ES1293274U - Sistema de Refrigeración SOFC, Pila de Combustible y Vehículo Híbrido - Google Patents

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Abstract

Un sistema de refrigeración SOFC, que comprende: un radiador, un depósito de agua, una bomba de agua, un transformador reductor CC, un ventilador, un condensador, un sensor de corriente, un primer medidor de flujo, y un segundo medidor de flujo, en donde: el transformador reductor CC, el ventilador y el condensador se conectan en paralelo, y un grupo de válvulas de solenoide se instala en cada suministro paralelo para controlar el encendido y apagado de cada suministro de acuerdo con una señal correspondiente, para constituir un sistema paralelo; el sensor de corriente se proporciona en un circuito del transformador reductor CC para detectar una señal de corriente del transformador reductor CC; el primer medidor de flujo se proporciona en un suministro del ventilador para detectar una señal de flujo; el segundo medidor de flujo se proporciona en una salida de gas de escape del ánodo del condensador para detectar una señal de flujo de gas de escape del ánodo; un primer extremo del radiador se conecta con un primer extremo de la bomba de agua y el depósito de agua, respectivamente; un segundo extremo de la bomba de agua se conecta con un primer extremo del sistema paralelo; y un segundo extremo del radiador se conecta con un segundo extremo del sistema paralelo.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de Refrigeración SOFC, Pila de Combustible y Vehículo Híbrido
Campo técnico
La presente invención se refiere a un sistema de refrigeración SOFC, una pila de combustible y un vehículo híbrido.
Antecedentes de la técnica
La SOFC (Pila de Combustible de Óxido Sólido) es un dispositivo de generación de energía que convierte directamente la energía química almacenada en el combustible y el oxidante en energía eléctrica. En comparación con otras pilas de combustible, tiene las ventajas de una alta eficiencia, un amplio alcance de combustible y no es necesario aplicar electrodos de metales nobles.
Cuando la SOFC funciona, primero se debe precalentar una pila y un componente caliente durante el arranque y, por lo tanto, se requiere un ventilador para proporcionar aire comprimido de forma continua. Mientras tanto, se requiere un refrigerante para enfriar el ventilador que se calienta durante su funcionamiento. Además, se requiere un transformador reductor CC-CC para convertir una corriente CC fija en una corriente CC variable durante la generación de energía. El transformador reductor CC-CC también se calienta durante su funcionamiento. Por lo tanto, también se requiere refrigerante para enfriar el transformador reductor CC-CC. Mientras tanto, se requiere un condensador para enfriar un gas de escape del ánodo a una temperatura alta después de que se agote, que logra de esta manera la separación de agua y vapor y la combustión continua en un quemador. Además, el refrigerante se requiere para el intercambio de calor para enfriar el gas de escape del ánodo cuando funciona el condensador. Una vez más, se requiere que el ventilador proporcione al sistema aire frío de gran capacidad en el momento de apagarlo. Para esto, también se requiere refrigerante para enfriar el ventilador.
En la técnica anterior, como se muestra en la Figura 1, se usa principalmente un sistema de refrigeración en serie de flujo constante para enfriar el ventilador, el transformador reductor CC-CC y el condensador. Pero este sistema de refrigeración en serie de flujo constante tiene un efecto de enfriamiento deficiente y un alto consumo de energía.
Resumen de la invención
La presente invención proporciona un sistema de refrigeración SOFC, una pila de combustible y un vehículo híbrido para abordar el problema.
Un primer aspecto de la invención proporciona un sistema de refrigeración SOFC, que comprende un radiador, un depósito de agua, una bomba de agua, un transformador reductor CC-CC, un ventilador, un condensador, un sensor de corriente, un primer medidor de flujo y un segundo medidor de flujo. El transformador reductor CC-CC, el ventilador y el condensador están conectados en paralelo, y se instala una válvula de solenoide en cada tubería paralela (o suministro) para controlar el encendido/apagado de cada tubería de acuerdo con la señal correspondiente. El sensor de corriente se proporciona en un circuito del transformador reductor CC-CC para detectar una señal de corriente del transformador reductor CC-CC. El primer medidor de flujo se proporciona en una tubería del ventilador para detectar una señal de flujo en la tubería del ventilador. El segundo medidor de flujo se proporciona en una tubería de gas de escape del ánodo del condensador para detectar una señal de flujo de gas de escape del ánodo en una tubería del condensador. Un primer extremo del radiador se conecta con un primer extremo de la bomba de agua y el depósito de agua, respectivamente. Un segundo extremo de la bomba de agua se conecta con un primer extremo del sistema en paralelo, y un segundo extremo del radiador se conecta con un segundo extremo del sistema en paralelo.
El grupo de válvulas de solenoide puede ser un grupo de válvulas proporcionales, y el grado de apertura de la válvula proporcional instalada en cada tubería puede controlarse de acuerdo con la señal correspondiente, para regular las contrapresiones de diferentes tuberías.
El sistema de refrigeración puede comprender además un sensor de temperatura proporcionado en una tubería entre el radiador y la bomba de agua para detectar la temperatura de un refrigerante en la tubería entre el radiador y la bomba de agua.
El radiador puede ser un ventilador de refrigeración giratorio de velocidad ajustable.
La bomba de agua puede ser una bomba de agua de flujo ajustable.
Un segundo aspecto de la invención proporciona una pila de combustible que comprende el sistema de refrigeración SOFC del primer aspecto.
Un tercer aspecto de la invención proporciona un vehículo híbrido que comprende la pila de combustible del segundo aspecto.
La presente invención proporciona un sistema de refrigeración SOFC. Debido a la característica de que no todos los componentes funcionan en el proceso de funcionamiento general de la SOFC, el transformador reductor CC-CC, el ventilador y el condensador se conectan en paralelo, y la válvula de solenoide se instala en cada tubería paralela para controlar el encendido/apagado de cada tubería de acuerdo con una señal correspondiente. En comparación con el sistema de refrigeración SOFC tradicional, el sistema de refrigeración en serie de flujo constante reducirá la pérdida de presión y la potencia de la bomba de agua. La válvula de solenoide se instala en cada tubería paralela para controlar el encendido/apagado de cada ramal de acuerdo con la señal correspondiente; que tiene en cuenta los requisitos de refrigeración de la SOFC durante el arranque, la generación de energía y el apagado, todos los componentes se enfrían en paralelo a través de un diseño razonable de cada tubería paralela, lo que mejora el efecto de enfriamiento y reduce el consumo de energía. La invención también describe una pila de combustible y un vehículo híbrido.
Breve descripción de los dibujos
Los dibujos usados en la descripción se describirán brevemente a continuación. Los dibujos de la siguiente descripción son solo algunas modalidades de la presente invención.
La Figura 1 es una vista esquemática estructural de un sistema de refrigeración en serie de flujo constante.
La Figura 2 es una vista esquemática estructural de un sistema de refrigeración SOFC.
La Figura 3 es un diagrama de ubicación de instalación de todos los sensores.
Descripción detallada
La presente invención proporciona un sistema de refrigeración SOFC, una pila de combustible y un vehículo híbrido, todos los cuales coinciden efectivamente con los modos de encendido/apagado de un SOFC. Debido a que no todos los componentes funcionan de forma continua o idéntica en el proceso de funcionamiento general de la SOFC, las tuberías del sistema de refrigeración SOFC se diseñan en consecuencia.
La presente invención pretende resolver el problema en el que el sistema de refrigeración en serie de flujo constante aplicado en la técnica anterior tiene un efecto de enfriamiento deficiente y un alto consumo de energía.
Las modalidades de la presente invención se describirán a manera de ejemplo a continuación junto con los dibujos adjuntos. Las modalidades descritas son algunas, no todas, de las modalidades de la presente invención.
Los inventores han descubierto que el sistema de refrigeración en serie de flujo constante se usa para enfriar el ventilador, el transformador reductor CC-CC y el condensador en la técnica anterior tiene un efecto de enfriamiento deficiente y un alto consumo de energía. En base al análisis de los inventores, se descubre que todos los componentes tienen diferentes modos de trabajo en diferentes etapas debido a los modos de encendido/apagado específicos de la SOFC. Por lo tanto, los problemas tales como un efecto de enfriamiento deficiente y un alto consumo de energía serán causados por un modo de conexión en serie. Para resolver tales problemas de efecto de enfriamiento deficiente y alto consumo de energía, los inventores propusieron la solución en la presente invención en la que todos los componentes se enfrían en paralelo para mejorar el efecto de enfriamiento y reducir el consumo de energía.
Cabe señalar que el proceso de funcionamiento de la SOFC incluye el inicio, la generación de energía y el apagado de acuerdo con el modo de encendido/apagado específico de la SOFC.
Por ejemplo, una pila y un componente caliente deben precalentarse primero durante el arranque y, por lo tanto, se requiere un ventilador para proporcionar una gran cantidad de aire comprimido para enfriar el ventilador que se calienta durante este proceso. La pila no enciende y el gas de escape del ánodo no se agota, por lo que no es necesario enfriar el transformador reductor CC-CC y el condensador.
Cuanto menor sea la cantidad de aire requerida por la reacción de la pila durante su generación de energía, menor será la cantidad de calor que genera el ventilador. Mientras tanto, el gas de escape del ánodo a alta temperatura se agota cuando el sistema se usa para generar energía. Por lo tanto, el ventilador, el transformador reductor CC-CC y el condensador deben enfriarse.
El ventilador es necesario para proporcionar al sistema una gran cantidad de aire frío en el momento del apagado. Para esto, el refrigerante también necesita operar para enfriar. La pila no enciende y el gas de escape del ánodo no se agota y, por lo tanto, el transformador reductor CC-CC y el condensador no necesitan operar.
La Figura 2 es una vista esquemática estructural de un sistema de refrigeración SOFC proporcionado por una modalidad de la presente invención. El sistema de refrigeración SOFC consta de un radiador 1, un depósito de agua 2, una bomba de agua 3, un transformador reductor CC-CC 4, un ventilador 5, un condensador 6, un sensor de corriente 7, un primer medidor de flujo 8 y un segundo medidor de flujo 9.
El transformador reductor CC-CC 4, el ventilador 5 y el condensador 6 se conectan en paralelo, y un grupo de válvulas de solenoide 10 se instala en cada tubería paralela para controlar la operación de encendido/apagado de cada tubería de acuerdo con una señal correspondiente. Esto constituye un sistema paralelo M, como se muestra en la Figura 1, que comprende una primera válvula de solenoide 11, una segunda válvula de solenoide 12 y una tercera válvula de solenoide 13.
Como se muestra en la Figura 3, el sensor de corriente 7 se proporciona en un circuito entre un módulo de pila de combustible (FCM) y el transformador reductor CC-CC 4 para detectar una señal de corriente del transformador reductor CC-CC 4. El primer medidor de flujo 8 se dispone en una tubería entre el FCM y el ventilador 5 para detectar una señal de flujo en una tubería del ventilador 5. El segundo medidor de flujo 9 se dispone en una tubería entre el FCM y el condensador 6 para detectar una señal de flujo de gas de escape del ánodo en una tubería del condensador 6.
Un primer extremo del radiador 1 se conecta con un primer extremo de la bomba de agua 3 y el depósito de agua 2, respectivamente. Un segundo extremo de la bomba de agua 3 se conecta con un primer extremo del sistema paralelo M, y un segundo extremo del radiador 1 se conecta con un segundo extremo del sistema paralelo M.
Debido a que no todos los componentes funcionan de manera continua o al mismo nivel en el proceso de funcionamiento general de la SOFC en las modalidades de la presente invención, el transformador reductor CC-CC, el ventilador y el condensador se conectan en paralelo, y el grupo de válvulas del solenoide se instala en cada tubería paralela para controlar la operación de encendido/apagado de cada tubería de acuerdo con la señal correspondiente. Comparado con el sistema de refrigeración SOFC tradicional, el sistema de refrigeración en serie de flujo constante reducirá la pérdida de presión y la potencia de la bomba de agua. La válvula de solenoide se instala en cada tubería paralela para controlar la operación de encendido/apagado de cada rama de acuerdo con la señal correspondiente. La solución específica es la siguiente: se controla la apertura de la segunda válvula de solenoide cuando el primer medidor de flujo dispuesto en una salida del ventilador detecta una señal de flujo; se controla la apertura de la tercera válvula de solenoide cuando el segundo medidor de flujo dispuesto en una tubería del condensador detecta una señal de flujo; se controla la apertura de la primera válvula de solenoide cuando el sensor de corriente en el circuito del transformador reductor CC-CC detecta una señal de corriente.
El grupo de válvulas de solenoide 10 es un grupo de válvulas proporcionales, y el grado de apertura de la válvula proporcional instalada en cada tubería se controla de acuerdo con la señal correspondiente, para regular las contrapresiones de diferentes tuberías.
Cuando el primer medidor de flujo 8 dispuesto a la salida del ventilador 5 detecta la señal de flujo, se controla la apertura de la válvula proporcional correspondiente y, mientras tanto, se puede controlar el grado de apertura de la válvula proporcional correspondiente de acuerdo con el tamaño de la señal de flujo. Cuando el segundo medidor de flujo 9 dispuesto en la tubería del condensador 6 detecta la señal de flujo, se controla la apertura de la válvula proporcional correspondiente y, mientras tanto, se puede controlar el grado de apertura de la válvula proporcional correspondiente de acuerdo con el tamaño de la señal de flujo. Cuando el sensor de corriente 7 en el circuito del transformador reductor CC-CC 4 detecta la señal de corriente, se controla la apertura de la válvula proporcional correspondiente y, mientras tanto, se puede controlar el grado de apertura de la válvula proporcional correspondiente de acuerdo con la señal correspondiente.
Todas las válvulas de solenoide en las modalidades de la presente invención desempeñan el papel de una válvula de contrapresión. Las tuberías de enfriamiento paralelas resuelven el problema en el que una tubería en serie tradicional tiene una gran pérdida de presión, pero puede surgir el problema de distribuir el flujo de manera desigual o no distribuir el flujo en base a la configuración. Por lo tanto, con respecto al problema de la distribución del flujo, las válvulas proporcionales se instalan en todas las tuberías de la presente invención, y la contrapresión en cada tubería se ajusta mediante la válvula proporcional, de manera que se ajusta el flujo de la tubería y se soluciona el problema de la distribución del flujo en la tubería paralela.
Además, el sistema de refrigeración SOFC comprende además un sensor de temperatura proporcionado en una tubería entre el radiador y la bomba de agua para detectar la temperatura de un refrigerante en una tubería entre el radiador y la bomba de agua.
En las modalidades de la presente invención, el radiador incluye un ventilador de refrigeración de velocidad ajustable, y la velocidad de rotación del ventilador de refrigeración puede ajustarse correspondientemente de acuerdo con la temperatura del refrigerante. La bomba de agua es una bomba de agua de flujo ajustable, que es más eficiente en comparación con una bomba de agua de flujo constante tradicional debido al hecho de que el flujo de la bomba de agua se puede ajustar de acuerdo con la temperatura retroalimentada por el sensor de temperatura,
Cuando se usan el ventilador de refrigeración de flujo ajustable y la bomba de agua de flujo ajustable, en comparación con el flujo constante del sistema de refrigeración SOFC conocido, la temperatura del refrigerante puede reducirse solo mediante el ventilador de refrigeración a la velocidad giratoria fija en el conocido sistema. Además, en esta solución, el flujo de la bomba de agua se puede ajustar para aumentar el flujo del refrigerante y la velocidad del aire del ventilador de refrigeración se puede ajustar para eliminar más calor, lo que protege así aún más los componentes correspondientes.
La presente invención también describe una pila de combustible, en donde la pila de combustible comprende el sistema de refrigeración SOFC.
Una modalidad de la presente invención también describe un vehículo híbrido, en donde el vehículo híbrido comprende la pila de combustible anterior.
La invención proporciona un sistema de refrigeración SOFC, una pila de combustible y un vehículo híbrido. Debido a que no todos los componentes funcionan de manera continua o al mismo nivel en el proceso de funcionamiento completo de una SOFC, un transformador reductor CC-CC, un ventilador y un condensador se conectan en paralelo, y se instala un grupo de válvulas de solenoide en cada tubería paralela para controlar la operación de encendido/apagado de cada tubería de acuerdo con una señal correspondiente, para constituir un sistema paralelo. En comparación con el sistema de refrigeración SOFC conocido, el sistema de refrigeración en serie de flujo constante reducirá la pérdida de presión y la potencia de una bomba de agua. La válvula de solenoide se instala en cada tubería paralela para controlar la operación de encendido/apagado de cada ramal de acuerdo con la señal correspondiente. Al tener en cuenta los requisitos de enfriamiento de la SOFC durante el arranque, la generación de energía y el apagado, todos los componentes se enfrían en paralelo a través del diseño adecuado de cada tubería paralela, lo que mejora el efecto de enfriamiento y reduce el consumo de energía.
Los términos relacionales como "primero" y "segundo" y similares en la presente descripción pueden usarse únicamente para distinguir una entidad o acción de otra entidad o acción sin que necesariamente requieran o impliquen tal relación u orden real entre dichas entidades o acciones.
Serán evidentes varias modificaciones a estas modalidades. El principio general definido en la presente descripción se puede implementar en otras modalidades sin apartarse del alcance de la presente invención.

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de refrigeración SOFC, que comprende:
un radiador,
un depósito de agua,
una bomba de agua,
un transformador reductor CC,
un ventilador,
un condensador,
un sensor de corriente,
un primer medidor de flujo, y
un segundo medidor de flujo,
en donde:
el transformador reductor CC, el ventilador y el condensador se conectan en paralelo, y un grupo de válvulas de solenoide se instala en cada suministro paralelo para controlar el encendido y apagado de cada suministro de acuerdo con una señal correspondiente, para constituir un sistema paralelo;
el sensor de corriente se proporciona en un circuito del transformador reductor CC para detectar una señal de corriente del transformador reductor CC;
el primer medidor de flujo se proporciona en un suministro del ventilador para detectar una señal de flujo;
el segundo medidor de flujo se proporciona en una salida de gas de escape del ánodo del condensador para detectar una señal de flujo de gas de escape del ánodo;
un primer extremo del radiador se conecta con un primer extremo de la bomba de agua y el depósito de agua, respectivamente;
un segundo extremo de la bomba de agua se conecta con un primer extremo del sistema paralelo; y
un segundo extremo del radiador se conecta con un segundo extremo del sistema paralelo.
2. El sistema de refrigeración SOFC de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el grupo de válvulas de solenoide es un grupo de válvulas proporcionales, y el grado de apertura de la válvula proporcional instalada en cada suministro se controla de acuerdo con la señal correspondiente, para regular contrapresiones de diferentes suministros.
3. El sistema de refrigeración SOFC de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, que comprende además un sensor de temperatura en una tubería entre el radiador y la bomba de agua para detectar la temperatura de un refrigerante en la tubería.
4. El sistema de refrigeración SOFC de acuerdo con la reivindicación 1, 2 o 3, en donde el radiador comprende un ventilador de refrigeración de velocidad ajustable.
5. El sistema de refrigeración SOFC de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la bomba de agua es una bomba de agua de flujo ajustable.
6. Una pila de combustible que comprende el sistema de refrigeración SOFC de cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 5.
7. Un vehículo híbrido que comprende la pila de combustible de la reivindicación 6.
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