能源自给型水电解燃料电池纯水空气净化系统

摘要

本发明公开能源自给型水电解燃料电池纯水系统。本发明中公开的能源自给型水电解燃料电池纯水系统包括：水电解部，对所接收的用水进行水电解处理来生成氢和氧，通过调节所生成的氢气的压力来向能源生成部供给氢气；能源生成部，基于所供给的氢气生成电能来用作净化空气的动力源；能源储存部，无需额外补充能源，将所生成的电能作为净化空气的动力来进行供给；排氧口，通过排出在水电解部中生成的氧来净化空气；以及加湿器，通过超声波振动方式、加热方式、自然蒸发方式或喷嘴方式中的一种方式来利用所接收的用水进行喷雾或使所接收的用水蒸发，以生成水蒸气并调节室内湿度。

说明书

技术领域

本发明涉及能源自给型水电解燃料电池纯水空气净化系统。

背景技术

水电解(电解)系统为通过电化学方式分解水来生成氢和氧的系统，相比于其他的氢制备方法，具有简单的运转条件和小体积、可获取高纯度的氢的优点，因此，作为氢制备技术备受瞩目。在对水进行电分解的水电解领域中，代表性的方法有固体氧化物水电解法(Solid Oxide Electrolysis，SOE)、高分子电解质膜水电解法(Polymer ElectrolyteMembrane Electrolysis，PEME)、碱性水电解法(Alkaline Electrolysis，AE)等。

在水电解领域中，高温水蒸气电解法为利用用于分解水所需的电能在高温条件下变得更低的现象的方法，可通过小的电能高效地分解水，与固体氧化物电池(SOFC)的结构及原理相同，因此，能够双向运行。

燃料电池通过使氢与氧进行电化学反应来生成电，相比于内燃机，环境污染少、能源效率高，成为替代能源技术中的一个。尤其，对水进行电分解来生成氢的水电解处理部生成接近100％的纯氢，并且，作为副产物仅排出氧，因此，在环保方面备受瞩目。

高分子电解质膜燃料电池(PEMFC)通过宽的供电范围及各种应用领域持续成长，随着在2013年修改与可再生能源设备的支援有关的方针，指定能源生产量及修正系数6.5，从而快速地吸引公共机关设置义务化市场和民间市场。

在燃料电池的应用领域中，运输领域集中在汽车市场，Doosan Fuel Cell合并Clear Edge Power来集中生产向建筑物及车辆供给的燃料电池。现代汽车计划从2018年1月开始生产氢电动车。

韩国能源技术研究院研发了可循环利用高温高压的废热和水蒸气的平管型高温水电解氢制备技术，蔚山科学技术院研发了将燃料极(正极)与空气极(负极)材料以双层适用为钙钛矿，来一小时内生成0.9L的氢的固体氧化物水电解电池。

韩国公开专利第10-2005-0075628号涉及高温甲烷改性混合水电解处理部，公开如下的技术，即，可使甲烷的水蒸气改性反应和通过高温的水电解反应的氢生成同时进行，可使通过甲烷的自热反应生成的热量和通过甲烷的完全氧化反应或部分氧化反应生成的热量用于需要高温的运行条件的水电解器，相比于以往的水电解处理部，有效地利用能源，并减少耗能源。

发明内容

本发明所要实现的技术目的在于，提供如下的能源自给型水电解燃料电池纯水空气净化系统：为了应对气候变化而减少温室气体和履行适应气候变化的异物，在国家层面上减少化学燃料的使用，利用代替环保能源，将通过水电解方式生成的氢用作空气净化器的动力源，来供给作为副产物的氧。

在一实施方式中，本发明提供的能源自给型水电解燃料电池纯水空气净化系统包括：水电解部，对所接收的用水进行水电解处理来生成氢和氧，通过调节所生成的氢气的压力来向能源生成部供给氢气；能源生成部，基于所供给的氢气生成电能来用作净化空气的动力源；能源储存部，无需额外补充能源，将所生成的电能作为净化空气的动力来进行供给；排氧口，通过排出在水电解部中生成的氧来净化空气；以及加湿器，通过超声波振动方式、加热方式、自然蒸发方式或喷嘴方式中的一种方式来利用所接收的用水进行喷雾或使所接收的用水蒸发，以生成水蒸气并调节室内湿度。

水电解部包括：太阳能面板，利用太阳能供给初始水电解处理所需的电力，并用作备用电力；水电解处理部，接收经过过滤及净化的用水，通过利用太阳能产生的氢电解来生成氧及纯净氢气；气体控制部，对通过水电解处理来生成的氢气的压力进行调节并供给；氢提纯部，通过利用吸附剂进行的氢提纯步骤，将所生成的氢转换为高纯度的纯净氢气；以及氢储存部，用于储存所提纯的氢气。

能源生成部利用燃料电池120来使在通过水电解处理生成后经过氢提纯步骤转换为高纯度纯净氢气的氢气与氧进行电化学反应，从而生成电。

排氧口通过风扇(fan)分散排出在水电解部中生成的氧。

在另一实施方式中，本发明公开的能源自给型水电解燃料电池纯水系统的供电方法包括：对向水电解部供给的用水进行水电解处理来生成氢和氧并通过对所生成的氢气的压力进行调节来向能源生成部供给氢气的步骤；基于向能源生成部供给的氢气生成电能来用作净化空气的动力源的步骤；通过能源储存部将所生成的电能作为净化空气的动力来进行供给的步骤；通过排氧口排出在水电解部中生成的氧来净化空气的步骤；以及通过超声波振动方式、加热方式、自然蒸发方式或喷嘴方式中的一种方式来以利用所接收的用水进行喷雾或使所接收的用水蒸发的方式生成水蒸气的加湿器对室内湿度进行调节的步骤。

在对向水电解部供给的用水进行水电解处理来生成氢和氧并通过对所生成的氢气的压力进行调节来向能源生成部供给氢气的步骤中，利用太阳能供给初始水电解处理所需的电力，并用作备用电力，接收经过过滤及净化的用水，并通过利用太阳能产生的氢电解来生成氧及纯净氢气，对通过水电解处理来生成的氢气的压力进行调节，之后通过利用吸附剂进行的氢提纯步骤，来将所生成的氢转换为高纯度的纯净氢气并储存。

在基于向能源生成部供给的氢气生成电能来用作净化空气的动力源的步骤中，利用燃料电池来使在通过水电解处理生成后经过氢提纯步骤转换为高纯度纯净氢气的氢气与氧进行电化学反应，从而生成电。

在通过排氧口排出在水电解部中生成的氧来净化空气的步骤中，通过风扇(fan)分散排出在水电解部中生成的氧。

根据本发明的实施例，提供如下的能源自给型水电解燃料电池纯水空气净化系统：减少化学燃料的使用，利用代替环保能源，将通过水电解方式生成的氢用作使空气净化器发电的动力源，利用供给作为不产物的氧的氧产生辰空气净化器向室内提供新鲜空气并调节室内湿度。

附图说明

图1为示出本发明一实施例的能源自给型水电解燃料电池纯水空气净化系统的开通图。

图2为示出本发明一实施例的能源自给型水电解燃料电池纯水空气净化系统的俯视图。

图3为示出本发明一实施例的能源自给型水电解燃料电池纯水空气净化系统的供电方法的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的实施例。

图1为示出本发明一实施例的能源自给型水电解燃料电池纯水空气净化系统的开通图。

由于化石能源的枯竭和地球变暖，环保代替能源备受关注。尤其，氢能源可利用燃料电池生成电能，被称为化石燃料的代替燃料。作为生成氢的方法，利用水电解的电分解方式通过对水进行电分解来生成氢和氧。

本发明涉及通过这种水电解方式将生产性氢用作使空气净化器发电的动力源，并供给作为副产物的氧的能源自给型水电解燃料电池纯水。

所提出的能源自给型水电解燃料电池纯水系统包括太阳能面板(未图示)、水电解部110，能源生成部(换言之，燃料电池)120、能源储存部130、马达140以及排氧口150。

水电解部110对所接收的用水进行水电解处理来生成氢和氧，通过调节所生成的氢气的压力来向能源生成部供给氢气。水电解部110包括水电解处理部111、气体控制部112、氢提纯部113、氢储存部114、注入部115以及加湿器116。

太阳能面板(未图示)利用太阳能供给初始水电解处理所需的电力，并用作备用电力。

水电解处理部111通过注入部115接收经过过滤及净化的用水，并通过利用太阳能产生的氢电解来生成氧及纯净氢气。

气体控制部112对通过水电解处理来生成的氢气的压力进行调节并供给。

氢提纯部113通过利用吸附剂进行的氢提纯步骤，将所生成的氢转换为高纯度的纯净氢气。

氢储存部114用于储存所提纯的氢气。

能源生成部(换言之，燃料电池)120基于所供给的氢气生成电能来用作净化空气的动力源。能源生成部120利用燃料电池120来使在通过水电解处理生成后经过氢提纯步骤转换为高纯度纯净氢气的氢气与氧进行电化学反应，从而生成电。

并且，加湿器116可通过超声波振动方式、加热方式、自然蒸发方式或喷嘴方式中的一种方式来利用所接收的用水进行喷雾或使所接收的用水蒸发，以生成水蒸气并调节室内湿度。

能源储存部130包括电池管理部131及电池132。电池管理部131无需额外补充能源，将所生成的电能作为净化空气的动力来进行供给。这种能源储存部130包括电池管理系统(BMS，Battery management system)以及储能系统(ESS，Energy storage system)。并且，无需额外补充能源，以不供电也可以驱动的方式在电池132储存剩余电。

马达140可利用从能源储存部130供给的动力来驱动在图1中示出的纯水。

排氧口150通过排出在水电解部中生成的氧来净化空气。在此情况下，可通过风扇(fan)分散排出在水电解部中生成的氧。

图2为示出本发明一实施例的能源自给型水电解燃料电池纯水系统的俯视图。

所提出的能源自给型水电解燃料电池纯水系统包括太阳能面板(未图示)、水电解部210、能源生成部(换言之，燃料电池)220、能源储存部230、马达240、排氧口250以及加湿器260。

水电解部210对所接收的用水进行水电解处理来生成氢和氧，通过调节所生成的氢气的压力来向能源生成部供给氢气。水电解部210包括水电解处理部211、气体控制部212、氢提纯部213、氢储存部214、注入部215、过滤器216、217以及吸入泵218。

太阳能面板(未图示)利用太阳能供给初始水电解处理所需的电力，并用作备用电力。

水电解处理部211通过过滤器216、217过滤沉淀物并进行净化来接收用水。之后，通过吸入泵218向水电解处理部211供给经过过滤及净化的用水，通过利用太阳能产生的氢电解来生成氧及纯净氢气。

气体控制部212通过水电解处理调节所生成的氢气的压力并供给。

氢提纯部213通过利用吸附剂进行的氢提纯步骤，将所生成的氢转换为高纯度的纯净氢气。

氢储存部214用于储存所提纯的氢气。

能源生成部(换言之，燃料电池)220基于所供给的氢气生成电能来用作净化空气的动力源。能源生成部220利用燃料电池220来使在通过水电解处理生成后经过氢提纯步骤转换为高纯度纯净氢气的氢气与氧进行电化学反应，从而生成电。

能源储存部230包括电池管理部231及电池232。电池管理部231无需额外补充能源，将所生成的电能作为净化空气的动力来进行供给。这种能源储存部230包括电池管理系统(BMS，Battery management system)以及储能系统(ESS，Energy storage system)。并且，无需额外补充能源，以不供电也可以驱动的方式在电池232储存剩余电。

马达240可利用从能源储存部230供给的动力来驱动在图2中示出的纯水。

排氧口250过排出在水电解部中生成的氧来净化空气。排氧口250可通过风扇(fan)260排出净化的空气，来分散的排出在水电解部中生成的氧。

并且，加湿器270通过超声波振动方式、加热方式、自然蒸发方式或喷嘴方式中的一种方式来利用所接收的用水进行喷雾或使所接收的用水蒸发，以生成水蒸气并调节室内湿度。

图3为示出本发明一实施例的能源自给型水电解燃料电池纯水系统的供电方法的流程图。

所提出的能源自给型水电解燃料电池纯水系统的供电方法包括：对向水电解部供给的用水进行水电解处理来生成氢和氧并通过对所生成的氢气的压力进行调节来向能源生成部供给氢气的步骤(步骤310)；基于向能源生成部供给的氢气生成电能来用作净化空气的动力源的步骤(步骤320)；通过能源储存部将所生成的电能作为净化空气的动力来进行供给的步骤(步骤330)；通过排氧口排出在水电解部中生成的氧来净化空气的步骤(步骤341)；以及通过超声波振动方式、加热方式、自然蒸发方式或喷嘴方式中的一种方式来以利用所接收的用水进行喷雾或使所接收的用水蒸发的方式生成水蒸气的加湿器对室内湿度进行调节的步骤(步骤342)。

在步骤310中，对向水电解部供给的用水进行水电解处理来生成氢和氧，通过调节所生成的氢气的压力来向能源生成部供给氢气。

水电解部对所接收的用水进行水电解处理来生成氢和氧，通过调节所生成的氢气的压力来向能源生成部供给氢气。首先，太阳能面板利用太阳能供给初始水电解处理所需的电力，并用作备用电力。水电解处理部通过注入部接收经过过滤及净化的用水，并通过利用太阳能产生的氢电解来生成氧及纯净氢气。气体控制部对通过水电解处理来生成的氢气的压力进行调节并供给。氢提纯部通过利用吸附剂进行的氢提纯步骤，将所生成的氢转换为高纯度的纯净氢气。氢储存部用于储存所提纯的氢气。

在步骤320中，基于向能源生成部供给的氢气生成电能来用作净化空气的动力源。

能源生成部(换言之，燃料电池)基于向能源生成部供给的氢气生成电能来用作净化空气的动力源。能源生成部利用燃料电池来使在通过水电解处理生成后经过氢提纯步骤转换为高纯度纯净氢气的氢气与氧进行电化学反应，从而生成电。

在步骤330中，通过能源储存部来将所生成的电能作为净化空气的动力来进行供给。

电池管理部无需额外补充能源，将所生成的电能作为净化空气的动力来进行供给。包括电池管理系统(BMS，Battery management system)及储能系统(ESS，Energystorage system)的能源储存部无需额外补充能源，以不供电也可以驱动的方式在电池132储存剩余电。

在步骤341中，通过排氧口排出在水电解部中生成的氧来净化空气。

马达可利用从能源储存部供给的动力驱动纯水。排氧口通过排出在水电解部中生成的氧来净化空气。在此情况下，进而通过风扇(fan)分散排出在水电解部中生成的氧。

并且，在步骤342中，通过超声波振动方式、加热方式、自然蒸发方式或喷嘴方式中的一种方式来以利用所接收的用水进行喷雾或使所接收的用水蒸发的方式生成水蒸气的加湿器可对室内湿度进行调节。

在上述内容中说明的装置可由硬件结构要素、软件结构要素和/或硬件结构要素及软件结构要素的组合来实现。例如，如同处理器、控制器、算术逻辑单元(ALU，arithmeticlogic unit)、数字信号处理器(digital signal processor)、微型计算机、现场可编程门阵列(FPGA，field programmable gate array)、可编程逻辑单元(PLU，programmablelogic unit)、微型处理器或执行并响应指令(instruction)的任何装置，在实施例中说明的装置及结构要素可利用一个以上的通用计算机或特殊目的计算机实现。处理装置可执行操作系统(OS)及在上述操作系统上执行的一个以上的应用程序。并且，处理装置还可响应软件的执行来访问、储存、操作、处理及生成数据。为了便于理解，以使用一个处理装置的情况进行说明，只要是本技术领域的普通技术人员就可理解，处理装置可包括多个处理要素(processing element)和/或多个类型的处理要素。例如，处理装置可包括多个处理器或一个处理器及一个控制器。并且，还可包括如同并联处理器(parallel processor)的其他处理结构(processing configuration)。

软件可包括计算机程序(computer program)、代码(code)、指令(instruction)或它们中的一种以上的组合，能够以按所需方式进行工作的方式构成处理装置或者以独立或结合(collectively)的方式对处理装置传递指令。为了通过处理装置解释或向处理装置提供指令或数据，软件和/或数据可在任何类型的机械、结构要素(component)、物理装置、虚拟装置(virtual equipment)、计算机存储介质或装置具体化(embody)。软件可分散在通过网络联接的计算机系统上来以分散的方法储存或执行。软件及数据可存储于一个以上的计算机可读记录介质。

实施例的方法以能够通过各种计算机单元执行的程序指令形态实现来记录于计算机可读介质。上述计算机可读介质可单独或组合性地包括程序指令、数据文件、数据结构等。记录于上述介质的程序指令是为了实施例而特别设计并构成的，也可以是计算机软件领域的普通技术人员所公知并使用的。计算机可读记录介质可包括硬盘、软盘及磁带等的磁介质(magnetic media)，CD-ROM、DVD等的光记录介质(optical media)，软盘(flopticaldisk)等的磁光介质(magneto-optical media)及只读储存器(ROM)、随机存储器(RAM)、闪存等的以储存并执行程序指令的方式特别构成的硬件装置。程序指令不仅包括通过编译器制造的机器代码，还包括通过使用解释器等来在计算机执行的高级语言代码。

如上所述，通过限定的实施例和附图来对实施例进行了说明，只要是本技术领域的普通技术人员，就可通过上述记载来进行各种修改及变形。例如，所说明的技术以与所说明的方法不同的顺序执行和/或所说明的系统、结构、装置、电路等的结构要素与所说明的方法不同的形态结合或组合，或者，即使被其他结构要素或等同技术方案代替或取代也可实现适当的结果。

因此，其他实例、其他实施例及与发明要求保护范围等同范围内的方案也属于发明要求保护范围。