SOEC冲压和压缩的模块化可扩展性制造技术

一种固体氧化物电解池SOEC系统，所述系统包含：一或多个冲头，其接收氢气输入并输出湿氢气；热交换器或冷凝器，其接收所述湿氢气，所述热交换器或冷凝器配置成降低所述湿氢气的温度并去除所述湿氢气中的饱和水蒸汽中的至少一些；压缩机，其配置成增加所述湿氢气的压力；以及干燥器，其配置成降低所述湿氢气的露点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
SOEC冲压和压缩的模块化可扩展性
[0001]优先权信息
[0002]本申请要求于2022年3月10日提交的第63/318,730号美国临时专利申请的权益，所述美国临时专利申请以全文引用的方式并入本文中。
[0003]交叉参考申请
[0004]本申请并有2022年1月18日申请的第63/300,617号美国临时申请和2022年3月10日申请的第63/318,695号美国临时申请的标的物，所述美国临时申请的内容以全文引用的方式并入本文中。


[0005]本专利技术的实施例涉及包含固体氧化物电解池(SOEC)的电解器系统及其操作方法。具体来说，涉及固体氧化物电解池(SOEC)冲压和压缩的模块化可扩展性。

技术介绍

[0006]固体氧化物燃料电池(SOFC)可作为电解器操作，以产生氢气和氧气，称为固体氧化物电解池(SOEC)。在SOFC模式下，氧化物离子从阴极侧(空气)传输到阳极侧(燃料)，且驱动力是电解质上氧气分压的化学梯度。在SOEC模式下，将正电位施加到电池的空气侧，且氧化物离子现在从燃料侧传输到空气侧。由于SOFC与SOEC之间的阴极和阳极是相反的(即，SOFC阴极是SOEC阳极，且SOFC阳极是SOEC阴极)，因此SOFC阴极(SOEC阳极)可称为空气电极，且SOFC阳极(SOEC阴极)可称为燃料电极。在SOEC模式期间，燃料流中的水被还原(H2O+2e
→
O2‑
+H2)以形成H2气和O2‑
离子，O2‑
离子通过固体电解质传输，且然后在空气侧氧化(O2‑
到O2)，产生分子氧。由于利用空气和湿燃料(氢气、重整天然气)操作的SOFC的开路电压为约0.9到1V(取决于水含量)，因此在SOEC模式下，施加到空气侧电极的正电压将电池电压提高到1.1到1.3V的典型工作电压。

技术实现思路

[0007]本专利技术涉及SOEC冲压和压缩的模块化可扩展性，其基本上消除由于相关技术的限制和缺点导致的一或多个问题。
[0008]本专利技术的额外特征和优点将在以下说明中加以陈述，且部分地将从所述说明显而易见，或可通过本专利技术的实践获知。本专利技术的目标和其它优点将通过其书面说明和权利要求书以及附图中特别指出的结构来实现和达到。
[0009]为实现这些和其它优点且根据本专利技术的目的，如具体实施和广泛描述的，SOEC冲压和压缩的模块化可扩展性包含：系统、装置、方法和指令，其接收氢气输入并输出湿氢气；热交换器或冷凝器，其接收湿氢气，所述热交换器或冷凝器配置成降低湿氢气的温度并去除湿氢气中的饱和水蒸汽中的至少一些；压缩机，其配置成增加湿氢气的压力；以及干燥器，其配置成降低湿氢气的露点。
[0010]应理解，前文总体描述以及以下详细描述都是示范性以及说明性的，并且意在提
供对所主张的本专利技术的进一步解释。
附图说明
[0011]所包含用以提供对本专利技术的进一步理解且并入并构成本说明书的一部分的随附图式示出本专利技术的实施例并与本说明一起用来解释本专利技术的原理。
[0012]图1示出根据本专利技术的示例实施例的SOFC/SOEC模块化系统。
[0013]图2示出根据本专利技术的示例实施例的大型现场电解器系统。
[0014]图3示出根据本专利技术的另一示例实施例的大型现场电解器系统。
[0015]图4示出根据本专利技术的示例实施例的压缩机系统。
[0016]图5示出根据本专利技术的示例实施例的SOEC系统。
具体实施方式
[0017]现在将详细参考本专利技术的实施例，其实例在附图中加以示出。应理解，前述一般说明及以下详细说明二者均为实例且并不限制所主张的本专利技术。
[0018]图1示出根据本专利技术的示例实施例的SOFC/SOEC模块化系统10。
[0019]SOFC/SOEC系统10的模块化设计提供灵活的系统安装和操作。模块利用单一设计集使得装机发电容量的扩展、可靠的发电、燃料处理的灵活性以及电力输出电压和频率的灵活性成为可能。模块化设计使得“常开”单元具有极高可用性和可靠性，而且还提供改进的维护和扩展手段。模块化设计还使能够使用可因客户和/或地理区域而变化的可用燃料和所需的电压和频率。
[0020]SOFC/SOEC模块化系统10包含外壳14，所述外壳中安置有发电机模块12中的至少一个(优选多个，发电机模块12也称为“SGM”)、一或多个燃料处理模块16(在SOFC系统中)和一或多个电力调节模块18(即，电力输出，也称为发电机模块或“SPM”)。在这些示例实施例中，电力调节模块18可包含用于将DC转换为AC或将AC转换为DC的机构。例如，系统10可包含任何所需数量的模块，例如2
‑
30个发电机模块、3
‑
12个发电机模块、6
‑
12个模块或其它大型现场配置的发电机模块的。
[0021]图1的实例系统10包含在衬垫20上的任何数量的发电机模块12(一行边到边堆叠的六个模块)、一个燃料处理模块16(在SOFC系统中)和一个电力调节模块18。外壳14可包含机柜以容纳每一模块12、16、18。或者，模块16和18可安置在单一机柜中。尽管显示一行发电机模块12，但系统可包含多于一行的模块12。例如，SOFC/SOEC系统10可包含两行背到背或端到端布置的发电机模块12。
[0022]每一发电机模块12经配置以容纳一或多个热箱13。每一热箱含有一或多个燃料电池/电解池的堆叠或列(为清楚起见未示出)，例如一或多个具有由导电互连板隔开的陶瓷氧化物电解质的固体氧化物燃料电池堆叠或列。也可使用其它燃料电池类型，例如聚合物电解质膜(PEM)、熔融碳酸盐、磷酸等。
[0023]燃料电池堆叠可包含外部和/或内部歧管式堆叠。例如，堆叠对于燃料和空气可为内部歧管式的，其中燃料和空气竖管延伸穿过燃料电池层中和/或燃料电池之间的互连板中的开口。
[0024]燃料电池堆叠对于燃料可为内部歧管式的且对于空气为外部歧管式的，其中仅燃
料入口和排气竖管延伸穿过燃料电池层中和/或燃料电池之间的互连板中的开口。燃料电池可具有交叉流动(其中空气和燃料在每一燃料电池中电解质的相对侧上大致彼此垂直流动)、逆向流平行(其中空气和燃料在每一燃料电池中电解质的相对侧上大致彼此平行但在相反方向上流动)或同向流平行(其中空气和燃料在每一燃料电池中电解质的相对侧上大致彼此平行且在相同方向上流动)配置。
[0025]燃料处理模块16和电力调节模块18可容纳于外壳14的一个机柜中。如图1中的示例实施例中所示，一行六个(或任何数量)发电机模块12提供一个机柜14，这些发电机模块线性地边到边布置在输入/输出模块14的一侧上。所述行模块可经定位例如邻近系统为其提供电力的建筑物(例如，模块的机柜背面面向建筑物墙壁)。
[0026]发电机模块12的线性阵列易于扩展。例如，根据由燃料电池/电解器系统10服务的建筑物或其它设施的电力需求，可提供更多或更少的发电机模块12。发电机模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固体氧化物电解池SOEC系统，所述系统包括：一或多个冲头，其接收氢气输入并输出湿氢气；热交换器或冷凝器，其接收所述湿氢气，所述热交换器或冷凝器配置成降低所述湿氢气的温度并去除所述湿氢气中的饱和水蒸汽中的至少一些；压缩机，其配置成增加所述湿氢气的压力；以及干燥器，其配置成降低所述湿氢气的露点。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述压缩机配置成支持可变数目个冲头。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述压缩机配置成支持可变数目个发电机模块。4.根据权利要求1所述的系统，其中存在用于多个冲头的一个压缩机。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述一或多个冲头从歧管或从再循环回路接收氢气输入。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述一或多个冲头、热交换器或冷凝器、压缩机和干燥器中的每一个位于反馈回路上。7.根据权利要求1所述的系统，其中在所述压缩机完全运行之前且在所述一或多个冲头完全运行的同时，通过打开第一转变阀来排放所述热交换器或冷凝器的输出。8.根据权利要求1所述的系统，其中当所述压缩机开始运行时，通过打开第二转变阀并关闭第一转变阀将所述热交换器或冷凝器的输出供应到抽吸式液气分离器。9.根据权利要求8所述的系统，其中所述抽吸式液气分离器配置成经由冷凝水排放管线收集和丢弃冷凝水。10.根据权利要求1所述的系统，其中气体分析器监测并控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：博隆能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：