【技术实现步骤摘要】
本专利技术的实施例大体上针对包括固体氧化物电解池(soec)的电解系统，且更确切地说，针对蒸汽再循环和阴极排气冷却的使用，以及操作其的方法。
技术介绍
1、电化学装置，如燃料电池，可将存储于燃料中的能量以高效率转化成电能。在燃料电池系统(如固体氧化物燃料电池(sofc)系统)中，使氧化流通过燃料电池的阴极侧，同时使燃料管道流通过燃料电池的阳极侧。氧化流典型地是空气，而燃料流可以是烃燃料，如甲烷、天然气、液化石油气(lpg)/丙烷、乙醇或甲醇。燃料电池能够实现带负电荷的氧离子从阴极流料流到阳极流料流的传输，其中离子与烃分子中的游离氢或氢组合以形成水蒸气和/或与一氧化碳组合以形成二氧化碳。来自带负电荷的离子的过量电子通过在阳极与阴极之间完成的电路被引导回燃料电池的阴极侧，从而导致电流流过电路。燃料电池系统可以包括多个热箱，其中的每一者可产生电力。热箱可以包括将氧化燃料提供到一或多个燃料堆叠的燃料管道料流，其中燃料在电力产生期间经氧化。
2、sofc可以作为电解器操作以便产生氢气和氧气，称为固体氧化物电解池(soec)。在sofc模式中，氧离子从阴极侧(空气)输送到阳极侧(燃料)，并且驱动力是跨越电解质的氧气的分压的化学梯度。在soec模式中，正电势施加到电池的空气侧，并且氧离子此刻从蒸汽侧传输到空气侧。因为阴极和阳极在sofc与soec之间是相反的(即，sofc阴极是soec阳极，并且sofc阳极是soec阴极)，所以进一步地说，sofc阴极(soec阳极)可以被称作空气电极，并且sofc阳极(soec阴极)可以被称作蒸
3、在soec模式期间，使燃料料流中的水还原(h2o+2e→o2-+h2)以形成h2气体和o2-离子，将o2-离子输送通过固体电解质，并且接着在空气侧上氧化(o2-到o2)以产生分子氧。由于以空气和湿燃料(氢气、重整天然气)操作的sofc的开路电压是约0.9到1v(取决于含水量)，因此在soec模式中施加于空气侧电极的正电压使电池电压升高到1.1到1.45v的典型操作电压。
技术实现思路
1、因此，本专利技术的实施例针对包括蒸汽再循环和阴极排气冷却的电化学电池系统，其基本上避免归因于相关技术的限制和缺点的一或多个问题。
2、本专利技术的一目标是改进(即，减少)电解池系统(如固体氧化物电解池(soec)系统)的电力消耗。
3、本专利技术的另一目标是改进电解池系统(如固体氧化物电解池(soec)系统)的水利用。
4、本专利技术的另一目标是提供蒸汽/氢气(h2)再循环。
5、本专利技术的另一目标是提供阴极排气冷却。
6、以下描述将阐明本专利技术的其它特征和优点，并且这些特征和优点的一部分将在描述中显而易见，或者可通过实践本专利技术而习得。本专利技术的目标和其它优点将通过在书面描述和其权利要求书以及附图中特别指出的结构来实现和获得。
7、为了实现这些和其它优点且根据本专利技术的目的，如所体现且广泛地描述，包括蒸汽再循环和阴极排气冷却器的电化学电池系统包括固体氧化物电解池(soec)系统，其包含：电解池的堆叠，所述电解池的堆叠经配置以接收蒸汽且产生氢气和蒸汽排气料流；以及蒸汽再循环鼓风机，所述蒸汽再循环鼓风机经配置以将氢气和蒸汽排气料流的一部分再循环回到堆叠。
8、在另一方面，包括蒸汽再循环和阴极排气冷却器的电化学电池系统包括操作固体氧化物电解池(soec)系统的方法，其包含：在电解池的堆叠处接收蒸汽；在堆叠处产生氢气和蒸汽排气料流；以及在蒸汽再循环鼓风机处将氢气和蒸汽排气料流的一部分再循环回到堆叠。
9、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。
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1.一种固体氧化物电解池SOEC系统，其包含：
2.根据权利要求1所述的SOEC系统，其进一步包含阴极排气冷却器热交换器，其中所述氢气和蒸汽排气料流通过提供到所述堆叠的空气管道料流冷却。
3.根据权利要求1所述的SOEC系统，其进一步包含位于再循环鼓风机上游的阴极排气冷却器热交换器。
4.根据权利要求1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汽排气料流的一部分供应到所述蒸汽再循环鼓风机。
5.根据权利要求4所述的SOEC系统，其中阴极排气冷却器热交换器位于所述分离器的上游。
6.根据权利要求4所述的SOEC系统，其中阴极排气冷却器热交换器位于所述分离器的下游。
7.根据权利要求1所述的SOEC系统，其中所述电解池的堆叠经配置以接收蒸汽和氢气。
8.根据权利要求7所述的SOEC系统，其中所述电解池的堆叠经配置以在所述SOEC系统在稳定状态下操作时停止接收氢气。
9.根据权利要求7所述的SOEC系统，其中所述电解池的堆叠经配置以在所述SOEC系统处于启动、关闭时或在
10.根据权利要求1所述的SOEC系统，其中所述氢气和蒸汽排气的经再循环部分包括蒸汽并且不包括氢气。
11.一种操作固体氧化物电解池SOEC系统的方法，其包含：
12.根据权利要求11所述的方法，其进一步包含通过阴极排气冷却器热交换器使用提供到所述堆叠的空气管道料流冷却所述氢气和蒸汽排气料流。
13.根据权利要求11所述的方法，其中阴极排气冷却器热交换器位于再循环鼓风机上游。
14.根据权利要求11所述的方法，其中分离器将所述氢气和蒸汽排气料流的一部分供应到所述蒸汽再循环鼓风机。
15.根据权利要求14所述的方法，其中阴极排气冷却器热交换器位于所述分离器的上游。
16.根据权利要求14所述的方法，其中阴极排气冷却器热交换器位于所述分离器的下游。
17.根据权利要求11所述的方法，其中所述电解池的堆叠经配置以接收蒸汽和氢气。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述电解池的堆叠经配置以在所述SOEC系统在稳定状态下操作时停止接收氢气。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述电解池的堆叠经配置以在所述SOEC系统处于启动、关闭时或在所述SOEC系统不产生氢气时接收。
20.根据权利要求11所述的方法，其中所述氢气和蒸汽排气的经再循环部分包括蒸汽并且不包括氢气。
...【技术特征摘要】
1.一种固体氧化物电解池soec系统，其包含：
2.根据权利要求1所述的soec系统，其进一步包含阴极排气冷却器热交换器，其中所述氢气和蒸汽排气料流通过提供到所述堆叠的空气管道料流冷却。
3.根据权利要求1所述的soec系统，其进一步包含位于再循环鼓风机上游的阴极排气冷却器热交换器。
4.根据权利要求1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汽排气料流的一部分供应到所述蒸汽再循环鼓风机。
5.根据权利要求4所述的soec系统，其中阴极排气冷却器热交换器位于所述分离器的上游。
6.根据权利要求4所述的soec系统，其中阴极排气冷却器热交换器位于所述分离器的下游。
7.根据权利要求1所述的soec系统，其中所述电解池的堆叠经配置以接收蒸汽和氢气。
8.根据权利要求7所述的soec系统，其中所述电解池的堆叠经配置以在所述soec系统在稳定状态下操作时停止接收氢气。
9.根据权利要求7所述的soec系统，其中所述电解池的堆叠经配置以在所述soec系统处于启动、关闭时或在所述soec系统不产生氢气时接收。
10.根据权利要求1所述的soec系统，其中所述氢气和蒸汽排气的经再循环部分包...
【专利技术属性】
技术研发人员：戴维·魏因格特纳，马丁·派瑞，安迪·塔，S·文卡塔拉曼，
申请(专利权)人：博隆能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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