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Erfindung
Russische Föderation Patent RU2247446
VERFAHREN ZUM BETRIEB STROMGENERATOR BASED ELEKTRO EINRICHTUNG UND VERFAHREN DER UMSETZUNG
Name des Erfinders: Deaf IN (RU); AN Starostin (RU); Cheliabinsk VF (RU)
Der Name des Patentinhabers: Open Joint Stock Company "Rocket und Space Corporation" Energia "SP Korolev."
Korrespondenzanschrift: 141070, Region Moskau, Korolev, st .. Lenin, 4a, OAO RSC "Energia" nach SP benannt Königin des gewerblichen Eigentums und Innovation Laboratory
Startdatum des Patents: 2003.01.08
Die Erfindung betrifft Gleichstromversorgungen, nämlich Stromversorgungssystem zu dem DC auf Wasserstoff und Sauerstoff betrieben wird. Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftwerke auf der Grundlage des elektrochemischen Generators (ECG) Stromlaufwerke und ihre Arbeit im stationären Zustand Verdampfung von flüssigem Methanol und Wasser in Wasserstoff und Kohlendioxid mit einer durch chemische Verbindungen Methanoldampf und Wasserdampf, gefolgt von einer chemischen Verbindung erzeugt Wasserstoff und Sauerstoff beinhaltet Form von Wärme und Wasserdampf und Kohlendioxid und Wasserabfluss in die Umwelt. Wenn das Kraftwerk im stationären Zustand Wärme verdampft flüssiges Methanol chemische Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff in einer Verbindung von ECH und Wasserdampf als Folge dieser chemischen Reaktion gebildet Betrieb ist, wird die Reaktion mit Dämpfen von Methanol gerichtet Wasserstoff zu erzeugen. Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens des Kraftwerks auf der Basis der elektrochemischen Generator arbeit einen Speichertank verbunden und Methanol nacheinander Dampfreformer, die Trenneinheit mit Gas aus Kohlendioxid und artery zurückgesetzt elektrochemischen Generator mit Backbones Wärme und Reaktionsprodukte zurückgesetzt. Die Vorrichtung von Methanol eingeführt Pumpschaltung, die eine Reihe der über eine Reset-Leitung Wärmepumpe angeschlossen elektrochemischen Generator verbunden, Wärmetauscher, Durchflussregler Verflüssiger und Methanoldampf; Darüber hinaus ist die Vorrichtung eingeführte Gas-Wärmetauscher, ein und Schlaufenpumpdampf Reihe geschalteten elektrochemischen Generator verbunden über einen Eingang aufweist, - Wasserstoff und Leitungs-Rücksetzreaktionsprodukte einen Wärmeaustauscher, einen Wasserabscheider zum Backbone Reset Reaktionsprodukte einen Wärmeaustauscher, einen Wasserabscheider zu routen Überlaufwasser Ventilator, einen Dampfreformer und einen Gaswärmetauscher, und der Reformer durch Dampfeingangsgas-Wärmetauscher ist mit dem Strömungsregler Methanoldampf und Methanol Speicher verbunden Tank zu der Pumpschaltung zwischen der Methanol-Verflüssiger-Wärmetauscher und der Pumpe verbunden ist. Das technische Ergebnis der Erfindung ist eine deutliche Reduzierung des Energieverbrauchs für den eigenen Bedarf, die Effizienz zu steigern, verbessern das Gewicht und die Größe der Merkmale ihrer Struktur zu vereinfachen.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft Gleichstromversorgungen, nämlich Stromversorgungssystem zu dem DC auf Wasserstoff und Sauerstoff betrieben wird .
Bekannte Verfahren zum Betrieb von Kraftwerken (EG), basierend auf dem elektrochemischen Generator (ECG), eine chemische Verbindung, die Wasserstoff und Sauerstoff, Wasser und Wärme zu bilden, die an die Umgebung abgegeben wird [1]. Geeignete EI zum Verwirklichen dieses Verfahrens umfasst ECH, Blöcke von Wasserstoff und Sauerstoffspeicherung, das mit dem ECG, Wasserstoffzirkulationskreislauf [1]. Entwässern wird durch Zirkulation des Kühlmittels durchgeführt - Elektrolyt. Diese technische Lösung als die vorgeschlagenen Vergleichs gewählt.
Der Nachteil dieser Verfahren zur Herstellung eines Kraftwerks mit EKG und Gerät für seine Umsetzung wird die erhöhte Pozharovzryvoopasnost durch die ständige Anwesenheit einer Wasserstoff-Anlage betrieben wird. Darüber hinaus erhebliche Mengen an Wasserstoffspeicherung in einem relativ kleinen Kraftwerke mit erheblichen technischen Schwierigkeiten (Zylinder müssen hohen oder sehr hohen Druck, Kryo-Tanks etc ..), Und oft zeitlich begrenzt.
Engere ist im wesentlichen ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftwerks mit einem Sauerstoff-Wasserstoff-ECG arbeitet, als Prototyp genommen [2] und chemisch gebundenen Wasserstoffspeicherung unter Verwendung - in Form von Methanol. Dieses Verfahren umfaßt die Verdampfung von flüssigem Methanol und Wasser, die Herstellung von Wasserstoff durch chemische Reaktion erhaltene Dampf (Dampfreformierungs Methanol) und anschließende chemische Verbindung und der Wasserstoff und Sauerstoff in Elektrizität, Wärme und Wasser zu erzeugen.
Ein Gerät für Kraftwerk mit EKG-Betrieb, zur Durchführung dieses Verfahrens, [2] enthält das EKG an die Autobahn Entladung Wärme Arterien Zufuhr von Sauerstoff und Wasserstoff und Rumpf Wasserausgabeeinheit Methanol Lagerung, Pumpe und einen Kraftstoff-Wandler (Reformer), die Vereinigung Einreichung EKG Wasserstoff dockt.
Im Gegensatz zum analogen [1] in dieser technischen Lösung wird kein Wasserstoff gespeichert und verwendet wird, um die Brennstoffzelle (FC) unmittelbar nach der Erzeugung zu installieren, die die Brand- und Explosionssicherheit (PVB) Installation deutlich erhöht. Zusätzlich Lagerung des Methanols im Gegensatz zur Wasserstoffspeicherung, und keine Schwierigkeiten praktisch unbegrenzte Zeit.
Der Nachteil des Prototyps (als Verfahren und Vorrichtung) ist geringer Effizienz mit ineffizienten Wärmeübertragung zugeordnet ist, von dem EKG zu anderen Einheiten und Wasserstoffverbrennung. Wie in der analogen [1], in Prototyp [2], die Wärmeübertragung aus dem EKG wird durch die Temperaturregelsystem (STR) mit Kühlflüssigkeit durchgeführt. In den meisten Fällen ein solcher Träger ist eine spezielle Flüssigkeit mit einem breiten Betriebstemperaturbereich (zB Frostschutzmittel). Ferner gibt es ein zweites PP-Reformer für die Wasserstoff aufgrund von Wärme Nachverbrennung. In allen Fällen wird die Wärmeübertragung durch die Wände der Wärmetauscher. Der Wirkungsgrad solcher Wärmeübertragungssysteme sind niedrig (insbesondere bei niedrigen Temperaturdifferenz-Einheiten), und der Energieverbrauch für die Heizmedium-Umlauf signifikant. Weiterhin wird ein Teil des Wasserstoffs in dem Nachbrenner verbrannt werden.
All dies erhöht den Stromverbrauch für den Eigenbedarf Kraftwerk und reduziert seine Effizienz.
Das Ziel der vorgeschlagenen technischen Lösungen stellen ein Verfahren zur Kraftwerke mit EKG und Gerät für deren Umsetzung arbeitet, die durch erhöhte PVB gekennzeichnet sind, haben die folgenden Eigenschaften:
- Steigerung der Effizienz der Leistungszahl (COP) Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie;
- Vereinfachung des Verfahrens zur Wärmeübertragung zwischen den Einheiten ET und vereinfachte PAGE;
- Erhöhung der Zuverlässigkeit des Betriebs;
- Verringerung der Zahl der Arbeitnehmer, EC-Komponenten.
Das Problem, dass bei dem Verfahren des Betriebs des Kraftwerks auf der Grundlage des elektrochemischen Generators umfassend Verdampfen von flüssigem Methanol gelöst ist, die Erzeugung von Wasserstoff durch eine chemische Verbindung Methanoldampf mit Wasserdampf, dann ist die chemische Verbindung erzeugt Wasserstoff mit Sauerstoff Wasserdampf und Wärme zu bilden, flüssiges Methanol wird im EKG dampft Wärme von der elektrochemischen Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff-Verbindungen und die durch diese Reaktion erzeugte Wasserdampf wird in die Reaktion mit Methanoldampf zugeführt, Wasserstoff zu erzeugen.
Die Vorrichtung Durchführung dieses Verfahrens, das Kraftwerk den Betrieb auf der Basis der elektrochemischen Generator umfasst ein Reservoir Lagerung Methanol, eine Pumpe für die Lieferung und seriell Dampfreformer Einheit Gastrennung verbunden Rückgrat Kohlendioxid und elektrochemischen Generator Rückgrat Wärmeabfuhr und Backbone-Reset-Reaktionsprodukte zurückzusetzen, wobei das Gas in sie eingeführt Tauscher montiert zwischen dem Dampfreformer und Versorgungsgastrennungsaustauscher Verflüssigers und Steuerfluß von Methanoldampf zu dem Einlass des Dampfreformers über einen Gaswärmetauscher verbunden ist, wobei das gebildete Umriß Methanol Pump, umfassend in Reihe geschalteten Pumpenelektrochemischen Generator verbunden über Wärmeentlastungsleitung, Methanoldampf Durchflussregler und Verflüssiger-Wärmetauscher; Darüber hinaus mit einem Wärmetauscher Überlaufwasserleitung in die Vorrichtung eingeführt trockeneren, der Rücksetzleitung zu den Reaktionsprodukten der elektrochemischen Generator verbunden ist, während am Einlass Tauscher Trockner mit einem Gebläse in Verbindung mit dem Einlaß des Dampfreformers.
Das Wesen des vorgeschlagenen Verfahrens besteht darin, daß bei stationären Betriebszustand als Kühlmittel für die ECG Abkühlen der Arbeits Reagenz PP verwendet - Methanol. Es ist geeignet für sie, da das ECG bei dem Betriebsdruck (~ 3 atm) Methanol bei einer Temperatur etwas niedriger als die Betriebstemperatur des Generators siedet (im Gegensatz zu Wasser). Dies ermöglicht es dem Kühlfluid zu kochen ECH (Methanol). In diesem Fall ist die spezifische Verdampfungswärme von Methanol, obwohl die Hälfte der Verdampfungswärme von Wasser, groß genug, um im Vergleich mit anderen organischen Flüssigkeiten.
Das resultierende Methanoldampf im EKG teilweise an die Dampfreformierungsreaktion zugeführt, so dass sie gleichzeitig weitere heiße Synthesegas Austritt aus dem Reformer zu erhitzen. Somit erhalten die Methanoldampf die Temperatur für die chemische Reaktion erforderlich ist. Der verbleibende Methanoldampf wird verflüssigt und dann in die Rohrwärmeabfuhr der ECG gesendet. Somit Methanol wird in einem geschlossenen Kreislauf mit Dampf in den Reformer Reaktionskreislauf geführt.
Wasserdampf in der Reaktion von ECH Wasserstoff und Sauerstoff gebildet wird, und ohne zu kondensieren, vollständig in die Dampfreformierungsreaktion gerichtet ist. Das überschüssige Wasser wird kondensiert und in die Umgebung abgegeben. Somit tritt die Zirkulation von Wasserdampf in einem geschlossenen Kreislauf mit dem überschüssigen Wasser in die Umwelt abgegeben wird.
Das vorgeschlagene Verfahren in diesem Schema wird wie folgt durchgeführt: EC. Nach dem Start von Kraftwerks flüssigem Methanol zu EKG zugeführt (4), wo es verdampft und sein Dampf wird der Dampfreformierungsreaktion gerichtet. Auf dem Weg, weiter das Paar durch heiße Produkte dieser Reaktion vorgewärmt - Gemisch aus Wasserstoff und Kohlendioxid (ein Gas-Wärmetauscher).
Dieses Gasgemisch (Synthesegas) in Komponenten getrennt werden, und Kohlendioxid in die Umwelt freigesetzt. Wasserstoff zugeführt wird, um eine elektrochemische Reaktion mit Sauerstoff und der so erzeugte Wasserdampf und wird dem Dampf geschickt Reformierung von Methanol, der Pfad teilweise Wasser davon trennt. Somit wird, wenn es die Einrichtung zwei Zirkulationskreislauf sind - mit Methanol und Wasser, mit Methanol und Wasser und in den Schaltungen mit der Messung seines Aggregatzustand zirkulieren (Kondensation und Verdampfung).
Um dieses Verfahren zu implementieren, ist die Installation ausgeführt ist, wird das Blockschaltbild in der Zeichnung dargestellt, wo angegeben:
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1 - Dampfreformer; EKG-Eingang (4), die mit dem Wasserstoff Auslaß für Wasserstoffgas-Trenneinheit (3), wobei die Rücksetzleitung von Reaktionsprodukten (6) durch den Wärmetauscher-Trockner (12) und Gebläse (13) mit dem Einlaß des Dampfreformers verbunden ist (1). Login Dampfreformers durch die Gaswärmetauscher (2) und ist mit dem Ausgang des Methanoldampfströmungsregler (10) verbunden ist. Der zweite Ausgang des Reglers (10) verbunden ist, durch Verflüssiger-Wärmetauscher (9) mit einer Pumpe (8). Zeichen der Pumpe mit dem Tank verbunden und der Methanolspeicher (11) aufweist. |
Pumpenausgang (8), der mit dem Rücksetzeingang des Wärmerohrs (5) und dem Ausgang des mit dem Eingang des Methanoldampfstromsteuerung verbunden Leitung (10), wodurch eine geschlossene Schleife bildet Methanol ECG Pumpen durch.
Das Gerät implementiert das Verfahren wie folgt. Bei stationären Betrieb pumpt die Pumpe (8) die Flüssigkeit Methanol durch Wärmerücksetzleitung (5), ECG (4) entlang der Kontur, bei der zusätzlich zu der Pumpe (8) und der Rücksetzleitung Wärme (5) methanol Dampfdurchflussregler umfassen (10) und teploobmennik- Verflüssiger (9). Zirkulieren in dieser Schaltung, Methanol verdampft im EKG (4) wird ein Teil des Dampfes anschließend in einen Dampfreformer eingespeist (1) und der restliche Dampf wird kondensiert, in Verflüssigers Tauscher (9) und dann durch die Pumpe gepumpt wird, (8) zum Kühlen des ECG (4). Pumpen von Fluid in das aus Methanol Vorratstank erzeugt Schaltung (11).
Die übrigen Paare von Methanol aus dem ECG (4) durch das Strömungssteuerventil Methanoldampf (10) in den Dampfreformer (1) in einem Gas-Wärmetauscher (2) Die Gasmischung Verlassen des Dampfreformers (1), während Methanoldampf Temperatur fast erreicht vorerhitzt Ebene für die Reaktion erforderlich ist. Erhalten in dem Dampfreformer (1) einer Mischung von Gasen durch einen Gaswärmetauscher (2) in die Gastrennungseinheit (3), wobei ein gasförmiges Gemisch aus Wasserstoff freigesetzt wird, und das Kohlendioxid in die Umwelt freigesetzt werden durch das Kohlendioxid Rücksetzleitung (7). Hervorgehoben in Gastrennungseinheit (3) mit Wasserstoff ECG (4) gerichtet für die Reaktion mit Sauerstoff. Erhalten die zum Dampfreformer eingespeist Dampf (1) nach dem Entfernen des Wassers im Wasserabscheider-Wärmetauscher (12). Stimulus Ring Dampfstrom ist ein Ventilator (13).
Die vorgeschlagene Kraftwerksbetriebsverfahren auf der Grundlage des elektrochemischen Generators und der Vorrichtung implementiert seine positive Wirkung auf den stationären Betrieb wird aufgrund der folgenden Hauptfaktoren erreicht:
1. Durch ein effizienteres Verfahren zur Wärmeabfuhr aus dem ECG - ist die Wärmekapazität des Kühlmittels nicht nur, und dessen Verdampfung;
2. Durch eine effektivere Art und Weise der Rückkehr von Wärme das Reagenz - die Wärme zusammen mit dem Kühlmittel selbst übertragen wird, die auch das Mittel;
3. Durch die optimale Nutzung der Reaktionsprodukte im ECG - Wasserdampf, der zu dem Reformer ohne Zwischenkondensation gesendet werden.
Dies macht es möglich, in einem stabilen Zustand zu Energieverbrauch deutlich für den Eigenbedarf Kraftwerk reduzieren, das heißt seine Effizienz zu erhöhen, das Gewicht und die Größe der Merkmale zur Verbesserung seiner Struktur zu vereinfachen, indem die Anzahl der Arbeitskomponenten zu reduzieren (wie in der Energiequelle als Kühlmittel verwendet wird PAGE) und Einbau zuverlässiger. Diese Installation nicht verschlechtert die PVB.
Somit ist es durch die Schaffung der Kraftwerksbetrieb Verfahren das Problem auf dem elektrochemischen Generators und der Vorrichtung zur Durchführung, in dem basierend gelöst:
- Wärmeaustausch zwischen dem ECG und Reformers ED durchgeführt, nicht nur durch die Wärmeübertragung auf das Kühlmittel, aber auch aufgrund der Verdampfung der letzten (es bekannt ist, dass die Verdampfung zur Entfernung von Wärme wesentlich effizienter Wärmeübergang);
- EI die Anzahl der Arbeits Komponenten verringert, dass als Kühlmittel erreicht , um die EKG - Kühl einer der Reaktanden PP unter Verwendung verbraucht - nämlich Methanol mit einem Siedepunkt (bei dem Betriebsdruck in dem ECG) ist etwas geringer als die Betriebs ECG Temperatur (T ECH ~ 90 ° C ; F ~ 3 atm EKG), und daher wird, wenn durch das EKG - Methanol vorbei verdampfen.
Weiterhin Wasserdampf in der ECG chemischen Reaktion zwischen Sauerstoff und Wasserstoff erzeugt, und werden in dem Methanoldampfreformierungsreaktion verwendet. Dies erhöht die Effizienz des Kraftwerks und seine Zuverlässigkeit. Vereinfacht und Wartung, denn es vereinfacht die Schaltung.
Die vorgeschlagenen Maßnahmen kann der Energieverbrauch deutlich für den Eigenbedarf Kraftwerk, das heißt reduzieren seine Effizienz zu erhöhen, um die Größe und Gewicht Merkmale der Anlage, ihre Struktur zu vereinfachen, indem die Anzahl der Arbeitskomponenten, als Energiequelle verwendet wird, und machen die Anlage zuverlässiger als Kühlmittel PAGE zu verbessern. Diese Installation nicht verschlechtert die PVB.
Liste der verwendeten Literatur
1. N.V.Korovin. "Elektrogeneratoren", "Energie", M. 1974 str.106-109.
2. U.S. Patent №6063515, 2000 g.
FORDERUNGEN
1. Verfahren ein Kraftwerk zum Betrieb auf der Basis eines elektrochemischen Generators eine Leistungseinheit umfasst, und dessen Betrieb im stationären Zustand mit einer Flüssigkeit durch Verdampfung von Methanol und Wasser in Wasserstoff und Kohlendioxid durch chemische Dampf Verbindungen von Methanol mit Wasserdampf, gefolgt von einer chemischen Verbindung erzeugt Wasserstoff mit Sauerstoff beginnen um einen Dampf zu bilden, von Wasser und Wärme, und die Ableitung von Wasser und Kohlendioxid in die Umgebung, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn das Kraftwerk im stationären Zustand flüssigem Methanol, die in einem elektrochemischen Generator verdampft wird, wird die Wärme der elektrochemische Reaktion von Wasserstoffverbindung mit Sauerstoff und Wasserdampf durch diese Reaktion erzeugte Reaktions gespeist Paare mit Methanol Wasserstoff zu erzeugen.
2. Vorrichtung Realisierung Verfahren zum Betreiben Kraftwerke auf der Grundlage der elektrochemischen Generator mit einem Methanol Vorratsbehälter umfasst, eine Pumpe für die Lieferung und Dampfreformer in Reihe geschaltet sind, wobei die Gastrennungseinheit mit Kohlendioxid und artery zurückgesetzt elektrochemischen Generator mit Wärmeabfuhr und Backbone trunk Reset Reaktionsprodukte, wobei das hat den Gas-Wärmetauscher eingetragen wird zwischen dem Dampfreformer und Versorgungsgastrennungsaustauscher Verflüssigers und Steuerfluß von Methanoldampf montiert ist über einen Gaswärmetauscher zu dem Einlass des Dampfreformer verbunden ist, wobei das gebildete Umriß Methanol Pump, umfassend in Reihe geschalteten Pumpenelektrochemischen Generator verbunden durch den Wärmeableitungsrohr, der Fluss von Methanoldampf-Steuerung und Verflüssiger-Wärmetauscher; Darüber hinaus mit einem Wärmetauscher Überlaufwasserleitung in die Vorrichtung eingeführt trockeneren, der Rücksetzleitung mit dem elektrochemischen Generator der Reaktionsprodukte angeschlossen am Ausgang des Wärmetauschers Trockner mit einem Gebläse in Verbindung mit dem Einlaß des Dampfreformers.
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Erscheinungsdatum 13.01.2007gg
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