CN113646936A - 能量自给型水电解燃料电池水车 - Google Patents

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Abstract

提出一种能量自给型水电解燃料电池水车系统。本发明提出的能量自给型水电解燃料电池水车系统包括：遮阳蓬，用于遮挡阳光，通过太阳能电池板获得初始水电解处理所需的电力以及用于作为备用电力来应用的太阳能；水电解部，利用太阳能对接收的可用水进行水电解处理，对通过水电解处理产生的氢气进行利用吸附剂的精制及储存来供给于能量产生部；能量产生部，通过利用接收的氢气的燃料电池方式产生电能；以及能量储存部，用于将产生的电能作为用于能量自给型水电解燃料电池水车系统的动力来供给。

Description

能量自给型水电解燃料电池水车
技术领域
本发明涉及一种能量自给型水电解燃料电池水车。
背景技术
水电解(电解)系统是一种对水进行电化学分解来生成氢和氧的系统，与其他氢制备方法相比，具有运转条件简单、体积小、可以获得高纯度氢的优点，因而作为氢制备技术受到关注。对水进行电解的水电解领域中代表性的方法有固体氧化物水电解法(SolidOxide Electrolysis，SOE)、聚合物电解质膜水电解法(Polymer Electrolyte MembraneElectrolysis，PEME)、碱性水电解法(Alkaline Electrolysis，AE)等。
在水电解领域中，高温水蒸气电解法是一种利用高温下分解水所需的电能变低的现象的方法，可以用少量的电能进行高效的水分解，并且由于具有与固体氧化物电池(SOFC)相同的结构及原理，因此可以双向操作。
燃料电池是通过使氢和氧发生电化学反应来生产电的方法，与内燃机相比，燃料电池因其对环境污染小、能效高而被认为是替代能源技术之一。尤其，通过电解水生产氢的水电解处理部由于其接近100％的氢纯度和仅排放氧作为副产物而在环保方面备受关注。
聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)通过广泛的供电范围及各种应用领域持续增长，随着2013年新再生能量设施支持指南的修订，能量生产量及修正系数被指定为6.5，因而除了公共机构的义务安装市场之外，还正在快速引入到民间市场。
在燃料电池的应用领域中，运输领域集中在汽车市场，韩国斗山燃料电池在合并Clear Edge Power公司后专注于生产可供给建筑物及车辆的燃料电池。现代汽车计划从2018年1月开始生产氢能电动汽车。
韩国能量技术研究院开发了一种可以循环利用高温高压废热和水蒸气的扁平管式高温水电解氢制备技术，韩国蔚山科学技术研究所开发了一种将双层的燃料极(阳极)和空气极(阴极)材质用作钙钛矿来每小时生产0.9L氢的固体氧化物水电解电池。
韩国公开专利第10-2005-0075628号涉及一种高温甲烷重整混合水电解处理部，其公开了如下技术：被配置为可以通过甲烷的水蒸气重整反应和高温水电解反应一起进行氢生产，可使通过甲烷自热反应产生的热量和甲烷完全氧化反应或部分氧化反应产生的热量用于需要高温操作条件的水电解器，从而与现有水电解处理部相比，有效利用能量，并降低能耗量。
发明内容
技术问题
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种如下的能量自给型水电解燃料电池水车：为了减少温室气体以应对气候变化以及履行适应气候变化的义务，可以在全国减少化学燃料的使用，应用替代的环保能量，并通过随处可得的水，以环保的方式生产氢，从而可以生产及使用能量。
技术方案
在一方面中，本发明提出的能量自给型水电解燃料电池水车系统包括：遮阳蓬，用于遮挡阳光，通过太阳能电池板获得初始水电解处理所需的电力以及用于作为备用电力来应用的太阳能；水电解部，利用太阳能对接收的可用水进行水电解处理，对通过水电解处理产生的氢气进行利用吸附剂的精制及储存来供给于能量产生部；能量产生部，通过利用接收的氢气的燃料电池方式产生电能；以及能量储存部，用于将产生的电能作为用于能量自给型水电解燃料电池水车系统的动力来供给。
水电解部包括：水电解处理部，用于接收经过过滤及净化的可用水来通过利用太阳能的氢电解产生清洁氢气；气体控制部，用于对通过水电解处理生产的氢气的压力进行调节并供给；氢精制部，用于将产生的氢气通过利用吸附剂的氢精制过程转化为高纯度清洁氢气；以及氢储存部，用于储存经过精制的氢气。
能量储存部包括最佳管理系统(BMS，Best management system)及储能系统(ESS，Energy storage system)，用于将多余的电储存在电池中，以在没有供电的情况下也能够驱动，而无需额外的能量充电。
在另一方面中，本发明提出的能量自给型水电解燃料电池水车系统的供电方法包括：通过用于遮挡阳光的遮阳蓬的太阳能电池板获得初始水电解处理所需的电力及用于作为备用电力来应用的太阳能的步骤；利用太阳能对接收的可用水进行水电解处理以及对通过水电解处理产生的氢气进行利用吸附剂的精制及储存来供给于能量产生部的步骤；通过利用接收的氢气的燃料电池方式产生电能的步骤；以及将产生的电能作为用于能量自给型水电解燃料电池水车系统的动力来供给的步骤。
在利用太阳能对接收的可用水进行水电解处理以及对通过水电解处理产生的氢气进行利用吸附剂的精制及储存来供给于能量产生部的步骤中，供给经过过滤及净化的可用水，通过利用太阳能的氢电解产生清洁氢气，对产生的氢气的压力进行调节并供给，将产生的氢气通过利用吸附剂的氢精制过程转化为高纯度清洁氢气并储存。
在将产生的电能作为用于能量自给型水电解燃料电池水车系统的动力来供给的步骤中，通过包括最佳管理系统及储能系统的能量储存部将多余的电储存在电池中，以在没有供电的情况下也能够驱动，而无需额外的能量充电。
发明的效果
根据本发明的实施例，可以提供如下的能量自给型水电解燃料电池水车：减少化学燃料的使用，应用替代的环保能量，通过随处可得的水以环保的方式生产氢，从而可以生产及使用能量。
附图说明
图1为本发明一实施例的能量自给型水电解燃料电池水车系统的开启图。
图2为本发明一实施例的能量自给型水电解燃料电池水车系统的鸟瞰图。
图3为用于说明本发明一实施例的能量自给型水电解燃料电池水车系统的供电方法的流程图。
具体实施方式
以下，将参照附图详细说明本发明的实施例。
图1为本发明一实施例的能量自给型水电解燃料电池水车系统的开启图。
随着化石能源的枯竭和全球变暖，人们对环保替代能源的关注度增加，燃料电池正受到关注。燃料电池是指将燃料氧化时释放的化学能转化为电能的电池。燃料电池与一般化学电池的区别在于，它不断地从外部接收燃料并将其氧化来发电。燃料电池的能源以氢为主要燃料，在能量密度和时间负载变化方面具有很强的优势。本发明涉及应用这种燃料电池且将水作为动力源的能量自给型燃料电池水车。
提出的能量自给型水电解燃料电池水车系统包括：遮阳蓬，包括太阳能电池板110；水电解部120；能量产生部(即，燃料电池)130；以及能量储存部140。
遮阳蓬用于遮挡阳光，通过太阳能电池板110获得初始水电解处理所需的电力以及用于作为备用电力来应用的太阳能。
水电解部120利用太阳能对接收的可用水进行水电解处理，对通过水电解处理产生的氢气进行利用吸附剂的精制及储存来供给于能量产生部。水电解部120包括水电解处理部121、气体控制部122、氢精制部123及氢储存部124。
水电解处理部121接收经过过滤及净化的可用水来通过利用太阳能的氢电解产生清洁氢气。
气体控制部122对通过水电解处理生产的氢气的压力进行调节并供给。
氢精制部123将产生的氢气通过利用吸附剂的氢精制过程转化为高纯度清洁氢气。
氢储存部124储存经过精制的氢气。
能量产生部(即，燃料电池)130通过利用接收的氢气的燃料电池方式产生电能。能量产生部130利用燃料电池130，使通过水电解处理生产并通过氢精制过程转化为高纯度清洁氢气的氢气与氧气发生电化学反应来生产电。
能量储存部140包括电池管理部141及电池142。电池管理部141将产生的电能作为用于能量自给型水电解燃料电池水车系统的动力来供给。这种能量储存部140包括最佳管理系统及储能系统。并且，将多余的电储存于电池142，以在没有供电的情况下也能够驱动，而无需额外的能量充电。
马达150可以利用从能量储存部140供给的动力来驱动图1所示的水车。
图2为本发明一实施例的能量自给型水电解燃料电池水车系统的鸟瞰图。
如上所述，提出的能量自给型水电解燃料电池水车系统包括：遮阳蓬，包括太阳能电池板210；水电解部220；燃料电池230及能量储存部240。
遮阳蓬用于遮挡阳光，通过太阳能电池板210获得初始水电解处理所需的电力以及用于作为备用电力来应用的太阳能。太阳能电池板利用太阳能供给初始水电解处理所需的电力并将其用作备用电力。
水电解部220利用太阳能对接收的可用水进行水电解处理，对通过水电解处理产生的氢气进行利用吸附剂的精制及储存来供给于能量产生部。水电解部220包括水电解处理部221、气体控制部222、氢精制部223及氢储存部224。水电解处理部221供给经过过滤及净化的可用水，通过利用太阳能的氢电解产生清洁氢气。气体控制部222对通过水电解处理生产的氢气的压力进行调节并供给。氢精制部223将产生的氢气通过利用吸附剂的氢精制过程转化为高纯度清洁氢气。氢储存部224储存经过精制的氢气。
燃料电池230通过利用接收的氢气的燃料电池方式产生电能，可以具有如图2所示的层叠形态。燃料电池230利用燃料电池230，使通过水电解处理生产并通过氢精制过程转化为高纯度清洁氢气的氢气与氧气发生电化学反应来生产电。
能量储存部240包括电池管理部241及电池242。电池管理部241将产生的电能作为用于能量自给型水电解燃料电池水车系统的动力来供给。这种能量储存部240包括最佳管理系统及储能系统。并且，将多余的电储存于电池242，以在没有供电的情况下也能够驱动，而无需额外的能量充电。马达250可以利用从能量储存部240供给的动力来驱动图2所示的水车。可通过排热口260排放在驱动水车期间内产生的热量。
图3为用于说明本发明一实施例的能量自给型水电解燃料电池水车系统的供电方法的流程图。
提出的能量自给型水电解燃料电池水车系统的供电方法包括：通过用于遮挡阳光的遮阳蓬的太阳能电池板获得初始水电解处理所需的电力及用于作为备用电力来应用的太阳能的步骤310；利用太阳能对接收的可用水进行水电解处理，对通过水电解处理产生的氢气进行利用吸附剂的精制及储存来供给于能量产生部的步骤320；通过利用接收的氢气的燃料电池方式产生电能的步骤330；以及将产生的电能作为用于能量自给型水电解燃料电池水车系统的动力来供给的步骤340。
在步骤310中，通过用于遮挡阳光的遮阳蓬的太阳能电池板获得初始水电解处理所需的电力及用于作为备用电力来应用的太阳能。
在步骤320中，利用太阳能对接收的可用水进行水电解处理，对通过水电解处理产生的氢气进行利用吸附剂的精制及储存来供给于能量产生部。水电解处理部接收经过过滤及净化的可用水来通过利用太阳能的氢电解产生清洁氢气。气体控制部对通过水电解处理生产的氢气的压力进行调节并供给。氢精制部将产生的氢气通过利用吸附剂的氢精制过程转化为高纯度清洁氢气。氢储存部储存经过精制的氢气。
在步骤330中，通过利用接收的氢气的燃料电池方式产生电能。能量产生部例如燃料电池，使通过水电解处理生产并通过氢精制过程转化为高纯度清洁氢气的氢气与氧气发生电化学反应来生产电。
在步骤340中，将产生的电能作为用于能量自给型水电解燃料电池水车系统的动力来供给。能量储存部的电池管理部将产生的电能作为用于能量自给型水电解燃料电池水车系统的动力来供给。这种能量储存部包括最佳管理系统及储能系统，并将多余的电储存在电池中，以在没有供电的情况下也能够驱动，而无需额外的能量充电。
上述装置可以实现为硬件组件、软件组件和/或硬件组件和软件组件的组合。例如，实施例中说明的装置和组件可以包括例如处理器、控制器、算术逻辑单元(ALU，arithmetic logic unit)、数字信号处理器(digital signal processor)、微型计算机、现场可编程阵列(FPGA，field programmable gate array)、可编程逻辑单元(PLU，programmable logic unit)、微处理器、或者可以利用一台或多台通用计算机或专用计算机来实现，例如任何其他能够执行和响应指令(instruction)的装置。处理装置可以执行操作系统(OS)和在上述操作系统上操作的一个或多个软件应用程序。并且，处理装置可以响应于软件的执行来访问、存储、操作、处理和产生数据。为了便于理解，虽然有时描述为使用一个处理装置，但本发明所属技术领域的普通技术人员可以理解，处理装置可以包括多个处理要素(processing element)和/或多种类型的处理要素。例如，处理装置可以包括多个处理器或一个处理器和一个控制器。并且，也可以采用诸如并行处理器(parallelprocessor)之类的其他处理配置(processing configuration)。
软件可以包括计算机程序(computer program)、代码(code)、指令(instruction)或它们中的一个以上的组合，处理装置可以被配置为根据需要进行工作，或者可以独立或共同地(collectively)指示处理装置。为了由处理装置解释或向处理装置提供指令或数据，软件和/或数据可以体现(embody)在任何类型的机器、组件(component)、物理装置、虚拟装置(virtual equipment)、计算机存储介质或装置。软件可以分布在联网的计算机系统上并以分布的方式存储或执行。软件和数据可以存储在一个或多个计算机可读记录介质中。
根据实施例的方法能够以可通过各种计算机手段执行的程序指令的形式实现并记录在计算机可读记录介质中。上述计算机可读介质可以额外地或通过组合来包括程序指令、数据文件、数据结构等。记录在上述介质的程序指令可以是为了实施例而专门设计和配置的，或者可以是计算机软件领域的普通技术人员已知和可用的。计算机可读记录介质的示例包括诸如硬盘、软盘和磁带的磁介质(magnetic media)，诸如CD-ROM、DVD之类的光介质(optical media)，诸如软盘(floptical disk)之类的磁光介质(magneto-opticalmedia)，以及诸如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存之类的专门用于执行程序指令的硬件装置。程序指令的示例不仅包括诸如由编译器生成的那些机器语言代码，而且还包括可以由计算机使用解释器等执行的高级语言代码。
如上所述，尽管通过限定的实施例和附图来对本发明进行了说明，但本发明不限于上述实施例，只要是本发明所属技术领域的普通技术人员，就可通过这种记载进行多种修改及变形。例如，说明的技术按与说明的方法不同的顺序执行，和/或说明的系统、结构、装置电路等的结构要素以与说明的方法不同的形态结合或组合，即使通过其他结构要素或等同技术方案代替或置换，也可实现适当结果。
因此，其他实例、其他实施例以及与发明要求保护范围等同的技术方案也属于后述的发明要求保护范围。

Claims (6)

1.一种能量自给型水电解燃料电池水车系统，其特征在于，包括：
遮阳蓬，用于遮挡阳光，通过太阳能电池板获得初始水电解处理所需的电力以及用于作为备用电力来应用的太阳能；
水电解部，利用太阳能对接收的可用水进行水电解处理，对通过水电解处理产生的氢气进行利用吸附剂的精制及储存来供给于能量产生部；
能量产生部，通过利用接收的氢气的燃料电池方式产生电能；以及
能量储存部，用于将产生的电能作为用于能量自给型水电解燃料电池水车系统的动力来供给。
2.根据权利要求1所述的能量自给型水电解燃料电池水车系统，其特征在于，水电解部包括：
水电解处理部，用于接收经过过滤及净化的可用水来通过利用太阳能的氢电解产生清洁氢气；
气体控制部，用于对通过水电解处理生产的氢气的压力进行调节并供给；
氢精制部，用于将产生的氢气通过利用吸附剂的氢精制过程转化为高纯度清洁氢气；以及
氢储存部，用于储存经过精制的氢气。
3.根据权利要求1所述的能量自给型水电解燃料电池水车系统，其特征在于，能量储存部包括最佳管理系统及储能系统，用于将多余的电储存在电池中，以在没有供电的情况下也能够驱动，而无需额外的能量充电。
4.一种能量自给型水电解燃料电池水车系统的供电方法，其特征在于，包括：
通过用于遮挡阳光的遮阳蓬的太阳能电池板获得初始水电解处理所需的电力及用于作为备用电力来应用的太阳能的步骤；
利用太阳能对接收的可用水进行水电解处理以及对通过水电解处理产生的氢气进行利用吸附剂的精制及储存来供给于能量产生部的步骤；
通过利用接收的氢气的燃料电池方式产生电能的步骤；以及
将产生的电能作为用于能量自给型水电解燃料电池水车系统的动力来供给的步骤。
5.根据权利要求4所述的能量自给型水电解燃料电池水车系统的供电方法，其特征在于，在利用太阳能对接收的可用水进行水电解处理以及对通过水电解处理产生的氢气进行利用吸附剂的精制及储存来供给于能量产生部的步骤中，供给经过过滤及净化的可用水，通过利用太阳能的氢电解产生清洁氢气，对产生的氢气的压力进行调节并供给，将产生的氢气通过利用吸附剂的氢精制过程转化为高纯度清洁氢气并储存。
6.根据权利要求4所述的能量自给型水电解燃料电池水车系统的供电方法，其特征在于，在将产生的电能作为用于能量自给型水电解燃料电池水车系统的动力来供给的步骤中，通过包括最佳管理系统及储能系统的能量储存部将多余的电储存在电池中，以在没有供电的情况下也能够驱动，而无需额外的能量充电。
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