利用燃料电池发电的设备制造技术

本发明专利技术涉及一种利用燃料电池发电的设备，包括用于产生燃料气体和助燃气体的装置（1），以及至少一个用于将或者燃料气体或者助燃气体打包的调节单元（2、3、4、5、6、7、9、10）。打包单元包括至少一个用于在气体受压存储之前进行干燥的装置（3）、至少一个用于受压存储气体的装置（5），以及至少一个用于在从存储中取出同样的气体后加湿气体的装置。根据本发明专利技术，干燥装置（3）以这样的方式配置：在燃料电池操作模式下，所述装置在至少等于60°C的温度下进行操作，并且通过至少部分地存储从在气体产生/存储模式下穿过它的气体中提取的水分，来至少部分地提供在燃料电池操作模式下穿过它的气体的加湿。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及利用燃料电池发电的设备。
技术介绍
更具体地，本专利技术涉及利用燃料电池发电的“闭环”或“集成系统”设备，也就是说，涉及其中用于产生供应至燃料电池的气体的装置、用于调整并存储这些气体的装置，以及燃料电池自身结合在单个设备中的设备。这种类型的集成系统在US2004126641中和W003041204中进行了描述。更具体地(但并不是排它地)关于在汽车制造业中的应用来描述本专利技术，此处该技术被广泛地研究并且显然是有前景的。本专利技术还被有利地用于海洋或航空领域。这些应用可以是汽车，此处利用燃料电池发电的设备是车载的，或者是固定的，此处利用燃料电池发电的设备为位于车辆之外的装置并且旨在为在车站的车辆提供能量。该应用还可在用于能量存储的静态领域中使用。在汽车应用的情况下，利用燃料电池发电的设备一般与另一种能源相结合，该能源可以是自然界的电，这样的源包括(但不限于)光伏板。因此，利用燃料电池发电的这种类型的设备能够用于产生并存储能量，并且按照在主能源不可用或者不足处的需求来供应电倉泛。众所周知，燃料电池能够用于通过使用例如气态氢的燃料气体和例如气态氧或空气的氧化剂气体的电化学氧化还原作用来直接产生电能，而不经过任何中间的机械能量转换。当燃料气体和氧化剂气体分别为气态氢和气态氧时，燃料电池被称为“氢-氧燃料电池”，或者当燃料气体和氧化剂气体分别为气态氢和空气时，被称为“氢-空气燃料电池”。燃料电池一般包括单一元件的一系列结合，每个单一元件本质上由通过电解质隔离的阳极和阴极组成。在汽车产业的应用中使用的传统电解质为固体电解质，本质上由聚合物膜组成，该聚合物膜允许离子从阳极穿过至阴极。这种类型的特定膜的实例为由DuPont销售的商标名为“Nafion”的膜。由于氢质子穿过它们，因此这些膜必须具有高离子传导率，并且它们必须是电绝缘的，以确保电子运行经过电池外部的电路。众所周知，不仅上面提到的类型的膜，而且还对于其他在燃料电池中的用作固体电解质的膜，膜的传导率是它们的含水量的函数。因此，供应至电池的气体必须具有足够的水分含量。因而必须将具有足够但不过多的水分含量的燃料气体和氧化剂气体供应给燃料电池。出于该目的，通过多步骤流程可以产生供应至燃料电池的燃料气体和氧化剂气体，下面描述氢-氧燃料电池的情况。在氢-氧燃料电池的情况下，第一步骤为利用通过电解产生气体的装置(被称为电解器)产生气态氢和气态 氧，如在W02010/024594中所描述的，在燃料电池的出口处水是可回收的。在这种情况下，流出电解器的气态氢和气态氧是水蒸气饱和的。在第一步骤的最后，分别调整氢气和氧气，并且下面描述的步骤是针对给定气体进行描述的。第二步骤包括在每种气体的加压存储之前的每种气体的脱水，也就是说气体的干燥或者至少是包含在其中的水分的部分提取。气体的脱水是必须的，因为水冷凝降低了任何可用于在存储之前压缩气体的压缩机的使用寿命，以及气体存储罐的寿命。通常或者通过冷却并冷凝气体，或者通过使气体穿过脱水装置来干燥气体。通过冷却并冷凝气体来进行的干燥需要能量的输入。通过使气体穿过脱水装置进行的干燥通常利用包括处于固态的干燥剂材料的脱水装置来执行。具体而言，脱水装置可以是脱水塔，一般塞满了例如硅胶颗粒的干燥剂颗粒，如在W02007050447中所提到的。通过使气体穿过脱水塔进行的干燥需要干燥剂颗粒的维护。这是因为在一定数目的待干燥的气体的穿过后，干燥剂颗粒变得水分饱和，因此对于它们的脱水作用失效。因此，或者周期性地更新干燥剂颗粒(需要定期的维护操作)，或者再生干燥剂颗粒，也就是说，通过清除由电解器产生的气体并且穿过脱水塔来自动地进行干燥(导致了由电解器产生的气体的大约10%的体积损耗)。第三步骤包括利用压缩机来压缩从脱水装置中流出的干燥气体，并且将压缩的干燥气体存储在加压存储罐中。通常，在脱水之后气态氢的存储压力在200巴到350巴之间，而在脱水之后气态氧的存储压力大约为130巴。对于氢存储，替代的解决方案为在低压下以金属氢化物的形式存储，也就是为在5巴到15巴之间的压力。该存储压力实质上等于从脱水装置中流出的气态氢的压力，使得无须使用压缩机。以细粉的形式的可能为例如镍和镧的化合物的金属氢化物，具有当经受一定程度的压力时吸收气态氢，伴随着少量放热的性质。为了随后释放氢，必须通过使用例如燃料电池的热损耗来供应热。当释放时，氢再次为纯气态氢的形式。第四步骤为将压缩的干燥气体从存储中取出，并且利用减压器使其膨胀，如果必要的话将减压器连接至安全阀。在将氢从存储(此处氢以金属氢化物的形式存储)中取出的具体情况下，该步骤包括释放由如上所述的气态形式的金属氢化物吸收的氢。第五步骤包括加湿 膨胀的干燥气体，以便向燃料电池供应潮湿的氢燃料气体和以潮湿的氧形式的氧化剂气体。这是由于潮湿的气体对燃料电池的操作是必不可少的，尤其是为了避免降低它的使用寿命。存在着许多加湿的方法，其可能是复杂、费力且昂贵的。可能被提到的方法包括(尤其并不排它)在氢回路上的再循环那些方法(如在US2003031906中所描述的)、与Nafion微型管的热交换器的使用、焓轮的使用，以及水雾喷射。第六步和最终步骤为向电池供应从气态氧和氢各自的加湿装置获得的潮湿的气态氧和氢。在氢-空气燃料电池的情况下，仅有气态氢经历如上所述的六个流程步骤。例如，对于通过水的电解来产生气态氢的第一步骤，同时产生但不供应给燃料电池的气态氧能够放电到大气。对于一般从空气压缩机获得的氧化剂气体(即空气)，其可以在氧化剂气体进入燃料电池之前，利用湿度交换机通过从燃料电池流出的潮湿的空气进行加湿。本专利技术旨在克服上述脱水装置的缺点，尤其是对于脱水装置的定期维护和/或非最佳再生，并且也对于脱水装置的复杂性和成本。
技术实现思路
本专利技术的目的为提出一种利用燃料电池发电的设备，其提供对脱水装置的自动并有效的维护并且其使用简化的脱水装置。该目的通过利用燃料电池发电的设备来实现，该设备包括:一产生燃料气体的装置和产生氧化剂气体的装置，燃料气体和氧化剂气体旨在分别供应至燃料电池，它们在其中彼此产生化学反应来产生电能；一至少一个用于燃料气体和氧化剂气体其中一种的调节单元，包括至少一个旨在气体受压存储之前至少提取包含在穿过该单元的气体中的一些水分的脱水装置；至少两个阀门，一个在脱水装置的上游而一个在脱水装置的下游；至少一个用于存储受压气体的装置，以及至少一个用于在气体已经从存储中去除并经减压后加湿气体的装置；一阀门，在第一状态的所述阀门通过将气体产生装置、脱水装置，以及用于存储受压气体的装置串联连接在一起，而使发电设备能够配置在气体产生和存储操作模式；一阀门，在第二状态的所述阀门通过允许燃料气体和氧化剂气体的其中一种的通道穿过脱水装置以供应至燃料电池，而使发电设备能够配置在燃料电池操作模式；以及脱水装置，所述脱水装置以这样的方式配置:在燃料电池操作模式下，脱水装置在至少60° C的温度进行操作，并且通过至少部分地存储从在气体产生和存储模式下穿过脱水装置的气体中提取的水分以在燃料电池操作模式下至少部分地加湿穿过脱水装置的气体。一种利用燃料电池发电的设备包括，在第一位置内的产生燃料气体的装置和产生氧化剂气体的装置。在氢-氧电池的情况下，这些产生装置通常本文档来自技高网...

【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：D·奥尔斯莫尔，
申请(专利权)人：米其林集团总公司，米其林研究和技术股份有限公司，
类型：
国别省市：