CN220764025U - 一种燃料电池余热利用系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种燃料电池余热利用系统，包括燃料电堆；与燃料电堆连接的热电转换余热利用组件，其包括依次连接以构成用电回路的热电装置、电压转换器、用电器，热电装置与所述燃料电堆连接，热电装置包括通液管、若干P型半导体、以及与各P型半导体一一对应的N型半导体，每一P型半导体的一端与对应的N型半导体的一端电气连接以构成PN结形成热端，且该热端与通液管连接，每一P型半导体的另一端与对应的N型半导体的另一端形成冷端，且该冷端设有冷却件，通液管与燃料电堆连接以获取热源；以及与燃料电堆连接以向车内供暖的采暖余热利用组件。本系统结构简单，可以在低温或高温下均可有效利用电堆余热。
Description
技术领域
本实用新型涉及余热利用设备技术领域，尤其涉及一种燃料电池余热利用系统。
背景技术
随着全球环境和资源境况日益严峻，被誉为车用能源“终极形式”的氢燃料电池技术，如今已成为各国在新能源领域战略布局的重头戏，氢能汽车(特指燃料电池)汽车是一种以氢气与空气中的氧在燃料电池电堆中反应产生的电力作为动力的汽车，在反应过程中产生水和热量，具有节能、零排放、无污染等优点，但是基于目前的科学技术，在上述电化学反应过程中，反应效率为40％-50％，该反应除产生电能外，还会产生大量的热能。
目前行业采用板式换热的方案将电堆反应生成的热能用于汽车冬季时采暖，例如空调供暖；或利用尾气对有机储氢液体进行预热，但是上述两种余热利用方案大多是在冬季低温时采暖及预热使用，无法在夏季时利用燃料电池系统的余热，造成季节性的余热浪费的情况。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的实施例提供了一种燃料电池余热利用系统。
本实用新型的实施例提供的一种燃料电池余热利用系统，包括：
燃料电堆；
与所述燃料电堆连接的热电转换余热利用组件，其包括依次连接以构成用电回路的热电装置、电压转换器、以及用电器，并且所述热电装置与所述燃料电堆连接，所述热电装置包括通液管、若干P型半导体、以及与各所述P型半导体一一对应的N型半导体，其中每一所述P型半导体的一端与对应的所述N型半导体的一端电气连接以构成PN结形成热端，且该所述热端与所述通液管连接，每一所述P型半导体的另一端与对应的所述N型半导体的另一端形成冷端，且该所述冷端设有冷却件，所述通液管与所述燃料电堆的排水口连接以获取热源；
以及与所述燃料电堆连接以向车内供暖的采暖余热利用组件。
进一步地，所述热电装置上设有正极接线柱和负极接线柱。
进一步地，所述采暖余热利用组件包括板式换热器、散热器、以及第一水泵；其中，所述板式换热器的热回路的进口与所述燃料电堆的排水口连接，所述板式换热器的热回路的出口与所述热电装置并联设置后与节温器连接，所述第一水泵的进水口分别与所述散热器和所述节温器连接，所述第一水泵的出水口与所述燃料电堆连接。
进一步地，所述采暖余热利用组件还包括暖风芯体、PTC加热器和第二水泵；其中，所述板式换热器的冷回路、所述PTC加热器、所述暖风芯体和所述第二水泵依次连接以形成采暖余热利用回路。
进一步地，每一所述P型半导体和每一所述N型半导体外表面均涂覆绝缘导热材料。
进一步地，所述通液管一端与所述燃料电堆中的冷却液出口连接、另一端与所述燃料电堆中的冷却液回口连接。
进一步地，每一所述P型半导体为BiTeSe合金的半导体材料。
进一步地，每一所述N型半导体为BiTeSe合金的半导体材料。
本实用新型的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本实用新型的了一种燃料电池余热利用系统，通过板式换热器可以在低温的时候利用电堆余热对车体内进行供暖；并且在任意温度情况下，利用通液管将电堆余热传递给PN结形成的热端，并利用冷却件对各P型半导体与各N型半导体形成的冷端进行降温，进而在热端和冷端之间产生温差，从而利用塞贝克效应在热电装置中产生电流，以此提高电堆余热的利用效率。
附图说明
图1是本实用新型了一种燃料电池余热利用系统的结构总图；
图2是图1中热电装置的结构示意图；
图3是图2中热电装置内PN结发电示意图。
图中：1-燃料电堆、2-板式换热器、3-节温器、4-散热器、5-第一水泵、6-第二水泵、7-暖风芯体、8-PTC加热器、9-热电装置、10-电压转换器、11-用电器、12-通液管、13-P型半导体、14-N型半导体、15-正极接线柱、16-负极接线柱。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地描述。
请参考图1至图3，本实用新型的实施例提供了了一种燃料电池余热利用系统，包括燃料电堆1、热电转换余热利用组件、采暖余热利用组件。
在本实施例中，热电转换余热利用组件和采暖余热利用组件均与燃料电堆连接，其中热电转换余热利用组件用以将燃料电堆1产生的余热转换成电能以便其他用电设备使用，而采暖余热利用组件用以在低温环境下利用燃料电堆1余热产生的热量对车辆内部进行升温，起到供暖作用；在这里需要说明的是，燃料电堆1在工作时其是利用冷却液将产生的热能带走的，而本实施例中的热电转换余热利用组件和采暖余热利用组件是通过有冷却液流动的管路与燃料电堆1连接，进而利用电堆内的冷却液中的热能的，而燃料电堆1利用冷却液降温是一种较为常见的现有技术，故此在这里不再做详细赘述。
采暖余热利用组件包括板式换热器2和散热器4，其中板式换热器2的供热侧一端是与燃料电堆1连接的，进而将燃料电堆1带有热能的冷却液导入到供热侧的供热侧内，板式换热器2的供热侧的另一端连接设有节温器3，节温器3带有三个端口，其中第一个端口与板式换热器2的供热侧的对应端连接、第二端口与散热器4一端连接、第三端口连接设有第一水泵5，与此同时，第一水泵5与燃料电堆1连接，并且散热器4的另一端与第一水泵5连接并通过第一水泵5与燃料电堆1连接，这样就可以在需要的时候直接对燃料电堆1内流出带有热能的冷却液通过控制器节温器开启端口进入散热器4进行降温，并将降温后的冷却液再次导入进燃料电堆1内，或者在冷却液温度较低时短接散热器4直接通过节温器经水泵回到燃料电堆1，从而对燃料电堆1起到温度控制的作用。
与此同时，采暖余热利用组件还包括汽车空调中的暖风芯体7和第二水泵6，其中板式换热器2的换热侧的一端与第二水泵6连接，并通过第二水泵6与暖风芯体7的一端连接，暖风芯体7的另一端连接设有PTC加热器8，并通过PTC加热器8与板式换热器2的换热侧的另一端连接，这样当燃料电堆1内带有热能的冷却液进入板式换热器2的供热侧时，就可以将冷却液中的热能传递到板式换热器2的换热侧中的导热液内，进而就可以通过板式换热器2的换热侧中的导热液将传递过来的热能输送至汽车空调中的暖风芯体7内，进而在低温环境下汽车空调就可以利用暖风芯体7接收到的热能对车内进行供暖，从而提高燃料电堆1产生的余热的利用效率。
热电转换余热利用组件包括热电装置9、电压转换器10、以及用电器11，其中热电装置9、电压转换器10、以及用电器11依次电气连接以形成用电回路，热电装置9与燃料电堆1连接以利用从燃料电堆1流出的冷却液中的热能产生电能，进而为用电器11提供需要的电能，从而提高燃料电堆1产生的余热的利用效率。
热电装置9包括通液管12，通液管12一端与燃料电堆1中冷却液流出口连接、另一端与燃料电堆1中冷却液回流口连接，这样就可以使带有热能的冷却液流过通液管12。
热电装置9还包括至少一P型半导体13和至少一N型半导体14，其中各P型半导体13和各N型半导体14一一对应，在本实施例中，每一P型半导体13和每一N型半导体14均是由含有BiTeSe合金的半导体材料制成的，在这里需要说明的是，利用BiTeSe合金制作半导体材料是一种较为成熟的技术，故此在这里不再做详细赘述；为了便于说明，在本实施例中，以一个P型半导体13和一个N型半导体14为例进行说明，请参考图2和图3示意图，P型半导体13的一端与N型半导体14的一端电气连接进而形成PN结，在本实施例中，PN结是热电装置9发电时的热端，PN结形成的热端与通液管12固定连接，在这里需要说明的是，热端可以位于通液管12内部也可以位于外部，不受本实施例附图的限制，并且P型半导体13和N型半导体14均涂覆有绝缘导热材料，与此同时，P型半导体13的另一端和N型半导体14的另一端形成热电装置9发电时的冷端，并且在冷端上设有冷却件，进而扩大热端和冷端之间的温差，从而有利于热电的转换，在这里需要说明的是，PN结利用温差产生电流是基于塞贝克效应的，而塞贝克效应是一种较为成熟的原理，故此不再做详细赘述；热电装置9上设有正极接线柱15和负极接线柱16，热电装置9利用正极接线柱15和负极接线柱16与电压转换器10和用电器11形成用电回路，进而将PN结产生的电能输送至用电器11中，在这里需要说明的是，电压转换器10用以调整电压，当多个PN结联合使用时，就可以通过电压转换器10来调节产生的电流的电压，进而更好的符合用电器11的使用要求。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种燃料电池余热利用系统，其特征在于，包括：
燃料电堆(1)；
与所述燃料电堆(1)连接的热电转换余热利用组件，其包括依次连接以构成用电回路的热电装置(9)、电压转换器(10)、以及用电器(11)，并且所述热电装置(9)与所述燃料电堆(1)连接，所述热电装置(9)包括通液管(12)、若干P型半导体(13)、以及与各所述P型半导体(13)一一对应的N型半导体(14)，其中每一所述P型半导体(13)的一端与对应的所述N型半导体(14)的一端电气连接以构成PN结形成热端，且该所述热端与所述通液管(12)连接，每一所述P型半导体(13)的另一端与对应的所述N型半导体(14)的另一端形成冷端，且该所述冷端设有冷却件，所述通液管(12)与所述燃料电堆(1)的排水口连接以获取热源；
以及与所述燃料电堆(1)连接以向车内供暖的采暖余热利用组件。
2.如权利要求1所述的一种燃料电池余热利用系统，其特征在于：所述热电装置(9)上设有正极接线柱(15)和负极接线柱(16)。
3.如权利要求1所述的一种燃料电池余热利用系统，其特征在于：所述采暖余热利用组件包括板式换热器(2)、散热器(4)、以及第一水泵(5)；其中，所述板式换热器(2)的热回路的进口与所述燃料电堆(1)的排水口连接，所述板式换热器(2)的热回路的出口与所述热电装置(9)并联设置后与节温器(3)连接，所述第一水泵(5)的进水口分别与所述散热器(4)和所述节温器(3)连接，所述第一水泵(5)的出水口与所述燃料电堆(1)连接。
4.如权利要求3所述的一种燃料电池余热利用系统，其特征在于：所述采暖余热利用组件还包括暖风芯体(7)、PTC加热器(8)和第二水泵(6)；其中，所述板式换热器(2)的冷回路、所述PTC加热器(8)、所述暖风芯体(7)和所述第二水泵(6)依次连接以形成采暖余热利用回路。
5.如权利要求1所述的一种燃料电池余热利用系统，其特征在于：每一所述P型半导体(13)和每一所述N型半导体(14)外表面均涂覆绝缘导热材料。
6.如权利要求1所述的一种燃料电池余热利用系统，其特征在于：所述通液管(12)一端与所述燃料电堆(1)中的冷却液出口连接、另一端与所述燃料电堆(1)中的冷却液回口连接。
7.如权利要求1所述的一种燃料电池余热利用系统，其特征在于：每一所述P型半导体(13)为BiTeSe合金的半导体材料。
8.如权利要求1所述的一种燃料电池余热利用系统，其特征在于：每一所述N型半导体(14)为BiTeSe合金的半导体材料。
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