本發(fā)明涉及一種制冷裝置及方法，具體涉及一種分布式制冷裝置及方法。

背景技術(shù)：

在生產(chǎn)生活過程中，低溫有助于食品的保鮮及一些物品的儲(chǔ)存，因此一些基于這些目的的制冷裝置也得到越來越多的應(yīng)用。冰箱、冷柜等制冷裝置作為一種整體式冷藏、冷凍裝置，在生活、生產(chǎn)和科研等方面均有廣泛的用途。這一類制冷裝置主要有電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮式、電磁振蕩壓縮機(jī)式、吸收式、半導(dǎo)體式、磁性制冷式等。這五種裝置大都需要依賴于電網(wǎng)提供電力，這在對電網(wǎng)帶來很大的用電壓力的同時(shí)，也會(huì)因電網(wǎng)“限電”“停電”等問題影響其穩(wěn)定運(yùn)行。另外，由于制冷裝置依托于固定的電力網(wǎng)絡(luò)，其使用范圍局限于某一固定區(qū)域，這使得設(shè)備在移動(dòng)過程中有很大的不便，針對一些電網(wǎng)未能達(dá)到的區(qū)域諸如邊疆、荒島等，制冷裝置也都得不到穩(wěn)定便捷的使用。

燃料電池技術(shù)是一種新型發(fā)電技術(shù)，該技術(shù)可以將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，具有高效、無污染、無噪聲、可靠性高、模塊化、對負(fù)載變化可以快速響應(yīng)等顯著優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是解決能源危機(jī)的終極方案。基于上述優(yōu)點(diǎn)，燃料電池技術(shù)在分布式能源技術(shù)中也得到了越來越多的應(yīng)用。

但是，在燃料電池運(yùn)行過程中，其長時(shí)間工作會(huì)產(chǎn)生大量熱量，其生成產(chǎn)物未能得到有效處理，這些問題一直影響基于燃料電池的分布式能源裝置的高效穩(wěn)定運(yùn)行。因此，一種更加節(jié)能環(huán)保高效穩(wěn)定的冷凍冷藏的裝置亟待出現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種持續(xù)穩(wěn)定、高效節(jié)能、環(huán)境友好、功能豐富的分布式制冷裝置及方法，通過燃料電池獲得穩(wěn)定的電能和并通過冷凝產(chǎn)物對燃料電池進(jìn)行有效地冷卻；在運(yùn)行過程中，裝置所需全部電能均由燃料電池提供，同時(shí)其冷藏室內(nèi)的冷凝產(chǎn)物可以對燃料電池進(jìn)行有效地冷卻。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明包括冰箱本體以及設(shè)置在冰箱本體上的冷凍蒸發(fā)器、冷凍室、冷藏蒸發(fā)器、接水盤、冷藏室、冷凝器、壓縮機(jī)和水蒸發(fā)盤；其中壓縮機(jī)工質(zhì)出口與冷凝器相連，壓縮機(jī)工質(zhì)出口還與冷凍蒸發(fā)器、冷藏蒸發(fā)器相連，工質(zhì)經(jīng)冷藏蒸發(fā)器后通過水蒸發(fā)盤與壓縮機(jī)工質(zhì)入口相連；

在冰箱本體上還安裝有燃料電池堆，在燃料電池堆內(nèi)還設(shè)置有入口與接水盤相連通的電堆冷卻管路，燃料電池堆的陰極室出口及電堆冷卻管路的出口與水蒸發(fā)盤相連。

所述的冷凍蒸發(fā)器采用鋁合金復(fù)合板式蒸發(fā)器、蛇形盤管式蒸發(fā)器、光管盤式蒸發(fā)器、單側(cè)翅片式蒸發(fā)器或翅片管式蒸發(fā)器。

所述的冷凍室為壓力容器，采用不銹鋼保溫箱、承壓保溫箱或玻璃鋼保溫箱。

所述的冷藏蒸發(fā)器采用鋁合金復(fù)合板式蒸發(fā)器、蛇形盤管式蒸發(fā)器、光管盤式蒸發(fā)器、單側(cè)翅片式蒸發(fā)器或翅片管式蒸發(fā)器。

所述的冷藏室為壓力容器，采用不銹鋼保溫箱、承壓保溫箱或玻璃鋼保溫箱。

所述冷凝器應(yīng)是空氣冷卻式冷凝器應(yīng)是百葉窗式冷凝器、鋼絲盤管式冷凝器、內(nèi)藏式冷凝器和翅片式冷凝器。

所述燃料電池電堆的陰極、陽極室分別與氧化劑儲(chǔ)存罐和燃料儲(chǔ)存罐相連，燃料電池堆的陽極室出口與燃料儲(chǔ)存罐相連所述的氧化劑儲(chǔ)存罐和燃料儲(chǔ)存罐均采用壓力容器。

所述燃料電池電堆的陰極室與空氣循環(huán)泵或制氧設(shè)備相連；所述燃料電池電堆的陽極室與外接燃料供給管路相連。

所述的壓縮機(jī)采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮式設(shè)備、電磁振蕩壓縮機(jī)式設(shè)備、吸收式設(shè)備、半導(dǎo)體式設(shè)備或磁性制冷式設(shè)備。

本發(fā)明的分布式制冷方法包括以下步驟：

步驟S100：電堆放電和工質(zhì)壓縮預(yù)冷：將氧化劑儲(chǔ)存罐中的氧化劑、燃料儲(chǔ)存罐中的燃料分別通入燃料電池電堆的陰極、陽極使燃料電池電堆放電，陰極產(chǎn)物流入水蒸發(fā)盤通過水蒸發(fā)對工質(zhì)進(jìn)行預(yù)冷，陽極產(chǎn)物回流至燃料儲(chǔ)存罐；同時(shí)燃料電池放電使壓縮機(jī)做功使裝置中的循環(huán)工質(zhì)流動(dòng)換熱；

步驟S200：電堆供電和工質(zhì)循環(huán)：燃料電池電堆工作產(chǎn)生的電能提供給壓縮機(jī)；循環(huán)工質(zhì)經(jīng)壓縮后送到冷凝器內(nèi)，冷凝成液體后經(jīng)毛細(xì)管節(jié)流依次進(jìn)入冰箱內(nèi)冷凍蒸發(fā)器和冷藏蒸發(fā)器；循環(huán)工質(zhì)流入水蒸發(fā)盤通過水蒸發(fā)進(jìn)行預(yù)冷，并再次流入壓縮機(jī)循環(huán)做功；

步驟S300：冷卻燃料電池電堆：冷藏室中的冷凝水通過接水盤收集后流入電堆冷卻回路與陰極排出的水匯合流入水蒸發(fā)盤，通過水的蒸發(fā)對循環(huán)工質(zhì)進(jìn)行預(yù)冷。

本發(fā)明以燃料電池作為主要電力來源的獨(dú)立制冷裝置，通過燃料電池電堆提供穩(wěn)定充足的電力供壓縮機(jī)做功實(shí)現(xiàn)冷卻功能，同時(shí)運(yùn)行過程中的冷凝產(chǎn)物可以用來冷卻燃料電池電堆以保障其高效穩(wěn)定運(yùn)行。燃料電池電堆輸出電壓可根據(jù)需要選擇性輸出，外部獨(dú)立于電網(wǎng)且內(nèi)部協(xié)同互補(bǔ)運(yùn)行，使用燃料電池作為電源結(jié)構(gòu)，輸出獨(dú)立清潔的電能，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定冷凍、冷藏，另外，燃料電池所消耗的燃料和氧化劑簡單易得，產(chǎn)物清潔無污染，使裝置運(yùn)行成本降低且工作產(chǎn)物環(huán)境友好。

本發(fā)明利用裝置內(nèi)的冷凝產(chǎn)物冷卻燃料電池、預(yù)冷循環(huán)工質(zhì)，冷藏室內(nèi)的冷凝水用來冷卻燃料電池電堆以保證電堆的穩(wěn)定高效運(yùn)行，同時(shí)冷凝水流入水蒸發(fā)盤通過自身蒸發(fā)對循環(huán)工質(zhì)進(jìn)行預(yù)冷，進(jìn)一步地提升了整個(gè)裝置的性能；充分利用燃料電池產(chǎn)物，利用燃料電池電堆產(chǎn)生的熱水對水蒸發(fā)盤補(bǔ)充水分，以促進(jìn)循環(huán)工質(zhì)更有效地預(yù)冷，整個(gè)產(chǎn)物利用過程節(jié)能環(huán)保。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種分布式制冷裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1-冷凍蒸發(fā)器，2-冷凍室，3-冷藏蒸發(fā)器，4-接水盤，5-冷藏室，6-冷凝器，7-燃料電池電堆，8-電堆冷卻管路，9-燃料儲(chǔ)存罐，10-氧化劑儲(chǔ)存罐，11-壓縮機(jī)，12-水蒸發(fā)盤。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

參見圖1，本發(fā)明包括冰箱本體以及設(shè)置在冰箱本體上的冷凍蒸發(fā)器1、冷凍室2、冷藏蒸發(fā)器3、接水盤4、冷藏室5、冷凝器6、壓縮機(jī)11和水蒸發(fā)盤12；其中壓縮機(jī)11工質(zhì)出口與冷凝器6相連，壓縮機(jī)11工質(zhì)出口還與冷凍蒸發(fā)器1、冷藏蒸發(fā)器3相連，工質(zhì)經(jīng)冷藏蒸發(fā)器3后通過水蒸發(fā)盤12與壓縮機(jī)11工質(zhì)入口相連；

其中冷凍蒸發(fā)器1采用鋁合金復(fù)合板式蒸發(fā)器、蛇形盤管式蒸發(fā)器、光管盤式蒸發(fā)器、單側(cè)翅片式蒸發(fā)器或翅片管式蒸發(fā)器；冷凍室2為壓力容器，采用不銹鋼保溫箱、承壓保溫箱或玻璃鋼保溫箱；冷藏蒸發(fā)器3采用鋁合金復(fù)合板式蒸發(fā)器、蛇形盤管式蒸發(fā)器、光管盤式蒸發(fā)器、單側(cè)翅片式蒸發(fā)器或翅片管式蒸發(fā)器；冷藏室5為壓力容器，采用不銹鋼保溫箱、承壓保溫箱或玻璃鋼保溫箱；冷凝器6應(yīng)是空氣冷卻式冷凝器應(yīng)是百葉窗式冷凝器、鋼絲盤管式冷凝器、內(nèi)藏式冷凝器和翅片式冷凝器；壓縮機(jī)11采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮式設(shè)備、電磁振蕩壓縮機(jī)式設(shè)備、吸收式設(shè)備、半導(dǎo)體式設(shè)備或磁性制冷式設(shè)備；

在冰箱本體上還安裝有燃料電池堆7以及與燃料電池堆7的陰極室、陽極室相連的氧化劑儲(chǔ)存罐10、燃料儲(chǔ)存罐9，在燃料電池堆7內(nèi)還設(shè)置有入口與接水盤4相連通的電堆冷卻管路8，燃料電池堆的陰極室出口及電堆冷卻管路8的出口與水蒸發(fā)盤12相連，燃料電池堆的陽極室出口與燃料儲(chǔ)存罐9相連。其中燃料電池電堆7的陰極、陽極室分別與氧化劑儲(chǔ)存罐9和燃料儲(chǔ)存罐10相連，氧化劑儲(chǔ)存罐2和燃料儲(chǔ)存罐3均采用壓力容器；燃料電池電堆7的陰極室還可以與空氣循環(huán)泵或制氧設(shè)備相連；燃料電池電堆7的陽極室還可以與外接燃料供給管路相連。。

本發(fā)明的分布式制冷方法包括以下步驟：

步驟S100：電堆放電和工質(zhì)壓縮預(yù)冷：將氧化劑儲(chǔ)存罐10中的氧化劑、燃料儲(chǔ)存罐9中的燃料分別通入燃料電池電堆7的陰極、陽極使燃料電池電堆7放電，陰極產(chǎn)物流入水蒸發(fā)盤12通過水蒸發(fā)對工質(zhì)進(jìn)行預(yù)冷，陽極產(chǎn)物回流至燃料儲(chǔ)存罐9；同時(shí)燃料電池7放電使壓縮機(jī)11做功使裝置中的循環(huán)工質(zhì)流動(dòng)換熱；

步驟S200：電堆供電和工質(zhì)循環(huán)：燃料電池電堆7工作產(chǎn)生的電能提供給壓縮機(jī)11；循環(huán)工質(zhì)經(jīng)壓縮后送到冷凝器6內(nèi)，冷凝成液體后經(jīng)毛細(xì)管節(jié)流依次進(jìn)入冰箱內(nèi)冷凍蒸發(fā)器1和冷藏蒸發(fā)器3；循環(huán)工質(zhì)流入水蒸發(fā)盤12通過水蒸發(fā)進(jìn)行預(yù)冷，并再次流入壓縮機(jī)11循環(huán)做功；

步驟S300：冷卻燃料電池電堆：冷藏室3中的冷凝水通過接水盤4收集后流入電堆冷卻回路8與陰極排出的水匯合流入水蒸發(fā)盤12，通過水的蒸發(fā)對循環(huán)工質(zhì)進(jìn)行預(yù)冷。

本發(fā)明以燃料電池作為電源裝置，輸出清潔穩(wěn)定的電能，并對自身進(jìn)行有效地冷卻，保證裝置實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的冷凍冷藏功能；裝置在運(yùn)行過程中，裝置的冷凝產(chǎn)物可以對燃料電池進(jìn)行有效的冷卻，同時(shí)電池的工作產(chǎn)物和裝置的冷凝產(chǎn)物可以對循環(huán)工質(zhì)進(jìn)行有效地預(yù)冷。本發(fā)明實(shí)施例提供的一種分布式制冷裝置具有能量密度高、不受地理?xiàng)l件限制、清潔穩(wěn)定、高效節(jié)能、環(huán)境友好、功能豐富、符合分布式能源裝置要求等優(yōu)點(diǎn)。