Область техники
Настоящее изобретение относится к системе источника питания и, в частности, к портативной системе источника питания, способной эффективно использовать энергетический ресурс, топливному блоку, составляющему систему источника питания, и устройству, приводимому в действие генератором энергии и системой источника питания.
Предшествующий уровень техники
Во всех областях домашнего хозяйства и промышленности используются гальванические элементы различных видов. Например, первичный элемент, такой как щелочной сухой элемент или марганцевый сухой элемент, часто используется в часах, фотоаппаратах, игрушках и портативных акустических устройствах, и он характеризуется тем, что производство таких элементов огромно с глобальной точки зрения, и он недорогой и легко доступен.
Вторичный элемент, такой как свинцовая аккумуляторная батарея, никель-кадмиевая аккумуляторная батарея, никель-водородная аккумуляторная батарея, ионно-литиевая батарея, часто используется в мобильных телефонах или персональных цифровых помощниках, которые широко применяются в современных портативных устройствах, таких как цифровая видеокамера или цифровой фотоаппарат, и имеет характеристики, которые выше по экономической эффективности, так как он может повторно заряжаться и разряжаться. Среди вторичных элементов свинцовая аккумуляторная батарея используется в качестве пускового источника питания для транспортных средств или морских судов или аварийного источника питания в промышленном оборудовании или медицинском оборудовании и т.п.
В последние годы в связи со все возрастающей встревоженностью состоянием окружающей среды или энергетическими проблемами проводится тщательное исследование проблем, касающихся отходов, получаемых после использования гальванических элементов, таких как описанные выше, или тех, которые касаются эффективности преобразования энергии.
Первичный элемент имеет малую стоимость изделия и легко доступен, как описано выше, и существует много устройств, в которых используется этот элемент в качестве источника питания. Кроме того, в принципе, если первичный элемент один раз разрядился, емкость батареи не может быть восстановлена, т.е. он может быть использован только один раз (является одноразовой батареей). Объем отходов в год поэтому превышает несколько миллионов тонн. Для этого случая имеется статистическая информация, показывающая, что отношение всех гальванических элементов, которые собираются для утилизации отходов, составляет только приблизительно 20%, а оставшиеся приблизительно 80% выбрасываются в природную среду или подвергаются захоронению на мусорных свалках. Таким образом, существует опасность резкого ухудшения состояния окружающей среды и обезображивания природной среды под действием тяжелых металлов, таких как ртуть или индий, содержащихся в таких несобранных батареях.
Проверка вышеописанной гальванической батареи в свете эффективности использования энергетического ресурса показала, что, так как первичный элемент производится с использованием энергии, которая примерно в 300 раз превышает энергию, отдаваемую в результате разряда, эффективность использования энергии составляет менее 1%. Даже в случае вторичного элемента, который может повторно заряжаться и разряжаться и имеет более высокие характеристики по экономической эффективности, если вторичный элемент заряжается от домашнего источника питания (обычной сетевой розетки) или т.п., эффективность использования энергии падает примерно до 12% из-за эффективности выработки энергии на электростанции или потерь при передаче электроэнергии. Поэтому нельзя сказать, что энергетический ресурс непременно эффективно используется.
Таким образом, в последнее время внимание привлечено к новым системам источника питания различных видов или системам выработки энергии (которые ниже в общем упоминаются как "система источника питания"), включающим в себя топливную батарею, которая оказывает меньшее влияние (нагрузку) на окружающую среду и способна реализовать очень высокую эффективность использования энергии, например примерно от 30 до 40%. Кроме того, с целью применения в качестве источника питания для приведения в движение транспортных средств или системы источника питания для промышленного применения, системы совместной выработки для домашнего применения и других или замены вышеописанных гальванических элементов, экстенсивно проводится исследование и разработка для практического применения.
В системе источника питания с высокой эффективностью использования энергии, такой как топливный элемент, не установлено средство, способное пополнять топливо посредством легкой операции, когда израсходуется накопленное внутри топливо. Кроме того, узел топливного элемента в системе источника питания также выполнен из материала с большим сроком службы, и, в частности, катализатор, предусмотренный внутри топливного элемента, подвержен разрушению в результате использования нагревателя или т.п. В общих чертах у такой системы срок службы истекает раньше, чем у устройства, приводимого в действие системой источника питания, и система источника питания, которая является объединенной с устройством, должна быть заменена для каждого устройства, или иногда имеет место значительное время ремонта.
Кроме того, невозможно устранить проблему, заключающуюся в том, что составляющие элементы (например, резервуар для топлива и другие) системы источника питания после израсходования топлива для выработки энергии или истечения их периода срока службы выбрасываются как отходы, и существует вероятность, что может возникнуть проблема резкого ухудшения состояния окружающей среды или обезображивание природной среды аналогично случаю с вышеописанным гальваническим элементом.
Ввиду вышеописанных проблем настоящее изобретение имеет преимущество в том, что резкое ухудшение состояния окружающей среды или обезображивание природной среды отходами, выбрасываемыми после использования, может быть уменьшено при использовании системы источника питания, которая может быть использована в качестве заменителя портативного элемента или гальванического элемента, или в узле загрузки топлива или модуле выработки энергии, который может быть использован как часть системы источника питания.
Кроме того, для того чтобы уменьшить размеры и массу системы источника питания с высокой эффективностью использования энергии, такой как топливный элемент, и применить ее в качестве замены (взаимозаменяемого изделия) для переносного или портативного источника питания, например вышеописанного гальванического элемента, система источника питания имеет следующие проблемы.
Обычно, хотя батарея топливных элементов вырабатывает энергию приведением спиртового топлива или газообразного водорода, включающего в себя элементарный водород, в соприкосновение с одним из электродов, топливный элемент сам не управляет началом и окончанием вырабатывания энергии. В системе источника питания, включающей в себя топливный элемент, используемый в качестве источника питания, в частности, для портативного устройства, даже если устройство находится в выключенном режиме или режиме ожидания и потребляет меньше энергии, электроэнергия, которая должна подаваться на устройство, постоянно выводится аналогично обычному гальваническому элементу, и энергия, следовательно, всегда вырабатывается, тем самым ухудшая эффективность потребления топлива. Для того чтобы привести объем и массу портативного устройства к таким значениям, что это портативное устройство может быть переносимо или использовано с системой источника питания, встроенной в него, количество топлива для выработки энергии для топливного элемента обязательно ограничивается, и желательно, чтобы осуществлялось управление, так что топливо для выработки энергии дополнительно эффективно потреблялось и была продлена длительность подачи энергии.
Раскрытие изобретения
Ввиду вышеописанных проблем настоящее изобретение имеет преимущество, заключающееся в создании модуля выработки энергии, топливного блока и системы источника питания, включающей в себя эти элементы, которые могут стабильно и с высоким качеством приводить в действие устройство, используя гальванический элемент общего назначения в виде рабочей электроэнергии, и достигать эффективного использования энергетического ресурса посредством уменьшения избыточного расхода топлива для выработки энергии.
Далее, в существующих портативных устройствах или т.п., использующих гальванический элемент в качестве рабочего источника питания (мобильный телефон или персональный цифровой помощник, которые в последнее время особенно широко используются), большинство из них имеют функцию определения состояния расхода батареи и постоянного отображения количества оставшейся энергии батареи, функцию уведомления тревожным сигналом, сообщением или т.п. о срочной замене или разряде батареи, когда выходное напряжение батареи достигает заранее определенного нижнего предельного значения (которые ради удобства ниже в общем упоминаются как "функция уведомления об остаточном количестве"), и другие.
Конкретно, в качестве тенденции изменений во времени выходного напряжения в обычном гальваническом элементе (характеристика электродвижущей силы), поскольку известно, что характеристика Sp электродвижущей силы ухудшается во времени в результате разряда и выходное напряжение постепенно уменьшается, как показано на фиг.76, определяется изменение выходного напряжения и периодически или постоянно отображается остаточная емкость батареи или предполагаемое время приведения в действие устройства, или уведомление о необходимости замены или разряде батареи (уведомление об остаточном количестве Iр) выводится для пользователя устройства, когда выходное напряжение становится ниже диапазона напряжений (диапазона напряжений гарантируемой работы), при котором нормально выполняется работа в портативном устройстве и т.п.
В противоположность этому, так как большинство систем источника питания с высокой эффективностью использования энергии, включающих в себя топливный элемент, представляют собой, в основном, устройства выработки энергии, использующие заранее определенное топливо, произвольно устанавливается характеристика Sf выходного напряжения (характеристика электродвижущей силы) системы источника питания, основываясь на количестве топлива, которое необходимо подать на узел выработки энергии или т.п. независимо от промежутка времени, определяемого разрядом (а именно остаточное количество топлива), как показано на фиг.77. Поэтому, так как система источника питания разрабатывается, основываясь на технических требованиях на портативное устройство или т.п. так, что может выводиться идеальное постоянное напряжение Vi, способное осуществлять стабильную работу, фиксированное количество топлива подается в единицу времени независимо от остаточного количества топлива, и работа по выработке энергии в системе источника питания останавливается, и выходное напряжение Vi мгновенно становится равным 0 В, когда израсходуется топливо.
Следовательно, когда система источника питания (например, топливный элемент), имеющая такую характеристику Sf электродвижущей силы, непосредственно применяется в качестве источника питания для существующего портативного устройства, так как не может быть определено уменьшение выходного напряжения по истечении времени, вызванного разрядом, не может быть полностью использована вышеописанная функция уведомления об остаточном количестве, и, таким образом, пользователь испытывает неудобство, так как он/она не может заранее оценить состояние топлива. Кроме того, в случае использования, в виде замены гальванического элемента, системы источника питания, включающей в себя топливный элемент, в качестве источника питания для портативного устройства и т.п. в будущем, так как устройство вновь должно быть обеспечено функциями или устройствами для непосредственного определения остаточного количества топлива и напоминания о заполненности или пополнении топливом или замене самой системы источника питания, должна быть в значительной степени создана заново структура периферийных частей узла источника питания в портативном устройстве или т.п., что приводит к увеличению себестоимости изделия.
Следовательно, ввиду вышеописанных проблем настоящее изобретение имеет преимущество, заключающееся в создании системы источника питания, способной использовать по меньшей мере одну из функций для определения падения выходного напряжения батареи, отображения остаточного количества емкости батареи и напоминания о замене или наполнении батареи в отношении существующего устройства, такого как портативное устройство, имеющее эти функции.
В соответствии с настоящим изобретением создана система источника питания для подачи электроэнергии на внешнее устройство, содержащая:
узел загрузки топлива, имеющий топливо, загруженное в нем; и
узел выработки энергии, который может быть присоединен к узлу загрузки топлива и отсоединен от него без ограничения и который вырабатывает электроэнергию с использованием топлива, подаваемого от узла загрузки топлива.
В соответствии с настоящим изобретением, так как узел загрузки топлива может быть произвольно присоединен к узлу выработки энергии и отсоединен от него, узел загрузки топлива легко может быть заменен новым узлом загрузки топлива, имеющим в нем топливо, когда топливо будет израсходовано. Кроме того, если система источника питания выполнена так, что она может быть присоединена к внешнему устройству и отсоединена от него без ограничения, узел выработки энергии может быть заменен новым узлом выработки энергии, который обычно вырабатывает энергию, когда у узла выработки энергии почти истек срок службы. Поэтому, так как легко может быть заменен узел выработки энергии, который относительно много расходуется вследствие ухудшения катализатора, устройство не нужно заменять или ремонтировать. Так как настоящее изобретение имеет такую конструкцию, что может быть достаточной замена только минимально необходимых узлов, можно уменьшить избыточный расход ресурса.
В соответствии с настоящим изобретением создан топливный блок, имеющий полость для размещения в ней топлива, содержащий: основной корпус топливной оболочки, который свободно может быть соединен с узлом выработки энергии и отсоединен от него, который вырабатывает энергию с использованием топлива и имеет незакрытый узел, который является незащищенным от вырабатывания энергии, когда соединен с узлом выработки энергии; и выпускной проход для подачи топлива на узел выработки энергии.
Посредством создания таким образом незакрытого узла топливного блока легко можно определить остаточное количество топлива и использовать без образования каких бы то ни было отходов, и топливный блок легко может быть вынут из незакрытого узла при замене топливного блока.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения создан топливный блок, содержащий оболочку, которая имеет выпускное отверстие для подачи топлива наружу и выполнена из биоразлагающегося материала.
Так как оболочка выполнена из биоразлагающегося материала, она может разлагаться без сохранения своей формы, даже если она находится на мусорной свалке в почве, и можно уменьшить заботы по сбору, также как в случае батареи общего назначения, так как она не является токсичной. Кроме того, если топливный блок не используется, оболочка не разлагается, когда топливный блок защищен защитным средством, таким образом можно безопасно хранить топливный блок.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения создан генератор энергии, содержащий: модуль выработки энергии для вырабатывания электроэнергии из топлива; первый интерфейс, позволяющий присоединять узел хранения топлива, имеющий полость для размещения в ней топлива, к модулю выработки энергии и отсоединять от него без ограничения и извлекающий топливо из узла хранения топлива в модуль выработки энергии; и второй интерфейс, позволяющий присоединять модуль выработки энергии к внешнему устройству, имеющему нагрузку, и отсоединять от него без ограничения и выдающий электроэнергию, вырабатываемую модулем выработки энергии, на внешнее устройство.
В соответствии с настоящим аспектом, так как генератор энергии может быть произвольно присоединен к внешнему устройству и отсоединен от него, генератор энергии может быть заменен новым генератором энергии, который нормально вырабатывает энергию, когда почти или полностью истек срок службы генератора энергии. Поэтому, так как генератор энергии, который относительно сильно расходуется вследствие ухудшения катализатора или т.п., легко может быть заменен, нет необходимости заменять или ремонтировать устройство. Так как настоящее изобретение имеет такую конструкцию, что может быть достаточна замена только минимально необходимых частей, как описано выше, можно уменьшить избыточный расход ресурса.
Кроме того, в результате обеспечения конденсатора в модуле выработки энергии не должен выполняться неэкономный разряд посредством предварительного выполнения автоматического заряда, и может быть повышена эффективность использования энергии.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения создано устройство, содержащее:
нагрузку, функционирующую под действием электроэнергии;
и
систему источника питания, которая может быть присоединена к устройству и отсоединена от него без ограничения и которая подает электроэнергию, вырабатываемую с использованием топлива, на нагрузку.
Так как система источника питания является съемной, как описано выше, когда, например, малый топливный элемент применяется в качестве системы источника питания, система источника питания легко может быть отсоединена от устройства, когда истек строк службы топливного элемента, и, следовательно, не нужно менять систему источника питания, соответствующую каждому устройству, тем самым уменьшая стоимость.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения создан генератор энергии, содержащий:
средство выработки энергии для вырабатывания энергии посредством использования топлива, загруженного в съемное средство загрузки топлива; и
средство управления для изменения во времени выходного напряжения, подаваемого в нагрузку, посредством электроэнергии, вырабатываемой средством выработки энергии.
В соответствии с настоящим аспектом, так как можно реализовать портативный источник питания, имеющий характеристику выходного напряжения в соответствии с тенденцией изменений напряжения гальванического элемента общего назначения или подобной, даже если генератор энергии непосредственно используется в качестве источника питания для существующего портативного устройства или подобного, без затруднения могут быть использованы функции для определения изменения выходного напряжения, отображения остаточного количества емкости батареи или предполагаемого времени приведения в действие устройства или напоминания о замене или заряде батареи, тем самым создавая генератор энергии с высокой совместимостью с гальваническим элементом.
Краткое описание чертежей
На фиг.1А и 1В представлены в изометрии изображения для схематической иллюстрации применения системы источника питания в различных состояниях в соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения.
На фиг.2А, 2В и 2С представлены блок-схемы, изображающие различные базовые конструкции системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.3 представлена блок-схема, изображающая первый вариант выполнения модуля выработки энергии, применяемого для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.4 представлена блок-схема, изображающая конструкцию узла выработки энергии системы источника питания в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.5 представлен вид, схематически изображающий первый пример конструкции узла источника вспомогательного питания, применимого для модуля выработки энергии в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.6А и 6В представлено перспективное изображение и поперечный разрез, схематически изображающие второй пример конструкции узла источника вспомогательного питания, применимого для модуля выработки энергии в соответствии с этим вариантом выполнения.
На фиг.7А, 7В и 7С представлены виды, схематически изображающие третий пример конструкции узла источника вспомогательного питания, применимого для модуля выработки энергии в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.8А-8С представлены виды, схематически изображающие четвертый пример конструкции узла источника вспомогательного питания, применимого для модуля выработки энергии в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.9А и 9В представлены виды, схематически изображающие пятый пример конструкции узла источника вспомогательного питания, применимого для модуля выработки энергии в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.10 представлен вид, схематически изображающий шестой пример конструкции узла источника вспомогательного питания, применимого для модуля выработки энергии в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.11А и 11В представлены виды, схематически изображающие седьмой пример конструкции узла источника вспомогательного питания, применимого для модуля выработки энергии в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.12 представлен схематический вид, изображающий восьмой пример конструкции узла источника вспомогательного питания, применимого для модуля выработки энергии в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.13 представлен схематический вид, изображающий рабочее состояние (часть 1) в другом примере восьмого примера конструкции узла источника вспомогательного питания, применимого для модуля выработки энергии в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.14 представлен схематический вид, изображающий рабочее состояние (часть 2) в другом примере восьмого примера конструкции узла источника вспомогательного питания, применимого для модуля выработки энергии в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.15 представлен схематический вид, изображающий рабочее состояние (часть 3) в другом примере восьмого примера конструкции узла источника вспомогательного питания, применимого для модуля выработки энергии в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.16 представлен схематический вид, изображающий рабочее состояние (часть 1) в еще одном примере восьмого примера конструкции узла источника вспомогательного питания, применимого для модуля выработки энергии в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.17 представлен схематический вид, изображающий рабочее состояние (часть 2) в другом примере восьмого примера конструкции узла источника вспомогательного питания, применимого для модуля выработки энергии в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.18 представлен схематический вид, изображающий рабочее состояние (часть 3) в еще одном примере восьмого примера конструкции узла источника вспомогательного питания, применимого для модуля выработки энергии в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.19 представлен схематический вид, изображающий первый пример конструкции узла выработки энергии, применимого для модуля выработки энергии в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.20А и 20В представлены виды, изображающие процесс образования водорода в узле реформинга топлива, применимом для узла выработки энергии в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.21А и 21В представлены перспективное изображение и поперечный разрез, схематически изображающие второй пример конструкции узла выработки энергии, применимого для модуля выработки энергии в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.22А-22D представлены схематические виды, изображающие третий пример конструкции узла выработки энергии, применимого для модуля выработки энергии в соответствии с вариантом выполнения в различных рабочих состояниях.
На фиг.23А и 23В представлены виды, схематически изображающие четвертый пример конструкции узла выработки энергии, применимого для модуля выработки энергии в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.24А и 24В представлены виды, схематически изображающие пятый пример конструкции узла выработки энергии, применимого для модуля выработки энергии в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.25А и 25В представлены виды, схематически изображающие шестой пример конструкции узла выработки энергии, применимого для модуля выработки энергии в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.26 представлена блок-схема, изображающая первичную структуру конкретного примера модуля выработки энергии, применимого для системы источника питания в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.27 представлена блок-схема, схематически изображающая принцип действия системы источника питания в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.28 представлен вид, изображающий начальную стадию работы (режим ожидания) системы источника питания в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.29 представлен вид, изображающий пусковую стадию работы системы источника питания в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.30 представлен вид, изображающий установившуюся стадию работы (установившийся режим) системы источника питания в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.31 представлен вид, изображающий стадию останова работы системы источника питания в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.32 представлена блок-схема, изображающая второй вариант выполнения модуля выработки энергии, применимого для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.33 представлен схематический вид, изображающий электрические соединения в системе источника питания (модулем выработки энергии) в соответствии с вариантом выполнения и устройством.
На фиг.34 представлена блок-схема, схематически изображающая последовательность действий системы источника питания в соответствии со вторым вариантом выполнения.
На фиг.35 изображено концептуальное представление функционирования, иллюстрирующее начальную стадию работы (режим ожидания) системы источника питания в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.36 изображено концептуальное представление функционирования, иллюстрирующее пусковую стадию работы (часть 1) системы источника питания в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.37 изображено концептуальное представление функционирования, иллюстрирующее пусковую стадию работы (часть 2) системы источника питания в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.38 изображено концептуальное представление функционирования, иллюстрирующее установившуюся стадию работы (часть 1) системы источника питания в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.39 изображено концептуальное представление функционирования, иллюстрирующее установившуюся стадию работы (часть 2) системы источника питания в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.40 изображено концептуальное представление функционирования, иллюстрирующее стадию останова работы (часть 1) системы источника питания в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.41 изображено концептуальное представление функционирования, иллюстрирующее стадию останова работы (часть 2) системы источника питания в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.42 изображено концептуальное представление функционирования, иллюстрирующее стадию останова работы (часть 3) системы источника питания в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.43 представлена блок-схема, изображающая третий вариант выполнения модуля выработки энергии, применимого для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.44 представлена блок-схема, изображающая четвертый вариант выполнения модуля выработки энергии, применимого для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.45А и 45В представлены виды, схематически изображающие первый пример конструкции узла источника вспомогательного питания, применимого для модуля выработки энергии в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.46А и 46В представлены виды, схематически изображающие второй пример конструкции узла источника вспомогательного питания, применимого для модуля выработки энергии в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.47 представлена блок-схема, изображающая вариант выполнения средства сбора побочного продукта, применимого для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.48А-48С представлены виды, схематически изображающие различные операции для сохранения побочного продукта средством сбора побочного продукта в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.49 представлена блок-схема, изображающая вариант выполнения средства определения остаточного количества, применимого для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.50 представлен вид, изображающий пусковую стадию работы системы источника питания в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.51 представлен вид, изображающий установившуюся стадию работы (установившийся режим) системы источника питания в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.52 представлен вид, изображающий стадию останова работы системы источника питания в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.53 представлена блок-схема, изображающая первый вариант выполнения модуля выработки энергии, применимого для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.54 представлена блок-схема, схематически изображающая последовательность действий системы источника питания.
На фиг.55 представлены характеристики, изображающие изменения во времени выходного напряжения системы источника питания в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.56 представлена блок-схема, изображающая второй вариант выполнения модуля выработки энергии, применимого для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.57 представлена блок-схема, изображающая третий вариант выполнения модуля выработки энергии, применимого для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.58 представлена блок-схема, изображающая вариант выполнения средства сбора побочного продукта, применимого для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.59 представлена блок-схема, изображающая вариант выполнения средства стабилизации топлива, применимого для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.60 представлена блок-схема, изображающая вариант выполнения средства стабилизации топлива, применимого для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.61 изображено концептуальное представление функционирования, иллюстрирующее пусковую стадию работы системы источника питания в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.62 изображено концептуальное представление функционирования, иллюстрирующее стадию останова работы системы источника питания в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.63А-63Г представлены в изометрии изображения, схематически изображающие конкретные примеры различных внешних форм, применяемых для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.64А-64С представлены в изометрии изображения, схематически изображающие соотношение соответствия между внешними формами, применяемыми для системы источника питания согласно настоящему изобретению, и внешними формами гальванического элемента общего назначения.
На фиг.65А-65Н представлены виды, схематически изображающие внешние формы топливного блока и узла держателя системы источника питания в соответствии с первым вариантом выполнения настоящего изобретения.
На фиг.66А и 66В представлены вид сбоку и поперечный разрез, изображающие присоединяемую и отсоединяемую конструкцию модуля выработки энергии и топливного блока в системе источника питания в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.67А-67G представлены виды, схематически изображающие топливный блок системы источника питания в соответствии со вторым вариантом выполнения настоящего изобретения и внешние формы топливного блока.
На фиг.68А и 68В представлены вид сбоку и поперечный разрез, изображающие присоединяемую и отсоединяемую конструкцию модуля выработки энергии и топливного блока в системе источника питания в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.69А-69F представлены виды, схематически изображающие топливный блок системы источника питания в соответствии с третьим вариантом выполнения настоящего изобретения и внешние формы топливного блока.
На фиг.70А-70С представлены виды, схематически изображающие присоединяемую и отсоединяемую конструкцию модуля выработки энергии и топливного блока в системе источника питания в варианте выполнения.
На фиг.71А-71F представлены виды, схематически изображающие топливный блок системы источника питания в соответствии с четвертым вариантом выполнения настоящего изобретения и внешние формы топливного блока.
На фиг.72А-72С представлены виды, схематически изображающие присоединяемую и отсоединяемую конструкцию модуля выработки энергии и топливного блока в системе источника питания в соответствии с вариантом выполнения.
На фиг.73 представлено в изометрии изображение с местным разрезом, иллюстрирующее конкретный пример конструкции всей системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.74 представлено в изометрии изображение, иллюстрирующее пример конструкции узла реформинга топлива, применимого для конкретного примера конструкции.
На фиг.75 представлено перспективное изображение, иллюстрирующее другой пример конструкции узла реформинга топлива, применимого для конкретного примера конструкции.
На фиг.76 представлен вид, изображающий тенденцию изменений во времени выходного напряжения (характеристики электродвижущей силы) гальванического элемента общего назначения.
На фиг.77 представлен вид, изображающий характеристику электродвижущей силы в топливном элементе для выдачи постоянного напряжения.
Лучший вариант осуществления изобретения
Ниже описываются варианты выполнения системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Сначала описаны совместно с чертежами взятые в целом основные принципы, с которыми применяется система источника питания в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.1А и 1В изображены концептуальные представления, иллюстрирующие применение системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением.
Например, как показано на фиг.1А и 1В, часть или вся система 301 источника питания в соответствии с настоящим изобретением может быть произвольно присоединена (см. стрелку Р1) к существующему электрическому/электронному устройству DVC (на фиг.1А и 1В показан персональный цифровой помощник, который ниже вообще упоминается как "устройство") и отсоединена от него, который работает от первичного элемента или вторичного элемента общего назначения, а также специального электрического/электронного устройства. Система 301 источника питания выполнена так, что часть ее или она вся может быть независимо портативной. В системе 301 источника питания предусмотрены электроды, положительный электрод и отрицательный электрод, для подачи электроэнергии на устройство DVC в заранее определенном положении (например, положении, эквивалентном первичному элементу или вторичному элементу общего назначения, как описано ниже).
Ниже описывается базовая конструкция системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.2А-2С представлены блок-схемы, изображающие базовые конструкции системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением.
Как показано на фиг.2А, система 301 источника питания в соответствии с настоящим изобретением содержит: топливный блок 20 (узел загрузки топлива), в котором загружено топливо FL для выработки энергии, состоящее из жидкого топлива и/или газообразного топлива; модуль 10 выработки энергии для вырабатывания электроэнергии EG (выработки энергии) в соответствии с состоянием приведения в действие (состоянием нагрузки) устройства DVC, основываясь, по меньшей мере, на топливе FL для выработки энергии, подаваемом от топливного блока 20; и интерфейсный узел 30 (который ниже сокращенно упоминается как "интерфейсный узел"), снабженный каналом или подобным средством подачи топлива для подачи топлива FL для выработки энергии, загруженного в топливный блок 20, на модуль 10 выработки энергии. Соответствующие составляющие элементы выполнены так, что они могут быть подсоединены и отсоединены друг от друга (подсоединяемые и отсоединяемые) в произвольном соответствии, или они могут быть выполнены интегрально. В этом случае, как показано на фиг.2А, интерфейсный узел 30 может быть выполнен независимо от топливного блока 20 и модуля 10 выработки энергии или выполнен объединенным образом либо с топливным блоком 20, либо с модулем 10 выработки энергии, как показано на фиг.2В и 2С. Альтернативно, интерфейсный узел 30 может быть выполнен разделенным как для топливного блока 20, так и для модуля 10 выработки энергии.
Ниже подробно описывается конструкция каждого блока.
[Первый вариант выполнения]
(А) Модуль 10 выработки энергии
На фиг.3 представлена блок-схема, изображающая первый вариант выполнения модуля выработки энергии, применяемого для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением, и на фиг.4 представлен схематический вид, изображающий структуру системы источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения.
Как показано на фиг.3, модуль 10А выработки энергии в соответствии с этим вариантом выполнения постоянно и автономно вырабатывает заранее определенную электроэнергию (вторую электроэнергию) с использованием топлива для выработки энергии, подаваемого от топливного блока 20А через интерфейсный узел 30А, и выдает ее в виде электроэнергии приведения в действие (электроэнергии контроллера) на контроллер CNT, который включен в устройство DVC, подсоединенное, по крайней мере, к системе 301 источника питания, и управляет приведением в действие нагрузки LD (элемента или модуля, обладающего различными видами функций устройства DVC). Обеспечивается узел 11 источника вспомогательного питания (второе средство источника питания) для выдачи энергии в виде рабочей энергии для нижеописанного узла 13 управления работой, который расположен в модуле 10А выработки энергии. Кроме того, модуль 10А выработки энергии содержит: узел 13 управления работой, который работает с использованием электроэнергии, подаваемой от узла 11 источника вспомогательного питания, и управляет рабочим состоянием всей системы 301 источника питания; узел 12 выработки энергии (первое средство источника питания), который имеет нагреватель (нагревательное средство), предусмотренный внутри согласно потребностям, вырабатывает заранее определенную электроэнергию (первую электроэнергию) в результате использования топлива для выработки энергии, подаваемого от топливного блока 20А через интерфейсный узел 30А, или указанной топливной составляющей (компонента топлива), извлеченной из топлива для выработки энергии, и выводит ее, по меньшей мере, в виде электроэнергии приведения в действие нагрузки для осуществления функций различного вида (нагрузки LD) устройства DVC, подсоединенного к системе 301 источника питания; узел 14 управления выводом, который, по меньшей мере, управляет количеством топлива для выработки энергии, подаваемого на узел 12 выработки энергии, и/или управляет температурой нагревателя узла 12 выработки энергии, основываясь на сигнале управления работой от узла 13 управления работой; узел 15 управления пуском, по меньшей мере, для управления переводом (приведением в действие) узла 12 выработки энергии из режима ожидания в режим работы, при котором вырабатывается энергия, основываясь на сигнале управления работой от узла 13 управления работой; и узел 16 контроля напряжения (узел определения напряжения) для определения изменения составляющей напряжения электроэнергии (электроэнергии управления или электроэнергии приведения в действие нагрузки), выдаваемой от модуля 10А выработки энергии (узла 11 источника вспомогательного питания и узла 12 выработки энергии) на устройство DVC.
Как показано на фиг.4, узел 12 выработки энергии содержит: узел 210а реформинга топлива (устройство реформинга топлива) для извлечения заранее определенной топливной составляющей (водорода), содержащейся в топливе FL для выработки энергии, посредством использования заранее определенной реакции реформинга в отношении топлива FL для выработки энергии, подаваемого от топливного блока 20; и узел 210b топливного элемента для вырабатывания заранее определенной электроэнергии для приведения в действие устройства DVC и/или нагрузки LD посредством электрохимической реакции, использующей топливную составляющую, извлеченную узлом 210а реформинга топлива.
Узел 210а реформинга топлива (устройство реформинга топлива) содержит: узел 210Х реакции реформинга пара, который принимает топливо, образованное из спирта и воды в топливном блоке 20, от узла 14а управления топливом узла 14 управления выводом и образует водород, углекислый газ в качестве побочного продукта и небольшое количество угарного газа; узел 210Y реакции конверсии водой, который вызывает подачу угарного газа от узла 210Х реакции реформинга пара и подачу воды от узла 14а управления топливом и/или узла 210b топливного элемента и образует углекислый газ и водород; и узел 210Z избирательной окислительной реакции для реакции угарного газа, который не вступил в реакцию в узле 210Y реакции конверсии водой, с кислородом и образования углекислого газа. Поэтому узел 210а реформинга топлива подает на узел 210b топливного элемента водород, полученный в результате реформинга топлива, загруженного в топливный блок 20, и выполняет детоксикацию до незначительной величины образуемого угарного газа. Т.е. узел 210b топливного элемента вырабатывает электроэнергию питания, состоящую из электроэнергии контроллера и электроэнергии приведения в действие нагрузки, посредством использования газообразного водорода с высокой плотностью, образуемого в узле 210Х реакции реформинга пара и узле 210Y реакции конверсии водой.
В этом случае узел 13 управления работой, узел 14 управления выводом, узел 15 управления пуском и узел 16 контроля напряжения в соответствии с этим вариантом выполнения составляют средство управления системой в настоящем изобретении. Кроме того, система 301 источника питания и устройство DVC в соответствии с этим вариантом выполнения составлены так, что электроэнергия питания, выводимая от нижеописанного узла 12 выработки энергии, обычно подается на контроллер CNT и нагрузку LD устройства DVC через единственную клемму EL электрода.
Поэтому система 301 источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения выполнена так, что она может выдавать заранее определенную электроэнергию (электроэнергию приведения в действие нагрузки) в отношении устройства DVC, подсоединенного к системе 301 источника питания вне зависимости от подачи или управления топливом извне системы (не от модуля 10 выработки энергии, топливного блока 20 и интерфейсного узла 30).
<Узел 11 источника вспомогательного питания>
Как показано на фиг.3, узел 11 источника вспомогательного питания, применяемый для модуля выработки энергии в соответствии с этим вариантом выполнения, выполнен так, что всегда автономно вырабатывает заранее определенную электроэнергию (вторую электроэнергию), необходимую для пусковой стадии работы системы 301 источника питания, посредством использования физической или химической энергии или подобной топливу FL для выработки энергии, подаваемому от топливного блока 20А. Эта электроэнергия в первом приближении состоит из электроэнергии Е1 и электроэнергии Е2. Энергия Е1 постоянно подается в виде электроэнергии приведения в действие (электроэнергии контроллера) для контроллера CNT, который включен в устройство DVC и управляет состоянием осуществления функций различного вида (нагрузки LD), и рабочей электроэнергии узла 13 управления работой, управляющего рабочим состоянием всего модуля 10А выработки энергии. Электроэнергия Е2 подается в виде электроэнергии пуска (напряжение/электрический ток), по меньшей мере, на узел 14 управления выводом (узел 12 выработки энергии может быть включен в состав в зависимости от конструкций) и узел 15 управления пуском в момент пуска модуля 10А выработки энергии.
В качестве конкретной структуры узла 11 источника вспомогательного питания лучше всего можно применить, например, узел, использующий электрохимическую реакцию, (топливный элемент), использующий топливо FL для выработки энергии, подаваемое от топливного блока 20А, или узел, использующий тепловую энергию (выработка энергии на основе разности температур), возникающую в результате реакции каталитического горения, и т.п. Кроме того, можно применить узел, использующий операцию преобразования динамической энергии (выработку энергии газовой турбиной) или т.п., который производит вращение генератора энергии посредством использования давления загрузки топлива FL для выработки энергии, содержащегося в топливном блоке 20А, или давления газа, создаваемого в результате испарения топлива, и вырабатывает электроэнергию, узел, который захватывает электроны, генерируемые в результате метаболизма (фотосинтеза, аспирации или т.п.) благодаря микроорганизмам, источником питания которых является топливо FL для выработки энергии и которые непосредственно превращают электроны в электроэнергию (биохимическая выработка энергии), узел, который преобразует энергию колебаний, генерируемую топливной энергией топлива FL для выработки энергии, основываясь на давлении загрузки или давлении газа, в электроэнергию посредством использования принципа электромагнитной индукции (выработка энергии на основе колебаний), узел, использующий разряд от блока средства хранения электроэнергии, такого как вторичный элемент (зарядное устройство батареи) или конденсатор, узел, который хранит электроэнергию, выработанную каждым составляющим элементом, выполняющим вышеописанную выработку энергии в средстве хранения электроэнергии (например, вторичный элемент, конденсатор), и излучает (разряжает) его и другие.
Ниже подробно описывается каждый конкретный пример со ссылкой на прилагаемые чертежи.
(Первый пример конструкции узла источника вспомогательного питания)
На фиг.5 представлен вид, изображающий первый пример конструкции узла источника вспомогательного питания, применимого для модуля выработки энергии в соответствии с этим вариантом выполнения. В этом случае пример описывается соответствующим образом со ссылками на структуру вышеописанной системы источника питания (фиг.3).
В первом примере конструкции в качестве конкретного примера узел источника вспомогательного питания имеет конструкцию топливного элемента с протонообменной мембраной, использующего систему непосредственной подачи топлива, в соответствии с которой используется топливо FL для выработки энергии, непосредственно подаваемое от топливного блока 20А, и электроэнергия (вторая электроэнергия) вырабатывается в результате электрохимической реакции.
Как показано на фиг.5, узел 11А источника вспомогательного питания в соответствии с этим примером конструкции, в основном, содержит: топливный электрод 111 (катод), состоящий из угольного электрода, к которому прилеплены заранее определенные мелкие частицы катализатора; воздушный электрод 112 (анод), состоящий из угольного электрода, к которому прилеплены заранее определенные мелкие частицы катализатора; ионопроводящую мембрану 113 (обменную мембрану), установленную между топливным электродом 111 и воздушным электродом 112. В этом случае топливо для выработки энергии (например, вещество на основе спирта, такое как метанол и вода), загруженное в топливный блок 20А, непосредственно подается на топливный электрод 111, и газообразный кислород (O2) в воздухе подается на воздушный электрод 112.
В качестве примера электрохимической реакции в узле 11А источника вспомогательного питания (топливном элементе) конкретно, когда метанол (СН3ОН) и вода (H2O) непосредственно подаются к топливному электроду 111, как указано следующим химическим уравнением (1), электрон (е-) отделяется катализатором, и образуется ион водорода (протон; Н+), и проходит на часть воздушного электрода 112 через ионопроводящую мембрану 113. Кроме того, электрон (е-) захватывается угольным электродом, составляющим топливный электрод 111, и подается на нагрузку 114 (заранее определенные структурные узлы внутри и снаружи системы источника питания; в данном случае контроллер СNТ устройства DVC, узел 13 управления работой, узел 12 выработки энергии, узел 14 управления выводом и т.п.). Необходимо заметить, что небольшое количество углекислого газа (CO2), отличного от ионов водорода, образуемых катализатором, выпускается в воздух со стороны, например, топливного электрода 111.
С другой стороны, когда воздух (кислород O2) подается на воздушный электрод 112, электрон (е-), который прошел через нагрузку 114 под действием катализа, ион водорода (Н+), который прошел через ионопроводящую мембрану 113, и газообразный кислород (О2) в воздухе реагируют друг с другом с образованием воды (H2O).
Такая последовательность электрохимических реакций (химические уравнения (1) и (2)) происходит в окружающей среде при относительно низкой температуре, которая приблизительно равна комнатной температуре. В этом случае в результате сбора воды (H2O) в качестве побочного продукта, образуемого на воздушном электроде 112, и подачи необходимого количества воды на часть топливного электрода 111 она может быть повторно использована в качестве исходного материала катализа, указанного химическим уравнением (1), и может быть значительно снижено количество воды (H2O), ранее хранимое (загруженное) в топливном блоке 20А. Поэтому емкость топливного блока 20А может быть значительно уменьшена, и узел 11 источника вспомогательного питания может непрерывно работать в течение длительного времени, подавая заранее определенную электроэнергию. Необходимо заметить, что конструкция средства сбора побочного продукта, которое собирает и повторно использует побочный продукт, такой как вода (H2O), образуемый на воздушном электроде 112, описывается ниже вместе с аналогичной структурой нижеописанного узла 12 выработки энергии.
В результате применения топливного элемента, имеющего такую конструкцию, для узла источника вспомогательного питания, поскольку не требуется периферийная конструкция по сравнению с другими системами (например, типа нижеописанного топливного элемента реформинга топлива), конструкция узла 11А источника вспомогательного питания может быть упрощена и минимизирована, и заранее определенное количество топлива для выработки энергии автоматически подается на узел 11А источника вспомогательного питания (топливный электрод 111) под действием капиллярного явления через канал переноса топлива, предусмотренный в интерфейсном узле 30А, посредством только очень простой операции, например соединения топливного блока 20А с модулем 10А выработки энергии, тем самым инициируя и продолжая работу по выработке энергии, основанную на вышеупомянутых химических уравнениях (1) и (2).
Поэтому заранее определенная электроэнергия всегда автономно вырабатывается узлом 11А источника вспомогательного питания до тех пор, пока продолжается подача топлива для выработки энергии от топливного блока 20А, и эта электроэнергия может быть подана в качестве электроэнергии для контроллера устройства DVC и рабочей электроэнергии для узла 13 управления работой, а также электроэнергии пуска для узла 12 выработки энергии или узла 14 управления выводом. Кроме того, в вышеописанном топливном элементе, поскольку электроэнергия непосредственно вырабатывается в результате использования электрохимической реакции с использованием топлива для выработки энергии, может быть реализована очень высокая эффективность выработки энергии. Также, может быть эффективно использовано топливо для выработки энергии, и может быть минимизирован модуль выработки энергии, включающий в себя узел источника вспомогательного питания. Кроме того, так как не создаются вибрации или шумы, такая конструкция может быть использована для разнообразных устройств, аналогичных первичному элементу или вторичному элементу общего назначения.
В топливном элементе согласно этому примеру конструкции, хотя ниже приведено описание применения только метанола в качестве топлива для выработки энергии, подаваемого от топливного блока 20А, настоящее изобретение не ограничивается этим, и может быть достаточным любое жидкое топливо, сжиженное топливо и газообразное топливо, включающее, по меньшей мере, элементарный водород. Конкретно, можно использовать жидкое топливо на основе спирта, такое как вышеупомянутые метанол, этанол или бутанол, сжиженное топливо, состоящее из углеводорода, такое как диметиловый спирт, изобутен, природный газ (сжиженный природный газ) или газообразное топливо, такое как газообразный водород. В частности, лучше всего применить такое топливо, которое находится в газообразном состоянии при заранее определенных окружающих условиях, таких как нормальная температура или нормальное давление, при подаче от топливного блока 20А на узел 11А источника вспомогательного питания.
(Второй пример конструкции узла источника вспомогательного питания)
На фиг.6А и 6В представлены виды, изображающие второй пример конструкции узла источника вспомогательного питания, применяемого для модуля выработки энергии в соответствии с этим вариантом выполнения.
Во втором примере конструкции, в качестве конкретного примера, узел источника вспомогательного питания имеет конструкцию в виде устройства выработки энергии, которое приводит в действие двигатель, приводимый в действие давлением, (газовую турбину) посредством энергии давления (давления загрузки или давления газа) топлива для выработки энергии, содержащегося в топливном блоке 20А, и превращает энергию движения в электроэнергию.
Как показано на фиг.6А и 6В, узел 11В источника вспомогательного питания в соответствии с этим примером конструкции содержит: подвижный диск 122а с лопатками, выполненный так, что множество лопаток изогнуты в заранее определенном направлении вдоль окружности, расположены по направлению вдоль окружности, так что проходят, по существу, радиально, и имеют возможность вращения; генератор 125 энергии, который непосредственно соединен с центром вращения подвижного диска 122а с лопатками и преобразует энергию вращения подвижного диска 122а с лопатками в электроэнергию, основываясь на принципе известной электромагнитной индукции или пьезоэлектрического преобразования; неподвижный диск 122b с лопатками, выполненный так, что множество лопаток изогнуты в противоположном направлении направлению подвижного диска 122а с лопатками вдоль внешней периферийной части подвижного диска 122а с лопатками, расположены по существу радиально и относительно неподвижны по отношению к подвижному диску 122а с лопатками; узел 123 управления всасыванием для управления подачей парообразного топлива для выработки энергии (топливного газа) на газовую турбину 122, состоящую из подвижного диска 122а с лопатками и неподвижного диска 122b с лопатками; и узел 124 управления выпуском для управления выпуском топлива для выработки энергии после прохождения через газовую турбину 122. В данном случае, в отношении конструкции узла 11В источника вспомогательного питания, образуемого газовой турбиной 122, узел 123 управления всасыванием и узел 124 управления выпуском, узел 11В источника вспомогательного питания могут быть интегрированы и образованы, например, в небольшой полости на одном кремниевом кристалле 121 посредством применения метода микрообработки и других методов из технологии производства полупроводников и подобных, который является так называемым методом производства посредством микрообработки. На фиг.6А, для того чтобы разъяснить конструкцию газовой турбины 122, хотя подвижный диск 122а с лопатками и неподвижный диск 122b с лопатками открыты для удобства, они фактически закрыты крышкой, предусмотренной в верхней части, за исключением центра подвижного диска с лопатками, как показано на фиг.6В.
В таком узле 11В источника вспомогательного питания, например, как показано на фиг.6В, когда топливный газ с высоким давлением, получаемый в результате испарения жидкого топлива, загруженного в топливный блок 20А, засасывается (см. стрелки Р2) со стороны неподвижного диска 122b с лопатками по направлению к подвижному диску 122а с лопатками газовой турбины 122 через узел 123 управления всасыванием, образуется вихревой поток топливного газа вдоль направления изгиба неподвижного диска 122b с лопатками, и подвижный диск 122а с лопатками вращается в заранее определенном направлении вихревым потоком, таким образом приводя в действие генератор 125 энергии. В результате энергия давления топливного газа преобразуется в электроэнергию при помощи газовой турбины 122 и генератора 125 энергии.
Т.е. топливо для выработки энергии, применяемое для узла 11В источника вспомогательного питания в соответствии с этим примером конструкции, засасывается в газообразном состоянии под высоким давлением, по меньшей мере, тогда, когда открыт узел 123 управления всасыванием, и топливо засасывается в газовую турбину 122, и подвижный диск 122а с лопатками вращается в заранее определенном направлении с заранее определенной скоростью вращения (или количеством оборотов) в результате протекания газа, основываясь на разности давлений, создаваемой тогда, когда открыт узел 124 управления выпуском, и газ в газовой турбине 122 выпускается на сторону с более низким давлением воздуха, например наружного воздуха, имеющего нормальное давление, тем самым вырабатывая заранее определенную электроэнергию в генераторе 125 энергии.
Газообразное топливо, которое способствовало вращению подвижного диска 122а с лопатками и давление которого снизилось (была израсходована энергия давления), выпускается наружу из узла 11В источника вспомогательного питания через узел 124 управления выпуском. Кстати, в модуле 10А выработки энергии, показанном на фиг.3, хотя описание приведено для конструкции с непосредственным выпуском топливного газа (отработанного газа), выпускаемого от узла 11 источника вспомогательного питания наружу из системы 301 источника питания, настоящее изобретение не ограничивается этим и может иметь конструкцию для повторного использования топливного газа в качестве топлива для выработки энергии в узле 12 выработки энергии, что описано в следующем варианте выполнения.
В узле 11В источника вспомогательного питания в соответствии с этим примером конструкции поэтому топливо FL для выработки энергии (топливный газ), подаваемое от топливного блока 20А, необязательно должно обладать сгораемостью (или воспламеняемостью), и в конструкции для непосредственного выпуска топливного газа, используемого для вырабатывания электроэнергии, наружу из системы 301 источника питания, в частности, желательно, чтобы топливо для выработки энергии обладало несгораемостью или стойкостью к воспламенению и не было токсичным, принимая во внимание выпуск топлива FL для выработки энергии в качестве отработанного газа. Кстати, само собой разумеется, что необходима обработка по повышению стойкости к воспламенению или обработка по детоксикации перед выпуском отработанного газа наружу, если топливо для выработки энергии содержит вещество, обладающее сгораемостью или включающее в себя токсичную составляющую.
Как в узле 11В источника вспомогательного питания в соответствии с этим примером конструкции, в конструкции для вырабатывания электроэнергии, основанной на энергии давления топливного газа, топливный газ проходит только через узел 11В источника вспомогательного питания (газовую турбину 122), и побочный продукт (например, вода) не образуется, как в случае электрохимической реакции в вышеописанном топливном элементе. Таким образом, когда вещество, обладающее несгораемостью или стойкостью к воспламенению, но не являющееся токсичным, применяется в качестве топлива для выработки энергии или когда используется конструкция для выполнения обработки по повышению стойкости к воспламенению или обработки по детоксикации перед выпуском топлива для выработки энергии наружу из системы 301 источника питания, даже если топливо для выработки энергии является веществом, обладающим стойкостью к воспламенению или токсичностью, необязательно создавать средство для сбора отработанного газа.
В результате применения устройства выработки энергии, имеющего такую конструкцию, для узла источника вспомогательного питания, аналогично вышеупомянутому первому примеру конструкции, топливо FL для выработки энергии с высоким давлением (топливный газ) может автоматически подаваться на узел 11В источника вспомогательного питания (газовую турбину 122) через интерфейсный узел 30А посредством только очень простой операции, т.е. соединения топливного блока 20А с модулем 10А выработки энергии, и может быть начата и продолжена работа по выработке энергии. Также, заранее определенная электроэнергия всегда может автоматически вырабатываться узлом 11В источника вспомогательного питания, пока продолжается подача топлива FL для выработки энергии, тем самым подавая эту электроэнергию на заранее определенные конструкции внутри и снаружи системы 301 источника питания.
(Третий пример конструкции узла источника вспомогательного питания)
На фиг.7А-7С представлены виды, изображающие третий пример конструкции узла источника вспомогательного питания, применимого для модуля выработки энергии в соответствии с этим вариантом выполнения.
В третьем примере конструкции, в качестве конкретного примера, узел источника вспомогательного питания имеет конструкцию в виде устройства выработки энергии, которое приводит в действие двигатель, приводимый в действие давлением, (роторно-поршневой двигатель) посредством энергии давления (давления загрузки или давления газа) топлива FL для выработки энергии, загруженного в топливной блок 20А, и преобразует энергию приведения в действие в электроэнергию.
Как показано на чертежах, узел 11С источника вспомогательного питания в соответствии с третьим примером конструкции содержит: кожух 131, имеющий рабочую полость 131а, поперечное сечение которой, по существу, эллиптическое; ротор 132, который вращается вокруг центрального вала 133 вдоль внутренней стенки рабочей полости 131а и имеет, по существу, треугольное поперечное сечение; и генератор энергии (не показан), непосредственно подсоединенный к центральному валу 133. В этом случае, что касается конструкции узла 11С источника вспомогательного питания, узел 11С источника вспомогательного питания может быть интегрирован и образован, например, в небольшой полости порядка миллиметра в результате применения метода производства посредством микрообработки, аналогично каждому вышеупомянутому варианту выполнения.
В узле 11С источника вспомогательного питания, имеющем такую конструкцию, рабочая полость 131а поддерживается, по существу, при нормальной температуре. Когда топливо загружается в жидком виде в рабочую полость 131а из впускного отверстия 134а, топливо испаряется и расширяется, и образуется разность атмосферного давления в соответствующих рабочих камерах, образованных внутренней стенкой рабочей полости 131а и ротором 132, посредством поддержания со стороны выпускного отверстия 134b низкого давления, например нормального давления. Как показано на фиг.7А-7С, внутренняя периферия ротора 132 вращается по внешней периферии центрального вала 133 под действием давления топливного газа в результате протекания испарившегося топливного газа от впускного отверстия 134а к выпускному отверстию 134b (стрелки Р3). В результате энергия давления топливного газа преобразуется в энергию вращения центрального вала 133 и затем преобразуется в электроэнергию посредством генератора энергии, подсоединенного к центральному валу 133.
В этом случае в качестве генератора энергии, применяемого для этого примера конструкции, лучше всего можно применить генератор энергии, использующий известный принцип, например, электромагнитной индукции или пьезоэлектрического преобразования, аналогично вышеупомянутому второму примеру конструкции.
В этом примере конструкции, поскольку также используется конструкция для вырабатывания электроэнергии, основанная на энергии давления топливного газа, топливный газ проходит только через узел 11С источника вспомогательного питания (рабочую полость 131а в кожухе 131) для вырабатывания электроэнергии, и, следовательно, топливный газ необязательно должен обладать сгораемостью (или воспламеняемостью) в качестве топлива для выработки энергии. Лучше всего применять топливный газ, пока он является веществом, который становится топливным газом под высоким давлением, который испаряется и расширяется до заранее определенного объема, выраженного в единицах объема, по меньшей мере, при заранее определенных окружающих условиях, таких как нормальная температура или нормальное давление, когда он подается на узел 11С источника вспомогательного питания.
В результате применения устройства выработки энергии, имеющего такую конструкцию, для узла источника вспомогательного питания, аналогично каждому вышеупомянутому варианту выполнения, топливо FL для выработки энергии под высоким давлением (топливный газ) автоматически подается на узел 11С источника вспомогательного питания (рабочую полость 131а) через интерфейсный узел 30А посредством только очень простой операции, т.е. соединения топливного блока 20А с модулем 10А выработки энергии, и может быть начата и продолжена операция выработки энергии. Также, заранее определенная электроэнергия всегда может автономно вырабатываться узлом 11С источника вспомогательного питания, пока продолжается подача топлива FL для выработки энергии, тем самым подавая электроэнергию на заранее определенные конструкции внутри и снаружи системы 301 источника питания.
(Четвертый пример конструкции узла источника вспомогательного питания)
На фиг.8А-8С представлены схематические виды конструкции, изображающие четвертый пример конструкции узла источника вспомогательного питания, применимого для модуля выработки энергии в соответствии с этим вариантом выполнения.
В четвертом примере конструкции, в качестве конкретного примера, узел источника вспомогательного питания имеет конструкцию в виде устройства выработки энергии, которое вырабатывает электроэнергию посредством выработки энергии термоэлектрическим преобразованием с использованием разности температур, вызванной образованием тепловой энергии, на основании реакции каталитического горения топлива FL для выработки энергии, загруженного в топливный блок 20А.
Как показано на фиг.8А, узел 11D источника вспомогательного питания в соответствии с четвертым примером конструкции имеет конструкцию генератора энергии на основе разности температур, в основном, содержащую: узел 141 каталитического горения для выработки тепловой энергии, подвергающий топливо FL для выработки энергии каталитическому горению; узел 142 с фиксированной температурой для поддержания, по существу, фиксированной температуры и элемент 143 термоэлектрического преобразования, подсоединенный между концами с первой и второй температурой, причем узел 141 каталитического горения определяется как конец с первой температурой и узлом 142 с фиксированной температурой в качестве конца со второй температурой. В этом случае, как показано на фиг.8В, элемент 143 термоэлектрического преобразования имеет конструкцию, в которой концы МА и MB из полупроводников или металлов двух видов (которые ниже упоминаются как "металл или т.п." ради удобства) соединены друг с другом (например, металл или т.п. МB соединяется с обоими концами металла или т.п. МА), и соответствующие соединительные узлы N1 и N2 соединяются соответственно с узлом 141 каталитического горения (концом с первой температурой) и узлом 142 с фиксированной температурой (концом со второй температурой). Узел 142 с фиксированной температурой имеет, например, конструкцию, которая постоянно открыта для наружного воздуха через отверстие или т.п., предусмотренный для устройства DVC, к которому система 301 источника питания присоединена и поддерживает, по существу, фиксированную температуру. Что касается конструкции узла 11D источника вспомогательного питания, состоящего из изображенного генератора энергии на основе разности температур, аналогично каждому вышеупомянутому варианту выполнения, то узел 11D источника вспомогательного питания может быть интегрирован и образован в небольшой полости в результате применения способа производства посредством микрообработки.
В узле 11D источника вспомогательного питания, имеющем такую конструкцию, как показано на фиг.8С, когда топливо FL для выработки энергии (рабочий газ, образованный продуктами сгорания), загруженное в топливный блок 20А, подается на узел 141 каталитического горения через интерфейсный узел 30А, образуется тепло в результате реакции каталитического горения, и повышается температура узла 141 каталитического горения (конца с первой температурой). С другой стороны, так как узел 142 с фиксированной температурой выполнен так, чтобы поддерживать свою температуру, по существу, постоянной, образуется разность температур между узлом 141 каталитического горения и узлом 142 с фиксированной температурой. Затем, образуется заранее определенная электродвижущая сила, и создается электроэнергия в результате термоэлектрического эффекта в элементе 143 термоэлектрического преобразования, основанного на этой разности температур.
Конкретно, в тех случаях, когда температура в конце с первой температурой (соединительный узел N1) определяется как Та и температура в конце со второй температурой (соединительный узел N2) - как Тb (<Та), если разность между температурами Та и Тb небольшая, образуется напряжение Vab=Sab×(Та-Тb) между выходными клеммами Оа и Ob, показанными на фиг.8В. В этом случае Sab обозначает относительный коэффициент термоэдс (коэффициент Зеебека) металлов или т.п. МА и MB.
В результате применения устройства выработки энергии, имеющего такую конструкцию, для узла источника вспомогательного питания, аналогично каждому вышеупомянутому примеру конструкции, топливо для выработки энергии (жидкое топливо или сжиженное топливо, или газообразное топливо) автоматически подается на узел 11D источника вспомогательного питания (узел 141 каталитического горения) через интерфейсный узел 30А посредством только очень простой операции, т.е. соединения топливного блока 20А с модулем 10А выработки энергии, при этом образуется тепловая энергия, возникающая в результате реакции каталитического горения, и может быть начата и продолжена операция по выработке энергии посредством генератора энергии на основе разности температур. Также, заранее определенная электроэнергия всегда может вырабатываться узлом 11D источника вспомогательного питания, пока продолжается подача топлива FL для выработки энергии, тем самым подавая эту электроэнергию на заранее определенные конструкции внутри и снаружи системы 301 источника питания.
Хотя описание приведено в отношении генератора энергии на основе разности температур, который вырабатывает электроэнергию в результате термоэлектрического эффекта, основанного на разности температур между узлом 141 каталитического горения и узлом 142 с фиксированной температурой в этом примере конструкции, настоящее изобретение не ограничивается этим и может иметь конструкцию, в которой электроэнергия вырабатывается на основе явления термоэлектронной эмиссии, в результате которой свободные электроны излучаются металлической поверхностью при нагревании металла.
(Пятый пример конструкции узла источника вспомогательного питания)
На фиг.9А и 9В представлены схемы, изображающие пятый пример конструкции узла источника вспомогательного питания, применимого для модуля выработки энергии в соответствии с этим вариантом выполнения.
В пятом примере конструкции, в качестве конкретного примера, узел источника вспомогательного питания имеет структуру в виде устройства выработки энергии, которое вырабатывает электроэнергию посредством выработки энергии термоэлектрическим преобразованием, используя разность температур, вызванной тогда, когда топливо FL для выработки энергии (жидкое топливо), загруженное в топливный блок 20А, поглощает тепловую энергию, полученную на основе реакции испарения.
Как показано на фиг.9А, узел 11Е источника вспомогательного питания в соответствии с пятым примером конструкции имеет конструкцию генератора энергии на основе разности температур, в основном, содержащего: узел 151 сохранения тепла и холода для сохранения тепла и холода, реализуемый посредством поглощения тепловой энергии, когда испаряется топливо FL для выработки энергии (в частности, сжиженное топливо); узел 152 с фиксированной температурой для поддержания, по существу, фиксированной температуры и элемент 153 термоэлектрического преобразования, подсоединенный между концами с первой и второй температурами, причем узел 151 сохранения тепла и холода определяется как конец с первой температурой и узел 152 с фиксированной температурой - как конец со второй температурой. В этом случае элемент 153 термоэлектрического преобразования имеет конструкцию, эквивалентную конструкции, показанной в вышеупомянутом четвертом примере конструкции (см. фиг.8 В). Кроме того, узел 152 с фиксированной температурой выполнен так, чтобы поддерживать, по существу, фиксированную температуру посредством контактирования с другими областями или оставляя незащищенными другие области внутри и снаружи системы 301 источника питания. Кстати, что касается конструкции узла 11Е источника вспомогательного питания, состоящего из генератора энергии на основе разности температур, показанного на чертежах, то узел 11Е источника вспомогательного питания интегрирован и образован в небольшой полости, аналогично каждому вышеупомянутому примеру конструкции.
В узле 11Е источника вспомогательного питания, имеющем такую конструкцию, как показано на фиг.9В, когда топливо FL для выработки энергии (сжиженное топливо), загруженное в топливный блок 20А при условиях с заранее определенным давлением, подается на узел 11Е источника вспомогательного питания через интерфейсный узел 30А и преобразуется в состояние с заранее определенными окружающими условиями, такими как нормальная температура или нормальное давление, испаряется топливо FL для выработки энергии. В этом случае тепловая энергия поглощается из окружающей среды, и понижается температура узла 151 сохранения тепла и холода. С другой стороны, так как узел 152 с фиксированной температурой выполнен так, чтобы поддерживать свою температуру, по существу, постоянной, разность температур образуется между узлом 151 сохранения тепла и холода и узлом 152 с фиксированной температурой. Затем образуется заранее определенная электродвижущая сила и вырабатывается электроэнергия в результате термоэлектрического эффекта в элементе 153 термоэлектрического преобразования, основываясь на этой разности температур, аналогично вышеупомянутому четвертому примеру конструкции.
В результате применения устройства выработки энергии, имеющего такую конструкцию, к узлу источника вспомогательного питания, аналогично каждому вышеупомянутому примеру конструкции, топливо FL для выработки энергии (сжиженное топливо) автоматически подается на узел 11Е выработки вспомогательной энергии через интерфейсный узел 30А посредством только очень простой операции, т.е. соединения топливного блока 20А с модулем 10А выработки энергии, при этом тепловая энергия поглощается в результате реакции испарения, образуя тепло и холод, и может быть начата и продолжена операция выработки энергии посредством генератора энергии на основе разности температур. Также, заранее определенная электроэнергия всегда может автономно вырабатываться посредством узла 11Е источника вспомогательного питания, пока продолжается подача топлива FL для выработки энергии, тем самым подавая эту электроэнергию на заранее определенные конструкции внутри и снаружи системы 301 источника питания.
В этом примере конструкции, хотя описание приведено в отношении генератора энергии на основе разности температур, который вырабатывает электроэнергию в результате термоэлектрического эффекта, основанного на разности температур между узлом 151 сохранения тепла и холода и узлом 152 с фиксированной температурой, настоящее изобретение не ограничивается этим и может иметь конструкцию для вырабатывания электроэнергии, основанную на явлении термоэлектронной эмиссии.
(Шестой пример конструкции узла источника вспомогательного питания)
На фиг.10 представлен вид, изображающий шестой пример конструкции узла источника вспомогательного питания, применимого для модуля выработки энергии в соответствии с этим вариантом выполнения.
В шестом примере конструкции, в качестве конкретного примера, узел источника вспомогательного питания имеет конструкцию в виде устройства выработки энергии, которое вырабатывает электроэнергию посредством использования биохимической реакции в отношении топлива для выработки энергии, загруженного в топливный блок 20А.
Как показано на фиг.10, узел 11F источника вспомогательного питания в соответствии с шестым примером конструкции, в основном, содержит: резервуар 161 с биокультурой, в котором хранятся микробы или биокатализатор BIO (которые ниже для удобства упоминаются как "микробы или т.п."), которые растут при сохранении топлива для выработки энергии в качестве источника пищи; и электрод 161а на стороне анода и электрод 161b на стороне катода, предусмотренные в резервуаре 161 с биокультурой. В такой конструкции посредством подачи топлива FL для выработки энергии от топливного блока 20А через интерфейсный узел 30А метаболизм и т.п.(биохимическая реакция), такой как аспирация микробами или т.п. BIO, создается в резервуаре 161 с биокультурой, и образуется электрон (е-). Захват этого электрона электродом 161а на части анода может создать заранее определенную электроэнергию на выходных клеммах Оа и Ob.
В результате применения устройства выработки энергии, имеющего такую конструкцию, к узлу источника вспомогательного питания, аналогично каждому вышеупомянутому примеру конструкции, топливо FL для выработки энергии, которое может быть источником питания для микробов или т.п. ВIO, автоматически подается на узел 11F источника вспомогательного питания (резервуар 161 с биокультурой) через интерфейсный узел 30А посредством только очень простой операции, т.е. соединения топливного блока 20А с модулем 10А выработки энергии, и начинается операция выработки энергии в результате биохимической реакции микробов или т.п. ВIO. Также, заранее определенная электроэнергия всегда может автономно вырабатываться, пока продолжается подача топлива для выработки энергии, тем самым подавая эту электроэнергию на заранее определенные конструкции внутри и снаружи системы 301 источника питания.
При биохимической реакции, в случае выработки электроэнергии в результате использования фотосинтеза микробами или т.п. ВIO, заранее определенная электроэнергия может постоянно и автономно вырабатываться и подаваться посредством применения, например, конструкции, в которой наружный свет может поступать через отверстия или т.п., предусмотренные в устройстве DVC, к которому присоединена система 301 источника питания.
(Седьмой пример конструкции узла источника вспомогательного питания)
На фиг.11А и 11В представлены виды, изображающие седьмой пример конструкции узла источника вспомогательного питания, применимого для модуля выработки энергии в соответствии с этим вариантом выполнения.
В седьмом примере конструкции, в качестве конкретного примера, узел источника вспомогательного питания имеет конструкцию в виде устройства выработки энергии, которое преобразует энергию колебаний, создаваемую движением текучей среды топлива для выработки энергии, подаваемого от топливного блока 20А, в электроэнергию.
Как показано на фиг.11А, узел 11G источника вспомогательного питания в соответствии с седьмым примером конструкции имеет конструкцию в виде генератора энергии на основе колебаний, в основном, содержащего: цилиндрический вибратор 171, который выполнен так, что по меньшей мере одна его концевая часть может колебаться, когда топливо для выработки энергии, состоящее из жидкости или газа, перемещается в заранее определенном направлении, и имеет электромагнитную катушку 173, предусмотренную на его колебательном конце 171а; и статор 172, который вставлен в этот вибратор, имеет постоянный магнит 174, предусмотренный для того, чтобы противодействовать электромагнитной катушке 173, и не создает колебаний относительно движения топлива для выработки энергии. В такой конструкции, как показано на фиг.11В, в результате подачи топлива FL для выработки энергии от топливного блока 20А через интерфейсный узел 30А вибратор 171 (колебательный конец 171а) создает колебание с заранее определенным количеством колебаний относительно статора 172 в направлении (стрелка Р4 на чертеже), по существу, ортогональном направлению протекания топлива FL для выработки энергии. В результате этого колебания меняется относительное расположение между постоянным магнитом 174 и электромагнитной катушкой 173, и в результате этого образуется электромагнитная индукция, таким образом получая заранее определенную электроэнергию при помощи электромагнитной катушки 173.
В результате применения устройства выработки энергии, имеющего такую конструкцию, к узлу источника вспомогательного питания, аналогично вышеупомянутому каждому примеру конструкции, топливо FL для выработки энергии в виде текучей среды автоматически подается на узел 11G источника вспомогательного питания через интерфейсный узел 30А посредством только очень простой операции, т.е. соединения топливного блока 20А с модулем 10А выработки энергии, и начинается операция выработки энергии в результате преобразования энергии колебаний вибратора 171, вызванных движением текучей среды. Также, заранее определенная электроэнергия может постоянно и автономно вырабатываться, пока продолжается подача топлива FL для выработки энергии, таким образом подавая электроэнергию на заранее определенные конструкции внутри и снаружи системы 301 источника питания.
Каждый вышеупомянутый пример конструкции иллюстрирует только отдельный пример узла 11 источника вспомогательного питания, применяемого для модуля 10А выработки энергии, и не служит ограничением конструкции системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением. Вкратце, узел 11 источника вспомогательного питания, применяемый с настоящим изобретением, может иметь любую другую конструкцию до тех пор, пока электроэнергия может вырабатываться внутри узла 11 источника вспомогательного питания, основанного на действии по преобразованию энергии, таком как электрохимическая реакция, электромагнитная индукция, образование тепла или разности температур, вызванной эндотермической реакцией, когда непосредственно подается жидкое топливо или сжиженное топливо, или газообразное топливо, загруженное в топливный блок 20А. Например, это может быть комбинация двигателя, приводимого в действие давлением газа, не в виде газовой турбины или роторно-поршневого двигателя, с генератором энергии, использующим электромагнитную индукцию или пьезоэлектрическое преобразование. Альтернативно, как описано ниже, можно применить конструкцию, в которой предусмотрено накапливающее электроэнергию средство (конденсирующее устройство) в дополнение к устройству выработки энергии, эквивалентное каждому вышеупомянутому узлу 11 источника вспомогательного питания, электроэнергия (вторая электроэнергия), вырабатываемая узлом 11 источника вспомогательного питания, частично аккумулируется, и затем она может быть подана в качестве электроэнергии пуска на узел 12 выработки энергии или узел 14 управления выводом при пуске системы 301 источника питания (узла 12 выработки энергии).
(Восьмой пример конструкции узла источника вспомогательного питания)
На фиг.12, фиг.13-15 и фиг.16-18 представлены схематические виды конструкции, изображающие восьмой пример конструкции и рабочее состояние узла источника вспомогательного питания, применяемого для модуля выработки энергии в соответствии с этим вариантом выполнения, и стрелки вдоль соединений на чертежах обозначают направления, по которым протекает электрический ток.
Как показано на фиг.12, узел 11Н источника вспомогательного питания в соответствии с восьмым примером конструкции выполнен так, что, в основном, содержит: устройство 181 выработки энергии (например, узел источника вспомогательного питания, описанный в каждом вышеупомянутом примере конструкции), способное автономно вырабатывать электроэнергию (вторую электроэнергию), когда топливо FL для выработки энергии (жидкое топливо или сжиженное топливо, или газообразное топливо), загруженное в топливный блок 20, непосредственно подается через канал подачи топлива, предусмотренный в интерфейсном узле 30, под действием капиллярного явления; узел 182 хранения заряда, который хранит часть электроэнергии, выработанной устройством 181 выработки энергии, и состоит из вторичного элемента, конденсатора или т.п.; и переключатель 183 для переключения и установки хранения и разряда электроэнергии на узле 182 хранения заряда, основываясь на сигнале управления работой от узла 13 управления работой.
В такой конструкции электроэнергия, вырабатываемая устройством 181 выработки энергии, которое постоянно приводится в действие, в то время как продолжается подача топлива для выработки энергии от топливного блока, выводится в виде электроэнергии контроллера устройства DVC и рабочей электроэнергии узла 13 управления работой, и часть этой электроэнергии соответствующим образом хранится в узле 182 хранения заряда при помощи переключателя 183. Затем, например, когда узел 13 управления работой определяет начало функционирования устройства DVC (нагрузки LD) посредством определения изменения напряжения электроэнергии питания при помощи узла 16 контроля напряжения, состояние соединения переключателя 183 изменяется на основе сигнала управления работой, выводимого узлом 13 управления работой, и электроэнергия, хранимая в узле 182 хранения заряда, подается в качестве электродвижущей силы на узел 12 выработки энергии или узел 14 управления выводом.
В этом случае, когда заряд в узле 182 хранения заряда, расходуемый узлом 12 выработки энергии или узлом 14 управления выводом, уменьшается до некоторой степени, поскольку устройство DVC приводится в действие в течение длительного периода времени, можно управлять так, чтобы узел 182 хранения заряда не мог полностью разряжаться посредством переключения узла 12 выработки энергии для подачи электроэнергии на устройство DVC и узел 182 хранения заряда. Кроме того, устройство 181 выработки энергии может непрерывно осуществлять заряд узла 182 хранения заряда, в то время как узел 12 выработки энергии подает электроэнергию на устройство DVC. Кстати, в нижеописанном втором варианте выполнения при применении этого примера конструкции в качестве узла 11 источника вспомогательного питания узел 13 управления работой определяет функционирование устройства DVC (нагрузки LD) и выводит сигнал управления работой для переключения состояния соединения переключателя 183 посредством приема через клеммный узел ELx информации о приведении в действие нагрузки, которая выводится контроллером CNT устройства DVC и обозначает, что нагрузка LD приведена в действие из выключенного состояния и переключена во включенное состояние.
В соответствии с узлом источника вспомогательного питания, имеющим такую конструкцию, поэтому, даже если электроэнергия, вырабатываемая в единицу времени устройством 181 выработки энергии, устанавливается малой (слабая электрическая сила), электроэнергия, имеющая достаточно высокую характеристику электроэнергии приведения в действие, может быть подана на узел 12 выработки энергии или узел 14 управления выводом посредством немедленного разряда электроэнергии, накопленной в узле 182 хранения заряда. Таким образом, так как способность выработки энергии устройства 181 выработки энергии может быть установлена достаточной низкой, может быть минимизирована конструкция узла 11 источника вспомогательного питания.
В качестве узла источника вспомогательного питания в соответствии с этим примером конструкции, как показано на фиг.13-15, можно применить структуру, в которой исключено устройство 181 выработки энергии и предусмотрен только узел 182 хранения заряда, состоящий из предварительно заряженного конденсатора.
Изображенный на фиг.13-15 узел 182 хранения заряда имеет функцию подачи электроэнергии на узел 14 управления выводом при помощи переключателя 183а в соответствии с потребностями в дополнение к функции, способной непрерывно подавать электроэнергию контроллера для контроллера CNT и электроэнергию приведения в действие нагрузки для нагрузки LD с клеммы EL (+) положительного электрода и клеммы EL (-) отрицательного электрода на устройство DVC.
Контроллер CNT имеет функцию, вызывающую включение переключателя LS для подачи электроэнергии на нагрузку LD, когда устройство DVC запускается приведением в действие оператором устройства DVC или по некоторой другой причине.
Узел 13 управления работой обладает функцией для определения состояния хранения электрического заряда в узле 182 хранения заряда. Узел 13 управления работой включает переключатель 183а, приводит в действие узел 14 управления выводом и запускает узел 12 выработки энергии только тогда, когда величина хранимого электрического заряда в узле 182 хранения заряда недостаточна, независимо от состояния приведения в действие нагрузки LD.
В такой структуре на фиг.13 изображен случай, когда переключатель LS выключен, так как нагрузка LD устройства DVC не приводится в действие и находится в режиме ожидания, и узел 182 хранения заряда подает электроэнергию на контроллер CNT. В этот момент, так как узел 182 хранения заряда хранит электрический заряд, который достаточен для подачи заранее определенного количества электроэнергии, узел 13 управления работой выключает переключатель 183а.
На фиг.14 показан случай, когда аналогично установлен режим ожидания, но узел 13 управления работой определяет снижение величины заряда узла 182 хранения заряда ниже заранее определенного количества и включает переключатель 183а. Узел 14 управления выводом начинает подавать электроэнергию от узла 182 хранения заряда и подает заранее определенное количество топлива или т.п. от топливного блока 20 на узел 12 выработки энергии. Также, узел 14 управления выводом подает электроэнергию на узел 12 выработки энергии так, что нагреватель узла 12 выработки энергии достигает заранее определенной температуры через заранее определенное время. В результате узел 12 выработки энергии вырабатывает электроэнергию, узел 182 хранения заряда переходит в режим заряда для хранения электрического заряда посредством использования этой электроэнергии и поддерживает режим ожидания с разрядом энергии для продолжения приведения в действие контроллера CNT. Затем, из этого состояния, когда заранее определенная величина электрического заряда будет накоплена в узле 182 хранения заряда, узел 13 управления работой переключает переключатель 183а в вышеупомянутое выключенное состояние, как показано на фиг.13.
На фиг.15 показан случай, когда переключатель LS включен контроллером CNT, который определил, что был произведен пуск устройства DVC оператором устройства DVC или по некоторой другой причине. Когда узел 13 управления работой определяет, что величина электрического заряда, хранимого в узле 182 хранения заряда, уменьшилась ниже заранее определенной величины в результате расходования электроэнергии в нагрузке LD и контроллере CNT устройства DVC, узел 13 управления работой включает переключатель 183а, функционирующий в качестве узла управления пуском, и узел 14 управления выводом приводит в действие узел 12 выработки энергии для выработки энергии, тем самым подавая заряд в узел 182 хранения заряда. Затем, когда произойдет достаточное накопление электрического заряда в узле 182 хранения электрического заряда, узел 13 управления работой определяет это состояние и выключает переключатель 183а, чтобы остановить выработку энергии в узле 12 выработки энергии и приведение в действие узла 13 управления работой.
Пороговое значение, соответствующее величине заряда в узле 182 хранения заряда, когда узел 13 управления работой определил, что переключатель 183а должен быть включен, и пороговое значение, соответствующее величине заряда в узле 182 хранения заряда, когда он определил, что переключатель 183а должен быть выключен, могут быть установлены так, чтобы они по существу были равны друг другу, и пороговое значение для отключения переключателя 183а может быть установлено равным большему значению.
В системе источника питания, имеющей такую конструкцию, структура и функционирование этой системы отличается от вышеописанной системы источника питания, показанной на фиг.12, тем, что: сам узел источника вспомогательного питания не имеет функцию выработки электроэнергии; узел 12 выработки энергии вырабатывает электроэнергию в соответствии с состоянием заряда узла 182 хранения заряда независимо от состояния приведения в действие нагрузки LD; узел 13 управления работой определяет состояние заряда узла 182 хранения заряда и затем управляет переключателем 183а и узел 182 хранения заряда подает электроэнергию на устройство DVC. Далее, так как система источника питания имеет такую структуру, то достаточно, что узел 12 выработки энергии управляет выработкой энергии и останавливает выработку энергии только в зависимости от величины заряда электрического заряда в узле 182 хранения заряда без получения информации о приведении в действие нагрузки от контроллера CNT устройства DVC. Поэтому клеммный узел ELx для ввода информации о приведении в действии нагрузки больше не является необходимым, и может быть применена клеммная конструкция с двойным электродом, которая приводит к преимуществу, заключающемуся в высокой совместимости с любым другим обычным элементом. Кроме того, так как узел 182 хранения заряда в качестве узла источника вспомогательного питания не расходует постоянно топливо в топливном блоке 20 для вырабатывания электроэнергии, в то время как остановлен узел 12 выработки энергии, существует преимущество, заключающееся в том, что топливо в топливном блоке 20 не расходуется неэкономно. Более того, также существует преимущество в том, что устройство DVC не должно включать в себя схему для передачи информации о приведении в действие нагрузки от контроллера CNT на систему источника питания.
Другая система источника питания, имеющая узел источника вспомогательного питания типа хранения заряда, в соответствии с этим структурным примером ниже описывается со ссылкой на фиг.16-18.
На фиг.16-18 узел 182 хранения заряда имеет функцию подачи электроэнергии на узел 14 управления выводом через переключатель 183b в соответствии с потребностями, чтобы приводить в действие узел 12 выработки энергии, в дополнение к функции постоянной подачи электроэнергии контроллера к контроллеру CNT от клеммы EL (+) положительного электрода и клеммы EL (-) отрицательного электрода на устройство DVC.
Контроллер CNT имеет функцию включения переключателя LS для подачи электроэнергии на нагрузку LD, когда устройство DVC активизировано оператором устройства DVC или по некоторой другой причине.
Узел 13 управления работой имеет функцию определения состояния хранения электрического заряда в узле 182 хранения заряда. Узел 13 управления работой включает переключатель 183b и приводит в действие узел 14 управления выводом, вызывая вырабатывание электроэнергии узлом 12 выработки энергии только тогда, когда не является достаточной величина электрического заряда, хранимого в узле 182 хранения заряда, независимо от состояния приведения в действие нагрузки LD. Кроме того, узел 13 управления работой включает переключатель 183с и выдает электроэнергию, вырабатываемую в узле 12 выработки энергии, вместе с электроэнергией узла 182 хранения заряда в качестве электроэнергии контроллера для контроллера CNT и электроэнергии приведения в действие нагрузки для нагрузки LD.
На фиг.16 изображен в такой структуре случай, когда узел 13 управления работой выключает переключатель 183 (переключатель 183b и переключатель 183с) и останавливает работу узла 12 выработки энергии и узла 14 управления выводом, и узел 182 хранения заряда подает электроэнергию на контроллер CNT, когда устройство DVC находится в режиме ожидания, и узел 13 управления работой определяет, что узел 182 хранения заряда имеет достаточный электрический заряд, хранимый в нем.
На фиг.17 изображен случай, когда, если устройство DVC находится в режиме ожидания и узел 13 управления работой определяет, что электрический заряд, хранимый в узле 182 хранения заряда, уменьшился до заранее определенной величины, и процесс уменьшения медленный, так как нагрузка LD не приводится в действие, узел 13 управления работой включает переключатель 183b и включает переключатель 183с для подачи электроэнергии приведения в действие от узла 182 хранения заряда на узел 14 управления выводом, тем самым приводятся в действие узел 14 управления выводом и узел 12 выработки энергии, и электрический заряд сохраняется в узле 182 хранения заряда с электроэнергией, вырабатываемой в узле 12 выработки энергии. В этом случае узел 14 управления выводом начинает питаться электроэнергией от узла 182 хранения заряда, подает заранее определенное количество топлива или т.п. от топливного блока 20 на узел 12 выработки энергии и подает электроэнергию на узел 12 выработки энергии, так что нагреватель узла 12 выработки энергии может достигать заранее определенной температуры через заранее определенное время. Тем временем узел 182 хранения заряда постоянно подает электроэнергию на контроллер CNT. Затем, когда будет накоплена заранее определенная величина электрического заряда в узле 182 хранения заряда от этого вышеупомянутого состояния, как показано на фиг.16, узел 13 управления работой выключает переключатель 183 (переключатель 183b и переключатель 183с).
На фиг.18 показан случай, когда, поскольку нагрузка LD приводится в действие посредством включения переключателя LS контроллером CNT, то, когда узел 13 управления работой определяет, что электрический заряд, хранимый в узле 182 хранения заряда, уменьшился до заранее определенной величины и процесс уменьшения быстрый, так как нагрузка LD приводится в действие, узел 13 управления работой включает переключатель 183b и приводит в действие узел 14 управления выводом, вызывая вырабатывание энергии узлом 12 выработки энергии, и узел 13 управления работой также включает переключатель 183с и выдает электроэнергию, выработанную в узле 12 выработки энергии, вместе с электроэнергией от узла 182 хранения заряда в качестве электроэнергии контроллера для контроллера CNT и энергии приведения в действие нагрузки для нагрузки LD.
Количество электроэнергии, вырабатываемой в единицу времени в узле 12 выработки энергии, может быть установлено большим, чем его величина при хранении электрического заряда в узле 182 хранения заряда (зарядка), показанном на фиг.17.
<Узел 12 выработки энергии>
Узел 12 выработки энергии, применяемый для модуля выработки энергии в соответствии с этим вариантом выполнения, имеет, как показано на фиг.3, структуру для вырабатывания заранее определенной электроэнергии (первой электроэнергии), необходимой для приведения в действие устройства DVC (нагрузки LD), посредством использования физической или химической энергии топлива FL для выработки энергии, подаваемого от топливного блока 20, основываясь на управлении пуском узлом 13 управления работой. В качестве конкретной конструкции узла 12 выработки энергии можно применить различные виды устройств, например устройство, использующее электрохимическую реакцию с использованием топлива FL для выработки энергии, подаваемого от топливного блока 20 (топливный элемент), устройство, использующее тепловую энергию, получаемую в результате реакции горения (выработка энергии на основе разности температур), устройство, использующее действие или т.п. по преобразованию динамической энергии для вырабатывания электроэнергии посредством вращения генератора энергии в результате использования энергии давления, получаемой в результате реакции горения или т.п. (выработка энергии двигателем внутреннего/внешнего сгорания), или устройство для преобразования энергии текучей среды или тепловой энергии топлива FL для выработки энергии в электроэнергию посредством использования принципа электромагнитной индукции или т.п. (генератор энергии на электромагнитном механизме текучей среды, генератор энергии на термоакустическом эффекте или т.п.).
В этом случае, так как электроэнергия (первая электроэнергия), вырабатываемая узлом 12 выработки энергии, представляет собой основной источник питания для осуществления различных функций (нагрузки LD) всего устройства DVC, установлена равной высокому значению характеристика энергии приведения в действие. Поэтому, когда вышеописанный узел 11 источника вспомогательного питания (узел 182 хранения заряда) подает электроэнергию контроллера устройства DVC или рабочую электроэнергию или т.п. для узла 13 управления работой, узла 14 управления выводом и узла 12 выработки энергии и узел 12 выработки энергии подает электроэнергию приведения в действие нагрузки для нагрузки LD, электроэнергия, подаваемая от узла 11 источника вспомогательного питания (вторая электроэнергия), отличается по свойствам от электроэнергии, подаваемой от узла 12 выработки энергии.
Каждый конкретный пример ниже кратко описывается со ссылкой на чертежи.
(Первый пример конструкции узла выработки энергии)
На фиг.19 представлен вид, изображающий первый пример конструкции узла выработки энергии, применяемый для модуля выработки энергии в соответствии с этим вариантом выполнения, и на фиг.20А и 20В представлены виды, изображающие процесс образования водорода в узле реформинга топлива, применяемом с узлом выработки энергии в соответствии с этим примером конструкции. В этом случае описание приводится с соответствующей ссылкой на конструкцию вышеописанной системы источника питания (фиг.3).
В первом примере конструкции, в качестве конкретного примера, узел выработки энергии имеет конструкцию топливного элемента с протонообменной мембраной, использующего систему реформинга топлива, посредством которой используется топливо FL для выработки энергии, подаваемое от топливного блока 20А через узел 14 управления выводом, и электроэнергия вырабатывается в результате электрохимической реакции.
Как показано на фиг.19, узел 12А выработки энергии выполнен так, что в общих чертах содержит: узел 210а реформинга топлива (устройство реформинга топлива) для извлечения заранее определенной топливной составляющей (водорода), содержащейся в топливе FL для выработки энергии, посредством использования заранее определенной реакции реформинга в отношении топлива FL для выработки энергии, подаваемого от топливного блока 20А; и узел 210b топливного элемента для вырабатывания заранее определенной электроэнергии (первой электроэнергии) для приведения в действие нагрузки 214 (устройства DVC или нагрузки LD) посредством электрохимической реакции, использующей топливную составляющую, извлекаемую узлом 210а реформинга топлива.
Как показано на фиг.20А, узел 210Х реакции реформинга пара узла 210а реформинга топлива, в основном, извлекает топливную составляющую из топлива FL для выработки энергии, подаваемого от топливного блока 20А через узел 14 управления выводом, посредством каждого процесса, состоящего из реакций испарения и реформинга пара. Например, в случае образования газообразного водорода (H2) с метанолом (СН3ОН) и водой (H2O), используемых в качестве топлива FL для выработки энергии, на этапе парообразования метанол (СН3ОН) и вода (H2O) сначала испаряются помещением метанола и воды в виде жидкого топлива в атмосферу с температурой, примерно равной точке кипения, посредством нагревателя, управляемого узлом 14 управления выводом.
Затем в процессе реакции реформинга пара в результате установки атмосферы с температурой примерно 300°С для парообразного метанола (СН3ОН) и воды (H2O) посредством использования нагревателя поглощается тепловая энергия 49,4 кДж/моль и образуется водород (H2) и небольшое количество углекислого газа (CO2), как указывается следующим химическим уравнением (3). В процессе реформинга пара может образовываться небольшое количество угарного газа (СО) в качестве побочного продукта кроме кислорода (H2) и углекислого газа (CO2).
В этом случае, как показано на фиг.20В, узел 210Y с катализатором для избирательного окисления для устранения угарного газа (СО), вырабатываемого в качестве побочного продукта при реакции реформинга пара, может быть предусмотрен на последней стадии узла 210Х реакции реформинга пара, так что угарный газ (СО) может быть преобразован в углекислый газ (CO2) и водород (H2) при помощи соответствующих процессов, состоящих из реакции конверсии водой и избирательной окислительной реакции, тем самым устраняя выпуск вредных веществ. Конкретно, при процессе реакции конверсии водой в узле 210Y с катализатором для избирательного окисления образуется тепловая энергия 40,2 кДж/моль в результате реакции воды (пара; H2O) с угарным газом (СО), и образуются углекислый газ (CO2) и водород (H2), как указывается следующим химическим уравнением (4):
Кроме того, может быть предусмотрен узел 210Z избирательной окислительной реакции на последней стадии узла 210Y с катализатором для избирательного окисления. При процессе избирательной окислительной реакции образуется тепловая энергия 283,5 кДж/моль, вызывая реакцию кислорода (O2) с угарным газом (СО), который не был превращен в углекислый газ (CO2) и водород (H2) в результате реакции конверсии водой, и образуется углекислый газ (CO2), как указывается следующим химическим уравнением (5). Этот узел 210Z избирательной окислительной реакции может быть предусмотрен на последней стадии узла 210Х реакции реформинга пара.
Небольшое количество продукта (главным образом углекислого газа) кроме водорода, образуемого в результате последовательности вышеупомянутых реакций реформинга топлива, выпускается в воздух через выпускное отверстие (не показано; оно будет описано ниже в конкретном примере конструкции), предусмотренное в модуле 10А выработки энергии.
Конкретная конструкция узла реформинга топлива, имеющего такую функцию, описана ниже в следующем конкретном примере конструкции вместе с другими конструкциями.
Как показано на фиг.19, аналогично топливному элементу с непосредственной подачей топлива, применяемому с вышеописанным узлом 11 источника вспомогательного питания, узел 210b топливного элемента обычно содержит: топливный электрод 211 (катод), состоящий из угольного электрода, к которому прилеплены мелкие частицы катализатора, например, из платины, палладия, платино-рутения; воздушный электрод 212 (анод), состоящий из угольного электрода, к которому прилеплены мелкие частицы катализатора, например, из платины; и пленкообразную ионопроводящую мембрану (обменную мембрану), расположенную между топливным электродом 211 и воздушным электродом 212. В этом случае газообразный водород (H2), извлекаемый узлом 210а реформинга топлива, подается на топливный электрод 211 из топлива FL для выработки энергии, подаваемая величина которого управляется нижеописанным узлом 14 управления выводом, тем временем газообразный кислород (О2) воздуха подается на воздушный электрод 212. В результате выработка энергии осуществляется посредством следующей электрохимической реакции, и электроэнергия, которой может быть заранее определенная электроэнергия приведения в действие (напряжение/электрический ток), подается на нагрузку 214 (нагрузку LD устройства DVC). Далее, часть электроэнергии, вырабатываемой в узле 210b топливного элемента, подается на узел 14а управления топливом и/или узел 14е управления нагревателем в зависимости от потребностей.
Конкретно, в качестве примера электрохимической реакции в узле 12 выработки энергии в этом примере конструкции, когда газообразный водород (H2) подается на топливный электрод 211, электрон (е-) отделяется посредством катализа на топливном электроде 211, образуется ион водорода (протон; Н+) и поступает на часть воздушного электрода 212 через ионопроводящую мембрану 213, и электрон (е-) захватывается угольным электродом, составляющим топливный электрод 211, и подается на нагрузку 214, как указывается следующим химическим уравнением (6):
Когда воздух подается на воздушный электрод 212, электрон (е-), который прошел через нагрузку 214 в результате катализа на воздушном электроде 212, ион водорода (Н+), который прошел через ионопроводящую мембрану, и газообразный кислород (O2) в воздухе реагируют друг с другом и таким образом образуется вода (H2O), как указывается следующим химическим уравнением (7):
Такая последовательность электрохимических реакций (химические уравнения (6) и (7)) происходит в окружающей среде при относительно низкой температуре, примерно 60-80°С, и побочным продуктом, кроме электроэнергии (электроэнергии приведения в действие нагрузки), в основном, является только вода (H2O). В этом случае посредством сбора воды (H2O) в качестве побочного продукта, образуемого на воздушном электроде 212, и подачи необходимого количества воды на вышеупомянутый узел 210а реформинга топлива вода может быть повторно использована для реакции реформинга топлива или реакции конверсии водой топлива FL для выработки энергии, может быть значительно снижено количество воды (H2O), заранее хранимое (загруженное) в топливном блоке 20А для реакции реформинга топлива, и может быть значительно снижено собираемое количество в средстве сбора побочного продукта, которое предусмотрено в топливном блоке 20А и которое собирает побочные продукты. Необходимо заметить, что конструкция средства сбора побочного продукта для сбора и повторного использования побочного продукта, такого как вода (H2O), образуемого на воздушном электроде 212, описана ниже вместе со средством сбора побочного продукта в вышеописанном узле 11 источника вспомогательного питания.
Электроэнергия, генерируемая в результате вышеописанной электрохимической реакции и подаваемая на нагрузку 214, зависит от количества газообразного водорода (H2), подаваемого на узел 12А выработки энергии (топливный электрод 211 узла 210b топливного элемента). Электроэнергия, подаваемая на устройство DVC, может произвольно регулироваться посредством управления количеством топлива FL для выработки энергии (по существу газообразного водорода), подаваемого на узел 12 выработки энергии через узел 14 управления выводом, и, например, она может быть установлена такой, чтобы быть эквивалентной одному из гальванических элементов общего назначения.
При применении топливного элемента типа реформинга топлива, имеющего такую конструкцию, с узлом выработки энергии, так как произвольная электроэнергия может эффективно вырабатываться посредством управления количеством подаваемого топлива FL для выработки энергии узлом 14 управления выводом, может быть реализована соответствующая работа по выработке энергии в соответствии с состоянием функционирования устройства DVC (нагрузки LD), основываясь на информации о функционировании нагрузки. Кроме того, при применении конструкции в виде топливного элемента, так как электроэнергия может вырабатываться непосредственно из топлива FL для выработки энергии в результате электрохимической реакции, может быть реализована очень высокая эффективность выработки энергии и может эффективно использоваться топливо FL для выработки энергии или может быть минимизирован модуль 10А выработки энергии включающий в себя узел 12 выработки энергии.
Аналогично вышеупомянутому узлу 11 источника вспомогательного питания (см. первый пример конструкции), хотя описание приведено только для случая, когда применяется метанол в качестве топлива FL для выработки энергии, настоящее изобретение не ограничивается этим, и может быть достаточным жидкое топливо или сжиженное топливо, или газообразное топливо, включающее в себя, по меньшей мере, элементарный водород. Лучше всего поэтому можно применять жидкое топливо на основе спирта, такое как метанол, этанол или бутанол, сжиженное топливо, состоящее из углеводорода, который может испаряться при нормальной температуре и при нормальном давлении, например диметиловый эфир, изобутен или природный газ, газообразное топливо, такое как газообразный водород или т.п.
При этом в случае использования сжиженного водорода или газообразного водорода, как в случае топлива FL для выработки энергии, можно применить конструкцию, в которой топливо FL для выработки энергии, подаваемое количество которого управляется исключительно узлом 14 управления выводом, непосредственно подается на узел 210b топливного элемента, не требуя узел 210а реформинга топлива, такой как описанный в этом примере конструкции. Кроме того, хотя был описан только топливный элемент типа реформинга топлива в качестве конструкции узла 12 выработки энергии, настоящее изобретение не ограничивается этим. Аналогично вышеописанному узлу 11 источника вспомогательного питания (см. первый пример конструкции), хотя эффективность выработки электроэнергии низкая, может быть применен топливный элемент с непосредственной подачей топлива, и жидкое топливо, сжиженное топливо, газообразное топливо или т.п. могут быть использованы для вырабатывания электроэнергии.
(Второй пример конструкции узла выработки энергии)
На фиг.21А и 21В представлены виды, изображающие второй пример конструкции узла выработки энергии, применимого для модуля выработки энергии в соответствии с этим вариантом выполнения.
Во втором примере конструкции, в качестве конкретного примера, узел выработки энергии имеет конструкцию в виде устройства выработки энергии, которое использует топливо FL для выработки энергии, подаваемое от топливного блока 20А через узел 14 управления выводом, приводит в действие газовую турбину внутреннего сгорания (двигатель внутреннего сгорания) под действием энергии давления, получаемой в результате реакции горения, и преобразует энергию приведения в действие в электрическую энергию.
Как показано на фиг.21А и 21В, узел 12В выработки энергии в соответствии с этим примером конструкции, в основном, содержит: подвижный диск 222 с лопатками, выполненный так, что множество лопаток изогнуты в заранее определенном направлении по окружности, и лопатки 222in всасывания и выпускные лопатки 222out, которые расположены по окружности, по существу, по радиальному направлению, соосно соединены друг с другом и могут вращаться; неподвижный диск 223 с лопатками, состоящий из лопаток 223in всасывания и выпускных лопаток 223out, которые выполнены так, что множество лопаток изогнуты в противоположном направлении относительно направления подвижного диска 222 с лопатками (лопаток 222in всасывания и выпускных лопаток 222out) по внешней периферийной части подвижного диска 222 с лопатками, расположены по окружности, по существу, по радиальному направлению и неподвижны относительно подвижного диска 222 с лопатками; камеру 224 сгорания для сжигания топлива FL для выработки энергии (топливного газа), засасываемого подвижным диском 222 с лопатками с заранее определенным распределением моментов времени; узел 225 зажигания для зажигания топливного газа, засасываемого в камеру 224 сгорания; генератор 228 энергии, который соединен с центром вращения подвижного диска 222 с лопатками и преобразует энергию вращения подвижного диска 222 с лопатками в электроэнергию, основываясь на принципе известной электромагнитной индукции или пьезоэлектрического преобразования; узел 226 управления всасыванием для управления подачей (впуском) парообразного топливного газа в газовую турбину внутреннего сгорания, состоящую из подвижного диска 222 с лопатками и неподвижного диска 223 с лопатками; и узел 227 управления выпуском для управления выпуском топливного газа (отработанного газа) после сгорания в газовой турбине внутреннего сгорания. Что касается конструкции узла 12В выработки энергии, включающего в себя газовую турбину внутреннего сгорания, узел 226 управления всасыванием и узел 227 управления выпуском, то узел 12В выработки энергии может быть интегрирован и образован в небольшой полости порядка миллиметра, например, на кремниевом кристалле 221 применением метода производства посредством микрообработки, аналогично вышеописанному узлу 11 источника вспомогательного питания. На фиг.21А, для того чтобы разъяснить конструкцию газовой турбины внутреннего сгорания, лопатки 222in и 223in всасывания изображены как незакрытые ради удобства.
В таком узле 12В выработки энергии, например, как показано на фиг.21В, когда топливный газ, засасываемый со стороны лопаток 222in и 223in всасывания газовой турбины внутреннего сгорания через узел 226 управления всасыванием, воспламеняется узлом 225 зажигания в камере 224 сгорания с заранее определенным распределением моментов времени, сгорает и выпускается со стороны выпускных лопаток 222out и 223out (стрелки Р5), вихревой поток топливного газа образуется вдоль изогнутого направления подвижного диска 222 с лопатками и неподвижного диска 223 с лопатками, и всасывание и выпуск топливного газа выполняется автоматически посредством вихревого потока. Кроме того, подвижный диск 222 с лопатками непрерывно вращается в заранее определенном направлении, тем самым приводя в действие генератор 228 энергии. Следовательно, энергия топлива, полученная от топливного газа, преобразуется в электроэнергию при помощи газовой турбины внутреннего сгорания и генератора 228 энергии.
Так как узел 12В выработки энергии в соответствии с этим примером конструкции имеет конструкцию для вырабатывания электроэнергии посредством использования энергии сгорания топливного газа, топливо FL для выработки энергии (топливный газ), подаваемое от топливного блока 20А, должно обладать, по меньшей мере, воспламеняемостью или сгораемостью. Например, лучше всего можно применить жидкое топливо на основе спирта, такое как метанол, этанол или бутанол, сжиженное топливо, состоящее из углеводорода, который испаряется при нормальной температуре и при нормальном давлении, например диметиловый эфир, изобутен или природный газ, или газообразное топливо, такое как газообразный водород.
В случае применения конструкции, в которой топливный газ (отработанный газ) после сгорания непосредственно выпускается наружу из системы 301 источника питания, само собой разумеется, что должна быть проведена обработка по повышению стойкости к воспламенению или обработка по детоксикации перед выпуском отработанного газа наружу или должно быть предусмотрено средство для сбора отработанного газа, если отработанный газ содержит воспламеняющуюся или токсичную составляющую.
В результате применения газовой турбины внутреннего сгорания, имеющей такую конструкцию, для узла выработки энергии, аналогично вышеописанному первому примеру конструкции, так как произвольная электроэнергия может вырабатываться посредством простого способа управления для регулировки количества подаваемого топлива FL для выработки энергии, может быть реализована соответствующая работа по выработке энергии в соответствии с состоянием приведения в действие устройства DVC. Кроме того, в результате применения конструкции в виде газовой турбины внутреннего сгорания, выполненной посредством микрообработки, электроэнергия может вырабатываться с относительно высокой эффективностью преобразования энергии, и может быть минимизирован модуль 10А выработки энергии, включающий в себя узел 12 выработки энергии, в то же самое время эффективно используя топливо FL для выработки энергии.
(Третий пример конструкции узла выработки энергии)
На фиг.22А-22D представлены схемы для иллюстрации принципа действия третьего примера конструкции узла выработки энергии, применяемого для модуля выработки энергии в соответствии с этим вариантом выполнения.
В третьем примере конструкции, в качестве конкретного примера, узел выработки энергии имеет конструкцию в виде устройства выработки энергии, которое использует топливо FL для выработки энергии, подаваемое от топливного блока 20А через узел 14 управления выводом, приводит в действие роторно-поршневой двигатель (двигатель внутреннего сгорания) посредством энергии давления, получаемой в результате реакции горения, и преобразует энергию приведения в действие в электроэнергию.
Как показано на этих чертежах, узел 12С выработки энергии в соответствии с третьим примером конструкции содержит: кожух 231, имеющий рабочую полость 231а, поперечное сечение которой, по существу, эллиптическое; ротор 232, который вращается, будучи эксцентрическим, по внутренней стенке рабочей полости 231а и имеет, по существу, треугольное поперечное сечение; известный роторно-поршневой двигатель, снабженный узлом 234 зажигания, который воспламеняет и сжигает сжатый топливный газ; и генератор энергии (не показан), непосредственно соединенный с центральным валом 233. Что касается конструкции узла 12С выработки энергии, составляющего роторно-поршневой двигатель, аналогично каждому вышеупомянутому примеру конструкции, узел 12С выработки энергии может быть интегрирован и образован в небольшой полости с использованием метода производства посредством микрообработки.
В узле 12С выработки энергии, имеющем такую конструкцию, при повторении каждого такта впуска, сжатия, расширения (рабочего) и выпуска, выполняемых при вращении ротора 232, энергия давления, полученная в результате сгорания топливного газа, преобразуется в энергию вращения, и преобразованная энергия передается на генератор энергии. Т.е. во время такта впуска, как показано на фиг.22А, топливный газ засасывается через впускное отверстие 235а и загружается в заранее определенную рабочую камеру AS, образованную внутренней стенкой рабочей полости 231а и ротором 232. Затем, после того как топливный газ в рабочей камере AS будет сжат и иметь высокое давление во время такта сжатия, как показано на фиг.22В, топливный газ воспламеняется и сгорает (взрывается) под действием узла 234 зажигания с заранее определенным распределением моментов времени во время такта расширения, как показано на фиг.22С, и отработанный газ после сгорания выпускается из рабочей камеры AS через выпускное отверстие 235b во время такта выпуска, как показано на фиг.22D. При этой последовательности тактов приведения в действие вращение ротора 232 в заранее определенном направлении (стрелки Р6) поддерживается энергией давления, получаемой в результате воспламенения и сгорания топливного газа во время такта расширения, и продолжается передача энергии вращения центральному валу 233. В результате энергия сгорания, полученная под действием топливного газа, преобразуется в энергию вращения центрального вала 233 и далее преобразуется в электроэнергию генератором энергии (не показан), соединенным с центральным валом 233.
Что касается конструкции генератора энергии в этом примере, то может быть применен известный генератор энергии, использующий электромагнитную индукцию или пьезоэлектрическое преобразование, аналогично вышеупомянутому второму примеру конструкции.
Кроме того, так как этот пример конструкции также имеет конструкцию для вырабатывания электроэнергии, основанную на энергии сгорания топливного газа, то топливо FL для выработки энергии (топливный газ) должно обладать, по меньшей мере, воспламеняемостью или сгораемостью. Кроме того, в случае применения конструкции для непосредственного выпуска топливного газа после сгорания (отработанного газа) наружу относительно системы 301 источника питания понятно, что должна быть выполнена обработка по повышению стойкости к воспламенению или обработка по детоксикации перед выпуском отработанного газа наружу, или должно быть предусмотрено средство для сбора отработанного газа, если отработанный газ содержит воспламеняемое или токсичное вещество.
В результате применения роторно-поршневого двигателя, имеющего такую конструкцию, для узла выработки энергии, аналогично каждому вышеупомянутому примеру конструкции, так как произвольная электроэнергия может вырабатываться посредством простого способа управления для регулировки количества подаваемого топлива FL для выработки энергии, может быть реализована соответствующая работа по выработке энергии в соответствии с состоянием функционирования устройства. Кроме того, в результате применения конструкции в виде роторно-поршневого двигателя на основе микрообработки, может быть минимизирован модуль 10А выработки энергии, включающий в себя узел 12 выработки энергии, в то же самое время вырабатывая электроэнергию посредством относительно простой конструкции и принципа действия, создающего малые вибрации.
(Четвертый пример конструкции узла выработки энергии)
На фиг.23А и 23В представлены схемы, изображающие четвертый пример конструкции узла выработки энергии, применяемого для модуля выработки энергии в соответствии с этим вариантом выполнения. В этом случае изображены только основные конструкции (двухпоршневого типа и вытеснительного типа) известного двигателя Стирлинга, применяемого в четвертом примере конструкции, и приводится простое описание принципа действия.
В четвертом примере конструкции, в качестве конкретного примера, узел выработки энергии имеет конструкцию в виде устройства выработки энергии, которое использует топливо FL для выработки энергии, подаваемое от топливного блока 20А через узел 14 управления выводом, приводит в действие двигатель Стирлинга (двигатель внешнего сгорания) посредством тепловой энергии, получаемой в результате реакции горения, и преобразует энергию приведения в действие в электроэнергию.
В узле 12D выработки энергии в соответствии с четвертым примером конструкции, как показано на фиг.23А, двигатель Стирлинга двухпоршневого типа, в основном, содержит: цилиндр 241а высокотемпературной части (расширения) и цилиндр 242а низкотемпературной части (сжатия), которые выполнены так, что рабочий газ совершает возвратно-поступательное движение; поршень 241b высокотемпературной части и поршень 242b низкотемпературной части, которые предусмотрены в этих цилиндрах 241а и 242а и соединены с коленчатым валом 243, для того чтобы совершать возвратно-поступательное движение с разностью фаз в 90°; нагреватель 244 для нагревания цилиндра 241a высокотемпературной части; охладитель 245 для охлаждения цилиндра 242а низкотемпературной части; известный двигатель Стирлинга, снабженный маховиком 246, соединенным с валом коленчатого вала 243; и генератор энергии (не показан), непосредственно соединенный с коленчатым валом 243.
В узле 12D выработки энергии, имеющем такую конструкцию, цилиндр 241a высокотемпературной части поддерживается постоянно нагретым тепловой энергией, получаемой в результате сгорания топливного газа, в то время как цилиндр 242а низкотемпературной части поддерживается постоянно охлажденным приведением его в соприкосновение с другими зонами или оставляя его незащищенным от них внутри и снаружи системы 301 источника питания, такими как наружный воздух, и повторяется каждый такт изохорического нагревания, изотермического расширения, изохорического охлаждения и изотермического сжатия. В результате кинетическая энергия возвратно-поступательного движения поршня 241b высокотемпературной части и поршня 242b низкотемпературной части преобразуется в энергию вращения коленчатого вала 243 и передается на генератор энергии.
Т.е. в процессе изохорического нагревания, когда начинается тепловое расширение рабочего газа и поршень 241b высокотемпературной части начинает перемещаться вниз, в цилиндре 242а низкотемпературной части, имеющем небольшую емкость, которая представляет собой полость, сообщающуюся с цилиндром 241а высокотемпературной части, поршень 242b низкотемпературной части перемещается вверх в результате снижения давления, образуемого в результате внезапного опускания поршня 241b высокотемпературной части, и охлажденный рабочий газ цилиндра 242а низкотемпературной части перетекает в цилиндр 241a высокотемпературной части. Затем, в такте изотермического расширения охлажденный рабочий газ, который перетек в цилиндр 241а высокотемпературной части, достаточно термически расширился и увеличил давление в полости цилиндра 241а высокотемпературной части и цилиндра 242а низкотемпературной части, и как поршень 241b высокотемпературной части, так и поршень 242b низкотемпературной части опускаются вниз.
Затем в такте изохорического охлаждения объем в цилиндре 242а низкотемпературной части увеличивается в результате опускания поршня 242b низкотемпературной части, и объем в цилиндре 241a высокотемпературной части уменьшается на основе этого. Кроме того, поршень 241b высокотемпературной части перемещается вверх, и рабочий газ цилиндра 241а высокотемпературной части перетекает в цилиндр 242а низкотемпературной части и охлаждается. После этого, при такте изотермического сжатия охлажденный рабочий газ, наполняющий полость внутри цилиндра 242а низкотемпературной части, сжимается, и уменьшается давление в обеих непрерывных полостях в цилиндре 242а низкотемпературной части и цилиндре 241а высокотемпературной части. Кроме того, как поршень 241b высокотемпературной части, так и поршень 242b низкотемпературной части оба поднимаются, и рабочий газ сжимается. При этой последовательности тактов работы вращение коленчатого вала 243 в заранее определенном направлении (стрелки Р7) поддерживается, вследствие нагревания и охлаждения топливного газа, возвратно-поступательным движением поршней. В результате энергия давления рабочего газа преобразуется в энергию вращения коленчатого вала 243 и затем преобразуется в электроэнергию посредством генератора энергии (не показан), подсоединенного к коленчатому валу 243.
С другой стороны, в узле 12D выработки энергии в соответствии с четвертым примером конструкции, как показано на фиг.23В, двигатель Стирлинга вытеснительного типа выполнен так, что, в основном, содержит: цилиндр 241с, имеющий высокотемпературную полость и низкотемпературную полость, которые разделены поршнем 241d вытеснителя и в которых рабочий газ может совершать возвратно-поступательное движение; поршень 241d вытеснителя, который предусмотрен в цилиндре 241с и выполнен так, что способен совершать возвратно-поступательное движение; силовой поршень 242d, который совершает возвратно-поступательное движение в соответствии с изменением давления в цилиндре 241с; коленчатый вал 243, с которым соединены поршень 241d вытеснителя и силовой поршень 242d так, что сдвиг по фазе составляет 90°; нагреватель 244 для нагревания одной торцевой части (части высокотемпературной полости) цилиндра 241с; охладитель 245 для охлаждения другой торцевой части (части низкотемпературной полости) цилиндра 241с; известный двигатель Стирлинга, снабженный маховиком 246, соединенным с центром вала коленчатого вала 243; и генератор энергии (не показан), непосредственно соединенный с коленчатым валом 243.
В узле 12D выработки энергии, имеющем такую конструкцию, высокотемпературная часть цилиндра 241с поддерживается постоянно нагретой тепловой энергией, получаемой в результате сгорания топливного газа, в то время как полость низкотемпературной части его поддерживается постоянно охлажденной. Кроме того, в результате повторения каждого такта изохорического нагревания, изотермического расширения, изохорического охлаждения и изотермического сжатия кинетическая энергия возвратно-поступательного движения поршня 241d вытеснителя и силового поршня 242d с заранее определенной разностью фаз преобразуется в энергию вращения коленчатого вала 243 и передается на генератор энергии.
Т.е. во время такта изохорического нагревания, когда начинается тепловое расширение рабочего газа нагревателем 244 и поршень 241 вытеснителя начинает подниматься, рабочий газ со стороны низкотемпературной полости перетекает на сторону высокотемпературной полости и нагревается. Затем, при такте изотермического расширения увеличенный рабочий газ на стороне высокотемпературной полости термически расширяется и давление увеличивается. В результате силовой поршень 242d поднимается. Затем при такте изохорического охлаждения, когда поршень 241d вытеснителя опускается в результате втекания рабочего газа, термически расширенного нагревателем 244, в низкотемпературную полость, рабочий газ из высокотемпературной полости течет в низкотемпературную полость и охлаждается. После этого, при такте изотермического сжатия рабочий газ, охлажденный в цилиндре 241с в низкотемпературной полости, сжимается, и понижается давление в цилиндре 241с на стороне низкотемпературной полости, что приводит к опусканию силового поршня 242d. При такой последовательности тактов приведения в действие вращение коленчатого вала 243 в заранее определенном направлении (стрелки Р7) поддерживается нагреванием рабочего газа и возвратно-поступательным движением поршней, вызванным охлаждением. Следовательно, энергия давления рабочего газа преобразуется в энергию вращения коленчатого вала 243 и далее преобразуется в электроэнергию генератором энергии (не показан), подсоединенным к коленчатому валу 243.
В этом случае, что касается конструкции генератора энергии, аналогично второму и третьему примерам конструкции, то может быть применен известный генератор энергии, использующий электромагнитную индукцию или пьезоэлектрическое преобразование. Далее, что касается конструкции узла 12D выработки энергии, снабженного двигателем Стирлинга, показанным на фиг.23А и 23В, то этот узел выработки энергии также может быть интегрирован и образован в небольшой полости, аналогично каждому вышеупомянутому примеру конструкции. Кроме того, в этом примере конструкции, так как используется конструкция для вырабатывания электроэнергии, основанная на тепловой энергии, получаемой в результате сгорания топливного газа, топливо для выработки энергии (топливный газ) должно обладать, по меньшей мере, воспламеняемостью или сгораемостью.
В результате применения двигателя Стирлинга, имеющего такую конструкцию для узла выработки энергии, аналогично вышеописанному третьему примеру конструкции, произвольное количество электроэнергии может вырабатываться посредством простого управления с целью регулировки количества подаваемого топлива FL для выработки энергии, и, следовательно, может быть реализована соответствующая работа по выработке энергии в соответствии с состоянием приведения в действие устройства DVC (нагрузки LD). Более того, в результате применения конструкции в виде минимизированного двигателя Стирлинга, может быть минимизирован модуль 10А выработки энергии, включающий в себя узел 12 выработки энергии, в то же самое время вырабатывая электроэнергию при относительно простой конструкции и работе при меньших вибрациях.
Кстати, в вышеупомянутых примерах конструкции со второго по четвертый, хотя устройство выработки энергии, снабженное газовой турбиной внутреннего сгорания, роторно-поршневым двигателем и двигателем Стирлинга, было приведено в качестве примера устройства выработки энергии для преобразования изменения давления газа, основанного на реакции горения топлива FL для выработки энергии, в электроэнергию при помощи энергии вращения, настоящее изобретение не ограничивается этим. Само собой разумеется, что можно применить объединенное использование двигателя внутреннего сгорания или двигателя внешнего сгорания различных видов, таких как двигатель пульсационного сгорания и генератор энергии, использующий принцип известной электромагнитной индукции или пьезоэлектрического преобразования.
(Пятый пример конструкции узла выработки энергии)
На фиг.24А и 24В представлены схематические виды конструкции, изображающие пятый пример конструкции узла выработки энергии, применяемого для модуля выработки энергии в соответствии с этим вариантом выполнения.
В пятом примере конструкции, в качестве конкретного примера, узел выработки энергии имеет конструкцию устройства выработки энергии, которое использует топливо FL для выработки энергии, подаваемое от топливного блока 20А через узел 14 управления выводом, и вырабатывает электроэнергию посредством термоэлектрического преобразования, используя разность температур, полученную в результате образования тепловой энергии, основанной на реакции горения (окислительной реакции).
Как показано на фиг.24А, узел 12Е выработки энергии в соответствии с пятым примером конструкции имеет конструкцию для выработки энергии на основе разности температур, в основном, содержащую: нагреватель 251, работающий на основе сгорания, для вырабатывания тепловой энергии, подвергая топливо FL для выработки энергии реакции горения (окислительной реакции); узел 252 с фиксированной температурой для поддержания, по существу, фиксированной температуры и элемент 253 термоэлектрического преобразования, подсоединенный между концами с первой и второй температурой, причем нагреватель 251, работающий на основе сгорания, определяется как конец с первой температурой и узел 252 с фиксированной температурой - как конец со второй температурой. В этом случае элемент 253 термоэлектрического преобразования имеет конструкцию, эквивалентную той, которая показана на фиг.8В. Нагреватель 251, работающий на основе сгорания, непрерывно поддерживает реакцию горения для сохранения высокой температуры посредством получения топлива FL для выработки энергии, в то время как узел 252 с фиксированной температурой выполнен так, что поддерживает, по существу, фиксированную температуру (например, нормальную температуру или низкую температуру) посредством приведения в соприкосновение с другими зонами внутри и снаружи системы 301 источника питания или выполнением, незащищенным от них. Что касается конструкции узла 12Е выработки энергии, состоящего из генератора энергии на основе разности температур, показанного на фиг.24А, то узел выработки энергии также интегрируется и формируется в небольшой полости, аналогично каждому вышеупомянутому примеру конструкции.
В узле 12Е выработки энергии, имеющем такую конструкцию, как показано на фиг.24В, когда топливо для выработки энергии, загруженное в топливный блок 20А, подается на нагреватель 251, работающий на основе сгорания, через узел 14 управления выводом, реакция горения (окислительная реакция) происходит в соответствии с количеством подаваемого топлива для выработки энергии, и образуется тепло, тем самым повышая температуру нагревателя 251, работающего на основе сгорания. С другой стороны, так как температура узла 252 с фиксированной температурой, как определено, устанавливается по существу постоянной, создается разность температур между нагревателем 251, работающим на основе сгорания, и узлом 252 с фиксированной температурой. Основываясь на этой разности температур, образуется заранее определенная электродвижущая сила и затем создается электроэнергия в результате термоэлектрического эффекта в элементе 253 термоэлектрического преобразования.
В результате применения генератора энергии на основе разности температур, имеющего такую конструкцию, аналогично каждому вышеупомянутому примеру конструкции, произвольное количество электроэнергии может вырабатываться посредством простого способа управления с целью регулировки количества подаваемого топлива FL для выработки энергии, и, следовательно, может быть реализована соответствующая работа по выработке энергии в соответствии с состоянием функционирования устройства DVC (нагрузки LD). Кроме того, в результате применения конструкции в виде генератора энергии на основе разности температур, выполненного с использованием микрообработки, может быть минимизирован модуль 10А выработки энергии, включающий в себя узел 12 выработки энергии, в то же самое время вырабатывая электроэнергию при относительно простой конструкции и работе при меньших вибрациях.
Кстати, хотя описание приведено в отношении генератора энергии на основе разности температур для вырабатывания электроэнергии в результате термоэлектрического эффекта, основанного на разности температур в нагревателе 251, работающем на основе сгорания, и узле 252 с фиксированной температурой, настоящее изобретение не ограничивается этим и может иметь конструкцию для вырабатывания электроэнергии, основанную на явлении термоэлектронной эмиссии.
(Шестой пример конструкции узла выработки энергии)
На фиг.25А и 25В представлены схематические виды конструкции, изображающие шестой пример конструкции узла выработки энергии, применимого для модуля выработки энергии в соответствии с этим вариантом выполнения.
В шестом примере конструкции, в качестве конкретного примера, узел выработки энергии имеет конструкцию в виде устройства выработки энергии, которое использует топливо FL для выработки энергии, подаваемое от топливного блока 20А через узел 14 управления выводом, и вырабатывает электроэнергию (электродвижущую силу) на основе принципа магнитогидродинамики.
Как показано на фиг.25А, узел 12F выработки энергии в соответствии с шестым примером конструкции имеет конструкцию магнитогидродинамического генератора энергии (МГД-генератора энергии), в основном, содержащего: пару электродов ELa и ELb, которые составляют боковые стенки пути протекания, вдоль которого проходит топливо FL для выработки энергии, состоящее из проводящей текучей среды, в виде заранее определенного потока, и которые расположены друг напротив друга; средство MG образования магнитного поля, включающее неодимовый постоянный магнит на основе Nd-Fe-B, который образует магнитное поле, имеющее заранее определенную напряженность в направлении, перпендикулярном как противоположному направлению электродов ELa и ELb, так и направлению пути протекания топлива FL для выработки энергии; и выходные клеммы Ос и Od, индивидуально подсоединенные к соответствующим электродам ELa и ELb. В этом случае топливом FL для выработки энергии является проводящая текучая среда (рабочая текучая среда), такая как плазма, жидкий металл, жидкость, содержащая проводящие вещества, или газ, и путь его протекания образован так, что топливо FL для выработки энергии может протекать по направлению (стрелка Р8), параллельному электродам ELa и ELb. Необходимо заметить, что узел 12F выработки энергии в соответствии с этим примером конструкции также может быть интегрирован и образован в небольшой полости в результате использования производства посредством микрообработки, аналогично каждому вышеописанному примеру конструкции.
В узле 12F выработки энергии, имеющем такую конструкцию, как показано на фиг.25В, посредством образования магнитного поля В вертикально относительно направления пути протекания топлива для выработки энергии при помощи средства MG образования магнитного поля и в результате перемещения топлива FL для выработки энергии (проводящей текучей среды) с магнитным потоком u по направлению пути протекания наводится электродвижущая сила u×В, когда топливо FL для выработки энергии пересекает магнитное поле, основываясь на законе Фарадея, энтальпия, которую имеет топливо FL для выработки энергии, преобразуется в электроэнергию, и электрический ток протекает в нагрузку (не показана), подключенную между выходными клеммами Ос и Od. В результате тепловая энергия, которую имеет топливо FL для выработки энергии, непосредственно преобразуется в электроэнергию.
Кстати, в случае применения конструкции для непосредственного выпуска топлива FL для выработки энергии (проводящей текучей среды), которое прошло по пути протекания МГД-генератора энергии наружу из системы 301 источника питания, само собой разумеется, что должна быть проведена обработка по повышению стойкости к воспламенению или обработка по детоксикации перед выпуском наружу топлива FL для выработки энергии, или должно быть предусмотрено средство для сбора топлива FL для выработки энергии, если топливо FL для выработки энергии содержит воспламеняемую или токсичную составляющую.
В результате применения МГД-генератора энергии, имеющего такую конструкцию, для узла выработки энергии, так как произвольное количество электроэнергии может вырабатываться посредством простого способа управления для регулировки скорости перемещения топлива FL для выработки энергии по пути протекания, может быть реализована соответствующая операция по выработке энергии в соответствии с состоянием приведения в действие устройства DVC. Далее, в результате применения конструкции в виде МГД-генератора энергии, выполненного посредством микрообработки, может быть минимизирован модуль 10А выработки энергии, включающий в себя узел 12 выработки энергии, в то же самое время вырабатывая электроэнергию при очень простой конструкции, не требующей подвижных частей.
Каждый вышеупомянутый пример конструкции представляет собой просто пример узла 12 выработки энергии, применяемого для модуля 10А выработки энергии, и не предназначен для ограничения конструкции системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением. Вкратце, узел 12 выработки энергии, применяемый в настоящем изобретении, может иметь любую другую конструкцию, которая может вырабатывать электроэнергию, основываясь на электрохимической реакции или образовании тепла, разности температур, получаемой в результате эндотермической реакции, действии по преобразованию энергии давления или тепловой энергии, электромагнитной индукции и т.п. в узле 12 выработки энергии, когда жидкое топливо или сжиженное топливо, или газообразное топливо, загруженное в топливный блок 20А, непосредственно или косвенно подается на него. Например, лучше всего можно применить объединенное использование средства образования внешней силы, использующего термоакустический эффект, и генератора энергии, использующего электромагнитную индукцию или пьезоэлектрическое преобразование, или т.п.
Среди соответствующих вышеописанных примеров конструкции узел 12 выработки энергии, для которого применяются примеры конструкции со второго по пятый, выполнен так, что использует электроэнергию (вторую электроэнергию), подаваемую от узла 11 источника вспомогательного питания в качестве электроэнергии пуска, как упомянуто выше, для операции зажигания при извлечении тепловой энергии, подвергая топливо FL для выработки энергии, подаваемое на узел 12 выработки энергии, действию реакции горения или т.п., как показано на фиг.3.
<Узел 13 управления работой>
Как показано на фиг.3, узел 13 управления работой, применяемый для модуля выработки энергии в соответствии с этим вариантом выполнения, оперирует рабочей электроэнергией (второй электроэнергией), подаваемой от вышеописанного узла 11 источника вспомогательного питания, вырабатывает и выдает сигнал управления работой, основанный на информации различного вида внутри и снаружи системы 301 источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения, а именно информации (конкретно, определенное напряжение от нижеописанного узла 16 контроля напряжения), касающейся изменения составляющей напряжения (выходного напряжения) электроэнергии питания, которая изменяется в соответствии с состоянием приведения в действие устройства DVC (нагрузки LD), подсоединенного к системе 301 источника питания, и управляет рабочим состоянием нижеописанного узла 12 выработки энергии.
Т.е. конкретно, узел 13 управления работой приводится в действие электроэнергией, вырабатываемой узлом 11 источника вспомогательного питания, когда узел 12 выработки энергии не работает. Когда определяется информация о команде на пуск для нагрузки LD в результате изменения напряжения электроэнергии управления, подаваемой на устройство DVC, узел 13 управления работой выводит на нижеописанный узел 15 управления пуском сигнал управления работой для пуска узла 14 управления выводом (управление пуском). Кроме того, если узел 12 выработки энергии находится в рабочем режиме, когда информация, указывающая на образование разности между электроэнергией, необходимой для приведения в действие нагрузки LD, и электроэнергией, выдаваемой на нагрузку LD от узла 12 выработки энергии, определяется, исходя из изменения напряжения электроэнергии управления, подаваемой на устройство DVC (контроллер CNT), узел 13 управления работой выводит на нижеописанный узел 14 управления выводом сигнал управления работой для регулировки величины вырабатываемой электроэнергии (величины выработки энергии) в узле 12 выработки энергии. Таким образом, электроэнергия приведения в действие нагрузки, подаваемая на устройство DVC (нагрузку LD), может иметь соответствующую величину согласно состоянию приведения в действие нагрузки LD (управление с обратной связью).
С другой стороны, если узел 12 выработки энергии находится в рабочем режиме, когда состояние, при котором изменение напряжения электроэнергии для функционирования нагрузки, подаваемой на устройство DVC (нагрузку LD), выходит за пределы заранее определенного диапазона напряжений, относящегося к управлению с обратной связью, и становится чрезмерным, непрерывно определяется в течение заранее определенного времени независимо от выполнения управления с обратной связью, узел 13 управления работой выдает на узел 15 управления пуском сигнал управления работой для останова работы узла 14 управления выводом (управление аварийным остановом).
Кроме того, если узел 12 выработки энергии находится в рабочем режиме, когда определяется информация о команде на останов функционирования нагрузки LD, исходя из изменения напряжения электроэнергии управления, подаваемой на устройство DVC, узел 13 управления работой выдает на узел 15 управления пуском сигнал управления работой для прекращения работы узла 14 управления выводом (управление нормальным остановом).
Как описано ниже, в случае применения конструкций, устанавливающих электрическое соединение с устройством DVC (нагрузкой LD) посредством использования только положительных и отрицательных клеммных электродов в виде внешней формы системы 301 источника питания, аналогично гальваническому
элементу общего назначения, состояние функционирования нагрузки LD может быть определено подачей электроэнергии питания, состоящей из электроэнергии контроллера или электроэнергии для приведения в действие нагрузки, на устройство DVC через положительные и отрицательные электроды и постоянным контролированием отклонения составляющей напряжения электроэнергии питания посредством использования узла 16 контроля напряжения. Кроме того, если устройство DVC имеет конструкцию, способную выводить информацию о приведении в действии нагрузки, касающуюся состояния функционирования устройства DVC (нагрузки LD) от контроллера CNT, система 301 источника питания может быть снабжена клеммой для ввода информации о функционировании нагрузки кроме положительных и отрицательных клеммных электродов.
<Узел 14 управление выводом>
Как показано на фиг.3, узел 14 управления выводом, применяемый для модуля выработки энергии в соответствии с этим вариантом выполнения, оперирует электроэнергией (электроэнергией пуска), подаваемой от вышеописанного узла 11 источника вспомогательного питания, непосредственно или через узел 15 управления пуском, основываясь на сигнале управления работой, выводимом от узла 13 управления работой, и управляет рабочим состоянием (пусковой стадией работы, установившейся стадией работы, стадией останова работы, величиной вырабатываемой электроэнергии (величиной выработки энергии)) в узле 12 выработки энергии.
Конкретно, узел 14 управления выводом содержит, например, средство регулировки расхода (узел 14а управления топливом) для регулировки количества расхода или количества выпуска топлива для выработки энергии, средство регулировки расхода (узел 14b управления воздухом) для регулировки расхода или количества выпуска кислорода для выработки энергии, средство регулировки температуры нагревателя (узел 14е управления нагревателем) для регулировки температуры нагревателя, предусмотренного для узла 12 выработки энергии, или т.п. В узле 12 выработки энергии, изображенном в каждом вышеупомянутом примере конструкции, узел 14 управления выводом управляет средством регулировки расхода и средством регулировки температуры нагревателя, основываясь на сигнале управления работой для подачи топлива для выработки энергии (жидкого топлива, сжиженного топлива или газообразного топлива), количество которого необходимо для вырабатывания и выдачи электроэнергии для функционирования нагрузки, состоящей из заранее определенной электроэнергии, и для оптимизации температуры нагревателя, способствуя реакциям различного вида в узле 12 выработки энергии, или т.п.
На фиг.26 представлена блок-схема, изображающая первичную структуру одного конкретного примера модуля выработки энергии, применяемого для системы источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения.
Т.е. в вышеописанном варианте выполнения, когда конструкция топливного элемента с реформингом топлива, изображенного в вышеупомянутом первом примере конструкции
(см. фиг.19), применяется в качестве узла 12 выработки энергии, можно создать узел 14а управления топливом для управления количеством топлива для выработки энергии (газообразного водорода, подаваемого на узел 210b топливного элемента), подаваемого на узел 12А источника питания, основываясь на сигнале управления работой от узла 13 управления работой, и узел 14b управления воздухом для управления количеством воздуха (газообразного кислорода, подаваемого на узел 210b топливного элемента), подаваемого на узел 12А выработки энергии, в качестве структуры узла 14 управления выводом, как показано на фиг.26.
В этом случае узел 14а управления топливом выполняет управление для извлечения из топливного блока 20А топлива для выработки энергии, воды и т.п. для образования газообразного водорода (H2), количество которого необходимо для получения заранее определенной электроэнергии (первой электроэнергии), реформинга их в газообразный водород (H2) посредством узла 210а реформинга топлива и подачи полученного газа на топливный электрод 211 узла 210b топливного элемента. Кроме того, узел 14b управления воздухом осуществляет управление для извлечения из атмосферы необходимого количества газообразного кислорода (O2) в соответствии с электрохимической реакцией (см. химические уравнения (6) и (7)), используя газообразный водород, и затем подачи его на воздушный электрод 212 узла 210b топливного элемента. Посредством регулировки количества газообразного водорода (H2) и газообразного кислорода (O2), подлежащих подаче на узел 12 выработки энергии, посредством такого узла 14а управления топливом и такого узла 14b управления воздухом можно управлять этапами развития электрохимической реакции в узле 12 выработки энергии (узле 210b топливного элемента) и можно управлять величиной электроэнергии, необходимой для выработки в виде электроэнергии для функционирования нагрузки, или выходным напряжением.
В этом случае узел 14b управления воздухом может быть установлен в режим постоянной подачи воздуха, когда узел 12 выработки энергии находится в рабочем режиме без управления количеством газообразного кислорода, необходимого для подачи на воздушный электрод 212 узла 12 выработки энергии, пока узел 14b управления воздухом может подавать воздух, соответствующий максимальному потреблению кислорода в единицу времени в узле 12 выработки энергии. Т.е. в конструкции модуля 10А выработки энергии, показанного на фиг.26, узел 14 управления выводом может быть выполнен для управления этапами развития электрохимической реакции только в виде узла 14а управления топливом. Кроме того, может быть предусмотрено нижеописанное воздушное отверстие (щель) вместо узла 14b управления воздухом, так что воздух (кислород) в количестве, превышающем минимальное количество, используемое для электрохимической реакции в узле 12 выработки энергии, может постоянно подаваться через воздушное отверстие.
<Узел 15 управления пуском>
Как показано на фиг.3, узел 15 управления пуском, применяемый для модуля выработки энергии в соответствии с этим вариантом выполнения, оперирует с электроэнергией, подаваемой от вышеупомянутого узла 11 источника вспомогательного питания, и выполняет управление пуском для перевода узла 12 выработки энергии из режима ожидания в режим работы, способный вырабатывать энергию посредством подачи электроэнергии (электроэнергии пуска), по меньшей мере, на узел 14 управления выводом (может быть включен в состав узел 12 выработки энергии в зависимости от конструкций), основываясь на сигнале управления работой, выводимом узлом 13 управления работой.
Конкретно, в структуре, показанной на фиг.26, если узел 12А выработки энергии (узел 210b топливного элемента) является неактивным, когда узел 15 управления пуском принимает сигнал управления работой для пуска узла 12А выработки энергии от узла 13 управления работой, электроэнергия пуска, выдаваемая от узла 11 источника вспомогательного питания, подается на узел 14а управления топливом узла 14 управления выводом, и электроэнергия пуска, выдаваемая узлом 11 источника вспомогательного питания, подается на узел 14е управления нагревателем узла 14 управления выводом. В результате узел 14а управления топливом управляет количеством топлива или т.п., необходимым для подачи на узел 210а реформинга топлива (или как на узел 210а реформинга топлива, так и на узел 210b топливного элемента), и узел 14е управления нагревателем регулирует величину электроэнергии, необходимой для подачи на нагреватель узла 210а реформинга топлива (или нагреватель узла 210а реформинга топлива и нагреватель узла 210b топливного элемента), тем самым управляя температурой нагревателя. Узел 210а реформинга топлива подает газообразный водород (H2), реформируемый из топлива или т.п. в нем, на топливный электрод узла 210b топливного элемента, и узел 14b управления воздухом подает газообразный кислород (О2) на воздушный электрод. Следовательно, узел 210b топливного элемента автоматически запускается и переводится в режим работы (установившийся режим) для вырабатывания заранее определенной электроэнергии (первой электроэнергии).
При функционирующем узле 12А выработки энергии, когда узел 15 управления пуском принимает сигнал управления работой для останова узла 12А выработки энергии (узла 210b топливного элемента) от узла 13 управления работой, он прекращает подачу газообразного водорода (H2) и газообразного кислорода (O2) на узел 210b топливного элемента посредством управления, по меньшей мере, узлом 14а управления топливом, узлом 14b управления воздухом и узлом 14е управления нагревателем. Таким образом, останавливается выработка электроэнергии (выработка энергии) для узла 210b топливного элемента, так что узел 210b топливного элемента переводится в режим ожидания, при котором работает только узел 11 источника вспомогательного питания, и узел 13 управления работой, нижеописанный узел 16 контроля напряжения и контроллер CNT устройства DVC, которые принимают электроэнергию (рабочую электроэнергию, электроэнергию контроллера) от узла 11 источника вспомогательного питания.
При этом, хотя описание приведено для случая, когда применяется топливный элемент типа реформинга топлива в качестве узла 12 выработки энергии и состояние работы (пусковая стадия работы, стадия останова работы) узла 12А выработки энергии управляется посредством управления подачей электроэнергии пуска на узел 14 управления выводом (узел 14а управления топливом и узел 14b управления воздухом) и узел 12А выработки энергии посредством узла 15 управления пуском для управления подачей/прекращением подачи топлива для выработки энергии и воздуха на узел 12А выработки энергии, рабочее состояние узла 12 выработки энергии может управляться, по существу, аналогичным управлением, даже если другие вышеупомянутые примеры конструкции (например, устройство выработки энергии, снабженное двигателем внутреннего сгорания, двигателем внешнего сгорания или т.п.) применяются для узла 12 выработки энергии. Кроме того, при применении топливного элемента с непосредственной подачей топлива, способного вырабатывать энергию при комнатной температуре в качестве узла 12 выработки энергии, нагреватель в узле 12 выработки энергии, узел 210а реформинга топлива или узел 14е управления нагревателем больше не нужны, и количество электроэнергии, необходимое для вырабатывания в узле 12 выработки энергии, может управляться только управлением подачей/прекращением подачи топлива для выработки энергии. Узел 15 управления пуском может поэтому управлять подачей электроэнергии пуска только на узел 14а управления топливом узла 14 управления выводом.
Дополнительно, хотя электроэнергия от узла 11 источника вспомогательного питания подается на узел 15 управления пуском и узел 14 управления выводом (узел 14а управления топливом в конструкции, показанной на фиг.26) в виде рабочей электроэнергии или электроэнергии пуска в конструкции, показанной на фиг.3, если электроэнергии, подаваемой от узла 11 источника вспомогательного питания, может быть недостаточно для электроэнергии, потребляемой узлом 14 управления выводом или т.п. во время установившейся стадии работы узла 12 выработки энергии, выдача электроэнергии может сопровождаться выдачей части электроэнергии, вырабатываемой в узле 12 выработки энергии, на узел 14 управления выводом или т.п. в дополнение к электроэнергии от узла 11 источника вспомогательного питания (см. стрелки пунктиром на фиг 3 и 26).
В этом случае, в качестве системы источника питания, узел 14 управления выводом управляет общим количеством топлива для выработки энергии, соответствующей увеличенной части электроэнергии, потребляемой самим узлом 14 управления выводом, и топлива для выработки энергии, соответствующего электроэнергии, подаваемой на устройство DVC, необходимой для подачи на узел 12 выработки энергии с тем, чтобы не уменьшить электроэнергию, подаваемую на устройство DVC (нагрузку LD) в виде электроэнергии функционирования нагрузки. Кстати, в конструкции, показанной на фиг.26, узел 14а управления топливом выполняет управление для подачи общего количества электроэнергии выработки энергии на топливный электрод 211 узла 210b топливного элемента через узел 210a реформинга топлива, и узел 14b управления воздухом выполняет управление для подачи воздуха в таком количестве, чтобы удовлетворялась потребность в кислороде, необходимом для вырабатывания достаточной электроэнергии (выработки энергии) в узле 210b топливного элемента, на воздушный электрод 212 узла 210b топливного элемента.
<Узел 16 контроля напряжения>
Как показано на фиг.3 и 4, узел 16 контроля напряжения, применяемый для модуля выработки энергии в соответствии с настоящим вариантом выполнения, определяет составляющую напряжения, смещенную в соответствии с состоянием (увеличение/уменьшение производительности) устройства DVC, приводимого в действие выходной электроэнергией, которая вырабатывается вышеописанным узлом 12 выработки энергии и выводится через клемму EL электрода (конкретно, клемму положительного электрода и клемму отрицательного электрода, описанные ниже, или любую другую клемму), предусмотренную в системе источника питания, а именно, посредством подачи электроэнергии, подаваемой на устройство DVC, подсоединенное к клемме EL электрода, и выводит ее на узел 13 управления работой.
Конкретно, когда нагрузка LD в устройстве DVC не функционирует, узел 16 контроля напряжения определяет изменение составляющей напряжения электроэнергии контроллера, которая вырабатывается узлом 11 источника вспомогательного питания и подается на устройство DVC (контроллер CNT) через клемму EL электрода. С другой стороны, когда нагрузка LD в устройстве DVC приведена в действие, узел 16 контроля напряжения определяет изменение составляющей напряжения электроэнергии для функционирования нагрузки, которая вырабатывается узлом 12 выработки энергии и подается на устройство DVC (нагрузку LD) через клемму EL электрода. В результате узел 13 управления работой выполняет управление пуском, управление с обратной связью, управление остановом и другие, которые описаны ниже, для системы источника питания, основываясь на определенном напряжении. В этом варианте выполнения поэтому каждая из электроэнергии контроллера и электроэнергии приведения в действие нагрузки, которые вырабатываются узлом 11 источника вспомогательного питания или узлом 12 выработки энергии и подаются на устройство DVC, является целевым объектом определения напряжения (напряжением контроля) узлом 16 контроля напряжения.
(В) Топливный блок 20
Топливный блок 20А, применяемый для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением, представляет собой, например, контейнер для хранения топлива с высокой степенью герметизации, который наполняется и загружается топливом FL для выработки энергии, состоящим из жидкого топлива, сжиженного топлива или газообразного топлива, включающего в себя водород в его композиционных составляющих. Как показано на фиг.3, топливный блок 20А имеет конструкцию для соединения с модулем 10А выработки энергии через интерфейсный узел 30А присоединяемым и отсоединяемым образом или конструкцию, интегрально соединяемую с ним. Топливо FL для выработки энергии, загруженное в топливной блок 20А, отбирается в модуль 10А выработки энергии через канал подачи топлива, предусмотренный для нижеописанного интерфейсного узла 30А, и топливо FL для выработки энергии, количество которого необходимо для вырабатывания электроэнергии (первой электроэнергии), имеющей заранее определенную характеристику напряжения в соответствии с состоянием (состоянием нагрузки) устройства DVC, подается на узел 12 выработки энергии посредством вышеописанного узла 14 управления выводом в любой данный момент времени.
В случае применения в качестве узла 11 источника вспомогательного питания конструкции для вырабатывания электроэнергии (второй электроэнергии) посредством использования части топлива FL для выработки энергии, загруженного в топливный блок 20А, как описано выше, и использования электрохимической реакции, реакции каталитического горения или действия по преобразованию динамической энергии и т.п., по меньшей мере минимальное количество топлива для выработки энергии, необходимое для вырабатывания электроэнергии, которой может быть электроэнергия контроллера устройства DVC и рабочая энергия узла 13 управления работой, постоянно подается на узел 11 источника вспомогательного питания через интерфейсный узел 30А.
В частности, в случае применения в качестве системы 301 источника питания конструкции, в которой модуль 10А выработки энергии и топливный блок 20А могут подсоединяться и отсоединяться без ограничения, топливо FL для выработки энергии подается на модуль 10А выработки энергии только тогда, когда топливный блок 20А связан с модулем 10А выработки энергии. В этом случае, когда топливный блок 20А не связан с модулем 10А выработки энергии, топливный блок 20А снабжен, например, средством предотвращения утечки топлива, имеющим клапан управления или т.п., который перекрывает давление загрузки топлива внутри топливного блока 20А или физическое давление пружины или т.п., чтобы предотвратить загруженное в нем топливо FL для выработки энергии от утечки наружу из топливного блока 20А. Когда топливный блок 20А соединен с модулем 10А выработки энергии через интерфейсный узел 30А и средство (средство отключения предотвращения утечки), которое предусмотрено в интерфейсном узле 30А и которое отключает функцию предотвращения утечки под действием средства предотвращения утечки топлива, таким образом вводится в контакт с топливным блоком 20А или оказывает давление на него, таким образом переключается закрытое состояние клапана управления, и, например, топливо FL для выработки энергии, загруженное в топливный блок 20А, подается на модуль 10А выработки энергии через интерфейсный узел 30А.
В топливном блоке 20А, имеющем такую конструкцию, когда топливный блок 20А отделен от модуля 10А выработки энергии до израсходования топлива FL для выработки энергии, загруженного в топливный блок 20А, может быть предотвращена утечка топлива FL для выработки энергии повторным приведением в действие функции предотвращения утечки средства предотвращения утечки топлива (например, приведением средства отключения предотвращения утечки в состояние отсутствия контакта, снова вызывая закрытие клапана управления), и топливный блок 20А может переноситься независимо.
Предпочтительно, чтобы топливный блок 20А имел то же назначение, что и вышеописанный контейнер для хранения топлива и был выполнен из материала, который в принципе существует в природе при определенных окружающих условиях и может быть превращен в вещества, которые составляют природу, или вещества, которые не вызывают загрязнение окружающей среды.
Т.е. топливный блок 20А может быть выполнен из полимерного материала (пластмассы) или т.п., имеющего свойства, включающие в себя реакции разложения различного вида так, что материал может быть превращен в вещества, которые не являются вредными для природы (вещества, которые, в принципе, существуют в природе и составляют природу, например вода и углекислый газ или т.п.), под действием микробов или ферментов в почве, облучения солнечными лучами, дождевой воды, атмосферного воздуха или т.п., даже если весь или часть топливного блока 20А выбрасывается в природу или подвергается захоронению на мусорной свалке, например свойства разложения микробиологическим разрушением, свойства фотолиза, гидролизования, окислительной деструкции и т.п.
Топливный блок 20А может состоять из материала, из которого не образуются вредные вещества, такие как хлорсодержащие органические соединения (диоксиновой группы; хлорсодержащий дибенз-n-диоксин, хлорсодержащий дибензофуран), хлористоводородный газ или тяжелый металл, или загрязняющие окружающую среду вещества, или образование таких веществ устраняется, даже если выполняется искусственная обработка нагреванием/сжиганием или обработка реагентом/химическая обработка. Само собой разумеется, что материал (например, полимерный материал), составляющий топливный блок 20А, не может разлагаться, по меньшей мере, за короткое время в результате контакта с загруженным топливом FL для выработки энергии и не ухудшает загруженное топливо FL для выработки энергии, по меньшей мере, за короткое время до такой степени, что оно не может быть использовано в качестве топлива. Также, само собой разумеется, что топливный блок 20А, состоящий из полимерного материала, имеет достаточную прочность в отношении внешних физических нагрузок.
Как описано выше, принимая во внимание то состояние, что количество собираемых гальванических элементов для утилизации составляет только примерно 20%, а оставшиеся 80% выбрасываются в природу или подлежат захоронению на мусорной свалке, желательно применить материал, обладающий свойством разложения, и в особенности биоразлагающую пластмассу в качестве материала топливного блока 20А. Конкретно, лучше всего можно применить полимерный материал, включающий в себя органические соединения типа химического синтеза, синтезированные из нефтяного или растительного исходного материала (полимер молочной кислоты, алифатического сложного полиэфира, сложного сополиэфира или т.п.), микробный сложный биополиэфир, естественный продукт, использующий полимерный материал, включающий в себя крахмал, целлюлозу, хитин, хитозан или т.п., извлеченные из растительного исходного материала, такого как зерно или сахарный тростник, или другие.
Что касается топлива FL для выработки энергии, используемого в системе 301 источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения, предпочтительно, чтобы он не был загрязняющим веществом для природной среды, даже если топливный блок 20А, имеющий загруженное в нем топливо FL для выработки энергии, выбрасывается в природу или подвергается захоронению на мусорной свалке и вытекает в воздух, почву или воду, чтобы электроэнергия могла вырабатываться с высокой эффективностью преобразования энергии в узле 12 выработки энергии модуля 10А выработки энергии и чтобы само топливное вещество могло сохранять стабильное жидкое состояние или газообразное состояние при заранее определенных условиях загрузки (давлении, температуре или т.п.) и могло подаваться на модуль 10А выработки энергии. Конкретно, лучше всего можно применить жидкое топливо на основе спирта, такое как вышеупомянутый метанол, этанол или бутанол, сжиженное топливо, состоящее из углеводорода, например диметиловый эфир, изобутан или природный газ, которые являются газом при нормальной температуре и нормальном давлении, или газообразное топливо, такое как газообразный водород. Кстати, как описано ниже, безопасность системы источника питания может быть повышена путем создания конструкции, например, средства стабилизации топлива для стабилизации загруженного состояния топлива для выработки энергии в топливном блоке.
В соответствии с топливным блоком 20А и топливом FL для выработки энергии, имеющим такую структуру, даже если вся или часть системы 301 источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения выбрасывается в природу или искусственно подвергается захоронению на мусорной свалке, могут быть значительно уменьшены сжигание или химическая обработка, загрязнение воздуха, почвы или воды природной среды или образование гормона среды, тем самым способствуя предотвращению резкого ухудшения состояния окружающей среды, устранению обезображивания окружающей среды и предотвращению неблагоприятного влияния на тело человека.
В случае выполнения топливного блока 20А так, что он может быть присоединен к модулю 10А выработки энергии или отсоединен от него без ограничения, когда количество оставшегося загруженного топлива FL для выработки энергии снижается или это топливо израсходуется, топливом FL для выработки энергии можно пополнить топливный блок 20А или топливный блок 20А может быть заменен или повторно использован (утилизирован). Это может поэтому способствовать значительному снижению количества выбрасываемых топливных блоков 20А или модулей 10А выработки энергии. Кроме того, так как новый топливный блок 20А может быть заменен и подсоединен к единственному модулю 10А выработки энергии и этот модуль может быть присоединен к устройству DVC и использован, то можно создать систему источника питания, которая легко может быть использована в качестве элемента, аналогичного гальваническому элементу общего назначения.
В случае вырабатывания электроэнергии в узле 11 источника вспомогательного питания и узле 12 выработки энергии модуля 10А выработки энергии, даже если кроме электроэнергии образуется побочный продукт и этот побочный продукт неблагоприятно влияет на окружающую среду или если он, возможно, может оказывать свое влияние на функции, например он может вызывать неисправность устройства DVC, то можно применить конструкцию, в которой в топливном блоке 20А предусмотрено средство для хранения побочного продукта, собранного нижеописанным средством сбора побочного продукта. В этом случае, когда топливный блок 20А отсоединен от модуля 10A выработки энергии, можно применить конструкцию, имеющую, например, поглощающий полимер, способный поглощать, как поглощать, так и фиксировать, или фиксировать побочный продукт, для того чтобы предотвратить утечку побочного продукта, временно собранного и хранимого в топливном блоке 20А (средстве сбора/хранения), наружу из топливного блока 20А, или клапан управления, который закрывается физическим давлением, например, пружины. Конструкция средства сбора/хранения для побочного продукта описана ниже вместе со средством сбора побочного продукта.
(С) Интерфейсный узел 30
Интерфейсный узел 30, применяемый для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением, расположен между, по меньшей мере, модулем 10 выработки энергии и топливным блоком 20. Как показано на фиг.3, интерфейсный узел 30А, применяемый в качестве примера, имеет функцию для физического соединения друг с другом модуля 10А выработки энергии и топливного блока 20А и подачи топлива FL для выработки энергии, загруженного в топливный блок 20А, в заранее определенном состоянии на модуль 10А выработки энергии через канал подачи топлива. При этом, как описано выше, в случае применения в качестве системы 301 источника питания конструкции, в которой модуль 10А выработки энергии и топливный блок 20А могут быть соединены и разъединены без ограничения, интерфейсный узел 30А содержит средство отключения предотвращения утечки (трубку 52f подачи топлива) для отключения функции предотвращения утечки средства предотвращения утечки топлива (клапана 24А подачи топлива), предусмотренного в топливном блоке 20А в дополнение к каналу подачи топлива. Кроме того, как описано ниже, в случае применения конструкции, также предусматривающей средство сбора побочного продукта для сбора побочного продукта, образуемого в узле 11 источника вспомогательного питания и узле 12 выработки энергии модуля 10А выработки энергии, интерфейсный узел 30А выполнен так, что содержит канал 52е сбора побочного продукта для подачи побочного продукта в топливный блок 20А.
Конкретно, интерфейсный узел 30А подает на модуль 10А выработки энергии (узел 11 источника вспомогательного питания и узел 12 выработки энергии) топливо FL для выработки энергии, загруженное в топливный блок 20А, при заранее определенных условиях (температура, давление и др.) в виде жидкого топлива, сжиженного топлива или газообразного топлива (топливного газа), получаемого в результате испарения топлива, по каналу подачи топлива. В системе источника питания, в которой модуль 10А выработки энергии и топливный блок 20А выполнены интегрально при помощи интерфейсного узла 30А, топливо FL для выработки энергии, загруженное в топливный блок 20А, может постоянно подаваться на модуль 10А выработки энергии по каналу подачи топлива. С другой стороны, в системе источника питания, в которой модуль 10А выработки энергии и топливный блок 20А могут быть соединены и отсоединены без ограничения при помощи интерфейсного узла 30А, функция предотвращения утечки средства предотвращения утечки топлива, предусмотренного в топливном блоке 20А, отключается средством отключения предотвращения утечки, когда топливный блок 20А соединен с модулем 10А выработки энергии, и топливо FL для выработки энергии может подаваться на модуль 10А выработки энергии по каналу подачи топлива.
Кстати, в системе источника питания, в которой модуль 10А выработки энергии и топливный блок 20А интегрально образованы при помощи интерфейсного узла 30А, топливо FL для выработки энергии постоянно подается на модуль 10А выработки энергии независимо от присоединения системы источника питания к устройству DVC и отсоединения от него. Поэтому, когда электроэнергия вырабатывается в узле 11 источника вспомогательного питания, в некоторых случаях не может эффективно расходоваться топливо для выработки энергии. Таким образом, например, перед использованием системы источника питания (перед присоединением ее к устройству) может быть реализовано эффективное расходование топлива для выработки энергии посредством применения конструкции, в которой канал подачи топлива интерфейсного узла 30А поддерживается в выключенном (перекрытом) состоянии, выключенное состояние отключается при использовании системы источника питания, и канал подачи топлива окончательно переводится (по нему разрешается прохождение топлива) в состояние разрешения подачи топлива.
<Общий принцип действия первого варианта выполнения>
Общий принцип действия системы источника питания, имеющей вышеописанную конструкцию, ниже описывается со ссылкой на чертежи.
На фиг.27 представлена блок-схема, изображающая схематический принцип действия системы источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения. На фиг.28 представлен вид, изображающий начальное рабочее состояние (режим ожидания) системы источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения. На фиг.29 представлен вид, изображающий рабочее состояние пуска системы источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения. На фиг.30 представлен вид, изображающий установившееся рабочее состояние системы источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения. На фиг.31 представлен вид, изображающий рабочее состояние останова системы источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения. Здесь описывается принцип действия, в то же самое время осуществляя соответствующие ссылки на конструкцию вышеописанной системы источника питания (фиг.3 и 4).
Как показано на фиг.27, система 301 источника питания, имеющая конструкцию в соответствии с этим вариантом выполнения, управляется, в основном, для выполнения начальной стадии работы (шаги S101 и S102) для подачи топлива FL для выработки энергии, загруженного в топливный блок 20А, на модуль 10А выработки энергии, постоянно и непрерывно вырабатывая электроэнергию (вторую электроэнергию), которой может быть рабочая электроэнергия и электроэнергия контроллера в узле 11 источника вспомогательного питания, и выдачи этой электроэнергии на устройство DVC (контроллер CNT) через клеммы EL электродов (конкретно, клемму EL (+) положительного электрода и клемму EL (-) отрицательного электрода, показанные на фиг.28-31); пусковой стадии работы (шаги S103-S106) для подачи топлива FL для выработки энергии, загруженного в топливный блок 20А, на узел 12 выработки энергии, основываясь на приведении в действие нагрузки LD (переводя из нерабочего режима в режим функционирования) в устройстве DVC, вырабатывания электроэнергии (первой электроэнергии), которой может быть электроэнергия приведения в действие нагрузки, и вывода этой энергии на устройство DVC (нагрузку LD) через клеммы EL электродов (EL (+), EL (-)); установившейся стадии работы (шаги S107-S110) для регулировки количества топлива FL для выработки энергии, подлежащего подаче на узел 12 выработки энергии, основываясь на изменении состояния функционирования для нагрузки LD, и вырабатывания и вывода электроэнергии (первой электроэнергии), имеющей составляющую напряжения в соответствии с состоянием функционирования нагрузки; и стадии останова работы (шаги S111-S114) для отключения подачи топлива FL для выработки энергии на узел 12 выработки энергии, основываясь на останове нагрузки LD (переходе из состояния приведения в действие в состояние неприведения в действие), и останова вырабатывания электроэнергии (первой электроэнергии).
Ниже подробно описывается каждая стадия работы со ссылкой на фиг.28-31.
(А) Начальная стадия работы первого варианта выполнения
Сначала, на начальной стадии работы, в системе источника питания, в которой модуль 10А выработки энергии и топливный блок 20А выполнены объединенными друг с другом при помощи интерфейсного узла 30, например, посредством отмены отключенного состояния канала подачи топлива интерфейсного узла 30 в момент присоединения к устройству DVC, как показано на фиг.28, топливо для выработки энергии, загруженное в топливный блок 20А, перемещается по каналу подачи топлива под действием капиллярного явления канала подачи топлива и автоматически подается на узел 11 источника вспомогательного питания модуля 10А выработки энергии (шаг S101). Затем в узле 11 источника вспомогательного питания автономно вырабатывается и выводится, по меньшей мере, электроэнергия E1 (вторая электроэнергия), которой может быть рабочая электроэнергия узла 13 управления работой, и электроэнергия приведения в действие (электроэнергия контроллера) для контроллера CNT, включенного в устройство DVC, и она затем непрерывно подается на узел 13 управления работой и контроллер CNT (шаг S102).
С другой стороны, в системе источника питания, в которой модуль 10А выработки энергии и топливный блок 20А могут быть присоединены и отсоединены без ограничения посредством соединения топливного блока 20А с модулем 10А выработки энергии через интерфейсный узел 30, как показано на фиг.28, отключается функция предотвращения утечки средства предотвращения утечки топлива, предусмотренного в топливном блоке 20А, и топливо для выработки энергии, загруженное в топливный блок 20А, перемещается по каналу подачи топлива под действием капиллярного явления канала подачи топлива и автоматически подается на узел 11 источника вспомогательного питания модуля 10А выработки энергии (шаг S101). В узле 11 источника вспомогательного питания автономно вырабатывается и выводится электроэнергия Е1 (вторая электроэнергия), которой может быть рабочая электроэнергия и электроэнергия контроллера, и она затем непрерывно подается на узел 13 управления работой, узел 16 контроля напряжения и контроллер CNT (шаг S102).
Во всех случаях выдается только электроэнергия, которой может быть рабочая электроэнергия узла 13 управления работой и узла 16 контроля напряжения, пока система источника питания подсоединена к устройству DVC.
В результате соединения топливного блока 20А с модулем 10А выработки энергии через интерфейсный узел 30 система переходит в режим ожидания, при котором работают только узел 13 управления работой модуля 10А выработки энергии, узел 16 контроля напряжения и контроллер CNT устройства DVC. В этом режиме ожидания электроэнергия питания (электроэнергия контроллера; часть электроэнергии Е1), подаваемая на устройство DVC (контроллер CNT) через клемму EL (+) положительного электрода и клемму EL (-) отрицательного электрода, незначительно потребляется узлом 13 управления работой, узлом 16 контроля напряжения и контроллером CNT устройства DVC. Напряжение Vdd, которое несколько понизилось в результате расходования, определяется узлом 16 контроля напряжения в любой данный момент времени, и изменение напряжения Vdd контролируется узлом 13 управления работой. Кроме того, состояние функционирования нагрузки LD устройства DVC управляется контроллером CNT.
(В) Пусковая стадия работы первого варианта выполнения
Затем на пусковой стадии работы, как показано на фиг.29, когда контроллер CNT управляет переключателем LS для подачи электроэнергии в нагрузку LD, находящимся в проводящем состоянии в результате срабатывания для приведения в действие нагрузки LD, например в результате приведения в действие переключателя PS источника питания или т.п. (включение), предусмотренного в устройстве DVC, пользователем устройства DVC, часть электроэнергии питания (электроэнергия управления), подаваемая на контроллер CNT, подается на нагрузку в режиме ожидания, что приводит к резкому падению напряжения Vdd электроэнергии питания.
При определении резкого падения напряжения Vdd посредством узла 16 контроля напряжения (шаг S103) узел 13 управления работой выводит на узел 15 управления пуском сигнал управления работой для начала работы по выработке энергии (пуск) в узле выработки энергии (шаг S104). В результате подачи части электроэнергии (электроэнергии Е2), вырабатываемой узлом 11 подачи вспомогательной энергии, на узел 14 управления выводом (или узел 14 управления выводом и узел 12 выработки энергии) в виде электроэнергии пуска, основываясь на сигнале управления работой от узла 13 управления работой (шаг S105), узел 15 управления пуском подает топливо FL для выработки энергии, загруженное в топливный блок 20А, на узел 12 выработки энергии через узел 14 управления выводом и вырабатывает и выводит электроэнергию (первую электроэнергию), которой может быть электроэнергия для приведения в действие нагрузки. Электроэнергия, предназначенная для приведения в действие нагрузки, выдается в виде электроэнергии питания вместе с электроэнергией контроллера, вырабатываемой вышеописанным узлом 11 источника питания, через клемму EL (+) положительного электрода и клемму EL (-) отрицательного электрода и подается на контроллер CNT и нагрузку LD устройства DVC (шаг S106).
Поэтому, когда электроэнергия для приведения в действие нагрузки, вырабатываемая узлом 12 выработки энергии, подается на устройство DVC, напряжение Vdd электроэнергии питания постепенно повышается из состояния низкого уровня и достигает напряжения, достаточного для запуска нагрузки LD. Т.е., что касается приведения в действие нагрузки LD, то автоматически подается топливо FL для выработки энергии, и узел 12 выработки энергии начинает работу по выработке энергии. Кроме того, электроэнергия приведения в действие нагрузки, имеющая заранее определенное напряжение Vdd, автономно подается на устройство DVC (нагрузку LD). Следовательно, нагрузка LD может лучше всего приводиться в действие, а то же самое время обеспечивая характеристику электроэнергии, по существу, эквивалентную характеристике гальванического элемента общего назначения.
(С) Стадия установившейся работы первого варианта выполнения
Затем на стадии установившейся работы, как показано на фиг.30, узел 13 управления работой контролирует изменение напряжения Vdd (по существу изменение напряжения электроэнергии приведения в действие нагрузки) электроэнергии питания, подаваемой на устройство DVC через узел 16 контроля напряжения, в любой данный момент времени (шаг S107). Если узел 13 управления работой определяет изменение напряжения Vdd, так что напряжение электроэнергии питания выходит за пределы диапазона напряжений относительно заранее определенного значения (например, диапазона отклонения выходного напряжения в гальваническом элементе общего назначения), узел 13 управления работой выдает на узел 14 управления выводом сигнал управления работой для управления увеличением/уменьшением величины электроэнергии (величины выработки энергии), вырабатываемой в узле 12 выработки энергии, так что напряжение Vdd может быть установлено в пределах диапазона напряжений (шаг S108).
Узел 14 управления выводом регулирует количество топлива FL для выработки энергии, подаваемого на узел 12 выработки энергии, основываясь на сигнале управления работой от узла 13 управления работой (шаг S109), и выполняет управление с обратной связью, так что напряжение Vdd электроэнергии питания (электроэнергии приведения в действие нагрузки), подаваемой на устройство DVC, устанавливается в пределах заранее определенного диапазона напряжений (шаг S110). В результате, даже если меняется состояние функционирования нагрузки LD (состояние нагрузки) на стороне устройства DVC, можно управлять так, что напряжение электроэнергии питания может стремиться к соответствующему диапазону напряжений в соответствии с состоянием работы нагрузки LD, и может быть, следовательно, подана электроэнергия в соответствии с потреблением энергии устройством DVC (нагрузкой LD).
(D) Стадия останова работы первого варианта выполнения
Затем, на вышеописанной стадии установившейся работы, когда устройство DVC переходит из включенного состояния в выключенное состояние во время управления с обратной связью для электроэнергии питания или когда по некоторой причине вызывается непредусмотренная работа устройства DVC или системы 301 источника питания, узел 13 управления работой непрерывно определяет в течение заранее определенного времени состояние, что напряжение Vdd электроэнергии питания (электроэнергии приведения в действие нагрузки), подлежащей подаче на устройство DVC, выходит за пределы заранее определенного диапазона напряжений, при помощи узла 16 контроля напряжения. Когда определяется, что удовлетворяются условия для этого диапазона напряжений и непрерывного промежутка времени (шаг S111), узел 13 управления работой выполняет обработку определенного состояния, в качестве ошибки напряжения электроэнергии питания, и выдает на узел 14 управления выводом сигнал управления работой для останова вырабатывания электроэнергии в узле 12 выработки энергии (шаг S112). Основываясь на сигнале управления работой от узла 13 управления работой, узел 14 управления выводом отключает подачу топлива FL для выработки энергии на узел 12 выработки энергии и останавливает нагрев нагревателя, способствующего эндотермической реакции для вырабатывания водорода (шаг S113). В результате останавливается работа по вырабатыванию энергии в узле 12 выработки энергии, и останавливается подача электроэнергии (электроэнергии для приведения в действие нагрузки), кроме электроэнергии контроллера, на устройство DVC (шаг S114).
Т.е., например, если нагрузка LD прекращает работу при переводе переключателя LS, подающего электроэнергию на нагрузку LD, в выключенное состояние с использованием контроллера CNT, когда пользователь устройства DVC приводит в действие переключатель PS источника питания или т.п. (выключение), или если нагрузка останавливается (прекращает действие), когда система 301 источника питания удаляется из устройства DVC, напряжение электроэнергии питания может в значительной степени отклониться от заранее определенного диапазона напряжений, даже после выполнения управления с обратной связью для установки напряжения электроэнергии питания в диапазоне напряжений на вышеописанной стадии установившейся работы. Поэтому, когда такое состояние непрерывно определяется в течение заранее определенного периода времени узлом 13 управления работой, узел 13 управления работой определяет, что нагрузка LD устройства DVC остановлена или прекратила работу, и останавливает работу по вырабатыванию энергии в узле 12 выработки энергии. В результате, так как прекращается подача топлива FL для выработки энергии и узел 12 выработки энергии автоматически отключается в связи с остановом или т.п. нагрузки LD в устройстве DVC, узел 12 выработки энергии вырабатывает электроэнергию только тогда, когда устройство DVC нормально приводится в действие, и электродвижущая сила может поддерживаться в течение длительного периода времени, в то же самое время эффективно используя топливо для выработки энергии.
Как описано выше, в соответствии с системой источника питания этого варианта выполнения, так как можно выполнять управление подачей и отключением подачи электроэнергии, которой может быть заранее определенная электроэнергия приведения в действие нагрузки, и управление с целью регулировки величины вырабатываемой электроэнергии в соответствии с состоянием функционирования нагрузки (устройства или т.п.), подсоединенной к системе источника питания, без осуществления подачи топлива или т.п. извне системы источника питания, можно эффективно расходовать топливо для выработки энергии. Поэтому может быть создана система источника питания, которая имеет меньшую нагрузку на окружающую среду и обладает очень высокой эффективностью использования энергии, в то же самое время реализуя электрическую характеристику, которая, по существу, эквивалентна характеристике гальванического элемента общего назначения.
Кроме того, как описано ниже, уменьшаются размеры и масса системы источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения в результате интегрирования и формирования модуля выработки энергии в небольшой полости с применением метода производства посредством микрообработки, и она выполнена так, что имеет форму и размеры, по существу, идентичные форме и размерам гальванического элемента общего назначения, например батарейки размера АА, выполняя требования стандарта, такого как Японский промышленный стандарт. В результате можно достичь высокой совместимости с гальваническим элементом общего назначения как в отношении внешней формы, так и электрической характеристики (характеристики напряжение/электрический ток), что может способствовать дополнительной популяризации на существующих рынках элементов. Следовательно, вместо существующих гальванических элементов, имеющих многочисленные проблемы, например воздействие на состояние окружающей среды или эффективность использования энергии, можно легко распространить систему источника питания, применяющую устройство выработки энергии, посредством которого можно в значительной степени уменьшить выделение вредного вещества топливного элемента или т.п. и которое может достичь высокой эффективности использования энергии, и, следовательно, можно эффективно использовать энергетический ресурс, в то же самое время уменьшая влияние на окружающую среду.
[Второй вариант выполнения]
Второй вариант выполнения модуля выработки энергии, применяемого для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением, ниже описывается со ссылкой на чертежи.
На фиг.32 представлена блок-схема, изображающая второй вариант выполнения модуля выработки энергии, применяемого для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением, и на фиг.33 представлен вид, схематически изображающий взаимосвязь электрических соединений между системой источника питания (модуля выработки энергии) в соответствии с этим вариантом выполнения и устройством. В этом случае одинаковые позиции обозначают структуры, аналогичные структурам в вышеописанном первом варианте выполнения, тем самым упрощая или опуская их описание.
Как показано на фиг.32, модуль 10В выработки энергии в соответствии с этим вариантом выполнения, в основном, содержит: узел 11 источника вспомогательного питания (второе средство источника питания), имеющий функции, аналогичные функциям вышеописанного первого варианта выполнения (см. фиг.3); узел 12 выработки энергии (первое средство источника питания); узел 13 управления работой; узел 14 управления выводом; узел 15 управления пуском; узел 16 контроля напряжения (узел определения напряжения) и клеммный узел ELx для передачи заранее определенной информации, относящейся к контроллеру CNT, включенному в устройство DVC, к которому подсоединена система источника питания. В этом варианте выполнения система источника питания выполнена так, что управляет состоянием выработки энергии в модуле 10В выработки энергии (в частности, узлом 12 выработки энергии), основываясь, по меньшей мере, на информации о функционировании нагрузки (запросе электроэнергии), которая передается от контроллера CNT, включенного в устройство DVC, через клеммный узел ELx и соответствует состоянию приведения в действие нагрузки LD.
В этом варианте выполнения контроллер CNT устройства DVC, подсоединенного к системе источника питания, уведомляет систему источника питания информацией о приведении в действии нагрузки (запрос электроэнергии) в соответствии с состоянием функционирования нагрузки LD и имеет функцию в качестве средства управления приведением в действие нагрузки для управления состоянием работы нагрузки LD в соответствии с информацией о выработке энергии (информации, касающейся составляющих напряжения, информации об окончании пусковой стадии работы и информации об останове работы), указывающей состояние выработки энергии системы источника питания, основываясь на запросе электроэнергии.
В системе источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения, как показано на фиг.33, электроэнергия питания, состоящая из электроэнергии контроллера и электроэнергии приведения в действие нагрузки, выдаваемой от узла 11 источника вспомогательного питания и узла 12 выработки энергии, аналогичным образом обычно подается на контроллер СNТ и нагрузку LD устройства DVC через клемму EL единственного электрода, и составляющая напряжения этой электроэнергии питания (по существу электроэнергии приведения в действие нагрузки) определяется узлом 16 контроля напряжения в любой данный момент времени и контролируется узлом 13 управления работой.
<Общий принцип действия второго варианта выполнения>
Общий принцип действия системы источника питания, имеющей вышеописанную конструкцию, ниже описывается со ссылкой на чертежи.
На фиг.34 представлена блок-схема последовательности операций, изображающая схематично принцип действия системы источника питания в соответствии со вторым вариантом выполнения. На фиг.35 представлен вид, изображающий начальное состояние работы (режим ожидания) системы источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения. На фиг.36 и 37 представлены виды, изображающие пусковое состояние работы системы источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения. На фиг.38 и 39 представлены виды, изображающие состояние установившейся работы системы источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения. На фиг.40-42 представлены виды, изображающие состояние останова работы системы источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения. При этом описывается принцип действия с соответствующими ссылками на структуру вышеописанной системы источника питания (фиг.32 и 33}.
В этом варианте выполнения при приеме информации о приведении в действие нагрузки, касающейся управления приведением в действие нагрузки, передаваемой от контроллера CNT, включенного в устройство DVC, через клеммный узел ELx, кроме клеммы EL (+) положительного электрода и клеммы EL (-) отрицательного электрода, узел 13 управления работой, предусмотренный в модуле 10В выработки энергии, выполняет последовательность управления работой, описанную ниже. В дополнение к общему принципу действия этого варианта выполнения, описанному ниже, весь или только часть общего принципа действия вышеупомянутого первого варианта выполнения может одновременно выполняться параллельным образом.
Т.е., как показано на фиг.34, аналогично вышеописанному первому варианту выполнения, система 301 источника питания, имеющая структуру в соответствии с этим вариантом выполнения, в основном, управляется для выполнения: начальной стадии работы (шаги S201 и S202) для постоянного и непрерывного вырабатывания и вывода электроэнергии, которой может быть рабочая электроэнергия для узла 13 управления работой и электроэнергия функционирования контроллера CNT (электроэнергия контроллера), посредством узла 11 источника вспомогательного питания; пусковой стадии работы (шаги S203-S206) для вырабатывания и вывода электроэнергии, которой может быть электроэнергия приведения в действие нагрузки, посредством подачи электроэнергии пуска на узел 12 выработки энергии и узел 14 управления выводом, основываясь на приведении в действие нагрузки LD; стадии установившейся работы (шаги S207-S210) для вырабатывания и вывода электроэнергии (электроэнергии приведения в действие нагрузки) в соответствии с состоянием функционирования нагрузки посредством регулировки количества топлива FL для выработки энергии, подаваемого на узел 12 выработки энергии, основываясь на изменении состояния нагрузки LD; и стадии останова работы (шаги S211-S214) для окончания вырабатывания электроэнергии, которой может быть электроэнергия приведения в действие нагрузки посредством прекращения подачи топлива FL для выработки энергии на узел 12 выработки энергии, основываясь на останове нагрузки LD.
(А) Начальная стадия работы второго варианта выполнения
Сначала, на начальной стадии работы, как показано на фиг.35, аналогично первому варианту выполнения, топливо для выработки энергии, загруженное в топливный блок 20В, автоматически подается на узел 11 источника вспомогательного питания модуля 10В выработки энергии через канал подачи топлива, предусмотренный в интерфейсном узле 30В (шаг S201), и электроэнергия (вторая электроэнергия), которой может быть рабочая электроэнергия и электроэнергия контроллера, автономно вырабатывается и выводится узлом 11 источника вспомогательного питания. Кроме того, рабочая электроэнергия непрерывно подается на узел 13 управления работой, и система источника питания подсоединена к устройству DVC. В результате электроэнергия контроллера подается в качестве электроэнергии питания (напряжение Vs) на контроллер CNT, встроенный в устройство DVC, через клемму EL (+) положительного электрода и клемму EL (-) отрицательного электрода, предусмотренные в системе источника питания (шаг S202). Затем режим переключается в режим ожидания, при котором работают только узел 13 управления работой модуля 10А выработки энергии и контроллер CNT устройства DVC. В режиме ожидания узел 13 управления работой постоянно контролирует информацию о приведении в действие нагрузки (вышеописанные запросы электроэнергии различных видов), передаваемую от контроллера CNT устройства DVC через клеммный узел ELx в соответствии с состоянием приведения в действие нагрузки.
(В) Пусковая стадия работы второго варианта выполнения
Затем на пусковой стадии работы, как показано на фиг.36, например, когда пользователь устройства DVC приводит в действие переключатель PS источника питания или т.п., предусмотренный в устройстве DVC, (включение), сигнал запроса подачи электроэнергии, запрашивающий подачу электроэнергии (первой электроэнергии), которой может быть электроэнергия приведения в действие нагрузки, сначала выводится в виде информации о приведении в действии нагрузки от контроллера CNT на узел 13 управления работой модуля 10В выработки энергии через клеммный узел ELx. После приема информации о приведении в действие нагрузки от контроллера CNT (шаг S203) узел 13 управления работой выводит на узел 15 управления пуском сигнал управления работой для начала работы (пуска) узла 12 выработки энергии (шаг S204). Основываясь на сигнале управления работой от узла 13 управления работой, узел 15 управления пуском подает топливо FL для выработки энергии, загруженное в топливный блок 20В, на узел 12 выработки энергии через узел 14 управления выводом и вырабатывает и выводит электроэнергию (первую электроэнергию), которой может быть электроэнергия приведения в действие нагрузки, посредством подачи части электроэнергии (электроэнергии Е2), вырабатываемой узлом 11 источника вспомогательного питания, в виде электроэнергии пуска на узел 14 управления выводом (или узел 14 управления выводом и узел 12 выработки энергии) (шаг S205). Электроэнергия приведения в действие нагрузки подается на устройство DVC в виде электроэнергии питания вместе с электроэнергией контроллера, вырабатываемой вышеописанным узлом 11 источника вспомогательного питания, через клемму EL (+) положительного электрода и клемму EL (-) отрицательного электрода (шаг S206). В этом отношении напряжение электроэнергии питания, подаваемой на устройство, изменяется, с тем чтобы постепенно увеличиваться от напряжения Vs в вышеописанном режиме ожидания.
В этом случае, на вышеописанной пусковой стадии работы, как показано на фиг.36, при выводе сигнала управления работой для пуска узла 12 выработки энергии на шаге S204 узел 13 управления работой определяет изменение напряжения электроэнергии питания (по существу, электроэнергии приведения в действие нагрузки), которая вырабатывается и выдается узлом 12 выработки энергии и подается на устройство DVC через узел 16 контроля напряжения в любой данный момент времени посредством перевода переключателя MS в проводящее состояние, с тем чтобы подключить узел 16 контроля напряжения между клеммой EL (+) положительного электрода и клеммой EL (-) отрицательного электрода. Затем, как показано на фиг.37, узел 13 управления работой передает через клеммный узел ELx от контроллера CNT в устройстве DVC сами данные о напряжении электроэнергии питания, определенные узлом 16 контроля напряжения в любой данный момент времени, или сигнал окончания пусковой стадии работы, указывающий на то, что было достигнуто заранее определенное напряжение Va, основываясь на запросе подачи электроэнергии, в качестве информации о работе по выработке энергии. Когда напряжение электроэнергии питания, подаваемой через клемму EL (+) положительного электрода и клемму EL (-) отрицательного электрода, достигнет напряжения Va, подходящего для приведения в действие нагрузки LD, контроллер CNT переводится переключателем LS в проводящее состояние и подает электроэнергию питания (электроэнергию приведения в действие нагрузки) от системы источника питания для приведения в действие нагрузки LD, основываясь на информации о работе по выработке энергии, передаваемой от узла 13 управления работой.
(С) Стадия установившейся работы второго варианта выполнения
Затем на стадии установившейся работы, как показано на фиг.38, аналогично шагам S107-S110, описанным в связи с первым вариантом выполнения, узел 13 управления работой контролирует изменение напряжения Va электроэнергии питания (по существу, изменение напряжения электроэнергии приведения в действие нагрузки), подаваемой на устройство DVC, посредством узла 16 контроля напряжения в любой данный момент времени и выполняет управление с обратной связью, так что напряжение электроэнергии питания может быть установлено в пределах диапазона напряжений, основываясь на заранее определенном указанном значении.
При такой стадии установившейся работы, когда новое состояние нагрузки LD управляется и устанавливается контроллером CNT устройства DVC, как показано на фиг.39, сигнал запроса изменения электроэнергии, запрашивающий подачу новой электроэнергии (например, подачу электроэнергии питания, имеющей напряжение Vb) в соответствии с состоянием функционирования нагрузки LD, выводится на узел 13 управления работой через клеммный узел ELx в качестве информации о функционировании нагрузки. После приема информации о функционировании нагрузки узел 13 управления работой выводит на узел 14 управления выводом сигнал управления работой для задания электроэнергии, вырабатываемой и выводимой узлом 12 выработки энергии в отношении узла 15 управления пуском, равной величине электроэнергии приведения в действие нагрузки в соответствии с новым состоянием функционирования нагрузки LD (шаг S208).
Основываясь на сигнале управления работой от узла 13 управления работой, узел 14 управления выводом регулирует количество топлива FL для выработки энергии, подлежащего подаче на узел 12 выработки энергии, или время нагрева и температуру нагрева нагревателя (шаг S209) и управляет так, что электроэнергия питания, подаваемая на устройство DVC, (электроэнергия приведения в действие нагрузки) может иметь напряжение, соответствующее новому состоянию функционирования нагрузки LD (шаг S210). Т.е. узел 13 управления работой изменяет указанное значение для установки диапазона напряжений, относящегося к управлению с обратной связью, равным напряжению Vb, основываясь на сигнале запроса изменения электроэнергии посредством приема сигнала запроса изменения электроэнергии, и управляет величиной выработки энергии в узле 12 выработки энергии, так что может вырабатываться электроэнергия приведения в действие нагрузки, имеющая напряжение, соответствующее измененному диапазону напряжений. В результате, так как соответствующая электроэнергия подается в соответствии с состоянием функционирования (состоянием нагрузки) нагрузки LD на стороне устройства DVC, может быть подана электроэнергия, соответствующая потреблению энергии устройством DVC (нагрузкой LD), и может должным образом приводиться в действие нагрузка LD. Также, так как может быть уменьшено большое изменение напряжения электроэнергии питания, вызванное изменением состояния нагрузки LD, можно держать под контролем появление эксплуатационной неисправности или т.п. в устройстве DVC.
(D) Стадия останова работы второго варианта выполнения
Затем на вышеупомянутой стадии установившейся работы, как показано на фиг.40, аналогично шагам S111-S114, описанным в связи с первым вариантом выполнения, в результате перевода устройства DVC из включенного состояния в выключенное состояние (например, переключатель LS для подачи электроэнергии приведения в действие нагрузки на нагрузку LD переводится в положение отключения) во время управления с обратной связью электроэнергией питания или в результате неисправности устройства DVC или системы 301 источника питания, вызванной какой-либо причиной, когда состояние, при котором напряжение Va электроэнергии питания выходит за пределы заранее определенного диапазона напряжений, постоянно определяется в течение заранее определенного периода времени, узел 13 управления работой выполняет обработку этого определенного состояния как неверного напряжения и выдает сигнал управления работой на узел 14 управления выводом. Тем самым узел 13 управления работой, например, отключает подачу топлива FL для выработки энергии на узел 12 выработки энергии и управляет остановом работы по выработке энергии в узле 12 выработки энергии (операция автоматического отключения источника питания (автоматическое отключение энергии)).
Далее, на стадии установившейся работы, как показано на фиг.41, если нагрузка LD останавливается посредством перевода переключателя LS, подающего электроэнергию на нагрузку LD, в состояние отключения контроллером CNT, когда пользователь устройства DVC приводит в действие переключатель PS источника питания или т.п. (выключение), или если нагрузка остановилась (прекратила свою работу) в результате удаления системы 301 источника питания из устройства DVC, останов функционированием нагрузки LD управляется и воспринимается контроллером CNT устройства DVC, и сигнал запроса останова подачи электроэнергии, запрашивающий останов подачи электроэнергии питания (электроэнергии приведения в действие нагрузки) от системы источника питания, выдает на узел 13 управления работой через клеммный узел ELx информацию о приведении в действие нагрузки. После приема информации о приведении в действие нагрузки (шаг S211) узел 13 управления работой выводит на узел 14 управления выводом сигнал управления работой для останова выработки электроэнергии в узле 12 выработки энергии (шаг S212). Основываясь на сигнале управления работой от узла 13 управления работой, узел 14 управления выводом отключает подачу топлива FL для выработки энергии на узел 12 выработки энергии и останавливает нагрев нагревателя, способствующего эндотермической реакции для образования водорода (шаг S213). Узел 14 управления выводом тем самым останавливает работу по выработке энергии в узле 12 выработки энергии и останавливает подачу электроэнергии (электроэнергии приведения в действие нагрузки), кроме электроэнергии контроллера, на устройство DVC (шаг S214).
Затем на стадии останова работы, изображенной на фиг.40 или 41, когда узел 13 управления работой выполняет отключение узла 12 выработки энергии посредством, например, вывода сигнала управления работой для останова выработки электроэнергии в узле 12 выработки энергии или посредством определения изменения напряжения электроэнергии питания (по существу, электроэнергии приведения в действие нагрузки), которое понижается в результате отключения узла 12 выработки энергии, при помощи узла 16 контроля напряжения в любой данный момент времени, как показано на фиг.42, узел 13 управления работой электрически отключает узел 16 контроля напряжения из положения между клеммой EL (+) положительного электрода и клеммой EL (-) отрицательного электрода и уведомляет через клеммный узел ELx контроллер CNT в устройстве DVC сигналом уведомления об отключении источника питания (сигналом уведомления об автоматическом отключении энергии), указывающим на останов работы по выработке энергии в узле 12 выработки энергии, или сигналом останова работы в виде информации о работе по выработке энергии. В результате прекращается подача топлива для выработки энергии, и узел 12 выработки энергии автоматически отключается для останова функционирования нагрузки LD в устройстве DVC. Затем останавливается подача электроэнергии приведения в действие нагрузки на устройство DVC, и система 301 источника питания и устройство DVC снова переходят в вышеописанный режим ожидания.
Как описано выше, в соответствии с системой источника питания этого варианта выполнения, аналогично первому варианту выполнения, управление подачей и остановом подачи электроэнергии, которой может быть заранее определенная электроэнергия приведения в действие, и управление регулировкой величины подлежащей вырабатыванию электроэнергии может быть активизировано в соответствии с состоянием устройства (нагрузки), подсоединенного к системе источника питания, и, в частности, узел 12 выработки энергии может выполнять работу по выработке энергии только в течение рабочего режима, при котором устройство DVC может нормально функционировать. Поэтому может эффективно расходоваться топливо для выработки энергии, и электродвижущая сила может поддерживаться в течение длительного времени. Следовательно, можно создать систему источника питания, которая может реализовать электрическую характеристику, по существу, эквивалентную характеристике гальванического элемента общего назначения, оказывает меньшую нагрузку на окружающую среду и обладает очень высокой эффективностью использования энергии.
В этом варианте выполнения, хотя описание было приведено в отношении двунаправленного уведомления об информации, при котором информация о состоянии нагрузки передается от устройства DVC на систему источника питания и информация о работе по выработке энергии передается от системы источника питания на устройство DVC, настоящее изобретение не ограничивается этим. Электроэнергия приведения в действие нагрузки в соответствии с состоянием нагрузки может вырабатываться и выводиться в системе источника питания (модуле выработки энергии) посредством выполнения, по меньшей мере, одностороннего уведомления об информации, что информация о приведении в действие нагрузки передается от устройства DVC на систему источника питания.
[Третий вариант выполнения]
Третий вариант выполнения модуля выработки энергии, применяемого для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением, ниже описывается со ссылкой на чертежи.
На фиг.43 представлена блок-схема, изображающая третий вариант выполнения модуля выработки энергии, применяемого для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением. При этом, аналогично вышеупомянутому второму варианту выполнения, хотя описание приведено в отношении конструкции, в которой заранее определенная информация передается между системой источника питания и устройством, к которому подсоединена система источника питания через клеммный узел ELx, само собой разумеется, что может быть создана конструкция, в которой система источника питания соединена с устройством только через клеммы электродов (клемму положительного электрода и клемму отрицательного электрода), и не осуществляется никакое специальное уведомление между системой источника питания и устройством, аналогично первому варианту выполнения. Кроме того, одинаковые позиции обозначают элементы, эквивалентные элементам в вышеупомянутых первом и втором вариантах выполнения, тем самым упрощая или опуская их описание.
В модулях 10А и 10В выработки энергии в соответствии с первым и вторым вариантом выполнения описание было приведено в отношении конструкции для непосредственного выпуска топлива FL для выработки энергии, используемого в узле 11 источника вспомогательного питания, наружу из системы 301 источника питания в виде отработанного газа или сбора топлива FL для выработки энергии нижеописанным средством сбора побочного продукта. В модуле 10С выработки энергии в соответствии с этим вариантом выполнения, однако, когда содержится конкретная топливная составляющая, такая как водород или водородное соединение, даже если операция по выработке энергии в узле 11 источника вспомогательного питания подразумевает или не подразумевает изменение составляющей в качестве соединения топлива FL для выработки энергии, топливо FL для выработки энергии, используемое в узле 11 источника вспомогательного питания, непосредственно повторно используется в качестве топлива для выработки энергии в узле 12 выработки энергии или повторно используется посредством извлечения конкретной составляющей топлива.
Конкретно, как показано на фиг.43, модуль 10С выработки энергии в соответствии с этим вариантом выполнения содержит: узел 11 источника вспомогательного питания, имеющий структуру и функцию, аналогичные структуре и функции в вышеописанном втором варианте выполнения (см. фиг.32); узел 12 выработки энергии; узел 13 управления работой; узел 14 управления выводом; узел 15 управления пуском; узел 16 контроля напряжения и электродный узел ELx. В частности, модуль 10С выработки энергии выполнен так, что все топливо для выработки энергии или часть его, используемого для вырабатывания электроэнергии в узле 11 источника вспомогательного питания (которое ради удобства ниже упоминается как "отработанный топливный газ"), может подаваться на узел 12 выработки энергии через узел 14 управления выводом без выпуска наружу из модуля 10С выработки энергии.
Узел 11 источника вспомогательного питания, применяемый для этого варианта выполнения, имеет конструкцию, способную вырабатывать и выдавать заранее определенную электроэнергию (вторую электроэнергию) без расходования и преобразования топливной составляющей топлива FL для выработки энергии, подаваемого от топливного блока 20 через интерфейсный узел 30 (например, устройство выработки энергии, показанное во втором, третьем, пятом или седьмом примере конструкции в вышеописанном первом варианте выполнения), или конструкцию для вырабатывания отработанного топливного газа, содержащего топливную составляющую, которая может быть использована для работы по выработке энергии в узле 12 выработки энергии, даже если расходуется и преобразуется топливная составляющая топлива FL для выработки энергии (например, устройство выработки энергии, показанное в четвертом или шестом примере конструкции в вышеописанном первом варианте выполнения).
В случае применения устройства выработки энергии, показанного в примерах конструкции с первого по шестой вышеупомянутого первого варианта выполнения, в качестве узла 12 выработки энергии в качестве топлива FL для выработки энергии, загруженного в топливный блок 20, применяется топливное вещество, обладающее воспламеняемостью или сгораемостью, например жидкое топливо на основе спирта, такое как метанол, этанол или бутанол, или сжиженное топливо, состоящее из углеводорода, такое как диметиловый эфир, изобутан или природный газ, или газообразное топливо, такое как газообразный водород.
Т.е. жидкое топливо или сжиженное топливо представляет собой жидкость, когда оно загружено в топливный блок 20 при заранее определенных условиях загрузки (температуре, давлении и др.). Такое топливо испаряется и становится топливным газом, имеющим высокое давление при переходе в заранее определенные окружающие условия, такие как нормальная температура или нормальное давление, в момент подачи на узел 11 источника вспомогательного питания. Также, когда топливный газ сжимается заранее определенным давлением для загрузки в топливный блок 20 и подачи на узел 11 источника вспомогательного питания, оно становится топливным газом, имеющим высокое давление в соответствии с давлением загрузки. Поэтому после вырабатывания электроэнергии (второй электроэнергии) из такого топлива FL для выработки энергии посредством использования, например, энергии давления топливного газа в узле 11 источника вспомогательного питания электроэнергия (первая электроэнергия) может быть получена в результате электрохимической реакции, реакции горения или т.п., используя отработанный топливный газ от узла 11 источника вспомогательного питания в узле 12 выработки энергии.
[Четвертый вариант выполнения]
Четвертый вариант выполнения модуля выработки энергии, применяемого для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением, ниже описывается со ссылкой на чертежи.
На фиг.44 представлена блок-схема, изображающая четвертый вариант выполнения модуля выработки энергии, применяемого для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением. Здесь, хотя описание приводится в отношении структуры, в которой заранее определенная информация передается между системой источника питания и устройством, к которому подсоединена система источника питания, аналогично вышеупомянутым второму и третьему вариантам выполнения, может быть применена структура (структура, описанная в связи с первым вариантом выполнения), в которой никакое специальное уведомление не осуществляется между системой источника питания и устройством. Кроме того, одинаковые позиции обозначают элементы, эквивалентные элементам вышеупомянутых вариантов выполнения с первого по третий, тем самым упрощая или опуская их описание.
Что касается модулей 10А и 10В выработки энергии в соответствии с вышеупомянутыми вариантами выполнения с первого по третий, то описание приводится в отношении применения конструкции в качестве узла 11 источника вспомогательного питания, в которой заранее определенная электроэнергия (вторая электроэнергия) постоянно и автономно вырабатывается в результате использования топлива для выработки энергии, подаваемого от топливного блока 20А и 20В. Однако модуль выработки энергии в соответствии с этим вариантом выполнения имеет структуру, в которой узел 11 источника вспомогательного питания постоянно и автономно вырабатывает заранее определенную электроэнергию без использования топлива FL для выработки энергии, загруженного в топливный блок.
Конкретно, как показано на фиг.44, модуль 10D выработки энергии в соответствии с этим вариантом выполнения содержит: узел 12 выработки энергии, имеющий структуру и функцию, аналогичные структуре и функции вышеупомянутого второго варианта выполнения (см. фиг.32); узел 13 управления работой; узел 14 управления выводом; узел 15 управления пуском; узел 16 контроля напряжения и электродный узел ELx, а также имеет узел 11 источника вспомогательного питания для постоянного и автономного вырабатывания заранее определенной электроэнергии (второй электроэнергии) без использования топлива FL для выработки энергии, загруженного в топливный блок.
В качестве конкретной конструкции узла 11 источника вспомогательного питания лучше всего можно применить, например, узел, использующий термоэлектрическое преобразование, основанное на разности температур в кольцевой среде системы 301 источника питания (выработка энергии на основе разности температур), а также узел, использующий фотоэлектрическое преобразование, основанное на световой энергии, поступающей извне системы 301 источника питания (фотоэлектрическая выработка).
Конкретный пример узла 11 источника вспомогательного питания ниже описывается со ссылкой на чертежи.
(Первый пример конструкции узла источника вспомогательного питания нетопливного типа)
На фиг.45А и 45В представлены схематические виды конструкции, изображающие первый пример конструкции узла источника вспомогательного питания, применяемого для модуля выработки энергии в соответствии с этим вариантом выполнения.
В первом примере конструкции, в качестве конкретного примера, узел 11S источника вспомогательного питания имеет конструкцию в виде устройства выработки энергии для вырабатывания электроэнергии посредством вырабатывания энергии термоэлектрическим преобразованием, используя разность температур в кольцевой среде внутри и снаружи системы 301 источника питания.
Как показано на фиг.45А, узел 11S источника вспомогательного питания в соответствии с первым примером конструкции имеет, например, конструкцию генератора энергии на основе разности температур, содержащего: узел 311 сохранения первой температуры, предусмотренный на одной торцевой части системы 301 источника питания; узел 312 сохранения второй температуры, предусмотренный на другой торцевой части системы 301 источника питания; элемент 313 термоэлектрического преобразования, одна торцевая часть которого подсоединена к части 311 узла сохранения первой температуры, а другой торец подсоединен к части 312 узла сохранения второй температуры. При этом узлы 311 и 312 сохранения первой и второй температуры выполнены так, что их количество теплоты изменяется в любой данный момент времени в соответствии с температурным состоянием кольцевой среды внутри и снаружи системы 301 источника питания, и их место размещения устанавливается так, что температуры в узлах 311 и 312 сохранения первой и второй температуры отличаются друг от друга.
Конкретно, например, можно применить конструкцию, в которой любой один из узлов 311 и 312 сохранения первой и второй температуры постоянно открыт для наружного воздуха или атмосферы через отверстие или т.п. (не показан), предусмотренное в устройстве DVC, к которому подсоединяется система 301 источника питания, так что он может поддерживаться при фиксированной температуре. Кроме того, элемент 313 термоэлектрического преобразования имеет конструкцию, эквивалентную конструкции, показанной в четвертом примере конструкции (см. фиг.8В) в вышеописанном первом варианте выполнения. Кстати, что касается конструкции узла 11S источника вспомогательного питания, имеющего генератор энергии на основе разности температур, то узел 11S источника вспомогательного питания также может быть интегрирован и образован в небольшой полости в результате применения метода производства посредством микрообработки в этом варианте выполнения, аналогично конструкции вышеописанных вариантов выполнения.
В узле 11S источника вспомогательного питания, имеющем такую конструкцию, как показано на фиг.45В, когда температурный градиент образуется между узлами 311 и 312 сохранения первой и второй температуры со смещением распределения температур в окрестности системы 301 источника питания, электродвижущая сила в соответствии с тепловой энергией, получаемой от температурного градиента, вырабатывается в результате термоэлектрического эффекта в элементе 313 термоэлектрического преобразования, таким образом создавая электроэнергию.
В результате применения устройства выработки энергии, имеющего такую конструкцию, для узла источника вспомогательного питания поэтому заранее определенная электроэнергия постоянно и автономно вырабатывается узлом 11S источника вспомогательного питания, пока существует смещение распределения температур в окрестности системы 301 источника питания, и она может быть подана на каждую конструкцию внутри и снаружи системы 301 источника питания. Кроме того, в соответствии с этой конструкцией, так как все топливо FL для выработки энергии, загруженное в топливный блок 20, может быть использовано для выработки электроэнергии (первой электроэнергии) в узле 12 выработки энергии, то может эффективно использоваться топливо для выработки энергии, и электроэнергия в качестве электроэнергии приведения в действие нагрузки может подаваться на устройство DVC в течение длительного периода времени.
Хотя описание было приведено в отношении генератора энергии на основе разности температур для вырабатывания электроэнергии в зависимости от смещения распределения температур в окрестности в результате термоэлектрического эффекта в этом примере конструкции, настоящее изобретение не ограничивается этим, и оно может иметь конструкцию для вырабатывания электроэнергии, основанную на явлении термоэлектронной эмиссии, когда свободные электроны испускаются с металлической поверхности в результате нагрева металла.
(Второй пример конструкции узла источника вспомогательного питания нетопливного типа)
На фиг.46А и 46В представлены схематические виды конструкции, изображающие второй пример конструкции узла 11Т источника вспомогательного питания, применимого для модуля выработки энергии в соответствии с этим вариантом выполнения.
Во втором примере конструкции, в качестве конкретного примера, узел источника вспомогательного питания имеет конструкцию в виде устройства выработки энергии для вырабатывания электроэнергии посредством выработки энергии фотоэлектрическим преобразованием, использующей световую энергию, поступающую извне системы 301 источника питания.
Как показано на фиг.46А, узел 11Т источника вспомогательного питания в соответствии с первым примером конструкции составляет, например, известный элемент с фотоэлектрическим преобразованием (солнечный элемент), имеющий полупроводник 321 р-типа и полупроводник 322 n-типа, соединенные вместе.
Когда такой элемент с фотоэлектрическим преобразованием освещается светом LT (световой энергией), имеющим заранее определенную длину волны, образуются пары электрон-положительная дырка вблизи узла 323 р-n-перехода в результате фотогальванического эффекта, и электроны (-), поляризованные электрическим полем в элементе с фотоэлектрическим преобразованием, дрейфуют к полупроводнику 322 n-типа, тогда как положительные дырки (+) дрейфуют к полупроводнику 321 р-типа, и образуется электродвижущая сила между электродами (между выходными клеммами Ое и Of), предусмотренными соответственно на полупроводнике р-типа и полупроводнике n-типа, тем самым создавая электроэнергию.
Здесь, вообще говоря, так как полость для размещения элемента (или блока источника питания) в существующем устройстве расположена там, где затрудненно поступление световой энергии (конкретно, солнечных лучей или света освещения) на заднюю сторону поверхности или т.п. устройства, или эта полость имеет конструкцию для размещения элемента полностью в устройстве, существует вероятность, что свет не сможет в достаточном количестве поступать на узел источника вспомогательного питания. В случае присоединения системы 301 источника питания, с которой применяется узел 11Т источника вспомогательного питания в соответствии с этим примером конструкции, к устройству DVC поэтому, как показано на фиг.46В, необходимо применить такую конструкцию, чтобы могла поступать минимальная световая энергия (свет LT, имеющий заранее определенную длину волны), необходимая для вырабатывания заранее определенной электроэнергии в узле 11Т источника вспомогательного питания, в результате применения конструкции, в которой открытая часть или часть HL заранее предусмотрены в устройстве DVC, или конструкцию, чтобы корпус устройства DVC состоял из прозрачного или полупрозрачного элемента, так чтобы, по меньшей мере, мог быть открытым узел 11 источника вспомогательного питания или модуль 10С выработки энергии.
В результате применения устройства выработки энергии, имеющего такую конструкцию, для узла источника вспомогательного питания поэтому заранее определенная электроэнергия может постоянно и автономно вырабатываться узлом 11Т источника вспомогательного питания и подаваться на каждую конструкцию внутри и снаружи системы 301 источника питания, пока устройство DVC используется в окружающей среде, где может поступать заранее определенная световая энергия, например наружная среда или внутренняя среда. Кроме того, в соответствии с этой конструкцией, так как все топливо FL для выработки энергии, загруженное в топливный блок 20, может быть использовано для создания электроэнергии (первой электроэнергии) в узле 12 выработки энергии, может эффективно использоваться топливо для выработки энергии.
Кстати, в этом примере конструкции на фиг.46В, хотя была описана только наиболее общая конструкция элемента с фотоэлектрическим преобразованием (солнечного элемента), настоящее изобретение не ограничивается этим, может быть применена конструкция, основанная на любой другой конфигурации или принципе, имеющем более высокую эффективность выработки энергии.
<Средство сбора побочного продукта>
Средство сбора побочного продукта, применяемое для системы источника питания в соответствии с каждым вышеупомянутым вариантом выполнения, ниже описывается со ссылкой на чертежи.
На фиг.47 представлена блок-схема, изображающая вариант выполнения средства сбора побочного продукта, применяемого для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением. Здесь, аналогично вышеупомянутым вариантам выполнения со второго по четвертый, хотя описание приведено в отношении структуры, в которой заранее определенная информация передается между системой источника питания и устройством, к которому подсоединена система источника питания, может быть использована структура, в которой не передается никакая специальная информация между системой источника питания и устройством (структура, описанная в связи с первым вариантом выполнения). Кроме того, одинаковые позиции обозначают элементы, эквивалентные элементам в каждом вышеупомянутом варианте выполнения, тем самым упрощая или опуская их описание.
В каждом из вышеописанных вариантов выполнения, когда применяется в качестве узла 12 выработки энергии или узла 11 источника вспомогательного питания конструкция для вырабатывания заранее определенной электроэнергии при помощи электрохимической реакции или реакции горения в результате использования топлива FL для выработки энергии, загруженного в топливный блок 20Е (узел выработки энергии или узел источника вспомогательного питания, показанные в каждом из вышеупомянутых примеров конструкции), кроме электроэнергии может выпускаться побочный продукт. Так как такой побочный продукт может содержать вещество, которое может вызывать резкое ухудшение состояния окружающей среды при его выпуске в природу, или вещество, которое в некоторых случаях может быть условием неисправности устройства, к которому присоединена система источника питания, то предпочтительно применять конструкцию, включающую в себя средство сбора такого побочного продукта, как описано ниже, так как необходимо насколько возможно устранить выпуск такого побочного продукта.
В модуле 10Е выработки энергии, топливном блоке 20Е и интерфейсном узле 30Е, имеющими структуру и функции, эквивалентные конструкциям и функциям в каждом из вышеописанных вариантов выполнения, как показано на фиг.47, средство сбора побочного продукта, применяемое для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением, имеет конфигурацию, в которой, например, узел 17 сбора отделенного продукта для сбора всего побочного продукта или его части, образуемого во время вырабатывания электроэнергии в узле 12 выработки энергии, предусмотрен в модуле 10Е выработки энергии, и узел 21 хранения собранного продукта для постоянного хранения собранного побочного продукта предусмотрен в топливном блоке 20Е. Кстати, хотя ниже подробно описан только случай, когда собирается побочный продукт, образуемый в узле 12 выработки энергии, само собой разумеется, что такая структура аналогичным образом может быть применена для узла 11 источника вспомогательного питания.
Узел 17 сбора отделенного продукта имеет конструкцию, показанную в каждом из вышеописанных вариантов выполнения. В узле 12 выработки энергии (может быть включен узел 11 источника вспомогательного питания) для вырабатывания электроэнергии, которой может быть электроэнергия приведения в действие нагрузки (напряжение/электрический ток) в отношении устройства DVC, к которому присоединяется система 301 источника питания, узел 17 сбора отделенного продукта отделяет побочный продукт, образуемый во время вырабатывания электроэнергии, или конкретную составляющую в побочном продукте и подает ее на узел 21 хранения собранного продукта, предусмотренный в топливном блоке 20Е, по каналу сбора побочного продукта, расположенному в интерфейсном узле 30Е.
Кстати, в узле 12 выработки энергии (может быть включен в состав узел 11 источника вспомогательного питания), к которому применяется каждый из вышеупомянутых вариантов выполнения, побочными продуктами, образуемыми во время вырабатывания электроэнергии, являются вода (H2O), окись азота (NOx), окись серы (SOx) и др., и все они или часть их, или только конкретная составляющая собирается узлом 17 сбора отделенного продукта и подается на канал сбора побочного продукта. Тем временем, если собранный побочный продукт находится в жидком состоянии, может быть использовано капиллярное явление для автоматической подачи побочного продукта от узла 17 сбора отделенного продукта на узел 21 хранения собранного продукта посредством образования канала сбора побочного продукта, так что его внутренний диаметр может непрерывно изменяться.
Далее, узел 21 хранения собранного продукта предусмотрен внутри топливного блока 20Е или как его часть и выполнен так, что он способен подавать и хранить побочный продукт, собранный узлом 17 сбора отделенного продукта только тогда, когда топливный блок 20Е соединен с модулем 10Е выработки энергии. Т.е. в системе источника питания, выполненной так, что топливный блок 20Е может быть подсоединен к модулю 10Е выработки энергии или отсоединен от него без ограничения, когда топливный блок 20Е отделяется от модуля 10Е выработки энергии, собранный и сохраняемый побочный продукт или конкретная составляющая могут постоянно или безвозвратно храниться в узле 21 хранения собранного продукта, так что побочный продукт или конкретная составляющая не могут вытекать или выпускаться наружу из топливного блока 20Е.
При этом, как описано выше, в тех случаях, когда вода (H2O), окись азота (NOx) или окись серы (SОх) образуются в качестве побочного продукта в результате вырабатывания энергии в узле 12 выработки энергии, так как вода (H2O) находится в жидком состоянии при нормальной температуре и при нормальном давлении, побочный продукт лучше всего можно подавать на узел 21 хранения собранного продукта по каналу сбора побочного продукта. Однако в случае побочного продукта, такого как окись азота (NOx) или окись серы (SОх), температура испарения которых ниже нормальной температуры при нормальном давлении и которые находятся в газообразном состоянии, поскольку существует возможность, что их кубический объем станет чрезмерно большим и превысит заранее установленную емкость узла 21 хранения собранного продукта, собранный побочный продукт может быть сжижен, и его кубический объем может быть уменьшен посредством увеличения давления воздуха в узле 17 сбора отделенного продукта и в узле 21 хранения собранного продукта, таким образом сохраняя побочный продукт в узле 21 хранения собранного продукта.
Поэтому в качестве конкретной конструкции узла 21 хранения собранного продукта лучше всего можно применить конструкцию, способную, например, необратимо поглощать, как поглощать, так и фиксировать или фиксировать собранный побочный продукт или конкретную составляющую, например конструкцию, в которой поглощающий полимер наполняет узел 21 хранения собранного продукта, или конструкцию, включающую в себя средство предотвращения утечки собранного материала, такое как клапан управления, который закрывается внутренним давлением узла 21 хранения собранного продукта или физическим давлением пружины, или т.п., аналогично вышеописанному средству предотвращения утечки топлива, предусмотренному в топливном блоке 20.
Кроме того, в системе источника питания, обеспеченной средством сбора побочного продукта, имеющим такую конструкцию, в случае применения в качестве узла 12 выработки энергии такого топливного элемента типа реформинга топлива, как показано на фиг.19, углекислый газ (CO2), образуемый вместе с газообразным водородом (H2), получаемым в результате реакции реформинга пара, реакции конверсии водой и избирательной окислительной реакции (см. химические реакции (1)-(3)) в узле 210а реформинга топлива, вода (H2O), образуемая вместе с вырабатыванием электроэнергии (первой электроэнергии), получаемой в результате электрохимической реакции (см. химические уравнения (6) и (7)) в узле 210b топливного элемента, выпускаются из узла 12 выработки энергии в качестве побочных продуктов. Однако, так как количество подлежащего подаче углекислого газа (CO2) очень незначительно и почти нет влияния на устройство, он выпускается наружу из системы источника питания как несобираемое вещество, и, с другой стороны, вода (H2O) или т.п. собирается узлом 17 сбора отделенного продукта. Затем она подается на узел 21 хранения собранного продукта в топливном блоке 20Е по каналу сбора побочного продукта, используя капиллярное явление, и, например, необратимо сохраняется в узле 21 хранения собранного продукта.
В этом случае, так как электрохимическая реакция (химические уравнения (2) и (3) ) в узле 12 выработки энергии (узле топливного элемента) происходит при температуре примерно 60-80°С, вода (H2O), образуемая в узле 12 выработки энергии, выпускается, по существу, в парообразном (газообразном) состоянии. Таким образом, узел 17 сбора отделенного продукта сжижает только водную (H2O) составляющую, например, посредством охлаждения паров, выпускаемых узлом 12 выработки энергии, или посредством приложения давления и отделяет ее от других газообразных составляющих, таким образом собирая эту составляющую.
Кстати, в этом варианте выполнения описание приведено для случая, когда топливный элемент с реформингом топлива применяется в качестве конструкции узла 12 выработки энергии, и метанол (СН3ОН) применяется в качестве топлива для выработки энергии. Поэтому относительно легко может быть реализовано отделение и сбор конкретной составляющей (а именно воды) в узле 17 сбора отделенного продукта, когда большей частью побочного продукта, получаемого в результате вырабатывания энергии, является вода (Н2О), а также небольшое количество углекислого газа (CO2) выпускается наружу из системы источника питания. Однако, когда отличное от метанола вещество применяется в качестве топлива для выработки энергии или когда отличная от топливного элемента конструкция применяется в качестве узла 12 выработки энергии, в некоторых случаях вместе с водой (H2O) может образовываться относительно большое количество углекислого газа (CO2), диоксида азота (NOx), диоксида серы (SОх) или т.п.
В этом случае после отделения, например, воды в виде жидкости от любой другой конкретной газообразной составляющей (углекислого газа или т.п.), образуемой в больших количествах в узле 17 сбора отделенного продукта посредством вышеописанного метода отделения, они могут храниться вместе или отдельно в одном или множестве узлов 21 хранения собранного продукта, предусмотренных в топливном блоке 20Е.
Как описано выше, в соответствии с системой источника питания, для которой применяется средство сбора побочного продукта в соответствии с этим вариантом выполнения, так как выпуск или утечка побочного продукта наружу из системы источника питания может быть уменьшена посредством необратимого хранения в узле 21 хранения собранного продукта, предусмотренном в топливном блоке 20Е, по меньшей мере одной составляющей побочного продукта, образуемой при вырабатывании электроэнергии модулем 10Е выработки энергии, можно предотвратить неисправность или ухудшение качеств устройства из-за побочного продукта (например, воды). Также, посредством сбора топливным блоком 20Е, удерживающим в себе побочный продукт, побочный продукт может быть соответствующим образом обработан способом, который не оказывает нагрузку на природную среду, тем самым предотвращая загрязнение природной среды или глобальное потепление из-за побочного продукта (например, углекислого газа).
Побочный продукт, собранный вышеописанным способом сбора отделенного продукта, необратимо сохраняется в узле хранения собранного продукта посредством следующей операции хранения.
На фиг.48А-48С представлены виды, изображающие принцип действия хранения побочного продукта средством сбора побочного продукта в соответствии с этим вариантом выполнения. Здесь одинаковые позиции обозначают конструкции, эквивалентные конструкциям в каждом из вышеупомянутых вариантов выполнения, тем самым упрощая или опуская их описание.
Как показано на фиг.48А, топливный блок 20 в соответствии с этим вариантом выполнения имеет фиксированный объем и содержит: полость 22А загрузки топлива, в которую загружается или которую наполняет топливо FL для выработки энергии, такое как метанол; полость 22В хранения собранного продукта для хранения в ней побочного продукта, такого как вода, подаваемого от узла 17 сбора отделенного продукта; и пакет 23 сбора, который соответствующим образом изменяет емкость полости 22В хранения собранного продукта и полностью отделяет полость 22В хранения собранного продукта от полости 22А загрузки топлива, как описано ниже; клапан 24А подачи топлива для подачи на узел 14 управления выводом топлива FL для выработки энергии, загруженного в полость 22А загрузки топлива; и клапан 24В впуска побочного продукта (впускной проход) для впуска побочного продукта, подаваемого от узла 17 сбора отделенного продукта в полость 22В хранения собранного продукта.
Как описано выше, как клапан 24А подачи топлива, так и клапан 24В впуска побочного продукта имеют конструкцию, снабженную, например, функцией обратного клапана, так что подача топлива FL для выработки энергии или впуск побочного продукта может быть разрешен только тогда, когда топливный блок 20 соединен с модулем 10Е выработки энергии через интерфейсный узел 30Е. Кстати, вместо обеспечения функции обратного клапана для клапана 24В впуска побочного продукта, как описано выше, может быть использована конструкция, в которой поглощающим (поглощающим воду) полимером или т.п. заполнен узел 22В хранения собранного продукта.
В топливном блоке 20, имеющем такую конструкцию, когда топливо для выработки энергии, загруженное в полость 22А загрузки топлива, подается на модуль 10Е выработки энергии (узел 12 выработки энергии, узел 11 источника вспомогательного питания) через клапан 24А подачи топлива, выполняется операция по вырабатыванию заранее определенной электроэнергии, и отделяется и собирается только конкретная составляющая (например, вода) в побочном продукте, образуемая узлом 17 сбора отделенного продукта при вырабатывании электроэнергии. Затем она извлекается и сохраняется в полости 22В хранения собранного продукта при помощи канала сбора побочного продукта и клапана 24В впуска побочного продукта.
В результате, как показано на фиг.48В и 48С, уменьшается объем топлива FL для выработки энергии, загруженного в полость 22А загрузки топлива, и, в целом, увеличивается объем конкретной составляющей или вещества, сохраняемого в полости 22В хранения собранного продукта. В этом случае применение конструкции, в которой поглощающий полимер или т.п. наполняет полость 22В хранения собранного продукта, может управлять объем полости 22В хранения собранного продукта, так что полость 22В хранения собранного продукта может иметь большую емкость, чем реальная емкость извлекаемого побочного продукта.
Поэтому, что касается зависимости между полостями 22А и 22В загрузки топлива, то эти полости не просто увеличиваются или уменьшаются относительно друг друга при работе по вырабатыванию электроэнергии (выработке энергии) в модуле 10 выработки энергии, а давление прикладывается к топливу FL для выработки энергии, загруженному в полость 22А загрузки топлива, растягивая пакет 23 сбора в направлении наружу посредством заранее определенного давления, как показано на фиг.48В, в соответствии с количеством побочного продукта, хранимого в полости 22В хранения собранного продукта. Подача топлива FL для выработки энергии на модуль 10Е выработки энергии может быть поэтому выполнена соответствующим образом, и топливо FL для выработки энергии, загруженное в полость 22А загрузки топлива, может подаваться до тех пор, пока оно не израсходуется полностью, посредством побочного продукта, хранимого в полости 22В хранения собранного продукта, как показано на фиг.48С.
Кстати, в этом варианте выполнения описание приведено для случая, когда весь побочный продукт или часть его, отделенный и собранный узлом 17 сбора отделенного продукта, дополнительно предусмотренным в модуле 10Е выработки энергии, собирается и сохраняется в топливном блоке 20, и несобираемое вещество выпускается наружу из системы 301 источника питания. Однако может быть применена конструкция, в которой весь собранный побочный продукт или часть его (например, вода) повторно используется в качестве топливной составляющей при вырабатывании электроэнергии в модуле 10Е выработки энергии (в частности, узле 12 выработки энергии и узле 11 источника вспомогательного питания). Конкретно, в конструкции, в которой устройство выработки энергии, состоящее из топливного
элемента, применяется в качестве узла 12 выработки энергии (может быть включен в состав узел 11 источника вспомогательного питания), вода образуется как часть побочного продукта. Как описано выше, однако, в топливном элементе типа реформинга топлива, так как вода необходима для реакции реформинга пара или т.п. топлива для выработки энергии, можно применить конструкцию, в которой часть воды в собранном побочном продукте подается на узел 12 выработки энергии и повторно используется для такой реакции, как указано пунктирными линиями (обозначенными как "собираемый материал, подлежащий повторному использованию") на фиг.47. В соответствии с этой конструкцией, так как может быть снижено количество воды, заранее загружаемое в топливный блок 20 вместе с топливом FL для выработки энергии для реакции реформинга пара или т.п., и количество побочного продукта (воды), сохраняемого в узле 21 хранения собранного продукта, большее количество топлива FL для выработки энергии может быть загружено в топливный блок 20, имеющий фиксированную емкость, тем самым улучшая возможности источника электроэнергии как системы источника питания.
<Средство определения остаточного количества>
Средство определения остаточного количества для топлива для выработки энергии, применяемое для системы источника питания в соответствии с каждым из вышеупомянутых вариантов выполнения, ниже описывается со ссылкой на чертежи.
На фиг.49 представлена блок-схема, изображающая вариант выполнения средства определения остаточного количества, применяемого для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением. Далее, на фиг.50 представлен вид, изображающий состояние в пусковой стадии работы системы источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения; на фиг.51 представлен вид, изображающий состояние стадии установившейся работы системы источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения; и на фиг.52 представлен вид, изображающий состояние стадии останова работы системы источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения. Здесь, аналогично вариантам выполнения со второго по четвертый, описание приведено для случая, когда заранее определенная информация передается между системой источника питания и устройством, к которому подсоединена система источника питания. Можно, однако, применить структуру, в которой не осуществляется никакое специальное уведомление между системой источника питания и устройством (конструкция, показанная в первом варианте выполнения). Кроме того, одинаковые позиции обозначают структурные элементы, эквивалентные элементам в каждом из вышеупомянутых вариантов выполнения, тем самым упрощая или опуская их описание.
Как показано на фиг.49, в модуле 10F выработки энергии, топливном блоке 20F и интерфейсном узле 30F, имеющих структуру и функцию, эквивалентные структурам и функциям в каждом из вышеупомянутых вариантов выполнения, средство определения остаточного количества топлива, применяемое для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением, имеет структуру, в которой узел 18 определения остаточного количества для определения количества топлива FL для выработки энергии, оставшегося в топливном блоке 20F, (остаточное количество) и выдачи его сигнала определения остаточного количества на узел 13 управления работой предусмотрен внутри любого из модуля 10F выработки энергии, интерфейсного узла 30F и топливного блока 20F (здесь внутри модуля 10F выработки энергии).
Узел 18 определения остаточного количества используется для определения количества топлива FL для выработки энергии, оставшегося в топливном блоке 20F. Например, когда топливо FL для выработки энергии загружается в топливный блок 20F в жидком состоянии, остаточное количество топлива FL для выработки энергии определяется посредством применения метода измерения уровня жидкости топлива оптическим датчиком или т.п. или метода измерения изменения ослабления света (коэффициента уменьшения силы света), прошедшего через топливо. Затем остаточное количество топлива FL для выработки энергии, определенное узлом 18 определения остаточного количества, выводится на узел 13 управления работой в виде сигнала определения остаточного количества. Основываясь на сигнале определения остаточного количества, узел 13 управления работой выводит сигнал управления работой для управления состоянием работы в узле 12 выработки энергии на узел 14 управления выводом и выводит информацию, касающуюся остаточного количества топлива для выработки энергии, на контроллер CNT, содержащийся в устройстве DVC. Необходимо заметить, что узел 18 определения остаточного количества приводится в действие электроэнергией от узла 11 источника вспомогательного питания всякий раз, когда топливный блок 20F, имеющий топливо FL для выработки энергии, загруженное в нем, соединяется с модулем 10F выработки энергии и интерфейсным узлом 30F.
В системе источника питания, имеющей такую конструкцию, в основном, может быть применено управление работой, эквивалентное управлению в вышеупомянутом втором варианте выполнения (включая случай, когда управление работой в первом варианте выполнения одновременно выполняется параллельным образом), и управление работой, присущее этому варианту выполнения, такое как описанное ниже, может быть применено в дополнение к вышеуказанному управлению.
Сначала на пусковой стадии работы при общем принципе работы, описанном в связи с первым и вторым вариантами выполнения (см. фиг.27 и 34), когда узел 13 управления работой определяет изменение напряжения электроэнергии питания при помощи узла 16 контроля напряжения или когда он принимает информацию о приведении в действие нагрузки, которая передается с контроллера СNТ, содержащегося в устройстве DVC, и запрашивает подачу электроэнергии, узел 13 управления работой обращается к сигналу определения остаточного количества от узла 18 определения остаточного количества и принимает решение, остается ли топливо FL для выработки энергии, количество которого достаточно для нормального пуска узла 12 выработки энергии, перед работой по выводу на узел 15 управления пуском сигнала управления работой для пуска узла 12 выработки энергии (шаги S104 или S204).
Когда узел 13 управления работой определяет, что топливо для выработки энергии имеется в достаточном количестве, необходимом для пусковой стадии работы для узла 12 выработки энергии, остается в топливном блоке 20F, основываясь на сигнале определения остаточного количества, узел 13 управления работой выполняет пусковую стадию работы (шаги S104-S106 или S204-S206), описанную в связи с вышеупомянутым первым или вторым вариантом выполнения, вырабатывает электроэнергию приведения в действие нагрузки узлом 12 выработки энергии и подает заранее определенную мощность питания на устройство DVC.
С другой стороны, как показано на фиг.50, когда узел 13 управления работой определяет, что топливо для выработки энергии в достаточном количестве, необходимом для пусковой стадии работы, остается в топливном блоке 20F, основываясь на сигнале определения остаточного количества (когда он определяет ошибку остаточного количества), узел 13 управления работой уведомляет контроллер CNT в устройстве DVC о сигнале ошибки пуска, основываясь на ошибке остаточного количества, в качестве информации о работе по выработке энергии через клеммный узел ELx. В результате контроллер CNT может уведомить пользователя устройства DVC об информации, касающейся ошибки остаточного количества, и предпринять соответствующую обработку, такую как замена системы источника питания или пополнение топливом для выработки энергии.
Кроме того, на стадии установившейся работы, описанной в связи с первым или вторым вариантом выполнения (см. фиг.27 и 34), как показано на фиг.51, узел 13 управления работой может последовательно контролировать сигнал определения остаточного количества (остаточное количество), определяемого при помощи узла 18 определения остаточного количества, и уведомляет через клеммный узел ELx контроллер CNT в устройстве DVC об информационном сигнале об остаточном количестве, таком как предполагаемое оставшееся время, в течение которого сами данные о фактическом остаточном количестве, относительно остаточного количества или электроэнергия могут выводиться на контроллер CNT, содержащийся в устройстве DVC, в виде информации о работе по выработке энергии.
Как показано на фиг.51, узел 13 управления работой может выдавать на узел 14 управления выводом, например, сигнал управления работой для управления количеством вырабатывания электроэнергии в узле 12 выработки энергии в соответствии с остаточным количеством топлива FL для выработки энергии, определенным узлом 18 определения остаточного количества, регулировать с целью уменьшения количество топлива для выработки энергии, подаваемого на узел 12 выработки энергии, так как уменьшается остаточное количество топлива FL для выработки энергии, и управлять электроэнергией приведения в действие нагрузки (по существу, напряжением электроэнергии питания, подаваемой на устройство DVC), вырабатываемой узлом 12 выработки энергии для постепенного изменения (уменьшения) во времени.
Следовательно, контроллер CNT может точно определять остаточное количество топлива для выработки энергии в системе источника питания или предполагаемое время, позволяющее приводить в действие устройство DVC, основываясь на информационном сигнале об остаточном количестве или изменении напряжения электроэнергии питания, и уведомлять пользователя информации о замене системы источника питания или пополнении топливом для выработки энергии. Поэтому, например, функция уведомления пользователя устройства об остаточном количестве в элементе лучше всего может работать, основываясь на выходном напряжении от источника питания или остаточном количестве в элементе, тем самым реализуя эксплуатационное соответствие, по существу, эквивалентное соответствию в случае применения гальванического элемента общего назначения в качестве рабочей электроэнергии устройства.
На этой установившейся стадии работы, когда узел 13 управления работой определяет ошибку остаточного количества, такую как внезапное падение остаточного количества топлива FL для выработки энергии от узла 18 определения остаточного количества, во время управления с обратной связью электроэнергией питания (электроэнергией приведения в действие нагрузки, вырабатываемой узлом 12 выработки энергии), как показано на фиг.52, узел 13 управления работой отключает подачу топлива для выработки энергии на узел 12 выработки энергии и останавливает работу по выработке энергии узла 12 выработки энергии посредством вывода на узел 14 управления выводом сигнала управления работой для останова вырабатывания электроэнергии в узле 12 выработки энергии в качестве информации о работе по выработке энергии. Кроме того, узел 13 управления работой прекращает нагрев нагревателем, способствующим эндотермической реакции для образования водорода, и уведомляет через клеммный узел ELx контроллер CNT в устройстве DVC о сигнале ненормального останова, основанного на ошибке остаточного количества, или останове работы в узле 12 выработки энергии в качестве информации о работе по выработке энергии. В результате контроллер CNT может уведомить пользователя устройства DVC об информации, касающейся останова работы, вызванного ошибкой остаточного количества, и побудить к принятию соответствующих мер против появления утечки или т.п. топлива FL для выработки энергии из топливного блока 20F наружу из системы 301 источника питания.
Ниже конкретно описывается конструкция каждого блока.
[Пятый вариант выполнения]
(А) Модуль 10 выработки энергии
Ниже приведено описание в отношении пятого варианта выполнения модуля выработки энергии, применяемого для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением, со ссылкой на фиг.53. Здесь одинаковые позиции обозначают структурные элементы, эквивалентные структурным элементам в первом варианте выполнения, тем самым упрощая или опуская их описание.
Модуль 10G выработки энергии в соответствии с этим вариантом выполнения выполнен так, что, в основном, содержит: узел 11 источника вспомогательного питания (второе средство источника питания), который постоянно и автономно вырабатывает заранее определенную электроэнергию (вторую электроэнергию) посредством использования топлива для выработки энергии, подаваемого от топливного блока 20G через интерфейсный узел 30G, и подает ее, по меньшей мере, как электроэнергию приведения в действие (электроэнергию контроллера) на контроллер CNT, который включен в устройство DVC, подсоединенное к системе 301 источника питания, и управляет приведением в действие нагрузки LD (элемента или модуля, имеющего функции различного вида для устройства DVC), и рабочую электроэнергию для нижеописанного узла 13 управления работой, который предусмотрен в модуле 10G выработки энергии; узел 13 управления работой, который работает от электроэнергии, подаваемой от узла 11 источника вспомогательного питания, и управляет рабочим состоянием всей системы 301 источника питания; узел 12 выработки энергии (первое средство источника питания), который вырабатывает заранее определенную электроэнергию (первую электроэнергию) посредством использования топлива для выработки энергии, подаваемого от топливного блока 20G через интерфейсный узел 30G, или конкретной топливной составляющей, извлекаемой из топлива для выработки энергии, и выдает ее, по меньшей мере, как электроэнергию приведения в действие нагрузки для осуществления функций (нагрузки LD) различного вида устройства DVC, подсоединенного к системе 301 источника питания; узел 14 управления выводом, который управляет, по меньшей мере, количеством топлива для выработки энергии, подлежащего подаче на узел 12 выработки энергии, и/или подлежащей подаче величины электроэнергии, основываясь на сигнале управления работой от узла 13 управления работой; и узел 15 управления пуском, который управляет, по меньшей мере, узлом 12 выработки энергии для перевода из режима ожидания в режим работы, при котором вырабатывается энергия, основываясь на сигнале управления работой от узла 13 управления работой. Узел 13 управления работой, узел 14 управления выводом и узел 15 управления пуском в соответствии с этим вариантом выполнения образуют средство управления системой в настоящем изобретении.
Модуль 10G выработки энергии имеет структуру, в которой узел 18 определения остаточного количества для определения количества топлива FL для выработки энергии, оставшегося в топливном блоке 20G, (остаточное количество) и вывода его сигнала определения остаточного количества на узел 13 управления работой предусмотрено внутри любого из модулей: модуля 10G выработки энергии, интерфейсного узла 30G или топливного блока 20G (здесь внутри модуля 10G выработки энергии).
Т.е. система 301 источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения выполнена так, что она способна выдавать заранее определенную электроэнергию (электроэнергию приведения в действие нагрузки) на устройство DVC, подсоединенное к системе 301 источника питания, вне зависимости от подачи топлива или управления извне системы (кроме модуля 10G выработки энергии, топливного блока 20G и интерфейсного узла 30G).
<Узел 11 источника вспомогательного питания в пятом варианте выполнения>
Как показано на фиг.53, узел 11 источника вспомогательного питания, применяемый для модуля выработки энергии в соответствии с этим вариантом выполнения, выполнен так, что постоянно и автономно вырабатывает заранее определенную электроэнергию (вторую электроэнергию), необходимую для пусковой стадии работы системы 301 источника питания, посредством использования физической или химической энергии топлива FL для выработки энергии, подаваемого от топливного блока 20G. Кроме того, эта электроэнергия в общем случае состоит из: электроэнергии приведения в действие (электроэнергии контроллера) контроллера, который включен в устройство DVC и управляет его состоянием; электроэнергии Е1, которая постоянно подается в качестве рабочей электроэнергии на узел 13 управления работой для управления рабочим состоянием всего модуля 10G выработки энергии и узел 18 определения остаточного количества для определения остаточного количества топлива FL для выработки энергии, загруженного в топливный блок 20G; и электроэнергии Е2, которая подается, по меньшей мере, на узел 14 управления выводом (в состав может быть включен узел 12 выработки энергии в зависимости от конструкций), узел 15 управления пуском и узел 18 определения остаточного количества в качестве электроэнергии пуска (напряжение/электрический ток) во время пуска модуля 10G выработки энергии. Необходимо заметить, что электроэнергия, которой может быть рабочая электроэнергия для узла 18 определения остаточного количества, может подаваться после пуска модуля 10G выработки энергии посредством узла 15 управления пуском, а также позже подаваться постоянно.
В качестве конкретной конструкции узла 11 источника вспомогательного питания, например, лучше всего может быть применена конструкция, использующая электрохимическую реакцию с использованием топлива FL для выработки энергии, подаваемого от топливного блока 20G (топливного элемента), или конструкция, использующая тепловую энергию, получаемую в результате реакции каталитического горения (выработка энергии на основе разности температур). Также можно применить конструкцию, использующую действие по преобразованию динамической энергии или т.п. для вырабатывания электроэнергии посредством вращения генератора энергии с использованием давления загрузки для топлива FL для выработки энергии, загруженного в топливный блок 20G, или давления газа, образованного испарением топлива (выработка энергии при помощи газовой турбины), конструкцию, захватывающую электрон, образованный в результате метаболизма (фотосинтеза, аспирации или т.п.) посредством микробов, использующих топливо FL для выработки энергии в качестве источника питания и непосредственно превращающих его в электроэнергию (биохимическая выработка энергии), конструкцию, преобразующую энергию колебаний, создаваемую из энергии жидкости топлива FL для выработки энергии, основываясь на давлении загрузки или давлении газа, в электроэнергию посредством использования принципа электромагнитной индукции (колебательная выработка энергии), конструкцию, использующую разряд от блока средства хранения электроэнергии, такого как вторичный элемент (зарядное устройство батарей) или конденсатор, конструкцию, хранящую электроэнергию, вырабатываемую каждой конструкцией, выполняющей выработку энергии в средстве хранения электроэнергии (вторичный элемент, конденсатор или т.п.), и испускающую (производящую разряд) ее, или т.п.
<Общий принцип работы пятого варианта выполнения>
Общий принцип работы системы источника питания, имеющей вышеописанную конструкцию, ниже описывается со ссылкой на чертежи.
На фиг.54 представлена блок-схема последовательности операций, изображающая схематический принцип действия системы источника питания. Описание приводится с соответствующими ссылками на структуру вышеописанной системы источника питания (фиг.53).
Как показано на фиг.54, система 301 источника питания, имеющая вышеописанную структуру, управляется так, что, в основном, выполняет: начальную стадию работы (шаги S101 и S102) для подачи топлива FL для выработки энергии, загруженного в топливный блок 20, на модуль 10 выработки энергии и постоянного и непрерывного вырабатывания и выдачи электроэнергии (второй электроэнергии), которой может быть рабочая электроэнергия и электроэнергия контроллера в узле 11 источника вспомогательного питания; пусковую стадию работы (шаги S103-S106) для подачи топлива FL для выработки энергии, загруженного в топливный блок 20, на узел 12 выработки энергии, основываясь на остаточном количестве топлива для выработки энергии в топливном блоке 20, и приведении в действие нагрузки LD в устройстве DVC, и вырабатывания и выдачи электроэнергии (первой электроэнергии), которой может быть электроэнергия приведения в действие нагрузки; стадию установившейся работы (шаги S109-S113) для регулировки количества топлива FL для выработки энергии, подаваемого на узел 12 выработки энергии, основываясь на остаточном количестве топлива для выработки энергии и состоянии нагрузки LD, и выполнения управления с обратной связью для вырабатывания и вывода электроэнергии в соответствии с состоянием нагрузки LD и стадию останова работы (шаги S114-S116) для отключения подачи топлива FL для выработки энергии на узел 12 выработки энергии, основываясь на останове нагрузки LD и останове вырабатывания электроэнергии. В результате может быть реализована система источника питания, применяемая даже в существующем устройстве DVC.
(А) Начальная стадия работы пятого варианта выполнения
Сначала на начальной стадии работы в системе источника питания, в которой модуль 10 выработки энергии и топливный блок 20 выполнены интегрально с интерфейсным узлом 30, посредством вывода из состояния отключения канала подачи топлива интерфейсного узла 30 во время, например, присоединения к устройству, топливо для выработки энергии, загруженное в топливный блок 20, перемещается по каналу подачи топлива под действием капиллярного явления канала подачи топлива и автоматически подается на узел 11 источника вспомогательного питания модуля 10 выработки энергии (шаг S101). В узле 11 источника вспомогательного питания, по меньшей мере, электроэнергия (вторая электроэнергия), которой может быть рабочая электроэнергия для узла 13 управления работой, и электроэнергия приведения в действие (электроэнергия контроллера) контроллера CNT, включенного в устройство DVC, автономно вырабатывается и постоянно и непрерывно выдается (только электроэнергия, которой может быть рабочая электроэнергия для узла 13 управления работой и узла 18 определения остаточного количества, выдается до тех пор, пока система источника питания подсоединена к устройству) (шаг S102).
С другой стороны, в системе источника питания, выполненной так, что модуль 10 выработки энергии и топливный блок 20 могут быть соединены и отсоединены без ограничения посредством соединения топливного блока 20 с модулем 10 выработки энергии через интерфейсный блок 30, отключается функция предотвращения утечки средства предотвращения утечки топлива, предусмотренного в топливном блоке 20, и топливо для выработки энергии, загруженное в топливном блоке 20, перемещается по каналу подачи топлива под действием капиллярного явления канала подачи топлива и автоматически подается на узел 11 источника вспомогательного питания модуля 10 выработки энергии (шаг S101). В узле 11 источника вспомогательного питания электроэнергия (вторая электроэнергия), которой может быть, по меньшей мере, рабочая электроэнергия и электроэнергия контроллера, автономно вырабатывается и постоянно и непрерывно выдается (только электроэнергия, которой может быть рабочая электроэнергия для узла 13 управления работой и узла 16 определения остаточного количества, выводится до тех пор, пока система источника питания подсоединена к устройству) (шаг S102).
В результате узел 13 управления работой и узел 18 определения остаточного количества модуля 10 выработки энергии начинают работать и контролируют информацию о приведении в действие нагрузки от устройства DVC и сигнал определения остаточного количества от узла 16 определения остаточного количества. Кроме того, когда система источника питания соединена с устройством DVC, часть электроэнергии, вырабатываемой узлом 11 источника вспомогательного питания, подается на контроллер CNT, содержащийся в устройстве DVC, в качестве электроэнергии контроллера, и контроллер CNT приводится в действие и управляет приведением в действие нагрузки LD устройства DVC. Также, узел 13 управления работой системы 301 источника питания (модуль 10 выработки энергии) информируется о состоянии приведения в действие в качестве информации о приведении в действие нагрузки.
(В) Пусковая стадия работы пятого варианта выполнения
Затем на пусковой стадии работы, когда пользователь устройства DVC или т.п. выполняет операцию по приведению в действие нагрузки LD, сигнал запроса подачи электроэнергии, запрашивающий подачу электроэнергии (первой электроэнергии), которой может быть электроэнергия приведения в действие нагрузки для узла 13 управления работой модуля 10 выработки энергии, выводится от контроллера CNT в качестве информации о приведении в действие нагрузки. После приема информации о приведении в действие нагрузки, указывающей на отклонение напряжения, вводимого через клеммный узел ELx системы 301 источника питания (шаг S103), узел 13 управления работой обращается к данным об остаточном количестве топлива FL для выработки энергии, основываясь на сигнале определения остаточного количества, выводимом от узла 16 определения остаточного количества, и принимает решение, присутствует или нет топливо FL для выработки энергии, имеющее количество, способное нормально выполнить пусковую стадию работы (шаг S104), перед пусковой стадией работы модуля 10 выработки энергии.
При этом, когда определяется ошибка в остаточном количестве топлива FL для выработки энергии (например, когда остаточное количество равно нулю), узел 13 управления работой выводит информацию об остаточном количестве топлива, касающуюся ошибки в остаточном количестве, на контроллер CNT устройства DVC, уведомляет пользователя устройства DVC об этой ошибке и останавливает пусковую стадию работы. С другой стороны, когда определяется, что достаточное количество топлива FL для выработки энергии остается в топливном блоке 20, узел 13 управления работой выводит на узел 15 управления пуском сигнал управления работой для начала работы узла выработки энергии (пуска) в узле 12 выработки энергии (шаг S105).
Основываясь на сигнале управления работой от узла 13 управления работой, посредством подачи части электроэнергии, вырабатываемой узлом 11 источника вспомогательного питания, на узел 14 управления выводом и узел 12 выработки энергии в качестве электроэнергии пуска (шаг S106), узел 15 управления пуском подает топливо FL для выработки энергии, загруженное в топливном блоке 20, на узел 12 выработки энергии через узел 14 управления выводом и выполняет работу по выработке электроэнергии (первой электроэнергии), которой может быть электроэнергия приведения в действие нагрузки, и выводу ее на устройство DVC (нагрузку LD) (шаг S107). В результате после приема топлива для выработки энергии узел 12 выработки энергии автоматически начинает работу в ответ на запрос на приведение в действие нагрузки LD в устройстве DVC, и подается электроэнергия приведения в действие нагрузки, состоящая из заранее определенного выходного напряжения. Поэтому нагрузка LD должным образом может приводиться в действие, в то же самое время реализуя характеристику электроэнергии, по существу эквивалентную характеристике гальванического элемента общего назначения.
На этой пусковой стадии работы узел 13 управления работой может быть выполнен так, что контролирует изменение напряжения электроэнергии (электроэнергии приведения в действие нагрузки), вырабатываемой узлом 12 выработки энергии и подаваемой на устройство DVC в качестве одного вида информации о приведении в действие нагрузки, и выводит сигнал окончания пуска, указывающий, что заранее определенное напряжение достигнуто, на контроллер СNТ устройства DVC. Следовательно, основываясь на величине напряжения электроэнергии приведения в действие нагрузки, настоящее изобретение также нужным образом может быть применимо в качестве источника питания для устройства DVC, имеющего конструкцию для управления состоянием приведения в действие нагрузки LD.
(С) Стадия установившейся работы пятого варианта выполнения
Затем на стадии установившейся работы после вышеупомянутой пусковой стадии работы, в качестве общего управления (управления напряжением во времени) выходным напряжением электроэнергии приведения в действие нагрузки, пока узел 13 управления работой не перейдет в нижеописанную стадию останова работы, на основании, например, остановки нагрузки LD, узел 13 управления работой постоянно или периодически определяет сигнал определения остаточного количества от узла 18 определения остаточного количества и контролирует данные об остаточном количестве топлива FL для выработки энергии (шаг S109); обращается к заранее определенной корреляционной таблице, в которой определена корреляция между остаточным количеством топлива для выработки энергии и выходным напряжением, основанная на данных об остаточном количестве (шаг S110); и выдает на узел 14 управления выводом сигнал управления работой для управления так, что величина подлежащей вырабатыванию электроэнергии (величина выработки энергии) в узле 12 выработки энергии изменяется в соответствии с заранее определенной характеристикой выходного напряжения (шаг S111).
Здесь, обращаясь к корреляционной таблице, узел 13 управления работой выдает сигнал управления работой для управления так, что изменяется выходное напряжение электроэнергии приведения в действие нагрузки, выводимой от модуля 10 выработки энергии, в то же самое время обеспечивая характеристику выходного напряжения, эквивалентную, например, тенденции изменения напряжения во времени в гальванических элементах общего назначения одного типа (например, марганцевый элемент, щелочной элемент, щелочной элемент кнопочного типа, литиевый элемент по форме монеты и др.). В этот момент узел 13 управления работой выдает на контроллер CNT, включенный в устройство DVC, сами данные о фактическом остаточном количестве или относящиеся к остаточному количеству или предполагаемому оставшемуся времени, в течение которого может выводиться электроэнергия, в качестве информации об остаточном количестве топлива.
Основываясь на сигнале управления работой от узла 13 управления работой, узел 14 управления выводом регулирует количество топлива FL для выработки энергии, подаваемого на узел 12 выработки энергии (шаг S112), и управляет так, что выходное напряжение электроэнергии приведения в действие нагрузки, подаваемой на устройство DVC, может быть установлено равным напряжению в соответствии с характеристикой выходного напряжения (шаг S113). В результате, так как выходное напряжение электроэнергии приведения в действие нагрузки, подаваемой от системы 301 источника питания на устройство DVC, демонстрирует тенденцию изменения во времени, эквивалентно изменению в гальваническом элементе общего назначения, существующая функция уведомления об остаточном количестве, которую имеет контроллер CNT, включенный в устройство DVC, лучше всего может быть реализована, основываясь на выходном напряжении или информации об остаточном количестве топлива, и пользователь устройства DVC может периодически или непрерывно получать информацию об остаточном количестве в элементе или предполагаемом времени, в течение которого может приводиться в действие нагрузка LD.
Кроме того, в качестве частичного управления выходным напряжением электроэнергии приведения в действие нагрузки (индивидуального управления напряжением), в дополнение к вышеописанному общему управлению, узел 13 управления работой может принимать изменение выходного напряжения электроэнергии приведения в действие нагрузки, подаваемой от узла 12 выработки энергии на устройство DVC в качестве информации о приведении в действие нагрузки, и выдает на узел 14 управления выводом сигнал управления работой для управления величиной электроэнергии (величиной выработки энергии), вырабатываемой в узле 12 выработки энергии, для ее увеличения или уменьшения так, что выходное напряжение электроэнергии приведения в действие нагрузки может быть установлено в пределах заранее определенного диапазона напряжений (диапазона с допустимыми отклонениями выходного напряжения, которое изменяется в соответствии с характеристикой выходного напряжения в вышеупомянутом гальваническом элементе общего назначения). В результате узел 14 управления выводом регулирует количество топлива FL для выработки энергии, подаваемого на узел 12 выработки энергии, основываясь на сигнале управления работой от узла 13 управления работой, и выполняется управление с обратной связью, так что выходное напряжение электроэнергии приведения в действие нагрузки, подаваемой на устройство DVC, может быть установлено в пределах вышеописанного диапазона напряжений. Поэтому, даже если напряжение электроэнергии приведения в действие нагрузки изменяется вследствие изменения состояния приведения в действие (состояния нагрузки) нагрузки LD на стороне устройства DVC, то можно подавать электроэнергию в соответствии с потреблением энергии устройством DVC, которое изменяется с приведением в действие нагрузки LD.
Кроме того, если состояние приведения в действие нагрузки LD определяется контроллером CNT устройства DVC и предусмотрена функция для запроса подачи электроэнергии в соответствии с состоянием приведения в действие части системы источника питания, узел 13 управления работой может, в качестве дополнительного частичного управления выходным напряжением электроэнергии приведения в действие нагрузки, принимать сигнал запроса на изменение электроэнергии от контроллера CNT в качестве информации о состоянии нагрузки и выдает на узел 14 управления выводом сигнал управления работой для установки электроэнергии, вырабатываемой в узле 12 выработки энергии, равной выходному напряжению в соответствии с запросом. В результате, основываясь на сигнале управления работой от узла 13 управления работой, узел 14 управления выводом регулирует количество топлива FL для выработки энергии, подаваемого на узел 12 выработки энергии, управление осуществляется так, что выходное напряжение электроэнергии приведения в действие нагрузки, подаваемой на устройство DVC, может быть установлено равным напряжению в соответствии с запросом, и соответствующая электроэнергия может подаваться в соответствии с состоянием функционирования (состоянием нагрузки) нагрузки LD на стороне устройства DVC. Поэтому могут быть значительно уменьшены изменения напряжения электроэнергии при работе нагрузки, вызванные изменениями состояния нагрузки LD, и можно держать под контролем появление ошибок работы в устройстве DVC.
Ниже описание приведено в отношении характеристики выходного напряжения, применяемой для общего управления выходным напряжением электроэнергии для работы нагрузки, подробно описанным выше.
На фиг.55 представлен график, изображающий изменения во времени выходного напряжения системы источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения. Здесь описание приведено при сравнении характеристики электродвижущей силы (характеристики выходного напряжения; см. фиг.76 и 77) между гальваническим элементом общего назначения и топливным элементом известного уровня техники, в то же самое время ссылаясь на конструкцию вышеописанной системы источника питания (фиг.53).
Как показано на фиг.55, что касается характеристики выходного напряжения (которая ниже называется "первая характеристика Sа выходного напряжения" ради удобства описания) в системе источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения, например, выходное напряжение управляется так, что демонстрирует тенденцию изменений, эквивалентную, по существу, тенденции изменений во времени выходного напряжения (характеристика Sp электродвижущей силы), вызванной разрядом в гальваническом элементе общего назначения, показанном на фиг.76. Т.е. управляется (устанавливается на уменьшение), по меньшей мере, количество топлива FL для выработки энергии, подлежащего подаче на узел 12 выработки энергии посредством узла 14 управления выводом, так что состояние выработки энергии в узле 12 выработки энергии модуля 20 выработки энергии может уменьшаться в зависимости от времени, вызванного разрядом (другими словами, остаточным количеством жидкого топлива в топливном блоке 20).
Конкретно, что касается способа управления выходным напряжением в соответствии с этим вариантом выполнения, как описано выше, количество топлива FL для выработки энергии, остающееся в топливном блоке 20, сначала определяется узлом 16 определения остаточного количества, и его сигнал определения остаточного количества постоянно (непрерывно) или периодически подается на узел 13 управления работой. Здесь остаточное количество топлива FL для выработки энергии, однако, уменьшается в зависимости от времени, вызванного вырабатыванием электроэнергии в узле 12 выработки энергии, и, следовательно, имеют близкую корреляцию остаточное количество топлива FL для выработки энергии и прошедшее время.
С другой стороны, узел 13 управления работой снабжен корреляционной таблицей, имеющей первую характеристику Sа выходного напряжения, посредством которой однозначно определяется корреляция между остаточным количеством топлива FL для выработки энергии и выходным напряжением, с тем чтобы соответствовать тенденции изменений во времени выходного напряжения, вызванного разрядом в гальваническом элементе общего назначения (марганцевый элемент, щелочной элемент, щелочной элемент кнопочного типа, литиевый элемент по форме монеты и др.), показанным ниже на фиг.76. В результате узел 13 управления работой ставит в соответствие остаточное количество топлива FL для выработки энергии, получаемое посредством сигнала определения остаточного количества, с течением времени, вызванным разрядом, однозначно определяет выходное напряжение, основываясь на характеристической кривой (первой характеристике Sа выходного напряжения), показанной на фиг.55, и выполняет регулировку, с тем чтобы подать топливо FL для выработки энергии, количество которого соответствует этому выходному напряжению, на узел 12 выработки энергии. Здесь однозначное определение корреляции между остаточным количеством жидкого топлива и выходным напряжением означает зависимость, что величина выходного напряжения или величина выдаваемой электроэнергии соответствует, один к одному, остаточному количеству топлива FL для выработки энергии, как показано на фиг.4, и это не ограничивается зависимостью, демонстрирующей тенденцию изменений, указанную кривой, как показано характеристической кривой на фиг.55, но может быть зависимостью, которая изменяется в виде исходной прямой линии.
Кроме того, что касается выходного напряжения гальванического элемента общего назначения, так как отклонение выходного напряжения во времени отличается в зависимости от каждой емкости, например, батарей с размерами от D до АААА или батареи по форме монеты, форма и размеры системы источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения могут соответствовать форме и размерам гальванического элемента общего назначения согласно нормам на гальванический элемент общего назначения, как описано ниже, и корреляционная таблица (характеристика выходного напряжения) узла 13 управления работой может быть установлена так, что выходное напряжение в соответствии с остаточным количеством топлива FL для выработки энергии соответствует или аппроксимирует, или становится аналогичным выходному напряжению в соответствии с оставшейся длительностью работы гальванического элемента этого типа. Поэтому, например, кривая изменений во времени выходного напряжения топливной системы источника питания размера D в соответствии с настоящим изобретением устанавливается так, что она соответствует кривой изменений во времени уменьшаемого выходного напряжения электродвижущей силы какого-нибудь из различных типов гальванического элемента, такого как марганцевый элемент размера D в соответствии с Японским промышленным стандартом, или она увеличивается или уменьшается по оси времени.
Т.е., как описано выше, хотя остаточное количество топлива FL для выработки энергии и прошедшее время имеют близкую корреляцию, эта зависимость необязательно соответствует зависимости заряда между остаточным количеством в батарее гальванического элемента общего назначения и прошедшим временем. Именно, в случае применения топливного элемента или т.п. в качестве конструкции узла 12 выработки энергии, из-за того, что существует особенность, заключающаяся в том, что эффективность преобразования энергии становится более высокая, чем эффективность гальванического элемента общего назначения, напряжение может изменяться (понижаться) в единицах большего времени, чем изменение первой характеристики Sа выходного напряжения, соответствующей тенденции изменений напряжения во времени в гальваническом элементе общего назначения, как указано, например, второй характеристикой Sb выходного напряжения на фиг.55.
Конкретно, для первой характеристики Sа выходного напряжения, предполагая, что нижний предел диапазона напряжений гарантируемой работы равен напряжению V0 и время, необходимое для достижения напряжения V0, равно Т0, время, которое составляет 1/2 от времени Т0, а именно время, когда оставшаяся продолжительность срока службы становится равной половине, определяется как Т0,5 и напряжение в этом случае определяется как V0,5. В этом случае предварительно устанавливается, что уведомление Iа об остаточном количестве выполняется тогда, когда контроллер СNТ, включенный в устройство DVC, определяет, что выходное напряжение системы источника питания достигло напряжения V0.
С другой стороны, для второй характеристики Sb выходного напряжения, предполагая, что напряжение, когда остаточное количество топлива FL для выработки энергии, по существу, равно нулю, устанавливается равным напряжению V0 гальванического элемента, и время, необходимое для достижения напряжения V0, равно Т0’, время, которое составляет 1/2 от времени Т0’, а именно время, когда оставшийся срок службы становится равным половине, определяется как Т0,5’, и напряжение в этом случае устанавливается равным напряжению V0,5 гальванического элемента.
Т.е. количество подлежащего подаче топлива FL для выработки энергии или количество подлежащего подаче кислорода или воздуха, устанавливаемое узлом 14 управления выводом, управляется так, что напряжение, выводимое от модуля 10 выработки энергии, когда становится равным половине остаточное количество топлива FL для выработки энергии, загруженного в топливный блок 20, равно напряжению, когда остаточная величина электродвижущей силы в диапазоне напряжений гарантируемой работы гальванического элемента общего назначения становится равной половине, и напряжение, когда остаточное количество топлива FL для выработки энергии, по существу, равно нулю, равно напряжению, когда остаточная величина электродвижущей силы в диапазоне напряжений гарантируемой работы гальванического элемента общего назначения, по существу, равна нулю.
Как описано выше, в случаях, когда система источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения применяется в качестве источника питания устройства DVC, когда выходное напряжение, однозначно определяемое на основе остаточного количества топлива FL для выработки энергии, достигает значения напряжения ниже диапазона напряжений гарантируемой работы устройства DVC, независимо от прошедшего времени, вызванного разрядом, уведомление Ib об остаточном количестве для напоминания о срочной замене или загрузке элемента осуществляется устройством DVC, и это распределение моментов времени не должно соответствовать распределению моментов времени уведомления Iа об остаточном количестве при использовании гальванического элемента общего назначения.
Поэтому продолжительность срока службы Т0’ (точка во времени, когда выходное напряжение становится ниже нижнего предела диапазона напряжений гарантируемой работы устройства DVC со снижением топлива FL для выработки энергии) системы источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения не должна сопоставляться с продолжительностью срока службы Т0 гальванического элемента общего назначения, и может быть достаточной характеристика время-выходное напряжение, так что образуется кривая, увеличенная или уменьшенная по оси Т времени. Кстати, узел 16 определения остаточного количества может определять поминутное остаточное количество топлива FL для выработки энергии, например, когда остаточное количество составляет 33% или 25% без ограничения определения только распределения моментов времени, когда остаточное количество топлива FL для выработки энергии становится равным половине или, по существу, нулю. Во всяком случае хорошо установить выходное напряжение, которое, по существу, согласуется с выходным напряжением в соответствии с остаточной величиной электродвижущей силы гальванического элемента.
В соответствии с системой источника питания, имеющей такую характеристику выходного напряжения, так как выходное напряжение от системы источника питания демонстрирует тенденцию изменений во времени, эквивалентную тенденции гальванического элемента общего назначения, при применении к существующему устройству DVC в качестве рабочей электроэнергии, когда существующая функция уведомления об остаточном количестве лучше всего работает посредством определения изменения этого выходного напряжения при помощи контроллера CNT, предусмотренного в устройстве DVC, может отображаться периодически или непрерывно остаточное количество в элементе или предполагаемое время, в течение которого может приводиться в действие устройство DVC, или уведомление об остаточном количестве, предлагающее замену или загрузку элемента, может точно осуществляться устройством DVC, когда достигается напряжение, которое находится ниже диапазона напряжений гарантируемой работы устройства DVC.
Кроме того, как описано ниже, когда система источника питания (модуль выработки энергии) в соответствии с этим вариантом выполнения выполняется интегрально в небольшой полости в результате применения метода производства посредством микрообработки, с уменьшенными размерами и массой и таким образом, что имеет внешнюю форму или размеры, эквивалентные форме и размерам серийно выпускаемого гальванического элемента, то можно реализовать полную совместимость с серийно выпускаемым гальваническим элементом по внешней форме и характеристике напряжения, и это может дополнительно способствовать популяризации на существующем рынке элементов. В результате, так как система источника питания, такая как топливный элемент, имеющая высокую эффективность использования энергии, без затруднений может быть введена в общее употребление вместо существующего гальванического элемента, имеющего многие проблемы в отношении влияния на состояние окружающей среды или эффективности использования энергии, может эффективно использоваться энергетический ресурс, в то же самое время уменьшая воздействие на окружающую среду.
(D) Стадия останова работы пятого варианта выполнения
Затем на стадии останова работы, когда узел 13 управления работой принимает информацию о приведении в действие нагрузки, касающуюся останова нагрузки LD (S108), он выдает на узел 14 управления выводом сигнал управления работой для останова вырабатывания электроэнергии в узле 12 выработки энергии (шаг S114). Основываясь на сигнале управления работой от узла 13 управления работой, узел 14 управления выводом отключает подачу топлива FL для выработки энергии на узел 12 выработки энергии (шаг S115), останавливает работу узла 12 выработки энергии (шаг S116) и останавливает подачу электроэнергии приведения в действие нагрузки на устройство DVC.
Конкретно, даже если управление с обратной связью выполняется на вышеописанной стадии установившейся работы, когда узел 13 управления работой непрерывно определяет в течение заранее определенного времени состояние, что выходное напряжение электроэнергии приведения в действие нагрузки, подаваемой на устройство DVC, выходит за пределы заранее определенного диапазона напряжений, узел 13 управления работой обрабатывает ошибку выходного напряжения в качестве информации о приведении в действие нагрузки и выдает на узел 14 управления выводом сигнал управления работой для останова вырабатывания электроэнергии в узле 12 выработки энергии.
Т.е., когда пользователь устройства DVC проводит операцию останова нагрузки LD или когда нагрузка прекращает работу, например, посредством удаления системы 301 источника питания из устройства DVC, даже если управление с обратной связью или т.п. для установки выходного напряжения электроэнергии приведения в действие нагрузки в пределах заранее определенного диапазона напряжений осуществляется на вышеописанной стадии установившейся работы, выходное напряжение отклоняется от заранее заданного диапазона напряжений электроэнергии приведения в действие нагрузки. Поэтому, когда узел 13 управления работой непрерывно определяет, что такое состояние продолжается сверх заранее определенного периода времени, он определяет, что нагрузка LD устройства DVC остановлена или прекратила свое действие, и останавливает работу по выработке энергии в узле 12 выработки энергии.
Кроме того, когда останов состояния нагрузки LD определяется контроллером CNT устройства DVC и предусмотрена функция запроса останова подачи электроэнергии на сторону системы источника питания, узел 13 управления работой принимает сигнал запроса останова подачи электроэнергии от контроллера CNT в качестве информации о состоянии нагрузки и выдает на узел 14 управления выводом сигнал управления работой для останова вырабатывания электроэнергии в узле 12 выработки энергии.
В результате, так как подача топлива для выработки энергии прекращается и узел 12 выработки энергии автоматически отключается из-за останова или т.п. нагрузки LD в устройстве DVC, может быть реализована характеристика электроэнергии, по существу, эквивалентная характеристике гальванического элемента общего назначения, в то же самое время эффективно расходуя топливо FL для выработки энергии.
Далее, когда узел 16 определения остаточного количества определяет ошибку остаточного количества, такую как внезапное снижение остаточного количества топлива FL для выработки энергии, узел 13 управления работой выдает на узел 14 управления выводом сигнал управления работой для останова вырабатывания электроэнергии в узле 12 выработки энергии, основываясь на сигнале определения, касающемся ошибки остаточного количества, останавливает работу по выработке энергии узла 12 выработки энергии и выдает информацию, касающуюся ошибки остаточного количества, на контроллер CNT, включенный в устройство DVC, так что пользователь устройства DVC может быть уведомлен об этой информации. В результате можно быстро определить появление ненормального состояния, такого как утечка топлива FL для выработки энергии из топливного блока 20 наружу из системы 301 источника питания, и информировать пользователя устройства DVC предпринять соответствующие меры.
Как описано выше, согласно системе источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения, можно управлять подачей электроэнергии, которой может быть подача заранее определенной энергии приведения в действие, останавливать электроэнергию и регулировку величины электроэнергии, подлежащей вырабатыванию в соответствии с состоянием приведения в действие (информацией о приведении в действие нагрузки) нагрузки LD, подсоединенной к системе источника питания, и остаточного количества топлива FL для выработки энергии без приема подачи топлива или т.п. извне системы источника питания. Поэтому может быть создана система источника питания, которая имеет меньшее влияние на окружающую среду, но очень высокую эффективность преобразования энергии, в то же самое время реализуя электрическую характеристику, по существу, эквивалентную характеристике гальванического элемента общего назначения.
Следовательно, вместо существующего гальванического элемента, имеющего многие проблемы в отношении влияния на состояние окружающей среды или эффективности использования энергии, система источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения без затруднений может быть популяризована на существующем рынке элементов. Кстати, хотя выходное напряжение изменяется в соответствии с остаточным количеством топлива FL для выработки энергии в этом варианте выполнения, настоящее изобретение не ограничивается этим, и может изменяться величина выходного электрического тока.
[Шестой вариант выполнения]
Ниже приведено описание в отношении шестого варианта выполнения модуля выработки энергии, применяемого для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением, со ссылкой на прилагаемые чертежи.
На фиг.56 приведена блок-схема, изображающая шестой вариант выполнения модуля выработки энергии, применяемого для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением. Здесь одинаковые позиции обозначают элементы конструкции, эквивалентные элементам в вышеописанном пятом варианте выполнения, тем самым упрощая или опуская их описание.
В модуле 10G выработки энергии в соответствии с вышеупомянутым пятым вариантом выполнения описание приведено для конструкции, в которой топливо FL для выработки энергии, используемое в узле 11 источника вспомогательного питания, непосредственно выпускается наружу из системы 301 источника питания в виде отработанного газа или собирается нижеописанным средством сбора побочного продукта. Однако в модуле 10Н выработки энергии в соответствии с этим вариантом выполнения, когда операция по вырабатыванию энергии в узле 11 источника вспомогательного питания не включает в себя изменение в составляющих топлива FL для выработки энергии или когда содержится конкретная топливная составляющая, даже если происходит изменение составляющих, топливо FL для выработки энергии, используемое в узле 11 источника вспомогательного питания, непосредственно повторно используется в качестве топлива для выработки энергии в узле 12 выработки энергии или повторно используется после извлечения конкретной топливной составляющей.
Конкретно, как показано на фиг.56, модуль 10Н выработки энергии в соответствии с этим вариантом выполнения содержит: узел 11 источника вспомогательного питания; узел 12 выработки энергии; узел 13 управления работой; узел 14 управления выводом; узел 15 управления пуском и узел 16 определения остаточного количества, которые имеют структуры и функции, аналогичные элементам и функциям в вышеописанном пятом варианте выполнения (см. фиг.53), и, в частности, он выполнен так, что все топливо или часть топлива для выработки энергии (отработанного газа), используемого для вырабатывания электроэнергии в узле 11 источника вспомогательного питания, может подаваться на узел 12 выработки энергии через узел 14 управления выводом без выпуска наружу из модуля 10Н выработки энергии.
Узел 11 источника вспомогательного питания, применяемый для этого варианта выполнения, имеет конструкцию, способную вырабатывать и выдавать заранее определенную электроэнергию (вторую электроэнергию) без расходования и преобразования топливной составляющей топлива FL для выработки энергии, подаваемого от топливного блока 20G через интерфейсный узел 30G (например, устройство выработки энергии, описанное во втором, третьем, пятом или седьмом примере конструкции в вышеупомянутом первом варианте выполнения), или конструкцию для вырабатывания отработанного газа, содержащего топливную составляющую, которая может быть использована для работы по выработке энергии в узле 12 выработки энергии, даже если расходуется и преобразуется топливная составляющая топлива FL для выработки энергии (например, устройство выработки энергии, описанное в четвертом или шестом примере конструкции в вышеупомянутом первом варианте выполнения).
Далее, в случае применения в качестве узла 12 выработки энергии устройства выработки энергии, показанного в примерах конструкции с первого по шестой в вышеописанном первом варианте выполнения, применяется в качестве топлива FL для выработки энергии, загруженного в топливный блок 20G, топливное вещество, обладающее воспламеняемостью или сгораемостью, например жидкое топливо на основе спирта, такое как метанол, этанол или бутанол, или сжиженное топливо, состоящее из углеводорода, например диметиловый эфир или изобутан, или газообразное топливо, такое как газообразный водород.
Жидкое топливо или сжиженное топливо является жидким, когда оно загружено в топливный блок 20G при заранее определенных условиях загрузки (температуре, давлении и др.). Если это топливо переводится в состояние с заранее определенными окружающими условиями, такими как нормальная температура, нормальное давление и др., при подаче на узел 11 источника вспомогательного питания, оно испаряется и становится топливным газом под высоким давлением. Далее, когда газообразное топливо загружается в топливный блок 20G в состоянии, сжатом заранее определенным давлением, и подается на узел 11 источника вспомогательного питания, оно становится топливным газом с высоким давлением согласно давлению загрузки. Поэтому с таким топливом FL для выработки энергии, например, после вырабатывания электроэнергии (второй электроэнергии) посредством использования энергии давления топливного газа в узле 11 источника вспомогательного питания электроэнергия (первая электроэнергия) может вырабатываться в узле 12 выработки энергии в результате электрохимической реакции, реакции горения или т.п., используя отработанный газ от узла 11 источника вспомогательного питания.
[Седьмой вариант выполнения]
Седьмой вариант выполнения модуля выработки энергии, применяемого для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением, ниже описывается со ссылкой на чертежи.
На фиг.57 представлена блок-схема, изображающая седьмой вариант выполнения модуля выработки энергии, применяемого для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением. Здесь одинаковые позиции обозначают конструкции, эквивалентные конструкциям первого варианта выполнения, тем самым упрощая или опуская их описание.
В модулях 10G и 10Н выработки энергии в соответствии с вышеупомянутыми пятым и шестым вариантами выполнения описание приведено для случая, когда в качестве узла 11 источника вспомогательного питания применяется конструкция для постоянного и автономного вырабатывания заранее определенной электроэнергии (второй электроэнергии) посредством использования топлива FL для выработки энергии, подаваемого от топливного блока 20G. Однако в модуле выработки энергии в соответствии с этим вариантом выполнения узел источника вспомогательного питания имеет конструкцию для постоянного и автономного вырабатывания заранее определенной электроэнергии без использования топлива FL для выработки энергии, загруженного в топливный блок 20G.
Конкретно, как показано на фиг.57, модуль 10J выработки энергии в соответствии с этим вариантом выполнения содержит: узел 12 выработки энергии; узел 13 управления работой; узел 14 управления выводом; узел 15 управления пуском и узел 16 определения остаточного количества, которые имеют структуры и функции, аналогичные структурам и функциям вышеупомянутого пятого варианта выполнения (см. фиг.53), и модуль 10J выработки энергии также предусмотрен с узлом 11 источника вспомогательного питания для постоянного и автономного вырабатывания заранее определенной электроэнергии (второй электроэнергии) без использования топлива FL для выработки энергии, загруженного в топливный блок 20.
В качестве конкретной конструкции узла 11 источника вспомогательного питания с выгодой можно применить конструкцию, использующую термоэлектрическое преобразование, основанное на разности температур в периферийной среде системы 301 источника питания (выработка энергии на основе разности температур), конструкцию, использующую пьезоэлектрическое преобразование, основанное на световой энергии, поступающей извне системы 301 источника питания (фотоэлектрическая выработка), и др.
<Любое другое средство сбора побочного продукта>
Любое другое средство сбора побочного продукта, применяемое для системы источника питания в соответствии с каждым из вышеуказанных вариантов выполнения, ниже описывается со ссылкой на чертежи.
На фиг.58 представлена блок-схема, изображающая вариант выполнения средства сбора побочного продукта, применяемого для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением. Здесь одинаковые позиции обозначают структурные элементы, эквивалентные элементам каждого вышеуказанного варианта выполнения, тем самым упрощая или опуская их описание.
В каждом вышеупомянутом варианте выполнения, когда в качестве узла 12 выработки энергии или узла 11 источника вспомогательного питания применяется конструкция (узел выработки энергии или узел источника вспомогательного питания, показанный в каждом из вышеописанных примеров конструкции) для вырабатывания заранее определенной электроэнергии в результате электрохимической реакции или реакции горения посредством использования топлива FL для выработки энергии, загруженного в топливный блок 20, в некоторых случаях кроме электроэнергии могут выпускаться побочные продукты. Поскольку такие побочные продукты могут включать в себя вещество, которое может вызывать загрязнение окружающей среды, когда оно выпускается в природу, или вещество, которое в некоторых случаях может быть причиной неисправности устройства, к которому подсоединена система источника питания, предпочтительно применять конструкцию, снабженную следующим средством сбора побочного продукта, так как выпуск таких побочных продуктов должен быть уменьшен в максимальной степени.
Как показано на фиг.58, например, средство сбора побочного продукта, применяемое для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением, имеет конструкцию, в которой узел 17 сбора отделенного продукта для сбора всех или части составляющих побочного продукта, образуемого во время выработки энергии в узле 12 выработки энергии, предусмотрен в модуле 10К выработки энергии, топливном блоке 20 и интерфейсном узле 30К, имеющими конструкции и функции, аналогичные конструкциям и функциям в каждом из вышеуказанных вариантов выполнения, например в модуле 10К выработки энергии в этом примере и в топливном блоке 20К предусмотрен узел 21 хранения собранного продукта для постоянного хранения собранного побочного продукта. Кстати, в этом случае, хотя описание приведено в отношении только случая, когда собирается побочный продукт, образуемый в узле 12 выработки энергии, само собой разумеется, что эта конструкция аналогично может быть применена для узла 11 источника вспомогательного питания.
Узел 17 сбора отделенного продукта имеет конструкцию, показанную в каждом из вышеупомянутых вариантов выполнения. В узле 12 выработки энергии (может быть включен узел 11 источника вспомогательного питания), который выдает, по меньшей мере, на устройство DVC, к которому присоединена система 301 источника питания, электроэнергию, которой может быть электроэнергия приведения в действие нагрузки (напряжение/электрический ток) в результате электрохимической реакции или реакции горения, используя топливо FL для выработки энергии, подаваемое от топливного блока 20К, узел 17 сбора отделенного продукта отделяет побочный продукт, образуемый во время вырабатывания энергии, или конкретную составляющую в побочном продукте и подает ее на узел 21 хранения собранного продукта, предусмотренный в топливном блоке 20К, по каналу сбора побочного продукта, предусмотренному в интерфейсном узле 30К.
В узле 12 источника питания (может быть включен в состав узел 11 источника вспомогательного питания), для которого применяется каждый вышеупомянутый пример конструкции, в качестве побочного продукта, образуемого при получении электроэнергии, используется вода (Н2О), окись азота (NOx), окись серы (SOx) и др., все или часть их, или только конкретная составляющая их собирается узлом 17 сбора отделенного продукта и подается на канал сбора побочного продукта. Кстати, если собранный побочный продукт находится в жидком состоянии, то может быть использовано капиллярное явление для автоматической подачи побочного продукта от узла 17 сбора отделенного продукта на узел 21 хранения собранного продукта, например, посредством выполнения внутреннего диаметра канала сбора побочного продукта так, что он непрерывно изменяется.
Узел 21 хранения собранного продукта предусмотрен внутри топливного блока 20К или как часть его внутренности. Узел 21 хранения собранного продукта выполнен так, что он способен подавать и хранить побочный продукт, собираемый при помощи узла 17 сбора отделенного продукта только тогда, когда топливный блок 20К соединен с модулем 10К выработки энергии. Т.е. в системе источника питания, в которой топливный блок 20К может быть присоединен к модулю 10К выработки энергии или без ограничений отсоединен от него, когда топливный блок 20К отсоединен от модуля 10К выработки энергии, собранный и сохраняемый побочный продукт или конкретная составляющая постоянно или необратимо сохраняться в узле 21 хранения собранного продукта так, чтобы не было его утечки или выпуска наружу из топливного блока 20К.
Как описано выше, когда вода (Н2О), окись азота (NOx) и/или окись серы (SОх) образуется в виде побочного продукта вследствие вырабатывания энергии в узле 12 выработки энергии, так как вода (Н2О) находится в жидком состоянии при нормальной температуре и нормальном давлении, вода лучше всего может быть подана на узел 21 хранения собранного продукта через канал сбора побочного продукта. Однако в случае побочного продукта, температура испарения которого, в основном, ниже нормальной температуры при нормальном давлении и который находится в газообразном состоянии, таком как окись азота (NOx) или окись серы (SОх), его кубический объем может стать чрезмерно большим и превысить заранее установленную емкость узла 21 хранения собранного продукта. Поэтому можно применить конструкцию, в которой собираемый побочный продукт сжижается и кубический объем уменьшается, так что побочный продукт может храниться в узле 21 хранения собранного продукта посредством увеличения давления воздуха в узле 17 сбора отделенного продукта и узле 21 хранения собранного продукта.
Поэтому в качестве конкретной конструкции узла 21 хранения собранного продукта лучше всего можно применить конструкцию, способную необратимо поглощать, как поглощать, так и фиксировать и фиксировать собираемый побочный продукт или конкретную составляющую, например конструкцию, в которой поглощающим полимером наполнен узел 21 хранения собранного продукта, или конструкцию, снабженную средством предотвращения утечки собираемого материала, таким как клапан управления, который закрывается внутренним давлением узла 12 хранения собранного продукта или давлением физического средства или т.п., например пружины, аналогично средству предотвращения утечки топлива, предусмотренному в вышеупомянутом топливном блоке 20.
В системе источника питания, снабженной средством сбора побочного продукта, имеющим такую конструкцию, когда такой топливный элемент с реформингом топлива, как показанный на фиг.26, применяется для узла 12 выработки энергии, углекислый газ (CO2), образуемый вместе с газообразным водородом (H2) в результате реакции реформинга пара, реакции конверсии водой и избирательной окислительной реакции (химические уравнения (1)-(3)) в узле 210а реформинга топлива, и вода (Н2О), получаемая при вырабатывании электроэнергии (первой электроэнергии) в результате электрохимической реакции (химические уравнения (6) и (7)), выпускаются из узла 12 выработки энергии в качестве побочных продуктов. Однако, так как углекислый газ (CO2) редко может оказывать какое-либо влияние на устройство, он выпускается наружу из системы источника питания в виде несобираемого вещества. С другой стороны, вода (Н2О) или т.п. собирается узлом 17 сбора отделяемого продукта, подается на узел 21 хранения собранного продукта в топливном блоке 20К через канал сбора побочного продукта посредством использования капиллярного явления или т.п. и необратимо хранится в узле 21 хранения собранного продукта. Здесь, так как электрохимическая реакция (химические уравнения (2) и (3)) в узле 12 выработки энергии (узле топливного элемента) происходит при температуре примерно 60-80°С, вода (Н2О), образуемая в узле 12 выработки энергии, выпускается, по существу, в парообразном (газообразном) состоянии. Таким образом, узел 17 сбора отделенного продукта сжижает только водную (Н2О) составляющую, например, посредством охлаждения пара, выпускаемого из узла 12 выработки энергии, или посредством применения давления и отделяет ее от других газообразных составляющих, тем самым собирая эту составляющую.
Кстати, в этом варианте выполнения описание приведено для случая, когда топливный элемент с реформингом топлива применяется в качестве конструкции узла 12 выработки энергии, и метанол (СН3ОН) применяется в качестве топлива для выработки энергии. Поэтому относительно легко может быть реализовано отделение и сбор конкретной составляющей (а именно воды) в узле 17 сбора отделенного продукта, когда большая часть побочного продукта, получаемого при вырабатывании энергии, является водой (Н2О), и также небольшое количество углекислого газа (CO2) выпускается наружу из системы источника питания. Однако, когда вещество, отличное от метанола, применяется в качестве топлива для выработки энергии, или когда конструкция, отличная от топливного элемента, применяется в качестве узла 12 выработки энергии, в некоторых случаях может образовываться вместе с водой (Н2О) относительно большое количество углекислого газа (СО2), диоксида азота (NOx), диоксида серы (SOx) или т.п.
В этом случае после отделения, например, воды в виде жидкости от любых других конкретных газообразных составляющих (углекислого газа или т.п.), образуемых в больших количествах в узле 17 сбора отделенного продукта посредством вышеописанного способа отделения, они могут храниться вместе или индивидуально в одном или множестве узлов 21 хранения собранного продукта, предусмотренных в топливном блоке 20Е.
Как описано выше, в соответствии с системой источника питания, для которой применяется средство сбора побочного продукта в соответствии с этим вариантом выполнения, так как выпуск или утечка побочного продукта наружу из системы источника питания может быть устранена посредством необратимого хранения в узле 21 хранения собранного продукта, предусмотренного в топливном блоке 20Е, по меньшей мере одной составляющей побочного продукта, образуемого при вырабатывании электроэнергии модулем 10Е выработки энергии, может быть предотвращено нарушение работы или ухудшение свойств устройства под действием побочного продукта (например, воды). Также, в результате сбора топливным блоком 20Е, хранящим в себе побочный продукт, побочный продукт может быть соответствующим образом обработан согласно способу, который не оказывает влияния на природную среду, тем самым предотвращая загрязнение природной среды или глобальное потепление из-за побочного продукта (например, углекислого газа).
Побочный продукт, собранный посредством вышеописанного способа сбора отделенного продукта, необратимо сохраняется в узле хранения собранного продукта посредством такой операции хранения, как описанная со ссылкой на фиг.48А-48С.
<Средство стабилизации топлива>
Ниже приведено описание средства стабилизации топлива, применяемого для системы источника питания в соответствии с каждым из вышеупомянутых вариантов выполнения, со ссылкой на чертежи.
На фиг.59 представлена блок-схема, изображающая вариант выполнения средства стабилизации топлива, применяемого для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением. Здесь одинаковые позиции обозначают структурные элементы, эквивалентные элементам в каждом из вышеупомянутых вариантов выполнения, тем самым упрощая или опуская их описание.
Как показано на фиг.59, в модуле 10L выработки энергии, топливном блоке 20L и интерфейсном узле 30L, имеющими конструкции и функции, аналогичные конструкциям и функциям в каждом из вышеописанных вариантов выполнения, средство стабилизации топлива, применяемое для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением, имеет конструкцию, в которой клапан 25 управления подачей, который определяет состояние загруженного (температуру, давление и др.) топлива FL для выработки энергии, загруженного в топливный блок 20L, и останавливает подачу топлива FL для выработки энергии от топливного блока 20L на модуль 10L выработки энергии (узел 11 источника вспомогательного питания и узел 12 выработки энергии), когда загруженное состояние превышает заранее определенное пороговое значение, и клапан 26 управления давлением, который определяет состояние загруженного (температуру, давление и др.) топлива FL для выработки энергии в топливном блоке 20L и управляет загруженным состоянием до приведения его в заранее определенное стабилизированное состояние, предусмотрены в любом одном: в интерфейсном узле 30L и топливном блоке 20L (в топливном блоке 20L в этом примере).
Клапан 25 управления подачей автоматически приводится в действие, когда температура топлива FL для выработки энергии, загруженного в топливный блок 20L, превышает заранее определенное пороговое значение, и отключает подачу топлива FL для выработки энергии на канал подачи топлива. Конкретно, лучше всего можно применить клапан управления, который закрывается, когда давление в топливном блоке 20L увеличивается с повышением температуры топлива FL для выработки энергии.
Далее, клапан 26 управления давлением автоматически приводится в действие, когда давление в топливном блоке 20L увеличивается сверх заранее определенного порогового значения с повышением температуры топлива FL для выработки энергии, загруженного в топливный блок 20L, и понижает давление в топливном блоке 20L. Конкретно, лучше всего можно применить редукционный клапан (стравливающий клапан), который открывается, когда повышается давление в топливном блоке 20L.
В результате, например, если система источника питания присоединена к устройству DVC, когда температура или давление в топливном блоке 20L повышается вследствие, например, образования тепла, вызванного вырабатыванием электроэнергии в модуле 10L выработки энергии или приведением в действие нагрузки устройства, автоматически осуществляется операция по прекращению подачи топлива FL для выработки энергии или операция по сбросу давления, тем самым стабилизируя загруженное состояние топлива FL для выработки энергии.
Затем, согласно общему принципу действия вышеописанной системы источника питания (см. фиг.54), в случае выполнения операции пуска системы источника питания, узел 13 управления работой заранее определяет рабочее состояние клапана 25 управления подачей, а именно состояние подачи топлива FL для выработки энергии от топливного блока 20L, определяет, нормально ли подается топливо FL для выработки энергии, и после этого выполняет вышеописанную операцию. Здесь, когда определяется отключение подачи топлива FL для выработки энергии независимо от работы по стабилизации состояния загруженного топлива FL для выработки энергии при помощи вышеописанного средства стабилизации топлива (в частности, клапана 26 управления давлением), узел 13 управления работой выводит на контроллер CNT, включенный в устройство DVC, информацию, касающуюся ошибки загрузки топлива FL для выработки энергии, и информирует пользователя устройства DVC об этой ошибке.
Кроме того, согласно общему принципу действия вышеописанной системы источника питания (см. фиг.54), в случае продолжения установившейся стадии работы (управления с обратной связью) системы источника питания, узел 13 управления работой последовательно определяется рабочее состояние клапана 25 управления подачей, а именно состояние подачи топлива FL для выработки энергии от топливного блока 20L. Затем, когда определяется отключение подачи топлива FL для выработки энергии или когда принимается внезапное уменьшение количества электроэнергии для приведения в действие нагрузки на устройство DVC в качестве информации о приведении в действие нагрузки независимо от работы по стабилизации средством стабилизации топлива (в частности, клапаном 26 управления давлением), узел 13 управления работой выдает информацию, касающуюся ошибки загрузки топлива FL для выработки энергии, на контроллер CNT, включенный в устройство DVC, и информирует пользователя устройства DVC об этой ошибке.
В результате можно создать систему источника питания с высокой надежностью, которая быстро определяет появление ухудшения свойств топлива FL для выработки энергии из-за ошибки условий загрузки (температуры, давления и др.) топлива FL для выработки энергии в топливном блоке 20L, ошибки работы (например, неисправность выходного напряжения) в модуле 10L выработки энергии или утечки топлива FL для выработки энергии из топливного блока 20L для выдачи из системы 301 источника питания и обеспечивает безопасность в отношении топлива FL для выработки энергии, обладающего сгораемостью.
Ниже приведено описание в отношении любого другого средства стабилизации топлива, применяемого для системы подачи энергии в соответствии с каждым из вышеописанных вариантов выполнения, со ссылкой на чертежи.
На фиг.60 представлена блок-схема, изображающая вариант выполнения средства стабилизации топлива, применяемого для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением. Кроме того, на фиг.61 представлен вид, изображающий состояние пусковой стадии работы системы источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения, и на фиг.62 представлен вид, изображающий состояние стадии останова работы системы источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения. Здесь, аналогично вышеупомянутым вариантам выполнения со второго по четвертый, хотя описание приведено для случая, когда заранее определенная информация передается между системой источника питания и устройством, к которому подсоединена система источника питания, также можно применить конструкцию, в которой не осуществляется никакое специальное уведомление между системой источника питания и устройством (конструкция, описываемая в связи с первым вариантом выполнения). Кроме того, одинаковые позиции обозначают элементы структуры, эквивалентные элементам в каждом из вышеупомянутых вариантов выполнения, тем самым упрощая или опуская их описание.
Как показано на фиг.60, в модуле 10М выработки энергии, топливном блоке 20L и интерфейсном узле 30L, имеющими структуру и функции, эквивалентные структуре и функциям каждого из вышеописанных вариантов выполнения, средство стабилизации топлива, применяемое для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением, имеет конструкцию, в которой клапан 25 управления подачей, который определяет загруженное состояние (температуру, давление и др.) топлива FL для выработки энергии, загруженного в топливный блок 20L, и останавливает подачу топлива FL для выработки энергии от топливного блока 20L на модуль 10М выработки энергии (узел 11 источника вспомогательного питания и узел 12 выработки энергии), когда загруженное состояние превышает заранее определенное пороговое значение, и клапан 26 управления давлением, который определяет загруженное состояние (температуру, давление и др.) топлива FL для выработки энергии в топливном блоке 20L и управляет загруженным состоянием до приведения его в заранее определенное стабилизированное состояние, предусмотрены в любом одном: интерфейсном узле 30L и топливном блоке 20L (топливном блоке 20L в этом примере).
Клапан 25 управления подачей автоматически приводится в действие, когда температура топлива FL для выработки энергии, загруженного в топливный блок 20L, превышает заранее определенное пороговое значение, и отключает подачу топлива FL для выработки энергии на канал подачи топлива. Конкретно, выгоднее всего применять обратный клапан, который закрывается, когда давление в топливном блоке 20L повышается с повышением температуры топлива FL для выработки энергии.
Клапан 26 управления давлением автоматически приводится в действие, когда давление в топливном блоке 20L превышает заранее определенное пороговое значение при повышении температуры топлива FL для выработки энергии, загруженного в топливный блок 20L, и понижает давление в топливном блоке 20L. Конкретно, выгоднее всего применять редукционный клапан (стравливающий клапан), который открывается, когда повышается давление в топливном блоке 20L.
В результате, например, если система источника питания присоединена к устройству DVC, когда температура или давление в топливном блоке 20L повышается вследствие, например, образования тепла, получаемого при вырабатывании электроэнергии в модуле 10М выработки энергии, или приведения в действие нагрузки устройства, автоматически выполняется работа по останову подачи топлива FL для выработки энергии или работа по сбросу давления, тем самым автономно стабилизируя загруженное состояние топлива FL для выработки энергии.
В системе источника питания, имеющей такую конструкцию, в основном, может быть применено управление работой, эквивалентное управлению в вышеописанном втором варианте выполнения (включая случай, когда управление работой в первом варианте выполнения выполняется, по существу, параллельно). В дополнение к этому может быть применено следующее управление работой, которое является характерным для этого варианта выполнения.
На пусковой стадии работы (см. фиг.27 и 34), описанной в связи с первым или вторым вариантом выполнения, когда узел 13 управления работой определяет изменение напряжения электроэнергии питания при помощи узла 16 контроля напряжения или когда узел 13 управления работой принимает информацию о приведении в действие нагрузки, которая передается от контроллера CNT, включенного в устройство DVC, который запрашивает подачу электроэнергии, узел 13 управления работой обращается к рабочему состоянию клапана 25 управления подачей, а именно состоянию подачи топлива FL для выработки энергии от топливного блока 20L перед операцией по выводу на узел 15 управления пуском сигнала управления работой для пуска узла 12 выработки энергии (шаги S104 или S204), и определяет, является ли нормальным загруженное состояние топлива FL для выработки энергии (или может ли быть подано топливо для выработки энергии на узел 12 выработки энергии).
Основываясь на информации о рабочем состоянии клапана 25 управления подачей, когда узел 13 управления работой определяет, что загруженное состояние топлива FL для выработки энергии является нормальным и топливо для выработки энергии может быть подано на узел 12 выработки энергии, он выполняет пусковую стадию работы (шаги S104-S106 или S204-S206), описанную в связи с вышеупомянутым первым или вторым вариантом выполнения, вырабатывает электроэнергию приведения в действие нагрузки узлом 12 выработки энергии и подает заранее определенную электроэнергию питания на устройство DVC.
Как показано на фиг.61, основываясь на информации о рабочем состоянии клапана 25 управления подачей, когда узел 13 управления работой определяет, что состояние загруженного топлива FL для выработки энергии ненормальное, и отключается подача топлива для выработки энергии на узел 12 выработки энергии (когда определяется ошибка загрузки), он информирует контроллер CNT в устройстве DVC сигналом ошибки пуска, основанным на ошибке загрузки, в качестве информации о работе по выработке энергии через клеммный узел ELx.
На стадии установившейся работы (см. фиг.27 и 34), описанной в связи с первым или вторым вариантом выполнения, узел 13 управления работой последовательно контролирует рабочее состояние клапана 25 управления подачей во время управления с обратной связью электроэнергией питания. Затем, как показано на фиг.62, когда узел 13 управления работой определяет ошибку состояния загруженного топлива FL для выработки энергии независимо от работы по сбросу давления (операции стабилизации) клапаном 26 управления давлением для стабилизации загруженного состояния топлива FL для выработки энергии в топливном блоке 20L, он отключает подачу топлива для выработки энергии на узел 12 выработки энергии посредством вывода на узел 14 управления выводом сигнала управления работой для останова вырабатывания электроэнергии в узле 12 выработки энергии и останавливает работу по вырабатыванию энергии узла 12 выработки энергии. Также, узел 13 управления работой останавливает нагрев нагревателем, способствующим эндотермической реакции для получения водорода, и информирует контроллер CNT в устройстве DVC сигналом останова по ошибке, основанным на ошибке загрузки или прекращении работы узла 12 выработки энергии, в качестве информации о работе по выработке энергии через клеммный узел ELx.
В результате можно исключить, например, ухудшения свойств топлива FL для выработки энергии вследствие ошибки условий загрузки (температура, давление и др.) топлива FL для выработки энергии в топливном блоке 20L, ошибки работы (например, неисправность напряжения электроэнергии питания) в модуле 10М выработки энергии или утечки топлива FL для выработки энергии из топливного блока 20L наружу из системы 301 источника питания. Также можно уведомлять пользователя устройства DVC информацией, касающейся ошибки загрузки, и напоминать о принятии соответствующих мер, таких как обновление устройства, использующего окружающую среду, или замена системы источника питания. Поэтому может быть создана высоконадежная система источника питания, которая обеспечивает безопасность обладающего сгораемостью топлива FL для выработки энергии.
В отношении средства сбора побочного продукта, средства определения остаточного количества и средства стабилизации топлива, хотя описание приведено для случая, когда они применяются индивидуально для вышеупомянутых вариантов выполнения, настоящее изобретение не ограничивается этим. Само собой разумеется, что они могут быть выбраны соответствующим образом, и может быть осуществлено использование с произвольным их объединением. В соответствии с этим можно дополнительно улучшить, например, влияние на окружающую среду системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением, эффективность преобразования энергии, достижение соответствия при использовании, безопасность и др.
<Внешняя форма>
Ниже описываются внешние формы, применяемые для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением, со ссылкой на чертежи.
На фиг.63А-63F представлены виды, изображающие конкретные примеры внешней формы, применяемые для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением, и на фиг.64А-64С представлены виды, изображающие внешние формы, применяемые для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением, и отношение соответствия между такими формами и внешними формами гальванического элемента общего назначения.
В системе источника питания, имеющей вышеописанную конструкцию, как показано на фиг.63А-63F, например, соответственно, поскольку топливный блок 20 соединен с модулем 10 выработки энергии через интерфейсный узел 30 или эти элементы выполнены интегрально, внешняя форма выполнена такой, что она соответствует внешней форме и размерам, эквивалентным какому-нибудь из круглых элементов 41, 42 и 43, которые интенсивно используются в виде гальванических элементов общего назначения, соответствующих Японскому промышленному стандарту или международным стандартам, или элементов, имеющих особую форму (некруглые элементы) 44, 45 и 46 в соответствии с техническими требованиями на эти элементы. Также, внешняя форма выполнена такой, что электроэнергия (первая и вторая электроэнергии), вырабатываемая узлом 11 источника вспомогательного питания или узлом 12 выработки энергии вышеописанного модуля 10 выработки энергии, может выводиться через клеммы положительного (+) и отрицательного (-) электродов каждой из изображенных форм элементов.
В этом случае клемма положительного электрода присоединена к верхней части модуля 10 выработки энергии, тогда как клемма отрицательного электрода присоединена к топливному блоку 20, и клемма отрицательного электрода соединена с модулем 10 выработки энергии при помощи непоказанных межсоединений. Кроме того, может быть предусмотрен клеммный узел ELx, который обвит вокруг модуля 10 выработки энергии по его боковой части в виде зоны. Когда система 301 источника питания установлена в устройстве DVC, внутренний контроллер CNT и клеммный узел ELx автоматически и электрически соединяются друг с другом, таким образом позволяя принимать информацию о приведении в действие. Кстати, само собой разумеется, что клеммный узел ELx изолирован от положительного электрода и отрицательного электрода.
Конкретно, поскольку топливный блок 20 и модуль 10 выработки энергии соединены, например, друг с другом, узел выработки энергии, для которого применяется топливный элемент (см. фиг.19), имеет конструкцию, в которой топливный электрод 211 узла 210ь топливного элемента электрически соединен с клеммой отрицательного электрода, и воздушный электрод 212 электрически соединен с клеммой положительного электрода. Далее, в конструкции, в которой двигатели внутреннего и внешнего сгорания, например двигатель, работающий на сжигании газа, или роторно-поршневой двигатель, объединены с генератором энергии, использующим электромагнитную индукцию или т.п. (см. фиг.21-23), или в узле выработки энергии, для которого применяется генератор энергии на основе разности температур или МГД-генератор энергии (см. фиг.24 и 25), предусмотрена конструкция, в которой выходная клемма каждого генератора энергии электрически соединена с клеммой положительного электрода и клеммой отрицательного электрода.
В этом случае, конкретно, круглые элементы 41, 42 и 43 широко применяются в виде серийно выпускаемого марганцевого сухого элемента, щелочного сухого элемента, никель-кадмиевого элемента, литиевого элемента и др. и имеют внешнюю форму, например, цилиндрического типа, для которой приспособлены многие устройства (цилиндрический тип: фиг.63А), кнопочного типа, используемого в наручных часах и др. (фиг.63В), типа монеты, используемого в камерах, электронных записных книжках и др. (фиг.63С) или т.п.
С другой стороны, конкретно, некруглые элементы 44, 45 и 46 имеют внешнюю форму типа особого вида, который индивидуально разрабатывается в соответствии с формой используемого устройства, например компактной камеры или цифровой фотокамеры (фиг.63D), углового типа, соответствующего уменьшенной стороне или толщине портативного акустического устройства или мобильного телефона (фиг.63Е), плоского типа (фиг.63F) или т.п.
Кстати, как описано выше, каждая конструкция модуля 10 выработки энергии, установленного на системе источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения, может быть реализована в виде микрокристалла порядка миллиметра или порядка микрона или в виде микроустановки в результате применения существующего метода производства посредством микрообработки. Далее, применение топливного элемента, турбины на газообразном топливе или т.п., способных реализовать высокую эффективность использования энергии, в качестве узла 12 выработки энергии модуля 10 выработки энергии может снизить количество топлива для выработки энергии, необходимого для реализации емкости батареи, эквивалентной (или превышающей) емкость существующего гальванического элемента, до относительно небольшой величины.
В системе источника питания, соответствующей этому варианту выполнения, лучше всего может быть реализована форма существующего элемента, показанная на чертежах. Например, как изображено на фиг.64А и 64В, можно создать конструкцию, в которой внешние размеры (например, длина La и диаметр Da), когда топливный блок 20 соединен с модулем 10 выработки энергии или когда они выполнены интегрально, становятся, по существу, эквивалентными внешней форме (например, длине Lp и диаметру Dp) такого гальванического элемента 47 общего назначения, как показанный на фиг.64С.
Кстати, на фиг.64А-64С только концептуально показана зависимость между присоединяемой и отсоединяемой конструкцией системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением (взаимное соединение) и внешней формой, и не принимается во внимание конкретная конструкция электродов и др. Соотношение между присоединяемой и отсоединяемой конструкцией модуля 10 выработки энергии и топливного блока 20 и конструкции электродов, когда каждая форма элемента применяется для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением, подробно описываются в связи с нижеописанным вариантом выполнения.
Кроме того, каждая изображенная внешняя форма является только примером гальванического элемента, который серийно выпускается в соответствии со стандартами в Японии или присоединяется к устройству и распространяется, или есть в продаже. Показана только часть примеров конструкции, к которым может быть применено настоящее изобретение. Т.е. могут быть использованы внешние формы, применяемые для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением, кроме вышеуказанных конкретных примеров. Например, такие внешние формы согласовываются с формами гальванических элементов, которые распространяются или находятся в продаже по всему миру, или гальванических элементов, которые будут введены в практическое применение в будущем, и само собой разумеется, что эти внешние формы могут быть разработаны так, чтобы они соответствовали по электрической характеристике.
Ниже приведено подробное описание со ссылкой на чертежи в отношении зависимости между присоединяемой и отсоединяемой конструкцией модуля 10 выработки энергии и топливного блока 20 и конструкции электродов, когда каждая из вышеупомянутых форм элементов применяется для системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением.
(Первый вариант выполнения присоединяемой и отсоединяемой конструкции)
На фиг.65А-65D и фиг.65Е-65Н представлены виды сверху, спереди, сбоку и сзади, изображающие внешние формы топливного блока и узла держателя системы источника питания в соответствии с первым вариантом настоящего изобретения. На фиг.66А и 66В представлены виды, изображающие присоединяемую и отсоединяемую конструкцию модуля выработки энергии и топливного блока в системе источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения. Здесь одинаковые позиции обозначают конструкции, эквивалентные конструкциям в каждом из вышеупомянутых вариантов выполнения, тем самым упрощая или опуская их описание.
Как показано на фиг.65А-65D и фиг.65Е-65Н, система источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения выполнена так, что содержит: топливный блок 51 (соответствующий топливному блоку 20), в котором топливо для выработки энергии загружено при заранее определенных условиях; и узел 52 держателя, функционирующий как модуль 10 выработки энергии и интерфейсный узел 30, к которому присоединен топливный блок с возможностью отсоединения. В этом случае, когда топливным блоком 51 является прозрачная разлагаемая полимерная оболочка, в которую загружено топливо FL, и она не используется, периферия оболочки закрывается пакетом 53 для защиты от разрушения, например, бактериями.
Кроме того, при присоединении топливного блока 51, как описано ниже, может быть достаточным снятие пакета 53 с топливного блока 51. Кроме того, так как топливный блок 51 представляет собой прозрачную оболочку и указатель 51с нанесен на ней, можно определить остаточное количество прозрачного топлива.
Узел 52 держателя выполнен так, что, в основном, содержит: узел 52а выработки энергии, в котором размещены модуль 10 выработки энергии и интерфейсный узел 30, имеющие конструкцию, эквивалентную конструкции каждого вышеупомянутого варианта выполнения, и предусмотрена клемма EL (+) положительного электрода; расположенный напротив узел 52b, на котором предусмотрен узел EL (-) отрицательного электрода; и соединительный узел 52с, который электрически соединяет узел 52а выработки энергии с расположенным напротив узлом 52b и электрически соединяет узел 52а выработки энергии с клеммой EL (-) отрицательного электрода. Пересекающая полость SP1, окруженная узлом 52а выработки энергии, расположенным напротив узлом 52b и соединительным узлом 52с, становится позицией размещения, когда подсоединяется топливный блок 51. Узел 52 держателя содержит: выпуклый узел 52d, который обладает упругостью, например, пружины или т.п. вокруг контактного узла расположенного напротив узла 52b и имеет отверстие в центре (см. фиг.66А); и канал 52е сбора побочного продукта для соединения отверстия выпуклого узла 52d с каналом 17а подачи побочного продукта модуля 10 выработки энергии. Так как указатель 52h нанесен на узле 52 держателя вместо указателя 51с топливного блока 51, можно определить остаточное количество прозрачного топлива. В этом случае указатель 52h легко можно визуально наблюдать, когда соединительный узел 52с не является прозрачным.
В системе источника питания, имеющей такую конструкцию, как показано на фиг.66А, что касается полости SP1, образованной узлом 52а выработки энергии, расположенным напротив узлом 52b и соединительным узлом 52с, проход 51а подачи топлива (одна торцевая часть), на котором предусмотрен клапан 24А подачи топлива топливного блока 51, вводится в соприкосновение с узлом 52 держателя, и эта точка соприкосновения определяется как опорная точка при использовании пальцев FN1 и FN2 для поддержания топливного блока 51, с которого снят пакет 53, и другая торцевая часть 51b топливного блока 51 поворачивается и проталкивается (стрелка Р9 на чертежах). В результате, как показано на фиг.66В, нижняя часть 51b (другая торцевая часть) топливного блока 51 вводится в соприкосновение с расположенным напротив узлом 52b и топливный блок 51 устанавливается в полости SP1. В этом случае трубка 52f подачи топлива, которой может быть канал подачи топлива (фиг.73), надавливает на клапан 24А подачи топлива, положение которого фиксируется пружиной, и, таким образом, отключается функция предотвращения утечки топливного блока 51. Также, топливо FL для выработки энергии, загруженное в топливный блок 51, автоматически переносится и подается на модуль 10 выработки энергии в результате поверхностного натяжения в капиллярной трубке 52g (фиг.73) и трубке 52f подачи топлива. На фиг.66В показана не используемая в данный момент система источника питания, на которую установлены топливный блок 51 и узел 52 держателя. На этом чертеже периферия оболочки закрыта пакетом 54 для защиты от фактора разрушения, такого как бактерии. Когда эта система источника питания используется в качестве источника питания для устройства или т.п., может быть достаточным снятие пакета 54. Кроме того, если узел 11 источника вспомогательного питания расходует топливо из топливного блока 51 и постоянно вырабатывает энергию, как, например, с топливным элементом непосредственного типа или т.п., отверстие 54а для подачи кислорода и выпуска углекислого газа может быть предусмотрено в пакете 54 вблизи модуля 10 выработки энергии. Если узел 11 источника вспомогательного питания не расходует топливо, как в случае с конденсатором или т.п., необязательно должно быть предусмотрено отверстие 54а.
В этом случае, когда топливный блок 51 установлен в полости SP1 и соединен с узлом 52 держателя, система источника питания выполнена так, что имеет внешнюю форму и размеры, по существу, эквивалентные внешней форме и размерам вышеописанного цилиндрического гальванического элемента общего назначения (см. фиг.63А и 64С). Кроме того, в этом случае, поскольку топливный блок 51 нормально установлен в полости SP1, предпочтительно, чтобы другая торцевая часть 51b топливного блока 51 прижималась с соответствующим усилием так, чтобы проход 51а подачи топлива топливного блока 51 хорошо мог войти в соприкосновение с каналом подачи топлива и соединиться с ним на части узла 52а выработки энергии и чтобы другая торцевая часть 51b топливного блока 51 вошла в зацепление с контактным узлом расположенного напротив узла 52b посредством использования соответствующего прижимающего усилия для предотвращения случайного выскакивания топливного блока 51 из узла 52 держателя.
Конкретно, как показано на фиг.66А и 66В, может быть применен зацепляющий механизм между вогнутым узлом, на котором клапан 24В извлечения побочного продукта, образованный на другой торцевой части 51b топливного блока, расположен для сбора воды или т.п. в качестве побочного продукта, и выпуклым узлом 52d, имеющим упругость пружины или т.п., вокруг контактной части расположенного напротив узла 52b. В этом случае клапан 24В извлечения побочного продукта переходит из закрытого состояния в открытое состояние при нажатии выпуклым узлом 52d, и он соединяется с каналом 52е сбора побочного продукта. Побочный продукт, подаваемый от канала 52е сбора побочного продукта, может поэтому собираться в пакете 23 сбора, предусмотренном в топливном блоке 51.
В результате, как указано при описании общего принципа действия (см. фиг.27 и 34), электроэнергия (вторая электроэнергия) автономно вырабатывается в узле 11 источника вспомогательного питания, и рабочая электроэнергия подается, по меньшей мере, на узел 13 управления работой в модуле 10 выработки энергии. Кроме того, когда система источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения подсоединяется к заранее определенному устройству DVC, часть электроэнергии, вырабатываемой узлом 11 источника вспомогательного питания, подается в качестве электроэнергии приведения в действие (электроэнергии контроллера) на контроллер CNT, включенный в устройство DVC, через клемму EL (+) положительного электрода, предусмотренную для узла 52а выработки энергии, и клемму EL (-) отрицательного электрода, предусмотренную для расположенного напротив узла 52b (начальная стадия работы).
Поэтому можно реализовать полностью совместимую систему источника питания, с которой легко обращаться как с гальваническим элементом общего назначения, которая имеет внешнюю форму и размеры (цилиндрическая форма в этом примере), равные или аналогичные внешней форме и размерам гальванического элемента общего назначения, и может обеспечивать подачу электроэнергии, имеющей такую же или подобную электрическую характеристику. Следовательно, электроэнергия может применяться в качестве рабочей электроэнергии устройством, таким как существующее портативное устройство, аналогично гальваническому элементу общего назначения.
В частности, в системе источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения, когда конструкция, снабжения топливным элементом, применяется в качестве модуля выработки энергии, и материал, такой как вышеописанная разлагаемая пластмасса, применяется в виде топливного блока 51, который выполнен подсоединяемым к узлу 52а выработки энергии (модулю 10 выработки энергии) или отсоединяемым от него без ограничения, может быть реализована высокая эффективность использования энергии, в то же самое время устраняя вредное воздействие (нагрузку) на окружающую среду. Можно поэтому наилучшим образом решить проблемы, такие как влияние на состояние окружающей среды, вызванное выбросом в отвал использованного гальванического элемента или захоронением на мусорной свалке, или эффективность использования энергии.
Кроме того, согласно системе источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения, так как полость SP1 на части узла 52 держателя, в которой устанавливается топливный блок 51, имеет форму с двумя открытыми узлами, топливный блок 51 легко может быть присоединен к узлу 52 держателя, захватывая пальцами FN1 и FN2 участки противоположных сторон топливного блока 51, и топливный блок 51 выталкивается через один из двух открытых узлов посредством нажатия на топливный блок 51 с другого узла из двух открытых узлов, тем самым легко и безопасно удаляя топливный блок 51.
(Второй вариант выполнения присоединяемой и отсоединяемой конструкции)
На фиг.67А-67С представлены виды спереди, сбоку и сзади, схематически изображающие внешнюю форму топливного блока системы источника питания в соответствии со вторым вариантом выполнения настоящего изобретения. Если топливный блок 61 представляет собой прозрачную разлагаемую полимерную оболочку, в которой загружено топливо FL, и он не используется, периферия оболочки закрыта пакетом 63 для защиты от факторов разрушения, таких как бактерии. Далее, в случае присоединения топливного блока 61, как описано ниже, может быть достаточным снятие пакета 63 с топливного блока 61. Кроме того, так как топливный блок 61 является прозрачной оболочкой и указатель 61b нанесен на ней, то можно определить остаточное количество прозрачного топлива.
На фиг.67D-67G представлены виды спереди, сверху, сзади и сбоку, схематически изображающие внешнюю форму узла 62 держателя системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением, и на фиг.68А и 68В представлены виды, изображающие присоединяемую и отсоединяемую конструкцию модуля выработки энергии и топливного блока в системе источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения. Так как указатель 62d нанесен на узле 62 держателя, функционирующем в качестве модуля 10 выработки энергии и интерфейсного узла 30, вместо указателя 61b на топливном блоке 61, можно определить остаточное количество прозрачного топлива. В этом случае, если соединительный узел 62с не является прозрачным, можно легко визуально определить указатель 62d. В этом случае описание конструкций, эквивалентных конструкциям в каждом из вышеупомянутых вариантов выполнения, упрощено или опущено. На фиг.68В показана неиспользуемая система источника питания, в которой установлены топливный блок 61 и узел 62 держателя. Периферия системы источника питания закрыта пакетом 64 для защиты от факторов разрушения, таких как бактерии. Когда система источника питания используется в качестве источника питания устройства или т.п., может быть достаточным выполнение отверстия в пакете 64. Кроме того, если узел 11 источника вспомогательного питания расходует топливо в топливном блоке 61 и постоянно вырабатывает электроэнергию, как в случае с топливным элементом непосредственного типа или т.п., отверстие 64а для подачи кислорода и выпуска углекислого газа может быть предусмотрено в пакете 64 вблизи модуля 10 выработки энергии. Если узел 11 источника вспомогательного питания не расходует топливо, как в случае конденсатора или т.п., необязательно должно быть предусмотрено отверстие 64а.
Как показано на фиг.67А-67G, система источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения выполнена так, что содержит: топливный блок 61, в котором загружено топливо для выработки энергии при заранее определенных условиях; и узел 62 держателя, выполненный так, что топливный блок 61 может быть присоединен к нему и отсоединен от него без ограничения. В этом случае, так как топливный блок 61 имеет конструкцию и функцию, эквивалентные конструкции и функции каждого из вышеупомянутых вариантов выполнения, то, таким образом, опущено его описание.
Узел 62 держателя выполнен так, что, в общих чертах, содержит: узел 62а выработки энергии, в котором размещен модуль 10 выработки энергии и на котором предусмотрена клемма EL (+) положительного электрода; расположенный напротив узел 62b, на котором предусмотрена клемма EL (-) отрицательного электрода; и соединительный узел 62с, который электрически соединяет узел 62а выработки энергии с расположенным напротив узлом 62b и электрически соединяет узел 62а выработки энергии с клеммой EL (-) отрицательного электрода. Здесь вогнутая полость SP2, окруженная расположенным напротив узлом 62b и соединительным узлом 62с, представляет собой место размещения, когда присоединен топливный блок 61.
В системе источника питания, имеющей такую конструкцию, как показано на фиг.68А, когда топливный блок 61 устанавливается в полость SP2, составленную узлом 62а выработки энергии, расположенным напротив узлом 62b и соединительным узлом 62с (стрелка Р10 на чертеже), в то же самое время обеспечивая контакт прохода 61а подачи топлива топливного блока 61, с которого снят пакет 63, с каналом подачи топлива на части узла 62а выработки энергии, топливный блок 61 размещается в полости SP2, как показано на фиг.68В, и отключается функция предотвращения утечки топливного блока 61. Кроме того, топливо FL для выработки энергии, загруженное в топливный блок 61, подается на модуль 10 выработки энергии, включенный в узел 62а выработки энергии, через канал подачи топлива.
В этом случае, аналогично вышеописанному первому варианту выполнения, когда топливный блок 61 размещается в полости SP2 и соединяется с узлом 62 держателя, система источника питания выполняется так, что имеет форму и размеры, по существу эквивалентные форме и размерам, например, вышеописанного цилиндрического гальванического элемента общего назначения (см. фиг.63А и 64С). Кроме того, в этом случае, если топливный блок 61 нормально размещен в полости SP2, для того чтобы предотвратить случайное выпадение топливного блока 61 из узла 62 держателя, желательно создать конструкцию, в которой внешняя форма топливного блока 61 входит в зацепление с внутренней формой полости SP2 узла 62 держателя.
В результате, аналогично вышеупомянутому первому варианту выполнения, можно реализовать полностью совместимую систему источника питания портативного типа, с которой легко можно обращаться как с гальваническим элементом общего назначения и которая имеет внешнюю форму и электрическую характеристику, равные или эквивалентные форме и характеристике гальванического элемента общего назначения. Далее, посредством соответствующего выбора конструкции устройства выработки энергии, применяемого для модуля выработки энергии, или материала, образующего присоединяемый и отсоединяемый топливный блок, можно значительно уменьшить воздействие на окружающую среду и можно решить проблемы, такие как влияние на состояние окружающей среды, вызванное выбросом в отвал или захоронением на мусорной свалке существующих гальванических элементов, или эффективность использования энергии.
(Третий вариант выполнения присоединяемой и отсоединяемой конструкции)
На фиг.69А-69С представлены виды спереди, сбоку и сзади, схематически изображающие внешнюю форму топливного блока системы источника питания в соответствии с третьим вариантом выполнения настоящего изобретения, на фиг.69D-69F представлены виды спереди, сбоку и сзади, схематически изображающие внешнюю форму узла держателя системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением, и на фиг.70А-70С представлены виды, изображающие присоединяемую и отсоединяемую конструкцию модуля выработки энергии и топливного блока в системе источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения. Здесь описание конструкций, эквивалентных конструкциям в каждом из вышеописанных вариантов выполнения, упрощено или опущено.
Как показано на фиг.69А-69F, система источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения содержит: прозрачный топливный блок 71, в котором загружено топливо для выработки энергии при заранее определенных условиях; и узел 72 держателя, который выполнен так, что в нем может быть размещено множество топливных блоков 71. Если топливным блоком 71 является прозрачная разлагаемая полимерная оболочка, в которой загружено топливо FL, и он не используется, периферия оболочки закрыта пакетом 73 для защиты от факторов разрушения, таких как бактерии. В случае присоединения топливного блока 71, как описано ниже, может быть достаточным выполнение отверстия в пакете 73 из топливного блока 71. Так как топливный блок 71 представляет собой прозрачную оболочку и указатель 71с нанесен на ней, легко можно определить остаточное количество прозрачного топлива. Далее, если узел 11 источника вспомогательного питания расходует топливо в топливном блоке 71 и постоянно вырабатывает энергию, как в случае с топливным элементом непосредственного типа или т.п., отверстие 74а для подачи кислорода и выпуска углекислого газа может быть предусмотрено в пакете 74 вблизи модуля 10 выработки энергии. Если узел 11 источника вспомогательного питания не расходует топлива, как в случае с конденсатором или т.п., необязательно должно быть предусмотрено отверстие 74а.
Узел 72 держателя, функционирующий в качестве модуля 10 выработки энергии и интерфейсного узла 30, выполнен так, что, в основном, содержит: узел 72а выработки энергии, в котором размещен модуль 10 выработки энергии и на котором предусмотрен клеммный узел ELx для передачи/приема информации о приведении в действие нагрузки в дополнение к клемме EL (+) положительного электрода и клемме EL (-) отрицательного электрода на этой же торцевой поверхности; прозрачную оболочку 72b для размещения, предусмотренную так, что образована полость SP3 между ней и узлом 72а выработки энергии; и открывающуюся/закрывающуюся крышку 72с, которая позволяет размещать топливный блок 71 в полости SP3 или удалять из нее и прижимает и фиксирует топливный блок 71, размещенный в полости SP3. Так как указатель 72d нанесен на оболочке 72b для размещения вместо указателя 71с на топливном блоке 71, можно определять остаточное количество прозрачного топлива. Здесь описание конструкций, эквивалентных конструкциям каждого из вышеупомянутых вариантов выполнения, упрощено или опущено.
В системе источника питания, имеющей такую конструкцию, как показано на фиг.70А, когда открыта открывающаяся/закрывающаяся крышка 72с узла 72 держателя и открыта одна боковая часть поверхности полости SP3, множество (два в этом примере) топливных блоков 71, с которых сняты пакеты 73, вставлены в одном и том же направлении, и открывающаяся/закрывающаяся крышка 72с затем закрывается, как показано на фиг.70В и 70С. В результате топливные блоки 71 размещаются в полости SP3, и открывающаяся/закрывающаяся крышка 72с нажимает на другую торцевую часть 71b топливных блоков 71, тем самым приводя проход 71а подачи топлива топливного блока 71 в соприкосновение с каналом подачи топлива (интерфейсный узел; не показан) на части узла 72а выработки энергии. Следовательно, отключается функция предотвращения утечки топливного блока 71, и топливо FL для выработки энергии, загруженное в топливный блок 71, подается на модуль 10 выработки энергии, включенный в узел 72а выработки энергии, через канал подачи топлива.
В этом случае система источника питания выполнена так, что имеет внешнюю форму и размеры, по существу, эквивалентные внешней форме и размерам, например, вышеописанного гальванического элемента, имеющего специальную форму, когда топливные блоки 71 размещены в полости SP3 и соединены с узлом 72 держателя. На фиг.70В и 70С показана не используемая в данный момент система источника питания, в которой установлены топливные блоки 71 и узел 72 держателя. Периферия оболочки закрыта пакетом 74 для защиты от факторов разрушения, таких как бактерии. В случае использования системы источника питания в качестве источника питания устройства или т.п. может быть достаточным выполнение отверстия в пакете 74.
В результате, аналогично каждому из вышеупомянутых вариантов выполнения, можно реализовать полностью совместимую систему источника питания портативного типа, которая имеет внешнюю форму и электрическую характеристику, равные или эквивалентные внешней форме и электрической характеристике существующего гальванического элемента. Также, посредством соответствующего выбора конструкции устройства выработки энергии, применяемого для модуля выработки энергии, или материала, образующего присоединяемый и отсоединяемый топливный блок, может быть значительно снижено воздействие на окружающую среду, и можно наилучшим образом решить проблемы, такие как состояние окружающей среды, вызванные выбросом в отвал или захоронением на мусорной свалке существующих гальванических элементов, или эффективность использования энергии.
(Четвертый вариант выполнения присоединяемой и отсоединяемой конструкции)
На фиг.71А-71С представлены виды спереди, сбоку и сзади, схематически изображающие внешнюю форму топливного блока системы источника питания в соответствии с четвертым вариантом выполнения, на фиг.71D-71F представлены виды сверху, сбоку и спереди, схематически изображающие внешнюю форму узла держателя системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением, и на фиг.72А-72С представлены схематические виды, изображающие присоединяемую и отсоединяемую конструкцию модуля выработки энергии и топливного блока в системе источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения.
Как показано на фиг.71А-71F, система источника питания в соответствии с этим вариантом выполнения выполнена так, что содержит: топливный блок 81, в котором топливо для выработки энергии загружено при заранее определенных условиях; и узел 82 держателя, выполненный так, что в нем можно размещать множество топливных блоков 81. Здесь, когда топливный блок 81 представляет собой прозрачную разлагаемую полимерную оболочку, в которой загружено топливо FL, и он не используется, периферия оболочки закрыта пакетом 83 для защиты от факторов разрушения, таких как бактерии. Кроме того, в случае присоединения топливного блока 81, как описано ниже, может быть достаточным выполнение отверстия в пакете 83 от топливного блока 81. Далее, так как топливный блок 81 представляет собой прозрачную оболочку и на нем нанесен указатель 81с, можно определять остаточное количество прозрачного топлива. Кроме того, если узел 11 источника вспомогательного питания расходует топливо в топливном блоке 81 и постоянно вырабатывает энергию, как в случае с топливным элементом непосредственного типа или т.п., отверстие 84а для подачи кислорода и выпуска углекислого газа может быть предусмотрено в пакете 84 вблизи модуля 10 выработки энергии. Если узел 11 источника вспомогательного питания не расходует топливо, как в случае с конденсатором или т.п., необязательно должно быть предусмотрено отверстие 84а.
Узел 82 держателя, функционирующий в качестве модуля 10 выработки энергии и интерфейсного блока 30, выполнен так, что, в основном, содержит: узел 82а выработки энергии, в котором размещен модуль 10 выработки энергии и для которого предусмотрен клеммный узел ELx для передачи/приема информации о состоянии нагрузки на этой же торцевой поверхности в дополнение к клемме EL (+) положительного электрода и клемме EL (-) отрицательного электрода; расположенный напротив узел 82b, имеющий поверхность, расположенную напротив узла 82а выработки энергии; и узел 82с основания для соединения узла 82а выработки энергии с расположенным напротив узлом 82b. Здесь, вогнутая полость SP4, окруженная узлом 82а выработки энергии, расположенным напротив узлом 82b и узлом 82с основания, представляет собой место размещения, когда присоединен топливный блок 81. Так как указатель 82d нанесен на узел 82 держателя вместо указателя 81с на топливном блоке 81, можно определять остаточное количество прозрачного топлива. В этом случае, если узел 82с основания не является прозрачным, легко можно визуально определить указатель 82d.
В системе источника питания, имеющей такую конструкцию, как показано на фиг.72А, когда проход 81а подачи топлива (одна торцевая часть) топливного блока 81 вводится в соприкосновение с каналом подачи топлива (интерфейсный узел; не показан) на части узла 82а выработки энергии, так что контактная часть определяется как опорная точка, тогда как другая торцевая часть 81b топливного блока 81 поворачивается и проталкивается в полость SP4, составленную узлом 82а выработки энергии, расположенным напротив узлом 82b и узлом 82с основания (стрелка Р11 на чертеже), как показано на фиг.72В, другая торцевая часть 81b топливного блока 81 вводится в соприкосновение с расположенным напротив узлом 82b и фиксируется, и множество (два в этом примере) топливных блоков 81 размещаются в полости SP4 в одном и том же направлении. В этом случае отключается функция предотвращения утечки топливного блока 81, и топливо FL для выработки энергии, загруженное в топливный блок 81, подается на модуль 10 выработки энергии, включенный в узел 82а выработки энергии, через канал подачи топлива.
При этом система источника питания выполнена так, что внешняя форма и размеры, по существу, эквивалентны внешней форме и размерам, например, вышеописанного гальванического элемента, имеющего специальную форму, когда топливные блоки 81 размещены в полости SP4 и соединены с узлом 82 держателя. Кроме того, в этом случае, когда топливные блоки 81 нормально размещены в полости SP4, проход 81а подачи топлива топливных блоков 81 наилучшим образом входит в соприкосновение с каналом подачи топлива и соединяются с ним на части узла 82а выработки энергии. Также, для того чтобы предотвратить случайное выскакивание топливных блоков 81 из узла 82 держателя, аналогично вышеупомянутому первому варианту выполнения, контактная часть между другой торцевой частью 81b топливных блоков 81 и расположенным напротив узлом 82b выполнена так, что входит в зацепление под действием соответствующего осевого усилия.
В результате можно реализовать систему источника питания, имеющую цели и преимущества, аналогичные целям и преимуществам каждого из вышеупомянутых вариантов выполнения.
На фиг.72В и 72С изображается не используемая в данный момент система источника питания, в которой установлены топливный блок 81 и узел 82 держателя. Периферия оболочки закрыта пакетом 84 для защиты от факторов разрушения, таких как бактерии. Во время использования системы источника питания в качестве источника питания устройства или т.п. может быть достаточным выполнение отверстия в пакете 84.
Кстати, трубка подачи топлива, имеющая назначение, эквивалентное назначению трубки 52f подачи топлива узла 52 держателя, предусмотрена для каждого узла 62, 72 и 82 держателя, и канал сбора побочного продукта, эквивалентный каналу 52е сбора побочного продукта, предусмотрен для каждого из этих узлов держателя.
(Конкретный пример конструкции)
Ниже приведено описание в отношении конкретного примера конструкции всей системы источника питания, для которой применяется любой из вышеупомянутых вариантов выполнения (включая каждый пример конструкции), со ссылкой на чертежи.
На фиг.73 представлен вид, изображающий конкретный пример конструкции всей системы источника питания в соответствии с настоящим изобретением. Далее, на фиг.74 представлен вид, изображающий пример конструкции узла реформинга топлива для этого конкретного примера конструкции, и на фиг.75 представлен вид, изображающий другой пример конструкции узла реформинга топлива, применяемого для этого конкретного примера конструкции. Здесь определяется, что топливный элемент типа непосредственной подачи топлива применяется в качестве узла 11 источника вспомогательного питания, предусмотренного для модуля выработки энергии, и топливный элемент типа реформинга топлива применяется в качестве узла 12 выработки энергии. Кроме того, делается соответствующая ссылка на каждый вышеупомянутый вариант выполнения и каждый пример конструкции, и одинаковые позиции обозначают эквивалентные конструкции, тем самым упрощая их описание.
Как показано на фиг.73, система 301 источника питания в соответствии с этим конкретным примером конструкции имеет модуль 10 выработки энергии и топливный блок 20, выполненный присоединяемым к нему и отсоединяемым от него при помощи интерфейсного узла 30, как показано на фиг.2, и имеет цилиндрическую внешнюю форму в целом, как показано на фиг.63А или фиг.64А-64С. Кроме того, эти конструкции (модуль 10 выработки энергии, в частности) образованы в небольшой полости в результате использования метода производства посредством микрообработки или т.п., и эта система источника питания выполнена так, что имеет внешний размер, эквивалентный внешнему размеру гальванического элемента общего назначения.
Модуль 10 выработки энергии выполнен так, что, в основном, содержит: узел 210b топливного элемента, проходящий вдоль круговой боковой поверхности цилиндрической формы; реактор 210Х реформинга пapa (узел реакции реформинга пара), который имеет канал протекания топлива, глубина и ширина которого соответственно не превышают 500 мкм, и образованный в нем нагреватель для приведения полости в канале протекания к заранее определенной температуре в цилиндрическом модуле 10 выработки энергии; реактор 210Y конверсии водой (узел реакции конверсии водой), имеющий канал протекания топлива, глубина и ширина которого соответственно не превышают 500 мкм, и образованный в нем нагреватель для приведения полости в канале протекания к заранее определенной температуре; реактор 210Z избирательного окисления (узел избирательной окислительной реакции), имеющий канал протекания топлива, глубина и ширина которого соответственно не превышают 500 мкм, и образованный в нем нагреватель для приведения полости в канале протекания к заранее определенной температуре; кристалл 90 управления, который реализуется в виде микрокристалла и размещается в модуле 10 выработки энергии и имеет узел 13 управления работой и узел 15 управления пуском или т.п., установленные на нем; множество воздушных отверстий (прорезей) 14с, которые проходят от цилиндрической боковой поверхности модуля 10 выработки энергии к воздушным электродам 112 и 212 узла 11 источника вспомогательного питания и узла 12 выработки энергии и захватывают наружный воздух; узел 17 сбора отделенного продукта, который сжижает (конденсирует) побочный продукт (например, воду), образуемый на части воздушных электродов 112 и 212, отделяет и собирает его; канал 16а подачи побочного продукта для подачи части собранного побочного продукта на узел 210Х реакции реформинга пара; выпускное отверстие 14d, которое проходит от верхней лицевой поверхности цилиндра до воздушного электрода узла 12 выработки энергии и выпускает наружу из модуля выработки энергии, по меньшей мере, побочный продукт (например, углекислый газ) в качестве несобираемого материала, который образуется на части топливного электрода узла выработки энергии или в узле 210Х реакции реформинга пара и узле 210Z избирательной окислительной реакции; и узел 11 источника вспомогательного питания, несмотря на то, что он не описан. Узел 210Х реакции реформинга пара и узел 210Y реакции конверсии водой используют, по меньшей мере: воду, которая подается через канал 17а подачи побочного продукта и образуется в узле 210b топливного элемента, или воду в топливе FL в топливном блоке 51 в качестве воды, необходимой для реакции. Кроме того, углекислый газ, образуемый каждой реакцией в узле 210Х реакции реформинга пара, узле 210Y реакции конверсии водой и узле 210Z избирательной окислительной реакции, выпускается наружу из модуля 10 выработки энергии через выпускное отверстие 14d.
Аналогично конструкции, показанной на фиг.48, топливный блок 20 (51, 61, 71, 81) выполнен так, что, в основном, содержит: полость 22А загрузки топлива, в которую наполняется и загружается топливо FL для выработки энергии, подлежащее подаче на узел 12 выработки энергии или узел 11 источника вспомогательного питания согласно потребностям; полость 22В хранения собранного продукта (узел 21 хранения собранного продукта) для постоянного хранения побочного продукта (воды), собранного узлом 17 сбора отделенного продукта; клапан 24А подачи топлива (средство предотвращения утечки топлива), который находится на границе с модулем 10 выработки энергии и предотвращает утечку топлива FL для выработки энергии; и клапан 24В извлечения побочного продукта (средство предотвращения утечки собранного материала) для предотвращения утечки собранного и хранимого побочного продукта (собранного материала). Здесь топливный блок 20 выполнен из разлагаемой пластмассы, такой как упомянутая выше.
Когда топливный блок 20, имеющий такую конструкцию, соединен с модулем 10 выработки энергии и интерфейсным узлом 30, трубка 52f подачи топлива нажимает на клапан 24А подачи топлива, положение которого фиксируется пружиной, и отключается функция предотвращения утечки топливного блока 51. Также, топливо FL для выработки энергии, загруженное в топливный блок 51, автоматически переносится на модуль 10 выработки энергии в результате поверхностного натяжения в капиллярной трубке 52g и трубке 52f подачи топлива. Кроме того, когда топливный блок 20 удаляется из модуля 10 выработки энергии и интерфейсного узла 30, клапан 24А подачи топлива снова закрывается под действием упругости пружины, так что может быть предотвращена утечка топлива FL для выработки энергии.
Интерфейсный узел 30 выполнен так, что содержит: канал 31 подачи топлива для подачи топлива FL для выработки энергии, загруженного в топливный блок 20, на узел 12 выработки энергии или узел 11 источника вспомогательного питания согласно потребностям; и канал 32 сбора побочного продукта для подачи на топливный блок 20 всего или части побочного продукта (воды), который образуется в узле 12 выработки энергии или узле 11 источника вспомогательного питания в некоторых случаях и собирается узлом 17 сбора отделенного продукта.
Хотя это не показано, топливный блок 20 или интерфейсный узел 30 могут иметь конструкцию, в которой предусмотрено средство определения остаточного количества для определения остаточного количества топлива FL для выработки энергии, загруженного в топливный блок 20, или средство стабилизации топлива для стабилизации состояния загрузки топлива для выработки энергии, как показано на фиг.49 и 60.
Узел 210Х реакции реформинга пара, применяемый для системы источника питания в соответствии с этим конкретным примером конструкции, например, как показано на фиг.74, выполнен так, что содержит: узел 202а выпуска топлива; узел 202b выпуска воды; узел 203а испарения топлива; узел 203b испарения воды; смешивающий узел 203с; канал 204 протекания реакции реформинга и узел 205 выпуска газообразного водорода, при этом каждый из этих элементов предусмотрен так, что имеет заранее определенную форму канавки и заранее определенный шаблон плоской поверхности на одной стороне
поверхности небольшой подложки 201, например, из кремния, в результате использования метода микрообработки, такого как метод изготовления полупроводников. Узел 210Х реакции реформинга пара также содержит тонкопленочный нагреватель 206, который находится в области, соответствующей области, в которой образован канал 204 протекания реакции реформинга и предусмотрен, например, на другой стороне поверхности небольшой подложки 201.
Узел 202а выпуска топлива и узел 202b выпуска воды имеют механизм выпуска текучей среды для выпуска топлива для выработки энергии, которое может быть исходным материалом в реакции реформинга пара, и воды в канал протекания в виде частиц жидкости в соответствии с заранее определенным единичным количеством, например. Поэтому, так как этапы развития реакции реформинга пара, указанные, например, химическим уравнением (3), управляются на основе количества выпуска топлива для выработки энергии или воды в узле 202а выпуска топлива и узле 202b выпуска воды (конкретно, количество тепла от нижеописанного тонкопленочного нагревателя 206 также тесно связано с ними), узел 202а выпуска топлива и узел 202b выпуска воды имеют конструкцию, служащую в качестве части функции регулировки количества подачи топлива в вышеописанном узле 14 управления выводом (узле 14а управления топливом).
Узел 203а испарения топлива и узел 203b испарения воды представляют собой нагреватели, нагреваемые до условий испарения, таких как точка кипения каждого из топлива для выработки энергии и воды, выполняют процесс испарения, показанный на фиг.20А, и испаряют топливо для выработки энергии или воду, выпускаемые из узла 202а выпуска топлива и узла 202b выпуска воды в виде частиц жидкости, подвергая топливо для выработки энергии или воду обработке нагреванием или обработке снижением давления, тем самым образуя смешанный газ, получаемый из топливного газа и пара в смешивающем узле 203с.
Тонкопленочный нагреватель 206 направляет смешанный газ, образованный в смешивающем узле 203с, в канал 204 протекания реакции реформинга и вызывает реакцию реформинга пара, показанную на фиг.20А, и выполнение химического уравнения (3), основанного на катализаторе на основе меди-олова (Cu-Zn) (не показан), образованном для прилипания к поверхности внутренней стенки канала 204 протекания реакции реформинга, и заранее определенной тепловой энергии, подаваемой на канал 204 протекания реакции реформинга от тонкопленочного нагревателя 206, предусмотренного согласно области, в которой канал 204 протекания реакции реформинга образован для канала 204 протекания реакции реформинга, тем самым образуя газообразный водород (Н2О) (процесс реакции реформинга пара).
Узел 205 выпуска газообразного водорода выпускает газообразный водород, который образуется в канале 204 протекания реакции реформинга и содержит угарный газ и т.п., устраняет угарный газ (СО) посредством процесса реакции конверсии водой и процесса избирательной окислительной реакции в узле 210Z избирательной окислительной реакции и после этого подает полученный газ на топливный электрод топливного элемента, составляющего узел 12 выработки энергии. В результате в узле 12 выработки энергии создается последовательность электрохимических реакций, основанных на химических уравнениях (6) и (7), тем самым вырабатывая заранее определенную электроэнергию.
В системе источника питания, имеющей такую конструкцию, например, когда топливный блок 20 соединяется с модулем 10 выработки энергии через интерфейсный узел 30 в соответствии с вышеописанным принципом действия (начальная стадия работы, пусковая стадия работы, стадия установившейся работы и стадия останова работы), отключается функция предотвращения утечки посредством клапана 24А подачи топлива (средство предотвращения утечки топлива), и топливо FL для выработки энергии (например, метанол), загруженное в полость 22А загрузки топлива топливного блока 20, подается на топливный электрод батареи топливных элементов, непосредственно составляющей узел 11 источника вспомогательного питания, при помощи канала 31 подачи топлива, тем самым вырабатывая вторую электроэнергию. Эта электроэнергия подается на узел 13 управления работой, имеющийся на кристалле 90 управления, в качестве рабочей электроэнергии и также подается в качестве электроэнергии приведения в действие на контроллер CNT, включенный в устройство DVC (не показан), к которому электрически подсоединена система 301 источника питания через клемму положительного электрода и клемму отрицательного электрода, которые не изображены.
Когда узел 13 управления работой принимает информацию, касающуюся состояния нагрузки LD устройства DVC, от контроллера CNT, узел 13 управления работой выводит сигнал управления работой на узел 15 управления пуском и использует часть электроэнергии, вырабатываемой узлом 11 источника вспомогательного питания, для нагрева тонкопленочного нагревателя 206 узла 210Х реакции реформинга пара. Также, узел 13 управления работой выпускает заранее определенные количества топлива для выработки энергии и воды в канал 204 протекания реакции реформинга узла 210Х реакции реформинга пара. В результате образуются газообразный водород (Н2) и углекислый газ (CO2) в результате реакции реформинга пара и избирательной окислительной реакции, указанные вышеупомянутыми химическими уравнениями (3)-(5), и газообразный водород (Н2) подается на топливный электрод топливного элемента, составляющего узел 12 выработки энергии, тем самым вырабатывая первую электроэнергию. Первая электроэнергия подается на нагрузку LD устройства DVC в виде электроэнергии приведения в действие нагрузки. Далее, углекислый газ (СО2) выпускается наружу из модуля 10 выработки энергии (системы 301 источника питания), например, через выпускное отверстие 14d, предусмотренное на верхней лицевой поверхности модуля 10 выработки энергии.
Побочный продукт (газ, такой как пар), образуемый во время работы по вырабатыванию энергии в узле 12 выработки энергии, охлаждается и сжижается в узле 17 сбора отделенного продукта. Следовательно, побочный продукт разделяется на воду и некоторые другие газовые составляющие, и только вода собирается и частично подается на узел 210Х реакции реформинга пара через канал 16а подачи побочного продукта. Кроме того, любая другая вода необратимо сохраняется в полости 22В хранения собранного продукта в топливном блоке 20 через канал 32 сбора побочного продукта.
В соответствии с системой 301 источника питания, относящейся к этому конкретному примеру конструкции, соответствующая электроэнергия (первая электроэнергия) в соответствии с состоянием приводимой в действие нагрузки (устройства DVC) может автономно выводиться без осуществления пополнения запасов топлива извне системы 301 источника питания, операция по вырабатыванию энергии может осуществляться с высокой эффективностью преобразования энергии, в то же самое время реализуя электрическую характеристику, эквивалентную характеристике гальванического элемента общего назначения, и обеспечивая простое обращение. Кроме того, можно реализовать систему источника питания портативного типа, которая оказывает меньшее влияние на окружающую среду, по меньшей мере, в случае выбрасывания топливного блока 20 в природу или захоронения на мусорной свалке.
В этом конкретном примере конструкции описание приведено для случая, когда часть побочного продукта (воды), образованного или собираемого в узле 12 выработки энергии, узле 210Х реакции реформинга пара или т.п., подается на узел 210Х реакции реформинга пара и повторно используется,
используется вода, загруженная в топливной блок 20 вместе с топливом для выработки энергии (метанолом или т.п.), и реакция реформинга пара выполняется в узле 210Х реакции реформинга пара в системе источника питания, для которой такая конструкция не применяется.
В случае выполнения работы по вырабатыванию энергии с использованием загруженного топлива для выработки энергии, с которым вода заранее смешивается, следовательно, как показано на фиг.75, в качестве конструкции узла 210Х реакции реформинга пара можно применить конструкцию, в которой образован один канал протекания, состоящий только из узла 202 выпуска топлива, узла 203 испарения топлива, канала 204 протекания реакции реформинга и узла 205 выпуска газообразного водорода на одной стороне поверхности небольшой подложки 201.
Как описано выше, система источника питания в соответствии с настоящим изобретением может быть выполнена произвольным объединением элементов в вышеупомянутых примерах конструкции, модулях выработки энергии в соответствующих вариантах выполнения и присоединяемых и отсоединяемых конструкциях в соответствующих вариантах выполнения. В некоторых случаях могут быть предусмотрены параллельно множество или узлов источника вспомогательного питания, или узлов выработки энергии, или множество их типов могут быть предусмотрены параллельно. Так как приведение в действие узла выработки энергии управляется в соответствии с состоянием пуска устройства посредством такой конструкции, может быть уменьшен избыточный расход топлива для выработки энергии, и может быть повышена эффективность использования энергетического ресурса. В частности, настоящее изобретение может быть экстенсивно использовано для портативного устройства, с которым применяется удаляемый элемент общего назначения в качестве источника питания, такого как мобильный телефон, персональный цифровой помощник, персональный компьютер размером с записную книжку, цифровая видеокамера, цифровой фотоаппарат и др., или блока отображения, такого как элемент на жидких кристаллах, электролюминесцентный элемент и др.
Изобретение относится к системе источника питания и, более конкретно, к портативной системе источника питания, которая может эффективно использовать энергетический ресурс, топливному блоку, входящему в состав системы источника питания, и устройству, приводимому в действие генератором энергии и системой источника питания. В первом аспекте раскрыта система источника питания, которая обеспечивает подачу электрической энергии на внешнее устройство, состоящая из узла загрузки топлива и узла выработки энергии, который может быть присоединен к упомянутому узлу загрузки топлива и отсоединен от него, и вырабатывает электрическую энергию посредством использования упомянутого топлива, подаваемого от упомянутого узла загрузки топлива. Раскрыт также топливный блок, который имеет полость, используемую для хранения топлива, который имеет основной корпус топливной оболочки, который может быть подсоединен к узлу выработки энергии и отсоединен от него, причем узел выработки энергии вырабатывает энергию с использованием упомянутого топлива и имеет незакрытый узел, который не защищен от упомянутого узла выработки энергии, когда он соединен с узлом выработки энергии, и канал подачи, который используется для подачи упомянутого топлива в упомянутый узел выработки энергии. Кроме того, раскрыт топливный блок, который имеет полость, используемую для хранения топлива, содержащий оболочку, имеющую канал подачи, используемый для выпуска упомянутого топлива наружу, и изготовленную из биоразлагающегося материала. 5 с. и 44 з.п. ф-лы, 77 ил.
Приоритет по пп.1-8, 17, 41, 42, 45-48 от 21.12.2000
Приоритет по пп.9-16, 23, 24 и 28-39 от 14.09.2001
Приоритет по пп.22, 25, 27 от 17.01.2001
Приоритет по пп.18-21, 26, 40, 43, 44, 49 от 19.12.2001
| Способ окрашивания в бурые и темнобурые тона текстильных материалов, мехов, перьев, бумаги, а также желатинных, альбуминных, коллоидных и тому подобных слоев на бумаге или стекло | 1937 |
|
SU52779A1 |
| EP 0959512 А, 24.11.1999 | |||
| ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА С ГАЗОГЕНЕРАТОРОМ И ГАЗОГЕНЕРАТОР ДЛЯ ГАЗИФИКАЦИИ ОРГАНОСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ | 1997 |
|
RU2123635C1 |
