專利名稱：從停放在普通車場的燃料電池驅(qū)動(dòng)機(jī)動(dòng)車輛中發(fā)電的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種唯一地利用在普通停車場停放的燃料電池驅(qū)動(dòng)的汽車。每一輛這樣的汽車都裝有(或者將要安裝)一部40 kW規(guī)模的動(dòng)力裝置。當(dāng)汽車在停車場中存放閑置不用時(shí)就能通電發(fā)電。這中“閑置”發(fā)電的電能能夠作為經(jīng)濟(jì)的動(dòng)力使用，向附近的建筑物提供有用的饋電。
背景技術(shù)：
許多汽車制造廠正在研究裝設(shè)一部燃料電池作為第一原動(dòng)力的汽車樣機(jī)。由這樣的燃料電池發(fā)生的電能向一部或多部電動(dòng)機(jī)供電，驅(qū)動(dòng)汽車行駛。天然氣、氫氣或者含有燃料的其他輕質(zhì)烴可以用來作為燃料電池的燃料。丙烷、裂解柴油、生物降解氣體、汽油以及其他燃料經(jīng)過裂解處理生成的氫氣將來都是燃料電池有希望的燃料。
本發(fā)明利用一種新型的工藝，著眼于燃料電池驅(qū)動(dòng)的汽車不僅能夠發(fā)電驅(qū)動(dòng)，還能夠在閑置時(shí)或在停車場中停放時(shí)能夠?qū)θ剂想姵毓╇姡缓髮⑺碾娔茏鳛閯?dòng)力使用，并將重點(diǎn)放在連接在電網(wǎng)上，以便提供唯一的電源，供當(dāng)?shù)厥褂谩?br> 車中的傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力裝置通過變換裝置也能夠用來提供極小量的或者正常量的交流(AC)電能。這樣的車輛也能夠產(chǎn)生較小量的直流電(DC)，有代表性地用來維持車輛本身及其附件的用電。然而要想從這些發(fā)動(dòng)機(jī)獲取有用的電力卻是一件難事。由于其變換效率低、由于在機(jī)動(dòng)行駛期間需用由其本身產(chǎn)生的空氣流進(jìn)行冷卻以及由于排放的污染，使其不能成為有意義的備用發(fā)電方法。他們的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注定是要作為機(jī)動(dòng)行駛之用的設(shè)備。與此相反，燃料電池的變換效率高，排放量較低，并且可以連續(xù)行駛，不會(huì)像內(nèi)燃機(jī)行駛那樣，在長期行駛時(shí)會(huì)發(fā)生機(jī)械故障。燃料電池車輛具有未曾認(rèn)識到和未曾釋放的潛力。本發(fā)明是唯一利用一種新方法和新工藝，在當(dāng)?shù)氐姆峙渌缴咸峁┐罅康哪茉础?br> 雖然也可以使用其他規(guī)模的燃料電池，在本發(fā)明中所用的40 kW燃料電池是在某些燃料電池驅(qū)動(dòng)的車輛中常用規(guī)模的燃料電池。在這種用途中，所用的燃料電池也可以按模數(shù)設(shè)計(jì)，或者采用各種各樣的規(guī)模。在車輛中所用單個(gè)或多個(gè)燃料電池規(guī)模的上限按照其機(jī)動(dòng)用途的電流函數(shù)選取。將來可以按照本發(fā)明認(rèn)明的工藝加以改進(jìn)。與車輛的發(fā)電功能相比，機(jī)動(dòng)功能是第二性的。作為一個(gè)示例，一個(gè)容納100輛停放的燃料電池驅(qū)動(dòng)汽車的市區(qū)小型停車場，每輛汽車備有一套40kW動(dòng)力裝置，能夠發(fā)生4000 kW，或者4兆瓦的電量。這樣數(shù)量的電力典型地相當(dāng)于兩套標(biāo)準(zhǔn)的4160伏電站的饋電電路，或者相當(dāng)于13200伏電路的一半。這樣電壓級別的電路在發(fā)電工業(yè)實(shí)踐中還是較為常見的。每套這種類型的電路一般可供幾百個(gè)家庭和/商家、或者輕工業(yè)負(fù)載之用。一個(gè)小型的停車場可以成為地區(qū)發(fā)電廠的重要電源，或者，用發(fā)電工業(yè)的通俗語言說，是分散發(fā)電。在商業(yè)區(qū)，這樣的發(fā)電站可以很容易地供應(yīng)大型辦公樓的負(fù)載。一個(gè)五層樓的停車場，每層停放100輛汽車，可以提供20兆瓦的電力。這是供幾千個(gè)家庭、或者供一個(gè)平方英里大小的地區(qū)中的居民/商業(yè)/工業(yè)混合負(fù)載使用的整個(gè)變電所的規(guī)模。
擴(kuò)大到州級的級別，假設(shè)一個(gè)相當(dāng)于新澤西州大小的地區(qū)擁有接近2百萬有駕照的車主。他們的每輛燃料電池驅(qū)動(dòng)的汽車能夠發(fā)出40 kW的電力，總計(jì)電力有80000兆瓦。這是新澤西州在一年的用電高峰日用電量的4倍以上，是整個(gè)賓夕法尼亞/新澤西/馬里蘭聯(lián)合發(fā)電廠向該區(qū)供電量的1-1/2倍。
本發(fā)明唯一地將燃料電池驅(qū)動(dòng)的汽車資本化，將其看作是一種模數(shù)化的移動(dòng)電源，當(dāng)汽車車主由于工作、休閑或經(jīng)商而將汽車長時(shí)間在停車場中停放時(shí)可以利用。本發(fā)明的唯一特征是將汽車或其他車輛從單一的用途(即運(yùn)輸)改變成雙項(xiàng)用途的設(shè)備。這種設(shè)備不但可以作運(yùn)輸之用，還可以，更為重要地，進(jìn)行發(fā)電。
本發(fā)是唯一地提供一種分散發(fā)電，直接轉(zhuǎn)送到分散的負(fù)載或者需用電能的所在。從早晨開始，分散發(fā)電在家中或公寓中進(jìn)行，然后轉(zhuǎn)移到工作負(fù)載的建筑物、辦公室建筑物、停車場，最后，在一天的末尾，唯一地轉(zhuǎn)移到下一個(gè)負(fù)載，家中或公寓中。這項(xiàng)專利提供一種移動(dòng)的、非集中的基本負(fù)載發(fā)電電源。這是一種唯一的、環(huán)保性的、效率好的發(fā)電方式。
本發(fā)明從根本上改變通常將停車場看作是城市土地上的一塊被動(dòng)的“荒廢”的觀點(diǎn)。在大眾文學(xué)和城市再開發(fā)項(xiàng)目中都將其看作是浪費(fèi)城市的昂貴土地。如今，隨著能夠?qū)⑼＼噲鲎兂蓪τ诔菂^(qū)能源經(jīng)濟(jì)的有價(jià)值的貢獻(xiàn)，停車場的地價(jià)將會(huì)猛增。這將會(huì)找到一種典型的巧妙方式，將某些人的停車需要與清潔經(jīng)濟(jì)的發(fā)電結(jié)果相結(jié)合。對于汽車的評價(jià)、定價(jià)方式有所改變，最后市場上將其看作是一種多種用途的機(jī)器，是裝車輪的滾動(dòng)能源。停車場的能源輸出將會(huì)使發(fā)電計(jì)劃和發(fā)電設(shè)施建設(shè)計(jì)劃產(chǎn)生重大改變。這些人以及獨(dú)立的發(fā)電廠主將會(huì)將分散的停車場發(fā)電能源包括在他們的總體一攬子計(jì)劃之內(nèi)。由燃料電池發(fā)電廠的低廉成本將會(huì)影響對各類顧客的能源最終成本。本發(fā)明將會(huì)大大改變美國以及全世界的發(fā)電方式。本發(fā)明將會(huì)把一種新工藝結(jié)合到一項(xiàng)發(fā)明之中，后者將會(huì)對發(fā)電工業(yè)和汽車工業(yè)作出正面的改變。
發(fā)明簡述本發(fā)明采用一種唯一的、將燃料電池驅(qū)動(dòng)汽車連接在一起的新穎工藝，發(fā)出大量的電能。串聯(lián)是連接這些車輛的一種方法。將普通停車場看作是一個(gè)發(fā)散發(fā)電場地的唯一的觀點(diǎn)是本發(fā)明關(guān)鍵性的戰(zhàn)略觀點(diǎn)。本發(fā)明還有另一個(gè)重要的觀點(diǎn)，認(rèn)為利用燃料電池驅(qū)動(dòng)的汽車提供電能，以供大商業(yè)/工業(yè)建筑物使用，利用他們的雇員的的停車場作為發(fā)電的場地。家庭的車庫、停在路邊上的汽車都可能作為居民區(qū)的發(fā)電電源。學(xué)校、購物中心、城市停車場、空港停車場、運(yùn)動(dòng)場、電影院、旅館、飯店以及醫(yī)院都能夠成為重大的分散發(fā)電場地。只要有一個(gè)停車場，就能夠利用燃料電池驅(qū)動(dòng)的汽車發(fā)出大量的電能。
本發(fā)明所指的“停車”，應(yīng)該定義為一輛或多輛機(jī)動(dòng)車輛的停車或儲(chǔ)存在，例如，停車場、停泊場、船塢、工交車輛終端站、貨車終端站或者火車停車場的車輛；本發(fā)明認(rèn)為單獨(dú)一輛機(jī)動(dòng)車輛就是一個(gè)移動(dòng)發(fā)電的新型實(shí)用電源。雖然在本發(fā)明中引用的是汽車，但是本發(fā)明顯然適用于所有的各種機(jī)動(dòng)車輛和本發(fā)明的各種用途；機(jī)動(dòng)車輛定義為任何一種機(jī)動(dòng)車輛，其中包括(但不限于)小型摩托車、公共汽車、貨車、船、火車。機(jī)動(dòng)車輛也定義為包括任何一種能源，例如，燃料電池、內(nèi)燃機(jī)、氣體渦輪機(jī)、電動(dòng)車輛或者混合驅(qū)動(dòng)的車輛。混合驅(qū)動(dòng)的車輛定義為利用這些類型能源的混合體。雖然燃料電池是優(yōu)選的能源，但是本發(fā)明的種類可以包括內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)動(dòng)車輛，在本發(fā)明的討論中考慮到的排放和制冷以及其他受約制的問題都在再設(shè)計(jì)中作過考慮。雖然并不認(rèn)為蓄電池驅(qū)動(dòng)的機(jī)動(dòng)車輛是一種經(jīng)濟(jì)的方式，但是本發(fā)明的方法也適用于這種機(jī)動(dòng)車輛?；旌闲偷臋C(jī)動(dòng)車輛在更為近期是作為替代燃料電池的另外的方法，當(dāng)然這并不是本發(fā)明的優(yōu)選案例。在本文中定義中所指的機(jī)動(dòng)車輛，是指能夠產(chǎn)生足夠的能源，并且能夠容易地轉(zhuǎn)換成電能，以供車輛本身以外的負(fù)載之用機(jī)動(dòng)車輛。
發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施形式本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例必須是一輛燃料電池驅(qū)動(dòng)的機(jī)動(dòng)車輛。優(yōu)選的燃料電池類型應(yīng)當(dāng)是一種質(zhì)子交換膜燃料電池。

圖1表示停車場的典型平面布置圖，機(jī)動(dòng)車輛停在停車位邊線的范圍以內(nèi)，成排地存放在停車位的中央。這是大多數(shù)停車場的公平合理的標(biāo)準(zhǔn)做法。
圖2表示每個(gè)停車位(10)從一個(gè)燃料網(wǎng)供應(yīng)煤氣燃料的進(jìn)料口(14)，以及電輸出接頭(12)的方式。在此情況下，煤氣燃料假設(shè)是來自當(dāng)?shù)毓?yīng)的公用工程氣源。也可以是含氫或其他類型的輕質(zhì)烴類的燃料。燃料電池驅(qū)動(dòng)機(jī)動(dòng)車輛可以如圖2的部件分解圖所示，停在車位(10)上。從機(jī)動(dòng)車輛底架上可以通過快速接頭接出煤氣軟管(22)連接在接管嘴(25)上，用來從煤氣進(jìn)氣口(14)中汲取煤氣。從機(jī)動(dòng)車輛底架上通過電纜快速接頭接出電纜(18)連接在電纜接頭(20)上，通過輸電網(wǎng)(12)收集發(fā)生的電能。
每輛停放在停車場中的機(jī)動(dòng)車輛都可以采用這種方式連接。天然氣流進(jìn)機(jī)動(dòng)車輛，轉(zhuǎn)換成電能，通過輸電網(wǎng)進(jìn)行收集。
圖3和圖4繪出從停車位置上收集到的電能被輸送到當(dāng)?shù)毓╇姷碾姀S，或者直接送入電網(wǎng)的情況。
圖3表示每個(gè)停車位(10)的電氣連接方式，首先連接成一個(gè)排(30)，然后連接成一個(gè)停車場的場(31)。這種電氣連接方式非常類似于蓄電池和光電能量變換設(shè)備的并聯(lián)/串聯(lián)連接方式，借以產(chǎn)生所需的電壓，形成供電能力。順序連接成排(30)，然后連接成場(31)的停車位的個(gè)數(shù)，取決于現(xiàn)場的工程設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)又是根據(jù)當(dāng)?shù)貤l件、有待供電的電量和類型確定的。為了便于繪圖，圖3所示是一個(gè)有代表性的示例，有100輛汽車的停車場，每個(gè)場由25輛機(jī)動(dòng)車輛構(gòu)成。在圖4中所示，共有四個(gè)場。
圖4所示是由四個(gè)場(31)連接成共用直流母線(33)，以供從交流變直流的稱為變換裝置的設(shè)備之用。一旦通過變換裝置(35)之后，來自變換裝置的AC輸出就成為AC母線(37)的輸入，作為當(dāng)?shù)刎?fù)載，或者作為直接接至電網(wǎng)的接口之用。雖然在圖中并未繪出，但是卻極端重要的有繼電器、事故絕緣保護(hù)裝置、調(diào)壓設(shè)備、計(jì)測裝置；這些都是這種類型的電力系統(tǒng)通用的設(shè)施。
上述的任何一個(gè)停車場的電氣設(shè)計(jì)都是一項(xiàng)就地的工程設(shè)計(jì)。這要取決于將要利用的機(jī)動(dòng)車輛的輛數(shù)，場所能承載的總電量，電荷的有待使用的電負(fù)荷的類型，以及停車場本身的物理尺寸和布局。
由于電氣設(shè)備規(guī)模的范圍很大，而且又容易買到，所以這種電氣接口簡直就是停車場方面的一項(xiàng)普通設(shè)計(jì)。有關(guān)蓄電池和光電壓變換設(shè)備方面的現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)有助于工程師正確選擇電纜設(shè)計(jì)、變換裝置規(guī)模的大小、以及適用的保護(hù)和繼電設(shè)備。由于停車場集電系統(tǒng)是一種DC結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，必須要對于陽極保護(hù)系統(tǒng)等，所以這是一種既成熟而又一目了然的工程設(shè)計(jì)，硬件貨源豐富，可供選擇。
由于電力系統(tǒng)、接口工藝、工程技術(shù)和硬件都有現(xiàn)成的市場貨源，所以備有燃料電池電源的停車場是一項(xiàng)易于成功的短期項(xiàng)目。
圖5是燃料電池驅(qū)動(dòng)機(jī)動(dòng)車輛的標(biāo)準(zhǔn)流程圖。來自燃料儲(chǔ)罐(40)的燃料源(天然氣)輸入到燃料電池(42)，在此處經(jīng)過轉(zhuǎn)換，形成DC電源，以供驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)(45)以及照明和附件(47)之用。圖6所示是當(dāng)機(jī)動(dòng)車輛停車發(fā)電時(shí)轉(zhuǎn)換成改由燃料系統(tǒng)供應(yīng)燃料以及由燃料電池輸電的情況。選擇開關(guān)(50)的程序啟動(dòng)，根據(jù)在停車場地(14)供應(yīng)的天然氣量，將天然氣燃料按照車載的供應(yīng)量旁路輸送到燃料電池。選擇開關(guān)(55)的另一個(gè)類似的程序提供燃料電池的正常電輸出量，以供改變該輸出的流向，將其旁路輸送至停車場電網(wǎng)(12)。在圖6中，汽車在停車時(shí)將燃料和電力的輸出路徑截?cái)啵詡渫＼嚢l(fā)電之用，然后進(jìn)行停車發(fā)電。當(dāng)再次作為一輛驅(qū)動(dòng)行駛汽車時(shí)，通過打開停車場燃料管路(22)和接通電力電纜(18)，使燃料輸出和電力輸出的路徑恢復(fù)正常，并且將相應(yīng)的選擇開關(guān)恢復(fù)到正常設(shè)定位置。圖1至圖3所示的、以及以上所述燃料電池驅(qū)動(dòng)的汽車的停車設(shè)施的結(jié)構(gòu)可以復(fù)制到鄰接或靠近建筑物或公用工程的供電網(wǎng)點(diǎn)。停車場可以設(shè)在地下，作為建筑物的低層部分，或者另設(shè)單獨(dú)的地下停車場。停車場也可以從屬于一棟建筑物，成為該建筑物和電氣設(shè)計(jì)的一部分。
本發(fā)明還統(tǒng)一允許一個(gè)房產(chǎn)主有能力將他的建筑物設(shè)在以前由于不能夠引進(jìn)電力或者由于引進(jìn)電力的費(fèi)用問題的限制而不能設(shè)置的地區(qū)。本發(fā)明將這些問題的處理方式合并簡化，從而使這樣的設(shè)計(jì)特征得以實(shí)現(xiàn)。除此以外，本發(fā)明將作為燃料電池的“無用產(chǎn)品”的純凈水作為己有，其產(chǎn)品規(guī)模和數(shù)量足可以作為維持其生存的商品之用。這樣的水使房產(chǎn)主有水可用和有飲用水可用，還有助于使房產(chǎn)主易于設(shè)定建筑物的位置，并且可以降低許多大型建筑物因自身不能養(yǎng)護(hù)造成的諸多障礙。
另外的一個(gè)特征是產(chǎn)生的低溫?zé)崃?，可以用來做熱水，以供家用，供加熱或補(bǔ)充水量。
另一種無用的產(chǎn)品是二氧化碳。由燃料電池產(chǎn)生的二氧化碳既不會(huì)成為一種大問題，其產(chǎn)量也不會(huì)成為重大問題。然而，涉及到我們的發(fā)明，發(fā)電的停車場主能夠選擇收集這些純二氧化碳，將其提供給生產(chǎn)廠家，作為一種有價(jià)值的附加產(chǎn)品。由于汽車的輛數(shù)以及汽車是在休歇的狀態(tài)下進(jìn)行的運(yùn)轉(zhuǎn)方面的原因，使發(fā)電停車成為一家二氧化碳生產(chǎn)廠。圖3中所示的變換裝置(35)可以采用普通的規(guī)模，以便使停車場的電力輸出和建筑物或電網(wǎng)的電壓相適配。變換裝置的規(guī)模范圍很寬，可供這種用途選用；同樣也需要常規(guī)規(guī)格的接口硬件，以便使來自分散的發(fā)電場地的電流與電網(wǎng)相適配。這類硬件以及為電力系統(tǒng)的安全接口必須的規(guī)范都是工業(yè)中的常識。
本發(fā)明的重要性假設(shè)有一輛燃料電池驅(qū)動(dòng)汽車或其他機(jī)動(dòng)車輛停泊，其40 kW的自載燃料電池每天功過8小時(shí)發(fā)電，又轉(zhuǎn)而向鄰接的、作為辦公樓使用的建筑物作正常負(fù)載供電。
燃料電池的能源輸出是40 kW×8小時(shí)=320 kW。
如果將這項(xiàng)能源直接出售給當(dāng)?shù)氐碾娬?，車主?yīng)按稱為邊際發(fā)電費(fèi)率支付，按照新澤西的標(biāo)準(zhǔn)電費(fèi)大致應(yīng)為$0.025/kWh。由于美國全國各地的發(fā)電燃料成本、發(fā)電并網(wǎng)、電網(wǎng)供電載荷類型的不同，各地的這種邊際費(fèi)率也各不相同。此處所用的0.025/kWh費(fèi)率是一種標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)費(fèi)方式，與國內(nèi)大多數(shù)工業(yè)化地區(qū)的差距不大。因此，如果將這320 kWh按邊際費(fèi)率出售，假設(shè)采用一種普通的方法將燃料電池輸出的D.C.電能變換成電網(wǎng)的A.C.電氣標(biāo)準(zhǔn)，收回的電費(fèi)是$8.00。
現(xiàn)在，采用本發(fā)明所述的發(fā)明，將燃料電池的輸出出售給停車場的場主，場主裝設(shè)了所有必須的接口設(shè)備，能夠?qū)l(fā)生的電能出售給當(dāng)?shù)匕才啪途w的用戶，例如一座辦公樓，上述的這項(xiàng)交易的經(jīng)濟(jì)性不但截然不同，而且對各方都有利。燃料電池的主人可能會(huì)愿意將他的320kWh買給停車場場主，賣價(jià)高于當(dāng)?shù)仉姀S對于同樣電能所付的價(jià)款。他可能要$0.035 kWh，而不是按電廠會(huì)給他的$0.025 kWh。如果停車場場主同意按這個(gè)費(fèi)率買進(jìn)，車主就因他的汽車每天的輸出而收到大約$11。停車場場主就可以自由地將320 kWh的電能轉(zhuǎn)賣給房產(chǎn)主。由于房產(chǎn)主是按$0.035 kWh買進(jìn)的電能，他可能會(huì)進(jìn)而可能按照$0.085 kWh賣出，借以貼充他由于興建停車場電氣接口的布線、天然氣管網(wǎng)的投資，以及日常的運(yùn)營費(fèi)用。
現(xiàn)在來看房產(chǎn)主，當(dāng)?shù)仉娰M(fèi)的標(biāo)準(zhǔn)費(fèi)率可能會(huì)在$0.100 kWh或更高，他按低于此價(jià)買進(jìn)，與正常的電價(jià)節(jié)相比，省了錢。他節(jié)省$0.015kWh，按320 kWh計(jì)算，每天每輛汽車就省下了320 kWh×$0.015 kWh=$4.80作為按駛進(jìn)、駛出計(jì)時(shí)收費(fèi)的補(bǔ)充，停車場場主還要給車主記上一筆發(fā)電電能的帳。這是按照機(jī)動(dòng)車輛發(fā)電設(shè)施的規(guī)?！涟l(fā)電時(shí)間×同意支付的價(jià)格進(jìn)行的簡單計(jì)算。除此以外，停車場場主還有另外的能力，向汽車供油，車主也可以選擇利用車裝燃料向汽車供油的辦法。作為一個(gè)示例，現(xiàn)存的停車場場主在改建中可以采用增加或不增加燃料供應(yīng)網(wǎng)、或者向車輛供應(yīng)燃料的辦法。新建的情況與此相同。汽車上也可以裝設(shè)自用的變換裝置，直接向停車場場主供應(yīng)AC電能，不用停車場場主還要再安裝自用的變換裝置設(shè)備。這樣的車主，例如，就要為他的汽車電能支付略高的電費(fèi)。
停車場場主還可以選擇收集被燃料電池作為廢品產(chǎn)生的純水，將其轉(zhuǎn)換具有新增值性能的供水廠。這樣的水收集網(wǎng)也是一種可任選的項(xiàng)目，可供停車場場主選擇。雖然，根據(jù)已知，燃料電池車輛在行駛的過程中也作為副產(chǎn)品產(chǎn)生水，這種水在汽行的行駛過程中從車中排掉，因而本發(fā)明從一項(xiàng)新的理由出發(fā)，唯一地允許汽車在停駛時(shí)也繼續(xù)向燃料電池送電，唯一地得到一定量的水，這對家庭、其他建筑物和停車場場主都有價(jià)值。作為對其價(jià)值的示例，從休閑時(shí)間春水(Leisure Times Spring Water)廠生產(chǎn)的六(6)加侖的罐裝飲用價(jià)值$7.50。由燃料電池生產(chǎn)的水的純度超過大多數(shù)的蒸餾水，而蒸餾水的價(jià)格超過上述飲用水的價(jià)格。
臨近一座建筑物的100輛汽車的停車場，停車場場主的收入可能是停車場場主每天的凈收入；320 kWh/每輛汽車×100輛汽車×(0．08/kWh-0.035/kWh)=$1600/每天停車場場主節(jié)省的金額是320 kWh/每輛汽車×100輛汽車×$0.015/kWh節(jié)省=$4.80/每天每年按235天計(jì)算，100輛汽車停車場的每天增值是每個(gè)汽車車主………………………235天×$11=$2585停車場場主…………………………235天×$1600=$376，000(售電凈值)房產(chǎn)主………………………………235天×$480=$112，800(電價(jià)節(jié)省)這項(xiàng)收入的示例說明了在本專利中說明的可行性。當(dāng)然，在車主、停車場場主、和房產(chǎn)主之間買賣電能的實(shí)際價(jià)格還需要根據(jù)一個(gè)區(qū)域內(nèi)的具體條件和電費(fèi)費(fèi)率進(jìn)行計(jì)算，但是構(gòu)思是不變的。傳統(tǒng)的停車場此時(shí)就成為一個(gè)發(fā)電站，電能的買賣對各方都有利。每輛汽車在停車場停放期間都會(huì)成為一個(gè)獲利的的中心，幫助它的主人補(bǔ)償它的費(fèi)用，同時(shí)也補(bǔ)償與運(yùn)作燃料電池有關(guān)的費(fèi)用。汽車主可以尋找能夠從停車場場主達(dá)成最佳交易，并且能夠獲得年度收益的地方。房產(chǎn)主可以想要考慮裝設(shè)有助于他沖銷電費(fèi)的停車設(shè)施。
這種工藝可以擴(kuò)展到其他類型的停車場。在大型工廠和商店中也可以利用這種工藝，從而使雇員停放在停車場中的汽車能夠發(fā)電來運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)施。實(shí)際上，不論在什么地方，只要有燃料電池驅(qū)動(dòng)的汽車存放，就會(huì)成為一個(gè)向當(dāng)?shù)刎?fù)載提供電能的發(fā)電站。停放在家庭車庫中的汽車能夠明顯沖銷家中的用電量和電費(fèi)。凡是經(jīng)由我們的工藝和發(fā)明涉及的發(fā)電和排放，本發(fā)明都可以使其一體化；作為一種工藝方法，能夠在兩者之間進(jìn)行協(xié)調(diào)。隨著空氣污染的發(fā)生，專業(yè)發(fā)電廠、制造廠和傳統(tǒng)的發(fā)電廠之間的優(yōu)缺點(diǎn)得到協(xié)調(diào)，我們指出，本發(fā)明的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢勝過現(xiàn)有發(fā)電技術(shù)的狀態(tài)。通過本發(fā)明受益的工廠主、停車場場主、家庭所有人都可以將他們由燃料電池獲得的高效污染貸款買給發(fā)電廠和商品銀行。這樣的貸款可以買給或發(fā)電廠或其他公司，借以使他們不再使用舊式的、低效的普通發(fā)電廠。這個(gè)另外的特點(diǎn)和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)一步加強(qiáng)了本發(fā)明的經(jīng)濟(jì)性。
由于某些車輛現(xiàn)已裝備了稱之為動(dòng)力輸出裝置(pto)，本發(fā)明結(jié)合車輛的電氣接口對于pto有改進(jìn)作用，所以本發(fā)明是一種真正的電力輸出裝置，增能器或“eptoe”。這種eptoe特征使車輛能夠替代目前狀態(tài)的現(xiàn)有技術(shù)移動(dòng)發(fā)電機(jī)。這種車輛就是一臺移動(dòng)發(fā)電機(jī)。這種類型的移動(dòng)發(fā)電機(jī)的改進(jìn)之處勝過現(xiàn)有汽油、柴油或電氣發(fā)電機(jī)的優(yōu)勢非常明顯?，F(xiàn)有8至10馬力內(nèi)燃機(jī)型的通用發(fā)電機(jī)不足以向標(biāo)準(zhǔn)家庭供電。這樣的發(fā)電電源的能力與現(xiàn)有技術(shù)的柴油或汽油發(fā)電機(jī)相比還沒有充分發(fā)揮。噪聲特低、熱印特低、排放特低、完全省去需要做成分體拖車式的移動(dòng)發(fā)電機(jī)、不需要運(yùn)輸卡車、不需要車用燃料、不需要消耗性燃料、不需要支持操作的人員、不需要后勤人員。本發(fā)明的特征是對現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)的重大改進(jìn)。
能量停車場是針對停車場的一項(xiàng)重大改進(jìn)，也是本發(fā)明的重要的用途。本發(fā)明的發(fā)電方式是最基本和最重要的典型的發(fā)電系統(tǒng)包括固定裝設(shè)的資產(chǎn)，如發(fā)電站、電力傳輸和配送線以及向用戶饋電的變電所。發(fā)電廠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要能夠?qū)τ谪?fù)載類型的變更和通過稱之為電網(wǎng)的一種堅(jiān)固的導(dǎo)線接點(diǎn)供電作出響應(yīng)。這種發(fā)電設(shè)備要按規(guī)模定型，要設(shè)計(jì)得足夠大，足以滿足最低負(fù)載和最高負(fù)載的要求。因此，使用不足，成本過高，雖然穩(wěn)定，但可變性不如分散發(fā)電。即使分散發(fā)電的現(xiàn)有技術(shù)，但卻是固定在一個(gè)位置上，與標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)電設(shè)備相比，可變性僅只略有提高。我們的發(fā)明隨同用戶類型的動(dòng)態(tài)變化而變化。不論用戶是在家中由能量停車場供應(yīng)所需電能，在辦公室由能量停車場供應(yīng)設(shè)備或辦公所需的電能，在回到家中時(shí)由能量停車場供應(yīng)房屋和家庭的用電。能量停車場是活動(dòng)式的供電設(shè)備。一旦家庭的電能消耗增大，辦公室的電能消耗變小，活動(dòng)電力通過移動(dòng)位置加以適應(yīng)。通過一種真正的響應(yīng)和互動(dòng)的分散發(fā)電，從一個(gè)用電負(fù)載到一個(gè)用電負(fù)載的物理移動(dòng)，基本上是本發(fā)明的一部分，也是一種新型的唯一的供電方法。我們的發(fā)明認(rèn)識到最大負(fù)荷出現(xiàn)的原因是在于有人類的存在，和有受控于人類的工藝過程的存在。與人類最長相伴的是汽車。于是，有了燃料電池驅(qū)動(dòng)的汽車，有了本發(fā)明，發(fā)電裝置和能量停車場經(jīng)常是陪伴著人類，隨時(shí)準(zhǔn)備向人類構(gòu)成的負(fù)載供電。一輛車輛，一個(gè)能量停車場，其本質(zhì)上都是模數(shù)化的，車輛能夠與另外的車輛互相結(jié)合(指的是電氣連接)，用來向負(fù)載供電，本質(zhì)上會(huì)隨同需要進(jìn)行拆分，從一個(gè)場地移動(dòng)到另一個(gè)場地，通過汽車將發(fā)電裝置從一個(gè)場地到另一個(gè)場地作容易的的物理移動(dòng)是采用新穎的、商業(yè)上有活力的一種新型供電方法。
許多重大的、有力的正面社會(huì)強(qiáng)制性措施都會(huì)是本發(fā)明的直接結(jié)果。我國的空氣質(zhì)量將會(huì)有所改善。在我國幾個(gè)走廊州的空氣污染將會(huì)證明不是由于發(fā)電廠和大多數(shù)工廠的過失造成的，而是由于汽車和卡車的過失造成的。通過我們的發(fā)明對汽車工業(yè)施加的壓力，肯定會(huì)產(chǎn)生清潔汽車的結(jié)果，隨之而來的一定是清潔的空氣。
作為一個(gè)國家，我們已經(jīng)進(jìn)入信息時(shí)代，但是電費(fèi)是如此之高，以致許多家庭在他們的預(yù)算中掙扎，尚且不能夠在英特網(wǎng)中漫游。我們的發(fā)明可能會(huì)將電費(fèi)拉下到可以承受的高臺。用廉價(jià)可靠的電源驅(qū)動(dòng)計(jì)算機(jī)，點(diǎn)亮我們的家園，使我們能夠更徹底地進(jìn)入信息時(shí)代。這樣會(huì)使我們需要更多的計(jì)算機(jī)、電視機(jī)和其他電氣消費(fèi)品。
我們的發(fā)明還會(huì)提供更為廉價(jià)的電能來驅(qū)動(dòng)熱泵。家庭及辦公室用清潔廉價(jià)的踢腳板采暖、制冷。第一住所和第二住所可以建在兩個(gè)相距較遠(yuǎn)的地方，不會(huì)由于在我們的鄉(xiāng)村地區(qū)突然發(fā)生大面積的病蟲害而改變當(dāng)?shù)仫L(fēng)景和生活方式。
我們現(xiàn)時(shí)生活的一部分是有兩部汽車的家庭。我們的發(fā)明現(xiàn)在會(huì)對兩部汽車的家庭帶來令人感興趣的利益。有兩部我們的能量停車場汽車，可以用一部向家庭供電；另一部汽車本質(zhì)上出租給他們的鄰居，向他們當(dāng)?shù)氐碾娋W(wǎng)送電，或者將電能出售給當(dāng)?shù)氐陌l(fā)電廠。
在我們的國家中一般要面臨冬季、擔(dān)心會(huì)斷電的地方，會(huì)備有能量停車場做他們的電力后備，或者作為主要的動(dòng)力源。面對冬季不會(huì)擔(dān)心寒氣會(huì)侵襲家園。在我們的國家中的另一些地區(qū)會(huì)遭受龍卷風(fēng)一類的暴風(fēng)雨的災(zāi)害，遇到緊急情況可以依靠電力場。
我們還不會(huì)妄尊自大，達(dá)到會(huì)說我們的發(fā)明會(huì)使電力“便宜到無法計(jì)量”的地步。因?yàn)殡娏κ怯谐杀镜?。但是能量停車場?huì)將電能和電能的可靠性輸送到遙遠(yuǎn)的地方和發(fā)展中國家，卻不會(huì)像發(fā)電工業(yè)會(huì)帶來那樣驚人的超結(jié)構(gòu)成本。在不久的將來，電能會(huì)很快地隨同電力場來到這些國家，使他們躍進(jìn)到下個(gè)世紀(jì)。
在將來的發(fā)表文獻(xiàn)中會(huì)刊出對本發(fā)明的略微改進(jìn)、改變或調(diào)換，在某些情況下會(huì)在不使用其他相應(yīng)特征的條件下使用本發(fā)明的若干特征。因此，在所附的權(quán)利要求的構(gòu)思廣闊，采用符合本發(fā)明的精神的方式，并且不超出本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1．發(fā)電設(shè)備，裝在多輛燃料電池驅(qū)動(dòng)的在停駛時(shí)發(fā)電的車輛上，其中包括a)多個(gè)彼此間隔設(shè)置的電插座，用來在上述多個(gè)插座上插接與停泊車輛保持導(dǎo)電連接用的電纜，連接裝在每輛停泊車輛上的燃料電池；多個(gè)彼此間隔設(shè)置的燃料管接頭，分別用來向每輛停泊車輛輸送燃料，以供在每輛停泊車輛中的燃料電池運(yùn)轉(zhuǎn)之用；b)一套集電電網(wǎng)，與上述多個(gè)電插座保持導(dǎo)電連接，用來收集來自裝在該停泊車輛上的燃料電池的D.C.電能，將其傳輸至上述集電電網(wǎng)；c)至少一套非貯存型集電站，與上述集電電網(wǎng)保持導(dǎo)電連接，用于連接并傳輸在上述集電電網(wǎng)中的公共接點(diǎn)處的D.C.電能；d)至少一臺變換裝置，與上述至少一套集電站保持導(dǎo)電連接，用于將D.C.電能變換成A.C.電能。e)供電設(shè)施，用于將A.C.電能輸送到一個(gè)負(fù)載上，或者輸送到用于將電能輸送到其他負(fù)載用的電網(wǎng)中。
2．按照權(quán)利要求1中的設(shè)備，其特征在于，還包括一套燃料供應(yīng)網(wǎng)，與上述多個(gè)燃料接口保持連接，用于向其供應(yīng)燃料。
3．按照權(quán)利要求2中的設(shè)備，其特征在于，上述每個(gè)燃料接頭是一條燃料軟管，還有一個(gè)管接口，用于將軟管連接在上述燃料供應(yīng)網(wǎng)中。
4．按照權(quán)利要求1中的設(shè)備，其特征在于，對所述的多個(gè)電插座作導(dǎo)電連接，形成多條串聯(lián)電路，上述多條串聯(lián)電路彼此并聯(lián)，形成一條預(yù)置電路。
5．按照權(quán)利要求1中的設(shè)備，其特征在于，所述的多個(gè)電插座各自分別連接一條電纜，用于和停泊車輛保持連接。
6．按照權(quán)利要求1中的設(shè)備，其特征在于，所述的電力網(wǎng)還包括多臺繼電器和事故絕緣設(shè)施。
7．按照權(quán)利要求1中的設(shè)備，其特征在于，所述的用于供應(yīng)A.C.電能的設(shè)施包括多臺繼電器、調(diào)壓設(shè)施，以及用于監(jiān)控在輸送的A.C.電能的計(jì)測裝置。
8．按照權(quán)利要求1中的設(shè)備，其特征在于，所述的設(shè)備是裝設(shè)在一個(gè)街道地面上的停車場中。
9．按照權(quán)利要求1中的設(shè)備，其特征在于，所述的設(shè)備是裝設(shè)在地上或地下，或者兩者皆有的多層停車場中。
10．按照權(quán)利要求1中的設(shè)備，其特征在于，所述的設(shè)備是裝設(shè)在室內(nèi)或是外的停車場中。
11．按照權(quán)利要求1中的設(shè)備，其特征在于，還包括多套轉(zhuǎn)換開關(guān)設(shè)施，用于連接到各個(gè)停駛車輛的燃料電池，用于將燃料電池從運(yùn)轉(zhuǎn)車輛轉(zhuǎn)換到向上述多個(gè)電插座供電。
12．從至少一輛燃料電池驅(qū)動(dòng)的在停駛時(shí)的車輛進(jìn)行發(fā)電的方法，其中包括a)在一輛燃料電池驅(qū)動(dòng)的車輛上裝設(shè)一個(gè)用于在運(yùn)轉(zhuǎn)模式和發(fā)電模式之間互相轉(zhuǎn)換的開關(guān)；b)將上述車輛連接在電插座上，用來將停駛車輛連接在電系統(tǒng)上；c)啟動(dòng)車輛運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)；d)將車輛以及其燃料電池轉(zhuǎn)換到發(fā)電模式，產(chǎn)生D.C.電能，然后將來自燃料電池的D.C.電能輸送到上述電系統(tǒng)；e)通過變換裝置，將來自上述燃料電池的D.C.電能變換成A.C.電能。
13．按照權(quán)利要求12中的方法，其特征在于，將電系統(tǒng)連接到一個(gè)D.C.電網(wǎng)上，或者負(fù)載上。
14．按照權(quán)利要求12中的方法，其特征在于，還包括將A.C.電能輸送到一個(gè)A.C.電網(wǎng)或負(fù)載的步驟。
15．按照權(quán)利要求12中的方法，其特征在于，還包括一個(gè)步驟，即在車輛上裝設(shè)一個(gè)燃料供應(yīng)管接口，以及旁路設(shè)施，用于旁路車裝儲(chǔ)罐，以使車輛及其燃料電池接收補(bǔ)充燃料進(jìn)行連續(xù)發(fā)電。
16．按照權(quán)利要求12中的方法，其特征在于，還包括按照下列步驟收集水a(chǎn))在車輛停駛時(shí)操作燃料電池車輛發(fā)電；b)利用一套收集系統(tǒng)，收集來自燃料電池車輛的水；c)將上述收集到的水貯存在一個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)罐或儲(chǔ)罐中。
17．按照權(quán)利權(quán)利要求16中的方法，其特征在于，還包括下列步驟a)啟動(dòng)多輛燃料電池車輛運(yùn)轉(zhuǎn)；b)收集來自多輛燃料電池的廢水；c)貯存收集到的水。
18．按照權(quán)利要求12中的方法，其特征在于，還包括下列步驟a)收集燃料電池車輛排放廢氣中的二氧化碳；b)儲(chǔ)存由燃料電池車輛排放廢氣中收集到的二氧化碳。
19．(即既能作發(fā)電之用又能作運(yùn)輸使用的)雙項(xiàng)用途的內(nèi)燃機(jī)車輛的制造方法，包括下列步驟a)增大車輛的制冷能力；b)增大車輛自載發(fā)電機(jī)的規(guī)模和能力；c)增設(shè)車輛的功能，使其能夠?qū)④囕v的電輸出連接到負(fù)載上、建筑物的電系統(tǒng)上或者其他電網(wǎng)上。
20．按照權(quán)利要求19中的方法，其特征在于，還包括改造內(nèi)燃機(jī)車輛的步驟，該步驟如下所列a)增大車輛的制冷能力；b)增大車輛自載發(fā)電機(jī)的規(guī)模和能力；c)增設(shè)車輛的功能，使其能夠?qū)④囕v的電輸出連接到負(fù)載上、建筑物的電系統(tǒng)上或者其他電網(wǎng)上。
21．從至少一個(gè)內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的停駛的車輛進(jìn)行發(fā)電方法，其特征在于，包括a)在一輛內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛上裝設(shè)一個(gè)用于在運(yùn)轉(zhuǎn)模式和發(fā)電模式之間互相轉(zhuǎn)換的開關(guān)；b)將上述車輛連接在電插座上，用來將停駛車輛連接在電系統(tǒng)上；c)啟動(dòng)車輛運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)；d)將車輛轉(zhuǎn)換到發(fā)電模式，以產(chǎn)生D.C.電能，然后將來自該車輛的D.C.電能輸送到上述電系統(tǒng)；e)通過變換裝置，將來自該車輛的D.C.電能變換成A.C.電能。
22．從至少一個(gè)渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的停駛的車輛進(jìn)行發(fā)電方法，其特征在于，包括a)在一輛渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛上裝設(shè)一個(gè)用于在運(yùn)轉(zhuǎn)模式和發(fā)電模式之間互相轉(zhuǎn)換的開關(guān)；b)將上述車輛連接在電插座上，用來將停駛車輛連接在一電系統(tǒng)上；c)啟動(dòng)車輛運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)；d)將該車輛轉(zhuǎn)換到發(fā)電模式，以產(chǎn)生D.C.電能，然后將來自該車輛的D.C.電能輸送到上述電系統(tǒng)；e)通過變換裝置，將來自該車輛的D.C.電能變換成A.C.電能。
23．從至少一輛停駛的混合驅(qū)動(dòng)的車輛進(jìn)行發(fā)電的方法，其特征在于，包括a)在一輛混合驅(qū)動(dòng)的車輛上裝設(shè)一個(gè)用于在運(yùn)轉(zhuǎn)模式和發(fā)電模式之間互相轉(zhuǎn)換的開關(guān)；b)將上述車輛連接在電插座上，用來將停駛車輛連接在電系統(tǒng)上；c)啟動(dòng)車輛運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)；d)將該車輛轉(zhuǎn)換到發(fā)電模式，以產(chǎn)生D.C.電能，然后將來自該車輛的D.C.電能輸送到上述電系統(tǒng)；e)通過變換裝置，將來自該車輛的D.C.電能變換成A.C.電能。
全文摘要
本發(fā)明涉及從多輛燃料電池驅(qū)動(dòng)的車輛(10)在停泊時(shí)發(fā)電的設(shè)備和方法。備有多個(gè)被此間隔設(shè)置的電插座,用來在上述插座上插接與停泊車輛保持導(dǎo)電連接用的電纜(22),后者用于將裝在每輛停泊車輛上的燃料電池連接到多個(gè)插座上。一個(gè)動(dòng)力電網(wǎng)(12),與上述電插座保持導(dǎo)電連接,用來將來自裝在該停泊車輛上的燃料電池的D.C.電能傳輸?shù)缴鲜黾婋娋W(wǎng)。至少一套集電站,與上述集電電網(wǎng)保持導(dǎo)電連接,用于連接并傳輸在上述集電電網(wǎng)中的公共接點(diǎn)處的D.C.電能。另外,至少有一臺變換裝置,與集電站保持導(dǎo)電連接,用于將D.C.電能變換成A.C.電能。備有一套供電設(shè)施,用于將A.C.電能輸送到一個(gè)負(fù)載上或者電網(wǎng)中。
文檔編號B60L11/18GK1286823SQ97182518
公開日2001年3月7日 申請日期1997年12月9日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月14日
發(fā)明者G·E·戈雷, H·T·羅曼, W·K·維特曼, R·A·戈雷, M·D·戈雷 申請人:時(shí)代電力公司