【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种包括非原电池(non galvanique)燃料电池的发电设备。
技术介绍
1、众所周知，氢燃料电池在高温、特别是450℃至1000℃的范围操作。在这些电池中，如果氢以离子形式朝阴极穿过电解质，则氢在阴极处氧化，或者如果氧朝阳极穿过电解质，则氢在阳极处氧化(sofc固体氧化物电池中的情况)。然而，所有这些燃料电池的能量效率很少超过能量的60％。
2、已知利用这些电池操作期间释放的热量操作发电的涡轮机。然后谈到联合生产。然而，回收发电过程中释放的热量的回收利用并不充分。
3、文献jp 2005 306624a描述了利用来自燃料电池的残余气体在燃烧器中燃烧产生的热量向反应器提供热能，在反应器中，产品的分离和浓缩阶段用于生产氢气，但不回收利用氢气和氧气在其中反应的电池的电解质或电极释放的所有热量，可能仅使用传递给未反应的氧气和氢气的所述热量的一部分，并且还需要燃烧室，在燃烧室中，氧气在电化学电池外燃烧氢气；而相反的是，可以通过在低于水的临界压力的压力下的简单冷却，将氢气与在阳极出口处与其混合的水分离，在所述电池的入口处重新引入，或者通过膜分离。
4、文献jp h09 320627a描述了一种设备，在该设备启动时能够利用以磷酸作为电解质的燃料电池产生的热量。燃料电池完全由氢气和氧气生产单元中发生的化学反应提供动力，氢气和氧气生产单元利用电池产生的热量操作。这种设备并不允许回收利用电池的电化学反应产物用于生产氢气和氧气。此外，该设备产生与氢气反应的有毒副产物磷。
5、文献u
6、《乌尔曼工业化学百科全书》(isbn 978-3-52-730673-2)在其章节“氢气生产”中描述了生产氢气的各种化学方法，包括水分解为氢气和氧气的方法。
7、技术问题
8、然而，这些方法都不能够在设备的输入与所述燃料电池的输入相同时，通过回收利用所述电池产生的热量提高燃料电池产生电能的效率。然而，除了电池的燃料、特别是氢气部分燃烧的问题之外，氢电池的性能还受不仅在其电极处而且在离子通过的电解质中发生的热释放的显著影响。
技术实现思路
1、本专利技术涉及一种实现非原电池燃料电池的发电方法，所述方法可以回收利用所述电池释放的热量，以通过热分解过程产生用于所述燃料电池的燃料，应用与所述电池产生的化学组成相同的产物，所述电池释放热量的至少一部分供给所述分解过程的至少一个吸热反应，并且燃料电池的氧化剂和燃料在所述燃料电池外部彼此不直接反应。
2、燃料进入设备，并与可能由化学循环反应器产生的燃料混合，以引入到燃料电池中所述燃料电池产生是设备的产物之一的电力，以及部分地从设备排出并部分地循环到化学循环反应器的产物，电池释放的热量传递到产生燃料的化学循环。
3、燃料电池例如是固体氧化物氢电池，其燃烧产物是在与氢接触的电极处形成的水。氢气浓缩器(150)有利地设置为从水-氢气混合物中提取水，例如其由钒的金属膜组成，每个面上覆盖氧化硅，其本身覆盖20微米铂薄层，如david edlund，dwayne friesen，brucejohnson和william pledge于1994年发表在gas separation and purification杂志第8卷上的文章“hydrogen-permeable metal membranes for high-temperature gasseparations”中所述。
4、水分解过程
5、水的热分解过程是例如碘硫循环或使用例如溴或氯代替碘的卤化氢的任何其他类似循环，在此过程中利用的反应分别为2h2so4→2so2+2h2o+o2；2hbr→br2+h2；2hbr→br2+h2，和：2h2so4→2so2+2h2o+o2；2hcl→cl2+h2；2hcl→cl2+h2。然后，水的热分解的每一种产物都可以部分地由氢燃料电池利用。作为变体，通过热分解过程分解的产物都来自电池中发生的整个化学反应，并且热分解产生的所有产物都由所述电池消耗。
6、硫碘循环允许碘、二氧化硫和水在例如在120℃进行第一反应，产生碘化氢和硫酸(i2+so2+2h2o→2hi+h2so4)，碘化氢再循环例如在650℃进行第一吸热反应分解为碘和氢气(2hi→i2+h2)，硫酸例如在830℃进行第二吸热反应分解为二氧化硫、水和氧气(2h2so4→2so2+2h2o+o2)；第一和/或第二吸热反应所需的热量来自氢燃料电池，通过所述燃料电池与第一吸热反应和/或第二吸热反应的反应器之间的热连接提供，和/或通过其操作期间由氢燃料电池释放的水传递到所述反应器。
7、替代地，水的热分解过程可以使用碱金属氢化物，其中与碱金属混合的水反应形成碱金属氢化物和氧(h2o+2me->2meh+1/2o2)，而碱金属氢化物在另一个反应器中转化为金属和氢气(2meh->2me+h2)。替代地，水的分解可以使用三氯化铁(iii)和二氯化铁(ii)进行(6fecl2+8h2o->2fe3o4+12hcl+2h2；2fe3o4+12hcl+3cl2->6fecl3+6h2o+o2和6fecl3->6fecl2+3cl2)。
8、替代地，水的分解还可以使用氯化钒和四氯化钒进行(cl2+h2->2hcl+1/2o2；2hcl+vcl2->2vcl3+h2；2vcl3->vcl2+vcl4；2vcl4->2vcl3+cl2)。
9、在另一个方案中，水的热分解过程可以使用烃，例如甲烷在第一反应器中与水反应形成氢气和一氧化碳(ch4+h2o->co+3h2)，一氧化碳和氢气在第二反应器中反应形成甲醇(co+2h2->ch3oh)，甲醇在第三反应器中与砷酸盐反应形成亚砷酸酐和氧气(ch3oh+as2o4->1/2as2o3+1/2o2)，第四和第五反应器允许由亚砷酸酐形成砷酸盐和氧气(1/2as2o5->1/2as2o3+1/2o2和1/2as2o5+1/2as2o3->as2o4)。
10、本专利技术还涉及一种能够实现上述发电方法的发电设备。所述设备包括例如：
11、-至少一个燃料电池，其发电并使用燃料、例如氢气作为还原燃料，以及在给定的操作温度下操作，所述电池与主氢气源连接；
12、-化学反应器/化学生产单元，与所述电池热连接并允许通过在温度低于或等于所述电池的所述操作温度下发生的至少一个吸热化学反应由电池中发生的反应的产物或由相同组成的化合物化学生产燃料，以及
13、-将所述化学反应器中产生的氢气引入到所述电池中的装置。
14、在本专利技术的优选实施方案中，所述化学反应器/所述化学生产单元包括至少一个允许由碘化氢(hi)化学生产氢气和碘的主室/主反应器、允许由硫酸(h2so4)化学本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种实现非原电池燃料电池(1)的发电方法，所述方法能够回收利用电池(1)释放的热量，以通过热分解过程产生用于所述燃料电池的燃料，应用与所述燃料电池的产物之一化学组成相同的产物，所述燃料电池释放的热量的至少一部分供应给所述分解过程的至少一个吸热反应。
2.根据前述权利要求所述的方法，燃料电池的氧化剂和燃料在所述电池外部不直接相互反应。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，燃料进入设备并与可能由化学循环反应器产生的燃料混合，以引入到所述燃料电池(1)中，所述燃料电池(1)产生是设备的产物之一的电力，以及至少一种部分地从设备排出并部分地循环到化学循环反应器的产物，电池(1)释放的热量传递到产生燃料的化学循环。
4.根据前述权利要求任一项所述的方法，每种热分解产物部分地由电池利用。
5.根据前述权利要求任一项所述的方法，电池的部分产物或产物用于化学分解。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中发电的燃料电池(1)使用氢气作为还原燃料，并在给定的操作温度下操作，所述电池(1)与主氢气源相连，水的热分解过程是硫
7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中发电的燃料电池(1)使用氢气作为还原燃料，并在给定的操作温度下操作，所述电池(1)与主氢气源相连，水的热分解过程是使用溴的循环，在此期间利用以下反应：
8.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中发电的燃料电池(1)使用氢气作为还原燃料，并在给定的操作温度下操作，所述电池(1)与主氢气源相连，水的热分解过程是使用氯的硫循环，在此期间利用以下反应：
9.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中发电的燃料电池(1)使用氢气作为还原燃料，并在给定的操作温度下操作，所述电池(1)与主氢气源相连，水的热分解过程使用碱金属氢化物，其中与碱金属混合的水反应形成碱金属氢化物和氧气(H2O+2Me->2MeH+1/2O2)，而碱金属氢化物在另一个反应器中转化为金属和氢气(2MeH->2Me+H2)。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中发电的燃料电池(1)使用氢气作为还原燃料，并在给定的操作温度下操作，所述电池(1)与主氢气源相连，水的热分解过程使用三氯化铁(III)和二氯化铁(II)(6FeCl2+8H2O->2Fe3O4+12HCl+2H2；2Fe3O4+12HCl+3Cl2->6FeCl3+6H2O+O2和6FeCl3->6FeCl2+3Cl2)。
11.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中发电的燃料电池(1)使用氢气作为还原燃料，并在给定的操作温度下操作，所述电池(1)与主氢气源相连，水的热分解过程使用氯化钒和四氯化钒(Cl2+H2->2HCl+1/2O2；2HCl+VCl2->2VCl3+H2；2VCl3->VCl2+VCl4；2VCl4->2VCl3+Cl2)。
12.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中发电的燃料电池(1)使用氢气作为还原燃料，并在给定的操作温度下操作，所述电池(1)与主氢气源相连，水的热分解过程使用烃。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，烃是甲烷，甲烷例如在第一反应器中与水反应形成氢气和一氧化碳(CH4+H2O->CO+3H2)，一氧化碳和氢气在第二反应器中反应形成甲醇(CO+2H2->CH3OH)，甲醇在第三反应器中与砷酸盐反应形成亚砷酸酐和氧气(CH3OH+As2O4->1/2As2O3+1/2O2)，第四和第五反应器允许由亚砷酸酐形成砷酸盐和氧气(1/2As2O5->1/2As2O3+1/2O2和1/2As2O5+1/2As2O3->As2O4)。
14.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中发电的燃料电池(1)使用甲醇作为燃料。
15.利用权利要求1至6中任一项所述的方法的发电设备，包括：
16.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述化学反应器/所述化学生产单元(3)包括至少一个允许由碘化氢化学生产氢气和碘的主室/主反应器(310)、允许由两个硫酸分子之间的反应化学生产氧气的第一副室/第一副反应器(311)和至少一个允许碘、氧化硫和水之间反应产生碘化氢和硫酸的第二副室/第二副反应器。
17.允许发电的设备，其特征在于，其包括使用权利要求1至14中任一项所述的方法。
18.允许核聚变的设备，其特征在于，其包括使用权利要求1至14中任一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种实现非原电池燃料电池(1)的发电方法，所述方法能够回收利用电池(1)释放的热量，以通过热分解过程产生用于所述燃料电池的燃料，应用与所述燃料电池的产物之一化学组成相同的产物，所述燃料电池释放的热量的至少一部分供应给所述分解过程的至少一个吸热反应。
2.根据前述权利要求所述的方法，燃料电池的氧化剂和燃料在所述电池外部不直接相互反应。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，燃料进入设备并与可能由化学循环反应器产生的燃料混合，以引入到所述燃料电池(1)中，所述燃料电池(1)产生是设备的产物之一的电力，以及至少一种部分地从设备排出并部分地循环到化学循环反应器的产物，电池(1)释放的热量传递到产生燃料的化学循环。
4.根据前述权利要求任一项所述的方法，每种热分解产物部分地由电池利用。
5.根据前述权利要求任一项所述的方法，电池的部分产物或产物用于化学分解。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中发电的燃料电池(1)使用氢气作为还原燃料，并在给定的操作温度下操作，所述电池(1)与主氢气源相连，水的热分解过程是硫碘循环，其中进行以下化学反应：
7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中发电的燃料电池(1)使用氢气作为还原燃料，并在给定的操作温度下操作，所述电池(1)与主氢气源相连，水的热分解过程是使用溴的循环，在此期间利用以下反应：
8.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中发电的燃料电池(1)使用氢气作为还原燃料，并在给定的操作温度下操作，所述电池(1)与主氢气源相连，水的热分解过程是使用氯的硫循环，在此期间利用以下反应：
9.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中发电的燃料电池(1)使用氢气作为还原燃料，并在给定的操作温度下操作，所述电池(1)与主氢气源相连，水的热分解过程使用碱金属氢化物，其中与碱金属混合的水反应形成碱金属氢化物和氧气(h2o+2me->2meh+1/2o2)，而碱金属氢化物在另一个反应器中转化为金属和氢气(2meh->2me+h2)。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中发电的燃料电池(1)使用氢气作为还原燃料，并在给定的操作温度下操作，所述电池(1)与主氢气源相连，水的热分...
【专利技术属性】
技术研发人员：B·桑莱费雷尔，
申请(专利权)人：马尔伯夫委员会与研究所，
类型：发明
国别省市：
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