[發(fā)明專利]具有蒸汽生成的電解器系統(tǒng)及其操作方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210551992.1
• 申請日: 2022-05-18
• 公開（公告）號: CN115369434A
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 戴維·魏因格特納;安迪·塔;納瓦內(nèi)塔克里希南·戈文達(dá)拉蘇;希哈薩·帕特爾;基姆·阮;南丹·喬西;夏儂·貝爾
• 申請（專利權(quán)）人: 博隆能源股份有限公司
• 主分類號: C25B9/60
• 分類號: C25B9/60;C25B9/67;C25B15/08;C25B1/042
• 代理公司: 北京律盟知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11287
• 代理人: 張世俊

1.一種電解器系統(tǒng)，其包括：

蒸汽生成器，其經(jīng)配置以生成蒸汽；

固體氧化物電解槽堆疊，其經(jīng)配置以使用從所述蒸汽生成器接收的所述蒸汽生成氫氣流；以及

水預(yù)熱器，其經(jīng)配置以使用提取自從所述堆疊輸出的氧氣排氣的熱對提供到所述蒸汽生成器的水進(jìn)行預(yù)熱。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解器系統(tǒng)，其中所述蒸汽生成器包括：

汽化器，其經(jīng)配置以通過將所述經(jīng)預(yù)熱的水汽化而生成蒸汽；以及

過熱器，其經(jīng)配置以將所述蒸汽的溫度增加約10℃到約100℃，

其中所述蒸汽生成器進(jìn)一步包括預(yù)熱鍋爐，所述預(yù)熱鍋爐經(jīng)配置以將所述經(jīng)預(yù)熱的水進(jìn)一步加熱直到約100℃，且將所述進(jìn)一步加熱的水提供到所述汽化器，

其中所述蒸汽生成器進(jìn)一步包括除氣器，所述除氣器經(jīng)配置以在所述進(jìn)一步加熱的水提供到所述汽化器之前從所述進(jìn)一步加熱的水移除溶解的空氣，其中從所述除氣器生成的蒸汽與所述水預(yù)熱器的氧氣排氣混合。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解器系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括混合器，所述混合器經(jīng)配置以混合氫氣與由所述蒸汽生成器輸出的所述蒸汽，其中所述混合器經(jīng)配置以從氫氣儲存裝置、從所述氫氣流或從所述氫氣流和所述氫氣儲存裝置兩者接收氫氣。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解器系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括蒸汽同流換熱器，所述蒸汽同流換熱器經(jīng)配置以使用從所述氫氣流提取的熱對由所述蒸汽生成器生成的所述蒸汽進(jìn)行加熱，

其中所述蒸汽同流換熱器包括熱交換鰭片和電壓源，所述電壓源經(jīng)配置以對所述熱交換鰭片施加電壓，使得所述熱交換鰭片作為電阻性加熱元件操作以進(jìn)一步加熱所述蒸汽，

其中所述電解器系統(tǒng)進(jìn)一步包括蒸汽加熱器，所述蒸汽加熱器經(jīng)配置以將從所述蒸汽同流換熱器輸出或提供到所述蒸汽同流換熱器的所述蒸汽從所述堆疊的操作溫度加熱到10℃與150℃之間的溫度，和/或通過輻射熱傳遞加熱所述堆疊。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解器系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括：鼓風(fēng)機(jī)，所述鼓風(fēng)機(jī)經(jīng)配置以對所述堆疊提供空氣；空氣同流換熱器，所述空氣同流換熱器經(jīng)配置以通過從所述氧氣排氣提取熱而對提供到所述堆疊的所述空氣進(jìn)行預(yù)熱；以及空氣加熱器，所述空氣加熱器經(jīng)配置以在所述經(jīng)預(yù)熱的空氣提供到所述堆疊之前進(jìn)一步加熱所述經(jīng)預(yù)熱的空氣，

其中所述空氣加熱器包括豎直地、沿圓周或者豎直地且沿圓周劃分的具有獨立功率電平的多個空氣加熱器區(qū)，其中所述空氣加熱器區(qū)經(jīng)配置以增強(qiáng)所述空氣加熱器的熱均勻性。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解器系統(tǒng)，其中在穩(wěn)態(tài)操作期間，所述電解器系統(tǒng)經(jīng)配置以在不利用電加熱元件的情況下操作。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解器系統(tǒng)，其中在穩(wěn)態(tài)操作期間，所述系統(tǒng)經(jīng)配置以對所述堆疊進(jìn)行加壓，使得在所述固體氧化物電解槽的空氣側(cè)和燃料側(cè)處的壓力的范圍是從約3磅/平方英寸表壓psig到約50psig。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解器系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括經(jīng)配置以壓縮所述氫氣流的氫氣處理器，

其中所述氫氣處理器包括經(jīng)配置以壓縮所述氫氣流的至少一個電化學(xué)氫泵、液環(huán)壓縮機(jī)、隔膜壓縮機(jī)、交替壓縮裝置或其組合，

其中所述氫氣處理器進(jìn)一步包括排水裝置，所述排水裝置經(jīng)配置以從所述經(jīng)壓縮的氫氣流移除殘余水，

其中所述系統(tǒng)經(jīng)配置以對從所述經(jīng)壓縮的氫氣流移除的所述殘余水進(jìn)行再純化且提供到所述水預(yù)熱器。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解器系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括控制器，所述控制器經(jīng)配置以基于以下各項中的至少一個控制所述系統(tǒng)的操作：

所述堆疊的操作限制；

到所述系統(tǒng)的功率可用性；

瞬時平均功率成本；

所述系統(tǒng)的氫氣儲存容量；

可供使用的儲存能量的量；

氫氣產(chǎn)生收益暗示；

系統(tǒng)維護(hù)計劃；

天氣條件；或

從備用模式開始產(chǎn)生氫氣的最小可接受時間。