[发明专利]一种利用燃料电池堆反应热的喷射式制冷装置

说明书

技术领域

本发明属于制冷与低温技术领域，涉及一种制冷循环系统，特别涉及一种利用燃料电池的反应热来驱动喷射器工作的喷射式制冷装置。

背景技术

如本领域已知的那样，喷射器是一种动力能量传递泵，它利用高压流体流经喷射器内喷嘴后排出的强劲流体的夹带作用来抽取于循环低压流体。驱动喷射器工作的高压流体，可以通过制冷剂从热源吸收热量获得。常用的热源有太阳能、地热、工业过程废热、化学反应热等。

采用喷射器作压缩、增压部件的喷射式制冷系统，具有结构简单、不消耗高品位电能的优点，同时喷射式制冷系统可以用水作制冷工质，因此完全没有温室效应和破坏臭氧的缺点，比传统的压缩式制冷循环在环保、节能方面具有明显的优势。

燃料电池是一个将化石燃料中的化学能转换为电能的发电装置。化石燃料可以是氢气、天然气、煤气、汽油或柴油以及其它碳氢化合物。能量转换是通过电极上的电化学反应来进行的，由于不受卡诺循环的限制，燃料电池的发电效率非常高。以固体氧化物燃料电池为例，其发电效率一般为40~60％，其余的能量都转化为热量，考虑到固体氧化物燃料电池的工作温度通常在600℃至1000℃的范围内，因此，在提供电力的同时，固体氧化物燃料电池还可以提供大量的高质量的热。但大多数情况下，这种燃料电池堆所排出废热并未被很好的利用。

发明内容

喷射器作为一种增压设备，其机构简单、无运动部件且成本低，在制冷领域有着大量的应用。燃料电池是一种清洁、高效的发电方式，是一种理想的未来发电方式，因此近些年来被全世界广泛研究。

针对燃料电池在工作过程中放出的大量高质量的热，本发明的目的在于提出了一种新的利用该热量的装置来高效回收燃料电池所排出的热量，即将燃料电池与喷射式制冷系统相结合，用燃料电池产生的废热来驱动喷射系统制冷，在获得电力的同时，得到了冷量。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种利用燃料电池堆反应热的喷射式制冷装置，其特征在于，包括一个喷射器，该喷射器出口连接一个冷凝器，冷凝器的出口与循环泵相连，循环泵的出口分两路，一路与回热器相连，另一路与热回收装置的第一入口相连；回热器出口通过一个节流阀与蒸发器相连，蒸发器的出口通过回热器复温管道连接喷射器抽吸口；热回收装置的第一出口与喷射器相连；所述热回收装置还通过第二入口、第二出口分别连接燃料电池堆的冷却剂出口、冷却剂入口。

另一种利用燃料电池堆反应热的喷射式制冷装置，其特征在于，包括两个喷射器，其第一喷射器出口连接第二喷射器，该第二喷射器出口连接一个冷凝器，冷凝器的出口与循环泵相连，循环泵的出口分两路，一路与回热器相连，另一路与热回收装置的第一入口相连；回热器出口通过一个节流阀与蒸发器相连，蒸发器的出口通过回热器复温管道连接第一喷射器的抽吸口；热回收装置的第一出口与第一、第二喷射器相连；所述热回收装置还通过第二入口、第二出口分别连接燃料电池堆的冷却剂出口、冷却剂入口。

上述方案中，所述热回收装置包括一个开有第一出入口、第二出入口的密闭容器，该密闭容器中设置一个用于冷凝的螺旋管，螺旋管上端连接第二入口，下端连接第二出口；来自循环泵出口的制冷剂从第一入口进入密闭容器经螺旋管后吸热汽化，从第一出口到喷射器。所述密闭容器上部设有二至四层隔板，隔板之间形成迂回通道。

如本领域已知的那样，喷射式制冷系统的运行稳定性和效率都受到冷凝器压力与蒸发器压力的比值的影响，降低该比值能提高喷射式制冷系统的效率。为了降低该比值，本发明进一步的改进是在喷射器与冷凝器之间，再添加一个喷射器，构成一个双级喷射式制冷系统。对于每一个喷射器来说，其冷凝压力与蒸发压力的比值都获得了提升。因此，可以改善系统运行和提高系统效率。

本发明利用一个热回收装置取代了常规燃料电池系统中的冷凝器，同时取代了常规喷射式制冷系统中的气体发生器，将燃料电池堆和喷射式制冷循环系统很好地结合在一起，用来回收燃料电池冷却剂的热量，这部分热量被制冷循环中的制冷剂吸收，制冷剂在热回收装置出口处变成高温高压流体，驱动喷射器抽取蒸发器出口的气体，来实现制冷循环。因此，本发明提出的这种电和冷联产的方法，具有系统紧凑、高效节能的优势。