Патент на изобретение №2334307

(54) СИСТЕМА ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к системе топливных элементов и способу управления системой. Согласно изобретению система топливных элементов содержит: топливный элемент на основе прямого преобразования борогидрида для генерирования энергии при приеме топлива; топливный элемент с протонообменной мембраной для генерирования энергии при приеме водорода как побочного продукта, произведенного на аноде топливного элемента на основе прямого преобразования борогидрида после реакции, в качестве топлива; вспомогательный источник энергии, частично заряжаемый энергией, производимой топливным элементом на основе прямого преобразования борогидрида и топливным элементом с протонообменной мембраной, и выдающий заряженную энергию; датчик нагрузки для считывания нагрузки, соединенной с топливным элементом на основе прямого преобразования борогидрида, топливным элементом с протонообменной мембраной и вспомогательным источником энергии; и блок управления для регулирования мощности топливного элемента на основе прямого преобразования борогидрида, топливного элемента с протонообменной мембраной и вспомогательного источника энергии в соответствии с нагрузкой, считываемой датчиком нагрузки, и, таким образом, для избирательного питания нагрузки. В соответствии с этим водород, произведенный топливным элементом на основе прямого преобразования борогидрида, рециркулирует и считывается величина нагрузки. Техническим результатом является максимизация эффективности использования топлива и устойчивое управление системой. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 7 ил.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к системе топливных элементов и, более конкретно, к системе топливных элементов, способной максимизировать эффективность использования топлива посредством стабильного соответствия изменениям нагрузки, и способу управления системой.

Описание предшествующего уровня техники

Топливные элементы разрабатывают как замену ископаемому топливу, которое не является экологически благоприятным. В отличие от распространенных аккумуляторных элементов топливные элементы предназначены для прямого преобразования разности энергии между энергией до и после реакции, происходящей, когда водород и кислород вступают в электрохимическую реакцию, производя электрическую энергию без сгорания топлива (реакция окисления), посредством подачи топлива (водорода или углеводорода) к аноду и подачи кислорода к катоду.

Топливные элементы разрабатывают для применения в качестве различных топливных элементов бытового назначения для снабжения электричеством домов, топливные элементы используют в электромобилях, топливные элементы используют в мобильных терминалах или компьютерах-ноутбуках, топливные элементы используют как мобильные источники в доме, снабжающие электроэнергией и т.д.

В частности, топливные элементы для работы домашних электронных устройств или других электрических устройств, перемещаемых дома или вне дома, должны быть миниатюризированы для того, чтобы они были удобно портативными, и должны максимизировать эффективность использования топлива в состоянии, когда их размер ограничен.

Топливные элементы включают топливные элементы на фосфорной кислоте, щелочные топливные элементы, топливные элементы с протонообменной мембраной, топливные элементы на расплавленном карбонате, топливные элементы на твердом оксиде, топливные элементы на основе прямого преобразования метанола, топливные элементы на основе прямого преобразования борогидрида и т.д.

В качестве топлива для топливных элементов на основе прямого преобразования борогидрида используют KBH₄, NaBH₄ и т.д. для разложения водорода. В случае использования в качестве топлива NaBH₄ добавляют водный электролитный раствор NaOH или KOH и т.д. В случае использования в качестве топлива NaBH и использования NaOH в качестве водного электролитного раствора на аноде происходит следующая реакция.

2H₂О + NaBH₄ NaBO₂ + 4H₂

Как показано в приведенной выше формуле, в ходе генерирования энергии в топливном элементе производится H₂. H₂, имеющий высокую взрывчатую характеристику, должен обрабатываться безопасно. С точки зрения коэффициента полезного действия топлива, предпочтительно повторно использовать указанный H₂ посредством рециркуляции.

Так как величина нагрузки, используемой в домашних условиях или на фабрике и т.д., является переменной, предпочтительно регулировать количество генерируемой энергии согласно величине нагрузки. Однако регулирование количества генерируемой энергии посредством регулирования количества топлива или количества катализатора вызывает запаздывание времени срабатывания, таким образом делая невозможной быструю реакцию. Согласно этому невозможно реагировать на мгновенное резкое увеличение мощности и невозможно устойчиво подавать энергию. Кроме того, в случае, когда большая нагрузка резко прилагается в состоянии отсутствия нагрузки, явление выхода за установленные пределы, когда напряжение мгновенно значительно снижается в единичном элементе и пониженное напряжение не восстанавливается надлежащим образом, создается более отчетливо, чем в случае, когда нагрузка увеличивается постепенно. Особенно в случае, если существует отклонение напряжения между единичными элементами в батарее, где анод и катод уложены пакетом, единичный элемент, имеющий низкое напряжение, серьезно повреждается очень низким напряжением.

Описание

Таким образом, целью настоящего изобретения является получение системы топливных элементов, способной максимизировать эффективность использования топлива и устойчиво работающей благодаря стабильному соответствию изменениям нагрузки посредством считывания величины нагрузки и рециркуляции H₂, генерируемого в топливном элементе на основе прямого преобразования борогидрида, и способа управления ею.

Для достижения этих целей получена система топливных элементов, содержащая: топливный элемент на основе прямого преобразования борогидрида для генерирования энергии при приеме топлива; топливный элемент с протонообменной мембраной для генерирования энергии при приеме водорода как побочного продукта, генерированного на аноде топливного элемента на основе прямого преобразования борогидрида после реакции, в качестве топлива; вспомогательный источник энергии, частично заряжаемый энергией, генерируемой топливным элементом на основе прямого преобразования борогидрида и топливным элементом с протонообменной мембраной, и выдающий заряженную энергию; датчик нагрузки для считывания нагрузки, соединенной с топливным элементом на основе прямого преобразования борогидрида, топливным элементом с протонообменной мембраной и вспомогательным источником энергии и блок управления для регулирования мощности топливного элемента на основе прямого преобразования борогидрида, топливного элемента с протонообменной мембраной и вспомогательного источника энергии в соответствии с нагрузкой, считанной датчиком нагрузки, и, таким образом, избирательного питания нагрузки.

Для достижения этих целей также предложен способ управления системой топливных элементов, содержащий: первый этап генерирования энергии посредством приведения в действие топливного элемента на основе прямого преобразования борогидрида с использованием энергии вспомогательного источника энергии в момент первоначального приведения в действие системы и подачи водорода, как побочного продукта после реакции, в топливный элемент с протонообменной мембраной; второй этап генерирования энергии посредством приведения в действие топливного элемента с протонообменной мембраной с использованием водорода, поданного на первом этапе; третий этап измерения потребления энергии нагрузкой, которая потребляет энергию, произведенную топливным элементом на основе прямого преобразования борогидрида и топливным элементом с протонообменной мембраной; и четвертый этап выдачи энергии вспомогательным источником энергии, когда потребление энергии нагрузкой, измеренное на третьем этапе, больше, чем суммарная энергия, произведенная топливным элементом на основе прямого преобразования борогидрида и топливным элементом с протонообменной мембраной, и зарядки вспомогательного источника энергии, когда измеренная энергия, потребляемая нагрузкой, меньше суммарной энергии, произведенной топливным элементом на основе прямого преобразования борогидрида и топливным элементом с протонообменной мембраной.

Описание чертежей

Фиг.1 – вид конструкции системы топливных элементов, соответствующей варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.2 – вид конструкции, показывающий структуру топливного элемента на основе прямого преобразования борогидрида;

фиг.3 – вид конструкции, показывающий структуру топливного элемента с протонообменной мембраной;

фиг.4 – блок-схема последовательности операций, показывающая порядок передачи сигналов системы топливных элементов, соответствующей первому варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.5 – вид конструкции, показывающий второй вариант осуществления настоящего изобретения;

фиг.6 – блок-схема последовательности операций способа управления системой топливных элементов для определения способа приведения в действие в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения; и

фиг.7 – блок-схема последовательности операций способа управления системой топливных элементов, соответствующей второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Лучший вариант осуществления изобретения

Далее система топливных элементов, соответствующая настоящему изобретению, будет описана со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг.1 показан вид конструкции системы топливных элементов, соответствующей одному варианту осуществления настоящего изобретения.

Как показано, система топливных элементов, соответствующая настоящему изобретению, включает: топливный элемент 100 на основе прямого преобразования борогидрида для генерирования энергии при приеме топлива; топливный элемент 300 с протонообменной мембраной для генерирования энергии при приеме водорода как топлива, образованного как побочный продукт на аноде топливного элемента 100 на основе прямого преобразования борогидрида после реакции; вспомогательный источник 500 энергии, частично заряжаемый энергией, произведенной топливным элементом 100 на основе прямого преобразования борогидрида и топливным элементом 300 с протонообменной мембраной, и отдающий заряженную энергию; датчик нагрузки (не показан) для считывания нагрузки, соединенной с топливным элементом 100 на основе прямого преобразования борогидрида, топливным элементом 300 с протонообменной мембраной и вспомогательным источником 500 энергии и блок управления (не показан) для управления мощностью топливного элемента 100 на основе прямого преобразования борогидрида, топливного элемента 300 с протонообменной мембраной и вспомогательного источника 500 энергии в соответствии с нагрузкой, считываемой датчиком нагрузки, и таким образом избирательно питающий нагрузку.

На фиг.2 показан вид конструкции, показывающий структуру топливного элемента на основе прямого преобразования борогидрида.

Как показано, топливный элемент 100 на основе прямого преобразования борогидрида включает: батарею 110 топливного элемента, где анод 111 и катод 112 расположены так, что электролитная мембрана (не показана) расположена между ними; топливный бак 121 для содержания топлива; топливный насос 122 для накачивания топлива, содержащегося в топливном баке 121, к аноду 111 батареи 110 топливного элемента; узел 130 подачи воздуха, соединенный с анодом 112 батареи 110 топливного элемента линией подачи воздуха, для подачи кислорода и т.д. к катоду 112; сепаратор 123 для разделения газа и жидкости для разделения топлива, воздуха и побочного продукта, остающегося в батарее 110 топливного элемента после реакции, на газ и жидкость и узел 150 подачи водорода для подачи водорода, отделенного сепаратором 123 для разделения газа и жидкости, в топливный элемент с протонообменной мембраной.

Узел 130 подачи воздуха включает: воздушный компрессор 131 для подачи воздуха из атмосферы к катоду 112 батареи 110 топливного элемента; воздушный фильтр 132 для фильтрации воздуха, подаваемого в батарею 110 топливного элемента; увлажнитель 133 для увлажнения воздуха, подаваемого в батарею 110 топливного элемента; и водяной бак 134 для подачи влаги в увлажнитель 133.

Узел 150 подачи водорода, предпочтительно, регулирует подачу водорода в топливный элемент с протонообменной мембраной так, чтобы он подавался в определенном количестве.

В качестве топлива, подаваемого в топливный элемент 100 на основе прямого преобразования борогидрида, может использоваться один из NaBH₄, KBH₄, LiAlH₄, KH, NaH и т.д. и один из водных растворов электролита на основе NaOH, KOH и т.д.

На фиг.3 показан вид конструкции, показывающий структуру топливного элемента с протонообменной мембраной.

Как показано, топливный элемент 300 с протонообменной мембраной включает: батарею 310 топливного элемента, в которой анод 311, который принимает водород, произведенный в топливном элементе 100 на основе прямого преобразования борогидрида, и катод 312 расположены так, что электролитная мембрана (не показана) расположена между ними; воздушный компрессор 331 для подачи воздуха из атмосферы к катоду 312 батареи 310 топливного элемента; воздушный фильтр 332 для фильтрации воздуха, подаваемого к батарее 310 топливного элемента; теплообменник 333 для увлажнения и нагрева воздуха, подаваемого к батарее 310 топливных элементов; и испаритель 323 для испарения материала, остающегося на катоде 312 после реакции.

В качестве вспомогательного источника 500 энергии возможно использование любого элемента, который может регулировать зарядку и разрядку. Кроме того, в качестве вспомогательного источника энергии может использоваться аккумуляторная батарея или конденсатор. В случае, если вспомогательный источник энергии сформирован электрическим устройством, блоком 400 управления может обеспечиваться быстрая реакция на изменения нагрузки, поскольку постоянная времени электрического устройства меньше, чем постоянная времени топливного элемента на основе прямого преобразования борогидрида или топливного элемента с протонообменной мембраной, которые производят энергию с использованием общей химической реакции.

Вспомогательный источник 500 энергии, предпочтительно, соединен с внешним источником энергии системы топливных элементов таким образом, что он может заряжаться внешней энергией, когда он полностью разряжен.

Блок 400 управления включает: усилители 410, 420 и 430, соответственно последовательно соединенные с топливным элементом 100 на основе прямого преобразования борогидрида, топливным элементом 300 с протонообменной мембраной и вспомогательным источником 500 энергии для повышения напряжения; и инвертор 440, соединенный с усилителями 410, 420 и 430 для преобразования постоянного тока в переменный ток.

Усилители 410, 420 и 430, предпочтительно, повышают напряжение топливного элемента 100 на основе прямого преобразования борогидрида, топливного элемента 300 с протонообменной мембраной и вспомогательного источника 500 энергии до 350 В.

Инвертор 440, предпочтительно, преобразует напряжение 330 В постоянного тока в напряжение 220 В переменного тока, которое обычно используют в домашних условиях.

Предпочтительно, блок 400 управления также включает вольтодобавочный преобразователь 450, соединенный с усилителями 410, 420 и 430 для преобразования постоянного тока в постоянный ток.

Вольтодобавочный преобразователь 450 представляет собой своего рода импульсный источник питания и является устройством для преобразования входного напряжения постоянного тока в напряжение прямоугольной волны с использованием полупроводникового устройства, такого как МОП-транзистор, для мощности и т.д. в качестве переключателя и затем для получения выходного напряжения постоянного тока, регулируемого фильтром.

На фиг.4 показана блок-схема последовательности операций, показывающая порядок передачи сигналов системы топливных элементов, соответствующей первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Величина нагрузки 600, соединенной с топливным элементом 100 на основе прямого преобразования борогидрида, топливным элементом 300 с протонообменной мембраной и вспомогательным источником 500 энергии, измеряется в реальном масштабе времени блоком 200 измерения нагрузки таким образом, что она передается в блок 400 управления. Блок 400 управления определяет способ приведения в действие топливного элемента 100 на основе прямого преобразования борогидрида, топливного элемента 300 с протонообменной мембраной и вспомогательного источника 500 энергии согласно введенному алгоритму. В соответствии с определенным способом приведения в действие мощность подается на нагрузку 600.

На фиг.5 показан вид конструкции, показывающий второй вариант осуществления настоящего изобретения.

Как показано, с каждым единичным элементом 720 батареи 710 топливного элемента, где уложены друг на друга анод 711 и катод 712, соединен второй датчик 250, который измеряет напряжение единичного элемента 720.

Второй блок 460 управления соединен со вторым датчиком 250 таким образом, чтобы он принимал сигнал. Если напряжение единичного элемента меньше заданного напряжения, второй блок 460 управления дополняет напряжение, используя вспомогательный источник 500 энергии.

Далее будет описан способ управления системой топливных элементов, соответствующей первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Способ управления системой топливных элементов содержит: первый этап генерирования энергии посредством приведения в действие топливного элемента на основе прямого преобразования борогидрида с использованием энергии вспомогательного источника энергии в момент первоначального приведения в действие системы и подачи водорода, как побочного продукта после реакции, в топливный элемент с протонообменной мембраной; второй этап генерирования энергии посредством приведения в действие топливного элемента с протонообменной мембраной с использованием водорода, поданного на первом этапе; третий этап измерения потребления энергии нагрузкой, которая потребляет энергию, произведенную топливным элементом на основе прямого преобразования борогидрида и топливным элементом с протонообменной мембраной; и четвертый этап подачи энергии вспомогательным источником энергии, когда потребление энергии нагрузкой, измеренное на третьем этапе, больше, чем суммарная энергия, произведенная топливным элементом на основе прямого преобразования борогидрида и топливным элементом с протонообменной мембраной, и зарядки вспомогательного источника энергии, когда измеренное потребление энергии нагрузкой меньше, чем суммарная энергия, произведенная топливным элементом на основе прямого преобразования борогидрида и топливным элементом с протонообменной мембраной.

Первый этап состоит из: этапа генерирования энергии для генерирования энергии топливным элементом на основе прямого преобразования борогидрида с использованием вспомогательного источника энергии и этапа подачи водорода для подачи водорода, произведенного топливным элементом на основе прямого преобразования борогидрида после реакции, в топливный элемент с протонообменной мембраной.

Когда система топливных элементов приводится в действие пользователем, топливный элемент на основе прямого преобразования борогидрида работает таким образом, что на анод подается NaBH₄ и т.д., и водный раствор электролита, такого как NaOH и т.д., и на катод подается воздух, содержащий кислород. В этот момент насос, расположенный на стороне анода, или компрессор, расположенный на стороне катода, работает с использованием энергии вспомогательного источника энергии. В результате этого генерируется энергия и топливным элементом на основе прямого преобразования борогидрида после реакции генерируется побочный продукт, такой как водород и т.д. Генерированный водород поступает в топливный элемент с протонообменной мембраной в качестве топлива.

Второй этап предназначен для генерирования энергии топливным элементом с протонообменной мембраной посредством подачи водорода к аноду и подачи содержащего кислород воздуха к катоду. В качестве энергии для работы компонентов топливного элемента с протонообменной мембраной (например, насоса или компрессора) частично используется энергия, произведенная топливным элементом на основе прямого преобразования борогидрида и топливным элементом с протонообменной мембраной.

Третий этап предназначен для определения величины нагрузки датчиком нагрузки и, таким образом, передачи сигнала в блок управления.

Четвертый этап предназначен для определения способа приведения в действие топливного элемента на основе прямого преобразования борогидрида, топливного элемента с протонообменной мембраной и вспомогательного источника энергии, который будет описан более подробно.

На фиг. 6 показана блок-схема последовательности операций способа управления системой топливных элементов для определения способа приведения в действие топливного элемента на основе прямого преобразования борогидрида, топливного элемента с протонообменной мембраной и вспомогательного источника энергии, соответствующего первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Как показано, А обозначает количество энергии, произведенной топливным элементом на основе прямого преобразования борогидрида, В обозначает количество энергии, произведенной топливным элементом с протонообменной мембраной, и С обозначает измеренную величину нагрузки. Когда измеренная величина С нагрузки больше суммарной энергии, произведенной топливным элементом на основе прямого преобразования борогидрида и топливным элементом с протонообменной мембраной (A+B) или равна ей, вспомогательный источник энергии выдает энергию. Здесь количество энергии, выдаваемой вспомогательным источником энергии, равно разности между измеренной величиной нагрузки и суммарной энергией, произведенной топливным элементом на основе прямого преобразования борогидрида и топливным элементом с протонообменной мембраной (C-(A+B)). Если измеренная величина С нагрузки меньше, чем суммарная энергия, произведенная топливным элементом на основе прямого преобразования борогидрида и топливным элементом с протонообменной мембраной, вспомогательный источник энергии заряжается. Здесь величина зарядки вспомогательного источника энергии представляет собой величину, полученную вычитанием измеренной величины нагрузки из суммарной энергии, произведенной топливным элементом на основе прямого преобразования борогидрида и топливным элементом с протонообменной мембраной ((А+В)-С).

Заряженный вспомогательный источник энергии используют при резком увеличении нагрузки или используют для приведения в действие компонента топливного элемента на основе прямого преобразования борогидрида в момент первоначального пуска системы, или используют для сбора топлива, оставшегося в одном компоненте топливного элемента на основе прямого преобразования борогидрида, для другого заданного компонента топливного элемента на основе прямого преобразования борогидрида.

Способ управления системой топливных элементов также содержит пятый этап сбора топлива, оставшегося в одном компоненте топливного элемента на основе прямого преобразования борогидрида, для другого заданного компонента топливного элемента на основе прямого преобразования борогидрида с использованием энергии топливного элемента с протонообменной мембраной, когда система остановлена.

NaOH и т.д., используемый как электролитный водный раствор в топливном элементе на основе прямого преобразования борогидрида, имеет сильные коррозионные характеристики, таким образом вызывающие коррозию линии соединения компонента топливного элемента на основе прямого преобразования борогидрида. Таким образом необходимо собирать NaOH и т.д. для заданного компонента. Когда система остановлена пользователем, работа топливного элемента на основе прямого преобразования борогидрида немедленно прекращается, но энергия может генерироваться топливным элементом с протонообменной мембраной за счет использования неизрасходованного водорода. Таким образом необходимо собирать топливо, остающееся в линии топливного элемента на основе прямого преобразования борогидрида, используя энергию, генерируемую топливным элементом с протонообменной мембраной, и используя вспомогательный источник энергии, когда энергия, произведенная топливным элементом с протонообменной мембраной, недостаточна.

На фиг.7 показана блок-схема последовательности операций способа управления системой топливных элементов, соответствующего второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Способ управления системой топливных элементов содержит: первый этап генерирования энергии посредством приведения в действие топливного элемента на основе прямого преобразования борогидрида с использованием энергии вспомогательного источника энергии в момент первоначального приведения в действие системы и подачи водорода, представляющего собой побочный продукт после реакции, в топливный элемент с протонообменной мембраной; второй этап генерирования энергии посредством приведения в действие топливного элемента с протонообменной мембраной с использованием водорода, поданного на первом этапе; третий этап измерения напряжения каждого единичного элемента топливного элемента на основе прямого преобразования борогидрида и топливного элемента с протонообменной мембраной и четвертый этап выдачи энергии вспомогательным источником энергии в течение некоторого периода времени, когда напряжение, измеренное на третьем этапе, меньше предварительно заданного напряжения или равно ему, и зарядки вспомогательного источника энергии, когда измеренное напряжение больше предварительно заданного напряжения.

Когда напряжение единичного элемента резко снижается вследствие явления выхода за установленные пределы, когда нагрузка резко увеличивается, напряжение единичного элемента контролируется в реальном масштабе времени. Если проверенное напряжение меньше предварительно заданного значения D1 напряжения или равно ему, вспомогательный источник энергии выдает энергию, таким образом пополняя напряжение. В противоположность этому, если напряжение единичного элемента больше D2, которое больше D1, когда температура единичного элемента увеличилась по истечении некоторого времени T, это оценивается как то, что единичный элемент восстановил его функцию. Соответственно, выдача энергии вспомогательным источником энергии прекращается.

Промышленное применение

Как указано выше, в системе топливных элементов, соответствующей настоящему изобретению, водород, произведенный топливным элементом на основе прямого преобразования борогидрида, рециркулирует таким образом, чтобы сдерживать выход взрывчатого водорода, и благодаря определению величины нагрузки избирательно приводится в действие вспомогательный источник энергии. В соответствии с этим можно обеспечивать соответствие мгновенному изменению нагрузки и, таким образом, устойчивую работу системы. Кроме того, можно обеспечивать соответствие резкому изменению нагрузки благодаря использованию вспомогательного источника энергии даже в состоянии, когда производительность топливного элемента на основе прямого преобразования борогидрида и топливного элемента с протонообменной мембраной меньше. В соответствии с этим снижаются затраты и может быть сконструирована компактная система. Кроме того, резкое уменьшение напряжения единичного элемента вследствие резкого изменения нагрузки может быть дополнено посредством использования вспомогательного источника энергии и, таким образом, постепенного увеличения величины нагрузки.

Специалистам в данной области техники будет понятно, в настоящее изобретение могут быть внесены различные модификации и изменения без отхода от сущности или объема изобретения. Таким образом предполагается, что настоящее изобретение охватывает модификации и изменения этого изобретения при условии, что они входят в объем прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов.

Формула изобретения

1. Система топливных элементов, содержащая топливный элемент на основе прямого преобразования борогидрида для генерирования энергии при приеме топлива; топливный элемент с протонообменной мембраной для генерирования энергии при приеме водорода, как побочного продукта, произведенного на аноде топливного элемента на основе прямого преобразования борогидрида после реакции, в качестве топлива; вспомогательный источник энергии, частично заряжаемый энергией, производимой топливным элементом на основе прямого преобразования борогидрида и топливным элементом с протонообменной мембраной, и выдающий заряженную энергию; датчик нагрузки для считывания нагрузки, соединенной с топливным элементом на основе прямого преобразования борогидрида, топливным элементом с протонообменной мембраной и вспомогательным источником энергии; и

блок управления для регулирования мощности топливного элемента на основе прямого преобразования борогидрида, топливного элемента с протонообменной мембраной и вспомогательного источника энергии в соответствии с нагрузкой, считываемой датчиком нагрузки, и, таким образом, для избирательного питания нагрузки.

2. Система по п.1, в которой топливный элемент на основе прямого преобразования борогидрида включает батарею топливного элемента, в которой анод и катод расположены так, что электролитная мембрана расположена между ними; топливный бак для содержания топлива; топливный насос для накачивания топлива, находящегося в топливном баке к аноду батареи топливных элементов; узел подачи воздуха, соединенный с анодом батареи топливных элементов линией подачи воздуха для подачи кислорода и т.д. к катоду; сепаратор для разделения газа и жидкости для разделения топлива, воздуха и побочного продукта, остающегося в батарее топливных элементов после реакции, на газ и жидкость; узел подачи водорода для подачи водорода, отделенного сепаратором для разделения газа и жидкости, в топливный элемент с протонообменной мембраной.

3. Система по п.2, в которой узел подачи воздуха включает воздушный компрессор для подачи воздуха из атмосферы к катоду батареи топливных элементов; воздушный фильтр для фильтрации воздуха, подаваемого к батарее топливных элементов; увлажнитель для увлажнения воздуха, подаваемого к батарее топливных элементов; водяной бак для подачи влаги в увлажнитель.

4. Система по п.1, в которой топливный элемент с протонообменной мембраной включает батарею топливных элементов, в которой анод, который принимает водород, произведенный в топливном элементе на основе прямого преобразования борогидрида, и катод расположены так, что электролитная мембрана расположена между ними; воздушный компрессор для подачи воздуха из атмосферы к катоду батареи топливных элементов; воздушный фильтр для фильтрации воздуха, подаваемого к батарее топливных элементов; теплообменник для увлажнения и нагрева воздуха, подаваемого к батарее топливных элементов; испаритель для испарения материала, остающегося на катоде после реакции.

5. Система по п.1, в которой датчик нагрузки также включает второй датчик нагрузки, соединенный с единичным элементом батареи топливных элементов, в которой уложены анод и катод, для считывания напряжения единичного элемента.

6. Система по п.5, в которой блок управления также включает второй блок управления, соединенный со вторым датчиком таким образом, чтобы принимать его сигнал для дополнения напряжения с использованием вспомогательного источника энергии, когда напряжение единичного элемента меньше заданного напряжения.

7. Система по п.1, в которой вспомогательный источник энергии представляет собой конденсатор.

8. Система по п.1, в которой вспомогательный источник энергии представляет собой аккумуляторную батарею.

9. Система по п.1, в которой вспомогательный источник энергии соединен с внешним источником энергии системы топливных элементов таким образом, что он заряжается от внешнего источника энергии, когда он полностью разряжен.

10. Система по п.1, в которой топливо, подаваемое в топливный элемент на основе прямого преобразования борогидрида, представляет собой NaBH₄.

11. Система по п.1, в которой блок управления включает усилители, соответственно, последовательно соединенные с топливным элементом на основе прямого преобразования борогидрида, топливным элементом с протонообменной мембраной и вспомогательным источником энергии для повышения напряжения; и инвертор, соединенный с усилителями для преобразования постоянного тока в переменный ток.

12. Система по п.11, в которой блок управления также включает вольтодобавочный преобразователь, соединенный с усилителями, для преобразования постоянного тока в постоянный ток.

13. Способ управления системой топливных элементов, содержащий первый этап генерирования энергии посредством приведения в действие топливного элемента на основе прямого преобразования борогидрида с использованием энергии вспомогательного источника энергии в момент первоначального приведения в действие системы и подачи водорода, как побочного продукта после реакции, в топливный элемент с протонообменной мембраной; второй этап генерирования энергии посредством приведения в действие топливного элемента с протонообменной мембраной с использованием водорода, поданного на первом этапе; третий этап измерения потребления энергии нагрузкой, которая потребляет энергию, произведенную топливным элементом на основе прямого преобразования борогидрида и топливным элементом с протонообменной мембраной; и четвертый этап выдачи энергии вспомогательным источником энергии, когда потребление энергии нагрузкой, измеренное на третьем этапе, больше чем суммарная энергия, произведенная топливным элементом на основе прямого преобразования борогидрида и топливным элементом с протонообменной мембраной, и зарядки вспомогательного источника энергии, когда измеренная энергия, потребляемая нагрузкой, меньше суммарной мощности, произведенной топливным элементом на основе прямого преобразования борогидрида и топливным элементом с протонообменной мембраной.

14. Способ по п.13, в котором первый этап включает этап генерирования энергии для генерирования энергии топливным элементом на основе прямого преобразования борогидрида с использованием вспомогательного источника энергии; этап подачи водорода для подачи водорода, произведенного топливным элементом на основе прямого преобразования борогидрида после реакции, в топливный элемент с протонообменной мембраной.

15. Способ по п.13, также содержащий пятый этап сбора топлива, остающегося в одном компоненте топливного элемента на основе прямого преобразования борогидрида, в другой заданный компонент топливного элемента на основе прямого преобразования борогидрида с использованием энергии вспомогательного источника энергии, когда система остановлена.

16. Способ по п.13, также содержащий пятый этап сбора топлива, остающегося в одном компоненте топливного элемента на основе прямого преобразования борогидрида, в другой заданный компонент топливного элемента на основе прямого преобразования борогидрида с использованием энергии топливного элемента с протонообменной мембраной, когда система остановлена.

17. Способ управления системой топливных элементов, содержащий первый этап генерирования энергии посредством приведения в действие топливного элемента на основе прямого преобразования борогидрида с использованием энергии вспомогательного источника энергии в момент первоначального приведения в действие системы и подачи водорода, как побочного продукта после реакции, в топливный элемент с протонообменной мембраной; второй этап генерирования энергии посредством приведения в действие топливного элемента с протонообменной мембраной с использованием водорода, поданного от первого этапа; третий этап измерения напряжения каждого единичного элемента топливного элемента на основе прямого преобразования борогидрида и топливного элемента с протонообменной мембраной; четвертый этап выдачи энергии вспомогательным источником энергии в течение определенного времени, когда напряжение, измеренное на третьем этапе, меньше заданного напряжения или равно ему, и зарядки вспомогательного источника энергии, когда измеренное напряжение больше заданного напряжения.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 18.08.2009

Извещение опубликовано: 10.08.2010 БИ: 22/2010