Топливный элемент с блоком заряда/питания

Изобретение относится к топливному элементу с блоком заряда/питания. Согласно изобретению топливный элемент с блоком заряда/питания, содержащий: блок подачи топлива для подачи топлива; риформер для генерации водородсодержащего газа при получении топлива из блока подачи топлива; блок батареи для генерации электричества и тепла в результате электрохимической реакции между водородом, генерируемым в риформере, и дополнительно подаваемым кислородом; силовой преобразователь, расположенный на одной стороне блока батареи, для преобразования тока, генерируемого в блоке батареи; и блок заряда/питания, расположенный на одной стороне силового преобразователя, для выборочного подсоединения электроприборов к блоку заряда/питания и подачи электроэнергии из блока заряда/питания в упомянутые электроприборы. Техническим результатом является увеличение эффективности энергии топливного элемента. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Настоящее раскрытие относится к объектам, содержащимся в приоритетной заявке на патент Кореи 10-2005-0077001, поданной 22 августа 2005, включенной в настоящее описание во всей своей полноте в качестве ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ НАСТОЯЩЕЕ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к топливному элементу с блоком заряда/питания и, в частности, к топливному элементу с блоком заряда/питания, выполненному с возможностью заряда/питания электродвигателя, используя избыточное электричество во время ночной работы.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Электроэнергия, используемая в домах, генерируется на гидроэлектростанциях или тепловых электростанциях. Электроэнергия, генерируемая на тепловых электростанциях, подается в здания или дома по линии электропередачи. Затем подаваемая электроэнергия используется для работы телевизора, флуоресцентной лампы, холодильника, кондиционера и т.д.

Однако для получения электроэнергии тепловая электростанция должна сжигать нефть или уголь, чтобы таким образом генерировать тепловую энергию. Затем тепловую энергию необходимо преобразовать в электроэнергию, что приводит к понижению эффективности генерации электричества. Более того, в процессе передачи генерируемой тепловыми электростанциями электроэнергии в каждое здание по линиям электропередачи происходит потеря электричества, что также является причиной низкой энергетической эффективности. Таким образом, для получения используемой в каждом здании электроэнергии тратится большое количество топлива. При использовании топлива, такого как нефть, уголь и т.п., образуются загрязняющие вещества, что приводит к загрязнению окружающей среды.

Соответственно, разработан топливный элемент с превосходной энергетической эффективностью для генерации электроэнергии экологически чистым способом. Топливный элемент непосредственно генерирует электроэнергию, используя химическую энергию топлива, высвобождаемую в результате электрохимической реакции между подаваемым извне топливом и воздухом.

Фиг.1 схематически иллюстрирует известный топливный элемент.

Как показано, система топливного элемента родственной области техники содержит блок 10 подачи топлива для подачи определенного количества топлива, риформер 20 для генерации водородсодержащего газа и тепла при получении топлива из блока 10 подачи топлива, блок 30 батареи для генерации электричества и тепла в результате электрохимической реакции между водородом, генерируемым в риформере 20, и дополнительно подаваемым кислородом, и силовой преобразователь 40 для преобразования электричества, генерируемого блоком 30 батарей.

Риформер 20 включает в себя реактор 21 десульфуризации для удаления серы, содержащейся в топливе, подаваемом из блока 10 подачи топлива с использованием воды и воздуха, паровой риформер 22 для реакции топлива с паром, высокотемпературный паровой реактор 23 для реакции оксида углерода с паром, низкотемпературный паровой реактор 24 для превращения оксида углерода в двуокись углерода, реактор 25 частичного окисления для превращения неокисленного оксида углерода в двуокись углерода, реакционную печь 26 для генерации водорода из топлива путем реформинг-процесса и процесса гидроочистки, и камеру 27 сгорания, находящуюся в контакте с реакционной печью 26, для нагревания реакционной печи 26.

Блок 30 батареи сформирован в виде множества единичных элементов, уложенных в пакет, причем каждый единичный элемент содержит анод 31, электролит 32 и катод 33. Силовой преобразователь 40 для преобразования постоянного тока, генерируемого в блоке 30 батареи, в переменный ток, используемый в домах, установлен на одной стороне блока 30 батареи.

Датчик 50 определения концентрации для определения концентрации монооксида углерода, входящего в состав водородсодержащего газа, установлен в середине трубы 34 подачи, предназначенной для подачи генерируемого в риформере водородсодержащего газа в блок 30 батареи.

Ссылочные позиции 11 и 13 обозначают компрессоры, а 12 обозначает блок подачи воздуха.

Работа ниже описана работа известного топливного элемента.

Сначала топливо, такое как метанол, сжиженный природный газ (LNG), бензин и т.п., подается из блока 10 подачи топлива в риформер 20. Затем в риформере 20 выполняют процесс парового риформинга и процесс частичного окисления, получая, таким образом, водородсодержащий газ, тепло и воду.

В блоке 30 батареи, в который подают водородсодержащий газ, водород подают на анод 31 для окисления в Н+ и е- в процессе электрохимического окисления. Ионизированный водород подают на катод 33 через электролит 32, а электрон проходит через анод 31, генерируя, таким образом, электричество, тепло и воду. Электричество, генерируемое в блоке 30 батареи, преобразуется силовым преобразователем 40 для использования при работе электроприборов.

Однако известный топливный элемент имеет следующие недостатки. Поскольку электроприборы, такие как холодильник и т.п., должны постоянно обеспечиваться энергией в течение 24 часов в сутки, топливный элемент постоянно находится в действии, таким образом, подавая одно и то же количество энергии независимо от количества электроприборов. Однако поскольку количество используемых электроприборов ночью уменьшается, топливо расходуется нецелесообразно, если в ночное время на электроприборы подается то же количество энергии, что и в дневное время.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Таким образом, целью настоящего изобретения является предоставление топливного элемента с блоком заряда/питания, выполненного с возможностью питания электродвигателя, используя избыточное электричество во время ночной работы.

Для достижения этих и других преимуществ и согласно цели настоящего изобретения в настоящем описании раскрыт вариант осуществления, предоставляющий топливный элемент с блоком заряда/питания, содержащий: блок подачи топлива для подачи топлива; риформер для генерации водородсодержащего газа при получении топлива из блока подачи топлива; блок батареи для генерации электричества и тепла в результате электрохимической реакции между водородом, генерируемым в риформере, и дополнительно подаваемым кислородом; силовой преобразователь, установленный на одной стороне блока батареи для преобразования тока, генерируемого в блоке батареи; и блок заряда/питания, установленный на одной стороне силового преобразователя для питания электроприборов.

Вышеупомянутые и другие задачи, особенности, аспекты и преимущества настоящего изобретения будут более понятны из нижеследующего подробного описания настоящего изобретения, рассматриваемого совместно с прилагаемыми чертежами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Прилагаемые чертежи, которые включены для обеспечения лучшего понимания настоящего изобретения и составляют часть настоящего описания, иллюстрируют варианты осуществления настоящего изобретения и совместно с описанием служат для объяснения принципов настоящего изобретения.

На чертежах:

Фиг.1 представляет собой схему, иллюстрирующую структуру известного топливного элемента;

Фиг.2 представляет собой схему, иллюстрирующую топливный элемент с блоком заряда/питания согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения; и

Фиг.3 представляет собой схему, иллюстрирующую структуру блока заряда/питания по Фиг.2.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ниже представлено подробное описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированного прилагаемыми чертежами.

Топливный элемент с блоком заряда/питания согласно настоящему изобретению более подробно описан ниже.

Фиг.2 представляет собой схему, иллюстрирующую топливный элемент с блоком заряда/питания согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, и Фиг.3 представляет собой схему, иллюстрирующую структуру блока заряда/питания по Фиг.2.

Как показано, топливный элемент с блоком 60 заряда/питания согласно настоящему изобретению содержит: блок 10 подачи топлива для подачи топлива; риформер 20 для генерации водородсодержащего газа, при получении топлива из блока 10 подачи топлива; блок 30 батареи для генерации электричества и тепла в результате электрохимической реакции между водородом, генерируемом в риформере 20, и дополнительно подаваемым кислородом; силовой преобразователь 40, установленный на одной стороне блока 30 батареи для преобразования тока, генерируемого в блоке 30 батареи; и блок 60 заряда/питания, установленный на одной стороне силового преобразователя 40 для заряда/питания электроприборов.

Риформер 20 включает в себя реактор 21 десульфуризации для удаления серы, содержащейся в топливе, подаваемом из блока 10 подачи топлива с использованием воды и воздуха, паровой риформер 22 для реакции топлива с паром, высокотемпературный паровой реактор 23 для реакции оксида углерода с паром, низкотемпературный паровой реактор 24 для превращения оксида углерода в двуокись углерода, реактор 25 частичного окисления для превращения неокисленного оксида углерода в двуокись углерода, реакционную печь 26 для генерации водорода из топлива путем реформинг-процесса и процесса гидроочистки и камеру 27 сгорания, находящуюся в контакте с реакционной печью 26, для нагревания реакционной печи 26.

Блок 30 батареи сформирован в виде множества единичных элементов, уложенных в пакет, причем каждый единичный элемент содержит анод 31, электролит 32 и катод 33. Силовой преобразователь 40 для преобразования постоянного тока, генерируемого в блоке 30 батареи, в переменный ток, используемый в домах, установлен на одной стороне блока 30 батареи.

Датчик 50 определения концентрации для определения концентрации монооксида углерода, входящего в состав водородсодержащего газа, установлен в середине трубы 34 подачи, предназначенной для подачи генерируемого в риформере водородсодержащего газа в блок 30 батареи.

Блок 60 заряда/питания содержит соединенный с силовым преобразователем импульсный блок 61 питания (ИБП) для преобразования тока в соответствии с конкретным электроприбором, согласующее устройство 62 (СУ), соединенное с импульсным блоком 61 питания для усиления тока, преобразованного импульсным блоком 61 питания, и соединенную с согласующим устройством 62 шину 63 вывода для питания конкретного электроприбора.

Импульсный блок 61 питания представляет собой устройства питания для преобразования тока, подаваемого извне, в ток, требуемый для работы компьютера, цветного телевизора, видеомагнитофона (VCR), радиатора, беспроводного устройства связи и т.п. Импульсный блок 61 питания управляет высокой частотой, превышающей частоту коммерческой сети электропитания, используя полупроводниковый переключатель и сглаживая выбросы напряжения.

Импульсные блоки 61 питания подразделяются на несколько типов согласно используемой схеме и используемой входной/выходной мощности. В последнее время в основном используются резонансные схемы и АС/DC конвертеры для преобразования переменного тока 110 или 220В в постоянный ток 5˜48В и DC/DC конвертеры для преобразования постоянного тока 5˜48В в постоянный ток 3,3˜48 В.

Сначала топливо, такое как метанол, сжиженный природный газ (LNG), бензин, т.п., и вода подаются из блока 10 подачи топлива в риформер 20. Затем в риформере 20 выполняют процесс парового риформинга и процесс частичного окисления, получая, таким образом, водородсодержащий газ, тепло и воду.

В блоке 30 батареи, в который подают водородсодержащий газ, водород подают на анод 31 для окисления в Н+ и е- в процессе электрохимического окисления. Ионизированный водород подают на катод 33 через электролит 32, а электрон проходит через анод 31, генерируя, таким образом, электричество, тепло и воду.

Электричество, генерируемое в блоке 30 батареи, преобразуется силовым преобразователем 40 для использования при работе электроприборов. Поскольку количество используемых электроприборов ночью уменьшается, избыточное электричество, создаваемое в ночное время, используется для заряда/питания не только электродвигателя, но также других устройств. Следовательно, эффективность энергии топливного элемента увеличивается.

Поскольку настоящее изобретение может иметь несколько различных вариантов осуществления без отступления от сущности или его существенных характеристик, также следует принять во внимание, что вышеописанные варианты осуществления не ограничены какими-либо особенностями вышеприведенного описания, если только не оговорено противное, напротив их следует толковать максимально широко исходя из сущности и объема настоящего изобретения, как определено прилагаемой формулой изобретения, и, следовательно, все изменения и модификации, находящиеся в пределах объема формулы изобретения, или их эквиваленты, также включены в прилагаемую формулу изобретения.

1. Топливный элемент, содержащий

блок подачи топлива для подачи топлива;

риформер для генерации водородсодержащего газа при получении топлива из блока подачи топлива;

блок батареи для генерации электричества и тепла в результате электрохимической реакции между водородом, генерируемым в риформере, и дополнительно подаваемым кислородом;

силовой преобразователь, расположенный на одной стороне блока батареи,

для преобразования тока, генерируемого в блоке батареи; и

блок заряда/питания, расположенный на одной стороне силового преобразователя, для выборочного подсоединения электроприборов к блоку заряда/питания и подачи электроэнергии из блока заряда/питания в упомянутые электроприборы.

2. Топливный элемент по п.1, в котором блок заряда/питания содержит

импульсный блок питания, соединенный с силовым преобразователем для преобразования тока в соответствии с конкретным электроприбором;

согласующее устройство, соединенное с импульсным блоком питания для усиления тока, преобразованного импульсным блоком питания; и

шину вывода, соединенную с биполярным усилителем для заряда/питания конкретного электроприбора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники, к устройствам для непосредственного преобразования химической энергии в электрическую, и может найти применение при создании автономных источников питания в широком диапазоне мощностей.

Изобретение относится к системе топливных элементов и способу управления системой. .

Изобретение относится к транспортному средству с топливными элементами, которые установлены на нем в качестве источника энергии и вырабатывают электроэнергию с образованием воды как побочного продукта.

Изобретение относится к топливным элементам типа, в котором топливо и окислитель объединены в мембранно-электродном блоке, где вырабатываются электроэнергия и продукт реакции, более конкретно водяной пар.

Изобретение относится к созданию МЭБ для водородо-воздушного и спиртово-воздушного топливных элементов (ТЭ) с использованием полимерного протонпроводящего электролита на основе полибензимидазольной пленки допированной фосфорной кислотой и двух газодиффузионных электродов.

Изобретение относится к транспортному средству, в частности к транспортному средству с топливными элементами, которые установлены на нем в качестве источника энергии, генерируют электроэнергию и производят воду в качестве побочного продукта.

Изобретение относится к топливным элементам. .

Изобретение относится к созданию МЭБ для кислородно (воздушно)-водородных топливных элементов (ТЭ) с использованием полимерного протонпроводящего электролита на основе полибензимидазольной пленки, допированной фосфорной кислотой, и двух газодиффузионных электродов.

Изобретение относится к конструкции топливного элемента. .

Изобретение относится к электрохимическим топливным элементам с твердым полимерным электролитом

Изобретение относится к энергоустановкам на топливных элементах (ТЭ) и может использоваться при проектировании автономных, резервных, транспортных энергоустановок, эксплуатируемых в полевых условиях

Изобретение относится к области электротехники, а именно к энергоустановкам (ЭУ) с электрохимическим генератором (ЭХГ)

Изобретение относится к батарее топливных элементов и подвижному устройству с этой батареей

Изобретение относится к электрохимическим элементам

Изобретение относится к перезаряжаемой энергетической системе (ПЭС) и способам управления перезаряжаемыми топливными элементами (ТЭ) в этой системе

Изобретение относится к батарее топливных элементов

Изобретение относится к способу изготовления твердого топливного элемента на основе оксида (SOFC) в течение одного термического цикла

Изобретение относится к системе топливного элемента, имеющей резервуар с жидким водородом

Изобретение относится к системе твердооксидного топливного элемента и, в частности, к системе подачи газа и воды для газов, подаваемых в блок газовой конверсии топливного элемента

Изобретение относится к топливному элементу с блоком зарядапитания

Наверх