TW202405246A - 用於soec系統之大氣操作的壓縮器整合及安全操作啟動 - Google Patents
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Abstract
本發明揭示一種用於固體氧化物電解器電池(SOEC)系統之壓縮器，該系統包含：一或多個沖頭，其接收氫氣輸入且輸出濕氫氣；熱交換器或冷凝器，其經組態以減小該濕氫氣之溫度；壓縮器，其經組態以增加該濕氫氣之壓力；及乾燥器，其經組態以降低該濕氫氣之露點。
Description
本發明之實施例一般而言係針對包含固體氧化物電解器電池(SOEC)之電解器系統以及操作該等電解器系統之方法。特定而言，係針對用於SOEC系統之大氣操作的壓縮器整合及安全操作啟動。
固體氧化物燃料電池(SOFC)可操作為用於產生氫氣及氧之電解器，稱作固體氧化物電解器電池(SOEC)。在SOFC模式中，將氧化物離子自陰極側(空氣)輸送至陽極側(燃料)，且驅動力係氧分壓跨越電解質之化學梯度。在SOEC模式中，將正電位施加至電池之空氣側且現在將氧化物離子自燃料側輸送至空氣側。由於陰極及陽極在SOFC與SOEC之間顛倒(亦即，SOFC陰極係SOEC陽極，且SOFC陽極係SOEC陰極)，因此SOFC陰極(SOEC陽極)可稱作空氣電極，且SOFC陽極(SOEC陰極)可稱作燃料電極。在SOEC模式期間，燃料流中之水經還原(H
2O + 2e O
2-+ H
2)以形成H
2氣體及O
2-離子，O
2-離子透過固體電解質輸送，且然後在空氣側上氧化(O
2-至O
2)以產生分子氧。由於用空氣及濕燃料(氫氣、重組天然氣)操作之SOFC之開路電壓係大約0.9 V至1 V (取決於水含量)，因此在SOEC模式中施加至空氣側電極之正電壓使電池電壓升高至1.1 V至1.3 V之典型操作電壓。
本發明之實施例係針對用於SOEC系統之大氣操作的壓縮器整合及安全操作啟動，此實質上消除了因相關技術之限制及缺點導致之一或多個問題。
本發明之額外特徵及優點將在以下說明中加以陳述，且該等額外特徵及優點將自該說明部分地顯而易見，或可藉由本發明之實踐獲知。本發明之目的及其他優點將藉由書面說明及其申請專利範圍以及附圖中特別指出之結構實現及達到。
如所體現及廣泛地闡述，為達成此等及其他優點且根據本發明之目的，用於SOEC系統之大氣操作的壓縮器整合及安全操作啟動包含用於操作SOEC系統之系統、裝置、方法及指令，該等系統、裝置、方法及指令進行以下操作：在壓縮器處實施再循環流動，其中抽吸係由壓力控制器控制；在壓縮器上游實施使電解產物氣體平穩轉變至壓縮器的進料與排放球形控制閥，其中壓縮器撬上之快動球閥在壓縮器停機時緩解抽吸管線壓力。
應理解，上述一般說明及以下詳細說明兩者皆為例示性及闡釋性的，且意欲提供對所主張之本發明之進一步解釋。
現在將詳細參考本發明之實施例，在附圖中圖解說明該等實施例之實例。應理解，前述一般說明及以下詳細說明兩者皆為實例，且並不限制如所主張之本發明。
圖1圖解說明根據本發明之實例性實施例之SOFC/SOEC模組化系統10。
SOFC/SOEC系統10之模組化設計提供靈活之系統安裝及操作。模組藉助單個設計集實現裝機發電量之按比例縮放、可靠之電力產生、燃料處理之靈活性、以及功率輸出電壓及頻率之靈活性。模組化設計使得「常開」單元具有極高可用性及可靠性，而且提供改良之維護及放大手段。模組化設計亦實現可因客戶及/或地理區域變化之可用燃料及所需電壓及頻率之使用。
SOFC/SOEC模組化系統10包含殼體14，在該殼體中安置有發電機模組12中之至少一者(較佳地，複數個亦稱作「SGM」之發電機模組12)、一或多個燃料處理模組16 (在SOFC系統中)、及一或多個電力調節模組18 (亦即，亦稱作發電機模組或「SPM」之電輸出)。在此等實例性實施例中，電力調節模組18可包含用以將DC轉換為AC或將AC轉換為DC之機構。舉例而言，系統10可包含任何期望數量之模組，諸如2至30個發電機模組、3至12個發電機模組、6至12個模組或其他大型現場組態之發電機模組。
圖1之實例性系統10在板20上包含任何數量之發電機模組12 (一列並排堆疊之六個模組)、一個燃料處理模組16 (在SOFC系統中)、以及一個電力調節模組18。殼體14可包含用以裝納每一模組12、16、18之櫃。另一選擇係，模組16及18可安置在單個櫃中。雖然展示一列發電機模組12，但該系統可包含多於一列模組12。舉例而言，SOFC/SOEC系統10可包含背對背/端至端地配置之兩列發電機模組12。
每一發電機模組12經組態以裝納一或多個熱箱13。每一熱箱13含有一或多個燃料/電解器電池堆疊或行(出於清晰未展示)，諸如由導電互連板分離之具有陶瓷氧化物電解質之一或多個固體氧化物燃料電池堆疊或行。亦可使用其他燃料電池類型，諸如PEM、熔融碳酸鹽、磷酸等。
燃料電池堆疊可包含在外部及/或在內部有歧管之堆疊。舉例而言，該等堆疊可係在內部有歧管的以用於燃料及空氣，其中燃料及空氣豎管延伸穿過燃料/電解器電池層中及/或燃料/電解器電池之間的互連板中之開口。
燃料/電解器電池堆疊對於燃料可為內部歧管式且對於空氣為外部歧管式，其中僅燃料入口及排氣豎管延伸穿過燃料/電解器電池層及/或燃料電池之間的互連板中之開口。燃料/電解器電池可具有交叉流動(其中空氣及燃料在每一燃料電池中之電解質之相對側上彼此大致垂直地流動)、逆向流平行(其中空氣及燃料在每一燃料電池中之電解質之相對側上彼此大致平行地但在相反反向上流動)或同向流平行(其中空氣及燃料在每一燃料電池中之電解質之相對側上彼此大致平行地在相同方向上流動)組態。
燃料處理模組16及電力調節模組18可裝納在殼體14之一個櫃中。如在圖1中之實例性實施例中所展示，一個櫃14經設置用於一列六個(或任何數量之)發電機模組12，該等發電機模組並排地線性地配置在輸入/輸出模組14之一個側上。舉例而言，該列模組可定位成毗鄰於該系統為其提供電力之建築物(例如，其中模組之櫃之背部面對建築物牆壁)。
發電機模組12之線性陣列容易地按比例縮放。舉例而言，可取決於由燃料電池/電解器系統10服務之建築物或其他設施之電力需求而設置更多或更少之發電機模組12。發電機模組12及輸入/輸出模組14亦可以其他比率來設置。舉例而言，在其他實例性實施例中，更多或更少之發電機模組12可設置成毗鄰於輸入/輸出模組14。此外，支援功能可由多於一個輸入/輸出模組14 (例如，具有單獨燃料處理模組16及電力調節模組18櫃)提供。另外，輸入/輸出模組14在發電機模組12列之端處，其亦可位於發電機模組12列之中心或其他位置。
SOFC/SOEC模組化系統10可以便於系統10之組件之維修之方式組態。舉例而言，例行地維修或高度維修之組件(諸如消耗性組件)可放置於單個模組中以減少維修人員所需之時間量。舉例而言，吹掃氣體(選用)可放置於單個模組(例如，燃料處理模組16或經組合輸入/輸出模組14櫃)中。此可係在例行維護期間接近之唯一模組櫃。因此，每一模組12、14、16及18可經維修、修理或自系統移除，而無需打開其他模組櫃且無需維修、修理或移除其他模組。另外，管道及電組件可安置在鋼覆蓋層上面，該鋼覆蓋層安置在混凝土板與發電機模組12之間。
舉例而言，如上文所闡述，系統10可包含多個發電機模組12。當至少一個發電機模組12離線時(亦即，離線模組12中之熱箱13中之堆疊不產生任何電力)，其餘發電機模組12、燃料處理模組16及電力調節模組18 (或經組合輸入/輸出模組14)並未離線。此外，燃料電池/電解器系統10可含有每一類型之模組12、14、16或18中之多於一者。當特定類型之至少一個模組離線時，相同類型之其餘模組並未離線。
因此，在包括複數個模組之系統中，模組12、14、16或18中之每一者可在不停止該系統中之其他模組之操作之情況下斷開電連接、自燃料/電解器電池模組化系統10移除及/或維修或修理，從而允許燃料電池系統繼續產生電。若一個熱箱13中之一個燃料電池/電解器堆疊出故障或離線進行維修，則不必使整個SOFC/SOEC模組化系統10停機。
圖2圖解說明根據本發明之實例性實施例之大型現場電解器系統200。
大型現場電解器系統200包含經組態以給複數個模組化區塊210、220、230、240供應啟動氫氣之氣體分配模組(「GDM」) 250。SOEC及SOFC系統通常需要新鮮氫氣氣來啟動及停機。氣體分配模組250可進一步包含壓力偵測器、熱偵測器、氣體安全關斷器及吹掃氣體分配器。
如上文所論述，舉例而言，每一模組化區塊包含一個電力模組(「SPM」)及一或多個發電機模組(「SGM」)。將模組化區塊分組至系統集合中稱作沖頭(stamp)。因此，大型現場電解器系統200係沖頭。由於氫氣係在壓力下供應至每一SGM之可燃氣體，因此若偵測到安全事件，則需要關斷去往發電機模組SGM群組之氣體之安全方法。因此，GDM 250經組態以在偵測到安全事件之情況下關斷供應至SGM之氫氣。諸如壓力偵測、過壓保護及氣體安全關斷之安全設計容易地在電解器系統200內由GDM 250及/或燃料處理模組(例如，16)應用。另外，沖頭位準控制器可設置在GDM 250處。
儘管四個模組化區塊210、220、230、240之分組係實例性組態，但此組態對於氣體安全係高效分組。另外，四個模組化區塊210、220、230、240之分組對於收集維修通道260內之氫氣產物係高效的。維修通道260內之管路261經組態以收集氫氣產物以與下游壓縮系統整合。管路261經組態以防止冷凝物回流至發電機模組SGM中。冷凝物管理亦使得能夠使用各種監測及控制裝置以及返回至水出口(或BOP1)之管路。
圖3圖解說明根據本發明之實例性實施例之大型現場(例如，10百萬瓦系統)電解器系統300。如在圖3中所圖解說明，電解器系統300包含複數個沖頭310、320、330、340、350、360及370。另外，電解器系統300進一步包含額外電廠輔助設備(balance of plant)組件，諸如水源BOP1、氫氣產物收集器BOP2 (例如，包含管路261)及氫氣壓縮及處理BOP3。氫氣壓縮及處理BOP3在功能上經組態以在壓力下將氫氣供應至每一各別沖頭310、320、330、340、350、360及370之氣體分配模組(例如，GDM 250)。因此，沖頭架構可使用重複之元件在大型現場佈局中重複，以逐步建立大型現場安裝。
圖4圖解說明根據本發明之實例性實施例之壓縮器系統400。
如在圖4中所圖解說明，壓縮器系統400包含一或多個沖頭410，藉由歧管430 (例如，用於現場或耦接至儲存氫氣之產物歧管)向該一或多個沖頭供應氫氣。舉例而言，氫氣可供應至一或多個沖頭410之氣體分配模組(例如，圖2之GDM 250)。壓縮器系統400進一步包含自一或多個沖頭410穿過熱交換器或冷凝器411、轉變閥412、隔離閥413、抽吸式液氣分離器421、壓縮器422、壓縮器撬乾燥系統425 (例如，乾燥器)及氣體分析器420之閉合回饋環路。在各種組態中，可存在每一沖頭之一個壓縮器422，或用於多個沖頭410之一個壓縮器422。
一或多個沖頭410將濕氫氣(例如，蒸汽與氫氣之組合)供應至熱交換器或冷凝器411。熱交換器或冷凝器411將一或多個沖頭410之輸出之溫度降低至適合於壓縮器422之抽吸之溫度(例如，冷卻了40℃與80℃之間，使得在沖頭輸出處之150℃冷卻至70℃與110℃之間)。在某些情形下，供應至壓縮器422之產物溫度可高達230℃。
轉變閥412用於使一或多個沖頭410及壓縮器422進入完全運行。在壓縮器422完全運行之前且在一或多個沖頭410完全運行時，藉由打開轉變閥412A來排放冷凝器411之輸出。一旦壓縮器422以100％再循環變得完全運行，冷凝器411之輸出便藉由打開轉變閥412B且關閉轉變閥412A供應至抽吸式液氣分離器421。
若發生故障事件(例如，偵測到過多壓力)，則使用隔離閥413 (例如，快動氣動球閥)。舉例而言，若偵測到過多壓力，則可打開隔離閥413A。隔離閥413B在壓縮器422之操作期間打開。因此，過多壓力不會回饋至一或多個沖頭410，該一或多個沖頭可因過多壓力積聚而受損壞。
抽吸式液氣分離器421經組態以經由冷凝物排放管線(未展示)收集及丟棄已形成之任何冷凝物。抽吸式液氣分離器421亦經組態以調節任何壓力波動。
壓縮器422之經壓縮(亦即，具有增加之壓力)輸出由壓縮器撬乾燥系統425進一步乾燥。氣體分析器420監測且控制壓縮器撬乾燥系統425之輸出(亦即，經乾燥氣體)以維持目標露點、目標氮含量及/或目標氧含量。舉例而言，氣體分析器420可經組態以包含露點感測器及一或多個氣體層析儀。氣體分析器420確保壓縮器撬乾燥系統425之輸出(亦即，經乾燥氣體)在供應至歧管430 (例如，客戶產品線)之前滿足一或多個純度要求(例如，濕氣及氣體含量)。氣體分析器420可藉由控制壓縮器撬乾燥系統425來調整露點(亦即，濕氣)。然而，若一或多種雜質(例如，氮或氧)超過各別臨限值，則警告信號或停機信號可發送至系統控制器(未展示)。
調節器426係背壓調節器。當啟動系統400時，需要對壓縮器422及壓縮器撬乾燥系統425施加最小壓力。否則，壓縮器422及壓縮器撬乾燥系統425可緩慢產生足夠壓力進行操作。調節器416係前向壓力調節器。在調節器416處，經壓縮產物可具有寬廣範圍(例如，在5 PSI與10,000 PSI之間)之壓力。在供應至壓力控制器415之前，調整來自調節器416之壓力輸出(例如，調整為小於100毫巴)。壓力控制器415經組態以藉由以下操作維持抽吸式液氣分離器421處之壓力：量測抽吸式液氣分離器421處之壓力且將抽吸式液氣分離器421之進料處之壓力維持在(例如，小於100毫巴)。在某些實施例中，抽吸式液氣分離器421係選用的。
因此，本發明之各種實施例係針對壓縮器系統與產生氫氣之SOEC系統之整合及控件啟動。
在操作中，操作中SOEC系統會在極低壓力下(諸如在大氣壓力下或在剛好高於周圍條件(例如，大約40毫巴)下)產生氫氣。由於低壓力，諸如接通壓縮器或切換閥之下游處理中之較小波動可導致立即壓力/真空驟升，此產生SOEC堆疊故障之風險。因此，各種實施例提供使得壓縮器能夠接通而不形成此一驟升、使得能夠平穩轉變至壓縮器並提供在停機條件下自壓縮轉變至排放之安全手段的技術。
其他人已使用壓力開關來啟動接通壓縮器。在此處，產物氫氣供應至壓縮器抽吸。當滿足壓力臨限值時，壓縮器接通。此已用於低溫PEM及鹼性系統中，該等低溫PEM及鹼性系統在冷啟動條件下具有快速響應且可對因啟動壓縮器產生之壓力波動做出快速反應。SOEC系統通常較緩慢，且該等實施例利用啟動時之未反應蒸汽來防止壓縮器處之壓力尖峰或真空。
其他人已利用上述壓力開關概念將大型倒置桶用作平衡壓力之手段。此引入其中氫氣及空氣可混合之開放系統之可能性。倒置桶亦係極大的且將佔用相當大之佔用面積。
在各種實施例中，已解決已知技術之缺點。首先，在壓縮器422處實施100％再循環流動，其中抽吸係由壓力控制器415控制。壓力控制器415獨立於電解氫流率而維持對壓縮器422之設定抽吸壓力。其次，在壓縮器422上游實施轉變閥412 (例如，進料與排放球形控制閥)，此使得電解產物氣體能夠平穩轉變至壓縮器422。第三，當使壓縮器422停機或發生故障事件時，利用壓縮器撬上之隔離閥413 (例如，快動球閥)以(立刻，例如，在少於兩秒或三秒以內)緩解抽吸管線壓力。
該等實施例與已知技術的不同之處在於：使得SOEC系統能夠在接通壓縮器之前穩定。另外，防止因壓縮器單元啟動或停機而可能發生之堆疊對壓力驟升之敏感性問題。
圖5圖解說明根據本發明之實例性實施例之SOEC系統500。
如在圖5中所圖解說明，SOEC系統100包含空氣導管105、空氣鼓風機106、空氣入口107、蒸汽導管110、再循環蒸汽入口111、熱箱150、選用氫氣導管130、高氧空氣出口123、高氧空氣導管125、高氧空氣鼓風機126、蒸汽與氫氣產物出口120、分流器160、文氏流量計(Venturi flow meter) 165、蒸汽再循環鼓風機170及熱感測器175。
根據實例性組態及操作，蒸汽導管110處之蒸汽輸入(例如，在變化壓力下供應現場或設施蒸汽)可具有約100℃與110℃之間的溫度(例如，105℃)及約1 psig之壓力。在各種實施例中，蒸汽可自外部源輸入至SOEC系統500或可在本地產生。在某些實施例中，多個蒸汽入口可經組態以分別接納外部蒸汽及本地蒸汽。另一選擇係或另外，水可輸入至SOEC系統500且蒸發。
空氣導管105處之空氣輸入(例如，周圍空氣)可係在本地大氣壓力下可能在約-20℃與+45℃之間的周圍溫度。來自空氣導管105之空氣在空氣鼓風機106處接收，且由空氣鼓風機106輸出之空氣將由於壓縮熱而係比周圍稍高之溫度。舉例而言，與20℃之周圍空氣溫度相比，由空氣鼓風機106輸出之空氣之溫度在1.0 psig下可係約30℃。然後，在熱箱150之空氣入口107處接收空氣導管105之空氣輸入。
當SOEC系統500不以其他方式產生氫氣時，可僅需要來自選用氫氣導管130之氫氣用於啟動及暫態。舉例而言，在穩定狀態下不再需要單獨氫氣進料流或氫氣再循環蒸汽。此氫氣流之壓力係在現場施工時判定之設計選項，且可在約5 psig與3000 psig之間。該溫度可能接近周圍溫度，因其可能來自儲存器。
空氣導管105處之空氣輸入、蒸汽導管110處之蒸汽輸入及選用氫氣導管130處之氫氣輸入經輸入至熱箱150。熱箱150依次在熱箱150之蒸汽與氫氣產物出口120處輸出蒸汽與氫氣產物H
2-H
2O-G，其中G代表總值(Gross)。熱箱輸出H
2-H
2O-G可具有約500℃與180℃之間的溫度(例如，130℃)、在約0.1 psig與0.5 psig之間的壓力。
另外，熱箱輸出H2-H2O-G輸入至分流器160且分成蒸汽再循環流RECH2OLP (其中LP代表低壓)以及淨產物H2-H2O-N，其中N代表淨(例如，用於商業用途或儲存之輸出)。在此處，淨產物H2-H2O-N可具有約100℃與180℃之間的溫度(例如，130℃)、約0.1 psig與0.5 psig之間的壓力。蒸汽再循環流RECH2OLP可具有約100℃與180℃之間的溫度(例如，130℃)、約0.1 psig與0.5 psig之間的壓力。熱箱150可進一步經由高氧空氣導管125在高氧空氣出口123處輸出高氧空氣，該高氧空氣在基本上本地之大氣壓力(例如，小於0.5 psig或小於0.05 psig)下具有約120℃與300℃之間的溫度。
蒸汽再循環流RECH2OLP輸入至蒸汽再循環鼓風機170。所得再循環蒸汽REC-STM可具有約100℃與180℃之間的溫度(例如，140℃、154℃)、約0.5 psig與1.5 psig之間的壓力(例如，約1 psig)，且在再循環蒸汽入口111處輸入至熱箱150中。在某些實施例中，再循環蒸汽可不包含再循環氫氣進料。
如可自圖5理解，與具有內部蒸汽產生之SOEC組態相比，蒸汽導管110處之進入蒸汽溫度(例如，105℃)較低。在各種組態中，複數個再循環環路可組態至使用內部蒸汽產生及外部蒸汽產生兩者之SOEC系統。如所展示，再循環蒸汽入口111經組態以自蒸汽導管110接收蒸汽。在此處，該等實施例視情況使通常飽和且在約105℃之溫度下的設施供應之蒸汽自蒸汽導管110路由穿過內部蒸汽產生盤管、一或多個蒸發器、及/或其他加熱元件，且使用空氣排放熱量(例如，約280℃)來進一步加熱(亦即，過加熱)蒸汽供應，然後在高氧空氣導管125處透過選用風扇或高氧空氣鼓風機126釋放熱量。
在某些實施例中，使得客戶(例如，使用者、操作者、其電腦)能夠控制固體氧化物電解器電池(SOEC)系統。一或多個介面提供定製通信協定(例如，經由乙太網路、網際網路、硬線等)以接收且執行操作SOEC之不同狀態之客戶命令。因此，該等實施例為滿足客戶對利用可再生氫氣之需要提供支援，同時確保SOEC之安全操作。
舉例而言，該等實施例使得客戶或其他第三方能夠使用諸如氫氣產生、電力限制及可用蒸汽之參數來控制SOEC系統。在某些實施例中，提供能夠在通信損耗之情形中進入安全備用狀態之系統。此外，安全備用狀態可基於如與客戶達成一致之條件來定義。
另外或另一選擇係，該等實施例為客戶提供操作SOEC系統之一或多個機構、提供安全邏輯以保持在操作之安全極限內、借助於實現氫氣產量斜升而確保氫氣產生滿足客戶需求。在某些例項中，客戶可接收即將到來之現場限制之提前通知(例如，外部氫氣不可用、電力排程可用、與電力儲存器之通信有限、水及輸入氫氣儲存限制等)。因此，客戶可針對此類限制進行調整(例如，基於現場之氫氣使用或氫氣儲存限制而調整氫氣產生)。
熟習此項技術者將明瞭，可在不背離本發明之精神或範疇之情況下在用於本發明之SOEC系統之大氣操作的壓縮器整合及安全操作啟動中做出各種修改及變化。因此，倘若本發明之該等修改及變化歸屬於隨附申請專利範圍及其等效內容之範疇內，則本發明意欲涵蓋該等修改及變化。
10:SOFC/SOEC模組化系統、SOFC/SOEC系統、系統、燃料電池/電解器系統、燃料/電解器電池模組化系統
12:發電機模組、模組、離線模組
13:熱箱
14:殼體、櫃、輸入/輸出模組、模組、經組合輸入/輸出模組
16:燃料處理模組、模組
18:電力調節模組、模組
20:板
105:空氣導管
106:空氣鼓風機
107:空氣入口
110:蒸汽導管
111:再循環蒸汽入口
120:蒸汽與氫氣產物出口
123:高氧空氣出口
125:高氧空氣導管
126:高氧空氣鼓風機
130:選用氫氣導管
150:熱箱
160:分流器
165:文氏流量計
170:蒸汽再循環鼓風機
175:熱感測器
200:大型現場電解器系統、電解器系統
210:模組化區塊
220:模組化區塊
230:模組化區塊
240:模組化區塊
250:氣體分配模組
260:維修通道
261:管路
300:電解器系統
310:沖頭
320:沖頭
330:沖頭
340:沖頭
350:沖頭
360: 沖頭
370:沖頭
400:壓縮器系統
410:沖頭
411:熱交換器或冷凝器、冷凝器
412:轉變閥
412A:轉變閥
412B:轉變閥
413:隔離閥
413A:隔離閥
413B:隔離閥
415:壓力控制器
416:調節器
420:氣體分析器
421:抽吸式液氣分離器
422:壓縮器
425:壓縮器撬乾燥系統
426:調節器
430:歧管
500:SOEC系統
BOP1:水源
BOP2:氫氣產物收集器
BOP3:氫氣壓縮及處理
REC-STM:所得再循環蒸汽
RECH2OLP:再循環蒸汽流
所包括的用以提供對本發明之進一步理解、且併入本說明書中並構成本說明書之一部分之附圖圖解說明本發明之實施例且與本說明一起用來解釋本發明之原理。
圖1圖解說明根據本發明之實例性實施例之SOFC/SOEC模組化系統。
圖2圖解說明根據本發明之實例性實施例之大型現場電解器系統。
圖3圖解說明根據本發明之另一實例性實施例之大型現場電解器系統。
圖4圖解說明根據本發明之實例性實施例之壓縮器系統。
圖5圖解說明根據本發明之實例性實施例之SOEC系統。
400:壓縮器系統
410:沖頭
411:熱交換器或冷凝器、冷凝器
412:轉變閥
412A:轉變閥
412B:轉變閥
413:隔離閥
413A:隔離閥
413B:隔離閥
415:壓力控制器
416:調節器
420:氣體分析器
421:抽吸式液氣分離器
422:壓縮器
425:壓縮器撬乾燥系統
426:調節器
430:歧管
Claims (18)
- 一種用於固體氧化物電解器電池(SOEC)系統之壓縮器，該系統包括： 一或多個沖頭，其接收氫氣輸入且輸出濕氫氣； 熱交換器或冷凝器，其經組態以減小該濕氫氣之溫度； 壓縮器，其經組態以增加該濕氫氣之壓力；及 乾燥器，其經組態以降低該濕氫氣之露點。
- 如請求項1之系統，其中藉由歧管向該一或多個沖頭供應氫氣。
- 如請求項1之系統，其中該一或多個沖頭中之每一者、熱交換器或冷凝器、壓縮器及乾燥器位於回饋環路上。
- 如請求項1之系統，其中每一沖頭有一個壓縮器。
- 如請求項1之系統，其中每多個沖頭有一個壓縮器。
- 如請求項1之系統，其中在該壓縮器完全運行之前且在該一或多個沖頭完全運行時，該熱交換器或冷凝器之輸出藉由打開第一轉變閥來排放。
- 如請求項1之系統，其中當該壓縮器變得操作時，該熱交換器或冷凝器之輸出藉由打開第二轉變閥且關閉第一轉變閥供應至抽吸式液氣分離器。
- 如請求項7之系統，其中該抽吸式液氣分離器經組態以經由冷凝物排放管線收集及丟棄冷凝物。
- 如請求項1之系統，其中氣體分析器監測及控制該乾燥器之輸出。
- 一種用於操作固體氧化物電解器電池(SOEC)系統之方法，該方法包括： 在一或多個沖頭處輸出濕氫氣； 在熱交換器或冷凝器處降低該濕氫氣之溫度； 在壓縮器處增加該濕氫氣之壓力；及 在乾燥器處降低該濕氫氣之露點。
- 如請求項10之方法，其中藉由歧管向該一或多個沖頭供應氫氣。
- 如請求項10之方法，其中該一或多個沖頭中之每一者、熱交換器或冷凝器、壓縮器及乾燥器位於回饋環路上。
- 如請求項10之方法，其中每一沖頭有一個壓縮器。
- 如請求項10之方法，其中每多個沖頭有一個壓縮器。
- 如請求項10之方法，其中在該壓縮器完全運行之前且在該一或多個沖頭完全運行時，該熱交換器或冷凝器之輸出藉由打開第一轉變閥來排放。
- 如請求項10之方法，其中當該壓縮器變得操作時，該熱交換器或冷凝器之輸出藉由打開第二轉變閥且關閉第一轉變閥供應至抽吸式液氣分離器。
- 如請求項16之方法，其中該抽吸式液氣分離器經組態以經由冷凝物排放管線收集及丟棄冷凝物。
- 如請求項10之方法，其中氣體分析器監測及控制該乾燥器之輸出。
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