Энергоустановка на основе топливных элементов для снабжения электрической и тепловой энергией отдельных зданий

ЭНЕРГОУСТАНОВКА НА ОСНОВЕ ТОНЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ СНАБЖЕННЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ Н ТЕНЛОВОЙ ЭНЕРГИЕЙ
ОТДЕЛЬНЫХ ЗДАНИЙ
Полезная модель относится к энергоустановкам для совместного генерирования и снабжения электрической и тепловой энергией отдельных зданий, в частности к энергоустановкам (ЭУ) на основе щелочных топливных элементов (ТЭ) с циркулирующим электролитом.
Известна ЭУ для совместного генерирования и снабжения тепловой и электрической энергии отдельных зданий, включающая генератор на основе ТЭ с твердым полимерным электролитом с жидкостной системой термостатирования, содержащей теплообменник, систему преобразования ИСХОДНОГО топлива в водород с преобразователем, систему снабжения тепловой энергией, включающую систему горячего водоснабжения с замкнутым контуром утилизации тепла, включающем теплообменник системы термостатирования батареи и тепловой аккумулятор. Питающая вода, используемая в системе горячего водоснабжения, подается в тепловой аккумулятор (патент США № 6420060, кл. НО1М 8/04, 2002).
Недостатком данной ЭУ является низкая эффективность, связанная с неполным использованием выделяющегося тепла.
Из известных ЭУ наиболее близкой по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является ЭУ для совместного генерирования и снабжения электрической и тепловой энергией отдельных зданий, включающая генератор на основе батареи полимерных ТЭ с жидкостной системой термостатирования, содержащей теплообменник, систему преобразования исходного топлива в водород с преобразователем исходного топлива в водород и теплообменниками преобразователя топлива и охлаждения полученного водорода, систему снабжения тепловой энергией, включающую
Н01М 8/06, F24D 3/02
системы отопления и горячего водоснабжения, с замкнутым циркуляционным контуром утилизации тепла, включающем теплообменник системы термостатирования батареи, один из теплообменников системы подачи и преобразования исходного топлива в водород, теплообменник системы горячего водоснабжения и радиатор системы отопления (заявка на патент США № 2002/0172846, кл. НО1М 8/06, 2002).
Недостатком указанной ЭУ является сложность ее функциональной схемы, связанная с типом используемого ТЭ и видом используемого исходного топлива, а также недостаточная тепловая эффективность.
Задачей полезной модели является создание высокоэффективной ЭУ, обладающей упрощенной функциональной схемой.
Указанный технический результат достигается тем, что ЭУ для совместного генерирования и снабжения электрической и тепловой энергией отдельных зданий включает генератор на основе батареи ТЭ с жидкостной системой термостатирования, содержащей теплообменник, систему преобразования исходного топлива в водород с преобразователем топлива в водород и теплообменниками преобразователя топлива и охлаждения полученного водорода, систему снабжения тепловой энергией, включающую системы отопления и горячего водоснабжения, с замкнутым циркуляционным контуром утилизации тепла, включающем теплообменник системы термостатирования батареи, один из теплообменников системы подачи и преобразования исходного топлива в водород, теплообменник системы горячего водоснабжения и радиатор системы отопления. При этом, согласно полезной модели, в качестве ТЭ используются ТЭ с циркулирующим щелочным электролитом, при этом контур циркуляции электролита используется в качестве жидкостной системы термостатирования батареи, а контур утилизации тепла, в качестве одного из теплообменников, включает теплообменник преобразователя исходного топлива. Использование ТЭ с циркулирующим щелочным электролитом позволяет упростить функциональную схему ЭУ за счет исключения контура термостатирования и систем увлажнения используемых реагентов.
Использование теплообменника преобразователя исходного топлива в системе утилизации тепла повышает тепловую эффективность ЭУ.
Целесообразно, чтобы система горячего водоснабжения была снабжена тепловым аккумулятором, в котором расположен теплообменник системы горячего водоснабжения. Наличие теплового аккумулятора и размещение в нем теплообменника создает резерв горячей воды и повышает тепловую эффективность ЭУ.
Целесообразно чтобы питаюш;ая вода, используемая в системе горячего водоснабжения, последовательно проходила через теплообменник системы подачи и преобразования топлива и тепловой аккумулятор. Это повышает тепловую эффективность ЭУ за счет более полной утилизации тепла.
Целесообразно, чтобы система отопления дополнительно включает вентилятор, обдувающий радиатор воздухом и регулятор расхода воздуха. Наличие вентилятора и регулятора расхода воздуха позволяет эффективно регулировать температуру в системе отопления.
Целесообразно, чтобы система подачи и преобразования исходного топлива включала емкость с исходным топливом, в качестве которого использовался борогидрид щелочного металла, реактор для разложения борогидрида металла и генерации водорода, теплообменник для охлаждения полученного водорода и емкость для сбора продуктов реакции. Борогидрид щелочного металла является эффективным носителем водорода, при этом реакция разложения борогидрида является экзотермической и теплота реакции может быть утилизирована, что повышает эффективность ЭУ. Водород, выделяющийся в результате реакции не требует очистки.
Целесообразно, чтобы система подачи и преобразования исходного топлива включала емкость с исходным топливом, в качестве которого используется метанол, реформер для преобразования метанола в водород, устройство для очистки полученного водорода от примесей, теплообменник для охлаждения очищенного водорода. Метанол является дещевым топливом.
которое легко реформируется в водородосодержащий газ. Наличие теплообменника повышает тепловую эффективность ЭУ.
Целесообразно, чтобы в качестве теплоносителя замкнутого циркуляционного контура утилизации тепла использовался антифриз. Использование антифриза исключает его замерзание при временных остановках и профилактике ЭУ, что упрощает ее эксплуатацию.
Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле полезной модели, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию новизна.
Сущность полезной модели поясняется чертежом и описанием работы ЭУ.
Перечень фигур чертежей
На фиг.1 представлен вариант принципиальной схемы ЭУ с борогидридом натрия в качестве исходного топлива.
ЭУ включает генератор на основе батареи ТЭ 1 с жидкостной системой термостатирования 2 с теплообменником 3, систему подачи водорода 4 с преобразователем исходного топлива в водород 5 и теплообменником преобразователя топлива 6 и теплообменником охлаждения водорода 7, контур утилизации тепла 8 с системами отопления 9 и горячего водоснабжения 10 с теплообменником И, тепловым аккумулятором 12. Система отопления включает радиатор 15, вентилятор 13 и регулятор расхода воздуха 14. Система преобразования исходного топлива включает преобразователь 5, емкость хранения исходного топлива 16 и емкость для сбора продуктов реакции 17. Нитающая вода системы горячего водоснабжения 10 последовательно проходит через теплообменник охлаждения водорода 7, теплообменник преобразователя топлива 6 и тепловой аккумулятор 12.
Сведения, подтверяедающие возможность осуществления изобретеиия
химической реакции преобразуется в водород, поступающий через теплообменник 7 в генератор 1, а продукты реакции собираются в емкости хранения 17.. Образующийся водород, проходя через теплообменник 7, отдает тепло питающей воде и поступает в генератор 1. В генераторе 1 за счет электрохимической реакции окисления водорода кислородом воздуха, или другим окислителем, генерируется электроэнергия и тепло. Электроэнергия подается потребителю, а тепло утилизируется контуром 8, который в качестве хладагента использует, например, антифриз для исключения возможности его замерзания при отключенной ЭУ и отрицательных окружающих температурах. Система отопления использует радиатор 15, обдуваемый воздушным вентилятором 13. Регулятор расхода воздуха 14 изменяет расход воздуха в зависимости от заданной температуры. Для нагрева питающей воды система горячего водоснабжения использует теплообменник водорода 7, теплообменник преобразователя исходного топлива 6 и теплообменник 11 контура утилизации тепла 8. Для обеспечения равномерной подачи горячей воды при переменной нагрузке генератора используется тепловой аккумулятор 12.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявленная ЭУ может быть реализована на практике с достижением заявленного технического результата, т.е. она соответствуют критерию «промышленная применимость