内部蒸气输送系统技术方案

本发明专利技术涉及固态氧化物电解池(SOEC)系统，其包含电解池的堆叠，其被配置为接收使用一或多个加热器加热的液态水；和质量流量控制器，其被配置为控制到所述一或多个加热器的所述液态水流率。液态水流率。液态水流率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】内部蒸气输送系统


[0001]本专利技术的实施例大体上涉及固态氧化物电解槽(SOEC)机械系统及其内部蒸气输送。

技术介绍

[0002]电化学装置(如燃料电池)可将储存在燃料中的能量以高效率转化成电能。在燃料电池系统(如固态氧化物燃料电池(SOFC)系统)中，氧化流通过燃料电池的阴极侧，而燃料管道流通过燃料电池的阳极侧。氧化流通常为空气，而燃料流可为烃燃料，诸如甲烷、天然气、液化石油气(LPG)/丙烷、乙醇或甲醇。燃料电池使能将来自阴极流物流的带负电氧离子运输到阳极流物流，其中所述离子与游离氢或烃分子中的氢组合以形成水蒸汽及/或与一氧化碳组合以形成二氧化碳。来自带负电离子的过量电子通过在阳极与阴极之间完成的电路路由回到燃料电池的阴极侧，从而导致通过电路的电流流。燃料电池系统可包含多个热箱，其每一者可产生电。热箱可包含燃料管道物流，其对一或多个燃料堆叠提供氧化燃料，其中所述燃料在电产生期间被氧化。
[0003]为产生氢气及氧气，SOFC可作为电解槽操作，称作固态氧化物电解槽电池(SOEC)。SOEC位于热箱中。在SOFC模式中，氧化物离子从阴极侧(空气)运输到阳极侧(燃料)并且驱动力是跨电解质的氧气分压的化学梯度。在SOEC模式中，将正电势施加到电池的空气侧并且现在将氧化物离子从蒸气侧运输到空气侧。因为阴极和阳极在SOFC与SOEC之间可逆(即，SOFC阴极为SOEC阳极，并且SOFC阳极为SOEC阴极)，所以可将SOFC阴极(SOEC阳极)称作空气电极，并且可将SOFC阳极(SOEC阴极)称作蒸气电极。/>[0004]在SOEC模式期间，燃料物流中的水被还原(H2O+2e
→
O2‑
+H2)，形成H2气和O2‑
离子，O2‑
离子通过固态电解质运输，并且然后在空气侧氧化(O2‑
到O2)以产生分子氧。因为利用空气及湿燃料(氢气、重整天然气)操作的SOFC的开路电压在0.9到1V的数量级(取决于含水量)，所以施加到SOEC模式的空气侧电极的正电压将电池电压升高到1.1到1.45V的典型操作电压。

技术实现思路

[0005]本专利技术的实施例是针对各种蒸气使用和安全系统，其实质上排除由于相关领域的限制和缺点所致的一或多个问题。
[0006]本专利技术的实施例涉及内部蒸气输送系统，其包括包含控制到循环加热器的液态水流率的质量流量控制器的系统，其中在蒸气转化之前利用液态水进行量测和控制。
[0007]本专利技术的另外特征和优点将在跟随描述中阐述，并且部分将自所述描述显然，或可通过实践本专利技术学习到。本专利技术的目标和其他优点将通过在书面描述及其权利要求以及附图中特别指出的结构来实现和达成。
[0008]应理解，上述一般描述和下列具体实施方式二者均为示例性和解释性并且意欲提供如所主张的本专利技术的进一步解释。
附图说明
[0009]包含以提供对本专利技术的进一步理解并且并入和构成本说明书的一部分的附图说明本专利技术的实施例并且连同描述用于解释本专利技术的原理。
[0010]图1为根据本专利技术的示例性实施例的SOEC系统工艺流程图。
[0011]图2为根据本专利技术的另一示例性实施例的SOEC系统工艺流程图。
[0012]图3为根据本专利技术的另一示例性实施例的SOEC系统工艺流程图。
[0013]图4为根据本专利技术的另一示例性实施例的SOEC系统工艺流程图。
[0014]图5说明根据本专利技术的示例性实施例的循环加热器。
具体实施方式
[0015]将参考附图详细描述各种实施例。只要有可能，全部图式中将使用相同参考数字以指相同或类似部分。对特定实例及实施方案作出的参考是出于说明目的，并且不意欲限制本专利技术的实施例或权利要求的范围。
[0016]本文中可将值和范围表示为从“约”一个特定值，和/或到“约”另一个特定值。当表示此范围时，实例包含从一个特定值和/或到另一特定值。相似地，当将值表示为近似值时，通过使用先行词“约”或“实质上”，应理解，特定值形成另一方面。在一些实施例中，“约X”的值可包含+/
‑
1％X或+/
‑
5％X的值。应进一步理解，各范围的端点对另一端点来说是有意义的，并且独立于另一端点。所述值和范围提供实例，但是本专利技术的实施例不受如此限制。
[0017]对本领域技术人员将显然，可在不背离本专利技术的精神和范围下对本专利技术作出各种修改和变化。因为并入本专利技术的精神和物质的所公开实施例的修改组合、子组合和变化可对本领域技术人员发生，所以本专利技术应解释为包含随附权利要求和其等效物的范围内的一切。
[0018]在本专利技术实施例的各种实施例中，蒸气可在SOEC系统中再循环。
[0019]图1为根据本专利技术的示例性实施例的SOEC系统100。
[0020]如图1中所说明，SOEC系统100包含空气管道105、鼓风机106、再循环蒸气入口111、热箱150、任选的氢气管道130、富集空气管道125、蒸气和氢气产物出口120、分离器160、蒸气再循环鼓风机170、外部蒸气管道210、输入氢气管道225、去离子水管道205、加热器206和质量流量控制器207。
[0021]根据示例性配置和操作，在外部蒸气管道210处的蒸气输入可具有约100℃与110℃之间(例如，105℃)的温度和约1psig的压力。在各种实施例中，蒸气可从外部来源输入到SOEC系统100中或可本地产生。在一些实施例中，可配置多个蒸气入口以相应接收外部和/或本地蒸气。或者，或另外，水(诸如去离子水管道205)可输入到SOEC系统100中并且通过加热器206加热(例如，蒸发)。
[0022]在空气管道105处的空气输入(例如，环境空气)可为环境温度，可能在约
‑
20℃与+45℃之间，在当地大气压下。在鼓风机106处接收来自空气管道105的空气，并且由于压缩热，通过鼓风机106的空气输出将稍微高于环境温度。例如，通过鼓风机106的空气输出的温度可为在1.0psig下约30℃，如与20℃环境空气温度相比。
[0023]当氢气原本不由SOEC系统100产生时，针对启动和瞬态可仅需要来自任选的氢气管道130的氢气。例如，在稳态下，不再需要单独的氢气进料物流或氢气再循环蒸气。此氢气
物流的压力为在站点构建时决定的设计选项，并且可在约5psig与3000psig之间。温度可能接近环境，因为其可能来自储存。
[0024]在空气管道105处的空气输入及在任选的氢气管道130处的氢气输入为输入到热箱150。继而，热箱150在热箱150的蒸气和氢气产物出口120处输出蒸气和氢气产物H2‑
H2O
‑
G，其中G代表总。热箱输出H2‑
H2O
‑
G可具有约100℃与180℃之间(例如，130℃)的温度，约0.1与0.5psig之间的压力。
[0025]此外，热箱输出H2‑
H2O
‑
G被输入到分离器160本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种固态氧化物电解池(SOEC)系统，其包含：电解池的堆叠，其被配置为接收使用一或多个加热器加热的液态水；和质量流量控制器，其被配置为控制到所述一或多个加热器的所述液态水流率。2.根据权利要求1所述的SOEC，其中所述一或多个加热器包含多个串联连接的加热器。3.根据权利要求1所述的SOEC，其中所述一或多个加热器包含多个并联连接的加热器。4.根据权利要求1所述的SOEC，其中所述一或多个加热器包含循环加热器。5.根据权利要求1所述的SOEC，其中退出所述一或多个加热器的蒸气的质量流量等于进入所述一或多个加热器的液态水的质量流量。6.根据权利要求1所述的SOEC，其中氢气和蒸气排放物流被再循环回到所述堆叠。7.根据权利要求6所述的SOEC系统，其进一步包含分离器，所述分离器将所述氢气和蒸气排放的一部分供应到蒸气再循环鼓风机。8.根据权利要求1所述的SOEC系统，其中所述电解池的堆叠被配置为当...

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