一种以燃料电池为生活动力和热源的房车.pdf

一种以燃料电池为生活动力和热源的房车，涉及一种房车，房车上装设甲醇燃料储罐，储罐通过管道与燃料电池的重整器相连，重整器与燃料电池相连，或氢气瓶通过管路直接与燃料电池相连，以上两种液态和气态燃料设有相应的流体泵进行输送，并设有输送流量计量的流量控制计；燃料电池组自带一套冷却系统，供暖系统是在原辐射器之外再并联一套辐射器，两套辐射器都设有截断阀，即燃料电池的散热回路设置一套散热设备，该散热设备与散热回路上切换控制阀门连接的热交换设备并联。该房车利用燃料电池为生活动力和热源，克服了使用铅酸蓄电池或燃料发电机对环境的污染、噪音，达到节约社会能源，保护旅游生态环境，提高人们旅游品质。

权利要求书
1.   一种以燃料电池为生活动力和热源的房车，其特征在于，所述房车包括生活动力系统（1）、车用照明（2）、车用电器（3）、行车动力（4）、供暖系统（5）、燃料电池（6）、集水器（7）、甲醇储罐（8）；房车上装设甲醇燃料储罐，储罐通过管道与燃料电池的重整器相连，重整器与燃料电池相连，或氢气瓶通过管路直接与燃料电池相连，以上两种液态和气态燃料设有相应的流体泵进行输送，并设有输送流量计量的流量控制计；燃料电池组自带一套冷却系统，供暖系统是在原辐射器之外再并联一套辐射器，两套辐射器都设有截断阀，即燃料电池的散热回路设置一套散热设备，该散热设备与散热回路上切换控制阀门连接的热交换设备并联，反应气体出口处设有换热器，纯净水排水口处设一个集水器，集水器上设有溢流装置与下水道相连，在换热器前的空气排气口处增设一排气口，并设有阀门控制开关。

2.  根据权利要求1所述的一种以燃料电池为生活动力和热源的房车，其特征在于，所述改房车额定输出功率5 kW；功率可定制。

3.  根据权利要求1所述的一种以燃料电池为生活动力和热源的房车，其特征在于，所述发电效率55 %；电堆功率密度1.2 W/cm2；电堆工作温度65～75℃；使用环境温度-40℃～55℃。

4.  根据权利要求1所述的一种以燃料电池为生活动力和热源的房车，其特征在于，所述1L甲醇产氢量> 1 Nm3；氢气纯度>99.9%；气体利用率> 95 %。

5.  根据权利要求1所述的一种以燃料电池为生活动力和热源的房车，其特征在于，所述单位醇水发电量> 1 kW·h/kg；系统噪音< 50 dB。

说明书一种以燃料电池为生活动力和热源的房车
技术领域
本发明涉及一种房车，特别是涉及一种以燃料电池为生活动力和热源的房车。
背景技术
房车使人们在远离都市、体验大自然的美景时，也能享受“家”一样的方便。房车车载电器使用的电源，一是来自汽车蓄电池，二是备用电源，备用电源主要有铅酸蓄电池、燃油发电机或燃气发电机几种。铅酸蓄电池使用寿命短，几年就要更换，废旧设备回收会污染环境；燃油发电机噪音大，尤其是夜晚休息时会破坏安静的睡眠环境，降低睡眠质量，燃料燃烧产生的废气也会污染旅游环境；燃气发电机同样存在噪音问题，而且设备排气系统温度较高，使用的燃料易燃易爆，对不太专业的使用者存在安全隐患。我们设计以燃料电池发电为房车提供生活动力将解决上述问题，为人们旅游出行带来方便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以燃料电池为生活动力和热源的房车，该房车利用燃料电池为生活动力和热源，克服了使用铅酸蓄电池或燃料发电机对环境的污染、噪音，达到节约社会能源，保护旅游生态环境，提高人们旅游品质的发明目的。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种以燃料电池为生活动力和热源的房车，所述房车包括生活动力系统、车用照明、车用电器、行车动力、供暖系统、燃料电池、集水器、甲醇储罐；房车上装设甲醇燃料储罐，储罐通过管道与燃料电池的重整器相连，重整器与燃料电池相连，或氢气瓶通过管路直接与燃料电池相连，以上两种液态和气态燃料设有相应的流体泵进行输送，并设有输送流量计量的流量控制计；燃料电池组自带一套冷却系统，供暖系统是在原辐射器之外再并联一套辐射器，两套辐射器都设有截断阀，即燃料电池的散热回路设置一套散热设备，该散热设备与散热回路上切换控制阀门连接的热交换设备并联，反应气体出口处设有换热器，纯净水排水口处设一个集水器，集水器上设有溢流装置与下水道相连，在换热器前的空气排气口处增设一排气口，并设有阀门控制开关。
所述的一种以燃料电池为生活动力和热源的房车，所述改房车额定输出功率5 kW；功率可定制。
所述的一种以燃料电池为生活动力和热源的房车，所述发电效率55 %；电堆功率密度1.2 W/cm2；电堆工作温度65～75℃；使用环境温度-40℃～55℃。
所述的一种以燃料电池为生活动力和热源的房车，所述1L甲醇产氢量> 1 Nm3；氢气纯度>99.9%；气体利用率> 95 %。
所述的一种以燃料电池为生活动力和热源的房车，所述单位醇水发电量> 1 kW·h/kg；系统噪音< 50 dB。
本发明的优点与效果是：
本发明解决了房车备用电源使用铅酸蓄电池或燃料发电机对环境的污染、噪音等问题，同时利用余热又能为房车供暖。燃料甲醇能量密度大，价廉易得，在经济性、安全性和环保性方面都具有推广优势。该项目的推广将会起到节约社会能源，保护旅游生态环境，提高人们旅游品质的作用。
附图说明
图1为本发明质子交换膜燃料电池工作原理示意图；
图2为本发明燃料电池房车生活动力及供暖系统图；
图3为本发明直流电逆变交流电原理图。
具体实施方式
下面结合附图所示实施例，对本发明作进一步详述。
见图1，燃料电池是一种不经过燃烧，直接以电化学反应将存在于燃料和氧化剂中的化学能转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，经过催化后形成水和电流。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。
质子交换膜燃料电池（PEMFC，Proton Exchange　Membrane Fuel Cell）技术是目前世界上最成熟的一种能将氢气与空气中的氧气化合成洁净水并释放出电能的技术，其工作原理如图1所示：
1）氢气通过管道或导气板到达阳极，在阳极催化剂作用下，氢分子解离为带正电的氢离子（即质子）并释放出带负电的电子。
2）氢离子穿过电解质（质子交换膜）到达阴极；电子则通过外电路到达阴极。电子在外电路形成电流，通过适当连接可向负载输出电能。
3）在电池另一端，氧气（或空气）通过管道或导气板到达阴极；在阴极催化剂作用下，氧与氢离子及电子发生反应生成水和热量。
这些小的电池单体可以组成电池堆，以满足大功率的要求。只要能保证燃料和氧化剂的供给，排出反应产物，排除一定废热，燃料电池就可以连续不断地产生电能。要完成以上功能还需要一些辅助系统：燃料供给与循环系统、氧化剂供给系统、水/热管理系统和一个能使上述各系统协调工作的控制系统组成燃料电池发电系统，简称燃料电池系统。
该发明利用燃料电池发电并排出一部分热量的原理，设计应用在房车上，作为房车生活动力来源，同时利用发电废热为房车供暖。燃料电池功率可以根据房车需要制造成相应功率。
选用甲醇作为制氢的主要原料。房车上装设甲醇燃料储罐，储罐通过管道与燃料电池的重整器相连，重整器与燃料电池相连，甲醇经过重整器重整后可以制得高纯度的氢气，提供给燃料电池发电；在氢源易得地区，可以使用氢气直接作为燃料电池的燃料，氢气瓶（罐）通过管路直接与燃料电池相连，以上两种液态和气态燃料设计有相应的流体泵进行输送，由流量控制计控制输送的流量。
燃料电池房车生活动力及供暖系统主要包括以下几个部分：
1、燃料电池发电系统
燃料电池的最佳燃料是氢气，但由于目前氢气储存、输送、分配及加注等环节尚存在诸多技术难点，因此无法满足各种规模的燃料电池对分散氢源的需求；而醇类、烃类等富氢燃料通过重整的方式移动或现场制氢可以为燃料电池提供氢源。甲醇相对于其他制氢燃料具有能量密度大，价廉易得，携带运输方便，反应产物一氧化碳含量低，排放物污染小等优点，在经济性、安全性和环保性方面具有优势，设计选用甲醇作为制氢原料，工业甲醇经过重整设备重整后就可以制得高纯度的氢气，为燃料电池发电提供燃料。
本发明电力调节系统如图3 直流电逆变交流电原理，燃料电池产生的是直流电，要提供给车用电器使用，还需要用逆变器把直流电转换成220v交流电。
3、供暖系统
燃料电池发电时会产生一部分热量，电池电堆是在较低温下工作，所以要向外排出一部分热量。通过燃料电池系统的散热回路可以实现这部分功能，我们设计另增加一套散热设备，与原散热回路的热交换设备并联，通过阀门控制进行切换，实现单个设备切换运行或者两个设备同时运行，以满足车内散热量的需要，调节到适宜温度。燃料电池发电时会产生热量，为确保电池电堆在相对低的温度下稳定工作要向外排出一部分热量。燃料电池组自带一套冷却系统，通过冷却剂的循环和辐射器的辐射向外释放热量。供暖系统设计是在原辐射器之外再并联一套辐射器，两套辐射器都有截断阀控制，可以通过阀门进行切换运行，可以单个运行，也可以两个一同运行，正常使用时由原辐射器运行散热，热量排向大气；若温度低车内需要供暖，则切换到向车内散热的辐射器，调节车内温度，降低使用专用的调温设备（如空调）的能量消耗。
4、集水加湿系统
燃料电池发电产生的纯净热水，可以用集水器收集起来存储，作为备用水，以备不时之需。热蒸汽可以用阀门控制向车内或车外排放，向车内排放可以起到增加空气湿度的作用。燃料电池发电生成的水（水蒸气）通过在反应气体出口处的换热器进行冷却回收，用来增湿进入电池电堆的反应气体，以保证电池的发电效率和保护质子交换膜的寿命，多余的纯净水排出系统。在纯净水排水口处设计一个集水器来收集和存储，一方面增加了船上使用热水的便利性，另一方面也增加了船上可用淡水的量；集水器上设有溢流装置与下水道相连。
在空气排气口处（换热器前）增设一排气口，用阀门控制开关，在需要的时候向车内适量排放含水蒸气的气体，增加车内的空气湿度。
本发明系统主要参数见下表：
表1 燃料电池房车生活动力及供暖系统参数表
序号参数数值备注1额定输出功率5 kW功率可定制2发电效率55 %3电堆功率密度1.2 W/cm24电堆工作温度65～75℃5使用环境温度-40℃～55℃61L甲醇产氢量> 1 Nm37氢气纯度>99.9%8气体利用率> 95 %9单位醇水发电量> 1 kW·h/kg10系统噪音< 50 dB11使用寿命10000 h