落至水處理器系統(tǒng)。
進一步，所述冷板蒸發(fā)器包括平板和制冷劑流道，所述制冷劑流道設在平板的內部，所述制冷劑流道的兩端分別連通直流制冷壓縮機和節(jié)流元件，所述直流制冷壓縮機和節(jié)流元件均連通冷凝器，所述直流制冷壓縮機由質子交換膜燃料電池系統(tǒng)生成的直流電通過直流-直流變換器轉換為穩(wěn)定直流電后驅動，所述直流制冷壓縮機內設有制冷劑氣體，所述直流制冷壓縮機將制冷劑氣體壓縮為高溫高壓氣體，所述高溫高壓氣進入冷凝器，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?，所述氣液混合物流入冷板蒸發(fā)器，所述氣液混合物在冷板蒸發(fā)器中吸收流向冷板蒸發(fā)器表面空氣和濕空氣的熱量，并再次蒸發(fā)為制冷劑氣體，所述直流制冷壓縮機的吸氣口將制冷劑氣體吸入直流制冷壓縮機內，制冷劑氣體在直流制冷壓縮機內再次被壓縮，所述冷板蒸發(fā)器表面的空氣和濕空氣冷凝成二次液態(tài)水。
進一步，所述分配器為噴嘴、分流歧管或多孔板。
進一步，所述汽水分離器為旋風式分離器，所述汽水混合物從旋風式分離器的頂部圓周的切向流入，所述汽水混合物在旋風分離器氣流的作用下高速旋轉，密度大的一次液態(tài)水在離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風分離器的底部流出，密度小的濕空氣在旋風分離器的內部收縮并向中心流動，向上形成二次渦流，從旋風分離器的頂部排入排汽管路。
進一步，所述水處理系統(tǒng)包括集水盤、紫外線發(fā)生裝置、水過濾器和取水閥，所述集水盤的底部連通水管，所述水管上設有水過濾器和取水閥，所述一次液態(tài)水和所述二次液態(tài)水流入集水盤中，并在集水盤中經(jīng)紫外線發(fā)生裝置殺菌處理，再通過水管流至水過濾器進行過濾處理，即得到純凈水，所述取水閥控制純凈水的流出。
進一步，所述質子交換膜燃料電池水回收裝置還包括散熱系統(tǒng)，所述散熱系統(tǒng)、水蒸氣冷凝器、質子交換膜燃料電池系統(tǒng)和冷凝器依次連通構成冷卻水回路，所述散熱系統(tǒng)為水蒸氣冷凝器和質子交換膜燃料電池系統(tǒng)提供冷卻水，所述冷卻水在水蒸氣冷凝器和質子交換膜燃料電池系統(tǒng)中吸熱，吸熱后的冷卻水流向冷凝器，并帶走冷凝器中的冷凝熱，再流回散熱系統(tǒng)中被冷卻后循環(huán)供應給水蒸氣冷凝器和質子交換膜燃料電池系統(tǒng)。
進一步，所述散熱系統(tǒng)包括散熱器、散熱風機和水泵，所述水泵連通水蒸氣冷凝器，并泵入水蒸氣冷凝器中吸熱，再進入質子交換膜燃料電池系統(tǒng)中吸熱，吸熱后的冷卻水流向冷凝器，并帶走冷凝器中的冷凝熱，再流回散熱器，并通過散熱風機加速散熱器外部空氣的對流實現(xiàn)冷卻，所述散熱系統(tǒng)還包括膨脹水箱，所述膨脹水箱連通散熱器，所述膨脹水箱為散熱器提供冷卻水并提供冷卻水的水溫變化時所需的體積膨脹空間。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明將燃料電池排放的空氣乏氣中的水蒸氣冷凝為一次液態(tài)水，再將空氣和濕空氣冷凝得到二次液態(tài)水，進而獲取淡水，利用率大大提高，充分利用資源，節(jié)省能源，符合可持續(xù)發(fā)展的要求，在缺乏飲用水的情況下，可以提供干凈的飲用水，可廣泛應用于沙漠、海島等缺乏淡水的地區(qū)，尤其是對于沙漠、海島地區(qū)的軍事設施來說具有一定的應用價值；同時，本發(fā)明可在水源被嚴重污染的地區(qū)作為緊急淡水來源使用；在遠洋LNG(液化天然氣)運輸船上可以作為一種緊急情況下的淡水供應措施。
附圖說明
圖1是本發(fā)明一種質子交換膜燃料電池水回收裝置的一示意圖。
具體實施方式
為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地描述。
請參考圖1，本發(fā)明的實施例提供了一種質子交換膜燃料電池水回收裝置，包括質子交換膜燃料電池系統(tǒng)1，質子交換膜燃料電池系統(tǒng)1包括氫氣供應回路11、空氣供應回路12和質子交換膜燃料電池電堆13，氫氣供應回路11和空氣供應回路12均連接質子交換膜燃料電池電堆13。
氫氣供應回路11供應氫氣，氫氣供應回路11包括高壓儲氫容器111、減壓閥112、單向閥113、手動截止閥114和防爆電磁閥115，高壓儲氫容器111、減壓閥112、單向閥113、手動截止閥114和防爆電磁閥115依次連接，氫氣從高壓儲氫容器111出來，依次經(jīng)過減壓閥112、單向閥113、手動截止閥114和防爆電磁閥115進入質子交換膜燃料電池電堆13的陽極。
空氣供應回路12供應空氣，空氣供應回路12包括空氣過濾器121和空氣增壓裝置122，空氣過濾器121和空氣增壓裝置122依次連接，空氣經(jīng)過空氣過濾器處理121后進入空氣增壓裝置122，空氣增壓裝置122將空氣升壓，并送入質子交換膜燃料電池電堆13的陰極。
質子交換膜燃料電池系統(tǒng)13內陽極通入的氫氣和陰極通入的空氣反應生成直流電，在一實施例中，氫氣和空氣中的氧氣在質子交換膜燃料電池電堆13中發(fā)生反應生成直流電。
反應后剩余的微量氫氣經(jīng)第一電磁閥116排出到空氣中，反應后的空氣乏氣排到水蒸氣冷凝器2中，空氣乏氣冷凝為汽水混合物，汽水混合物通過汽水分離器3分離為濕空氣和一次液態(tài)水，濕空氣從汽水分離器3的頂部排入排汽管路4，一次液態(tài)水從汽水分離器3的底部流出。在一實施例中，汽水分離器3為旋風式分離器，汽水混合物從旋風式分離器的頂部圓周的切向流入，汽水混合物在旋風分離器3氣流的作用下高速旋轉，密度大的一次液態(tài)水在離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風分離器3的底部流出，密度小的濕空氣在旋風分離器3的內部收縮并向中心流動，向上形成二次渦流，從旋風分離器的頂部排入排汽管路4。
排汽管路4連通分配器5，在一實施例中，分配器5為噴嘴、分流歧管或多孔板。排汽管路4內的濕空氣通過分配器5輸送到冷板蒸發(fā)器7的表面，濕空氣和空氣中的水蒸氣在冷板蒸發(fā)器7的表面冷凝為二次液態(tài)水，冷板蒸發(fā)器7的下方設置有水處理系統(tǒng)6，二次液態(tài)水從冷板蒸發(fā)器7的表面下落至水處理系統(tǒng)6，一次液態(tài)水從汽水分離器3的底部流出，并排入水處理系統(tǒng)6中，在一實施例中，冷板蒸發(fā)器7的表面與空氣直接接觸，冷板蒸發(fā)器7的一側設有風扇71，風扇71驅動空氣和濕空氣流向冷板蒸發(fā)器7的表面，冷板蒸發(fā)器7采用直立放置或傾斜放置，使在冷板蒸發(fā)器7表面冷凝的二次液態(tài)水在重力作用下能下落至水處理器系統(tǒng)6。
在一實施例中，冷板蒸發(fā)器7包括平板72和制冷劑流道73，制冷劑流道73設在平板72的內部，制冷劑流道73的兩端分別連通直流制冷壓縮機74和節(jié)流元件75，直流制冷壓縮機74和節(jié)流元件75均連通冷凝器76，直流制冷壓縮機74由質子交換膜燃料電池系統(tǒng)1生成的直流電通過直流-直流變換器14轉換為穩(wěn)定直流電后驅動，直流制冷壓縮機74內設有制冷劑氣體，直流制冷壓縮機74將制冷劑氣體壓縮為高溫高壓氣體，高溫高壓氣進入冷凝器76，高溫高壓氣在冷凝器76中冷凝成高溫高壓液體，高溫高壓液體流經(jīng)節(jié)流元件75變?yōu)榈蜏氐蛪旱臍庖夯旌衔?，氣液混合物流入冷板蒸發(fā)器7，氣液混合物在冷板蒸發(fā)器7中吸收流向冷板蒸發(fā)器7表面空氣和濕空氣的熱量，并再次蒸發(fā)為制冷劑氣體，直流制冷壓縮機74的吸氣口將制冷劑氣體吸入直流制冷壓縮機74內，制冷劑氣體在直流制冷壓縮機74內再次被壓縮，冷板蒸發(fā)器7表面的空氣和濕空氣冷凝成二次液態(tài)水。
一次液態(tài)水和二次液態(tài)水在水處理系統(tǒng)6中被處理為可飲用的純凈水。水處理系統(tǒng)6包括集水盤61、紫外線發(fā)生裝置62、水過濾器63和取水閥64，集水盤61的底部連通水管65，水管65上設有水過濾器63和取水閥64，一次液態(tài)水和二次液態(tài)水流入集水盤61中，并在集水盤61中經(jīng)紫外線發(fā)生裝置62殺菌處理，再通過水管65流至水過濾器63進行過濾處理，即得到純凈水，取水閥64控制純凈水的流出。
質子交換膜燃料電池水回收裝置還包括散熱系統(tǒng)8，散熱系統(tǒng)8、水蒸氣冷凝器2、質子交換膜燃料電池系統(tǒng)1和冷凝器76依次連通構成冷卻水回路，散熱系統(tǒng)8為水蒸氣冷凝器2和質子交換膜燃料電池系統(tǒng)1提供冷卻水，冷卻水在水蒸氣冷凝器2和質子交換膜燃料電池系統(tǒng)1中吸熱，吸熱后的冷卻水流向冷凝器76，并帶走冷凝器76中的冷凝熱，再流回散熱系統(tǒng)8中被冷卻后循環(huán)供應給水蒸氣冷凝器2和質子交換膜燃料電池系統(tǒng)1。
散熱系統(tǒng)8包括散熱器81、散熱風機82和水泵83，水泵83連通水蒸氣冷凝器2，并泵入水蒸氣冷凝器2中吸熱，再進入質子交換膜燃料電池系統(tǒng)1中吸熱，吸熱后的冷卻水流向冷凝器76，并帶走冷凝器76中的冷凝熱，再流回散熱器81，并通過散熱風機82加速散熱器81外部空氣的對流實現(xiàn)冷卻，散熱系統(tǒng)8還包括膨脹水箱84，膨脹水箱84連通散熱器81，膨脹水箱84為散熱器81提供冷卻水并提供冷卻水的水溫變化時所需的體積膨脹空間。
工作過程：氫氣和空氣分別通過氫氣供應回路11和空氣供應回路12進入質子交換膜燃料電池電堆13，氫氣和空氣中的氧氣反應生成直流電，空氣中的氧氣參與反應，被消耗掉，而不能反應的乏氣則排到水蒸氣冷凝器2中，并冷凝為汽水混合物，汽水混合物通過汽水分離器3分離為一次液態(tài)水和濕空氣，濕空氣從汽水分離器3的頂部排入排汽管路4，排汽管路4內的濕空氣通過分配器5輸送到冷板蒸發(fā)器7的表面，濕空氣和空氣中的水蒸氣在冷板蒸發(fā)器7的表面冷凝為二次液態(tài)水，二次液態(tài)水從冷板蒸發(fā)器7的表面下落至水處理系統(tǒng)6，一次液態(tài)水從汽水分離器3的底部流出，并排入水處理系統(tǒng)6，一次液態(tài)水和二次液態(tài)水在水處理系統(tǒng)6中被處理為可飲用的純凈水。
同時，反應過程中，散熱系統(tǒng)8向水蒸氣冷凝器2和質子交換膜燃料電池電堆13循環(huán)供應冷卻水吸收水蒸氣冷凝器2的放熱和質子交換膜燃料電池電堆13中產(chǎn)生的反應熱，吸熱后的冷卻水流向冷凝器76，并帶走冷凝器76中的冷凝熱，再流回散熱系統(tǒng)8中被冷卻后循環(huán)供應給水蒸氣冷凝器2和質子交換膜燃料電池系統(tǒng)1。
本發(fā)明將燃料電池排放的空氣乏氣中的水蒸氣冷凝為一次液態(tài)水，再將空氣和濕空氣冷凝得到二次液態(tài)水，進而獲取淡水，利用率大大提高，充分利用資源，節(jié)省能源，符合可持續(xù)發(fā)展的要求，在缺乏飲用水的情況下，可以提供干凈的飲用水，可廣泛應用于沙漠、海島等缺乏淡水的地區(qū)，尤其是對于沙漠、海島地區(qū)的軍事設施來說具有一定的應用價值；同時，本發(fā)明可在水源被嚴重污染的地區(qū)作為緊急淡水來源使用；在遠洋LNG(液化天然氣)運輸船上可以作為一種緊急情況下的淡水供應措施。
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定義的，只是為了表達技術方案的清楚及方便。應當理解，所述方位詞的使用不應限制本申請請求保護的范圍。
在不沖突的情況下，本文中上述實施例及實施例中的特征可以相互結合。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。