一种燃料电池的家用空调系统的制作方法
【专利摘要】一种燃料电池的家用空调系统，涉及一种空调系统，所述系统包括甲醇裂解制氢燃料电池、逆变器、燃料电池智能控制系统、空调机，集水器，燃料电池输出水的管道连接散热片、热水器，并由水分流控制器直接经管道连接集水器，集水器上设有溢流装置，溢流装置与下水道相连通，集水器也连接其他用水设备，如洗漱盆等；燃料电池输出电路连接有逆变器，逆变器出输出电连接家用空调的室外机和压缩机，电堆发电系统由供氧回路、供氢回路、除氢回路、散热回路、电堆总成及控制系统构成。该系统压缩机制冷剂采用R410A，R410A是一种新型环保制冷剂，不破坏臭氧层，工作压力为普通R22空调的1.6倍左右，清洁环保，制冷效率更高。
【专利说明】一种燃料电池的家用空调系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种空调系统，特别是涉及一种燃料电池的家用空调系统。
【背景技术】
[0002]常用家用空调主要由压缩机、冷凝器、蒸发器、节流阀、室外冷凝风机、室内风机、电控板及外壳等钣金组件构成。
[0003]空调制冷原理，空调器通电后，制冷系统内制冷剂(现在普遍使用的是氟利昂R22)的低压蒸汽被压缩机吸入并压缩为高压蒸汽后排至冷凝器。同时轴流风扇吸入的室外空气流经冷凝器，带走制冷剂放出的热量，使高压制冷剂蒸汽凝结为高压液体。高压液体经过过滤器、节流机构后喷入蒸发器，并在相应的低压下蒸发，吸取周围的热量。同时贯流风扇使空气不断进入蒸发器的肋片间进行热交换，并将放热后变冷的空气送向室内。如此室内空气不断循环流动，达到降低温度的目的。
[0004]空调制热工作原理，热泵制热是利用制冷系统的压缩冷凝器来加热室内空气。空调器在制冷工作时，低压制冷剂液体在蒸发器内蒸发吸热而高温高压制冷剂在冷凝器内放热冷凝。热泵制热是 通过电磁换向，将制冷系统的吸排气管位置对换。原来制冷工作蒸发器的室内盘管变成制热时的冷凝器，这样制冷系统在室外吸热向室内放热，实现制热的目的。
[0005]氟利昂制冷空调有几大弊病:
1、空调是高耗电产品，空调的大量普及，导致季节性、时段性的供电不足。
[0006]2、空调制冷系统所用制冷剂对大气臭氧层有破坏作用；导致地球温室效应加剧。
[0007]3、空调常年使用，导致空调室内机蒸发器上面滋生一些细菌，对人有一定影响；
4、使用空调制冷的同时，会导致房间内的空气相对湿度降低，容易使人感觉口干舌
燥；
燃料电池是一种不经过燃烧直接以电化学反应方式将燃料的化学能转变为电能的发电装置，是一项高效率利用能源而又不污染环境的新技术。燃料电池有多种类型，按使用的电解液不同分类，主要有磷酸型燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(S0FC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)及碱性燃料电池(AFC)。燃料电池被认为是继火力发电、水力发电、太阳能发电和原子能发电之后的新一代发电技术，具有其它发电方式不可比拟的优越性:
(I)效率高。燃料电池将化学能直接转化为电能，不涉及热机过程，能量转换不受卡诺循环的限制，其理论热电转化效率可达85%~90%，但由于电池在工作时受各种极化的限制，目前各类燃料电池的实际发电效率均在40%~60%的范围内，若实现热电联供，总体热效率可达80%以上。
[0008](2)环境友好。燃料电池几乎不排放NOx及SOx，温室气体CO2的排放量也比火力发电减少40%~60%，减轻了对大气的污染；没有传动部件，工作时噪声极低，因而可直接设在用户附近，从而减少传输费用和传输损失。燃料电池的环境友好性是使其具有极强生命力和长远发展潜力的主要原因。[0009](3)可靠性高。与燃气涡轮机或内燃机相比，燃料电池没有机械传动部件，因而系统更加安全可靠，不会因传动部件失灵而引发恶性事故。
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于提供一种燃料电池的家用空调系统，该系统以甲醇制氢产生氢燃料电源，供空调室外机和压缩机用电，压缩机制冷剂采用R410A，R410A是一种新型环保制冷剂，不破坏臭氧层，工作压力为普通R22空调的1.6倍左右，清洁环保，制冷效率更高。
[0011]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种燃料电池的家用空调系统，所述系统包括甲醇裂解制氢燃料电池、逆变器、燃料电池智能控制系统、空调机，集水器，燃料电池输出水的管道连接散热片、热水器，并由水分流控制器直接经管道连接集水器，集水器上设有溢流装置，溢流装置与下水道相连通，集水器也连接其他用水设备，如洗漱盆等；燃料电池输出电路连接有逆变器，逆变器出输出电连接家用空调的室外机和压缩机，电堆发电系统由供氧回路、供氢回路、除氢回路、散热回路、电堆总成及控制系统构成。
[0012]所述的一种燃料电池的家用空调系统，所述燃料电池为电化学反应甲醇裂解制氢发电。
[0013]所述的一种燃料电池的家用空调系统，所述燃料电池电堆输出功率额定50kW，最大输出IOOkW ;额定工作点电压0.60V-0.73V。
[0014]所述的一种燃料电池的家用空调系统，所述系统工作压力0.5 bar;热输出20.32kff-51.22kW。
[0015]所述的一种燃料电池的家用空调系统，所述电堆50kW，峰值IOOkW ;氮气舱2bar循环加压；电堆反应温度70°C -80°C。
[0016]本发明的优点与效果是:
燃料电池技术自发明以来，提供了可以说是最通用的能源解决方案，加工废弃物氢的化工厂，以及自垃圾填埋场生物甲烷、甲醇等燃料，并且能量转化效率高，清洁环保。燃料电池可以高效、环境友好地将储存在燃料中的化学能温和地转化为电能，氢是燃料电池的最佳燃料，但由于目前氢气储存、输送、分配及加注等环节尚存在诸多技术难点，因此无法满足各种规模的燃料电池对分散氢源的需求，而醇类、烃类等富氢燃料通过重整的方式移动或现场制氢为燃料电池提供氢源，具有能量密度大、能量转换效率高、容易运输和携带等特点。该系统以甲醇制氢产生氢燃料电源，供空调室外机和压缩机用电，压缩机制冷剂采用R410A，R410A是一种新型环保制冷剂，不破坏臭氧层，工作压力为普通R22空调的1.6倍左右，清洁环保，制冷效率更高。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明燃料电池家用空调系统框图；
图2为本发明系统工作原理图；
图3为本发明电堆发电原理图；
图4为本发明直流逆变交流原理图；
图5为本发明制冷系统原理图。【具体实施方式】
[0018]下面结合附图所示实施例，对本发明作进一步详述。
[0019]燃料单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质。工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。把氢和氧分别供给阴极和阳极，氢通过阴极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阳极。原料氢气在核心组件中游离出氢离子通过与质子交换膜及催化剂的电化反应，产生出电能。反应生成副产品为75度纯净水被排出。
[0020]本发明发电系统，见图1，燃料电池加注燃料(甲醇或氢气)后启动发电，燃料电池发的是直流电，需要经过逆变器转换成交流电供室外机和压缩机使用。燃料电池具有智能控制系统，可根据负载变化自动调节发电量。供暖系统:燃料电池在发电的同时产生75度的纯净水，可用于暖气供暖或洗浴、洗手用热水，多余的水可以储存使用。制冷系统:燃料电池发的直流电经过逆变器转换为220V交流电，供空调室外机和压缩机用电，压缩机制冷剂采用R410A，R410A是一种新型环保制冷剂，不破坏臭氧层，工作压力为普通R22空调的1.6倍左右，制冷效率更高。
[0021]系统主要参数表:
燃料电池电堆输出功率额定50kW，最大输出IOOkW ;额定工作点电压0.60V-0.73V ;发电效率48.78%-59.34% ;发电功率密度1.2ff/cm2-2.4ff/cm2 ;体积50L ;重量50kg ;工作压力
0.5 bar ;热输出 20.32kff-51.22kW。
[0022]系统工作原理，见图2，甲醇制氢:燃料电池可以高效、环境友好地将储存在燃料中的化学能温和地转化为电能，氢是燃料电池的最佳燃料，但由于目前氢气储存、输送、分配及加注等环节尚存在诸多技术难点，因此无法满足各种规模的燃料电池对分散氢源的需求，而醇类、烃类等富氢燃料通过重整的方式移动或现场制氢为燃料电池提供氢源，具有能量密度大、能量转换效率高、容易运输和携带等特点，在经济性和安全性方面也具有优势，是近期乃至中期最现实的燃料电池氢源载体之一。在现有的液体燃料中甲醇作为制氢原料具有价廉易得，可以由天然气和其他化石燃料高效率地转化得到；能量密度高，尤其在涉及氢气储存时，净能量密度比氢在复合物和金属氢化物贮罐中高得多；重整制氢反应温度、反应压力低；产物中一氧化碳含量低；制氢反应无氧化钠和氧化硫等排放物。因此，燃料电池工作前需要经过甲醇制氢设备产生氢气。电堆发电系统，见图3，电堆发电系统主要由供氧回路、供氢回路、除氢回路、散热回路、电堆总成及控制系统构成。氢气由燃料电池的供氢回路进入电堆阳极，氧气(或空气)则由供氧回路进入电堆阴极。经由催化剂的作用，经质子膜渗透，使得阳极的氢原子分解成两个氢质子(proton)与两个电子(electron),其中质子被氧吸引到薄膜的另一边，电子则经由外电路形成电流后，到达阴极，形成电流回路。供负载用电。而在阴极催化剂之作用下，氢质子、氧及电子，发生反应形成水分子，因此水可说是燃料电池唯一的排放物。电堆主要参数，电堆50kW峰值IOOkW ;氮气舱2bar循环加压；电堆反应温度70V?80°C ;检测组件单堆性能监测；压力、氢气、温度等传感器数据传回控制系统；使用寿命IOOOOh。
[0023]直流逆变交流，见图4，燃料电池发的是直流电，给家用电器供电，还需要逆变器把直流电转换成220v交流电。热水供暖、制冷降温，见图5，燃料电池发电由于氢氧结合同时产生75度纯净水，由水分流控制器对热水分配使用，冬季可用于暖气供热，洗浴热水器供水，洗手、洗菜等用热水，循环多余的水通过集水器储存，用于其它用水的地方。燃料电池发的电直接供空调室外机和压缩机用电，通电后，制冷系统内制冷剂(采用R410A，R410A是一种新型环保制冷剂，不破坏臭氧层，制冷效率更高)的低压蒸汽被压缩机吸入并压缩为高压蒸汽后排至冷凝器。同时轴流风扇吸入的室外空气流经冷凝器，带走制冷剂放出的热量，使高压制冷剂蒸汽凝结为高压液体。高压液体经过过滤器、节流机构后喷入蒸发器，并在相应的低压下蒸发，吸取周围的热量。同时贯流风扇使空气不断进入蒸发器的肋片间进行热交换，并将放热后变冷的空气送向室内。如此室内空气不断循环流动，达到降低温度的目的。
【权利要求】
1.一种燃料电池的家用空调系统，其特征在于，所述系统包括甲醇裂解制氢燃料电池、逆变器、燃料电池智能控制系统、空调机，集水器，燃料电池输出水的管道连接散热片、热水器，并由水分流控制器直接经管道连接集水器，集水器上设有溢流装置，溢流装置与下水道相连通，集水器也连接其他用水设备，如洗漱盆等；燃料电池输出电路连接有逆变器，逆变器出输出电连接家用空调的室外机和压缩机，电堆发电系统由供氧回路、供氢回路、除氢回路、散热回路、电堆总成及控制系统构成。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池的家用空调系统，其特征在于，所述燃料电池为电化学反应甲醇裂解制氢发电。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池的家用空调系统，其特征在于，所述燃料电池电堆输出功率额定50kW，最大输出IOOkW ;额定工作点电压0.60V-0.73V。
4.根据权利要求1所述的一种燃料电池的家用空调系统，其特征在于，所述系统工作压力 0.5 bar ;热输出 20.32kff-51.22kW。
5.根据权利要求1所述的一种燃料电池的家用空调系统，其特征在于，所述电堆50kW，峰值IOOkW ;氮气舱2bar循环加压；电堆反应温度70°C -80°C。
【文档编号】F24F5/00GK103953985SQ201410150630
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月16日 优先权日:2014年4月16日
【发明者】孙汉东 申请人:沈阳时尚实业有限公司