CN111912251B - 一种质子交换膜燃料电池余热利用系统 - Google Patents

一种质子交换膜燃料电池余热利用系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及质子交换膜燃料电池领域，具体为一种质子交换膜燃料电池余热利用系统，包括降温水箱，降温水箱的顶板上固定连接有进气管和排气管，进气管的下端定轴转动连接有转筒，转筒上设置有用来对水液和空气混合搅拌的桨叶和搅拌杆，降温水箱的底部设置有用来控制热水输出的调节机构，降温水箱的外部设置有用来向降温水箱内输送冷水的水泵，降温水箱的内侧顶面固定有多个雾化喷嘴，水泵的出气端通过管路与多个雾化喷嘴相连接，调节机构与水泵电连接。该种质子交换膜燃料电池余热利用系统，提高热空气与水液的接触面积，提高降温效率的同时也提高对热空气的冷却均匀性，调节机构控制热水的输出以及冷却水的补充。

Description

一种质子交换膜燃料电池余热利用系统
技术领域
本发明涉及质子交换膜燃料电池领域，具体为一种质子交换膜燃料电池余热利用系统。
背景技术
质子交换膜燃料电池的工作原理是使用空气和氢气反应发电,对于大型电池所需要的空气量较大，因此需要由空气压缩机对空气进行压缩后，再进行增湿处理，然后再输送至电池内部供给阴极，由于被压缩后的空气处于高温状态,需要将空气冷却降温至合理温度，并将空气余热进行回收再利用,现有的对空气降温冷却的设备降温效果较差，对空气降温不均匀，从而对整个设备的余热回收利用效率较低，鉴于此，我们提出一种质子交换膜燃料电池余热利用系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种质子交换膜燃料电池余热利用系统，以解决上述背景技术中提出的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种质子交换膜燃料电池余热利用系统，包括用来对空气降温的降温水箱，降温水箱的顶板上固定连接有进气管和排气管，进气管和排气管均贯穿降温水箱的顶板，进气管的下端定轴转动连接有转筒，转筒上设置有用来对水液和空气混合搅拌的桨叶和搅拌杆，降温水箱的底部设置有用来控制热水输出的调节机构，降温水箱的外部设置有用来向降温水箱内输送冷水的水泵，降温水箱的内侧顶面固定有多个雾化喷嘴，水泵的出气端通过管路与多个雾化喷嘴相连接，调节机构与水泵电连接，调节机构包括固定在降温水箱侧壁底部的导热筒，导热筒内滑动连接有活塞板，导热筒位于活塞板左侧的一段位于降温水箱内部，导热筒的内壁上固定有限位块，限位块位于活塞板的右侧。
优选的，转筒与进气管共用中心轴线，并且均竖直方向设置，转筒的上端定轴转动连接再进气管下端的外侧壁上，转筒的下端外侧壁上固定有多个出气管，多个所述出气管沿转筒的圆周走向等间隔设置，且出气管与转筒相互垂直，出气管的侧壁底部开设有多个气孔，出气管的外侧壁上部固定有搅拌杆，搅拌杆与转筒的中心轴线相互平行。
优选的，转筒的内部设置有轴杆，轴杆与转筒共用中心轴线，轴杆的外侧壁固定连接有多个叶板，叶板与轴杆的中心轴线成35°-45°，叶板远离轴杆的一端与转筒的内壁固定连接。
优选的，进气管上套接有转盘，且转盘可在进气管上定轴转动，转盘的外侧壁上固定有多个延伸杆，延伸杆远离转盘的一端设置有桨叶。
优选的，延伸杆与进气管的中心轴线相互垂直，延伸杆远离转盘的一端下表面定轴转动连接有转轴，转轴与进气管的中心轴线相互平行，转轴的下端固定有桨叶，转轴上固定有齿轮一，齿轮一与固定于降温水箱内壁上的第三齿圈啮合连接。
优选的，转盘的底面固定有第一齿圈，进气管的外侧壁上定轴转动连接有齿轮二，转筒的上端面固定有第二齿圈，齿轮二分别与第一齿圈和第二齿圈啮合连接。
优选的，活塞板的右侧面固定有顶杆，导热筒的内壁底部固定有滑动变阻器，滑动变阻器位于活塞板的右侧，滑动变阻器上的滑片固定在顶杆远离活塞板的一端下侧，且滑片可与滑动变阻器抵扣接触，滑动变阻器和滑片与水泵电连接。
优选的，导热筒的上侧设置有输出热水的出水管，出水管与降温水箱内部相连通，出水管上连接有蝶阀，且蝶阀的阀杆上固定连接齿轮三。
优选的，导热筒位于降温水箱外侧的一段上部侧壁上开设有通槽，通槽内滑动连接有连杆，连杆一端与顶杆远离活塞板的一端上侧固定连接，连杆另一端位于导热筒外侧并且端头处固定连接齿条，齿条可与齿轮三啮合连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明中，通过转筒向降温水箱内的水液中输出热空气，并通过桨叶和搅拌杆对水液和热空气搅拌，从而提高热空气与水液的接触面积，提高降温效率的同时也提高对热空气的冷却均匀性，调节机构控制热水的输出以及冷却水的补充，实现对余热的回收再利用，并提高余热回收效率，通过水泵和雾化喷嘴对热空气进一步降温并增湿，从而实现自适应的调整，无需人为调控。
附图说明
图1为本发明的总装截面结构示意图；
图2为图1中的A-A截面结构示意图；
图3为本发明中的调节机构截面结构示意图。
图中：1、降温水箱；2、雾化喷嘴；3、转盘；4、第一齿圈；5、延伸杆；6、齿轮一；7、齿轮二；8、第二齿圈；9、转筒；10、搅拌杆；11、水泵；12、气孔；13、进气管；14、排气管；15、第三齿圈；16、转轴；17、桨叶；18、出气管；19、调节机构；20、通槽；21、叶板；22、轴杆；23、导热筒；24、活塞板；25、限位块；26、顶杆；27、滑动变阻器；28、滑片；29、连杆；30、出水管；31、齿轮三；32、齿条。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术工作人员员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1至图3，本发明提供一种技术方案：一种质子交换膜燃料电池余热利用系统，包括用来对空气降温的降温水箱1，降温水箱1的顶板上固定连接有进气管13和排气管14，进气管13和排气管14均贯穿降温水箱1的顶板，进气管13的下端定轴转动连接有转筒9，转筒9上设置有用来对水液和空气混合搅拌的桨叶17和搅拌杆10，降温水箱1的底部设置有用来控制热水输出的调节机构19，降温水箱1的外部设置有用来向降温水箱1内输送冷水的水泵11，降温水箱1的内侧顶面固定有多个雾化喷嘴2，水泵11的出气端通过管路与多个雾化喷嘴2相连接，调节机构19与水泵11电连接，水泵11的驱动电机采用调速电机，调节机构19包括固定在降温水箱1侧壁底部的导热筒23，导热筒23内滑动连接有活塞板24，导热筒23位于活塞板24左侧的一段位于降温水箱1内部，导热筒23的内壁上固定有限位块25，限位块25位于活塞板24的右侧，导热筒23内位于活塞板24左侧的空间填充有氦气。
本实施例中，转筒9与进气管13共用中心轴线，并且均竖直方向设置，转筒9的上端定轴转动连接再进气管13下端的外侧壁上，转筒9的下端外侧壁上固定有多个出气管18，多个所述出气管18沿转筒9的圆周走向等间隔设置，且出气管18与转筒9相互垂直，出气管18的侧壁底部开设有多个气孔12，出气管18的外侧壁上部固定有搅拌杆10，搅拌杆10与转筒9的中心轴线相互平行。
本实施例中，转筒9的内部设置有轴杆22，轴杆22与转筒9共用中心轴线，轴杆22的外侧壁固定连接有多个叶板21，叶板21与轴杆22的中心轴线成35°-45°，叶板21远离轴杆22的一端与转筒9的内壁固定连接。
本实施例中，进气管13上套接有转盘3，且转盘3可在进气管13上定轴转动，转盘3的外侧壁上固定有多个延伸杆5，延伸杆5远离转盘3的一端设置有桨叶17。
本实施例中，延伸杆5与进气管13的中心轴线相互垂直，延伸杆5远离转盘3的一端下表面定轴转动连接有转轴16，转轴16与进气管13的中心轴线相互平行，转轴16的下端固定有桨叶17，转轴16上固定有齿轮一6，齿轮一6与固定于降温水箱1内壁上的第三齿圈15啮合连接。
本实施例中，转盘3的底面固定有第一齿圈4，进气管13的外侧壁上定轴转动连接有齿轮二7，转筒9的上端面固定有第二齿圈8，齿轮二7分别与第一齿圈4和第二齿圈8啮合连接。
本实施例中，活塞板24的右侧面固定有顶杆26，导热筒23的内壁底部固定有滑动变阻器27，滑动变阻器27位于活塞板24的右侧，滑动变阻器27上的滑片28固定在顶杆26远离活塞板24的一端下侧，且滑片可与滑动变阻器27抵扣接触，滑动变阻器27和滑片28与水泵11电连接。
本实施例中，导热筒23的上侧设置有输出热水的出水管30，出水管30与降温水箱1内部相连通，出水管30上连接有蝶阀，且蝶阀的阀杆上固定连接齿轮三31。
本实施例中，导热筒23位于降温水箱1外侧的一段上部侧壁上开设有通槽20，通槽20内滑动连接有连杆29，连杆29一端与顶杆26远离活塞板24的一端上侧固定连接，连杆29另一端位于导热筒23外侧并且端头处固定连接齿条32，齿条32可与齿轮三31啮合连接。
本发明的使用方法和优点：该种质子交换膜燃料电池余热利用系统在工作时，工作过程如下：
空气压缩机将热空气经过进气管13输出至转筒9内，空气进入转筒9后对叶板21产生力的作用，从而通过叶板21带动转筒9转动，转筒9转动的同时带动出气管18和搅拌杆10转动，出气管18转动的同时将热空气经过气孔12输出至降温水箱1内部的水液内，热空气进入水液内后与水液接触，从而使得水液对热空气降温，出气管18输出热空气的同时并转动，从而使得热空气能够均匀的输出在水液底部，有助于提高热空气与水液的接触面积，提高降温效率的同时也提高对热空气的冷却均匀性，转筒9转动的同时通过第二齿圈8带动齿轮二7转动，从而使得齿轮二带动第一齿圈4和转盘3转动，且转盘3的转动方向与转筒9的转动方向相反，转盘3转动的同时通过延伸杆5和转轴16带动桨叶17绕进气管13的转动方向与转筒9相反，并对水液进行搅拌，从而使得桨叶17和搅拌杆10沿不同的方向对水液进行搅拌，从而使得热空气在水液中上升的过程中充分的与水液接触，提高降温效率和余热回收效率，在桨叶17绕进气管13转动的同时使得齿轮一6与第三齿圈15传动作用使得转轴16带动桨叶17同时绕齿轮一6的中心轴线转动，从而进一步的提高对水液和热空气的的搅拌效果，并提高余热回收效率。
当水液回收热空气的热量并温度升高时，热量经过导热筒23对导热筒23内部活塞板24左侧填充的氦气加热，使得氦气膨胀，并推动活塞板24带动顶杆26右移，如图3所示，顶杆26的右移通过连杆29带动齿条32右移，并且当齿条32与齿轮三31啮合时带动齿轮三31转动，从而使得齿轮三31带动蝶阀打开，使得降温水箱1内的热水经过出水管30输出，实现对余热的回收再利用，顶杆26的右移同步带动滑片28右移，并使得滑片28与滑动变阻器27接触，从而使得水泵11通电，使得水泵11通过雾化喷嘴2向降温水箱1内喷射雾化的冷水，雾化的冷水与上升的热空气接触后，进一步对热空气降温冷却，提高冷却效果，并且对降温后的空气进行增湿，然后由排气管14排出至质子交换膜燃料电池的阴极参与反应。
如上所述，降温水箱1内水液的温度越高，导热筒23内的氦气膨胀后推动活塞板24和顶杆26右移距离越大，从而通过齿条32和齿轮三31带动蝶阀打开程度越大，并且滑片28与滑动变阻器27的电阻越小，水泵11的工作功率越大提高冷水的输出效率，及时的向降温水箱1内补充冷水，从而实现自适应的调整，无需人为调控。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术工作人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种质子交换膜燃料电池余热利用系统，包括用来对空气降温的降温水箱（1），其特征在于：所述降温水箱（1）的顶板上固定连接有进气管（13）和排气管（14），所述进气管（13）和排气管（14）均贯穿降温水箱（1）的顶板，所述进气管（13）的下端定轴转动连接有转筒（9），所述转筒（9）上设置有用来对水液和空气混合搅拌的桨叶（17）和搅拌杆（10），所述降温水箱（1）的底部设置有用来控制热水输出的调节机构（19），所述降温水箱（1）的外部设置有用来向降温水箱（1）内输送冷水的水泵（11），所述降温水箱（1）的内侧顶面固定有多个雾化喷嘴（2），所述水泵（11）的出气端通过管路与多个雾化喷嘴（2）相连接，所述调节机构（19）与水泵（11）电连接；
所述调节机构（19）包括固定在降温水箱（1）侧壁底部的导热筒（23），所述导热筒（23）内滑动连接有活塞板（24），所述导热筒（23）位于活塞板（24）左侧的一段位于降温水箱（1）内部，所述导热筒（23）的内壁上固定有限位块（25），所述限位块（25）位于活塞板（24）的右侧。
2.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池余热利用系统，其特征在于：所述转筒（9）与进气管（13）共用中心轴线，并且均竖直方向设置，所述转筒（9）的上端定轴转动连接再进气管（13）下端的外侧壁上，所述转筒（9）的下端外侧壁上固定有多个出气管（18），多个所述出气管（18）沿转筒（9）的圆周走向等间隔设置，且出气管（18）与转筒（9）相互垂直，所述出气管（18）的侧壁底部开设有多个气孔（12），所述出气管（18）的外侧壁上部固定有搅拌杆（10），所述搅拌杆（10）与转筒（9）的中心轴线相互平行。
3.根据权利要求2所述的一种质子交换膜燃料电池余热利用系统，其特征在于：所述转筒（9）的内部设置有轴杆（22），所述轴杆（22）与转筒（9）共用中心轴线，所述轴杆（22）的外侧壁固定连接有多个叶板（21），所述叶板（21）与轴杆（22）的中心轴线成35°-45°，所述叶板（21）远离轴杆（22）的一端与转筒（9）的内壁固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种质子交换膜燃料电池余热利用系统，其特征在于：所述进气管（13）上套接有转盘（3），且转盘（3）可在进气管（13）上定轴转动，所述转盘（3）的外侧壁上固定有多个延伸杆（5），所述延伸杆（5）远离转盘（3）的一端设置有桨叶（17）。
5.根据权利要求4所述的一种质子交换膜燃料电池余热利用系统，其特征在于：所述延伸杆（5）与进气管（13）的中心轴线相互垂直，所述延伸杆（5）远离转盘（3）的一端下表面定轴转动连接有转轴（16），所述转轴（16）与进气管（13）的中心轴线相互平行，所述转轴（16）的下端固定有桨叶（17），所述转轴（16）上固定有齿轮一（6），所述齿轮一（6）与固定于降温水箱（1）内壁上的第三齿圈（15）啮合连接。
6.根据权利要求4所述的一种质子交换膜燃料电池余热利用系统，其特征在于：所述转盘（3）的底面固定有第一齿圈（4），所述进气管（13）的外侧壁上定轴转动连接有齿轮二（7），所述转筒（9）的上端面固定有第二齿圈（8），所述齿轮二（7）分别与第一齿圈（4）和第二齿圈（8）啮合连接。
7.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池余热利用系统，其特征在于：所述活塞板（24）的右侧面固定有顶杆（26），所述导热筒（23）的内壁底部固定有滑动变阻器（27），所述滑动变阻器（27）位于活塞板（24）的右侧，所述滑动变阻器（27）上的滑片（28）固定在顶杆（26）远离活塞板（24）的一端下侧，且滑片可与滑动变阻器（27）抵扣接触，所述滑动变阻器（27）和滑片（28）与水泵（11）电连接。
8.根据权利要求7所述的一种质子交换膜燃料电池余热利用系统，其特征在于：所述导热筒（23）的上侧设置有输出热水的出水管（30），所述出水管（30）与降温水箱（1）内部相连通，所述出水管（30）上连接有蝶阀，且蝶阀的阀杆上固定连接齿轮三（31）。
9.根据权利要求8所述的一种质子交换膜燃料电池余热利用系统，其特征在于：所述导热筒（23）位于降温水箱（1）外侧的一段上部侧壁上开设有通槽（20），所述通槽（20）内滑动连接有连杆（29），所述连杆（29）一端与顶杆（26）远离活塞板（24）的一端上侧固定连接，所述连杆（29）另一端位于导热筒（23）外侧并且端头处固定连接齿条（32），所述齿条（32）可与齿轮三（31）啮合连接。
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