一种结合太阳能光热系统的燃料电池实验台架的制作方法

本发明涉及一种结合太阳能光热系统的燃料电池实验台架。

背景技术：

质子交换膜燃料电池(protonexchangemembranefuelcell)是一种高能量密度、无污染、体积小、质量轻、运行噪音低、维护方便的动力源，近些年来成为新能源汽车动力提供的热门选择之一。

燃料电池的正常工作温度范围大概在45～60℃之间，在此温度范围内燃料电池具有最大的反应速率，电堆运行状态最佳，可以达到额定功率。如果低于此温度范围，需要对燃料电池进行加热，以便发挥其最大的工作能力。该过程称之为“冷启动”。现有的燃料电池冷启动的方法主要是采用采用电加热水暖ptc加热的方式。从节能以及能源品位利用的角度来看都很不合理。正确的方式是采用可再生能源如太阳能，实现节约能源以及能量品位的合理利用。因此需要一种结合太阳能光热系统的燃料电池实验台架。

技术实现要素：

本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种结合太阳能光热系统的燃料电池实验台架。

本发明所采用的技术方案有：一种结合太阳能光热系统的燃料电池实验台架，包括太阳能真空管集热器、蓄热水箱、第一水泵、水暖ptc、第一电磁阀、板式换热器、第二电磁阀、第二水泵、燃料电池堆、燃料电池散热器、燃料电池冷却液箱和连接管，所述太阳能真空管集热器通过连接管与蓄热水箱相连，蓄热水箱与水暖ptc之间通过第一水泵相连，水暖ptc通过连接管与板式换热器相连，板式换热器通过连接管与太阳能真空管集热器相连，在水暖ptc与板式换热器之间的连接管上连接第一电磁阀；燃料电池堆通过两根连接管分别对应与燃料电池散热器和燃料电池冷却液箱相连，燃料电池散热器和燃料电池冷却液箱通过两根连接管分别对应与板式换热器相连，燃料电池堆与燃料电池散热器之间的连接管上连接第二水泵，在板式换热器与燃料电池散热器之间的连接管上连接第二电磁阀。

进一步地，所述燃料电池散热器下方设有燃料电池散热风扇。

进一步地，所述燃料电池堆的外壁上设有冷却管道，冷却管道的进液口与出液口分别对应一个连接管。

进一步地，所述蓄热水箱上连接有家用热水管路。

本发明具有如下有益效果：本发明燃料电池实验台架与车载燃料电池的不同之处在于：实验台架相比实车应用，往往具有较大的灵活性，可以利用较大的空间布置零部件，以及将其余新能源利用方式加入实验台架中，共同实现节约能源和能量品位的合理利用。

附图说明：

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明工作流程图。

图中：

1：太阳能真空管集热器；2：家用热水管路；3：蓄热水箱；4：第一水泵；5：水暖ptc；6：第一电磁阀；7：板式换热器；8：第二电磁阀；9：燃料电池散热风扇；10：第二水泵；11：燃料电池堆；12：燃料电池散热器；13：燃料电池冷却液箱。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1和图2，本发明一种结合太阳能光热系统的燃料电池实验台架，包括太阳能真空管集热器1、蓄热水箱3、第一水泵4、水暖ptc5、第一电磁阀6、板式换热器7、第二电磁阀8、第二水泵10、燃料电池堆11、燃料电池散热器12、燃料电池冷却液箱13和连接管，太阳能真空管集热器1通过连接管与蓄热水箱3相连，蓄热水箱3与水暖ptc5之间通过第一水泵4相连，水暖ptc5通过连接管与板式换热器7相连，板式换热器7通过连接管与太阳能真空管集热器1相连，在水暖ptc5与板式换热器7之间的连接管上连接第一电磁阀6。燃料电池堆11通过两根连接管分别对应与燃料电池散热器12和燃料电池冷却液箱13相连，燃料电池散热器12和燃料电池冷却液箱13通过两根连接管分别对应与板式换热器7相连，燃料电池堆11与燃料电池散热器12之间的连接管上连接第二水泵10，在板式换热器7与燃料电池散热器(12)之间的连接管上连接第二电磁阀8。

燃料电池散热器12下方设有燃料电池散热风扇9。

在燃料电池堆11的外壁上设有冷却管道，冷却管道的进液口与出液口分别对应一个连接管。

蓄热水箱3上连接有家用热水管路2。

本发明将太阳能光热技术应用于燃料电池实验台架上，实现了燃料电池冷启动工况下的创新，节约了电能，合理的将低品位的能源利用起来。并且在夏季太阳辐照强的情况下可以将加热后的水用于生活用水，节约了建筑能耗以及电厂能耗。

结合太阳能光热系统的燃料电池实验台架构造：该台架由真空管集热器、蓄热水箱、水泵、电磁阀、水暖ptc、板式换热器、燃料电池散热器总成、燃料电池堆、燃料电池冷却液箱等组成。其中蓄热水箱还留有和家用热水管路相连接的接口。水暖ptc采用连接24v蓄电池进行工作。

该实验台架功能：当外界环境温度以及太阳辐照过低时，通过水暖ptc加热燃料电池冷却液，使得燃料电池堆的温度保持在设定范围之内；当外界环境温度以及太阳辐照适中时，通过真空管太阳能集热器辅助水暖ptc加热的方式加热燃料电池冷却液，使得燃料电池堆的温度保持在设定范围之内；当外界环境温度以及太阳辐照较高时，通过真空管太阳能集热器加热的方式加热燃料电池冷却液，使得燃料电池堆的温度保持在设定范围之内。

实验台架工作原理：

1)当冬季外界环境温度极低以及外界太阳辐照强度极低时，当燃料电池需要工作的时候，由电堆内部的温度传感器检测到燃料电池的温度，并将检测到的温度传输至温度控制模块，当温度小于45℃的时候，启动水暖ptc加热燃料电池冷却液，开启燃料电池侧水泵，利用加热后的冷却液对燃料电池进行冷启动。当燃料电池堆内部温度大于60℃的时候，水暖ptc停止工作，停止循环；

2)当春季和秋季外界环境温度适中以及外界太阳辐照强度适中的时候，当燃料电池需要工作的时候，由电堆内部的温度传感器检测到燃料电池的温度，并将检测到的温度传输至温度控制模块，当温度小于45℃的时候，开启系统除了连接家用热水管路以外的所有水泵和阀门，利用太阳能真空管集热器加热后的水来通过板式换热器加热燃料电池冷却液，实现燃料电池的冷启动；如果此时太阳能真空管集热器加热的热水和燃料电池冷却液通过板式换热器交换的热量无法满足燃料电池冷启动的话，开启水暖ptc，进行辅助加热。当燃料电池堆内部温度大于60℃的时候，停止循环；

3)当夏季外界环境温度较高以及外界太阳辐照强度较高的时候，当燃料电池需要工作的时候，由电堆内部的温度传感器检测到燃料电池的温度，并将检测到的温度传输至温度控制模块，当温度小于45℃的时候，开启系统所有水泵和阀门，利用太阳能真空管集热器加热后的水来通过板式换热器加热燃料电池冷却液，实现燃料电池的冷启动；当燃料电池堆内部温度大于60℃的时候，停止循环。并且可以在需要家用热水的时候，开启家用热水管路阀门，实现太阳能真空管集热器在建筑领域的节能应用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。