CN117795128A - 制氢系统 - Google Patents
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Abstract
一种制氢系统包括多个电池堆组件，每个电池堆组件包括多个单元。电池堆组件串联电连接。电池堆组件各自接收水和电，并且作为电池内电化学反应的结果生成氢。氢旨在在系统外使用，并且可以储存或运输到另一个位置。多个导管将水输送到电池堆组件中并将水、氧和氢从电池堆组件带走。导管各自包括靠近相应的电池堆组件的介电部分，以减少或消除电池堆组件之间的分流电流。介电部分还可以用于将电池堆组件与系统的接地部分(例如支撑框架)电隔离。
Description
背景技术
已知多种制氢过程。这种技术包括向电化学电池供应水和电。由这样的系统产生的氢可以被储存并用于各种目的。尽管这些系统已被证明是有用的，但它们涉及多种挑战。例如，水的导电特性导致堆之间存在电流分流的可能性。此外，水可能携带可能损坏系统部件的腐蚀性电流。在一些这样的系统中存在的另外的问题是一些系统部件(例如用于向系统供电的整流器)具有不期望的高成本。
发明内容
制氢系统的示例性实施例包括串联电连接的多个电池堆组件。每个电池堆组件包括多个电池。多个流体通路中的每一个都包括被配置为与电池堆组件相关联的多个导管。多个导管中的每一个都包括包括介电材料的部分。与电池堆组件分离的氢容器与用于接收由电池堆组件产生的氢的流体通路中的至少一个连接。
在具有前一段的制氢系统的至少一个特征的示例实施例中，多个流体通路包括第一流体通路、第二流体通路和第三流体通路；第一流体通路被配置为将水输送到电池堆组件；第一流体通路的导管是第一流体导管；第一流体导管中的每一个与电池堆组件中的一个相关联；第二流体通路被配置为至少将氧和水输送离开电池堆组件，第二流体通路的导管是第二流体导管；第二流体导管中的每一个与电池堆组件中的一个相关联；第三流体通路被配置为将生成的氢从电池堆组件带走；第三流体通路的导管是第三流体导管；并且第三流体导管中的每一个与电池堆组件中的一个相关联。
在具有前述段落中任一段落的制氢系统的至少一个特征的示例实施例中，包括每个第一流体导管的介电材料的部分包括第一介电材料，包括每个第二流体导管的介电材料的部分包括第二介电材料，并且第一介电材料不同于所述第二介电材料。
在具有前述段落中任一段落的制氢系统的至少一个特征的示例性实施例中，每个第一流体导管连接到电池堆组件中的相关联的一个的第一侧，第一流体导管被配置为承受高达第一阈值压力的压力，每个第二流体导管连接到电池堆组件中的相关联的一个的第二侧，第二流体管道被配置为承受高达第二阈值压力的压力，并且第二阈值压力高于第一阈值压力。
在具有前述段落中任一段落的制氢系统系统的至少一个特征的示例性实施例中，电池的阳极侧与电池堆组件中的相关联的一个的第一侧相关联，电池的阴极侧与电池堆组件中的相关联的一个的第二侧相关联。
在具有前述段落中任一段落的制氢系统系统的至少一个特征的示例实施例中，一些导管的部分的介电材料包括聚四氟乙烯、聚醚醚酮或聚偏二氟乙烯中的至少一种。
具有前述段落中任一段落的制氢系统的至少一个特征的示例实施例包括框架，该框架被配置为支撑电池堆组件的至少一部分，并且包括介电材料的部分被配置为将电池堆组件与支撑框架电隔离。
通过以下详细描述，至少一个公开的示例实施例的各种特征和优点对本领域技术人员来说将变得显而易见。可以如下简要描述伴随详细描述的附图。
附图说明
图1示意性地示出了制氢系统的示例实施例。
具体实施方式
根据本发明的实施例设计的制氢系统可用于生成氢，其可用于与系统本身分离的各种目的。制氢系统的示例性实施例包括多个电池堆组件，每个电池堆组件包括多个电池。电池堆组件串联电连接。电池堆组件各自接收水和电，并且作为电池内的电化学反应的结果产生氢。氢旨在在系统外部使用，并且可以储存或运输到另一个位置。多个导管将水输送到电池堆组件中并将水、氧和氢从电池堆组件带走。导管各自包括靠近相应的电池堆组件的介电部分，以减少或消除电池堆组件之间的分流电流。介电部分还可以用于将电池堆组件与系统的接地部分(例如支撑框架)电隔离。
图1中示意性示出的示例制氢系统20包括多个电池堆组件(CSA)22，每个电池堆组件22都包括多个电池。在一个示例性实施例中，电池各自包括在电解质的相对侧上的阳极和阴极。电池的阳极与相应的CSA22的一侧相关联，阴极与相应的CSA22的另一侧相关联。在一些实施例中，电解质包含在固体聚合物电解质膜中。
当水和电被供应到CSA22时，作为电化学反应的结果，电池生成氢。系统20包括多个流体通路，其包括被配置为将水输送到CSA 22的第一流体通路24。第一流体通路24包括多个第一流体导管26，每个第一流体导管26与CSA 22中的一个相关联。
系统20包括被配置为将至少水从电池堆组件22带走的第二流体通路30。在该示例性实施例中，第二流体通路30还将氧从CSA 22带走。第二流体通路包括多个第二流体导管32，每个第二流体管道32与CSA 22中的一个相关联。
系统20包括被配置为将CSA 22产生的至少氢从CSA 22带走的第三流体通路40。在该示例性实施例中，第三流体通路40还将水从CSA 22带走。第三流体通路40包括多个第三流体导管42，每个第三流体导管42与CSA22中的一个相关联。
流经第三流体通路40的生成的氢(通常与水混合)至少暂时存储在氢容器44中。在一些实施例中，氢容器44用于储存氢或将其运输到另一位置，使得氢可用于除操作电池堆组件22之外的目的。换言之，由系统20生成的氢从系统20中去除，并用于与系统20分离或不同的用途。
电池堆组件22通过具有输入52(-)和54(+)的导电组件或电路50串联电连接，输入52(-)和54(+)被配置为与作为电源相关联的整流器耦合。一些实施例包括用于选定数量的CSA22的中心接地端子(例如虚线56所示的)以降低对地电位的电压。
与并联电连接的电池堆组件的布置相比，串联连接提供了改进的成本和性能特性。例如，与并联连接布置所需的整流器相比，与电池堆组件22的电源相关联的整流器(未示出)在串联连接的情况下可以便宜得多。
导管26、32和42各自包括部分60，该部分60包括介电材料。部分60位于相应的电池堆组件22附近。介电部分60将CSA 22彼此电隔离。介电部分60的长度足以避免分流电流，否则与导管26、32和42所携带的水的电导率相关联。介电部分60还最小化或消除与水相关联的任何腐蚀电流的任何腐蚀作用。
部分60包括由介电材料制成的管。在一些实施例中，流体通路的其他部分由金属材料(例如铜)制成。在一些实施例中，流体通路中的至少一个完全由介电材料制成。
系统20包括框架66，框架66被配置为支撑或容纳包括CSA22的系统20的部件。在该实施例中，框架66接地，并且介电部分60将CSA 22与框架66以及流体通路可以接触的系统20的任何其它接地部件电隔离。
电池堆组件22的阴极侧通常保持在比阳极侧更高的压力下。CSA 22的不同侧上的介电部分60可以由不同的材料制成，以适应或承受不同的压力。例如，在CSA22的阳极侧上的第一导管26和第三导管42的介电部分60包括第一介电材料，其被配置为承受高达第一阈值压力的压力。在CSA22的阴极侧上的第二导管42的介电部分60包括第二介电材料，其被配置为承受高达高于第一阈值压力的第二阈值压力的压力。换而言之，在阴极侧使用更强或更耐用的材料。使用不同的材料来适应不同的压力允许在可能的情况下选择较便宜的材料，这有助于由至少一些实施例呈现的成本节省。
在一些实施例中，导管的介电部分60包括聚四氟乙烯(PTFE)。不同等级的PTFE可以分别用于阳极侧和阴极侧。可选地，阴极侧上的介电部分60可以包括能够承受比PTFE所受压力更高压力的另一种材料。在一些实施例中，至少一些介电部分包括聚醚醚酮(PEEK)或聚偏二氟乙烯(PVDF)。
以上描述本质上是说明性的，而不是限制性的。对所公开的实施例的变化和修改对于本领域的技术人员来说可能是显而易见的，这些变化和修改不一定偏离本发明的本质。
Claims (9)
1.一种制氢系统，包括：
串联电连接的多个电池堆组件，每个电池堆组件包括多个电池；
多个流体通路，每个流体通路包括多个导管，所述多个导管被配置为与所述电池堆组件相关联，所述多个导管各自包括含有介电材料的部分；以及
氢容器，所述氢容器与所述电池堆组件分离，并且与所述流体通路中的至少一个连接，用于接收由所述电池堆组件生成的氢。
2.根据权利要求1所述的制氢系统，其中：
所述多个流体通路包括第一流体通路、第二流体通路和第三流体通路；
所述第一流体通路被配置为将水输送到所述电池堆组件，所述第一流体通路的导管是第一流体导管，所述第一流体导管中的每一个与所述电池堆组件中的一个相关联；
所述第二流体通路被配置为至少将氧和水输送离开所述电池堆组件，所述第二流体通路的导管是第二流体导管，所述第二流体导管中的每一个与所述电池堆组件中的一个相关联；
所述第三流体通路被配置为将生成的氢输送离开所述电池堆组件，所述第三流体通路的导管是第三流体导管，所述第三流体导管中的每一个与所述电池堆组件中的一个相关联。
3.根据权利要求2所述的制氢系统，其中：
每个第一流体导管的所述含有介电材料的部分包含第一介电材料；
每个第二流体导管的所述含有介电材料的部分包含第二介电材料；并且
所述第一介电材料不同于所述第二介电材料。
4.根据权利要求3所述的制氢系统，其中：
每个第一流体导管连接到所述电池堆组件中的相关联的一个的第一侧，所述第一流体导管被配置为承受高达第一阈值压力的压力；
每个第二流体导管连接到所述电池堆组件中的相关联的一个的第二侧，所述第二流体导管被配置为承受高达第二阈值压力的压力；并且
所述第二阈值压力高于所述第一阈值压力。
5.根据权利要求4所述的制氢系统，其中：
所述电池的阳极侧与所述电池堆组件中的相关联的一个的所述第一侧相关联；并且
所述电池的阴极侧与所述电池堆组件中的相关联的一个的所述第二侧相关联。
6.根据权利要求1所述的制氢系统，其中，至少一些所述导管的所述部分的所述介电材料包含聚四氟乙烯。
7.根据权利要求1所述的制氢系统，其中，至少一些所述导管的所述部分的所述介电材料包括聚醚醚酮或聚偏二氟乙烯。
8.根据权利要求1所述的制氢系统，包括被配置为支撑所述电池堆组件的至少一部分的框架，并且其中，包括所述介电材料的所述部分被配置为将所述电池堆组件与所述支撑框架电隔离。
9.根据权利要求1所述的制氢系统，其中，所述包含介电材料的部分沿着至少一些所述导管的整个长度延伸。
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