【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于连续地制备多相的流体流的方法、一种用于使用在对应的方法中的旋转的分离器和一种用于实施对应的方法的燃料电池系统。此外公开对应的旋转的分离器在多相的流体流的连续的制备中的应用。在所附的权利要求中定义本专利技术的主题。
技术介绍
1、在车辆技术的领域中使用燃料电池数年以来作为减少对化石原料如石油的依赖性的大有前景的可能性而适用。燃料电池在此构成对于蓄电池、例如锂离子蓄电池的使用最重要的备选方案之一。相对于蓄电池技术，燃料电池技术在此尤其是关于燃料、存储电位和再填充时间的实际操作以及使用现有的线路和存储基础设施的潜在可能性具有特别的优点。
2、在燃料电池中进行在控制的反应条件下氧气与燃料、例如氢气、甲烷或甲醇至水和必要时其他的反应产物的转化，其中，氧化还原反应的反应步骤在空间上分离地进行。燃料电池为此包括阳极和阴极，所述阳极和阴极通过电解质、例如电解质膜彼此分离。
3、反应物在运行中连续输送给燃料电池，其中，所述燃料大多过化学计量地使用。由此用于燃料电池的顺利运行需要用于流体管路的分离的系统。为了确保燃料电池的尽可能有效的运行和确保使用的材料的高的利用，在此尤其是需要，使从燃料电池中排出的流体流、尤其是过化学计量地使用的燃料至少部分地再循环到燃料电池中。然而这在实际中与显著的问题相关联，尤其是因为从燃料电池中排出的流体流通常具有化学转化的反应产物、大多是水，所述反应产物至少部分地以冷凝的形式存在。在排出的运行气体的再循环中大多适用避免：在燃料电池中产生的并且绝大部分冷凝的水也引回燃料电池中，
4、出于这个原因，在用于再循环使用的流体管路系统中或至少在伴随阳极使用的流体管路系统中经常使用水分离器。
5、在现有技术中为此使用被动的水分离器。然而这些系统按照专利技术人的评估可能与显著的缺点相关联。例如这些系统会导致在流体管路系统中的意外的滞止压力或压力下降。尤其是当燃料电池以低负载运行并且从燃料电池堆中排出的流体流因此相对弱时，这样的系统此外具有关于冷凝的水的差的分离度。原则上由现有技术已知的被动的系统的分离功率通常感觉为不足够。
6、本专利技术的专利技术人现在认识到，通过使用旋转的分离器可以解决由现有技术已知的问题，尤其是当该分离器例如通过单独的电动机驱动并且因此不仅以优秀的分离功率将冷凝的副产品从流体流中去除，而且类似按照涡轮的方式通过其旋转也主动地保证在流体管路系统中的足够的流动。
7、但用于多相的流体流的连续的制备对旋转的分离器原则上有利的使用按照专利技术人的认识也会与缺点相关联，所述缺点对于确定的使用、尤其是在燃料电池中的流体管路系统中使用时可以视为不利。即在该本身极其有利的构造中，即，在专利技术人的自身的实验中出现个别意外的不可预测的效果，所述效果导致燃料电池的意外的功率损耗。
8、不受该理论约束，本专利技术的专利技术人假定，燃料电池的这些功率损耗可能是旋转的分离器的特别的有效功率的结果，当旋转的分离器以特别高的转速或分离功率运行时，这些功率损耗尤其是会出现。在该情况下，通过有效的旋转的分离器的水分离可以这样良好地起作用，使得在从旋转的分离器中排出的气相中的水的材料量份额也强烈下降。同时燃料电池的现在非常干燥的载运气体通过旋转的分离器也在低的负载时以足够的压力提供并且循环通过燃料电池。然而对于燃料电池的顺利运行经常需要将用于分离电极的电解质膜保持潮湿，以便能够实现足够的离子传输。不应受该理论约束，本专利技术的专利技术人从如下事实出发，即，旋转的分离器在燃料电池中、尤其是在与阳极连接的流体管路系统中的本身有利的使用相对于常规的分离器提高电解质膜不具有足够的膜片湿度的风险。
技术实现思路
1、本专利技术的任务在于，消除上述问题并且对于旋转的分离器在燃料电池系统中的使用的本身极其有利并且创新的设计给出一种方法，所述方法特别适合用于尤其是在燃料电池的运行中连续地制备多相的流体流，并且由此避免上述缺点以及能够实现燃料电池的有效的运行。
2、通过用于尤其是在燃料电池的运行中连续地制备多相的流体流的要给出的方法应该能够实现，也在使用旋转的分离器时获得被制备的流体流，利用所述流体流可以阻止电解质膜的意外的干燥。
3、本专利技术的专利技术人现在已认识到，为了解决上述任务，必须这样设计用于连续地制备多相的流体流的方法，使得在旋转的分离器的本身有利的使用中，在被制备的气相中的过程材料的材料量份额不以多于50％相对于最初的气相减少。
4、上述任务对应地通过如在权利要求中定义的用于连续地制备多相的流体流的方法或通过如接着公开的旋转的分离器和应用解决。优选的按照本专利技术的设计由从属权利要求和后续的实施方式得出。
5、按照本专利技术的技术方案的这样的接着称为优选的特征在特别优选的实施形式中与其他的称为优选的特征组合。更特别优选的因此是两个或更多接着称为特别优选的实施形式的组合。同样优选的是如下实施形式，在所述实施形式中，以任何的程度称为优选的特征与一个或多个以任何的程度称为优选的其他的特征组合。优选的旋转的分离器和应用的特征由优选的方法的特征得出。
6、本专利技术涉及一种用于连续地制备多相的流体流的方法，尤其是在燃料电池的运行中，具有步骤：
7、a)提供具有气相和液相的多相的流体流，其中，所述气相具有载体材料和过程材料，其中，所述液相具有过程材料，
8、b)将所述多相的流体流引入可连续运行的旋转的分离器中，其中，所述旋转的分离器优选连续或以间隔、特别优选连续地运行，
9、c)借助所述旋转的分离器将所述液相从所述多相的流体流中至少部分地分离，以用于产生具有被制备的气相的被制备的流体流，
10、其中，所述被制备的气相具有载体材料和过程材料，其中，在所述被制备的气相中的过程材料的材料量份额为在所述多相的流体流的气相中的过程材料的材料量份额的50％或更多。
11、按照本专利技术的方法特别适合用于在燃料电池、尤其是聚合物电解质燃料电池、即如下燃料电池的运行中使用，所述燃料电池作为电解质使用聚合物膜。在这里，在燃料电池的阳极侧的流体管路系统中的按照本专利技术的方法的使用是优选的。
12、然而，本专利技术的专利技术人得出如下评估，即，在用于在使用旋转的分离器的情况下连续地制备多相的流体流对于燃料电池的优化中收集的认识原则上也对于其他的应用范围相关，所述应用范围要求在气相中的过程材料浓度的谨慎的控制，因为例如下游的装置和元件需要过程材料的确定的最小量。
13、在按照本专利技术的方法的步骤a)中提供具有气相和液相的多相的流体流。对应的多相的流体流例如可以在燃料电池中形成，在所述燃料电池中通过氧化还原反应形成水，所述水以冷凝的形式与过量的燃料一起从燃料电池中引出。
14、从专利技术人的观点看，虽然原则上可能，多相的流体流在确定的使用中也具有固相、例如颗粒的污染物，然而这对于大多数应用较不优选并且应该尤其是在燃料电池的运行中原则上宁可避免。在每种情况本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.用于连续地制备多相的流体流的方法，尤其是在燃料电池的运行中，所述方法具有步骤：
2.按照权利要求1所述的方法，其中，进行在步骤c)中的分离，使得所述被制备的流体流关于所述被制备的流体流的质量具有0.05％至2％、优选0.1％至1％、特别优选0.2％至0.5％的质量份额的液相。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其中，所述旋转的分离器(10)在所述工作室(16)的内壁上具有60℃或更高、优选70℃或更高、特别优选80℃或更高的温度。
4.按照权利要求1至3之一所述的方法，其中，所述旋转的分离器(10)是流体机械、旋转的过滤器、旋转的通道分离器或盘式分离器，其中，所述旋转的分离器(10)优选是盘式分离器。
5.按照权利要求4所述的方法，其中，所述旋转的分离器(10)是盘式分离器，其中，所述盘(12)具有25μm或更小、优选10μm或更小、特别优选6.3μm或更小的平均表面粗糙度Rz。
6.按照权利要求4或5所述的方法，其中，所述旋转的分离器(10)是盘式分离器，其中，在所述盘(12)之间的距离小于0.6mm，优选小于0.
7.按照权利要求4至6之一所述的方法，其中，所述旋转的分离器(10)是盘式分离器，其中，所述盘(12)中的至少一个、优选全部的盘(12)、特别优选所述盘式分离器的全部的与所述流体流处于接触中的构件由排斥所述过程材料的材料制成或以排斥所述过程材料的材料涂敷，其中，所述过程材料在所述排斥所述过程材料的材料上具有在70°或更大、优选80°或更大、特别优选90°或更大、更特别优选100°或更大的范围中的接触角。
8.按照权利要求1至7之一所述的方法，其中，所述旋转的分离器(10)通过电动机(14)驱动，其中，所述电动机(14)优选安装在相对于所述载体材料和/或所述过程材料防渗透的外壳中，其中，所述旋转的分离器(10)的输送功率和/或分离功率优选能够通过所述电动机(14)的功率控制。
9.用于使用在按照权利要求1至8之一所述的方法中的旋转的分离器(10)，其中，所述旋转的分离器(10)能够连续运行，其中，所述旋转的分离器(10)设计用于，将多相的流体流的具有过程材料的液相与具有载体材料和过程材料的气相至少部分地分离，从而获得的被制备的气相具有载体材料和过程材料并且从而在所述制备的气相中的过程材料的材料量份额为在所述多相的流体流的气相中的过程材料的材料量份额的50％或更多。
10.燃料电池系统，尤其是聚合物电解质燃料电池系统，具有用于燃料电池的至少一个电极、尤其是阳极的流体供应的流体管路系统，其中，在至少一个流体管路中设置按照权利要求9所述的旋转的分离器，以用于连续地制备多相的流体流。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.用于连续地制备多相的流体流的方法，尤其是在燃料电池的运行中，所述方法具有步骤：
2.按照权利要求1所述的方法，其中，进行在步骤c)中的分离，使得所述被制备的流体流关于所述被制备的流体流的质量具有0.05％至2％、优选0.1％至1％、特别优选0.2％至0.5％的质量份额的液相。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其中，所述旋转的分离器(10)在所述工作室(16)的内壁上具有60℃或更高、优选70℃或更高、特别优选80℃或更高的温度。
4.按照权利要求1至3之一所述的方法，其中，所述旋转的分离器(10)是流体机械、旋转的过滤器、旋转的通道分离器或盘式分离器，其中，所述旋转的分离器(10)优选是盘式分离器。
5.按照权利要求4所述的方法，其中，所述旋转的分离器(10)是盘式分离器，其中，所述盘(12)具有25μm或更小、优选10μm或更小、特别优选6.3μm或更小的平均表面粗糙度rz。
6.按照权利要求4或5所述的方法，其中，所述旋转的分离器(10)是盘式分离器，其中，在所述盘(12)之间的距离小于0.6mm，优选小于0.3mm，特别优选小于0.2mm。
7.按照权利要求4至6之一所述的方法，其中，所述旋转的分离器(10)是盘式分离器，其中，所述盘(12)中的至少一个、优选全部的盘(12)、特别优选...
【专利技术属性】
技术研发人员：F·哈塞尔，M·迪克雅各布斯，E·斯蒂特里希，M·勒尔弗，
申请(专利权)人：汉格斯特欧洲股份公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。