[发明专利]高温质子交换膜燃料电池-热电制冷装置

说明书

本发明公开了一种高温质子交换膜燃料电池‑热电制冷装置，包括高温质子交换膜燃料电池、热电发生器、热电冷却器及低温热源，其特征在于，所述热电发生器与热电冷却器串联在一起形成闭合回路，热电发生器产生的电压在闭合回路中生成电流，利用高温质子交换膜燃料电池的余热，通过热电效应产生电能，将低温热源热量吸收传递至热电冷却器热端，然后排放到周围环境中去。本发明利用热电发生器有效回收高温质子交换膜燃料电池余热从而产生额外的电能，进一步驱动下层半导体制冷，实现了能量的合理利用，提高了能量利用效率。

技术领域

本发明涉及一种高温质子交换膜燃料电池-热电制冷混合装置，特别涉及一种高温质子交换膜燃料电池和半导体器件组成的混合装置，属于同时供电供冷装置技术领域。

背景技术

高温质子交换膜燃料电池在产生电能的同时，会产生大量的热。如果不能对这部分余热进行合理的回收利用势必会影响电池的正常工作，并且造成热污染和热损失。热电装置可以根据热电效应将废热直接转化为电能或利用电能生成温差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：1)目前传统制冷装置介质污染和机械振动的问题；2)燃料电池热管理问题；3)制冷装置制冷量调节问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种高温质子交换膜燃料电池-热电制冷装置，其特征在于，包括依次复合的高温质子交换膜燃料电池装置、m对N型半导体一和m对P型半导体二构成的热电发生器TEG、n对N型半导体二和n对P型半导体二构成的热电冷却器TEC及低温热源，其特征在于，高温质子交换膜燃料电池与回热器连通，回热器利用高温质子交换膜燃料电池的余热将其入口处的反应物A由环境温度预热至高温质子交换膜燃料电池的工作温度得到生成物B，生成物B送入高温质子交换膜燃料电池内参与电化学反应，使高温质子交换膜燃料电池产生可向外输出的电能；热电发生器TEG与热电冷却器TEC串联在一起形成闭合回路，热电发生器TEG产生的电压在闭合回路中生成电流，利用高温质子交换膜燃料电池的余热，通过热电效应产生电能，将低温热源热量吸收传递至热电冷却器TEC放热端，然后排放到周围环境中去。

优选地，所述高温质子交换膜燃料电池装置包括：

高温质子交换膜燃料电池，使用PA/PBI作为膜，Pt作为阳极催化剂，Pt/Co作为阴极催化剂，石墨复合板作为双极板，氢气作为还原剂，纯氧或脱除二氧化碳的空气作为氧化剂；高温质子交换膜燃料电池的工作温度和压力值分别取150℃和1atm，相对湿度RH和掺杂度DL分别为0.38％和5.6；

燃料进口通道，为高温质子交换膜燃料电池的电化学反应提供燃料；

氧化剂进口通道，为高温质子交换膜燃料电池的电化学反应提供氧化剂；

产物出口通道，用于将高温质子交换膜燃料电池的电化学反应的产物输送至高温质子交换膜燃料电池外部；

回热器，与燃料进口通道、氧化剂进口通道和产物出口通道相连接，利用产物出口通道内产物的燃料进口通道、氧化剂进口通道中的燃料和氧化剂进行加热；

优选地，所述热电发生器TEG包括上、下两个陶瓷片一，上、下两层薄金属片一以及m对N型半导体一和m对P型半导体一；其中，上部陶瓷片一连接于所述高温质子交换膜燃料电池与上层薄金属片一之间，下部陶瓷片一连接于下层薄金属片一与周围环境之间，充当均匀的电绝缘传热层；并且上、下两层薄金属片一连接于上、下两个陶瓷片一与m对N型半导体一和m对P型半导体一之间，起到导热和导电的作用。

优选地，所述热电发生器TEG中的N型半导体一和P型半导体一之间串联连接。