电化学设备和用于运行这种电化学设备的方法技术

本发明专利技术提出一种电化学设备（10）、尤其是燃料电池设备，其具有监控单元（12），所述监控单元为了分析电化学单元（14）、尤其是燃料电池单元的至少一个状态测量电化学单元（14）的至少一个输入信号和电化学单元（14）的至少一个输出信号。出信号。出信号。

【技术实现步骤摘要】
电化学设备和用于运行这种电化学设备的方法

技术介绍

[0001]已经提出用于分析燃料电池状态的诊断设备，其中燃料电池的能斯特电压可以根据燃料电池的电池电压和关于燃料电池的诸如欧姆损失和/或激活损失的多个损失项来调制。

技术实现思路

[0002]提出一种电化学设备、尤其是燃料电池设备，其具有：监控单元，所述监控单元为了分析电化学单元、尤其是燃料电池单元的至少一个状态、尤其是退化状态测量电化学单元的至少一个输入信号和电化学单元的至少一个输出信号。
[0003]通过电化学设备的根据本专利技术的设计方案可以借助简化的技术手段有利地实现电化学单元的状态、尤其退化状态的预测和/或确定。与需要耗费的附加的测量设备来求出状态的常规设备、例如电化学阻抗谱仪相比和/或与耗费的和/或不精确的计算方法、可能借助于电化学单元的损失项进行的电化学单元的能斯特电压计算相比，由于所提出的电化学设备可以有利简单地且有效地、更确切地说在电化学单元运行期间分析状态，其中优选地可以在运行期间不复杂地计算能斯特电压。由此，存在如下有利的可能性：至少时间上反复地、尤其持续地监控运行期间的电化学单元的状态，由此迅速识别关键状态、优选退化状态，并且可以及早地采取可能的对策。借此，刚好可以有利地延长电化学单元的潜在使用寿命。此外，可以提供特别有效的、特别便宜的电化学设备，以分析状态、特别是在运行期间分析状态。
[0004]电化学设备可以是电化学系统的一部分或包含整个电化学系统，其中电化学系统可以构成为燃料电池系统。这种系统的特征尤其在于如下边界条件，所述边界条件对于电化学设备和/或电化学单元实现在至少一个运行状态下以尤其最佳的运行持续时间来运行。当前，电化学设备被提供用于至少分析和/或诊断优选构成为燃料电池单元的电化学单元的尤其当前和/或未来的状态。电化学系统和/或电化学设备可以具有电化学单元，所述电化学单元特别设置用于将至少一种反应物材料转化为至少一种产物、优选用于转化燃料。特别地，电化学系统至少运用燃料，优选含氧的流体和/或排气作为工艺流体。燃料优选具有氢和/或一氧化碳和/或至少一种烃、特别是甲烷、乙烷、丁烷、丙烷、天然气等作为能量载体。燃料可以可选地包括惰性组成部分、特别是氮和/或二氧化碳和/或水。纯氧或氧混合物、特别是空气可以用作含氧流体。排气尤其是燃料和含氧流体构成的转化产物。电化学单元优选设置用于将燃料和含氧流体转化为排气。
[0005]电化学单元、特别是燃料电池单元优选具有至少一个电化学电池，更确切地说优选燃料电池、由燃料电池构成的堆和/或由燃料电池构成的多个堆的复合体和/或燃料电池的系统。燃料电池单元的一个燃料电池和/或多个燃料电池可以优选构成为高温燃料电池、尤其构成为固体氧化物燃料电池（SOFC）、和/或构成为熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）和/或构成为质子交换膜燃料电池（PEMFC），和/或构成为磷酸燃料电池（PAFC）和/或构成为直接甲醇燃料电池（DMFC）和/或构成为碱性燃料电池（AFC）和/或构成为另一种类型的燃料电池，
但不限于这些。至少燃料电池可以具有至少一个氧电极和/或燃料电极和/或电解质。
[0006]替选地和/或附加地，电化学设备可以设置用于至少分析和/或诊断电化学单元的尤其当前和/或未来的状态，所述电化学单元构成为不同于燃料电池单元的电化学单元并且具有至少一个电化学电池。电化学单元例如可以具有电解槽或电解槽的至少一个组成部分，所述电解槽至少包括构成为电解电池的电化学电池。电解槽可设置用于在使用电流的情况下至少将反应物至少材料转化成产物，例如用于氯碱电解或用于铜或其他贵金属的电解精炼或用于熔体流电解或用于固体氧化物电解或用于其他的电解方法。
[0007]也可以考虑：电化学单元替选地构成为内燃机、构成为加热锅炉、构成为燃烧器或构成为对于本领域技术人员视作为有意义的、在输送氧的情况下将燃料转化为排气的其他单元。电化学系统和/或电化学设备有利地具有外围设备装置。外围设备装置可以包括对于运行电化学单元所需的和/或至少在运行状态下支持电化学单元运行的所有元件和单元。例如，外围设备装置可以具有含氧流体的输送装置、特别是新鲜空气输送装置、燃料输送装置、重整器单元和/或再循环管线。附加地，外围设备装置例如可以具有用于输送燃料、氧化剂和/或排气的输送元件、其他的重整器单元和/或热交换器等。
[0008]监控单元被设置用于以对于分析状态足够的精度测量电化学单元的输入和/或输出信号。监控单元优选地以至少8位、有利地至少12位、优选地至少16位并且特别优选地以大于16位的分辨率测量输入和/或输出信号。电化学单元的输入和/或输出信号优选地是可通过监控单元测量的物理和/或化学信号。输入和/或输出信号尤其是要检查的工艺流体的至少一个信号。优选地，输入信号是排放器信号、特别是燃料信号，并且输出信号是产物信号、特别是排气信号，其中输入和/或输出信号可以表征工艺流体。该信号可以是、但不限于例如输入电流和/或输出电流和/或优选地输入电压和/或输出电压和/或电化学单元的一个或多个反应物和/或产物的熵和/或焓和/或温度和/或压力和/或浓度和/或颗粒流和/或体积流。
[0009]在本文件中，“设置”应以专门编程、构建、设计和/或配备的方式来理解。将对象设置用于特定功能应理解为：对象在至少一个应用和/或运行状态中履行和/或实施该特定功能。
[0010]还提出：监控单元在电化学单元的燃气侧的进入侧处测量输入信号。由此，可以提高关于电化学单元状态的分析的效率。燃气侧的进入侧优选地限定电化学单元的如下侧，在所述侧上可以始于燃料输送装置经由电化学设备和/或电化学系统、特别是外围设备装置的输入管线将反应物、特别是燃料输送给电化学单元。输入管线可以是阴极输入管线和/或优选地是阳极输入管线。
[0011]如果监控单元在电化学单元的燃气侧的离开侧处测量输出信号，则可以提供对电化学单元的状态的更有效的、特别是改进的测量和/或分析。燃气侧的离开侧优选地限定电化学单元的如下侧，在所述侧上可以始于电化学单元经由电化学设备和/或电化学系统、特别是外围设备装置的输出管线将转化的燃料、尤其排气导出。有利地，监控单元测量在输出管线分支至再循环管线之前的输出信号。输出管线可以是阴极排气管线和/或优选地是阳极排气管线。
[0012]有利地，输入和/或输出信号、更确切地说在燃气侧的进入侧和/或燃气侧的离开侧处测量的输入和/或输出信号与在尤其反应物、优选燃料、和/或产物、优选排气的燃气侧
的进入侧和/或燃气侧的离开侧处的气体组分相关。可以考虑的是：输入信号和/或输出信号例如是电化学单元的至少一个输入电功率和/或输出电功率和/或工艺流体的至少一个流体参数。为了甚至优选在电化学单元的至少一个运行状态期间提供对电化学单元的状态、尤其退化状态的有利简单的信号测量以及可靠分析而提出：输入信号是在电化学单元的输入端、尤其燃气侧的进入侧处测量的输入电压。在输入端处测量的输入电压尤其是输入能斯特电压，优选地是阳极输入能斯特电压U
Nernst,An,ein
。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电化学设备（10）、尤其是燃料电池设备，其具有监控单元（12），所述监控单元为了分析电化学单元（14）、尤其是燃料电池单元的至少一个状态测量所述电化学单元（14）的至少一个输入信号和所述电化学单元（14）的至少一个输出信号。2.根据权利要求1所述的电化学设备（10），其特征在于，所述监控单元（12）在所述电化学单元（14）的燃气侧的进入侧（20）处测量所述输入信号。3.根据前述权利要求中任一项所述的电化学设备（10），其特征在于，所述监控单元（12）在所述电化学单元（14）的燃气侧的离开侧（22）处测量所述输出信号。4.根据前述权利要求中任一项所述的电化学设备（10），其特征在于，所述输入信号是在所述电化学单元（14）的输入端处测量的输入电压。5.根据前述权利要求中任一项所述的电化学设备（10），其特征在于，所述输出信号是在所述电化学单元（14）的输出端处测量的输出电压。6.根据前述权利要求中任一项所述的电化学设备（10），其特征在于，所述监控单元（12）具有至少一个基于电极的传感器（24，26）。7.根据权利要求6所述的电化学设备（10），其特征在于，所述基于电极的传感器（24，26）构成为跳跃式λ探针。8.根据前述权利要求中任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：F，
申请(专利权)人：罗伯特，
类型：发明
国别省市：