一种诸如燃料电池组或电解器等的电化学反应器，包括：一组(22)电化学电池(25)，所述一组(22)电化学电池(25)中的每个都包括：具有与电解质电接触的一个材面的至少一个电极板(108-1)；至少一个歧管(24)，所述至少一个歧管(24)连接到交换管路中的电池中的每个的所述材面，以用于使气体与电池组的外部进行交换；传感器(11)，所述传感器(11)对管路中的所述气体的成分敏感；以及响应于所述传感器的测量而监控或控制该反应器的操作情况的至少一个构件。该组(22)电池和歧管(24)形成一体式反应器主体(15)，该一体式反应器主体(15)包括集成到与所述歧管连通的该主体中的至少一个室(20)。该气体成分传感器(11)安装在所述一体式主体中并且包括直接暴露于在所述室(20)中的所述气体成分的现场浓度的敏感单元(30)。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及诸如燃料电池组或电解器等电化学反应器。更具体地，本专利技术涉及出于监控这种设备的状况及其操作控制的目的而进行测量的装置。
技术介绍
电化学反应器是当前力求限制环境污染的背景下(特别是在交通领域中)的诸多研究的主题。使用空气或纯氧气作为氧化剂的电解氢气燃料发生器无疑是当前研究最多的系统中的一种。水浸渍聚合物膜形式的固态电解质的使用已经能够实现相当大的进步。特别是用于以化学能形式存储电能的电解器也有相当大的发展。当前的结构使得可以设想以良好效率并且在极其安全情况下操作燃料电池组和电解器。然而，从经济的角度考虑，仍需进行改进，因为某些必需的材料(例如催化剂)的成本高并且为实现最佳操作情况同时随着时间的推移保持这些最佳操作情况存在困难。这些困难之一在于这一事实由于不进行除了在任何情况下均精确地执行的气体温度和压力测量以外的可以证明是必须的或有用的全部测量，所以当前系统不允许对反应器的内部操作情况进行全面的了解。因此，对于燃料电池组而言，通常需要事先确保用于供给燃料电池组的氢气的高质量(特别是就纯度而言)。尽管采取了这些预防措施，然而对于由电池组实际使用的氢气的纯度而言，仍需要在“盲目”的状况下操作电池组。此外，燃料电池组当前仍然主要是试验阶段的装置。许多研究仍在进行中，它们可以受益于一种(如果可以，实时地且在不干扰所研究系统的操作的情况下)更好地确定和理解反应器及其各种部件的操作的装置。在大多数工业电解厂或实验室中，气体分析器继续用于在电化学反应器操作期间传送与电化学反应器中存在的气体的成分有关的信息。实际上，这些分析器通过间歇地或连续地获得由电解器产生的或由燃料电池组消耗的气体样本而操作。所获得的样本被送到传送关于由电解器产生的一种或多种气体的浓度的期望信息的分析器。由此从反应器获得的样本而后被丢弃，这表明效率的损失。近年来，已经提出了使用(特别是出于监控的目的)用于测量燃料电池组环境气体中的气体(特别是氢气)的浓度的传感器的建议，所述传感器是以使用具有电阻加热元件的敏感单元而测量热导率为基础的，电阻加热元件的加热或耗散冷却依赖于周围空气的热导率并且因此通常依赖于其成分。由于氢气与其可能混合的主要常见气体相比具有非常高的热导率，所以相对紧凑并且操作简单的这些传感器特别适于测量气体的氢气含量。因此，公开号为US2005/0228596的专利申请也描述了通过测量所考虑的气体介质(可以包含除了氢气之外的来自空气的各种杂质或可能具有相对高的水分含量)的传导率，而应用对用于机动车辆的燃料电池系统的环境中的氢气浓度敏感的传感器。以上文献描述了适于进行无误差(误差可能由所监控的气体混合物中的水分或其它杂质的存在所导致)的测量的技术，尽管在某种情况下影响基于氢气的混合物的传导率的各种参数之间的关系是非线性的。在所采取的测量中，该文献具体描述了一种装置的使用，该装置例如通过提供蜿蜒路径或形成待监控气体与敏感单元之间连通的挡板，或通过以保护涂层(例如基于二氧化硅的涂层)覆盖敏感元件，防止气体传感器的敏感元件受潮。在燃料电池系统中的不同敏感点并且甚至另外在装配这种燃料电池的车辆中，优选地执行所述测量。当测量值表示存在安全性危险时触发警报，则可以中断对燃料电池的氢气供给。然而，所描述的系统不包括适于有效地监控或控制燃料电池的操作情况的布置。公开号为JP2008191019的日本专利申请解释了怎样可以通过将传感器远离其中待监控气体流动的管线设置、沿着该管线与敏感元件之间的连通路径而设置若干外壳以阻止易于导致测量值错误并且损坏传感器的杂质(特别是水蒸汽)的传输，从而根据传导率测量值来操作气体浓度传感器。传感器安装在燃料电池组的氢气排放管线上(未示出)。 提出了用于防止所排放的氢气中必然包含的水蒸汽与传感器的敏感元件接触的布置，特别是通过使用由四氟乙烯制造的防水过滤器以及通过机动化蜗杆(该机动化蜗杆使设置传感器的室与待监控气体流入的管线隔离成为可能)控制的截止阀。该布置通过限制水分对测量结果的影响，无疑地允许获得关于在排放管路中的氢气混合物的含量的某些信息。然而，所描述的布置看起来不适于精确并且快速地监控或控制这种燃料电池的操作情况。更近地，所公开的专利申请US2009/00611261例如描述了用于检测在管线中流动的气体的物理参数的装置的使用，其中通过由防止沉积物或液态水膜形成在检测元件上的纤维状材料制成的过滤器，将设置在室中的检测元件与所述管线内部隔离。过滤器与对室壁的处理防止在管线中流动的气体中的液态水或水蒸汽的存在导致来自在所述室中的该元件的指示(indication)出现错误。在考虑的一个示例中，检测元件包括电阻加热元件， 该电阻加热元件的加热温度可以根据在其环境中的气体的浓度而改变。当氢气浓度较高时或在水蒸汽存在的情况下，检测装置可以用于检测待监控气体的氢气浓度。在一个示例中，文献描述了用于将动力能量传送到车辆的燃料电池系统，该系统包括一方面供以氢气并且另一方面供以富氧气体(例如空气)的一组电化学电池。在电池组的出口处，氢气管路 (circuit)包括用于排放未在电池组中消耗的氢气的管线(line)。泵用于将在所述排放管线中回收的氢气流再循环到电池组的氢气入口。该流增加到来自加压罐的新鲜氢气流并且其组合被注入到电池组的入口。氢气排放管线也经由排气阀选择性地连接到系统外部，该排气阀通过开-关动作使排放在电池组出口处回收的一些氢气成为可能。根据文献，如以上描述的这种氢气浓度监测装置优选地设置在电池组外部的氢气排放管线中，以便根据所检测的浓度来控制阀，从而调节来自氢气罐以及排气阀的气体供给的压力。根据文献，检测装置也可以设置在再循环泵的下游或者甚至压力调节阀的下游。然而，根据该文献，优选所提及的第一布置，即再循环泵的上游，因为浓度测量值在该点不易出现误差。也以在氢气或氧气管路中的一个或多个气体浓度检测装置的各种布置描述了其它燃料电池系统的结构。在以上示例中所描述的燃料电池系统具有如下益处在不需要将样本从电池组管路中的气体混合物拿出以便将样本发送到系统外部以对它们进行分析的情况下，提供关于燃料电池组的运行情况或操作的信息。该信息可以用于作用于控制构件，从而控制其操作， 诸如在电池组入口以及排气阀开口处的新鲜氢气的进气压力，以便修改该运行情况或操作特性。因此，提供了控制系统的操作性能的装置。可能希望据此推断出根据其使之成为可能的(关于内部氢气浓度的)实时信息控制电池组本身，以便永久地将电池组的操作最优化。然而，实践表明不是这种情况，因为可以利用前述布置获得的信息具有仍然非常近似的属性。申请人实际上已经发现，为了以该方式将电化学反应器的控制最优化，必须以不在以上提出的系统能力范围内的灵敏度、精确性与响应时间情况来测量必要的特性参数。实际上，将期望能够更充分地使用由氢气传感器传送的信息，以便将电化学反应器的运行与监控最优化。因此，仍需要进行改进，以便通过测量值来提高对诸如燃料电池组和电解器等电化学反应器的操作的理解，所述测量值能够简单地、频繁地、快速地并且准确地通知操作者关于电化学反应器系统操作的关键因素的信息，使他能够有效地并且优选自动地行动，以便保持这些系统的产量、效率、安全性和寿命。
技术实现思路
为了满足这些要求本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：G·帕加内利，
申请(专利权)人：米其林技术公司，米其林研究和技术股份公司，
类型：发明
国别省市：
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