CN206422191U - 一种基于温差发电的燃料电池余热回收系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种基于温差发电的燃料电池余热回收系统，包括温差发电装置、主控制器、稳压电路、用电输出端和燃料电池；温差发电装置的热端入水口与燃料电池冷却液出口套管相连，温差发电装置的热端出水口与燃料电池冷却液入口套管相连；温差发电装置冷面设置有强迫风冷方式散热装置；所述主控制器分别连接至温差发电装置、稳压电路、用电输出端和燃料电池信号电连接；温差发电装置产生的电能经稳压电路输出至用电输出端。本实用新型能够有效的对燃料电池的低品位余热进行二次发电，提高能量的综合利用率。

Description

一种基于温差发电的燃料电池余热回收系统
技术领域
本实用新型属于燃料电池应用技术领域，尤其涉及一种基于温差发电的燃料电池余热回收系统。
背景技术
燃料电池电堆工作温度大约在65℃左右，属于低品位余热，且有轨电车没有热水需求，加之空间极其紧张，因此唯一可能采用的余热利用技术就是低温半导体温差发电。
温差发电无需化学反应或流体介质，在发电过程中具有无噪音、无磨损、无介质泄露、体积小、重量轻、移动方便、使用寿命长等优点，在内燃机汽车尾气废热回收中得到高度关注。虽然燃料电池汽车废热难以利用，但燃料电池有轨电车采用温差发电存在两大优势：一是有轨电车功率等级高，产热总量大，且95％以上余热通过冷却循环水带走，便于废热集中利用；二是有轨电车空调系统在夏季时存在废冷排风，这部分冷风可以用于温差发电的冷源，因此可使冷热面尽可能保持较大温差(其中春秋冬三季以环境为冷端)。
同时随着热电材料的发展，具有更高优值的温差半导体材料将逐渐出现。因此利用温差发电对燃料电池有轨电车的低品位余热进行二次发电，可以有效的提高能量的利用率，在车辆节能环保方面具有巨大的发展潜力。
而现有技术中，并没有通过两者的特质将两者结合利用，无法有效对燃料电池的低品位余热进行二次发电，能量的利用率极低。
实用新型内容
为了克服现有技术方法的不足，本实用新型的目的在于提出一种基于温差发电的燃料电池余热回收系统，能够有效的对燃料电池的低品位余热进行二次发电，提高能量的综合利用率。
为实现以上目的，本实用新型采用技术方案是：一种基于温差发电的燃料电池余热回收系统，包括温差发电装置、主控制器、稳压电路、用电输出端和燃料电池；温差发电装置的热端入水口与燃料电池冷却液出口套管相连，温差发电装置的热端出水口与燃料电池冷却液入口套管相连；温差发电装置冷面设置有强迫风冷方式散热装置；所述主控制器分别与温差发电装置、稳压电路、用电输出端和燃料电池信号电连接；温差发电装置产生的电能经稳压电路输出至用电输出端。
进一步的是，所述的温差发电装置采用夹层结构，包括热端水箱、隔热加固板、温差发电片阵列和散热器；温差发电片阵列热面通过导热硅胶固定于热端水箱的导热面；温差发电片阵列与热端水箱之间，通过装设隔热加固板阻止多余的热量扩散到温差发电模块的散热器上；温差发电片阵列的冷面通过导热硅胶与散热器相连；热端水箱的入水口与燃料电池冷却液出口套管相连，热端水箱的出水口与燃料电池冷却液入口套管相连。
进一步的是，所述强迫风冷方式散热装置包括主散热器风机、冷气输送管和冷端水箱，所述冷端水箱设置在主散热器风机和温差发电装置的冷面之间，所述冷端水箱入口与燃料电池冷却液出口套管相连，所述冷端水箱出口与燃料电池冷却液入口套管相连；在燃料电池冷却液出口分流处装设冷却电动三通阀，冷却电动三通阀分别连接燃料电池冷却液出口、冷端水箱入口和热端水箱的入水口；冷气输送管连通排风机；通过引入废冷排风，使冷热面尽可能保持较大温差；主控制器输出控制信号至冷却电动三通阀和主散热器风机；
当温差发电片两端存在温差时，内部的PN型热电材料基于seeback效应，就会将热能转化成电能，且发电效率随着温差的上升而增加。
进一步的是，在冷却液出口套管处设置有循环水泵，加强冷却液循环效果。
进一步的是，在稳压电路和用电输出端之间设置有蓄电池储能装置；优选的蓄电池为锂电池；
无论有轨电车处于何种运行工况，只要温差发电片冷热面存在温差即可发电，所发电能可储存在锂电池中供后期使用；温差发电主模块发出的电能经稳压模块，为锂电池充电或直接供给车载用电设备使用。
采用本技术方案的有益效果：
能够有效的对燃料电池的低品位余热进行二次发电，提高能量的综合利用率；
燃料电池所产生的余热通过冷却循环液带走，循环液供温差发电装置热面使用，利用温差发电装置便于余热集中回收利用；
所述的温差发电装置冷面采用强迫风冷方式散热，针对夏季高温，一旦温度达到预设值由主控制器输出控制信号，控制外部的废冷排风，通过排风机送入到冷气排风管输送到散热器，对温差发电装置的冷面进行散热，从而使冷热面尽可能保持较大温差。
附图说明
图1为本实用新型的一种基于温差发电的燃料电池余热回收系统的结构示意图；
图2为本实用新型实施例中温差发电主模块的结构爆炸图；
图3为本实用新型实施例中温差发电主模块的电路连接示意图；
其中，其中，1是温差发电装置，2是主控制器，3是稳压电路，4是用电输出端，5是燃料电池，6是主散热器风机，7是冷气输送管，8是排风机，9是冷却电动三通阀，10是冷端水箱，11是循环水泵；
101是热端水箱，102是隔热加固板，103是温差发电片阵列，104是散热器，105是冷面温度传感器，106是热面温度传感器。
具体实施方式
为了使实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。
在本实施例中，参见图1所示，一种基于温差发电的燃料电池余热回收系统，包括温差发电装置1、主控制器2、稳压电路3、用电输出端4和燃料电池5；温差发电装置1的热端入水口113与燃料电池5冷却液出口套管相连，温差发电装置1的热端出水口114与燃料电池5冷却液入口套管相连；温差发电装置1冷面设置有强迫风冷方式散热装置；所述主控制器2分别与温差发电装置1、稳压电路3、用电输出端4和燃料电池5信号电连接；温差发电装置1产生的电能经稳压电路3输出至用电输出端4。
作为上述实施例的优化方案，如图2所示，所述的温差发电装置1采用夹层结构，包括热端水箱101、隔热加固板102、温差发电片阵列103和散热器104；温差发电片阵列103热面通过导热硅胶固定于热端水箱101的导热面；温差发电片阵列103与热端水箱101之间装设隔热加固板102；温差发电片阵列103的冷面通过导热硅胶与散热器104相连；热端水箱101的入水口113与燃料电池5冷却液出口套管相连，热端水箱101的出水口114与燃料电池5冷却液入口套管相连。
作为上述实施例的优化方案，所述强迫风冷方式散热装置包括主散热器风机6、冷气输送管7和冷端水箱10，所述冷端水箱10设置在主散热器风机6和温差发电装置1的冷面之间，所述冷端水箱10入口与燃料电池5冷却液出口套管相连，所述冷端水箱10出口与燃料电池5冷却液入口套管相连；在燃料电池5冷却液出口分流处装设冷却电动三通阀9，冷却电动三通阀9分别连接燃料电池5冷却液出口、冷端水箱10入口和热端水箱的入水口113；冷气输送管7连通排风机8；主控制器2输出控制信号至冷却电动三通阀9和主散热器风机6。
在冷却液出口套管处设置有循环水泵11。
作为上述实施例的优化方案，如图3所示，在稳压电路3和用电输出端4之间设置有蓄电池储能装置；优选的蓄电池为锂电池。
为了更好的理解本实用新型，下面对本实用新型的工作原理作一次完整的描述：
燃料电池5所产生的余热通过冷却循环液带走，循环液供温差发电装置1热面使用，利用温差发电装置1便于余热集中回收利用；
所述的温差发电装置1冷面采用强迫风冷方式散热，针对夏季高温，一旦温度达到预设值由主控制器2输出控制信号，控制外部的废冷排风，通过排风机8送入到冷气排风管7输送到散热器104，对温差发电装置1的冷面进行散热；若冷却液温度低时，也可控制冷却电动三通阀9将冷却液通入冷面；从而使冷热面尽可能保持较大温差，从而发出电能供负载使用。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型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实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种基于温差发电的燃料电池余热回收系统，其特征在于，包括温差发电装置(1)、主控制器(2)、稳压电路(3)、用电输出端(4)和燃料电池(5)；温差发电装置(1)的热端入水口(113)与燃料电池(5)冷却液出口套管相连，温差发电装置(1)的热端出水口(114)与燃料电池(5)冷却液入口套管相连；温差发电装置(1)冷面设置有强迫风冷方式散热装置；所述主控制器(2)分别与温差发电装置(1)、稳压电路(3)、用电输出端(4)和燃料电池(5)信号电连接；温差发电装置(1)产生的电能经稳压电路(3)输出至用电输出端(4)。
2.根据权利要求1所述的一种基于温差发电的燃料电池余热回收系统，其特征在于，所述的温差发电装置(1)采用夹层结构，包括热端水箱(101)、隔热加固板(102)、温差发电片阵列(103)和散热器(104)；温差发电片阵列(103)热面通过导热硅胶固定于热端水箱(101)的导热面；温差发电片阵列(103)与热端水箱(101)之间装设隔热加固板(102)；温差发电片阵列(103)的冷面通过导热硅胶与散热器(104)相连；热端水箱(101)的入水口(113)与燃料电池(5)冷却液出口套管相连，热端水箱(101)的出水口(114)与燃料电池(5)冷却液入口套管相连。
3.根据权利要求2所述的一种基于温差发电的燃料电池余热回收系统，其特征在于，所述强迫风冷方式散热装置包括主散热器风机(6)、冷气输送管(7)和冷端水箱(10)，所述冷端水箱(10)设置在主散热器风机(6)和温差发电装置(1)的冷面之间，所述冷端水箱(10)入口与燃料电池(5)冷却液出口套管相连，所述冷端水箱(10)出口与燃料电池(5)冷却液入口套管相连；在燃料电池(5)冷却液出口分流处装设冷却电动三通阀(9)，冷却电动三通阀(9)分别连接燃料电池(5)冷却液出口、冷端水箱(10)入口和热端水箱的入水口(113)；冷气输送管(7)连通排风机(8)；主控制器(2)输出控制信号至冷却电动三通阀(9)和主散热器风机(6)。
4.根据权利要求3所述的一种基于温差发电的燃料电池余热回收系统，其特征在于，在冷却液出口套管处设置有循环水泵(11)。
5.根据权利要求4所述的一种基于温差发电的燃料电池余热回收系统，其特征在于，在稳压电路(3)和用电输出端(4)之间设置有蓄电池储能装置。
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