КОГЕНЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА НА ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ
COGENERATION SYSTEM ON FUEL ELEMENTS

Область техники
Настоящее изобретение относится к когенерационной системе на топливных элементах, предназначенной для получения горячей воды путем рекуперации и использования бросового тепла топливного элемента.
Уровень техники
Топливный элемент, выполненный с возможность генерирования электрической энергии путем прямой реакции между водородом и кислородом, имеет высокую эффективность производства электроэнергии и выделяет очень мало загрязнителей воздуха. Соответственно, в качестве генератора чистой электрической энергии недавно были открыты топливные элементы. В частности, когенерационная система на топливных элементах, выполненная с возможностью рекуперации и использования бросового тепла при выработке электроэнергии топливными элементами, обладает высокой общей эффективностью использования энергии, и ожидается, что когенерационные системы на топливных элементах будут распространяться в качестве энергосберегающих аппаратов. Общий способ рекуперации и использования бросового тепла топливных элементов включает в себя нагрев воды в резервуаре для горячей воды посредством теплообменника для рекуперации тепла и использования нагретой воды в качестве горячей воды.
Как показано на фиг.3, обычная когенерационная система на топливных элементах содержит, например, блок 21 топливных элементов, вмещающий в себя топливный элемент 7, рекуперационный теплообменник 4 и блок 22 хранения горячей воды, вмещающий в себя резервуар 1 для хранения горячей воды (см., например, JP 2002-280031 A (далее - Патентный Документ 1).
Как показано на фиг.3, резервуар 1 для хранения горячей воды, циркуляционный насос 2 накопленной горячей воды и рекуперационный теплообменник 4 последовательно и циркулярно соединены рекуперационной трубой 3, таким образом образуя канал 8 рекуперации тепла. Напротив, топливный элемент 7, циркуляционный насос 5 охлаждающей воды и рекуперационный теплообменник 4 последовательно и циркулярно соединены трубой 6 охлаждающей воды, таким образом образуя канал 20 охлаждающей воды.
Бросовое тепло, возникшее при выработке топливным элементом 7 электроэнергии, регенерируется посредством охлаждающей воды. При помощи циркуляционного насоса 5 охлаждающей воды охлаждающая вода подается на рекуперационный теплообменник 4, где производится нагрев воды, поступающей из резервуара 1 для хранения горячей воды. Вода в резервуаре 1 для хранения горячей воды циркулирует через канал 8 рекуперации тепла с помощью циркуляционного насоса 2 накопленной горячей воды, нагревается охлаждающей водой и т.д. топливного элемента 7 в рекуперационном теплообменнике 4. После этого вода снова накапливается в резервуаре 1 для хранения горячей воды.
Для подачи воды в резервуар 1 для хранения горячей воды или подачи горячей воды наружу из резервуара 1 для хранения горячей воды когенерационная система на топливных элементах включает в себя впускную трубу 9 питающей воды, редукционный клапан 10, первую трубу 11 питающей воды, вторую трубу 12 питающей воды, сливную трубу 13, смесительный клапан 14 и выпускную трубу 15 горячей питающей воды.
Вода подается в резервуар 1 для хранения горячей воды из впускной трубы 9 питающей воды, подключенной к общей трубе водоснабжения через редукционный клапан 10 и первую трубу 11 питающей воды. Относительно подачи горячей воды из резервуара 1 для хранения горячей воды вода, поданная через впускную трубу 9 питающей воды, редукционный клапан 10, вторую трубу 12 питающей воды, и горячая вода, поданная из верхней части резервуара 1 для хранения горячей воды через сливную трубу 13, смешиваются для получения соответствующей температуры смесительным краном 14, и затем смешанная вода подается наружу через выпускную трубу 15 горячей питающей воды.
В когенерационной системе на топливных элементах с соответствующей конфигурацией клапан 19 сброса давления резервуара для хранения горячей воды, как правило, расположен таким образом, чтобы сообщаться с резервуаром 1 для хранения горячей воды.
Согласно Патентному Документу 1 клапан 19 сброса давления резервуара для хранения горячей воды действует следующим образом. Вода, хранящаяся в резервуаре 1 для хранения горячей воды с герметичной конструкцией, нагревается бросовым теплом топливного элемента 7 и расширяется, а внутреннее давление в резервуаре 1 для хранения горячей воды увеличивается при нагревании и расширении воды. Клапан 19 сброса давления резервуара для хранения горячей воды срабатывает при достижении заданного давления, при котором часть расширенной воды вытекает наружу. Следовательно, предотвращается увеличение давления в резервуаре 1 для хранения горячей воды, чем обеспечивается защита резервуара 1 для хранения горячей воды.
Рекуперационная труба 3, расположенная между блоком 21 топливных элементов и блоком 22 хранения горячей воды, как правило, оборудована обслуживаемым запорным клапаном (не показан). Когда блок 21 топливных элементов или блок 22 хранения горячей воды проходит техническое обслуживание, запорный клапан закрыт, так чтобы отключить канал 8 рекуперации тепла и тем самым остановить нежелательные утечки воды.
Задача, на решение которой направлено изобретение
Однако при наличии конфигурации известного уровня техники есть вероятность забыть о необходимости стравливания давления при помощи запорного клапана, которое должно быть выполнено после завершения обслуживания блока 21 топливных элементов, или блока 22 хранения горячей воды. При запуске когенерационной системы на топливных элементах, в то время как запорный клапан остается закрытым, канал 8 рекуперации тепла в блоке 21 топливных элементов превращается в замкнутое пространство, что приводит к возникновению чрезвычайно высокого давления в канале 8 рекуперации тепла наряду с работой топливного элемента 7 из-за расширения воды. Следовательно, возникает проблема повреждения компонентов в канале 8 рекуперации тепла, например трубы, насоса и теплообменника.
Настоящее изобретение разработано для решения этой проблемы, и его задачей является создание высоконадежной когенерационной системы на топливных элементах, позволяющей избежать возникновения отказов из-за технического обслуживания за счет простоты конструкции, чтобы таким образом обеспечить безопасность.
Средства решения задачи
Для решения указанной задачи когенерационная система на топливных элементах согласно настоящему изобретению содержит канал рекуперации тепла, в котором последовательно и циркулярно соединены посредством рекуперационной трубы первый запорный клапан, рекуперационный теплообменник, выполненный с возможностью рекуперации бросового тепла топливного элемента, второй запорный клапан и резервуар для хранения горячей воды. В рекуперационной трубе, соединяющей первый запорный клапан, второй запорный клапан и рекуперационный теплообменник, установлен клапан сброса давления канала рекуперации тепла, выполненный с возможностью открывания, когда внутреннее давление в рекуперационной трубе, расположенной ближе к рекуперационному теплообменнику, чем первый запорный клапан и второй запорный клапан, превышает заданное давление.
В силу этого даже при запуске когенерационной системы на топливных элементах при закрытых запорных клапанах после выполнения технического обслуживания блока топливных элементов или узла для хранения горячей воды канал рекуперации тепла открывается при заданном давлении. Таким образом, можно предотвратить увеличение внутреннего давления в рекуперационной трубе, вызванного внутренним нагревом рекуперационной трубы при работе топливного элемента. В результате обеспечивается создание высоконадежной когенерационной системы на топливных элементах, являющейся безопасной и способной предотвратить повреждение компонентов в рекуперационной трубе, например канала, насоса и теплообменника.
Преимущества изобретения
Настоящее изобретение может обеспечить создание когенерационной системы на топливных элементах с повышенной безопасностью и надежностью, обусловленных простотой конструкцией.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - принципиальная схема когенерационной системы на топливных элементах согласно первому варианту осуществления изобретения;
Фиг.2 - принципиальная схема когенерационной системы на топливных элементах согласно второму варианту осуществления изобретения; и
Фиг.3 - принципиальная схема когенерационной системы на топливных элементах согласно уровню техники.
Наилучший способ осуществления изобретения
Согласно первому объекту настоящего изобретения когенерационная система на топливных элементах включает в себя канал рекуперации тепла, в котором последовательно и циркулярно соединены посредством рекуперационной трубы первый запорный клапан, рекуперационный теплообменник, выполненный с возможностью рекуперации бросового тепла топливного элемента, второй запорный клапан и резервуар для хранения горячей воды, при этом в рекуперационной трубе, соединяющей первый запорный клапан, второй запорный клапан и рекуперационный теплообменник, установлен клапан сброса давления канала рекуперации тепла, выполненный с возможностью открывания, когда внутреннее давление в рекуперационной трубе, расположенной ближе к рекуперационному теплообменнику, чем первый запорный клапан и второй запорный клапан, превышает заданное давление.
В силу этого, даже при закрытых запорных клапанах после выполнения технического обслуживания блока топливных элементов или узла для хранения горячей воды, канал рекуперации тепла открывается при заданном давлении. Таким образом, можно предотвратить увеличение внутреннего давления в рекуперационной трубе, которое в противном случае было бы вызвано внутренним нагревом рекуперационной трубы при работе топливного элемента. В результате обеспечивается создание высоконадежной когенерационной системы на топливных элементах, обеспечивающей повышенную безопасность и способной предотвратить повреждение компонентов в канале рекуперации тепла, например трубы, насоса и теплообменника.
Согласно второму объекту изобретения, основанному на первом объекте изобретения, система включает в себя клапан сброса давления резервуара для хранения горячей воды, выполненный с возможностью открывания, когда внутреннее давление в резервуаре для хранения горячей воды превышает заданное давление. Заданное давление, при котором клапан сброса давления канала рекуперации тепла выполняет открывающее действие, имеет выставленную большую величину, чем заданное давление, при котором клапан сброса давления резервуара для хранения горячей воды выполняет открывающее действие. В результате обеспечивается создание когенерационной системы на топливных элементах, в которой даже при поломке клапана сброса давления резервуара для хранения горячей воды клапан сброса давления канала рекуперации тепла служит двойным предохранительным устройством, что позволяет предотвратить возникновение чрезвычайного повышения давления.
Согласно третьему объекту изобретения, основанному на первом или втором объекте изобретения, клапан сброса давления канала рекуперации тепла выполнен с возможностью функционирования в качестве сливного крана для слива воды из внутренней части канала рекуперации тепла. Связанный с техническим обслуживанием слив воды и связанный с возникновением аномалий во время технического обслуживания сброс давления могут быть выполнены устройством с очень простой конструкцией.
Согласно четвертому объекту изобретения, основанному на третьем объекте изобретения, клапан сброса давления канала рекуперации тепла находится в относительно низко расположенной области рекуперационной трубы на верхней по потоку стороне рекуперационного теплообменника. Путем использования собственного веса воды вода может быть легко удалена из рекуперационной трубы и рекуперационного теплообменника во время технического обслуживания.
Согласно пятому объекту изобретения, основанному на первом или втором объекте изобретения, клапан сброса давления канала рекуперации тепла выполнен с возможностью функционирования в качестве крана подачи воздуха для стравливания воздуха в канале рекуперации тепла. Стравливание воздуха, связанное с нагревом воды, и сброс давления, связанный с возникновением аномалий во время технического обслуживания, могут быть выполнены устройством с очень простой конструкцией.
Согласно шестому объекту изобретения, основанному на пятом объекте изобретения, клапан сброса давления канала рекуперации тепла находится в относительно высоко расположенной области рекуперационной трубы на нижней по потоку стороне рекуперационного теплообменника. Использование того, что плотность воздуха во время нагревания воды мала, дает возможность легко обеспечить утечку воздуха из рекуперационной трубы и рекуперационного теплообменника.
Согласно седьмому объекту изобретения, основанному на первом объекте изобретения, система включает в себя, по меньшей мере, блок топливных элементов, включающий в себя топливный элемент, рекуперационный теплообменник и узел для хранения горячей воды, включающий в себя резервуар для хранения горячей воды. Клапан сброса давления канала рекуперации тепла размещен в рекуперационной трубе, которая соединяет блок топливных элементов с узлом для хранения горячей воды. Вода и воздух, вытекающие наружу при стравливании внутреннего давления рекуперационной трубы, легко выводятся за пределы соответствующих узлов, что помогает избавиться от нежелательной воды.
Хотя варианты осуществления когенерационной системы на топливных элементах описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, конфигурация системы, идентичная ранее описанной конфигурации известного уровня техники, обозначена идентичной ссылочной позицией, и ее подробное описание опущено. Когенерационная система на топливных элементах не ограничена данными вариантами осуществления.
Первый вариант осуществления изобретения
Фиг.1 представляет собой принципиальную схему когенерационной системы на топливных элементах согласно первому варианту осуществления.
Как показано на фиг.1, когенерационная система на топливных элементах согласно настоящему варианту осуществления включает в себя блок 21 топливных элементов, вмещающий в себя топливный элемент 7, рекуперационный теплообменник 4 и блок 22 хранения горячей воды, вмещающий в себя резервуар 1 для хранения горячей воды, в которой клапан 18 сброса давления канала рекуперации тепла размещен в рекуперационной трубе 3, соединяющей блок 21 топливных элементов с узлом 22 хранения горячей воды.
Резервуар 1 для хранения горячей воды, циркуляционный насос 2 накопленной горячей воды и рекуперационный теплообменник 4, выполненные с возможностью рекуперации бросового тепла, выработанного при генерировании топливным элементом 7 электроэнергии, последовательно и циркулярно соединены рекуперационной трубой 3, образуя канал 8 рекуперации тепла. Рекуперационная труба 3, расположенная между блоком 21 топливных элементов и узлом 22 хранения горячей воды, оснащена первым запорным клапаном 16 и вторым запорным клапаном 17 для целей технического обслуживания. Топливный элемент 7, циркуляционный насос 5 охлаждающей воды и рекуперационный теплообменник 4 последовательно и циркулярно соединены трубой 6 охлаждающей воды, образуя канал 20 охлаждающей воды.
Бросовое тепло, возникающее при генерировании топливным элементом 7 электроэнергии, регенерируется охлаждающей водой в канале 20 охлаждающей воды, и охлаждающая вода подается на рекуперационный теплообменник 4 с помощью циркуляционного насоса 5 охлаждающей воды, в котором производится нагрев воды, поступившей из резервуара 1 для хранения горячей воды. Вода в резервуаре 1 для хранения горячей воды циркулирует через канал 8 рекуперации тепла с помощью циркуляционного насоса 2 накопленной горячей воды и нагревается охлаждающей водой, которая поглощает бросовое тепло топливного элемента 7 в рекуперационном теплообменнике 4. После этого вода снова накапливается в резервуаре 1 для хранения горячей воды.
Клапан 18 сброса давления канала рекуперации тепла находится в рекуперационной трубе 3, расположенной ближе к рекуперационному теплообменнику 4, чем первый запорный клапан 16 и второй запорный клапан 17. Когда давление в рекуперационной трубе 3 превышает заданное давление, клапан 18 открывается, таким образом удерживая внутреннее давление в рекуперационной трубе 3 на заданном уровне давления или ниже. Резервуар 1 для хранения горячей воды соединен с клапаном 19 сброса давления резервуара для хранения горячей воды, выполненным с возможностью открывания, когда внутреннее давление в резервуаре 1 для хранения горячей воды превышает заданное давление, тем самым, удерживая внутреннее давление в резервуаре 1 для хранения горячей воды на заданном уровне давления или ниже.
Заданное давление, при котором клапан 18 сброса давления канала рекуперации тепла выполняет открывающее действие, имеет выставленное значение больше заданного давления, при котором клапан 19 сброса давления резервуара для хранения горячей воды выполняет открывающее действие.
Клапан 18 сброса давления канала рекуперации тепла может быть выполнен с возможностью функционирования в качестве сливного крана для слива воды в канале 8 рекуперации тепла.
Поскольку клапан 18 сброса давления канала рекуперации тепла и клапан 19 сброса давления резервуара для хранения горячей воды имеют такие функции, то предпочтительно иметь форму полого цилиндра с открытыми двойными концами и конструкцией воздействия на клапанный элемент в цилиндре силой пружины. В этом случае клапанный элемент автоматически перемещается, преодолевая воздействие пружины из-за увеличения внутреннего давления, тем самым, открывая участок канала 8 рекуперации тепла, причем внутреннее давление стравливается наружу через цилиндр. При этом, как описано ниже, внешняя периферия клапана 18 сброса давления канала рекуперации тепла также может принимать форму, например, которая позволяет использовать винт, и участок канала 8 рекуперации тепла может быть открыт вручную. Таким образом, путем извлечения клапана 18 сброса давления канала рекуперации тепла клапан 18 сброса давления канала рекуперации тепла может также быть использован в качестве сливного крана, приспособленного для слива воды из рекуперационной трубы 3.
Когда клапан 18 сброса давления канала рекуперации тепла используется в качестве сливного крана, клапан предпочтительно расположен на верхней по потоку стороне рекуперационного теплообменника 4 и в относительно низко расположенной области 18A рекуперационной трубы 3, как показано на фиг.1.
Например, клапан 18 сброса давления канала рекуперации тепла может быть установлен непосредственно на трубное соединение (не показано) для соединения рекуперационной трубы 3, расположенной за пределами блока 21 топливных элементов, с блоком 21 топливных элементов, или может быть размещен в крайнем нижнем положении на трубе, которая соединяет трубное соединение с рекуперационным теплообменником 4, расположенным в блоке 21 топливных элементов. Относительно низко расположенная область 18А означает нижнюю часть рекуперационной трубы 3 между первым запорным клапаном 16 и циркуляционным насосом 2 накопленной горячей воды, когда блок 22 хранения горячей воды и блок 21 топливных элементов размещены стационарно. При этом предпочтительно, чтобы клапан 18 сброса давления канала рекуперации тепла находился в крайней нижней части относительно низко расположенной области 18А. Поскольку вода, циркулирующая через рекуперационную трубу 3 в относительно низко расположенной области 18А, не наполняется из-за слива воды через клапан 18 сброса давления канала рекуперации тепла, нет необходимости устанавливать сливной кран на крайнем нижнем участке. Так как вода в канале 8 рекуперации тепла, в частности вода в рекуперационном теплообменнике 4, падает под собственным весом. Таким образом, количество воды, остающейся в канале рекуперации тепла, может быть сведено к минимуму. Кроме того, при эксплуатации когенерационной системы на топливных элементах при пониженной температуре предотвращается повреждение рекуперационной трубы 3 из-за промерзания.
Для подачи воды в резервуар 1 для хранения горячей воды или из резервуара 1 для хранения горячей воды наружу когенерационная система на топливных элементах согласно варианту осуществления включает в себя впускную трубу 9 питающей воды, редукционный клапан 10, первую трубу 11 питающей воды, вторую трубу 12 питающей воды, сливную трубу 13, смесительный клапан 14 и выпускную трубу 15 горячей питающей воды.
Вода подается в резервуар 1 для хранения горячей воды из впускной трубы 9 питающей воды, соединенной с трубой водоснабжения через редукционный клапан 10 и первую трубу 11 подачи воды. Что касается подачи горячей воды из резервуара 1 для хранения горячей воды, вода, подаваемая через впускную трубу 9 питающей воды, редукционный клапан 10, вторую трубу 12 подачи воды, и горячая вода, подаваемая из верхней части резервуара 1 для хранения горячей воды через сливную трубу 13, смешиваются до соответствующей температуры смесительным клапаном 14, и смешанная горячая вода подается наружу через выпускную трубу 15 горячей питающей воды.
Даже в варианте осуществления клапан 19 сброса давления резервуара для хранения горячей воды расположен таким образом, чтобы сообщаться с резервуаром 1 для хранения горячей воды, так же как и в известном уровне техники. То есть увеличение внутреннего давления, вызванное расширением воды, хранящейся в резервуаре 1 для хранения горячей воды с герметичной конструкцией из-за бросового тепла топливного элемента 7, стравливается клапаном 19 сброса давления резервуара для хранения горячей воды, который открывается при достижении заданного давления. Таким образом, часть расширенной воды сбрасывается наружу с тем, чтобы предотвратить повышение давления в резервуаре 1 для хранения горячей воды, соответственно, обеспечивается защита резервуара 1 для хранения горячей воды.
Аналогично известному уровню техники, рекуперационная труба 3, вставленная между блоком 21 топливных элементов и блоком 22 хранения горячей воды, оснащена первым запорным клапаном 16 и вторым запорным клапаном 17 для целей технического обслуживания. Когда блок 21 топливных элементов проходит техническое обслуживание, первый запорный клапан 16 и второй запорный клапан 17, закрыты и отсоединяют канал 8 рекуперации тепла от блока 22 хранения горячей воды. Таким образом, предотвращается нежелательная утечка воды.
В соответствии с когенерационной системой на топливных элементах настоящего варианта осуществления, даже когда забывают открыть первый запорный клапан 16 и второй запорный клапан 17 после завершения технического обслуживания блока 21 топливных элементов и блока 22 хранения горячей воды, и они остаются в закрытом состоянии, при достижении заданного давления открывается клапан 18 сброса давления канала рекуперации тепла, тем самым, открывая канал 8 рекуперации тепла. Таким образом, даже если внутри рекуперационной трубы существует чрезвычайно высокое давление при нагреве рекуперационной трубы 3 во время работы топливного элемента 7, можно предотвратить увеличение внутреннего давления в рекуперационной трубе 3 и повреждение компонентов в канале 8 рекуперации тепла, например трубы, насоса и теплообменника.
В соответствии с когенерационной системой на топливных элементах настоящего варианта осуществления заданное давление, при котором клапан 18 сброса давления канала рекуперации тепла срабатывает на открывание, установлено выше заданного давления, при котором клапан 19 сброса давления резервуара для хранения горячей воды срабатывает на открывание. Даже при поломке клапана 19 сброса давления резервуара для хранения горячей воды клапан 18 сброса давления канала рекуперации тепла служит двойным предохранительным устройством, что позволяет предотвратить возникновение чрезвычайного повышения внутреннего давления в резервуаре 1 для хранения горячей воды.
В соответствии с когенерационной системой на топливных элементах настоящего варианта осуществления клапан 18 сброса давления канала рекуперации тепла имеет функцию сливного крана для слива воды из внутренней части канала 8 рекуперации тепла. Слив воды, связанный с техническим обслуживанием, и связанный с возникновением аномалий во время технического обслуживания сброс давления могут быть выполнены устройством с очень простой конструкцией. Кроме того, клапан 18 сброса давления канала рекуперации тепла установлен в относительно низко расположенной области 18A рекуперационной трубы 3 и на верхней по потоку стороне рекуперационного теплообменника 4. Во время технического обслуживания слив воды из рекуперационной трубы 3 и рекуперационного теплообменника 4 могут быть легко выполнены под собственным весом воды.
В соответствии с когенерационной системой на топливных элементах настоящего варианта осуществления клапан 18 сброса давления канала рекуперации тепла расположен в рекуперационной трубе 3, которая соединяет блок 21 топливных элементов и блок 22 хранения горячей воды. Когда давление внутри рекуперационной трубы 3 достигает заданной величины, производят его стравливание, и вода и воздух выходят наружу блока 21 топливных элементов и блока 22 хранения горячей воды, что позволяет избавиться от нежелательной воды.
Как описано выше, настоящим вариантом осуществления обеспечивается высоконадежная когенерационная система на топливных элементах, которая гарантирует безопасность при техническом обслуживании в силу простоты конструкции.
Второй вариант осуществления изобретения
Фиг.2 представляет собой принципиальную схему когенерационной системы на топливных элементах согласно второму варианту осуществления.
Как показано на фиг.2, когенерационная система на топливных элементах настоящего варианта осуществления отличается от первого варианта осуществления тем, что клапан 18 сброса давления канала рекуперации тепла функционирует в качестве воздуховыпускного крана, который обеспечивает выпуск воздуха в канале 8 рекуперации тепла. Конфигурация и работа когенерационной системы на топливных элементах настоящего варианта осуществления, по существу, идентичны описанным в первом варианте осуществления, и, следовательно, их детальное описание опускается.
Как показано на фиг.2, когенерационная система на топливных элементах настоящего варианта осуществления включает в себя блок 21 топливных элементов, вмещающий в себя топливный элемент 7, рекуперационный теплообменник 4 и блок 22 хранения горячей воды, вмещающий в себя резервуар 1 для хранения горячей воды. Клапан 18 сброса давления канала рекуперации тепла находится в рекуперационной трубе 3, которая соединяет блок 21 топливных элементов и блок 22 хранения горячей воды. При этом клапан 18 сброса давления канала рекуперации тепла расположен в относительно высокой области 18B в рекуперационной трубе 3 и на нижней по потоку стороне рекуперационного теплообменника 4. В частности, например, клапан 18 сброса давления канала рекуперации тепла расположен в непосредственной близости от трубы, соединенной с выходом рекуперационного теплообменника 4 в блоке 21 топливных элементов, которая позволяет воде, подаваемой из резервуара 1 для хранения горячей воды, течь из нижнего положения в более высокое положение в вертикальном направлении. Относительно высоко расположенная область 18B означает более высокую область рекуперационной трубы 3 между вторым запорным клапаном 17 и рекуперационным теплообменником 4 при стационарном размещении блока 22 хранения горячей воды и блока 21 топливных элементов. При этом предпочтительно установить клапан 18 сброса давления канала рекуперации тепла в наиболее высокое положение в относительно высоко расположенной области 18B. Однако клапан сброса давления не обязательно должен быть специально установлен в наиболее высокое положение, поскольку клапан сброса давления находится в относительно высоко расположенной области 18B. Клапан сброса давления канала рекуперации тепла может функционировать в качестве воздуховыпускного крана, что обеспечивает стравливание воздуха в канале 8 рекуперации тепла.
Поскольку клапан 18 сброса давления канала рекуперации тепла канала имеет такие функции, то предпочтительно иметь форму полого цилиндра с открытыми двойными концами и конструкцией воздействия на клапанный элемент в цилиндре силой пружины, аналогично первому варианту осуществления. В этом случае, клапанный элемент автоматически перемещается, преодолевая воздействие пружины из-за увеличения внутреннего давления, тем самым, открывая участок канала 8 рекуперации тепла, при этом внутреннее давление стравливается наружу через цилиндр.
Ниже описано преимущество клапана 18 сброса давления канала рекуперации тепла, также служащего в качестве воздуховыпускного крана.
Как правило, небольшое количество воздуха обычно остается растворенным в воде с относительно низкой температурой, подаваемой из резервуара 1 для хранения горячей воды. Поэтому, когда вода нагревается рекуперационным теплообменником 4, растворенный воздух часто вызывает появление мелких воздушных пузырьков. Воздух, остающийся в канале 8 рекуперации тепла, иногда препятствует прохождению потока воды или пристает к теплопроводящей поверхности рекуперационного теплообменника 4, тем самым, снижая эффективность теплообмена. Соответственно, проблема может быть решена путем использования клапана 18 сброса давления канала рекуперации тепла в качестве воздуховыпускного крана.
С помощью по существу простой конструкции когенерационная система на топливных элементах настоящего варианта осуществления может выпускать воздух, образующийся при нагревании воды, и стравливать давление, вызванное аномалиями во время технического обслуживания. Воздух может быть легко выпущен из рекуперационной трубы 3 и рекуперационного теплообменника 4 путем установки клапана 18 сброса давления канала рекуперации тепла в наиболее высоком положении на рекуперационной трубе. Это происходит по причине того, что воздух, поднимающийся при нагревании воды, имеет меньшую плотность, чем вода, воздух стремится подняться в трубу рекуперации тепла и остаться в наиболее высоком положении. Следовательно, обеспечивается создание высоконадежной когенерационной системы на топливных элементах.
В настоящих вариантах осуществления клапан 18 сброса давления канала рекуперации тепла был описан со ссылкой на примерную конфигурацию и компоновку, в которой клапан сброса давления служит также в качестве сливного крана или воздуховыпускного крана. Однако клапан сброса давления канала рекуперации тепла этим не ограничивается. Например, клапан сброса давления также может быть использован только в качестве клапана 18 сброса давления канала рекуперации тепла. В этом случае клапан 18 сброса давления канала рекуперации тепла может быть расположен в любой точке внутри блока 21 топливных элементов, блока 22 хранения горячей воды или рекуперационной трубы 3, соединяющей узлы 21 и 22, поскольку клапан 18 сброса давления канала рекуперации тепла размещен в канале 8 рекуперации тепла 8 ближе к рекуперационному теплообменнику 4, чем первый запорный клапан 16 или второй запорный клапан 17.
Рекуперационный теплообменник 4 был описан в каждом из вариантов осуществления со ссылкой на пример, в котором теплообменник регенерирует бросовое тепло топливного элемента 7. Однако теплообменник не ограничивается рекуперацией бросового тепла. Например, рекуперационный теплообменник может регенерировать бросовое тепло водородного генератора (не показан), установленного в когенерационной системе на топливных элементах, или бросовое тепло из анода и катода топливного элемента 7.
Хотя настоящее изобретение описано подробно и со ссылкой на конкретные варианты осуществления, специалистам в данной области техники понятно, что могут быть сделаны различные изменения и модификации в пределах сущности и объема изобретения.
Промышленная применимость
Настоящее изобретение применимо в технической области, например области когенерационных систем на топливных элементах, обеспечивающих безопасность при проведении технического обслуживания в силу простоты конструкции и высокой надежности.
Перечень ссылочных позиций
1 - Резервуар для хранения горячей воды;
2 - Циркуляционный насос накопленной горячей воды;
3 - Рекуперационная труба;
4 - Рекуперационный теплообменник;
5 - Циркуляционный насос охлаждающей воды;
6 - Труба охлаждающей воды;
7 - Топливный элемент;
8 - Канал рекуперации тепла;
9 - Впускная труба питающей воды;
10 - Редукционный клапан;
11 - Первая труба питающей воды;
12 - Вторая труба питающей воды;
13 - Сливная труба;
14 - Смесительный клапан;
15 - Выпускная труба горячей питающей воды;
16 - Первый запорный клапан;
17 - Второй запорный клапан;
18 - Клапан сброса давления канала рекуперации тепла;
18A, 18B - области;
19 - Клапан сброса давления резервуара для хранения горячей воды;
20 - Канал охлаждающей воды;
21 - Блок топливных элементов;
22 - Блок хранения горячей воды.