[实用新型]有轨电车余热发电系统、燃料电池有轨电车

说明书

本实用新型提供了一种有轨电车余热发电系统、燃料电池有轨电车。所述系统包括温差发电模块、DC‑DC电源模块、燃料电池堆、燃料电池散热系统、散热三通阀、保温三通阀，氢气供应系统，空气供应系统。本实用新型设计了一种新型的燃料电池有轨电车余热温差发电技术方案，利用温差发电及相变储热技术对燃料电池废热进行回收利用，并充分利用有轨电车废冷，能够有效降低燃料电池散热的要求，提高冷却液入堆温度的稳定性，增强燃料电池有轨电车在寒冷地区的适应性，实现燃料电池有轨电车的低温环境下的快速冷启动。

技术领域

本实用新型属于燃料电池应用技术领域，特别是涉及燃料电池有轨电车余热发电系统、燃料电池有轨电车。

背景技术

燃料电池能将存储在燃料中的化学能通过电化学反应直接转换成电能，不受卡诺循环的限制，通常转换效率在50％以上，被认为是21世纪首选的发电技术。燃料电池有轨电车自身携带主动力源，与内燃机车一样灵活，完全摆脱了线路牵引供电系统，能够大幅降低有轨电车线路初期建设投资，又没有内燃机车的污染问题，发展潜力巨大。

燃料电池工作时会产生与发电量相当的余热，燃料电池有轨电车功率等级高，产热量大，因此要达到散热要求散热风机需要消耗大量电能，并伴随高分贝的噪声，若能将此部分热量再利用于发电，则既可降燃料电池的散热要求，又可进一步提高能源综合利用率。

燃料电池工作温度大约在65℃左右，属于低品位余热，而且燃料电池有轨电车没有热水需求，另外夏季时有轨电车的空调系统存在废冷气，因此可采用低温半导体温差发电作为余热利用技术，燃料电池的余热可作为温差发电的热源，废冷气可作为温差发电的冷源，使冷热面保持交大温差。半导体温差发电热电材料能将热能直接转换成电能，具有结构简单，无需维护，无运动部件，无介质泄露，体积小、重量轻、移动方便、使用寿命长，环境友好等显著优点。

燃料电池有轨电车行驶时，随时可能遇到停车、启动、加速，刹车和爬坡等情况，因此燃料电池在工作时，其工作状态不连续，导致其释放的热量也不连续，出堆的冷却水温度不恒定，所以引起温差发电效率和稳定性降低。相变储热是利用相变材料在凝固/熔化、凝结/气化、凝华/升华以及其他形式的相变过程中，都要吸收或释放相变潜热的原理来储存能量的技术，其具有单位质量(体积)蓄热量大、温度波动小(储、放热过程近似恒温)、化学稳定性和安全性好等特点。其蓄热密度大，使其适合用于热量供给不连续或供给与需求不协调情况下的热能缓冲，另外，其吸热和放热过程近似恒温，可以以此来控制体系的温度，因此可以用相变储热装置来平滑燃料电池的热量供给和恒定温差发电的热端温度，提高温差发电效率和发电稳定性。另外，相变储热装置还可以将燃料电池产生的热量蓄积起来在电池内部温度较低时加以利用，那么就可以增强燃料电池在寒冷地区的适应性，同时还可以实现电池低温冷启动，进一步提高能源综合利用率。

如果能提供一种充分利用有轨电车的燃料电池工作余热进行温差发电的技术方案，将是十分有意义的。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种有轨电车余热发电系统。

本实用新型采用的技术方案是这样的：一种有轨电车余热发电系统，包括温差发电模块、DC-DC电源模块、燃料电池堆、燃料电池散热系统、散热三通阀、保温三通阀，氢气供应系统，空气供应系统；燃料电池散热系统包括散热器和冷却循环水泵；温差发电模块包括热面、冷面、设置在冷面与热面之间的温差发电片阵列、与热面固定在一起的热端储热箱、与冷面固定在一起的冷端储热箱、固定在冷端储热箱上方的散热片；所述温差发电片阵列设置有输出电极。

热端储热箱由导热金属材质制作，内部填充相变材料，且留有未填充的真空空间，热端储热箱内具有液体管道，液体管道的两端分别作为热端储热箱的出口、热端储热箱的入口，液体管道浸没在相变材料中。

所述冷端储热箱是由导热金属材质制作，内部填充相变材料，且保留未填充的真空空间，冷端储热箱内设置有液体管道和气体管道，液体管道和气体管道浸没在模块内部的相变材料中。