權(quán)利要求書(shū)： 1.一種質(zhì)子交換膜燃料電池廢熱回收系統(tǒng)的工作方法，其特征在于：

該系統(tǒng)包括氫氣儲(chǔ)罐（1），閥門(mén)A（3），混合器（4），加濕器A（5），質(zhì)子交換膜（7）,膨脹機(jī)（12），冷凝器（13），冷凝水儲(chǔ)罐（14），蒸發(fā)室（15），閥門(mén)B（16），濃溶液儲(chǔ)罐（17），閥門(mén)C（18），稀溶液儲(chǔ)罐（19），加濕器B（20）和壓縮機(jī)（21）；質(zhì)子交換膜（7）兩側(cè)分別是陽(yáng)極反應(yīng)室（6）和陰極反應(yīng)室（8）；質(zhì)子交換膜（7）、陽(yáng)極反應(yīng)室（6）和陰極反應(yīng)室（8）組成了燃料電池的主體部分，燃料電池外部布置蒸發(fā)室（15）；

氫氣儲(chǔ)罐（1）經(jīng)閥門(mén)A（3）與混合器（4）第一入口相連，混合器（4）出口與加濕器A（5）入口相連，加濕器A（5）出口與燃料電池陽(yáng)極反應(yīng)室（6）入口相連，陽(yáng)極反應(yīng)室（6）出口與混合器（4）第二入口相連；壓縮機(jī)（21）入口與大氣相連，壓縮機(jī)（21）出口與加濕器B（20）入口相連，加濕器B（20）出口與燃料電池陰極反應(yīng)室（8）入口相連，燃料電池陰極反應(yīng)室（8）出口與環(huán)境大氣相連；稀溶液儲(chǔ)罐（19）經(jīng)閥門(mén)C（18）與蒸發(fā)室（15）入口相連，蒸發(fā)室（15）溶液出口經(jīng)閥門(mén)B（16）與濃溶液儲(chǔ)罐（17）相連；蒸發(fā)室（15）蒸汽出口與膨脹機(jī)（12）入口相連，膨脹機(jī)（12）出口與冷凝器（13）熱側(cè)入口相連，冷凝器（13）熱側(cè)出口與冷凝水儲(chǔ)罐（14）相連；

工作方法包括以下過(guò)程：

空氣（22）通過(guò)壓縮機(jī)（21）壓縮后進(jìn)入加濕器B（20），然后進(jìn)入燃料電池陰極反應(yīng)室（8）中；氫氣（2）從氫氣儲(chǔ)罐（1）中通過(guò)閥門(mén)A（3）進(jìn)入混合器（4）一側(cè)入口，與混合器（4）另一入口的陽(yáng)極反應(yīng)室（6）排出的廢氣混合，再通過(guò)加濕器A（5）加濕，進(jìn)入燃料電池的陽(yáng)極反應(yīng)室（6），氫氣（2）中的質(zhì)子與水結(jié)合透過(guò)質(zhì)子交換膜（7）進(jìn)入陰極反應(yīng)室（8）發(fā)生反應(yīng)，電子通過(guò)燃料電池供電輔助系統(tǒng)向外供電，再進(jìn)入陰極反應(yīng)室（8）與空氣（22）中的氧氣發(fā)生反應(yīng)放出熱量，并生成水；陽(yáng)極廢氣（9）排入混合器（4），與新鮮氫氣（2）混合后再次參與反應(yīng)；稀溶液從稀溶液儲(chǔ)罐（19）中經(jīng)過(guò)閥門(mén)C（18）進(jìn)入蒸發(fā)室（15），在蒸發(fā)室（15）中吸收化學(xué)反應(yīng)放出的熱量蒸發(fā)，蒸發(fā)后的濃溶液經(jīng)過(guò)閥門(mén)B（16）進(jìn)入濃溶液儲(chǔ)罐（17），水蒸汽（11）通過(guò)蒸發(fā)室（15）的蒸汽出口進(jìn)入膨脹機(jī)（12），在膨脹機(jī)（12）內(nèi)膨脹并對(duì)外做功，水蒸汽（11）從膨脹機(jī)（12）出口進(jìn)入冷凝器（13），在冷凝器（13）中放熱冷凝成液體，用冷凝水儲(chǔ)罐（14）收集。

說(shuō)明書(shū)： 質(zhì)子交換膜燃料電池廢熱回收系統(tǒng)及方法技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明涉及一種質(zhì)子交換膜燃料電池廢熱回收系統(tǒng)及方法，屬于能源與動(dòng)力領(lǐng)域。背景技術(shù)[0002] 火電站為了追求較高的發(fā)電效率要求發(fā)電機(jī)組足夠大，這限制了火電站面向用戶(hù)的靈活性，同時(shí)還會(huì)排放有害物質(zhì)。燃料電池發(fā)電相比傳統(tǒng)火力發(fā)電擁有眾多的優(yōu)勢(shì)，使用燃料電池發(fā)電，可以將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，不需要燃燒，不需要轉(zhuǎn)動(dòng)部件，能量轉(zhuǎn)換效率高；發(fā)電出力由電池堆的出力和組數(shù)決定，機(jī)組的容量可以根據(jù)需要靈活調(diào)整，自由度高，容量可小到給手機(jī)供電、大到和火力發(fā)電廠(chǎng)相比；機(jī)組大小對(duì)于發(fā)電效率影響并不大，均能保持較高的發(fā)電效率；在不同的負(fù)荷下，燃料電池也都能有較高的發(fā)電效率；負(fù)荷響應(yīng)快，運(yùn)行質(zhì)量高，且排放主要是水和二氧化碳，對(duì)環(huán)境污染小。[0003] 在質(zhì)子交換膜燃料電池中，熱管理的優(yōu)劣是影響性能的一個(gè)重要因素。燃料電池?zé)崃糠e累會(huì)使電池溫度升高，電解質(zhì)膜脫水、收縮，甚至破裂，同時(shí)回收燃料電池排放的廢熱有利于提高燃料電池的發(fā)電效率。因此，設(shè)計(jì)合適的系統(tǒng)帶走并回收燃料電池廢熱對(duì)燃料電池的發(fā)展和應(yīng)用有著重要意義。[0004] 燃料電池中大約40%～50%的能量耗散為熱量，熱量主要來(lái)源于三個(gè)方面，一是電極發(fā)生化學(xué)反應(yīng)放出的化學(xué)反應(yīng)熱，二是電路有電流之后產(chǎn)生的焦耳熱，三是加濕空氣帶入的熱量。為了防止廢熱積累，使電池過(guò)熱影響電池性能和使用壽命，需要采取合適的散熱手段排出熱量。常規(guī)的排熱主要通過(guò)三個(gè)方向，在電堆內(nèi)部采用有槽道的冷卻板進(jìn)行冷卻，電極反應(yīng)廢氣排出帶走一部分熱量，通過(guò)電池外表面的自然對(duì)流換熱，或者用冷卻水冷卻。前者增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本，還降低系統(tǒng)效率，僅靠廢氣和表面自然對(duì)流又達(dá)不到散熱要求，因此需要尋求其他提高散熱效率的有效途徑。

發(fā)明內(nèi)容[0005] 本發(fā)明的目的在于提出一種多功能的、節(jié)能的質(zhì)子交換膜燃料電池廢熱回收系統(tǒng)及方法。一種質(zhì)子交換膜燃料電池廢熱回收系統(tǒng)，其特征在于：該系統(tǒng)包括氫氣儲(chǔ)罐，閥門(mén)A，混合器，加濕器A，質(zhì)子交換膜,膨脹機(jī)，冷凝器，冷凝水儲(chǔ)罐，蒸發(fā)室，閥門(mén)B，濃溶液儲(chǔ)罐，閥門(mén)C，稀溶液儲(chǔ)罐，加濕器B和壓縮機(jī)；質(zhì)子交換膜兩側(cè)分別是陽(yáng)極反應(yīng)室和陰極反應(yīng)室；質(zhì)子交換膜、陽(yáng)極反應(yīng)室和陰極反應(yīng)室組成了燃料電池的主體部分，燃料電池外部布置蒸發(fā)室；氫氣儲(chǔ)罐經(jīng)閥門(mén)A與混合器第一入口相連，混合器出口與加濕器A入口相連，加濕器A出口與燃料電池陽(yáng)極反應(yīng)室入口相連，陽(yáng)極反應(yīng)室出口與混合器第二入口相連；壓縮機(jī)入口與大氣相連，壓縮機(jī)出口與加濕器B入口相連，加濕器B出口與燃料電池陰極反應(yīng)室入口相連，燃料電池陰極反應(yīng)室出口與環(huán)境大氣相連；稀溶液儲(chǔ)罐經(jīng)閥門(mén)C與蒸發(fā)室入口相連，蒸發(fā)室溶液出口經(jīng)閥門(mén)B與濃溶液儲(chǔ)罐相連；蒸發(fā)室蒸汽出口與膨脹機(jī)入口相連，膨脹機(jī)出口與冷凝器熱側(cè)入口相連，冷凝器熱側(cè)出口與冷凝水儲(chǔ)罐相連。[0006] 所述的質(zhì)子交換膜燃料電池廢熱回收系統(tǒng)的工作方法，其特征在于包[0007] 括以下過(guò)程：空氣通過(guò)壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)入加濕器B，然后進(jìn)入燃料電池陰極反應(yīng)室中；氫氣從氫氣儲(chǔ)罐中通過(guò)閥門(mén)A進(jìn)入混合器一側(cè)入口，與混合器另一入口的陽(yáng)極反應(yīng)室排出的廢氣混合，再通過(guò)加濕器A加濕，進(jìn)入燃料電池的陽(yáng)極反應(yīng)室，氫氣中的質(zhì)子與水結(jié)合透過(guò)質(zhì)子交換膜進(jìn)入陰極反應(yīng)室發(fā)生反應(yīng)，電子通過(guò)燃料電池供電輔助系統(tǒng)向外供電，再進(jìn)入陰極反應(yīng)室與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)放出熱量，并生成水；陽(yáng)極廢氣排入混合器，與新鮮氫氣混合后再次參與反應(yīng)；稀溶液從稀溶液儲(chǔ)罐中經(jīng)過(guò)閥門(mén)C進(jìn)入蒸發(fā)室，在蒸發(fā)室中吸收化學(xué)反應(yīng)放出的熱量蒸發(fā)，蒸發(fā)后的濃溶液經(jīng)過(guò)閥門(mén)B進(jìn)入濃溶液儲(chǔ)罐，水蒸汽通過(guò)蒸發(fā)室的蒸汽出口進(jìn)入膨脹機(jī)，在膨脹機(jī)內(nèi)膨脹并對(duì)外做功，水蒸汽從膨脹機(jī)出口進(jìn)入冷凝器，在冷凝器中放熱冷凝成液體，用冷凝水儲(chǔ)罐收集。[0008] 上述質(zhì)子交換膜燃料電池廢熱回收系統(tǒng)比常規(guī)系統(tǒng)相比，通過(guò)在燃料電池外邊面設(shè)置蒸發(fā)室，帶走燃料電池的廢熱，同時(shí)起到濃縮稀溶液的效果。并且利用蒸發(fā)的水蒸汽作為工質(zhì)，進(jìn)入膨脹機(jī)膨脹，可以對(duì)外輸出功，再將膨脹后的水蒸汽降溫冷凝，可以收集到純凈水。此外陽(yáng)極反應(yīng)室排出的廢氣中與新鮮氫氣摻混，重新進(jìn)入陽(yáng)極反應(yīng)室參與反應(yīng)，可以回收陽(yáng)極廢氣中殘留的氫氣，節(jié)省原料。[0009] 該系統(tǒng)利用蒸發(fā)室不僅可以解決燃料電池的部分散熱問(wèn)題，同時(shí)可以用于凝縮工藝，得到濃縮液和純凈水，還可以對(duì)外做功。提高了燃料電池的發(fā)電效率，同時(shí)得到多種產(chǎn)品。附圖說(shuō)明[0010] 圖1是本發(fā)明提出的質(zhì)子交換膜燃料電池廢熱回收系統(tǒng)示意圖；[0011] 圖中標(biāo)號(hào)名稱(chēng)：1.氫氣儲(chǔ)罐，2.氫氣，3.閥門(mén)A，4.混合器，5.加濕器A，6.陽(yáng)極反應(yīng)室，7.質(zhì)子交換膜，8.陰極反應(yīng)室，9.陽(yáng)極廢氣，10.陰極廢氣，11.水蒸汽，12.膨脹機(jī)，13.冷凝器，14.冷凝水儲(chǔ)罐，15.蒸發(fā)室，16.閥門(mén)B，17.濃溶液儲(chǔ)罐，18.閥門(mén)C，19.稀溶液儲(chǔ)罐，20.加濕器B，21.壓縮機(jī)，22.空氣。

具體實(shí)施方式[0012] 下面參照附圖說(shuō)明質(zhì)子交換膜燃料電池廢熱回收系統(tǒng)的工作過(guò)程。[0013] 打開(kāi)閥門(mén)A3，打開(kāi)閥門(mén)B16，打開(kāi)閥門(mén)C18。[0014] 空氣22通過(guò)壓縮機(jī)21壓縮后進(jìn)入加濕器B20，然后進(jìn)入燃料電池陰極反應(yīng)室8中；氫氣2從氫氣儲(chǔ)罐1中通過(guò)閥門(mén)A3進(jìn)入混合器4第一入口，與混合器4第二入口的陽(yáng)極反應(yīng)室

6排出的廢氣9混合，再通過(guò)加濕器A5加濕，進(jìn)入燃料電池的陽(yáng)極反應(yīng)室6，氫氣中的質(zhì)子透過(guò)質(zhì)子交換膜7進(jìn)入陰極反應(yīng)室8與空氣22發(fā)生反應(yīng)，放出熱量，電子通過(guò)燃料電池供電輔助系統(tǒng)向外供電，陽(yáng)極廢氣9排入混合器4循環(huán)利用；稀溶液從稀溶液儲(chǔ)罐19中經(jīng)過(guò)閥門(mén)C18進(jìn)入蒸發(fā)室，在蒸發(fā)室15中吸收化學(xué)反應(yīng)的熱量蒸發(fā)，蒸發(fā)后的濃溶液經(jīng)過(guò)閥門(mén)B16進(jìn)入濃溶液儲(chǔ)罐17，水蒸汽11通過(guò)蒸發(fā)室15的蒸汽出口進(jìn)入膨脹機(jī)12，在膨脹機(jī)12內(nèi)膨脹并對(duì)外做功，水蒸汽11從膨脹機(jī)12出口進(jìn)入冷凝器13，在冷凝器13中放熱冷凝成液體，用冷凝水儲(chǔ)罐14收集。

[0015] 該系統(tǒng)在質(zhì)子交換膜燃料電池的基礎(chǔ)上增加了蒸發(fā)室，可以回收燃料電池的反應(yīng)熱，利用燃電池的反應(yīng)熱蒸發(fā)稀溶液，并將高溫的水蒸汽通過(guò)膨脹機(jī)做功，系統(tǒng)既可以通過(guò)燃料電池發(fā)電的同時(shí)，濃縮稀溶液，并且通過(guò)膨脹機(jī)對(duì)外做功。