RU75507U1 - DEVICE FOR REGULATING THE OPERATION OF A FUEL ELEMENT - Google Patents
DEVICE FOR REGULATING THE OPERATION OF A FUEL ELEMENT Download PDFInfo
- Publication number
- RU75507U1 RU75507U1 RU2008109659/22U RU2008109659U RU75507U1 RU 75507 U1 RU75507 U1 RU 75507U1 RU 2008109659/22 U RU2008109659/22 U RU 2008109659/22U RU 2008109659 U RU2008109659 U RU 2008109659U RU 75507 U1 RU75507 U1 RU 75507U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oxygen
- stream
- air
- fuel cell
- enriched
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y02E60/521—
Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области электротехники, к изготовлению топливных элементов (ТЭ) с твердой протонпроводящей мембраной, в частности, к устройствам для регулирования работы топливных элементов. Устройство включает блок подготовки воздушного потока, средство для разделения упомянутого воздушного потока на воздушный поток, обогащенный кислородом и поток обогащенного азотом воздуха и блоки подачи потоков обогащенного кислородом и азотом воздуха к топливному элементу, выполненные с возможностью переключения один на другой посредством регуляторов давления, установленных на входе и выходе средства для разделения воздушного потока. Техническим результатом является повышение эффективности работы топливного элемента за счет использования не только потока, обогащенного кислородом воздуха, позволяющего значительно повысить электрохимические характеристики топливного элемента, но и потока воздуха, обогащенного азотом.The utility model relates to the field of electrical engineering, to the manufacture of fuel cells (FCs) with a solid proton-conducting membrane, in particular, to devices for regulating the operation of fuel cells. The device includes an air stream preparation unit, means for separating said air stream into an oxygen enriched air stream and a nitrogen enriched air stream, and oxygen and oxygen enriched air stream supply units to the fuel cell configured to switch one to the other by pressure regulators mounted on air inlet and outlet means. The technical result is to increase the efficiency of the fuel cell through the use of not only a stream enriched with oxygen, which can significantly improve the electrochemical characteristics of the fuel cell, but also a stream of air enriched with nitrogen.
Description
Полезная модель относится к области электротехники, к изготовлению топливных элементов (ТЭ) с твердой протонпроводящей мембраной, в частности, к устройствам для регулирования работы топливных элементов.The utility model relates to the field of electrical engineering, to the manufacture of fuel cells (FCs) with a solid proton-conducting membrane, in particular, to devices for regulating the operation of fuel cells.
ТЭ представляет собой электрохимическое устройство для прямого преобразования химической энергии топлива в электрическую.A fuel cell is an electrochemical device for the direct conversion of chemical energy of fuel into electrical energy.
В твердополимерном ТЭ электролитом служит протонпроводящая полимерная мембрана. Получение электроэнергии в таких устройствах происходит за счет проведения реакции окисления водорода кислородом воздуха, поэтому, чем выше концентрация кислорода в поступающем на катод ТЭ воздухе, тем более эффективна будет работа ТЭ.In solid polymer TE, the proton-conducting polymer membrane serves as the electrolyte. The production of electricity in such devices occurs due to the hydrogen oxidation reaction with atmospheric oxygen, therefore, the higher the oxygen concentration in the air entering the cathode of the FC, the more efficient the FC will be.
В предшествующем уровне техники раскрываются многочисленные устройства, направленные на обогащение кислородом воздуха, поступающего к катоду ТЭ.In the prior art, numerous devices are disclosed aimed at enriching with oxygen the air entering the cathode of a fuel cell.
Известные устройства, как правило, включают следующие элементы: блок подготовки и подачи воздушного потока, средство для обогащения воздушного потока кислородом, при этом упомянутый воздушный поток разделяется на поток воздуха, обогащенный кислородом и поток воздуха, обогащенный азотом и систему подачи потока обогащенного кислородом воздуха к топливному элементу (см., например, JP2006066204).Known devices typically include the following elements: a unit for preparing and supplying an air stream, means for enriching the air stream with oxygen, wherein said air stream is divided into an oxygen enriched air stream and a nitrogen enriched air stream, and an oxygen enriched air stream supply system to fuel cell (see, for example, JP2006066204).
Во всех известных технических решениях поток воздуха, обогащенный азотом, в эксплуатации топливного элемента не принимает участия и выводится в атмосферу.In all known technical solutions, the air stream enriched with nitrogen does not participate in the operation of the fuel cell and is discharged into the atmosphere.
В зависимости от устанавливаемых в таких устройствах средств обогащения кислородом, содержание азота в таких потоках воздуха может превышать 95%, и он может быть использован для регулирования работы топливного элемента.Depending on the oxygen enrichment facilities installed in such devices, the nitrogen content in such air flows can exceed 95%, and it can be used to regulate the operation of the fuel cell.
К недостаткам известного устройства относится необходимость использования дополнительных устройств для регулирования работы топливного элемента и его охлаждения, а также сброс в атмосферу потока воздуха, обогащенного азотом, приводящее к потере энергии и понижению КПД системы.The disadvantages of the known device include the need to use additional devices to regulate the operation of the fuel cell and its cooling, as well as the discharge into the atmosphere of a stream of air enriched with nitrogen, leading to loss of energy and lower efficiency of the system.
Задачей полезной модели является повышение эффективности работы топливного элемента и использования газообразного топлива и окислителя за счет не только потока, обогащенного кислородом воздуха, позволяющего значительно повысить электрохимические характеристики топливного элемента, но и потока воздуха, обогащенного азотом. Последний может быть использован для создания пожаробезопасной среды во время запуска (разогрева) топливного элемента, охлаждения The objective of the utility model is to increase the efficiency of the fuel cell and the use of gaseous fuel and an oxidizing agent due to not only the flow enriched with oxygen in the air, which can significantly increase the electrochemical characteristics of the fuel cell, but also the flow of air enriched with nitrogen. The latter can be used to create a fireproof environment during the launch (heating) of the fuel cell, cooling
системы во время работы. Кроме этого, воздух, обогащенный азотом, позволяет быстро и гибко регулировать работу топливного элемента (при необходимости быстро уменьшить мощность топливного элемента, поток подается в анодную камеру).systems during operation. In addition, nitrogen enriched air allows you to quickly and flexibly control the operation of the fuel cell (if necessary, quickly reduce the power of the fuel cell, the flow is fed into the anode chamber).
Поставленная задача решается устройством для регулирования работы топливного элемента, включающим: блок подготовки воздушного потока, средство для разделения упомянутого воздушного потока на воздушный поток, обогащенный кислородом, и воздушный поток, обогащенный азотом, и блоком подачи воздушного потока обогащенного кислородом к топливному элементу, в соответствии с которым, оно дополнительно содержит блок подачи воздушного потока, обогащенного азотом к топливному элементу, при этом оба блока подачи обогащенных воздушных потоков к топливному элементу выполнены с возможность переключения один на другой посредством регуляторов давления, установленных на входе и выходе средства для разделения воздушного потока.The problem is solved by a device for controlling the operation of a fuel cell, including: an air stream preparation unit, means for separating said air stream into an oxygen enriched air stream, and a nitrogen enriched air stream, and an oxygen enriched air stream supply unit to the fuel element, in accordance with which, it further comprises an air flow unit enriched with nitrogen to the fuel cell, wherein both enriched air flow units are t the fuel element is configured to switch one to the other by means of pressure regulators installed at the inlet and outlet of the means for separating the air flow.
В частных воплощениях полезной модели поставленная задача решается тем, что блок подготовки воздушного потока включает фильтр, компрессор и осушитель воздуха.In private embodiments of the utility model, the task is solved in that the air preparation unit includes a filter, a compressor, and an air dryer.
Средство для разделения воздушного потока может содержать мембранный модуль, включающий полимерные мембраны с проницаемостью по кислороду от 20 до 500 л/м - часам, селективностью разделения пары кислород-азот не менее 3.The means for separating the air stream may contain a membrane module, including polymer membranes with oxygen permeability from 20 to 500 l / m - hours, the selectivity of the separation of the oxygen-nitrogen pair is not less than 3.
Блок подачи потока обогащенного кислородом воздуха к топливному элементу включает систему вентилей и регулятор давления.The oxygen-enriched air flow unit to the fuel cell includes a valve system and a pressure regulator.
Он также может дополнительно содержать вакуумный насос.It may also further comprise a vacuum pump.
Блок подачи потока обогащенного азотом воздуха к топливному элементу включает систему вентилей и регулятор давления.The unit for supplying a stream of nitrogen-enriched air to the fuel cell includes a valve system and a pressure regulator.
В частных воплощениях изобретения устройство может быть выполнено с возможностью сброса избыточного обогащенного воздуха в атмосферу.In particular embodiments of the invention, the device may be configured to discharge excess enriched air into the atmosphere.
Оно также может дополнительно включать контролирующее устройство, датчики кислорода, температуры и влажности.It may also further include a monitoring device, oxygen, temperature and humidity sensors.
Устройство также может дополнительно содержать, по меньшей мере, один ресивер.The device may also further comprise at least one receiver.
На фиг.1 изображена общая схема устройстваFigure 1 shows a General diagram of the device
На фиг.2 изображена детализированная схема предложенного устройстваFigure 2 shows a detailed diagram of the proposed device
Позиции на схемах означают следующее.Positions in the diagrams mean the following.
1. Блок подготовки воздушного потока1. Air preparation unit
2. Средство для разделения воздушного потока2. Means for separating air flow
3. Блок подачи обогащенного кислородом воздуха к топливному элементу3. The supply unit of oxygen-enriched air to the fuel cell
4. Блок подачи обогащенного азотом воздуха к топливному элементу4. The supply unit of nitrogen-enriched air to the fuel cell
5. Топливный элемент5. Fuel cell
6. Регулятор давления для переключения блоков подачи обогащенного кислород и азотом воздуха.6. Pressure regulator for switching the supply units of oxygen and nitrogen enriched air.
7. Фильтр7. Filter
8. Компрессор8. Compressor
9. Осушитель воздуха9. Air dryer
10. Вакуумный насос10. Vacuum pump
11. Система вентилей блока подачи воздуха, обогащенного кислородом11. Valve system of the oxygen enriched air supply unit
12. Регулятор давления блока подачи воздуха, обогащенного кислородом12. Pressure regulator of the oxygen enriched air supply unit
13. Система вентилей блока подачи воздуха, обогащенного азотом13. Valve system of the nitrogen enriched air supply unit
14. Регулятор давления блока подачи воздуха, обогащенного азотом14. Pressure regulator of the nitrogen enriched air supply unit
15. Ресивер15. Receiver
16. Датчик кислорода16. Oxygen sensor
17. Датчик температуры и влажности17. Temperature and humidity sensor
18. Вентиль для сброса избыточного обогащенного воздуха в атмосферу.18. Valve for venting excess enriched air into the atmosphere.
19. Контролирующее устройство19. Monitoring device
Сущность полезной модели состоит в следующем.The essence of the utility model is as follows.
Устройство для регулирования работы топливного элемента включает блок подготовки воздушного потока (1), с которого подготовленный надлежащим образом воздушный поток поступает в средство для разделения упомянутого воздушного потока (2). Данное средство (2) представляет собой мембранный модуль, в котором осуществляется разделение воздуха на два потока - воздух, обогащенный кислородом и воздух, обогащенный азотом.A device for controlling the operation of a fuel cell includes an air stream preparation unit (1), from which a properly prepared air stream enters the means for separating said air stream (2). This tool (2) is a membrane module in which air is divided into two streams - air enriched with oxygen and air enriched with nitrogen.
Мембранный модуль включает полимерные мембраны с проницаемостью по кислороду от 20 до 500 л/м часам. и селективностью разделения пары кислород - азот не менее 3. В качестве модуля, удовлетворяющего этим требованиям, может быть использовано, например, устройство для селективного разделения смеси газов в соответствии с патентом RU 2040319 от 1992.02.17.The membrane module includes polymer membranes with oxygen permeability from 20 to 500 l / m hours. and the selectivity of separation of the oxygen – nitrogen pair is not less than 3. As a module satisfying these requirements, for example, a device for the selective separation of a gas mixture in accordance with patent RU 2040319 of 1992.02.17 can be used.
Далее воздушные потоки по трубопроводам (не показаны) через блок подачи обогащенного кислородом воздуха (3) и блок подачи обогащенного азотом воздуха (4) поступают к топливному элементу (5). Переключение потоков через блоки (3) и (4) осуществляется с помощью регуляторов давления (6).Further, air flows through pipelines (not shown) through the oxygen-enriched air supply unit (3) and the nitrogen-enriched air supply unit (4) enter the fuel element (5). Switching flows through blocks (3) and (4) is carried out using pressure regulators (6).
Блок подготовки воздушного потока (1) содержит фильтр (7), предназначенный для удаления из воздуха пыли и других примесей, компрессор (8), обеспечивающий The air stream preparation unit (1) contains a filter (7) designed to remove dust and other impurities from the air, a compressor (8) that provides
разделение потока воздуха за счет поддержания постоянного перепада давления по обе стороны мембранного модуля (средства для разделения воздушного потока) (2), осушитель воздуха (9), например, холодильник, удаляющий из воздуха воду.separation of the air flow by maintaining a constant pressure drop on both sides of the membrane module (means for separating the air flow) (2), an air dryer (9), for example, a refrigerator that removes water from the air.
Блок подачи обогащенного кислородом воздуха (3) к топливному элементу (5) содержит систему вентилей (11), регулятор давления (12) и может дополнительно содержать вакуумный насос.The oxygen-enriched air supply unit (3) to the fuel cell (5) comprises a valve system (11), a pressure regulator (12), and may further comprise a vacuum pump.
Блок подачи обогащенного азотом воздуха (4) к топливному элементу (5) содержит систему вентилей (13) и регулятор давления (14).The nitrogen-enriched air supply unit (4) to the fuel cell (5) comprises a valve system (13) and a pressure regulator (14).
Устройство может быть дополнительно снабжено, по меньшей мере, одним ресивером (15), служащим накопителем поступающего воздушного потока и/или потоков обогащенного воздуха; датчиком кислорода (16), служащим для контроля состава получаемых разделенных потоков воздуха; и датчиком температуры и влажности (17).The device may be further provided with at least one receiver (15), which serves as a drive for incoming air flow and / or enriched air flows; an oxygen sensor (16), which serves to monitor the composition of the obtained divided air flows; and a temperature and humidity sensor (17).
Кроме того, для сброса избыточного обогащенного воздуха в атмосферу, устройство может быть снабжено вентилями (18).In addition, to discharge excess enriched air into the atmosphere, the device can be equipped with valves (18).
Бесперебойная работа всех узлов обеспечивается контролирующим устройством (19).Uninterrupted operation of all nodes is ensured by a controlling device (19).
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Воздух через фильтр (7) и компрессор (8) попадает в осушитель (9). Сжатый воздух с известной температурой и влажностью накапливается в ресивере (15), оттуда через регулятор давления (6), установленный на входе в мембранный модуль, поступает в мембранный модуль (2). Модуль (2) делит воздух на два потока: прошедший сквозь мембрану обогащен кислородом, не прошедший - азотом. Нужный состав потоков (до 55% кислорода в потоке, прошедшем сквозь мембрану и более 90% азота - для второго потока) может быть достигнут только по отдельности, т.е. схема работает либо на получение обогащенного кислородом воздуха, либо на получение азота. Нецелевой продукт при этом сбрасывается в атмосферу через вентили (18). Смена режима работы осуществляется с помощью регуляторов давления (6), установленных на входе и выходе в мембранный модуль (2). Потоки воздуха, как обогащенный кислородом, так и азотом, могут накапливаться в ресиверах (15), установленных, соответственно, в блоке подачи обогащенного кислородом воздуха (3) и в блоке подачи обогащенного азотом воздуха (4), и могут быть использованы позднее, или упомянутые потоки могут через вентили (11) и (13) и регуляторы давления (12) и (14) подаваться непосредственно на топливный элемент (5).Air through the filter (7) and the compressor (8) enters the dehumidifier (9). Compressed air with a known temperature and humidity accumulates in the receiver (15), and from there through the pressure regulator (6) installed at the inlet to the membrane module, enters the membrane module (2). Module (2) divides the air into two streams: the one passing through the membrane is enriched with oxygen, the non-passing one is enriched with nitrogen. The desired composition of the streams (up to 55% oxygen in the stream passing through the membrane and more than 90% nitrogen for the second stream) can be achieved only individually, i.e. the scheme works either to produce oxygen-enriched air, or to produce nitrogen. The non-target product is then discharged into the atmosphere through the valves (18). Changing the operating mode is carried out using pressure regulators (6) installed at the inlet and outlet of the membrane module (2). Air flows, both enriched with oxygen and nitrogen, can accumulate in receivers (15) installed, respectively, in the oxygen-enriched air supply unit (3) and in the nitrogen-enriched air supply unit (4), and can be used later, or said flows can be supplied directly to the fuel cell (5) through valves (11) and (13) and pressure regulators (12) and (14).
Поток обогащенного азотом воздуха позволяет регулировать работу топливного элемента: он создает инертную атмосферу при запуске топливного элемента и The flow of nitrogen-enriched air allows you to control the operation of the fuel cell: it creates an inert atmosphere when the fuel cell starts up and
обеспечивает сдув водорода при необходимости остановки или уменьшения мощности топливного элемента.provides hydrogen blow-off if it is necessary to stop or reduce the power of the fuel cell.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008109659/22U RU75507U1 (en) | 2008-03-14 | 2008-03-14 | DEVICE FOR REGULATING THE OPERATION OF A FUEL ELEMENT |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008109659/22U RU75507U1 (en) | 2008-03-14 | 2008-03-14 | DEVICE FOR REGULATING THE OPERATION OF A FUEL ELEMENT |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU75507U1 true RU75507U1 (en) | 2008-08-10 |
Family
ID=39746813
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008109659/22U RU75507U1 (en) | 2008-03-14 | 2008-03-14 | DEVICE FOR REGULATING THE OPERATION OF A FUEL ELEMENT |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU75507U1 (en) |
-
2008
- 2008-03-14 RU RU2008109659/22U patent/RU75507U1/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7014932B2 (en) | Drainage system and process for operating a regenerative electrochemical cell system | |
US10186724B2 (en) | Carbon dioxide separator, fuel cell system including same, and method of operating the fuel cell system | |
US20160043413A1 (en) | Sofc system with selective co2 removal | |
KR102461892B1 (en) | Method and apparatus for providing high-purity diatomic molecules of hydrogen isotopes | |
US20100243475A1 (en) | Electrochemical Hydrogen Reclamation System | |
JP7209623B2 (en) | Apparatus and method for enriching hydrogen isotopes | |
WO2021172260A1 (en) | Method and device for generating nitrogen gas for dehumidifying and filtering fuel cell exhaust gas | |
JP3522769B2 (en) | Operating method of fuel cell plant and fuel cell plant | |
JP2022190065A (en) | Compressed-air supply system and device using natural energy | |
JP2007066781A (en) | Fuel cell system | |
JP2009522724A (en) | Air draw through fuel cell fuel recycle loop | |
CA2985884C (en) | Recirculation fuel cell | |
JP7466167B2 (en) | Nitrogen gas generator, system and method for filtering high pressure fuel cell exhaust gas | |
CN113453785A (en) | Process for the separation of low hydrogen content from natural gas mixtures | |
RU75507U1 (en) | DEVICE FOR REGULATING THE OPERATION OF A FUEL ELEMENT | |
CN115976575B (en) | Small hydrogen production system with drying and purifying functions | |
JP2001351655A (en) | Gas supply device for a fuel cell | |
US20080020260A1 (en) | Apparatus, system, and method for manifolded integration of a humidification chamber for input gas for a proton exchange membrane fuel cell | |
JP2020041172A (en) | Hydrogen generation system and operational method thereof | |
JP2022114256A (en) | Nitrogen gas generation device and method of dehumidifying and filtering fuel battery exhaust gas | |
KR20240096188A (en) | Air Supply Device for Fuel Cell and Air Supply Device Method Thereof | |
US20090291338A1 (en) | Increasing The Efficiency Of A Fuel Cell | |
CA3224201A1 (en) | Oxygen concentrator module | |
WO2022246415A1 (en) | Direct air capture reactor systems and related methods of capturing carbon dioxide | |
JP2021147647A (en) | Hydrogen production system |