一种基于ORC的燃料电池冷链车液氢冷能量利用系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于ORC的燃料电池冷链车液氢冷能量利用系统及方法，包括相互耦合的燃料电池冷却剂循环回路、ORC工作介质循环回路、液氢循环回路。本发明专利技术设计了燃料电池冷链车液氢冷能量利用系统，对燃料电池冷却系统和冷链车制冷系统进行了改进；基于设计的燃料电池冷链车液氢冷能量利用的系统，可以利用液氢的冷能量进行发电，降低冷链车的氢耗；通过PEMFC冷却剂与ORC工作介质和氢流的热交换可以吸收燃料电池电堆的热量，降低燃料电池冷却系统的负荷，以减小燃料电池系统的总寄生功率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于ORC的燃料电池冷链车液氢冷能量利用系统及方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，具体涉及一种基于ORC的燃料电池冷链车液氢冷能量利用系统及方法。

技术介绍

[0002]燃料电池是一种将化学能直接转化成电能和热能的反应装置，其中，氢燃料电池是目前主要的技术途径，而氢气在燃料电池汽车中是以液态储存的，其冷能具有很高的利用价值。
[0003]现有技术中，尚未形成一套行之有效的液氢冷能量利用系统及方法，无法吸收燃料电池运行过程中放出的大量的热，车辆运行效率低。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种基于ORC的燃料电池冷链车液氢冷能量利用系统及方法，通过有机朗肯循环(OrganicRankineCycle，ORC)利用冷能发电，通入燃料电池，节省了冷链车的能耗。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：
[0006]一种基于ORC的燃料电池冷链车液氢冷能量利用系统，包括相互耦合的燃料电池冷却剂循环回路、ORC工作介质循环回路、液氢循环回路。
[0007]作为上述方案的优选，所述燃料电池冷却剂循环回路包括首尾相连的PEMFC、第二加压泵、第四换热器、第二换热器、第三换热器。
[0008]作为上述方案的优选，所述ORC工作介质循环回路包括首尾相连的第三加压泵、第一膨胀机、第一换热器，第三泵与第一膨胀机之间连接有第四换热器，第一膨胀机还连接冷链车制冷系统。
[0009]作为上述方案的优选，所述液氢循环回路包括氢瓶，氢瓶通过第一加压泵连接第一换热器，第一换热器连接第二换热器，第二换热器与第三换热器之间连接有第二膨胀机，第二膨胀机连接冷链车制冷系统。
[0010]一种基于ORC的燃料电池冷链车液氢冷能量利用方法，包括：储存在氢瓶中的液态氢被第一加压泵加压到后进入第一换热器与ORC工作介质进行热交换，液态氢流的冷能被转移到ORC工作介质中。
[0011]作为上述方案的优选，通过第一换热器后，汽化的氢气在第二换热器中被PEMFC的冷却剂加热，加热后的氢气蒸汽流通过第二膨胀机做工进行发电，第二膨胀机产生电力输入到冷链车制冷系统。
[0012]作为上述方案的优选，从第二膨胀机输出的汽化的氢气流进入第三换热器被PEMFC的冷却剂加热，并以所需的温度和压力供应给PEMFC。
[0013]作为上述方案的优选，还包括：在PEMFC中通过电化学反应产生的热量被冷却剂吸收，吸收了PEMFC热能量的冷却剂分别在第四换热器将热能量传递给ORC工作介质，在第二
换热器、第三换热器将热能量传递给氢气，然后进入PEMFC吸收热能量，如此循环。
[0014]作为上述方案的优选，还包括：ORC的工作介质得到热量后汽化，汽化的ORC工作介质被引入第一膨胀机做工，产生电力输入到冷链车制冷系统；从第一膨胀机输出的ORC工作介质进入第一换热器，通过与液态氢流的热交换进行冷凝，再输入到第三加压泵，如此往复循环。
[0015]作为上述方案的优选，膨胀机以交流电的形式产生电力输入到冷链车制冷系统。
[0016]作为上述方案的优选，送入PEMFC的大部分氢气在电化学反应中被利用，以直流电的形式产生电能，在PEMFC中未反应的那部分氢气被回收，重新参与循环。
[0017]由于具有上述结构，本专利技术的有益效果在于：
[0018](1)设计了燃料电池冷链车液氢冷能量利用系统，对燃料电池冷却系统和冷链车制冷系统进行了改进。
[0019](2)基于设计的燃料电池冷链车液氢冷能量利用的系统，可以利用液氢的冷能量进行发电，降低冷链车的氢耗。
[0020](3)通过PEMFC冷却剂与ORC工作介质和氢流的热交换可以吸收燃料电池电堆的热量，降低燃料电池冷却系统的负荷，以减小燃料电池系统的总寄生功率。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0022]图1为本专利技术冷链车燃料电池和ORC系统结构示意图；
[0023]其中：A为空气，H为氢气，C为燃料电池冷却剂，O为ORC系统工作介质，E为膨胀机发出的交流电。
具体实施方式
[0024]下面将结合本专利技术的附图，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0025]如图1所示，一种基于ORC的燃料电池冷链车液氢冷能量利用系统，主要由加压泵、膨胀机和换热器组成。具体包括相互耦合的燃料电池冷却剂循环回路、ORC工作介质循环回路、液氢循环回路。
[0026]其中：
[0027]所述燃料电池冷却剂循环回路包括首尾相连的PEMFC、第二加压泵、第四换热器、第二换热器、第三换热器。
[0028]所述ORC工作介质循环回路包括首尾相连的第三加压泵、第一膨胀机、第一换热器，第三泵与第一膨胀机之间连接有第四换热器，第一膨胀机还连接冷链车制冷系统。
[0029]所述液氢循环回路包括氢瓶，氢瓶通过第一加压泵连接第一换热器，第一换热器连接第二换热器，第二换热器与第三换热器之间连接有第二膨胀机，第二膨胀机连接冷链车制冷系统。
[0030]本实施例还提供一种基于ORC的燃料电池冷链车液氢冷能量利用方法，主要由三
条换热路径组成：
[0031](1)液氢与燃料电池冷却剂和ORC工作介质的换热过程：
[0032]储存在氢瓶中的液态氢被第一加压泵加压到后进入第一换热器与ORC工作介质进行热交换，液态氢流(H2)的冷能被转移到ORC工作介质(O4)中；通过第一换热器后，汽化的氢气在第二换热器中被PEMFC的冷却剂加热，加热后的氢气蒸汽流(H4)通过第二膨胀机做工进行发电，第二膨胀机以交流电(AC)的形式产生电力输入到冷链车制冷系统，由于燃料电池的工作压力较低，第二膨胀机可以利用加压氢气流的能量；从第二膨胀机输出的汽化的氢气流(H5)进入第三换热器被PEMFC的冷却剂加热，并以所需的温度和压力供应给PEMFC。送入PEMFC的大部分氢气在电化学反应中被利用，以直流电(DC)的形式产生电能。在PEMFC中未反应的那部分氢气通过H7流被回收。
[0033](2)燃料电池冷却剂的循环回路：
[0034]在PEMFC中通过电化学反应产生的热量被冷却剂吸收，吸收了PEMFC热能量的冷却剂C1分别在第四换热器将热能量传递给ORC工作介质O2，在第二换热器、第三换热器将热能量传递给氢气H4和氢气H6，然后进入PEMFC吸收热能量，如此循环。
[0035](3)ORC工作介质的循环回路：
[0036]ORC工作介质O1被第三加压泵加压进入第四换热器中吸收燃料电池冷却剂中的热能量，ORC的工作介质得到热量后汽化，汽化的ORC工作介质被引入第一膨胀机做工，以交流的形式产生电力输入到冷链车制冷系统；从第一膨胀机输出的ORC本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于ORC的燃料电池冷链车液氢冷能量利用系统，其特征在于，包括相互耦合的燃料电池冷却剂循环回路、ORC工作介质循环回路、液氢循环回路。2.根据权利要求1所述的一种基于ORC的燃料电池冷链车液氢冷能量利用系统，其特征在于，所述燃料电池冷却剂循环回路包括首尾相连的PEMFC、第二加压泵、第四换热器、第二换热器、第三换热器。3.根据权利要求1所述的一种基于ORC的燃料电池冷链车液氢冷能量利用系统，其特征在于，所述ORC工作介质循环回路包括首尾相连的第三加压泵、第一膨胀机、第一换热器，第三泵与第一膨胀机之间连接有第四换热器，第一膨胀机还连接冷链车制冷系统。4.根据权利要求1所述的一种基于ORC的燃料电池冷链车液氢冷能量利用系统，其特征在于，所述液氢循环回路包括氢瓶，氢瓶通过第一加压泵连接第一换热器，第一换热器连接第二换热器，第二换热器与第三换热器之间连接有第二膨胀机，第二膨胀机连接冷链车制冷系统。5.根据权利要求1至4中任意一项所述的一种基于ORC的燃料电池冷链车液氢冷能量利用方法，其特征在于，包括：储存在氢瓶中的液态氢被第一加压泵加压到后进入第一换热器与ORC工作介质进行热交换，液态氢流的冷能被转移到ORC工作介质中。6.根据权利要求5所述的一种基于ORC的燃料电池冷链车液氢冷能量利用方法，其特征在于，通过第一换热器后，汽化的氢气在第二换热器中被PEMFC的冷却剂加热，加热后的氢气蒸汽流通过第二膨胀机做工...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐飞扬，黄易元，唐廷江，陈宏，刘骞，杨海沦，余竟，
申请(专利权)人：深圳市氢雄燃料电池有限公司，
类型：发明
国别省市：