Генератор электрической мощности на топливных элементах и способ управления им



Генератор электрической мощности на топливных элементах и способ управления им
Генератор электрической мощности на топливных элементах и способ управления им

Владельцы патента RU 2584248:

ЭЛЕКТРО ПАУЭР СИСТЕМЗ С.П.А. (IT)

Изобретение относится к устройствам генерирования электрической мощности. Генератор электрической мощности содержит множество топливных элементов, пакетированных в батарею и сконфигурированных с возможностью запитывать электрическую нагрузку, причем генератор содержит средства для генерирования газообразного топлива, подаваемого в батарею, и средства для отвода по меньшей мере части потока тепла, генерируемого в батарее вследствие потребления упомянутого газообразного топлива, и отличается тем, что содержит нагревательные средства, сконфигурированные с возможностью поддерживать упомянутые средства для генерирования газообразного топлива в пределах предварительно заданного диапазона температуры, и содержит средства для передачи по меньшей мере части упомянутой отводимой части потока тепла, генерируемого в батарее, от упомянутых отводящих средств к упомянутым средствам для генерирования газообразного топлива. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Область техники

Настоящее изобретение относится к генератору электрической мощности на топливных элементах и способу управления им.

Предшествующий уровень техники

Генераторы электрической мощности на топливных элементах (источники бесперебойного питания, ИБП) для стационарного использования, имеющие низкую мощность (5-20 кВт), основанные на использовании топливных элементов типа протонообменных мембран (ПОМ), в которых водород используется в качестве топлива, обычно сконструированы для приложений, связанных с резервированием. Иными словами, эти системы работают в почти неизменном состоянии рабочей «летаргии» (состоянии готовности), но должны легко активироваться за очень короткое время при безопасных и надежных условиях, чтобы гарантировать, что потребности нагрузки в электрической мощности будут удовлетворены в случае аварии.

Поскольку длительное и/или частое использование этих генераторов не требуется, по меньшей мере, в принципе, установка сложных систем для хранения и подачи водорода, таких как системы испарения жидкого водорода, в которых водород хранится при криогенных температурах, экономически не эффективна.

Кроме того, простейшие системы для хранения и подачи чаще всего используются в полевых условиях, в которых водород берут из комплектов газовых баллонов под очень высоким давлением, поэтому возникают проблемы безопасности, которые часто недооцениваются и которые затрагивают их установку, управление и техническое обслуживание.

Чтобы устранить эти недостатки, в полевых условиях применили рабочую практику структурного соединения и функциональной связи батареи топливных элементов генератора электрической мощности со средствами, находящимися на месте проведения работ, для генерирования газообразного топлива. В частности, для случаев, когда элементы используют водород в качестве топлива, известны генераторы электрической мощности на топливных элементах, содержащие электролизер для выработки водорода. Типичная конфигурация такого генератора электрической мощности показана на фиг.1.

Фиг.1 схематически показывает генератор 1 электрической мощности на топливных элементах для стационарного использования, обладающий малой мощностью, который содержит электролизер 2, сконфигурированный с возможностью принимать электрическую мощность и воду и преобразовывать последнюю в два ее компонента - водород и кислород. Генератор дополнительно содержит баки 3, 4, в которых хранятся водород и кислород, вырабатываемые электролизером 2. Генератор 1 содержит батарею 5 топливных элементов, в которую при использовании подают соответствующие потоки водорода и кислорода, забираемые из баков 3, 4.

Поскольку топливные элементы, пакетированные для формирования батареи 5, должны работать в пределах диапазона температуры, оптимального для их правильной работы, батарею 5 при использовании предпочтительно поддерживают, по существу, при постоянной температуре (обычно в пределах диапазона от 40 до 80°C). С этой целью генератор 1 содержит средства 10 для рассеивания тепла, вырабатываемого реакцией окисления, которая происходит в топливных элементах. Как правило, эти средства 10 рассеяния состоят из одного или более надлежащим образом расположенных вентиляторов V1, V2.

Следовательно, когда генератор 1 мощности активируют для удовлетворения электрических потребностей нагрузки 6, генератор 1 потребляет водород и кислород, ранее сохраненные в баках 3, 4, которые могут пополняться электролизером 2, например, когда генератор 1 мощности возвращен в состояние резервирования.

Также существует оптимальный рабочий диапазон температуры для электролизера 2, составляющий от около 40 до около 80°C. Однако при запуске, а значит, и в течение первых минут работы электролизер 2 вынужден работать при температуре окружающей среды, т.е. гораздо ниже оптимального диапазона температуры. Это значительно снижает его КПД, и водород и кислород выводятся в ущерб потреблению электрической мощности, затрачиваемой на электролиз, и с нежелательным увеличением времени, необходимого для восстановления содержания водорода и кислорода в баках 3, 4 ввиду нового вступления в процесс генератора 1.

Поэтому в данной области техники существует потребность в том, чтобы предусмотреть генератор электрической мощности на топливных элементах такого типа, который содержит средства, находящиеся на месте проведения работ, для генерирования газообразного топлива, что дает возможность оптимизировать рабочие условия упомянутых средств, в частности в фазе холодного запуска генератора.

В полевых условиях также существует дополнительная потребность в том, чтобы обеспечить генератор электрической мощности на топливных элементах типа, который содержит средства, находящиеся на месте проведения работ, для генерирования газообразного топлива, способный снизить потери энергии и увеличить общий КПД процесса на месте проведения работ, заключающегося в генерировании реагентов и последующем преобразовании химической энергии самих реагентов в электрическую мощность.

Например, в документе US 6660417 предложено оснастить генератор электрической мощности на топливных элементах устройством для передачи тепла, вырабатываемого в топливном элементе при генерировании электрической мощности в электролизер.

Более конкретно, в документе US 6660417 делается ссылка на конфигурацию, предусматривающую первый период (три часа), в течение которого генератор используется для генерирования электрической мощности, подаваемой на нагрузку, и второй период (восемь часов), в течение которого электрическая мощность подается в электролизер для генерирования водорода.

В документе US 6660417 также предложена транспортировка, в течение первого периода, воды, нагреваемой за счет протекания через контур охлаждения топливного элемента, в бак хранения. Документ US 6660417 предлагает затем, в течение второго периода, транспортировать нагретую воду, собранную в баке хранения, в электролизер.

Более конкретно, в первом варианте осуществления нагретую воду используют для выведения тепла в электролизер. Во втором варианте осуществления нагретую воду вместо этого подают непосредственно в электролизер и подвергают процессу электролиза.

Однако решение согласно документу US 6660417 имеет несколько недостатков.

Во-первых, следует отметить, что объем воды, необходимый для отвода избыточного тепла, вырабатываемого в топливном элементе в течение первого периода, обычно очень велик, и что вследствие этого необходим очень большой бак для ее хранения, а это оказывает негативное влияние на компактность системы в целом. Например, для утилизации избыточного тепла порядка 1 кВт в течение 3 ч и в предположении, что воду берут при температуре от 25 до 55°C, потребовался бы объем воды примерно 86 л. Таким образом, система должна содержать бак хранения, выполненный с возможностью вмещать объем воды, по меньшей мере, около 90-100 л.

Этот аспект, в частности, нежелателен, особенно для приложений, связанных с резервированием, в которых генератор на топливных элементах является источником электрической мощности, альтернативным основному источнику мощности (например, электрической сети), а поскольку генератор активируют лишь в аварийных условиях, он предпочтительно является вспомогательным компонентом, который можно с удобством располагать в пределах пространств, предназначенных для других видов деятельности (производства, хранения и т.д.).

Кроме того, номинальные размеры бака зависят непосредственно от конкретной длительности соответствующих периодов включения-выключения генератора на топливных элементах и электролизера. Поэтому такая система не очень подходит для приложений, связанных с резервированием, в которых длительность соответствующих периодов включения-выключения - как генератора на топливных элементах, так и электролизера - нельзя однозначно оценить заранее, а количество вступлений в процесс генератора, а значит, и периодов включения-выключения - в сутки в действительности становится непредсказуемым. Номинальный объем бака мог бы на самом деле оказаться неподходящим для реальных рабочих условий.

Более того, стоит отметить, что, как предлагается в документе US 6660417, во время эксплуатации топливного элемента в системе аккумулируется значительное количество тепла, которое, в сущности, не рассеивается или не выдается до следующего периода активации электролизера. Это обстоятельство, в частности, нежелательно для компактных систем, которые, помимо генератора мощности, содержат дополнительные компоненты, нуждающиеся в непрерывном охлаждении (например, электронные компоненты системы управления и т.д.). Фактически присутствие такого большого количества тепла, запасенного в системе, в частности, затрудняет эффективное рассеивание потоков другого, локально вырабатываемого тепла.

И наконец, стоит принять во внимание, что процесс электролиза теоретически является эндотермическим, если его проводят в условиях обратимости. В частности, необходимость подвода тепла в электролизер является конкретной и значительной во время связанной с ним фазы запуска. Однако ввиду обычно высокой степени необратимости реального процесса, в свою очередь, подверженного явлению поляризации, на практике обычно возникают обстоятельства, при которых электролизер должен непрерывно выдавать тепло в окружающую среду, чтобы поддерживаться при требуемой рабочей температуре, работая на полную мощность. Вместо этого конфигурация, предложенная в документе US 6660417, обуславливает теплопередачу в электролизер в течение всей продолжительности соответствующего рабочего периода.

Краткое изложение существа изобретения

Таким образом, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить генератор электрической мощности на топливных элементах типа, который содержит средства, находящиеся на месте проведения работ, для генерирования газообразного топлива, что дает возможность просто и экономически эффективно преодолеть недостатки, связанные с известными решениями.

В частности, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить генератор электрической мощности на топливных элементах типа, который содержит средства, находящиеся на месте проведения работ, для генерирования газообразного топлива, в частности, для приложений, связанных с резервированием, выполненный с возможностью удовлетворения потребностей вышеупомянутой системы в энергии и управлении, гарантируя при этом возможность ограничения габаритного размера системы и осуществляемого в широких пределах управления вовлекаемыми потоками тепла, как в течение фазы запуска различных устройств, так и в течение соответствующей фазы работы на полной мощности. Эти фазы на самом деле характеризуются взаимно различными по своей природе условиями процесса и потребностями.

Вышеупомянутая задача решается посредством настоящего изобретения, поскольку оно относится к генератору электрической мощности на топливных элементах, как определено в п.1 формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:

фиг.1 схематически изображает генератор электрической мощности на топливных элементах в соответствии с известным уровнем техники; и

фиг.2 схематически изображает генератор электрической мощности на топливных элементах в соответствии с изобретением.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

На фиг.2 позиция 1 обозначает в целом генератор электрической мощности на топливных элементах в соответствии с изобретением.

Генератор 1 содержит множество топливных элементов, пакетированных для формирования батареи 5, гидравлически соединенной с баками 3, 4, из которых он принимает при использовании соответствующие потоки газообразного топлива и окисляющего газа, либо чистые, либо в виде газообразной смеси, для выработки электрической мощности, подаваемой на нагрузку 6.

Генератор 1 дополнительно содержит средства 2, находящиеся на месте проведения работ, для генерирования газообразного топлива, подаваемого в батарею 5.

В иллюстрируемом случае средства 2 для генерирования газообразного топлива содержат электролизер, сконфигурированный с возможностью принимать электрическую мощность и воду и преобразовывать последнюю в два ее компонента - водород и кислород, - которые хранятся в соответствующих баках 3, 4. Таким образом, генератор 1 использует водород как газообразное топливо и кислород как окисляющий газ.

Генератор 1 преимущественно содержит гидравлический контур 7 для охлаждения батареи 5, внутри которого циркулирует текучая среда теплоносителя, такая как вода, для отвода, по меньшей мере, части тепла, локально вырабатываемого за счет реакции окисления, от батареи 5.

Более того, генератор 1 содержит гидравлический контур 8 для нагревания электролизера 2, внутри которого циркулирует текучая среда теплоносителя, такая как вода, для подачи в электролизер 2, по меньшей мере, части тепла, необходимого для поддержания температуры электролизера в пределах оптимального рабочего диапазона. Для этой цели генератор 1 преимущественно дополнительно содержит теплообменник 9, в котором гидравлические контуры 7, 8 связаны гидравлически, и поэтому получается тепловая интеграция между батарей 5 и электролизером 2. Иными словами, по меньшей мере, часть избыточного тепла, вырабатываемого внутри батареи 5 за счет реакции окисления, отводится и с удобством передается в электролизер 2.

Более конкретно, если генератор 1 мощности представляет собой генератор, разработанный для приложений, связанных с резервированием, т.е. его активируют, чтобы удовлетворить потребности нагрузки 6 в мощности в случае аварийной ситуации, например аварийного прерывания энергоснабжения, и если аварийная ситуация является относительно короткой (например, порядка 10 мин), количество тепла, обмениваемое теплообменником 9, а также в силу значительной тепловой мощности текучей среды теплоносителя (воды) между гидравлическими контурами 7 и 8, по существу, достаточно для утилизации избыточного тепла, вырабатываемого внутри батареи 5 за счет реакции окисления, т.е. для поддержания батареи 5 в пределах оптимального рабочего диапазона. Упомянутое отведенное тепло передается в электролизер 2, который вследствие этого преимущественно поддерживается в пределах соответствующего оптимального рабочего диапазона температуры.

Более того, генератор 1 предпочтительно содержит средства 10 для рассеивания тепла, вырабатываемого за счет реакции окисления, проходящей внутри батареи 5, которые содержат, например, один или более надлежащим образом расположенных вентиляторов V1, V2.

В частности, вторые средства 10 рассеивания активируют, когда аварийная ситуация, т.е. период активности генератора 1, длится относительно долгое время (например, аварийное прерывание энергоснабжения дольше 10 минут), так что избыточное тепло, выработанное внутри батареи 5 реакцией окисления, частично рассеивается и частично передается в гидравлический контур 8, а значит, и в электролизер 2, который преимущественно поддерживается в пределах соответствующего оптимального рабочего диапазона температуры.

Генератор 1 предпочтительно содержит блок управления (не показан), запрограммированный на управление гидравлическими контурами 7 и 8 и теплообменником 9, чтобы поддерживать электролизер в пределах оптимального рабочего диапазона температуры. В частности, блок управления подключен к средствам для детектирования и передачи значения температуры в батарее 5 и электролизере 2, а также к соответствующим средствам отсечки потоков текучей среды теплоносителя в гидравлических контурах 7 и 8.

Более конкретно блок управления запрограммирован на регулирование потоков текучей среды теплоносителя в гидравлических контурах 7 и 8, а значит, также КПД и объема теплообмена в теплообменнике 9, для эффективной теплопередачи от батареи 5 к электролизеру 2 и поддержания температуры обоих в пределах соответствующих оптимальных рабочих диапазонов температуры.

Кроме того, блок управления подключен к средствам 10 рассеивания, которые блок управления активирует, когда детектирует, что температура батареи 5 превышает предварительно заданное пороговое значение. При вовлекаемых потоках тепла этот случай обычно возникает, когда рабочий период генератора 1, т.е. батареи 5, для выработки электрической мощности, подаваемой на нагрузку 6, составляет более десяти минут (длительное аварийное прерывание энергоснабжения).

При использовании, когда генератор 1 активируют для запитывания электрической нагрузки, соответствующие потоки водорода и кислорода направляются в батарею 5 из баков 3, 4. Реакция окисления, которая происходит в батарее 5, вырабатывает тепло, которое, по меньшей мере, частично отводится потоком текучей среды теплоносителя, циркулирующим внутри гидравлического контура 7. В теплообменнике 9 упомянутое тепло отводится в поток текучей среды теплоносителя, циркулирующий внутри гидравлического контура 8, и каскадно в электролизер 2, который вследствие этого поддерживается при температуре, находящейся в рабочем диапазоне температуры, оптимальном для эксплуатации электролизера.

В случае относительно короткого периода работы генератора 1 (т.е. батареи 5) во время (например, порядка 10 минут) выработки электрической мощности количество тепла, обмен которым посредством теплообменника 9, а также за счет значительной тепловой мощности текучей среды теплоносителя (воды) происходит между гидравлическими контурами 7 и 8, по существу, является достаточным для отвода избыточного тепла, вырабатываемого внутри батареи 5 за счет реакции окисления, вследствие чего батарея 5 поддерживается в пределах оптимального рабочего диапазона температуры. Такое отведенное тепло передается в электролизер 2, который, таким образом, преимущественно поддерживается в пределах соответствующего оптимального рабочего диапазона температуры.

В случае длительной работы генератора 1 (батареи 5) для выработки электрической мощности вторые средства 10 рассеивания также активируются, так что избыточное тепло, вырабатываемое внутри батареи 5 реакцией окисления, частично рассеивается и частично передается в гидравлический контур 8 и, тем самым, в электролизер 2. Таким образом, и батарея 5, и электролизер 2 преимущественно поддерживаются в пределах соответствующих оптимальных рабочих диапазонов температуры.

Поэтому когда генератор 1 приводится в состояние готовности, например сразу же после того, как аварийное прерывание энергоснабжения, определившее его активацию для питания электрической нагрузки, завершилось, электролизер 2 имеет идеальную температуру при работе для выработки водорода и кислорода из воды, чтобы пополнить содержимое баков 3, 4 ввиду последующего вступления в процесс генератора 1.

Таким образом, значительно повышается тепловая интеграция и кпд генератора 1, в частности, количество тепловой мощности, вырабатываемой в батарее 5 реакцией окисления, больше не рассеивается, если это не происходит лишь частично, когда период работы генератора 1 выходит за пороговое время (например, порядка 10 минут), но преимущественно восстанавливается для использования внутри самого генератора 2, а более конкретно передается в электролизер 2.

Соответственно наиболее эффективная тепловая интеграция системы сочетается с преимуществом поддержания электролизера 2 в пределах оптимального рабочего диапазона температуры.

В конце аварийной ситуации, т.е. когда работу батареи 5 прерывают, а электролизер 2 запускают для пополнения содержимого в баках 3, 4, электролизер 2 сразу же начинает работать в условиях, которые соответствуют максимальным КПД и выходной мощности, тем самым исключая переходный процесс с низким КПД, связанный с вышеописанной традиционной конфигурацией.

Общий КПД всего процесса генерирования и потребления реагентов преимущественно увеличивается, так как вследствие увеличения степени тепловой интеграции снижаются потери энергии и стимулируется эксплуатация в условиях КПД, максимального для большинства компонентов генератора 1.

Помимо этого, по меньшей мере, когда период работы генератора не выходит за пределы заданного порогового времени, не требуется более активировать средства 10 рассеивания, поскольку количество тепла, обмен которого осуществляется в теплообменнике 9, достаточно для утилизации избыточного тепла, вырабатываемого внутри батареи 5, что приводит к получению значительного сокращения потреблений, связанных со вспомогательными компонентами генератора 1, и в то же время к значительному сокращению шума и износа самих компонентов.

Преимущественно управление температурой оказывается эффективнее и точнее, поскольку управление температурой батареи 5 осуществляют за счет отвода тепла посредством текучей среды теплоносителя, в частности, когда используют текучую среду теплоносителя с большой тепловой инерцией, например, воду.

Кроме того, габаритные размеры и объем генератора 1 можно легко ограничить, гарантируя при этом удовлетворительное управление теплообменом в процессе, поскольку термическая связь между батареей 5 и электролизером 2 поддерживается посредством двух разных контуров 7 и 8 и без размещения между ними бака хранения текучей среды теплоносителя.

Возможность ограничения габаритных размеров генератора 1, гарантируемая изобретением, также выгодна в перспективе дальнейшего встраивания в рамках одной системы генератора 1 с другими возможными вспомогательными компонентами, поскольку больше пространства становится доступным для их введения. Более того, если вспомогательные компоненты также придется охлаждать, тепловая интеграция, гарантируемая генератором 1 в соответствии с изобретением, также может оказаться выгодной с точки зрения объединенного управления всем рассеиванием тепла.

В заключение отметим очевидность того, что в рамках объема защиты согласно прилагаемой формуле изобретения в описанную и проиллюстрированную здесь систему можно внести изменения и вариации.

1. Генератор (1) электрической мощности, содержащий множество топливных элементов, пакетированных в батарею (5) и сконфигурированных с возможностью запитывать электрическую нагрузку (6), причем генератор (1) содержит средства (2) для генерирования газообразного топлива, подаваемого в батарею (5), и средства (7, 10) для отвода по меньшей мере части потока тепла, генерируемого в батарее (5) вследствие потребления упомянутого газообразного топлива, при этом генератор (1) содержит нагревательные средства (8, 9), сконфигурированные с возможностью поддерживать упомянутые средства (2) для генерирования газообразного топлива в предварительно заданном диапазоне температуры, и содержит средства (9) для передачи по меньшей мере части упомянутой отводимой части потока тепла, генерируемого в батарее (5), от упомянутых отводящих средств (7) к упомянутым средствам (2) для генерирования газообразного топлива, отличающийся тем, что упомянутые средства (7) для отвода по меньшей мере части упомянутого потока тепла, генерируемого в батарее (5), содержат первый гидравлический контур, термически соединенный с батареей (5) и через который проходит поток первой текучей среды теплоносителя, и тем, что упомянутые нагревательные средства (8, 9) содержат второй гидравлический контур (8), термически соединенный со средствами (2) для генерирования газообразного топлива и через который проходит поток второй текучей среды теплоносителя.

2. Генератор по п.1, в котором средства (9) для передачи по меньшей мере части упомянутой отводимой части потока тепла, генерируемого в батарее (5), содержат теплообменник.

3. Генератор по п.1 или 2, в котором газообразным топливом является водород, а средства (2) для генерирования газообразного топлива содержат электролизер, сконфигурированный с возможностью принимать воду и электрическую мощность и генерировать водород и кислород.

4. Генератор по п.1 или 2, в котором средства (7, 10) для отвода по меньшей мере части потока тепла, генерируемого в батарее (5), содержат средства (10) рассеивания тепла.

5. Генератор по п.1 или 2, содержащий блок управления, запрограммированный на управление отводящими средствами (7, 10) и нагревательными средствами (8, 9) с тем, чтобы поддержать средства (2) для генерирования газообразного топлива в пределах упомянутого предварительно заданного диапазона температуры.

6. Способ управления генератором электрической мощности, имеющим топливные элементы, пакетированные в батарею (5) и сконфигурированные с возможностью запитывать электрическую нагрузку (6), причем генератор содержит средства (2) для генерирования газообразного топлива, подаваемого в батарею (5), и средства (7, 10) для отвода по меньшей мере части потока тепла, генерируемого в батарее (5) вследствие потребления упомянутого газообразного топлива, содержащий этапы, на которых:
а) питают батарею (5) потоком газообразного топлива для генерирования электрической мощности, требуемой электрической нагрузкой (6);
b) отводят по меньшей мере часть потока тепла, генерируемого батареей (5) вследствие потребления упомянутого газообразного топлива, посредством первого потока текучей среды теплоносителя;
с) передают посредством второго потока текучей среды-теплоносителя по меньшей мере часть потока тепла, генерируемого в батарее (5), к упомянутым средствам (2) для генерирования газообразного топлива, чтобы поддержать их в пределах предварительно заданного диапазона температуры, причем упомянутые первый и второй потоки текучей среды теплоносителя соединены термически и разделены материально.

7. Способ по п.6, содержащий этап, на котором генерируют упомянутое газообразное топливо посредством электролитического процесса, проводимого в упомянутых средствах (2), причем упомянутый предварительно заданный диапазон температуры составляет от 40 до 80°C.

8. Способ по п.6 или 7, содержащий этап, на котором поддерживают упомянутую батарею (5) при температуре от 40 до 80°C.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к топливным элементам. Техническим результатом является улучшение рабочих свойств увлажнительного элемента устройства топливных элементов.

Задачей изобретения является повышение выходной мощности топливного элемента и эффективности генерирования электроэнергии путем обеспечения дренажа воды из топливного элемента при активации его при температуре ниже температуры замерзания.

Изобретение относится к энергоустановкам на топливных элементах и может использоваться при проектировании автономных, резервных и транспортных энергоустановок.

Изобретение относится к источникам энергии, а именно к способам замены расходуемого электрода в воздушно-алюминиевом топливном элементе без прерывания цепи энергообеспечения.

Настоящее изобретение относится к электрогенератору на топливных элементах, специально спроектированному как резервное устройство при отсутствии сетевого электроснабжения.

Настоящее изобретение относится к газогенератору для конверсии топлива в обедненный кислородом газ и/или обогащенный водородом газ, который может быть использован в любом процессе, требующем обедненного кислородом газа и/или обогащенного водородом газа, предпочтительно, используют его для генерирования защитного газа или восстановительного газа для запуска, выключения или аварийного отключения твердооксидного топливного элемента (SOFC) или твердооксидного элемента электролиза (SOEC).

Изобретение относится к технологии топливных элементов, а более конкретно к сборному модулю из батарей твердооксидных топливных элементов. Технический результат - обеспечение компактности, простота перехода батарея/система и улучшение характеристик системы.

Группа изобретений относится к топливным элементам. Технический результат - повышение эффективности вырабатывающего электроэнергию элемента.

Изобретение относится к источникам энергии, в частности к воздушно-алюминиевым источникам тока, в частности к способу ввода расходуемого электрода в воздушно-алюминиевый источник тока.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах беспроводной передачи. Технический результат состоит в повышении точности оценки канала.

Заявленное изобретение относится к системе и способу повышения общей производительности топливного элемента, преимущественно твердооксидного топливного элемента, при одновременном отделении почти чистого потока СО2 для изоляции или использования при выработке электроэнергии для дополнительного увеличения общей эффективности процесса. В системе и способе используют теплообменную систему, выполненную с возможностью образования потока топлива, который возвращают на вход анода топливного элемента, с более высокой молярной концентрацией монооксида углерода (СО) и водорода (Н2) в топливе, чем изначально присутствовала на выходе анода топливного элемента. Повышение эффективности системы топливных элементов в целом, а также повышение надежности их работы при снижении эксплуатационных затрат является техническим результатом изобретения.4 н. и 28 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к системам охлаждения топливных элементов. Технический результат - обеспечение быстрого запуска при низких температурах. Система охлаждения для топливного элемента, содержащая главный контур текучей среды-теплоносителя, включающий в себя циркуляционный насос и теплообменник для обмена с внешним пространством, которые питают входной трубопровод, направляющий эту текучую среду к ячейкам топливного элемента, при этом текучая среда выходит из ячеек через выходной трубопровод и возвращается в циркуляционный насос, отличающаяся тем, что главный контур содержит на каждом входном и выходном трубопроводе управляемый трехканальный вентиль, при этом третий свободный канал входного трубопровода соединен с входом насоса, и третий свободный канал выходного трубопровода соединен с выходом насоса, образуя вспомогательный контур текучей среды. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к энергетическому оборудованию и может быть использовано в качестве электрохимического генератора на основе водородно-кислородных топливных элементов для резервного электропитания аварийных объектов, при этом в заявленном генераторе газообразный водород получают в проточном реакционном сосуде путем гидролиза водной суспензии алюминия. Повышение безопасности и эффективности работы электрохимического генератора обеспечивается за счет выполнения генератора водорода в виде проточного реакционного сосуда гидролиза алюминия, входы которого соединены трубопроводами с баком водной суспензии алюминия и с баком водного раствора едкого натра при их одновременном подключении к системе вытеснения в виде баллона со сжатым газом. Первый выход реакционного сосуда гидролиза алюминия соединен с первым входом батареи топливных элементов, а второй выход - с баком для сбора водного раствора продуктов гидролиза. Батарея топливных элементов снабжена системой подачи кислорода, подключенной к батарее баллонов с кислородом. 1 ил.

Изобретение относится к энергетическому оборудованию и может быть использовано в качестве электрохимического генератора на основе водородно-кислородных топливных элементов для резервного электропитания аварийных объектов, при этом в заявленном генераторе газообразный водород получают в проточном реакционном сосуде путем гидролиза водной суспензии алюминия. Повышение безопасности и эффективности работы электрохимического генератора обеспечивается за счет выполнения генератора водорода в виде проточного реакционного сосуда гидролиза алюминия, входы которого соединены трубопроводами с баком водной суспензии алюминия и с баком водного раствора едкого натра при их одновременном подключении к системе вытеснения в виде баллона со сжатым газом. Первый выход реакционного сосуда гидролиза алюминия соединен с первым входом батареи топливных элементов, а второй выход - с баком для сбора водного раствора продуктов гидролиза. Батарея топливных элементов снабжена системой подачи кислорода, подключенной к батарее баллонов с кислородом. 1 ил.

Резервный электрический генератор (1) с батареей топливных ПОМ-элементов, включающий в себя: батарею (2) топливных элементов, образованную множеством уложенных стопкой топливных ПОМ-элементов (3), электрически соединенных последовательно, для подачи электрической энергии на электрическую нагрузку; прибор (4) контроля напряжения элемента для измерения напряжения, выдаваемого каждым топливным элементом (3); блок (5) регулирования и преобразования электрической энергии, подсоединенный между батареей (2) топливных элементов и электрической нагрузкой; нагнетатель (6) для подачи количества воздуха, необходимого для химических реакций, которые происходят в топливных элементах (3); рециркулятор (7) водорода для рециркуляции водорода между выпуском и впуском батареи (2) топливных элементов; устройство (8) продувки водорода для осуществления первичной продувки водорода при меньшем расходе и вторичной продувки водорода при большем расходе; и контроллер (11), запрограммированный для управления работой электрического генератора (1) по-разному при запуске, при останове и во время его нормальной работы. Повышение надежности работы и срока службы резервного электрического генератора является техническим результатом изобретения. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение обносится к области электротехники, а именно к системе комбинированного цикла на основе твердооксидных топливных элементов. Топливный элемент комбинированного цикла включает топливный элемент, такой как твердооксидный топливный элемент (ТОТЭ), включающий анод, который вырабатывает отходящий газ, риформинг углеводородного топлива, который обеспечивает смешивание углеводородного топлива с отходящим газом топливного элемента ниже по потоку от топливного элемента и частичное или полное преобразование углеводородного топлива в водород (H2) и монооксид углерода (СО), при этом канал для топлива обеспечивает отведение первой части подвергнутого риформингу топлива на вход анода топливного элемента. Топливный элемент комбинированного цикла включает органический цикл Ренкина (ОЦР), выполненный с возможностью удаления тепла из оставшейся части подвергнутого риформингу топлива и доставки охлажденной оставшейся части подвергнутого риформингу топлива в утилизационный цикл, который может представлять собой двигатель внешнего или внутреннего сгорания, такой как газопоршневой двигатель или газовая турбина, который приводят в действие охлажденной оставшейся частью подвергнутого риформингу топлива. Увеличение КПД топливного элемента комбинированного цикла является техническим результатом изобретения. 4 н. и 20 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к гибридному устройству, в состав которого входит топливный элемент и термоакустический холодильник, который производит термоакустическую энергию с использованием выхлопного газа, выходящего из энергоблока. Гибридная система согласно настоящему изобретению включает устройство на топливных элементах и термоакустический холодильник (14), который содержит производящую термоакустическую энергию секцию (20), в которой термоакустическая энергия производится за счет температурного градиента между высокотемпературной стороной и низкотемпературной стороной; и охлаждающую секцию (21), в которой функция охлаждения осуществляется на низкотемпературной стороне с использованием температурного градиента между высокотемпературной стороной и низкотемпературной стороной; теплообменник гибридной системы, который осуществляет теплообмен между выхлопным газом, выходящим из устройства на топливных элементах и текучей средой и снижает температуру выхлопного газа после его прохождения через высокотемпературную сторону термоакустической секции; при этом термоакустический холодильник установлен на циркуляционном потоке между теплообменником (6) и высокотемпературной стороной охлаждающей секции и предназначен для охлаждения текучей среды циркуляционного потока, который проходит через выпуск теплообменника (6). Повышение суммарного коэффициента полезного действия производящих энергию устройств гибридной системы является техническим результатом изобретения. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к способу эксплуатации бифункциональной электрохимической системы, содержащей анодную и катодную электродные камеры с четырехходовыми клапанами на входе и выходе из электродных камер, резервуар-сепаратор с водой, соединенный с анодной и катодной камерами и с контейнерами хранения водорода и кислорода, насосы, включающему очистку от газов анодной и катодной электродных камер при смене режимов работы, отличающемуся тем, что систему снабжают дополнительными насосами и дополнительным резервуаром-сепаратором с водой, сообщающимся с источником поступления воды и имеющим выходы для подсоединения трубопроводов к входам анодной и катодной камер бифункциональной электрохимической системы, осуществляют очистку электродных камер путем закачивания в них воды из дополнительного резервуара и вытеснения оставшихся газов из анодной и катодной камер в контейнеры для хранения водорода и кислорода. Также изобретение относится к бифункциональной электрохимической системе. Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, состоит в улучшении массогабаритных характеристик БЭС, снижении ее стоимости, эксплуатационных расходов и повышении экономичности. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области создания автономных источников питания, автономного энергетического машиностроения на твердооксидных топливных элементах (ТОТЭ) для нужд станций катодной защиты при транспорте нефти и газа и предназначено для отведения отработанных технологических газов из горячего бокса энергоустановки и управления тепловой энергией, вырабатываемой энергоустановкой в процессе реализации химических реакций. Модуль отведения и распределения тепловой энергии энергоустановки на твердооксидных топливных элементах содержит расположенный в теплоизолированном корпусе теплообменник, корпус которого снабжен входом для продуктов реакции из горелки и выходом для выхлопных газов, а также дополнительно второй теплообменник, расположенный в теплоизолированном корпусе последовательно и симметрично первому теплообменнику и соединенный с ним посредством трубопровода. Теплоизолированный корпус второго теплообменника снабжен двумя входами для подачи воздуха и двумя выходами для нагретого воздуха, вход для продуктов реакции горелки посредством трубопровода сообщен с первым теплообменником, а выход для выхлопных газов посредством трубопровода сообщен со вторым теплообменником. Первый вход для подачи воздуха сообщен посредством трубопровода через первый теплообменник с первым выходом для нагретого воздуха, а второй вход для подачи воздуха сообщен посредством трубопровода через второй теплообменник со вторым выходом для нагретого воздуха, при этом первый выход для нагретого воздуха выполнен с возможностью соединения с катодным каналом топливной батареи, а второй выход для нагретого воздуха выполнен с возможностью соединения с эжектором. Каждый теплообменник выполнен в виде трубчатого теплообменника, трубы которого расположены равномерно, при этом диаметр труб составляет от 0,3 до 1 см. Повышение кпд модуля, а также повышение его надежности является техническим результатом изобретения. 3 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к твердооксидному топливному элементу или твердооксидной топливной ячейке и способу их эксплуатации. Твердооксидный топливный элемент содержит a) несколько блоков (5) катод-анод-электролит (КАЭ), при этом каждый блок (5) КАЭ содержит первый электрод (51) для окисляющего средства, второй электрод (53) для горючего газа и твердый электролит (52) между первым электродом (51) и вторым электродом (52), и b) металлическое межблочное соединение (40) между блоками (5) КАЭ, при этом межблочное соединение (40) содержит: первый газораспределительный элемент (10), содержащий газораспределительную конструкцию (11) для горючего газа, при этом первый газораспределитвельный элемент (10) находится в контакте со вторым электродом (53) блока (5) КАЭ, и второй газораспределительный элемент (4), содержащий каналы (20а) для окисляющего средства и содержащий отдельные каналы (20b) для текучей среды для термообработки, при этом каналы (20а) для окисляющего средства находятся в контакте с первым электродом (51) соседнего блока (5) КАЭ, и первый газораспределительный элемент (10) и второй газораспределительный элемент (4) соединены электрически. Повышение эффективности и надежности работы топливного элемента за счет использования плотных межблочных соединений, обеспечивающих улучшенный внутренний теплообмен, является техническим результатом изобретения. 3 н. и 30 з.п. ф-лы, 32 ил.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2016-05-20 2016-05-23T00:18:47
Наверх