发电系统技术方案

本发明专利技术的课题在于，在发电系统中减少杂质在气体中的混入。本发明专利技术的发电系统将负极气体利用聚酰胺、石墨烯、MOF(MetalOrganic Framework，金属有机框架)及COF(Covalent OrganicFramework，共价有机框架)中的任意分离膜进行纯化后供给至负极。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】发电系统
本专利技术涉及使用了具有气体的选择透过性的分离膜和燃料电池的高效率的发电系统。
技术介绍
燃料电池具有被称为单电池单元的基本结构，该单电池单元具有电解质膜、和以夹持电解质膜的方式设置的负极(燃料极)及正极(空气极)。燃料电池能够由供给至负极的氢和供给至正极的氧来产生电。就用于燃料电池用途的氢而言，有时会混入烃、一氧化碳、二氧化碳、硫成分(硫化氢、亚硫酸气体)、氨及水蒸气等杂质。另外，氧通常是由空气来供给的，但空气中除了氧以外还包含各种物质。根据这些杂质的种类或量，存在使发电效率降低的可能性。另外，为了有效利用从负极排出的气体中所含的氢，提出了从排出气体中分离氢并使其再次循环至负极(专利文献1～3)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开第2004-06948号公报专利文献2：日本特开第2007-42607号公报专利文献3：日本特开第2009-295377号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题在燃料电池发电系统中，为了提高发电效率，要求减少杂质混入气体中。用于解决课题的手段上述课题通过以下的(1)～(11)中的任意种手段来实现。(1)发电系统，其具备：燃料电池，其具有负极和正极，且通过氢与氧的化学反应而发电；分离器，其具有选择性地透过氢的分离膜，且由混合气体得到透过气体和非透过气体；和负极气体供给路径，其将含有氢的混合气体供给至上述分离器，并且将由上述分离器得到的透过气体供给至上述负极，其中，上述分离膜具有多孔性支承层、和设置在上述多孔性支承层上的分离功能层，上述分离功能层含有选自由聚酰胺、石墨烯、MOF(MetalOrganicFramework，金属有机框架)及COF(CovalentOrganicFramework，共价有机框架)组成的组中的至少1种化合物。(2)根据前述(1)所述的发电系统，其还具备氢储藏罐，上述负极气体供给路径将上述混合气体从上述氢储藏罐供给至上述分离器，并进一步将透过气体供给至上述燃料电池。(3)根据前述(1)所述的发电系统，其还具备氢储藏罐，上述负极气体供给路径将透过气体从上述分离器供给至上述氢储藏罐，并将上述氢储藏罐内的气体供给至燃料电池。(4)根据前述(1)～(3)中任一项所述的发电系统，其中，上述分离功能层含有交联聚酰胺，上述交联聚酰胺为多官能胺与多官能酰卤化物的缩聚物。(5)根据前述(4)所述的发电系统，其中，上述交联聚酰胺的氨基的数量A、羧基的数量B、酰胺基的数量C满足(A+B)/C≤0.66。(6)根据前述(4)或(5)所述的发电系统，其中，上述交联聚酰胺为全芳香族聚酰胺。(7)根据前述(4)～(6)中任一项所述的发电系统，其中，上述交联聚酰胺具有硝基。(8)根据前述(4)～(7)中任一项所述的发电系统，其中，上述交联聚酰胺具有氟原子。(9)根据前述(8)所述的发电系统，其中，在上述分离功能层中，通过X射线光电子能谱法(XPS)定量的、相对于碳原子数而言的氟原子数为0.1％～12％的范围。(10)根据前述(4)～(9)中任一项所述的发电系统，其中，上述多孔性支承层含有全芳香族聚酰胺作为上述交联聚酰胺，上述全芳香族聚酰胺包含作为取代基具有氯基的芳香环。(11)根据前述(1)～(10)中任一项所述的发电系统，其中，上述分离器具备：聚集透过气体的中心管；呈螺旋状地卷绕在上述中心管的周围的多个分离膜；和配置于上述分离膜间的供给侧流路件及透过侧流路件。专利技术的效果根据本专利技术，能够从供给至燃料电池负极的气体有效地去除杂质。附图说明[图1]图1是示出本专利技术的发电系统的一个实施方式的概略图。[图2]图2是示出本专利技术的发电系统的其他实施方式的概略图。[图3]图3是示出分离膜元件的一个方式的部分展开立体图。[图4]图4是分离膜的剖视图。[图5]图5是在发电试验中使用的装置的概略图。[图6]图6是在发电试验中使用的装置的概略图。[图7]图7是测定分离膜的气体透过度的装置的概略图。具体实施方式1.发电系统以下，针对下述发电系统，说明实施方式，所述发电系统具备：具有负极及正极的燃料电池；对燃料电池的负极供给含氢气体的配管(负极气体供给路径)；和配置于该配管上且收纳的分离膜(其将氢和其他气体分离)的分离器。本实施方式中可以组合其他的已知技术。(1-1)整体结构[第一方式]图1是示出本专利技术的发电系统的一个实施方式的概略图。图1所示的发电系统11具备：负极气体供给配管21、负极排气配管28、非透过气体配管29、正极气体供给配管31、正极排气配管32、燃料电池4、分离器5及氢储藏罐6。负极气体供给配管21是负极气体供给路径的一例，连接于燃料电池4的负极侧入口，将负极气体供给至燃料电池4的负极。负极气体也称为燃料气体或含氢气体，可以为氢的纯气体，也可以为氢与其他成分的混合气体。图1中，负极气体供给配管21从系统外的例如基础设施开始依次连接氢储藏罐6、分离器5及燃料电池4。更具体而言，负极气体供给配管21具有从外部的设备连接氢储藏罐6的供给口的配管、连接氢储藏罐6的出口和分离器5的供给侧入口的配管、以及连接分离器5的透过侧出口和燃料电池4的负极侧入口的配管。负极排气配管28连接于燃料电池4的负极侧出口，将负极侧的排气引导至系统外。非透过气体配管29连接于分离器5的供给侧出口，将未透过分离器5的气体引导至系统外。在将从负极排气配管28或非透过气体配管29排出的气体排出至大气之前，可以设置用于将气体内的氢稀释的稀释器。正极气体供给配管31连接于燃料电池4的正极侧入口。正极气体供给配管31将正极气体供给至燃料电池4的正极侧。正极气体含有氧即可。因此，正极气体可以为空气，也可以为以特定的比例包含氧和其他成分的混合气体。发电系统可以具备未图示的压缩机，正极气体供给配管31可以连接于压缩机。另外，发电系统可以具备未图示的储气瓶，正极气体供给配管31可以连接于该储气瓶。正极排气配管32连接于燃料电池4的正极侧出口，将正极侧的排气引导至系统外。作为燃料电池4，可应用已知的燃料电池。燃料电池具有对负极供给负极气体的负极侧入口、将负极侧的排气排出的燃料电池负极侧出口、正极侧入口及正极侧出口。关于燃料电池的详细情况在后文叙述。分离器5具有分离膜，能够根据分离膜相对于氢和不需要成分的透过性的差异，从氢和不需要成分的混合气体得到不需要成分的浓度降低的透过气体、和包含不需要成分的非透过气体即可。分离器5设置于负极气体供给配管21上。利用分离器5，能够提高供给至负极的氢的纯度。分离器5的详细情况在后文叙述。氢储藏罐6能够在其内部储藏高压的气体。氢储藏罐6借助负极气体供给配管21连接至分离器5。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.发电系统，其具备：/n燃料电池，其具有负极和正极，且通过氢与氧的化学反应而发电；/n分离器，其具有选择性地透过氢的分离膜，且由混合气体得到透过气体和非透过气体；和/n负极气体供给路径，其将含有氢的混合气体供给至所述分离器，并且将由所述分离器得到的透过气体供给至所述负极，/n其中，所述分离膜具有多孔性支承层、和设置在所述多孔性支承层上的分离功能层，/n所述分离功能层含有选自由聚酰胺、石墨烯、MOF(Metal Organic Framework，金属有机框架)及COF(Covalent Organic Framework，共价有机框架)组成的组中的至少1种化合物。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181211 JP 2018-2314431.发电系统，其具备：
燃料电池，其具有负极和正极，且通过氢与氧的化学反应而发电；
分离器，其具有选择性地透过氢的分离膜，且由混合气体得到透过气体和非透过气体；和
负极气体供给路径，其将含有氢的混合气体供给至所述分离器，并且将由所述分离器得到的透过气体供给至所述负极，
其中，所述分离膜具有多孔性支承层、和设置在所述多孔性支承层上的分离功能层，
所述分离功能层含有选自由聚酰胺、石墨烯、MOF(MetalOrganicFramework，金属有机框架)及COF(CovalentOrganicFramework，共价有机框架)组成的组中的至少1种化合物。


2.根据权利要求1所述的发电系统，其还具备氢储藏罐，所述负极气体供给路径将所述混合气体从所述氢储藏罐供给至所述分离器，并进一步将透过气体供给至所述燃料电池。


3.根据权利要求1所述的发电系统，其还具备氢储藏罐，所述负极气体供给路径将透过气体从所述分离器供给至所述氢储藏罐，并将所述氢储藏罐内的气体供给至燃料电池。


4.根据权利要求1～3中任一项所述的发电系统，其中，所述分离功能层...

【专利技术属性】
技术研发人员：德山尊大，饭冢里奈，山田博之，木村将弘，
申请(专利权)人：东丽株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP