ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ С КОНТРОЛЛЕРОМ ТЕМПЕРАТУРЫ/ВЛАЖНОСТИ Российский патент 2008 года по МПК H01M8/04 

Настоящее изобретение относится к топливному элементу с контроллером температуры/влажности и, в частности, к топливному элементу с контроллером температуры/влажности, который способен повышать комфорт пользователя, управляя как температурой помещений (отоплением), так и влажностью.

На Фиг.1 изображена структурная схема, иллюстрирующая конструкцию известного топливного элемента.

Как показано на Фиг.1, известный топливный элемент содержит блок 10 подачи топлива для подачи определенного количества топлива, установку 20 реформинга для выработки водородсодержащего газа, который содержит газообразный водород, и теплоты при получении топлива от блока 10 подачи топлива, батарею 30 для выработки электричества и теплоты в соответствии с электрохимической реакцией между газообразным водородом, созданным установкой 20 реформинга, и подаваемым отдельно кислородом, и водяной бак 40 (или резервуар для воды), предназначенный для снабжения горячей водой за счет теплоты, вырабатываемой батареей 30.

Установка 20 реформинга содержит реактор 21 десульфуризации для ввода топлива, поступающего от блока 10 подачи топлива, воды и воздуха для удаления серы, содержащейся в топливе, установку 22 парового реформинга для проведения реакции топлива с паром, высокотемпературный паровой реактор 23 для проведения реакции монооксида углерода с паром, низкотемпературный паровой реактор 24 для превращения монооксида углерода в диоксид углерода, реактор 25 частичного окисления для превращения неокисленного монооксида углерода в диоксид углерода, реакционную печь 26 для получения водорода из топлива при помощи реформинга и очистки водорода и горелку 27 для подачи необходимого тепла в реакционную печь 26, осуществляемой за счет ее соединения с этой печью.

Батарея 30 конструктивно выполнена путем объединения множества топливных элементов и содержит анод 31, пленочный электролит 32 и катод 33.

Соединительная линия 50, через которую вода поступает в водяной бак 40 и вытекает из него, установлена таким образом, чтобы соединять нижнюю часть батареи 30 и нижнюю часть водяного бака 40, в результате чего обеспечивается нагрев воды, содержащейся в водяном баке 40, за счет использования теплоты, вырабатываемой в батарее 30. При соединении соединительной линии 50 с нижней частью водяного бака 40 относительно холодная вода находится внизу водяного бака 40, а относительно горячая вода находится вверху водяного бака 40 благодаря конвекции воды, в результате чего снижается время, необходимое для нагрева воды.

Водяной бак 40 соединен с бойлером 60, в который нагретая вода вводится для отопления помещений и обеспечения горячего водоснабжения.

В известном топливном элементе, имеющем описанную конструкцию, когда блок 10 подачи топлива обеспечивает подачу в установку 20 реформинга воду и топливо (например, метиловый спирт, природный сжиженный газ, бензин или тому подобное), в этой установке совместно выполняются паровой реформинг и частичное окисление, в результате чего вырабатываются водородсодержащий газ, который содержит газообразный водород, теплота реакции и вода.

В батарее 30, в которую поступает водородсодержащий газ, газообразный водород Н₂ поступает на анод 31 для проведения реакции электрохимического окисления. После чего газообразный водород H₂ превращается в ион водорода Н+ и электрон е- для последующего окисления. Ион водорода Н+ движется к катоду 33 через пленочный электролит 32, а электрон е- движется к аноду 31 через пленочный электролит 32, в результате чего вырабатываются электричество и теплота.

Электричество, выработанное в батарее 30, преобразуется в переменный ток для подачи в каждый дом. Теплота, выработанная батареей 30, используется для нагрева воды в водяном баке 40. Нагретая вода поступает в бойлер 60 для использования при отоплении помещений или обеспечении горячего водоснабжения в этих помещениях.

Однако, что касается известной топливной ячейки, температурой помещений можно управлять, подавая нагретую воду из водяного бака в бойлер 60, но при этом отдельное устройство для управления влажностью в помещениях не предусмотрено. В результате требуется отдельное устройство бытовой электроники, например увлажнитель, когда воздух в помещениях сухой из-за повышения температуры.

Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание топливного элемента с контроллером температуры/влажности, который способен повышать комфорт пользователя, управляя как температурой помещений (отоплением), так и влажностью.

Чтобы обеспечить эти и другие преимущества, а также в соответствии с задачей настоящего изобретения, которая достигается в одном из вариантов его осуществления и описана здесь в общих чертах, создан топливный элемент с контроллером температуры/влажности, содержащий блок подачи топлива для подачи определенного сорта топлива,

батарею для выработки электричества и теплоты в соответствии с электрохимической реакцией между топливом, поступающим от блока подачи топлива, и кислородом,

теплообменник для разделения побочного продукта, созданного батареей, на газ и жидкость для рециркуляции,

контроллер температуры/влажности для управления температурой и влажностью помещений при помощи подачи газа, отделенного в теплообменнике, в помещения,

входную линию для соединения теплообменника и помещений, и

входной клапан, расположенный во входной линии для открытия и закрытия входной линии.

Предпочтительно, входная линия соединена с верхней частью теплообменника в направлении высоты теплообменника.

При этом во входной линии установлен датчик измерения температуры/влажности для управления открытием и закрытием входного клапана в результате измерения температуры и влажности в помещениях.

Топливный элемент содержит водяной бак, установленный со стороны боковой части батареи, и соединительную линию, соединяющую водяной бак и батарею для нагревания воды, содержащейся в водяном баке, за счет теплообмена с батареей.

Указанные выше и другие задачи, отличительные особенности, аспекты и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из приведенного ниже подробного описания этого изобретения, рассмотренного совместно с сопроводительными чертежами.

Чертежи, которые включены для лучшего понимания изобретения и являются неотъемлемой частью этой заявки, иллюстрируют варианты осуществления настоящего изобретения и вместе с описанием служат для объяснения принципов изобретения.

На чертежах:

Фиг.1 - структурная схема, иллюстрирующая конструкцию известного топливного элемента;

Фиг.2 - структурная схема, иллюстрирующая конструкцию топливного элемента с контроллером температуры/влажности, соответствующего одному из вариантов осуществления настоящего изобретения; и

Фиг.3 - блок-схема, иллюстрирующая процессы работы топливного элемента, показанного на Фиг.2.

Ниже приведено подробное описание настоящего изобретения со ссылкой на сопроводительные чертежи.

Настоящее изобретение относится к топливному элементу с контроллером температуры/влажности, который содержит блок подачи топлива для подачи определенного сорта топлива, батарею для выработки электричества и теплоты в соответствии с электрохимической реакцией между топливом, поступающим от блока подачи топлива, и кислородом, теплообменник для разделения побочного продукта, созданного батареей, на газ и жидкость для рециркуляции, и контроллер температуры/влажности для управления температурой и влажностью помещений при помощи подачи газа, отделенного в теплообменнике, в помещения.

Далее настоящее изобретение будет описано более подробно.

На Фиг.2 изображена структурная схема, иллюстрирующая конструкцию топливного элемента с контроллером температуры/влажности, соответствующую одному из вариантов осуществления настоящего изобретения; и на Фиг.3 изображена блок-схема, иллюстрирующая процессы работы топливного элемента, показанного на Фиг.2.

Как показано на Фиг.2 и Фиг.3, топливный элемент с контроллером температуры/влажности, соответствующий одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, содержит блок 100 подачи топлива для подачи определенного сорта топлива, установку 200 реформинга для выработки водородсодержащего газа, который содержит газообразный водород, при получении топлива от блока 100 подачи топлива, батарею 300 для выработки электричества и теплоты в соответствии с электрохимической реакцией между водородсодержащим газом, созданным установкой 200 реформинга, и подаваемым отдельно кислородом, водяной бак 400, соединенный с боковой частью батареи 300 для нагрева содержащейся в нем воды за счет теплоты, выработанной батареей 300, теплообменник 700 для разделения побочного продукта, созданного батареей 300, на газ и жидкость для рециркуляции и контроллер 800 температуры/влажности для управления температурой и влажностью помещений при помощи подачи газа, отделенного в теплообменнике 700, в помещения.

Установка 200 реформинга содержит реактор 210 десульфуризации для ввода топлива, поступающего от блока 100 подачи топлива, воды и воздуха для удаления серы, содержащейся в топливе, установку 220 парового реформинга для проведения реакции топлива с паром, высокотемпературный паровой реактор 230 для проведения реакции монооксида углерода с паром, низкотемпературный паровой реактор 240 для превращения монооксида углерода в диоксид углерода, реактор 250 частичного окисления для превращения неокисленного монооксида углерода в диоксид углерода, реакционную печь 260 для получения водорода из топлива при помощи реформинга и очистки водорода и горелку 270 для подачи необходимого тепла в реакционную печь 260, осуществляемой за счет ее соединения с этой печью.

Батарея 300 конструктивно выполнена путем объединения множества топливных элементов и содержит анод 310, пленочный электролит 320 и катод 330.

Соединительная линия 500, через которую вода поступает в водяной бак 400 и вытекает из него, установлена таким образом, чтобы соединять нижнюю часть батареи 300 и нижнюю часть водяного бака 400, в результате чего обеспечивается нагрев воды, содержащейся в водяном баке 400, за счет использования теплоты, выработанной в батарее 300. При соединении соединительной линии 500 с нижней частью водяного бака 400 относительно холодная вода находится внизу водяного бака 400, а относительно горячая вода находится вверху водяного бака 400 благодаря конвекции воды, в результате чего снижается время, необходимое для нагрева воды.

Водяной бак 400 соединен с бойлером 600, в который нагретая вода вводится для отопления помещений и обеспечения горячего водоснабжения.

Теплообменник 700, с другой стороны, относится к устройству, предназначенному для разделения побочного продукта, созданного батареей 300, на газ и жидкость, при этом отделенный газ повторно подается в установку 200 реформинга, а жидкость повторно подается в батарею 300 для последующей циркуляции. Одна сторона теплообменника 700 соединена с установкой 200 реформинга, а другая его сторона соединена с батареей 300.

Контроллер 800 температуры/влажности снабжен входной линией 810, которая имеет соединение с теплообменником 700 с боковой стороны в верхней его части в направлении его высоты для ввода газа, полученного в теплообменнике 700, в помещения, и входным клапаном 820, расположенным сбоку входной линии 810 для избирательного управления вводом (входным потоком) газа.

В дополнение к этому, сбоку входной линии 810 установлен датчик 830 измерения температуры/влажности для управления открытием и закрытием входного клапана 820 в результате измерения температуры и влажности в помещениях.

При такой конструкции топливного элемента с контроллером температуры/влажности в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, когда блок 100 подачи топлива обеспечивает подачу в установку 200 реформинга воды и топлива (например, метиловый спирт, природный сжиженный газ, бензин или тому подобное), в этой установке совместно выполняются паровой реформинг и частичное окисление, в результате чего вырабатываются водородсодержащий газ, который содержит газообразный водород, теплота реакции и вода.

В батарее 300, в которую поступает водородсодержащий газ, газообразный водород Н₂ поступает на анод 310 для проведения реакции электрохимического окисления. После этого газообразный водород Н₂ превращается в ион водорода Н+ и электрон е- для последующего окисления. Ион водорода Н+ движется к катоду 330 через пленочный электролит 320, а электрон е- движется к аноду 310 через пленочный электролит 320, в результате чего вырабатываются электричество и теплота.

Электричество, выработанное в батарее 300, преобразуется в переменный ток, для подачи в каждый дом. Теплота, выработанная батареей 300, используется для нагрева воды в водяном баке 400. Нагретая вода поступает в бойлер 600 для использования при отоплении помещений или обеспечении горячего водоснабжения в этих помещениях.

Побочный продукт, созданный в батарее 300, подается в теплообменник 700 для последующего разделения на газ и жидкость. Отделенная жидкость для ее использования подается в батарею 300, а отделенный газ для его использования повторно подается в установку 200 реформинга. При этом датчик 830 измерения температуры/влажности, расположенный сбоку входной линии 810, измеряет влажность в помещениях. Если определено, что необходимо повысить влажность в помещениях (т.е. влажность в помещениях ≥ заданного значения влажности для датчика 830 измерения температуры/влажности), то входной клапан 820 открывается для подачи газа, содержащего значительное количество влаги, в помещения, в результате повышается влажность в этих помещениях.

Когда влажность в помещениях соответствует пожеланиям пользователя, датчик 830 измерения температуры/влажности измеряет влажность и входной клапан 820 закрывается. Соответственно, увлажняющий газ в помещения не вводится. Газ для последующего использования повторно подается только в установку 200 реформинга.

Так как настоящее изобретение может быть воплощено в разных формах без выхода за пределы его сущности или существенных характеристик, то необходимо понимать, что описанные выше варианты не ограничиваются какими-либо деталями приведенного выше описания, если не указано иное, и должно восприниматься в широком смысле в пределах его сущности и объема, определенных в приложенной формуле изобретения, и поэтому подразумевается, что все изменения и модификации, которые попадают в границы формулы изобретения, либо эквиваленты таких границ, охвачены этой формулой изобретения.

Изобретение относится к топливному элементу с контроллером температуры/влажности и, в частности, к топливному элементу с контроллером температуры/влажности. Согласно изобретению, топливный элемент с контроллером температуры/влажности содержит блок подачи топлива для подачи определенного сорта топлива, батарею для выработки электричества и теплоты в соответствии с электрохимической реакцией между топливом, поступающим от блока подачи топлива, и кислородом, теплообменник для разделения побочного продукта, созданного батареей, на газ и жидкость для рециркуляции, контроллер температуры/влажности для управления температурой и влажностью помещений при помощи подачи газа, отделенного в теплообменнике, в помещения, входную линию для соединения теплообменника и помещений и входной клапан, расположенный во входной линии для открытия и закрытия входной линии. Техническим результатом является повышение комфорта пользователя, управляя как температурой помещений (отоплением), так и влажностью. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Топливный элемент с контроллером температуры/влажности, содержащий

блок подачи топлива для подачи определенного сорта топлива,

батарею для выработки электричества и теплоты в соответствии с электрохимической реакцией между топливом, поступающим от блока подачи топлива, и кислородом,

теплообменник для разделения побочного продукта, созданного батареей, на газ и жидкость для рециркуляции, и

контроллер температуры/влажности для управления температурой и влажностью помещений при помощи подачи газа, отделенного в теплообменнике, в помещения,

входную линию для соединения теплообменника и помещений, и

входной клапан, расположенный во входной линии для открытия и закрытия входной линии.