本發(fā)明涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種質(zhì)子交換膜燃料電池水回收裝置。

背景技術(shù)：

在沙漠、海島等地，如何獲取淡水是一個(gè)重要課題。在某些場(chǎng)合，燃料的儲(chǔ)備充足，但是淡水的供應(yīng)緊缺，因此，考慮利用一部分燃料來(lái)制取淡水具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種回收燃料電池反應(yīng)后的水，并制取純凈水的質(zhì)子交換膜燃料電池水回收裝置。

本發(fā)明的實(shí)施例提供一種質(zhì)子交換膜燃料電池水回收裝置，包括質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)，所述質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)內(nèi)陽(yáng)極通入的氫氣和陰極通入的空氣反應(yīng)生成直流電，所述質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)參與反應(yīng)后的空氣乏氣排到水蒸氣冷凝器中，所述空氣乏氣冷凝為汽水混合物，所述汽水混合物通過(guò)汽水分離器分離為濕空氣和一次液態(tài)水，所述濕空氣從汽水分離器的頂部排入排汽管路，所述排汽管路連通分配器，所述排汽管路內(nèi)的濕空氣通過(guò)分配器輸送到冷板蒸發(fā)器的表面，所述濕空氣和空氣中的水蒸氣在冷板蒸發(fā)器的表面冷凝為二次液態(tài)水，所述冷板蒸發(fā)器的下方設(shè)置有水處理系統(tǒng)，所述二次液態(tài)水從冷板蒸發(fā)器的表面下落至水處理系統(tǒng)，所述一次液態(tài)水從汽水分離器的底部流出，并排入水處理系統(tǒng)，所述一次液態(tài)水和所述二次液態(tài)水在水處理系統(tǒng)中被處理為可飲用的純凈水。

進(jìn)一步，所述質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)包括氫氣供應(yīng)回路、空氣供應(yīng)回路和質(zhì)子交換膜燃料電池電堆，所述氫氣供應(yīng)回路和空氣供應(yīng)回路均連接質(zhì)子交換膜燃料電池電堆，所述氫氣供應(yīng)回路供應(yīng)氫氣，所述空氣供應(yīng)回路供應(yīng)空氣，氫氣和空氣中的氧氣在質(zhì)子交換膜燃料電池電堆中發(fā)生反應(yīng)生成直流電，反應(yīng)后剩余的微量氫氣經(jīng)第一電磁閥排出到空氣中，反應(yīng)后的空氣乏氣排到水蒸氣冷凝器中。

進(jìn)一步，所述氫氣供應(yīng)回路包括高壓儲(chǔ)氫容器、減壓閥、單向閥、手動(dòng)截止閥和防爆電磁閥，所述高壓儲(chǔ)氫容器、減壓閥、單向閥、手動(dòng)截止閥和防爆電磁閥依次連接，氫氣從高壓儲(chǔ)氫容器出來(lái)，依次經(jīng)過(guò)減壓閥、單向閥、手動(dòng)截止閥和防爆電磁閥進(jìn)入質(zhì)子交換膜燃料電池電堆的陽(yáng)極；所述空氣供應(yīng)回路包括空氣過(guò)濾器和空氣增壓裝置，所述空氣過(guò)濾器和空氣增壓裝置依次連接，空氣經(jīng)過(guò)空氣過(guò)濾器處理后進(jìn)入空氣增壓裝置，所述空氣增壓裝置將空氣升壓，并送入質(zhì)子交換膜燃料電池電堆的陰極。

進(jìn)一步，所述冷板蒸發(fā)器的表面與空氣直接接觸，所述冷板蒸發(fā)器的一側(cè)設(shè)有風(fēng)扇，所述風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)空氣和濕空氣流向冷板蒸發(fā)器的表面，所述冷板蒸發(fā)器采用直立放置或傾斜放置，使在冷板蒸發(fā)器表面冷凝的二次液態(tài)水在重力作用下能下落至水處理器系統(tǒng)。

進(jìn)一步，所述冷板蒸發(fā)器包括平板和制冷劑流道，所述制冷劑流道設(shè)在平板的內(nèi)部，所述制冷劑流道的兩端分別連通直流制冷壓縮機(jī)和節(jié)流元件，所述直流制冷壓縮機(jī)和節(jié)流元件均連通冷凝器，所述直流制冷壓縮機(jī)由質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)生成的直流電通過(guò)直流-直流變換器轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定直流電后驅(qū)動(dòng)，所述直流制冷壓縮機(jī)內(nèi)設(shè)有制冷劑氣體，所述直流制冷壓縮機(jī)將制冷劑氣體壓縮為高溫高壓氣體，所述高溫高壓氣進(jìn)入冷凝器，所述高溫高壓氣在冷凝器中冷凝成高溫高壓液體，所述高溫高壓液體流經(jīng)節(jié)流元件變?yōu)榈蜏氐蛪旱臍庖夯旌衔铮鰵庖夯旌衔锪魅肜浒逭舭l(fā)器，所述氣液混合物在冷板蒸發(fā)器中吸收流向冷板蒸發(fā)器表面空氣和濕空氣的熱量，并再次蒸發(fā)為制冷劑氣體，所述直流制冷壓縮機(jī)的吸氣口將制冷劑氣體吸入直流制冷壓縮機(jī)內(nèi)，制冷劑氣體在直流制冷壓縮機(jī)內(nèi)再次被壓縮，所述冷板蒸發(fā)器表面的空氣和濕空氣冷凝成二次液態(tài)水。

進(jìn)一步，所述分配器為噴嘴、分流歧管或多孔板。

進(jìn)一步，所述汽水分離器為旋風(fēng)式分離器，所述汽水混合物從旋風(fēng)式分離器的頂部圓周的切向流入，所述汽水混合物在旋風(fēng)分離器氣流的作用下高速旋轉(zhuǎn)，密度大的一次液態(tài)水在離心力作用下被甩向筒壁，并在重力作用下沿筒壁下落流至旋風(fēng)分離器的底部流出，密度小的濕空氣在旋風(fēng)分離器的內(nèi)部收縮并向中心流動(dòng)，向上形成二次渦流，從旋風(fēng)分離器的頂部排入排汽管路。

進(jìn)一步，所述水處理系統(tǒng)包括集水盤(pán)、紫外線發(fā)生裝置、水過(guò)濾器和取水閥，所述集水盤(pán)的底部連通水管，所述水管上設(shè)有水過(guò)濾器和取水閥，所述一次液態(tài)水和所述二次液態(tài)水流入集水盤(pán)中，并在集水盤(pán)中經(jīng)紫外線發(fā)生裝置殺菌處理，再通過(guò)水管流至水過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾處理，即得到純凈水，所述取水閥控制純凈水的流出。

進(jìn)一步，所述質(zhì)子交換膜燃料電池水回收裝置還包括散熱系統(tǒng)，所述散熱系統(tǒng)、水蒸氣冷凝器、質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)和冷凝器依次連通構(gòu)成冷卻水回路，所述散熱系統(tǒng)為水蒸氣冷凝器和質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)提供冷卻水，所述冷卻水在水蒸氣冷凝器和質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)中吸熱，吸熱后的冷卻水流向冷凝器，并帶走冷凝器中的冷凝熱，再流回散熱系統(tǒng)中被冷卻后循環(huán)供應(yīng)給水蒸氣冷凝器和質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)。

進(jìn)一步，所述散熱系統(tǒng)包括散熱器、散熱風(fēng)機(jī)和水泵，所述水泵連通水蒸氣冷凝器，并泵入水蒸氣冷凝器中吸熱，再進(jìn)入質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)中吸熱，吸熱后的冷卻水流向冷凝器，并帶走冷凝器中的冷凝熱，再流回散熱器，并通過(guò)散熱風(fēng)機(jī)加速散熱器外部空氣的對(duì)流實(shí)現(xiàn)冷卻，所述散熱系統(tǒng)還包括膨脹水箱，所述膨脹水箱連通散熱器，所述膨脹水箱為散熱器提供冷卻水并提供冷卻水的水溫變化時(shí)所需的體積膨脹空間。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明將燃料電池排放的空氣乏氣中的水蒸氣冷凝為一次液態(tài)水，再將空氣和濕空氣冷凝得到二次液態(tài)水，進(jìn)而獲取淡水，利用率大大提高，充分利用資源，節(jié)省能源，符合可持續(xù)發(fā)展的要求，在缺乏飲用水的情況下，可以提供干凈的飲用水，可廣泛應(yīng)用于沙漠、海島等缺乏淡水的地區(qū)，尤其是對(duì)于沙漠、海島地區(qū)的軍事設(shè)施來(lái)說(shuō)具有一定的應(yīng)用價(jià)值；同時(shí)，本發(fā)明可在水源被嚴(yán)重污染的地區(qū)作為緊急淡水來(lái)源使用；在遠(yuǎn)洋LNG(液化天然氣)運(yùn)輸船上可以作為一種緊急情況下的淡水供應(yīng)措施。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一種質(zhì)子交換膜燃料電池水回收裝置的一示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地描述。

請(qǐng)參考圖1，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種質(zhì)子交換膜燃料電池水回收裝置，包括質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)1，質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)1包括氫氣供應(yīng)回路11、空氣供應(yīng)回路12和質(zhì)子交換膜燃料電池電堆13，氫氣供應(yīng)回路11和空氣供應(yīng)回路12均連接質(zhì)子交換膜燃料電池電堆13。

氫氣供應(yīng)回路11供應(yīng)氫氣，氫氣供應(yīng)回路11包括高壓儲(chǔ)氫容器111、減壓閥112、單向閥113、手動(dòng)截止閥114和防爆電磁閥115，高壓儲(chǔ)氫容器111、減壓閥112、單向閥113、手動(dòng)截止閥114和防爆電磁閥115依次連接，氫氣從高壓儲(chǔ)氫容器111出來(lái)，依次經(jīng)過(guò)減壓閥112、單向閥113、手動(dòng)截止閥114和防爆電磁閥115進(jìn)入質(zhì)子交換膜燃料電池電堆13的陽(yáng)極。

空氣供應(yīng)回路12供應(yīng)空氣，空氣供應(yīng)回路12包括空氣過(guò)濾器121和空氣增壓裝置122，空氣過(guò)濾器121和空氣增壓裝置122依次連接，空氣經(jīng)過(guò)空氣過(guò)濾器處理121后進(jìn)入空氣增壓裝置122，空氣增壓裝置122將空氣升壓，并送入質(zhì)子交換膜燃料電池電堆13的陰極。

質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)13內(nèi)陽(yáng)極通入的氫氣和陰極通入的空氣反應(yīng)生成直流電，在一實(shí)施例中，氫氣和空氣中的氧氣在質(zhì)子交換膜燃料電池電堆13中發(fā)生反應(yīng)生成直流電。

反應(yīng)后剩余的微量氫氣經(jīng)第一電磁閥116排出到空氣中，反應(yīng)后的空氣乏氣排到水蒸氣冷凝器2中，空氣乏氣冷凝為汽水混合物，汽水混合物通過(guò)汽水分離器3分離為濕空氣和一次液態(tài)水，濕空氣從汽水分離器3的頂部排入排汽管路4，一次液態(tài)水從汽水分離器3的底部流出。在一實(shí)施例中，汽水分離器3為旋風(fēng)式分離器，汽水混合物從旋風(fēng)式分離器的頂部圓周的切向流入，汽水混合物在旋風(fēng)分離器3氣流的作用下高速旋轉(zhuǎn)，密度大的一次液態(tài)水在離心力作用下被甩向筒壁，并在重力作用下沿筒壁下落流至旋風(fēng)分離器3的底部流出，密度小的濕空氣在旋風(fēng)分離器3的內(nèi)部收縮并向中心流動(dòng)，向上形成二次渦流，從旋風(fēng)分離器的頂部排入排汽管路4。

排汽管路4連通分配器5，在一實(shí)施例中，分配器5為噴嘴、分流歧管或多孔板。排汽管路4內(nèi)的濕空氣通過(guò)分配器5輸送到冷板蒸發(fā)器7的表面，濕空氣和空氣中的水蒸氣在冷板蒸發(fā)器7的表面冷凝為二次液態(tài)水，冷板蒸發(fā)器7的下方設(shè)置有水處理系統(tǒng)6，二次液態(tài)水從冷板蒸發(fā)器7的表面下落至水處理系統(tǒng)6，一次液態(tài)水從汽水分離器3的底部流出，并排入水處理系統(tǒng)6中，在一實(shí)施例中，冷板蒸發(fā)器7的表面與空氣直接接觸，冷板蒸發(fā)器7的一側(cè)設(shè)有風(fēng)扇71，風(fēng)扇71驅(qū)動(dòng)空氣和濕空氣流向冷板蒸發(fā)器7的表面，冷板蒸發(fā)器7采用直立放置或傾斜放置，使在冷板蒸發(fā)器7表面冷凝的二次液態(tài)水在重力作用下能下落至水處理器系統(tǒng)6。

在一實(shí)施例中，冷板蒸發(fā)器7包括平板72和制冷劑流道73，制冷劑流道73設(shè)在平板72的內(nèi)部，制冷劑流道73的兩端分別連通直流制冷壓縮機(jī)74和節(jié)流元件75，直流制冷壓縮機(jī)74和節(jié)流元件75均連通冷凝器76，直流制冷壓縮機(jī)74由質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)1生成的直流電通過(guò)直流-直流變換器14轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定直流電后驅(qū)動(dòng)，直流制冷壓縮機(jī)74內(nèi)設(shè)有制冷劑氣體，直流制冷壓縮機(jī)74將制冷劑氣體壓縮為高溫高壓氣體，高溫高壓氣進(jìn)入冷凝器76，高溫高壓氣在冷凝器76中冷凝成高溫高壓液體，高溫高壓液體流經(jīng)節(jié)流元件75變?yōu)榈蜏氐蛪旱臍庖夯旌衔?，氣液混合物流入冷板蒸發(fā)器7，氣液混合物在冷板蒸發(fā)器7中吸收流向冷板蒸發(fā)器7表面空氣和濕空氣的熱量，并再次蒸發(fā)為制冷劑氣體，直流制冷壓縮機(jī)74的吸氣口將制冷劑氣體吸入直流制冷壓縮機(jī)74內(nèi)，制冷劑氣體在直流制冷壓縮機(jī)74內(nèi)再次被壓縮，冷板蒸發(fā)器7表面的空氣和濕空氣冷凝成二次液態(tài)水。

一次液態(tài)水和二次液態(tài)水在水處理系統(tǒng)6中被處理為可飲用的純凈水。水處理系統(tǒng)6包括集水盤(pán)61、紫外線發(fā)生裝置62、水過(guò)濾器63和取水閥64，集水盤(pán)61的底部連通水管65，水管65上設(shè)有水過(guò)濾器63和取水閥64，一次液態(tài)水和二次液態(tài)水流入集水盤(pán)61中，并在集水盤(pán)61中經(jīng)紫外線發(fā)生裝置62殺菌處理，再通過(guò)水管65流至水過(guò)濾器63進(jìn)行過(guò)濾處理，即得到純凈水，取水閥64控制純凈水的流出。

質(zhì)子交換膜燃料電池水回收裝置還包括散熱系統(tǒng)8，散熱系統(tǒng)8、水蒸氣冷凝器2、質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)1和冷凝器76依次連通構(gòu)成冷卻水回路，散熱系統(tǒng)8為水蒸氣冷凝器2和質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)1提供冷卻水，冷卻水在水蒸氣冷凝器2和質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)1中吸熱，吸熱后的冷卻水流向冷凝器76，并帶走冷凝器76中的冷凝熱，再流回散熱系統(tǒng)8中被冷卻后循環(huán)供應(yīng)給水蒸氣冷凝器2和質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)1。

散熱系統(tǒng)8包括散熱器81、散熱風(fēng)機(jī)82和水泵83，水泵83連通水蒸氣冷凝器2，并泵入水蒸氣冷凝器2中吸熱，再進(jìn)入質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)1中吸熱，吸熱后的冷卻水流向冷凝器76，并帶走冷凝器76中的冷凝熱，再流回散熱器81，并通過(guò)散熱風(fēng)機(jī)82加速散熱器81外部空氣的對(duì)流實(shí)現(xiàn)冷卻，散熱系統(tǒng)8還包括膨脹水箱84，膨脹水箱84連通散熱器81，膨脹水箱84為散熱器81提供冷卻水并提供冷卻水的水溫變化時(shí)所需的體積膨脹空間。

工作過(guò)程：氫氣和空氣分別通過(guò)氫氣供應(yīng)回路11和空氣供應(yīng)回路12進(jìn)入質(zhì)子交換膜燃料電池電堆13，氫氣和空氣中的氧氣反應(yīng)生成直流電，空氣中的氧氣參與反應(yīng)，被消耗掉，而不能反應(yīng)的乏氣則排到水蒸氣冷凝器2中，并冷凝為汽水混合物，汽水混合物通過(guò)汽水分離器3分離為一次液態(tài)水和濕空氣，濕空氣從汽水分離器3的頂部排入排汽管路4，排汽管路4內(nèi)的濕空氣通過(guò)分配器5輸送到冷板蒸發(fā)器7的表面，濕空氣和空氣中的水蒸氣在冷板蒸發(fā)器7的表面冷凝為二次液態(tài)水，二次液態(tài)水從冷板蒸發(fā)器7的表面下落至水處理系統(tǒng)6，一次液態(tài)水從汽水分離器3的底部流出，并排入水處理系統(tǒng)6，一次液態(tài)水和二次液態(tài)水在水處理系統(tǒng)6中被處理為可飲用的純凈水。

同時(shí)，反應(yīng)過(guò)程中，散熱系統(tǒng)8向水蒸氣冷凝器2和質(zhì)子交換膜燃料電池電堆13循環(huán)供應(yīng)冷卻水吸收水蒸氣冷凝器2的放熱和質(zhì)子交換膜燃料電池電堆13中產(chǎn)生的反應(yīng)熱，吸熱后的冷卻水流向冷凝器76，并帶走冷凝器76中的冷凝熱，再流回散熱系統(tǒng)8中被冷卻后循環(huán)供應(yīng)給水蒸氣冷凝器2和質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)1。

本發(fā)明將燃料電池排放的空氣乏氣中的水蒸氣冷凝為一次液態(tài)水，再將空氣和濕空氣冷凝得到二次液態(tài)水，進(jìn)而獲取淡水，利用率大大提高，充分利用資源，節(jié)省能源，符合可持續(xù)發(fā)展的要求，在缺乏飲用水的情況下，可以提供干凈的飲用水，可廣泛應(yīng)用于沙漠、海島等缺乏淡水的地區(qū)，尤其是對(duì)于沙漠、海島地區(qū)的軍事設(shè)施來(lái)說(shuō)具有一定的應(yīng)用價(jià)值；同時(shí)，本發(fā)明可在水源被嚴(yán)重污染的地區(qū)作為緊急淡水來(lái)源使用；在遠(yuǎn)洋LNG(液化天然氣)運(yùn)輸船上可以作為一種緊急情況下的淡水供應(yīng)措施。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位詞是以附圖中零部件位于圖中以及零部件相互之間的位置來(lái)定義的，只是為了表達(dá)技術(shù)方案的清楚及方便。應(yīng)當(dāng)理解，所述方位詞的使用不應(yīng)限制本申請(qǐng)請(qǐng)求保護(hù)的范圍。

在不沖突的情況下，本文中上述實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互結(jié)合。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。