CN103217932A - 燃料电池与家电设备的整合控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种燃料电池与家电设备的整合控制装置，包含至少一可产生电力及热源的燃料电池、至少一配电控制器与至少一热能控制器，其中，该燃料电池将产生的电力连结至该配电控制器，该配电控制器并联连结于市电电源，且供应电力于家庭中的至少一需热源供应的家电设备，该配电控制器可控制燃料电池与市电电力间的供应时机与通过智能型电表将燃料电池多余电力通过电力馈线卖回市电电力公司，该热能控制器路连结燃料电池输出的热源，以将该热源输入该热能控制器，再由该热能控制器连结需热源的家电设备，以控制与提供该热源给该家电设备进行辅助加热功能。

Description

燃料电池与家电设备的整合控制装置

技术领域

本发明涉及一种燃料电池与家电设备的整合控制装置，特别是指以燃料电池提供家电设备电力与热源，以及控制电力与热源供应的整合控制装置。

背景技术

燃料电池广泛应用于电力供应的场合，诸如现有的固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell，SOFC)，借由阳极(anode)端通过含氢的燃料，阴极(cathode)端则通入含氧的气体，即可产生电力，但由于该固体氧化物燃料电池，本身处于高温反应状态，其反应温度在摄氏600℃至800℃之间，故可产生热源的副产物，然而，现有的固态氧化物燃料电池皆使用于电力供应的用途，对于热源副产物的应用，则未有完善的利用与规划，无形中形成另一种能源的浪费，使燃料电池原本的环保用途大打折扣。

在相关的先前专利技术文献方面，如中国台湾专利公报第I348300号「分布式燃料电池网络」发明专利案，揭示燃料电池使用于远距控制系统于电力供应的技术，但对于燃料电池应用于家庭中的家电设备供电及热源应用，并无解决方案与对策，仍存有上述现有燃料电池应用上的能源浪费的问题与缺点。

另外，中国台湾专利公报第474043号「超高效率动力系统的燃料电池堆」发明专利案、第200418224号「具有热交换器的燃料电池堆栈」发明专利公开案，则揭示如固体氧化物燃料电池堆的热源循环于燃料电池内部再利用的技术，但仅限于燃料电池本身发电电力效能的提升，并没有将其电力与热源作最好的应用。

除此之外，如申请人前向钧局申请的「能源切换装置及方法」发明专利申请案，已初步揭示针对燃料电池的输入燃料、发电电力、市电电源间的能源作最佳与最经济控制、切换应用的技术。

发明内容

本发明所要解决的主要技术问题在于，克服现有技术存在的上述缺陷，而提供一种燃料电池与家电设备的整合控制装置，其可以针对如固体氧化物燃料电池可产生电力与热源的燃料电池，予以作最佳的电力与热源在家电设备中的整合控制应用，以使该燃料电池可对家电设备负载作最具经济利益与产业利价值的电、热能源供应。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是；

一种燃料电池与家电设备的整合控制装置，包含：

至少一燃料电池，具有至少一燃料输入端、电力输出端与热源输出端，该燃料输入端供连结一燃料源，以使该电力输出端输出一电源，并使热源输出端输出一热源；

至少一配电控制器，连结该燃料电池的电力输出端的电源、市电电源及至少一家电设备，以并联燃料电池的电力输出端的电源、市电电源，而对该家电设备进行供电，并且，依该燃料电池的电力输出端与市电电源间的家电设备供电负载容量超过或不足，予以控制该燃料电池的电力输出端的电源单独供电或该市电电源并联投入供电该家电设备负载；

至少一热能控制器，连结该燃料电池的热源输出端与至少一家电设备，以依该家电设备的加热温度需求、季节需求或使用者需求等条件，而予以控制与供应该燃料电池的热源输出端的热源给该家电设备，作为辅助加热的热源。

上述的燃料电池为同时具备电源与热源输出的固体氧化物燃料电池。

上述的配电控制器与市电电源间连结至少一智能型电表，以通过该配电控制器、智能型电表将燃料电池的电力输出端多余的电力经市电电力馈线回卖给市电电力公司。

本发明的燃料电池与家电设备的整合控制装置的功效，在于利用该配电控制器与热能控制器，分别控制与供应该燃料电池所输出的电源与热源给家庭使用的电热家电设备，诸如烘衣机、餐具烘干机、热水炉、冷暖空调设备等家电设备中，进行电源与热源的适当供应，以使该燃料电池对于家庭中的电热家电设备进行电源与热源供应的最经济应用，以使燃料电池的输出能源利用可以被最佳利用，进一步达到本发明提升燃料电池能源产业利用价值的功效。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的燃料电池与家电设备的整合控制装置第一实施例的系统方块图；

图2为本发明的燃料电池与家电设备的整合控制装置第二实施例图；

图3为本发明的燃料电池与家电设备的整合控制装置第三实施例图；

图4为本发明的燃料电池与家电设备的整合控制装置第四实施例图；

图5为本发明的燃料电池与家电设备的整合控制装置第五实施例图；

图6为本发明的燃料电池与家电设备的整合控制装置第六实施例图。

图中标号说明：

100  整合控制装置    10   燃料电池

11   燃料输入端      12   电力输出端

121  电源            13   热源输出端

131  热源            20   配电控制器

30   热能控制器      31   开关阀

311  隔热管路        32   热源控制单元

321  控制线          322  管路

33   温度感应单元    331  温度传感器

332  温度传感器      34   风量控制单元

341  控制线          342  管路

343  输出端          344  输出管路

200  燃料源          300  市电电源

310  智能型电表      320  电力馈线

330  市电电源网络    400  家电设备

500  家电设备        600  家电设备

700  家电设备        401  热源输入口

501  热源输入        601  热源输入口

701  热源输入口      402  排风口

502  排风口            602  排风口

702  排风口            323  讯号连结线

35   电源单元          602a 热源回馈管路

603  第一控制阀        604  第二控制阀

604a 输出端            604b 排气端

605  风机              605a 输入端

605b 输出端            605c 吸风口

具体实施方式

请参阅图1所示，为本发明的燃料电池与家电设备的整合控制装置100的第一实施例，其中，该整合控制装置100包括至少一燃料电池10，具有至少一燃料输入端11、电力输出端12与热源输出端13，该燃料输入端11连结一燃料源200，该燃料源200可以为石油气、柴油、煤气、沼气或天然气等燃料，该电力输出端12输出一电源121，其电压不限，在本发明中列举单相交流220伏、50/60Hz的交流电源为例，该热源输出端13则输出一热源131，该热源131在本发明中列举以摄氏200℃至300℃的热风为例，该燃料电池10的型态不限，在本发明中以固体氧化物燃料电池为例。

至少一配电控制器20，连结该燃料电池10的电力输出端12的电源121、一市电电源300及家电设备400、500、600及700，借由该燃料电池10的电力输出端12的电源121与市电电源300并联供电给各家电设备400、500、600及700，该燃料电池10的电力输出端12的电源121与市电电源300的单独供电或并联供电状态，则由该配电控制器20依家电设备400、500、600及700的实际负载容量大小而定，例如：当家电设备400、500、600及700的负载容量小于燃料电池10的电力输出端12的电源121的电力容量，则该配电控制器20则控制电源121单独供电给家电设备400、500、600及700；另当家电设备400、500、600及700的负载容量大于燃料电池10的电力输出端12的电源121的电力容量，则该配电控制器20则控制电源121与市电电源300一同并联供电给家电设备400、500、600及700，并且，在燃料电池10的电力输出端12的电源121单独供电给家电设备400、500、600及700时，该配电控制器20可针对该家电设备400、500、600及700的负载容量大小而决定供电优先顺序，有关于该配电控制器20的详细结构与控制该燃料电池10的电力输出端12的电源121与市电电源300的单独供电或并联供电原理与技术，已于本申请人向钧局申请在案的「能源切换装置及方法」发明专利中请案中，有详尽的说明揭露，故不予重复赘述。

上述的配电控制器20可为单独的控制器，亦可与该家庭室内配电盘、配电箱整合成一体。

上述的家电设备400、500、600及700为具有电热功能的家电产品，例如：具烘衣功能的洗衣机、具烘碗功能的洗碗机、电热水炉与冷、暖气空调主机等电热家电设备，且该家电设备400、500、600及700分别具有一热源输入口401、501、601及701，以及，一排风口402、502、602及702。

至少一热能控制器30，分别连结该燃料电池10的热源输出端13与家电设备400、500、600及700的各热源输入口401、501、601及701的间，以依该家电设备400、500、600及700的加热温度需求、季节需求或使用者需求等条件，而予以控制该燃料电池10的热源输出端13的热源131供应给该家电设备400、500、600及700的状态与控制热源131的供给优先顺序，以作为各家电设备400、500、600及700辅助加热的能源，而该家电设备400、500、600及700的各排风口402、502、602及702则将余热废气予以排出。

请再配合图2所示，为本发明的整合控制装置100的第二实施例，其中，揭示该市电电源300与配电控制器20间则跨接一智能型电表310，该智能型电表310通过一电力馈线320连结回一市电电源网络330中，使该配电控制器20于家电设备400、500、600及700的负载容量小于燃料电池10的电力输出端12的电源121的电力容量时，将该电源121过剩的电力，通过智能型电表310将此剩余电力经该电力馈线320回馈至市电电源网络330中，而将该剩余电力卖回市电电源300的电力公司。

请再参阅图3所示，为本发明的整合控制装置100的第三实施例，显示该热能控制器30包括至少一开关阀31、热源控制单元32、温度感应单元33、风量控制单元34及一电源单元35，其中，该开关阀31的型态不限，在本发明中系以电磁阀为例，该开关阀31通过一隔热管路311连结至燃料电池10的热源输出端13，以将该热源131引入该热能控制器30中。

该热源控制单元32具有自动依设定温度控制热源131输出风量及温度大小的功能，且该热源控制单元32以一控制线321与一管路322分别连结该开关阀31，以控制线321的电气控制讯号控制该开关阀31的开或关，而经由管路322引入热源131至热源控制单元32中，该热源控制单元32并通过一讯号连结线323与该家电设备400、500、600或700中的控制线路连结，以实时获得该家电设备400、500、600或700的加热操作状态，而作为该热源控制单元32控制热源131输出风量及温度大小功能的参考条件。

该温度感应单元33连结该热源控制单元32，且分别通过至少一温度传感器331及332设置于隔热管路311及各家电设备400、500、600及700中，以感测该热源131及家电设备400、500、600及700中的工作温度，并由该温度感测单元33将所感测的温度讯号传送至热源控制单元32，作为热源控制单元32的自动控制热源131输出风量及温度大小功能的参考条件。

该风量控制单元34以一控制线341及管路342连结该热源控制单元32，以受该热源控制单元32的控制线341的电气讯号控制该风量控制单元34，使该经由管路342将热源131予以控制风量大小后输出，该风量控制单元34并设有一输出端343，以通过一输出管路344连结至该家电设备400、500、600或700的各热源输入口401、501、601或701中，以使已经控制温度与风量大小的热源131供应给该家电设备400、500、600或700。

一电源单元35，其型式不限，在本发明中以直流电池为例，以提供给该开关阀31、热源控制单元32、温度感应单元33、风量控制单元34所需的直流工作电源。

上述的各热能控制器30中的各热源控制单元32为可程序化的控制单元，例如：可以依季节需求或使用者需求等条件，进一步将预设的控制程序烧录于该热源控制单元32中，以让各热能控制器30可以控制热源131供应给该家电设备400、500、600或700的时机与优先顺序。

请再配合图4所示，为本发明的整合控制装置100的第四实施例，其中，显示该热能控制器30中的电源单元35为一交/直流整流电路，以连结该配电控制器20，而接受该配电控制器20输出的电源121或市电电源300的交流电源，而将该交流电源转换成直流工作电源供给该开关阀31、热源控制单元32、温度感应单元33、风量控制单元34。

请再参阅图5所示，为本发明的整合控制装置100的第五实施例，其中，该家电设备600为电热水炉型态，其排风口602所排出的余热废气，其温度可维持在摄氏30℃以上，因此，可将该排风口602所排出的余热废气再以一热源回馈管路602a回馈连结至家电设备600内，再作辅助热交换加热利用直至其温度与室温相同再排出至大气中。

请再配合图6所示，本发明的整合控制装置100的第六实施例，其中，显示各家电设备400、500、600及700的各排风口402、502与602、702相互连结，并汇流至一第一控制阀603，该第一控制阀603并分别连该家电设备600的热源回馈管路602a及一第二控制阀604，以控制该家电设备400、500、600及700的各排风口402、502与602、702排出的余热废气的一部份导入该电热水炉型态的家电设备600中作热交换循环再利用或导入该第二控制阀604中，该第二控制阀604具有一输出端604a及一排气端604b，以控制来自第一控制阀603输出的余热废气经由输出端604a输出或排气端604b排出。

上述的第二控制阀604的输出端604a连结至一风机605，该风机605具有一输入端605a、输出端605b及吸风口605c，其中，该输入端605a连结该第二控制阀604的输出端604a，以接收来自第二控制阀604输出的余热废气，该风机605的输出端605b则连结至该热能控制器30，以将余热废气再被循环利用于该家电设备400、500、600及700中，该吸风口605c则提供风机605吸入外界空气，以增加该余热废气的风量。

上述的第一控制阀603及第二控制阀604可为电磁阀，以连结至该热能控制器30中，以受该热能控制器30的控制作开或关或不同路径的切换，例如：当余热废气经家电设备400、500、600及700内重复循环，且温度已与外部室温相同或温度低于循环加热的标准时，则由该第二控制阀604开启排气端604b，计该已无法利用的废气自该排气端604b排出。

上述的家电设备400、500、600及700内部的余热废气再循环热交换加热利用的模式，并不限于上述以第一控制阀603、第二控制阀604、风机605及其连结结构为限，举凡是等效的余热废气再循环热交换加热利用的技术与结构，当不脱本发明的范畴。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种燃料电池与家电设备的整合控制装置，其特征在于，包括：

至少一燃料电池，具有至少一燃料输入端、电力输出端与热源输出端，该燃料输入端连结一燃料源，该电力输出端输出一电源，该热源输出端则输出一热源；

至少一配电控制器，连结该燃料电池的电力输出端的电源、一市电电源及至少一具电热功能的家电设备，由该配电控制器依该家电设备的实际负载容量大小，予以决定该燃料电池的电力输出端的电源单独供应电力给该家电设备，或由该燃料电池的电力输出端的电源与该市电电源共同并联供电给该家电设备；

至少一热能控制器，分别连结该燃料电池的热源输出端与该家电设备，以依该家电设备的加热温度需求、季节需求或使用者需求等条件，而予以控制该燃料电池的热源输出端的热源供应给该家电设备，作为该家电设备辅助加热的能源。

2.根据权利要求1所述的燃料电池与家电设备的整合控制装置，其特征在于，所述热能控制器包括：

至少一开关阀，该开关阀以一隔热管路连结至燃料电池的热源输出端，以将该热源引入该热能控制器中；

至少一热源控制单元，具有自动依设定温度、条件控制该热源输出风量及温度大小的功能，且该热源控制单元以一控制线与管路连结该开关阀，以控制该开关阀的开或关，而经引入该热源至热源控制单元中，该热源控制单元以一讯号连结线连结该家电设备中的控制线路；

至少一温度感应单元，连结该热源控制单元，且分别通过至少一温度传感器设置于该开关阀的隔热管路及该家电设备，以感测该热源及该家电设备中的工作温度，并将所感测的温度讯号由该温度感应单元传送至热源控制单元，作为热源控制单元的自动控制热源输出风量及温度大小功能的依据；

至少一风量控制单元，以一管路及控制线连结该热源控制单元，并以一输出管路连结至该家电设备，以受该热源控制单元的控制，让该热源予以控制风量大小后输出至该家电设备中；

至少一电源单元，提供该开关阀、热源控制单元、温度感应单元、风量控制单元所需的直流工作电源该

3.根据权利要求2所述的燃料电池与家电设备的整合控制装置，其特征在于，所述电源单元为直流电池。

4.根据权利要求2所述的燃料电池与家电设备的整合控制装置，其特征在于，所述电源单元为交/直流整流器。

5.根据权利要求1所述的燃料电池与家电设备的整合控制装置，其特征在于，所述热能控制器所连结的家电设备，具有一热源输入口及一排风口，该热源输入口连结该热能控制器，以输入该热源，该排风口供家电设备排出余热废气。

6.根据权利要求5所述的燃料电池与家电设备的整合控制装置，其特征在于，所述排风口回馈连结至家电设备，以将家电设备排出余热废气于家电设备内进行热交换辅助加热再利用。

7.根据权利要求5所述的燃料电池与家电设备的整合控制装置，其特征在于，所述排风口连结一第一控制阀，该第一控制阀连结一第二控制阀，该第二控制阀连结至一风机，该风机连结该热能控制器，以借由该第一控制阀及第二控制阀的开或关控制，而将该家电设备排出余热废气经热能控制器回馈家电设备循环热交换加热。

8.根据权利要求7所述的燃料电池与家电设备的整合控制装置，其特征在于，所述第一控制阀以一热源回馈管路回馈连结至家电设备内。

9.根据权利要求7所述的燃料电池与家电设备的整合控制装置，其特征在于，所述第二控制阀具有一输出端及一排气端，该输出端连结至该风机。

10.根据权利要求7所述的燃料电池与家电设备的整合控制装置，其特征在于，所述风机具有一输入端、输出端及吸风口，该输入端连结该第二控制阀，以接收来自第二控制阀输出的余热废气，该风机的输出端连结至该热能控制器，以将余热废气再被循环利用于该家电设备中，该吸风口提供风机吸入外界空气，以增加该余热废气的风量。

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