JP2019530410A - ジョンソン熱電気化学変換器 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2016年9月19日出願の米国仮出願第62/396463号の優先権を主張し、その開示内容は参照として本願に組み込まれる。
VOC=(RT/2F)ln(PH/PL) 式1
302 高圧導管
303 低温MEA積層体
304 高温MEA積層体
305 水素循環
306 水素拡散
307 追加のMEAセル
308 追加の水素
71 制御器
Claims (12)
- 電気化学的直接熱電変換器であって、
作動流体と、
第一組の複数の膜電極アセンブリを備える第一電気化学セルであって、前記第一組の各膜電極アセンブリが第一多孔質電極と、第二多孔質電極と、該第一多孔質電極と該第二多孔質電極との間に挟まれた少なくとも一つのプロトン伝導膜とを含み、変換器の低圧側を構成している第一電気化学セルと、
第二組の複数の膜電極アセンブリを備える第二電気化学セルであって、前記第二組の各電極アセンブリが第一多孔質電極と、第二多孔質電極と、該第一多孔質電極と該第二多孔質電極との間に挟まれた少なくとも一つのプロトン伝導膜とを含み、前記第一組の複数の膜電極アセンブリの数が前記第二組の複数の膜電極アセンブリよりも多く、変換器の高圧側を構成している第二電気化学セルと、
複数の第一多孔質電極と複数の第二多孔質電極とにわたって接続されている外部負荷と、を備え、圧力で前記作動流体を各第一多孔質電極から各第二多孔質電極に流すと、電子が前記外部負荷を介して伝導され、プロトンが各プロトン伝導膜を介して伝導されて、変換器が前記外部負荷に電力を供給し、
前記第一組の複数の膜電極の数が多いことで、追加量の作動流体が変換器の低圧側から高圧側にポンピングされて、プロトン伝導膜を介する作動流体の分子拡散に起因する圧力差の損失を補償する、電気化学的直接熱電変換器。 - 第一圧力において前記作動流体を含む少なくとも一つの第一導管と、前記第一圧力よりも低い第二圧力において前記作動流体を含む少なくとも一つの第二導管とを更に備え、前記少なくとも一つの第一導管が前記第一多孔質電極に結合された低圧導管であり、前記少なくとも一つの第二導管が前記第二多孔質電極に結合された高圧導管である、請求項1に記載の電気化学的直接熱電変換器。
- 前記少なくとも一つの第二導管から前記少なくとも一つの第一導管に熱を伝達するための熱交換手段を更に備える請求項2に記載の電気化学的直接熱電変換器。
- 前記第一組の複数の膜電極アセンブリが高膜電極アセンブリ電圧を生じさせるように互いに電気的に直列接続されている、請求項1に記載の電気化学的直接熱電変換器。
- 前記作動流体が酸素と水素とナトリウムとから成る群から選択されている、請求項1に記載の電気化学的直接熱電変換器。
- 前記作動流体が水素である、請求項5に記載の電気化学的直接熱電変換器。
- 第一膜電極アセンブリアレイと第二膜電極アセンブリアレイとを備えるジョンソン熱電気化学変換器であって、前記第一膜電極アセンブリアレイと前記第二膜電極アセンブリアレイとの各々が、
複数の多孔質電極と、
作動流体と、
前記多孔質電極と交互の順序で配置されている複数のイオン又はプロトン伝導性の膜と、
前記作動流体を含む複数の導管と、を備え、前記複数の導管のうち少なくとも一つが第一圧力において前記作動流体を含む高圧導管であり、前記複数の導管のうち他の少なくとも一つが前記第一圧力よりも低い第二圧力において前記作動流体を含む低圧導管であり、
前記第一膜電極アセンブリアレイの多孔質電極及び膜の数が前記第二膜電極アセンブリアレイの多孔質電極及び膜の数よりも多く、
各膜電極アセンブリアレイの多孔質電極の連続する対のうちの第一多孔質電極が低圧で作動流体を流すために前記低圧導管に結合され、該多孔質電極の連続する対のうちの第二多孔質電極が高圧で作動流体を流すために前記高圧導管に結合され、各膜が多孔質電極の対の間で圧力差を受け、
前記第一膜電極アセンブリアレイの多孔質電極及び膜の数が多いことで、追加量の作動流体が変換器の低圧側から高圧側にポンピングされて、膜を介する作動流体の分子拡散に起因する圧力差の損失を補償する、ジョンソン熱電気化学変換器。 - 前記第一膜電極アセンブリアレイの多孔質電極が高膜電極アセンブリ電圧を生じさせるように互いに電気的に直列接続されている、請求項7に記載のジョンソン熱電気化学変換器。
- 前記作動流体が酸素と水素とナトリウムとから成る群から選択されている、請求項7に記載のジョンソン熱電気化学変換器。
- 前記作動流体が水素である、請求項9に記載のジョンソン熱電気化学変換器。
- 前記高圧導管から前記低圧導管に熱を伝達するための熱交換手段を更に備える請求項7に記載のジョンソン熱電気化学変換器。
- 追加の水素を前記高圧側にポンピングするように膜電極アセンブリアレイを作動させる制御器を更に備える請求項7に記載のジョンソン熱電気化学変換器。
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