一種船載熱泵熱水器系統技術方案

本實用新型專利技術公開了一種船載熱泵熱水器系統，包括壓縮機、船艙內冷凝器、電子膨脹閥、船艙外蒸發器、甲醇水儲存容器、至少兩個輸送泵、至少兩套甲醇水重整制氫發電模組、電力轉換系統、船舶推進系統及空氣余氣混合器；甲醇水重整制氫發電模組整合有重整器及燃料電池，重整器排出的高溫余氣輸入至空氣余氣混合器，空氣余氣混合器用于將外界空氣與高溫余氣混合成中溫混合氣體，輸向蒸發器；燃料電池用于氫氣與氧氣發生電化學反應，產生電能輸出，為壓縮機、輸送泵及船舶推進系統供電。本實用新型專利技術在船外空氣低于?5℃時，仍能高效工作，船艙外蒸發器上也不會結霜，在滿足自身供電的同時，還能為船舶推進系統供電，能同時利用高溫余氣及外界空氣的熱量。

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及房車熱水器
，特別涉及一種船載熱泵熱水器系統。
技術介紹
目前，民用漁船、游艇等中小型船舶主要以內燃機為動力，內燃機主要問題是燃料燃燒會產生污染環境的廢氣，燃油泄漏會污染水域，這些污染對于水產品養殖、生長水域或是優美環境的水上景區的影響要遠遠大于一般地區。而且內燃機工作時會發出很大噪音，給船上作業、休閑和休息帶來干擾。為應對此問題，以燃料電池為船舶動力的技術逐漸開發出來。由于傳統船舶船載熱水器在制熱時能利用燃油發動機熱量制熱，而燃料電池船舶的船載熱水器則難以利用發動機熱量制熱，不能提供作為船載熱水器的熱源，因此，現有技術中燃料電池船舶，需要采用電熱水器或空氣能熱泵船載熱水器進行制熱，而電熱水器或空氣能熱泵船載熱水器的制熱耗能較高。船舶船載熱泵熱水器系統原理就是利用逆卡諾原理，船艙外蒸發器從室外空氣中的環境熱能中吸取熱量以蒸發傳熱工質，工質蒸氣經壓縮機壓縮后壓力和溫度上升，高溫蒸氣通過船艙內冷凝器冷凝成液體時，釋放出的熱量傳遞給水，冷凝后的傳熱工質通過膨脹閥返回到船艙外蒸發器，然后再被蒸發，如此循環往復。然而，船載熱泵熱水器系統的缺點是船艙外空氣溫度越低時供熱量越小，特別是當船艙外空氣溫度低于-5℃時，熱泵就難以正常工作，需要用電或其他輔助熱源對空氣進行加熱，熱泵的效率大大降低。船載熱泵熱水器系統在工作時，船艙外蒸發器上會結霜，需要定期除霜，除霜模塊技術可參照中國專利申請201210152219.4用于空氣源熱泵系統的除霜方法，空氣源熱泵增加除霜模塊之后，不但穩定性降低、維護成本增加，而且也損失相當大一部分能量。中國專利申請201410259775.0公開了一種以燃料電池為船舶動力及熱源的裝置，其燃料電池由供氧回路、供氫回路、除氫回路、散熱回路、電堆總成及控制系統構成；該燃料電池為船舶動力及熱源的裝置包括小功率的電池單體串聯組成的大功率燃料電池組，甲醇燃料儲罐或氫氣燃料儲罐通過管道與燃料電池的重整器相通連，重整器與燃料電池相連，燃料罐與流體送泵進行連接，并裝設有控制流量的流量計；船上用電設備為兩類，包括直流電設備和交流電設備；燃料電池動力裝置由燃料電池、電動機、變速箱和推進裝置組成，燃料電池輸出電源與逆變器相連，后與電動機連接，電動機通過連接連軸器連接變速箱，變速箱與推進裝置的主軸相連；燃料電池組自帶一套冷卻系統，設有冷卻劑的循環管道和輻射器，在原輻射器外再增加并聯一套輻射器，兩套輻射器均設有兩套輻射器切換截斷閥，燃料電池純凈水出口與反應氣體出口處的換熱器相連接，其燃料電池排水口與集水器相連，集水器上設有溢流裝置與下水道相連。燃料電池發電時產生的熱量有一部分需要排出，以維持電池組正常工作的溫度范圍，燃料電池自帶一套冷卻系統，通過冷卻劑的循環和輻射器的輻射向外釋放熱量。供暖系統設計是通過在原輻射器之外再并聯一套輻射器，兩套輻射器都有截斷閥，可以通過閥門進行切換，平時由原冷卻系統運行散熱，熱量排向大氣；若溫度低船艙內需要供暖，則切換到向艙內散熱的冷卻系統，以調節艙內溫度，可以降低使用專用的調溫設備的能量消耗。然而，上述以燃料電池為船舶動力及熱源的裝置至少還具有如下缺失：其一、僅僅利用燃料電池發電時散發的熱量，未利用重整器排出的高溫余氣熱量，熱量利用率低；其二、燃料電池發電時散發的熱量，是通過冷卻系統直接向艙內散熱的，其與船載熱泵熱水器系統是相互獨立的，因此，當船艙外空氣溫度低時，船載熱泵熱水器系統仍然難以正常工作，需要用電或其他輔助熱源對空氣進行加熱，熱泵的效率大大降低，并且船載熱泵熱水器系統的船艙外蒸發器上仍然會存在結霜問題。
技術實現思路
本技術要解決的技術問題是針對上述現有技術中的不足，提供一種船載熱泵熱水器系統，該熱泵熱水器系統在船外空氣低于-5℃時，仍能正常高效工作，船艙外蒸發器上也不會結霜，無需定期除霜，并且該熱泵熱水器系統在滿足自身供電的同時，還能為船舶推進系統供電，噪聲小、耗能低、不污染空氣環境，能同時利用高溫余氣及外界空氣的熱量。為解決上述技術問題，本技術的技術方案是：一種船載熱泵熱水器系統，包括壓縮機、船艙內冷凝器、電子膨脹閥、船艙外蒸發器、甲醇水儲存容器、至少兩個輸送泵、至少兩套甲醇水重整制氫發電模組、電力轉換系統、船舶推進系統及空氣余氣混合器，所述甲醇水重整制氫發電模組與輸送泵的數量相匹配；所述壓縮機、船艙內冷凝器、電子膨脹閥與船艙外蒸發器之間形成熱泵熱水器系統的工質輸送回路；所述甲醇水儲存容器儲存有液態的甲醇水原料；所述輸送泵用于將甲醇水儲存容器中的甲醇和水原料輸送至甲醇水重整制氫發電模組的重整器；所述甲醇水重整制氫發電模組整合有重整器及燃料電池，所述重整器設有重整室、氫氣純化裝置、燃燒腔及排氣囪口，所述重整室用于甲醇與水蒸氣發生重整制氫反應制得氫氣和二氧化碳的混合氣體，所述氫氣純化裝置用于分離出制得的氫氣，該氫氣輸向燃料電池，所述燃燒腔用于部分制得的氫氣與外界空氣中的氧氣燃燒，為重整器的運行提供熱量；所述氫氣純化裝置分離之后的二氧化碳、燃燒腔內氫氣氧氣燃燒產生的水汽以及外界空氣中的未燃燒氣體混合成高溫余氣，從排氣囪口排向空氣余氣混合器；所述空氣余氣混合器用于將外界空氣與高溫余氣混合成中溫混合氣體，輸向船艙外蒸發器；所述燃料電池用于氫氣與空氣中的氧氣發生電化學反應，產生電能輸出；所述電力轉換系統用于將燃料電池輸出的電能轉換為負載所需求的電，為壓縮機、輸送泵及船舶推進系統供電。優選地，所述壓縮機與船艙外蒸發器之間設有汽液分離器，所述船艙內冷凝器與電子膨脹閥之間設有過濾器，所述電子膨脹閥與船艙外蒸發器之間也設有過濾器。優選地，該熱泵熱水器系統還包括水箱及循環泵，在循環泵的驅動下，水箱底部的冷水輸向船艙內冷凝器，在船艙內冷凝器中，冷水吸收工質冷凝后所釋放的熱量變成熱水，輸回水箱上部；所述燃料電池輸出的電能經電力轉換系統轉換后，還為循環泵供電。優選地，所述船艙內冷凝器包括水箱及輸送工質的盤管，所述盤管外繞于水箱外側。優選地，所述空氣余氣混合器設有風扇及溫度感應器，風扇用于將外界空氣扇入空氣余氣混合器，溫度感應器用于檢測空氣余氣混合器內的混合氣體溫度，該混合氣體溫度范圍為15～60℃；所述燃料電池輸出的電能經電力轉換系統轉換后，還為風扇供電。優選地，所述甲醇水重整制氫發電模組還整合有換熱器，換熱器安裝于輸送泵與重整器之間的輸送管道上，低溫的甲醇和水原料在換熱器中，與重整器輸出的高溫氫氣進行換熱，甲醇和水溫度升高，氫氣溫度降低。優選地，所述氫氣純化裝置為在多孔陶瓷表面真空鍍鈀銀合金的膜分離裝置，鍍膜層為鈀銀合金。本技術的有益效果是：其一、本技術在滿足熱泵熱水器供電的同時，還能滿足船舶推進系統供電，在保證醇水燃料的供應下，可以長效供電；其二、本技術采用甲醇和水作為原料進行重整制氫，再利用燃料電池發電，無廢渣和有害廢氣污染,清潔，不影響人體健康，甲醇來源廣泛，是可再生能源，且重整器及燃料電池噪聲小、耗能低；其三、由于高溫余氣排向空氣余氣混合器，并與外界空氣混合成中溫混合氣體輸向船艙外蒸發器，在船艙外蒸發器中，中溫混合氣體與工質換熱，工質蒸發吸熱，中溫混合氣體轉化成低溫混合氣體后排出，因此，在任何低溫空氣環境（例如零度以下的空氣環境），熱泵熱水本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種船載熱泵熱水器系統，其特征在于：包括壓縮機、船艙內冷凝器、電子膨脹閥、船艙外蒸發器、甲醇水儲存容器、至少兩個輸送泵、至少兩套甲醇水重整制氫發電模組、電力轉換系統、船舶推進系統及空氣余氣混合器，所述甲醇水重整制氫發電模組與輸送泵的數量相匹配；所述壓縮機、船艙內冷凝器、電子膨脹閥與船艙外蒸發器之間形成熱泵熱水器系統的工質輸送回路；所述甲醇水儲存容器儲存有液態的甲醇水原料；所述輸送泵用于將甲醇水儲存容器中的甲醇和水原料輸送至甲醇水重整制氫發電模組的重整器；所述甲醇水重整制氫發電模組整合有重整器及燃料電池，所述重整器設有重整室、氫氣純化裝置、燃燒腔及排氣囪口，所述重整室用于甲醇與水蒸氣發生重整制氫反應制得氫氣和二氧化碳的混合氣體，所述氫氣純化裝置用于分離出制得的氫氣，該氫氣輸向燃料電池，所述燃燒腔用于部分制得的氫氣與外界空氣中的氧氣燃燒，為重整器的運行提供熱量；所述氫氣純化裝置分離之后的二氧化碳、燃燒腔內氫氣氧氣燃燒產生的水汽以及外界空氣中的未燃燒氣體混合成高溫余氣，從排氣囪口排向空氣余氣混合器；所述空氣余氣混合器用于將外界空氣與高溫余氣混合成中溫混合氣體，輸向船艙外蒸發器；所述燃料電池用于氫氣與空氣中的氧氣發生電化學反應，產生電能輸出；所述電力轉換系統用于將燃料電池輸出的電能轉換為負載所需求的電，為壓縮機、輸送泵及船舶推進系統供電。...

【技術特征摘要】
1.一種船載熱泵熱水器系統，其特征在于：包括壓縮機、船艙內冷凝器、電子膨脹閥、船艙外蒸發器、甲醇水儲存容器、至少兩個輸送泵、至少兩套甲醇水重整制氫發電模組、電力轉換系統、船舶推進系統及空氣余氣混合器，所述甲醇水重整制氫發電模組與輸送泵的數量相匹配；所述壓縮機、船艙內冷凝器、電子膨脹閥與船艙外蒸發器之間形成熱泵熱水器系統的工質輸送回路；所述甲醇水儲存容器儲存有液態的甲醇水原料；所述輸送泵用于將甲醇水儲存容器中的甲醇和水原料輸送至甲醇水重整制氫發電模組的重整器；所述甲醇水重整制氫發電模組整合有重整器及燃料電池，所述重整器設有重整室、氫氣純化裝置、燃燒腔及排氣囪口，所述重整室用于甲醇與水蒸氣發生重整制氫反應制得氫氣和二氧化碳的混合氣體，所述氫氣純化裝置用于分離出制得的氫氣，該氫氣輸向燃料電池，所述燃燒腔用于部分制得的氫氣與外界空氣中的氧氣燃燒，為重整器的運行提供熱量；所述氫氣純化裝置分離之后的二氧化碳、燃燒腔內氫氣氧氣燃燒產生的水汽以及外界空氣中的未燃燒氣體混合成高溫余氣，從排氣囪口排向空氣余氣混合器；所述空氣余氣混合器用于將外界空氣與高溫余氣混合成中溫混合氣體，輸向船艙外蒸發器；所述燃料電池用于氫氣與空氣中的氧氣發生電化學反應，產生電能輸出；所述電力轉換系統用于將燃料電池輸出的電能轉換為負載所需求的電，為壓縮機、輸送泵及船舶推進系統供電。2.根據權利要求1所述的船載熱泵熱水器系...

【專利技術屬性】
技術研發人員：向華，
申請(專利權)人：廣東合即得能源科技有限公司，
類型：新型
國別省市：廣東;44