[发明专利]通过除湿并过滤燃料电池废气来产生氮气的装置和方法

说明书

提供了一种用于使用燃料电池可靠且稳定地产生高纯度氮气的装置/系统。该氮气产生装置/系统包括：燃料电池，其通过吸入空气或含有氮气和氧气的气体以及燃料气体来运行；除湿机构，其降低从该燃料电池抽取的并且具有比空气更低的氧浓度的废气中的水分或水蒸气含量；和过滤机构，其包括使用对氮气和氧气具有不同渗透度的纤维的过滤器并且将具有降低的水分或水蒸气含量的废气转化为具有增加的氮浓度的气体。在此，该过滤器优选地是在其中当待过滤气体的氧浓度较低时回收率较高的过滤器。此外，该除湿机构优选地是包括水封泵的泵单元，并且在这种情况下，优选设置绝热膨胀室，在该绝热膨胀室中从燃料电池抽取的废气绝热膨胀。

技术领域

本发明涉及一种用于产生高纯度氮气的技术。

背景技术

根据巴黎公约要求于2020年2月25日提交的日本专利申请号JP2020-029364和2021年1月26日提交的日本专利申请号JP2021-010474的优先权，并且这些日本专利申请公开物的内容根据PCT细则20.6通过引用并入本文。

近年来，燃料电池的使用已得到积极推广。例如，燃料电池汽车已经投入实际使用，并且家用和工业燃料电池设施已经变得可获得。当使用燃料电池时，不仅可以实现高效发电，而且与使用内燃机的常规发电装置不同，可以将排出的二氧化碳量降低到约零。因此，燃料电池技术有望为实现零碳社会做出巨大贡献。

本发明的诸位发明人专注于此种燃料电池的潜力，并发明了如PTL 1和2中所述的使用燃料电池的焊接装置。在焊接装置中，不仅由燃料电池产生的电力而且通过发电产生的废气也供应到焊接装置中并使用。

此外，如PTL 3和4中所述，本发明的诸位发明人还发明了一种使用燃料电池的发电装置，该发电装置将惰性气体和电力供应至加工装置，该加工装置用电力在惰性气体中加热并加工待加热的物体。发电装置可以去除或降低来自燃料电池的废气中所含的氧含量和水蒸气含量/水分，并且可以将废气转化为适合在加工装置中使用的惰性气体。

此外，如PTL 5中所述，本发明的诸位发明人发明了一种供电和供气装置，其中连接从第一燃料电池部分到第N燃料电池部分的N个燃料电池部分并且可以供应具有足够少量氧气的贫氧气体。此外，如PTL 6中所述，本发明的诸位发明人还发明了一种氮气产生装置，其中将具有超过大气压的压力的空气和燃料气体供应至燃料电池，使燃料电池运行，将从燃料电池抽取的具有超过大气压的压力的废气施加到具有超过大气压的压力的氮气过滤器，并且从过滤器抽取具有增加的氮浓度的气体。

引用文献列表

专利文献

[PTL 1]日本专利申请公开号2013-233549

[PTL 2]日本专利申请公开号2016-164987

[PTL 3]日本专利申请公开号2017-084796

[PTL 4]日本专利申请公开号2018-163890

[PTL 5]日本专利申请公开号2019-129110

[PTL 6]日本专利申请公开号2020-149838

发明内容

技术问题

以此方式，本发明的诸位发明人得出结论，可以通过使用燃料电池来供应在各种生产/服务提供场所有很大需求的高纯度氮气。

此种高纯度氮气是既不助燃也不可燃的惰性气体，并且是非常有用的气体，并且目前，其当前由空气作为原料通过变压吸附(PSA)法、冷空气分离法、膜分离法等生产。

在此，认为可以使用来自燃料电池的废气有效地产生高纯度氮气，而非像常规技术那样直接使用空气作为原料。此外，当然，因为使用燃料电池，所以可以供应电力以及高纯度氮气。