[发明专利]用于高温电池或高温电解槽的温控系统

说明书

本发明涉及一种用于控制经由管道系统供给热空气的高温电池或经由管道系统供给热空气的高温电解槽中的温度的控制系统。

为了提供合适的工作温度，必须向高温电池以及高温电解槽供给足够的热量。因此，在如DE 10 2009 057 720.3所述的高温电池中，例如须将电池单元加热至至少700℃的温度水平以确保有效的操作。同样，如EP12163588所述，例如向高温电解槽供热以便于能够操作高效的电化学气体分离设备。这两种装置的效率受到例如确定该装置中必须的离子通量(ion fluxes)的工作温度的显著影响。

在这种情况下，所须热量可至少部分地由向高温电池或高温电解槽输送的热空气流产生。然而，这样的热空气的温度水平不必达到所述高温电池或高温电解槽的工作温度的水平，但其应足够高以便于能够作出显著的热量贡献。因此，在目前的情况下热空气被理解成温度水平高于环境温度的经热调节的空气。

在本发明的范围内，高温电池以及高温电解槽具有至少300℃，优选至少650℃的工作温度。特别地，该温度要足够高，以便于能够根据设计操作至少部分地基于固体电解质型燃料电池(solid electrolyte fuel cell)(SOFC)工作的高温电池或高温电解槽。在这种情况下，一般需要至少650℃的温度。

由被设计成固体电解质型燃料电池(SOFC)的高温燃料电池的技术范围已知了可比较的操作的前提条件。因此，在US 2004/0013913 A1中描述了，例如借由空气管道系统将经加热的空气供给高温燃料电池。在这种情况下进行加热以通过热交换器和合适的加热装置来调节输送至高温燃料电池的空气。从回流管道中部分提取由热交换器释放至空气的能量，该回流管道从高温燃料电池中排出使用后的空气并将其输送至热交换器。因此，根据从高温燃料电池中排出的热空气的量，可借助于热交换器在热循环回路中将较多或较少量的热量再次输送至高温燃料电池，从而可最小化整体的热损失。此外，伴随回流的增加，贯穿燃料电池的温度梯度可被降低。由控制系统来进行输送至空气流的热能的总量的控制，所述控制系统确定了额外的外部热量的输入以便于能够将足够的总热量最终供给高温燃料电池。

但是，不同于高温燃料电池的情况，由于通常在不同的且时间性变化(temporally variable)的负载和工作条件下进行高温电池或高温电解槽的操作，必须将热量以时间性变化的方式供给所述高温电池或高温电解槽。在高温电解槽的情况下，通常以吸热的方式(endothermally)地进行吸收电能的过程步骤，其须要热量的供给。与此相反，通常以放热的方式进行释放化学能的过程步骤。如果不以交替进行这两种操作类型的方式来运行高温电解槽，那么就必须变化性地供给热量。类似地，可以在两种不同的工作状态下运行高温电池，吸收电能且吸热的冲电状态以及释放电能且放热的放电状态。因此，如果彼此交替地选择这两种工作状态，那么这种情况下也必须变化性地供给热量。

此外，可提供高温电池或高温电解槽以吸收来自于可再生的波动能源(fluctuating energy sources)(风能、太阳能)的多余能量。这导致待吸收的功率的连续变化并从而导致其工作状态的变化。

但是，不同的工作状态通常还需要空气供给中彼此不同的质量流。然而其结果是，原则上高温电池或高温电解槽的操作不同于通常仅具有单个经限定的工作状态的高温燃料电池的操作。

如果向高温电池或高温电解槽供给时间性变化的空气质量流，那么如US 2004/0013913 A1所述，并不能以足够的效率运转热调节。在这种情况下，可能会特别需要将更高的热量输入空气流，这仅可借助于由外部热源提供的大量热能来满足。在这种情况下，来自于回流管道的专门(exclusively)的热输入被证明是不够积极有利的。此外，控制速度被证明是不足以快速加热大量的空气流的。

因此，有必要在技术方面提出一种用于控制经由管道系统供给热空气的高温电池或经由管道系统热空气的高温电解槽的温度的控制系统，其避免了现有技术的不足之处。特别地，还能在空气供给中的质量流变化的情况下能够有能效地操作。此外，能够向高温电池或高温电解槽供给时间性变化的质量流，其中以较为高能效的方式进行该质量流的热调节。

本发明的目的是通过根据权利要求1的控制系统来实现的。