包括热交换器的燃料电池模块和运行这种模块的方法技术

用于燃料电池模块(200)中的燃料电池块(202)包括燃料电池(104)。联接到燃料电池的热交换器(214)包括第一热交换构件(120)、第二热交换构件(122)和限定内部空间(234)的壳体(232)。空气入口管(222)、燃料入口管(220)、空气出口管(226)和燃料出口管(224)各自引导流体(252,254)且至少部分地延伸通过内部空间。歧管(228,230)包括第一表面和与第一表面相反的第二表面。多个开口(262)限定在第一表面和第二表面中。歧管联接到燃料电池和热交换器，使得第一表面接触燃料电池而第二表面接触热交换器。歧管联接到空气入口管、燃料入口管、空气出口管和燃料出口管。

Fuel cell module including heat exchanger and method for operating such module

A fuel cell block (202) for a fuel cell module (200) includes a fuel cell (104). A heat exchanger (214) coupled to the fuel cell includes a first heat exchange member (120), a second heat exchange member (122), and a housing (232) that defines an internal space (234). The air inlet pipe (222), the fuel inlet pipe (220), the air outlet pipe (226) and the fuel outlet pipe (224) respectively guide the fluid (252254) and extend at least in part through the inner space. The manifold (228230) includes a first surface and a second surface opposite to the first surface. A plurality of openings (262) are defined on the first surface and the second surface. The manifold is coupled to the fuel cell and the heat exchanger so that the first surface contacts the fuel cell, and the second surface contacts the heat exchanger. The manifold is coupled to an air inlet pipe, a fuel inlet pipe, an air outlet pipe and a fuel outlet pipe.

【技术实现步骤摘要】
包括热交换器的燃料电池模块和运行这种模块的方法
本公开的领域大体涉及燃料电池模块，以及更具体而言涉及包括热交换器的燃料电池模块和其运行方法。
技术介绍
燃料电池为电化学能量转化装置，其在产生功率时展示了较高效率和低污染的潜力。燃料电池大体提供直流电(DC)，其通过逆变器转化成交流电(AC)。DC或AC电压用于对马达、灯和任何数量的电气装置和系统提供功率。燃料电池在固定、半固定或便携式应用中运行。诸如固体氧化物燃料电池(SOFC)的某些燃料电池在提供电力来满足工业和商业需求的大型功率系统中运行。其它用于较小的便携式应用，诸如对汽车提供功率。其它普遍类型的燃料电池包括磷酸(PAFC)、熔融碳酸盐(MCFC)和质子交换隔膜(PEMFC)，它们大体都以它们的电解质命名。燃料电池通过跨越离子传导层以电化学的方式组合燃料和氧化剂来发电。也标记为燃料电池的电解质的这个离子传导层为液体或固体。燃料电池典型地以电串联的方式积聚在燃料电池的组件中，以便以可用的电压或电流产生功率。因此，互连结构用来串联或并联地连接或联接相邻的燃料电池，以形成燃料电池叠堆。大体上，燃料电池的构件包括电解质、阳极和阴极。发电的反应大体在阳极和阴极处进行，在这里，典型地设置催化剂来加速反应。阳极和阴极的结构设置成包括槽道和多孔层，以增加用于进行化学反应的表面面积。电解质在阳极和阴极之间传送带电粒子，并且在别的方面基本不可渗透燃料和氧化剂。诸如管、阀和接头连接器的管道构件联接到燃料电池，以引导诸如燃料、氧化剂和副产物的流体进入和远离燃料电池。有时，热交换器用来加热或冷却流体。例如，在一些系统中，多个燃料电池联接到中心热交换器，并且流体分开来从中心热交换器引导到各个燃料电池。因此，多个管道构件延伸在中心热交换器和多个燃料电池之间。另外，在中心热交换器关闭以进行维护和维修时，所有联接到中心热交换器的燃料电池的生产率受到影响。一些被管道构件引导的流体具有较高温度，例如，高于600℃的温度。但是，处理高温流体所需要的高温管道构件会增加组装和运行燃料电池的成本和复杂性。另外，处理高温流体所需要的一些材料与燃料电池不相容。例如，诸如不锈钢的一些材料使燃料电池中的阴极铬蒸气中毒。此外，随着管道构件被高温流体加温，管道构件膨胀，即滑移，这影响管道构件(特别是接头连接器)的完整性。另外，热从高温流体损失到周围环境，这降低燃料电池的效率。
技术实现思路
在一个方面，用于燃料电池模块中的燃料电池块包括燃料电池和联接到燃料电池的热交换器。热交换器包括第一热交换构件、第二热交换构件和限定内部空间的壳体。空气入口管将空气引导到燃料电池且至少部分地延伸通过内部空间。第一交换构件构造成提高空气入口管中的空气的温度。燃料入口管将燃料引导到燃料电池且至少部分地延伸通过内部空间。第二交换构件构造成提高燃料入口管中的燃料的温度。空气出口管引导空气远离燃料电池且至少部分地延伸通过内部空间。燃料出口管引导燃料远离燃料电池且至少部分地延伸通过内部空间。歧管包括第一表面和与第一表面相反的第二表面。多个开口限定在第一表面和第二表面中。歧管联接到燃料电池和热交换器，使得第一表面接触燃料电池而第二表面接触热交换器。歧管联接到空气入口管、燃料入口管、空气出口管和燃料出口管。在另一个方面，燃料电池模块包括至少一个燃料电池块。至少一个燃料电池块包括燃料电池和联接到燃料电池的热交换器。热交换器包括第一热交换构件、第二热交换构件和限定内部空间的壳体。燃料电池模块进一步包括至少一个管，用于将流体引导到燃料电池。至少一个管至少部分地延伸通过内部空间。热交换器构造成将流体的温度提高到范围在大约600℃和大约800℃之间的温度。歧管包括第一表面和与所述第一表面相反的第二表面。歧管联接到燃料电池和热交换器，使得第一表面接触燃料电池而第二表面接触热交换器。至少一个管联接到歧管。在又一个方面，提供引导流体通过燃料电池模块的方法。燃料电池模块包括燃料电池块。方法包括将第一流体引导到燃料电池块。燃料电池块包括燃料电池、热交换器和歧管。热交换器包括限定内部空间的壳体。歧管包括第一表面和与第一表面相反的第二表面。第一开口和第二开口限定在第一表面和第二表面中。歧管联接到热交换器和燃料电池，使得第一开口和第二开口与燃料电池处于流体连接。方法进一步包括引导第一流体通过内部空间。第一流体被引导通过第一开口且进入燃料电池。第二流体被引导离开燃料电池且通过第二开口。第二流体被引导通过内部空间。随着流体被引导通过内部空间，热从第二流体传递到第一流体。热交换器构造成将第一流体的温度提高到范围在大约600℃和大约800℃之间的温度。热交换器包括第一热交换构件和第二热交换构件。技术方案1.一种用于燃料电池模块中的燃料电池块，所述燃料电池块包括：燃料电池；热交换器，其联接到所述燃料电池，所述热交换器包括第一热交换构件、第二热交换构件和限定内部空间的壳体；空气入口管，其用于将空气引导到所述燃料电池，所述空气入口管至少部分地延伸通过所述内部空间，所述第一交换构件构造成提高所述空气入口管中的空气的温度；燃料入口管，其用于将燃料引导到所述燃料电池，所述燃料入口管至少部分地延伸通过所述内部空间，所述第二热交换构件构造成提高所述燃料入口管中的燃料的温度；空气出口管，其用于引导空气远离所述燃料电池，所述空气出口管至少部分地延伸通过所述内部空间；燃料出口管，其用于引导燃料远离所述燃料电池，所述燃料出口管至少部分地延伸通过所述内部空间；以及歧管，其包括第一表面和与所述第一表面相反的第二表面，多个开口限定在所述第一表面和所述第二表面中，所述歧管联接到所述燃料电池和所述热交换器，使得所述第一表面接触所述燃料电池而所述第二表面接触所述热交换器，所述歧管联接到所述空气入口管、所述燃料入口管、所述空气出口管和所述燃料出口管。技术方案2.根据技术方案1所述的燃料电池块，其特征在于，所述燃料电池为第一燃料电池，所述燃料电池块进一步包括联接到所述热交换器的第二燃料电池。技术方案3.根据技术方案2所述的燃料电池块，其特征在于，所述歧管为第一歧管，所述燃料电池块进一步包括联接到所述第二燃料电池和所述热交换器的第二歧管。技术方案4.根据技术方案3所述的燃料电池块，其特征在于，所述第一燃料电池、所述第二燃料电池和所述热交换器在竖向方向上对准，所述热交换器定位在所述第一燃料电池和所述第二燃料电池之间。技术方案5.根据技术方案4所述的燃料电池块，其特征在于，所述壳体包括顶部壁、底部壁和延伸在所述顶部壁和所述侧壁之间的侧壁，所述第一歧管联接到所述顶部壁而所述第二歧管联接到所述底部壁。技术方案6.根据技术方案1所述的燃料电池块，其特征在于，所述歧管具有最大宽度，其范围在大约254毫米和大约1270毫米之间。技术方案7.根据技术方案6所述的燃料电池块，其特征在于，所述歧管具有测量在所述第一表面和所述第二表面之间的厚度，所述厚度的范围在大约2毫米和大约400毫米之间。技术方案8.根据技术方案1所述的燃料电池块，其特征在于，所述燃料电池联接到多个燃料电池，以形成燃料电池叠堆。技术方案9.一种燃料电池模块，包括：至少一个燃料电池块，其包括：燃料电池；热交换器，其联接到所述燃料电池，所述热交换器包括第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于燃料电池模块(200)中的燃料电池块(202)，所述燃料电池块包括：燃料电池(104)；热交换器(214)，其联接到所述燃料电池，所述热交换器包括第一热交换构件(120)、第二热交换构件(122)和限定内部空间(234)的壳体(232)；空气入口管(222)，其用于将空气(254)引导到所述燃料电池，所述空气入口管至少部分地延伸通过所述内部空间，所述第一交换构件构造成提高所述空气入口管中的空气的温度；燃料入口管(220)，其用于将燃料(252)引导到所述燃料电池，所述燃料入口管至少部分地延伸通过所述内部空间，所述第二热交换构件构造成提高所述燃料入口管中的燃料的温度；空气出口管(226)，其用于引导空气远离所述燃料电池，所述空气出口管至少部分地延伸通过所述内部空间；燃料出口管(224)，其用于引导燃料远离所述燃料电池，所述燃料出口管至少部分地延伸通过所述内部空间；以及歧管(228,230)，其包括第一表面(258)和与所述第一表面相反的第二表面(260)，多个开口(262)限定在所述第一表面和所述第二表面中，所述歧管联接到所述燃料电池和所述热交换器，使得所述第一表面接触所述燃料电池而所述第二表面接触所述热交换器，所述歧管联接到所述空气入口管、所述燃料入口管、所述空气出口管和所述燃料出口管。...

【技术特征摘要】
2015.09.28 US 14/8673911.一种用于燃料电池模块(200)中的燃料电池块(202)，所述燃料电池块包括：燃料电池(104)；热交换器(214)，其联接到所述燃料电池，所述热交换器包括第一热交换构件(120)、第二热交换构件(122)和限定内部空间(234)的壳体(232)；空气入口管(222)，其用于将空气(254)引导到所述燃料电池，所述空气入口管至少部分地延伸通过所述内部空间，所述第一交换构件构造成提高所述空气入口管中的空气的温度；燃料入口管(220)，其用于将燃料(252)引导到所述燃料电池，所述燃料入口管至少部分地延伸通过所述内部空间，所述第二热交换构件构造成提高所述燃料入口管中的燃料的温度；空气出口管(226)，其用于引导空气远离所述燃料电池，所述空气出口管至少部分地延伸通过所述内部空间；燃料出口管(224)，其用于引导燃料远离所述燃料电池，所述燃料出口管至少部分地延伸通过所述内部空间；以及歧管(228,230)，其包括第一表面(258)和与所述第一表面相反的第二表面(260)，多个开口(262)限定在所述第一表面和所述第二表面中，所述歧管联接到所述燃料电池和所述热交换器，使得所述第一表面接触所述燃料电池而所述第二表面接触所述热交换器，所述歧管联接到所述空气入口管、所述燃料入口管、所述空气出口管和所述燃料出口管。2.根据权利要求1所述的燃料电池块(202)，其特征在于，所述燃料电池(104)为第一燃料电池(104)而所述歧管(228,230)为第一歧管(228,230)，所述燃料电池块进一步包括联接到所述热交换器(214)的第二燃料电池(104)和联接到所述第二燃料电池和所述热交换器的第二歧管(228,230)。3.根据权利要求2所述的燃料电池块(202)，其特征在于，所述第一燃料电池(104)、所述第二燃料电池(104)和所述热交换器(214)在竖向方向上对准，所述热交换器定位在所述第一燃料电池和所述第二燃料电池之间。4.一种燃料电池模块(200)，包括：至少一个燃料电池块(202)，其包括：燃料电池(104)；热交换器(214)，其联接到所述燃料电池，所述热交换器包括第一热交换构件(120)、第二热交换构件(122)和限定内部空间(234)的壳体(232)；至少一个管(222,224)，其用于将流体(252,254)引导到所述燃料电池，所述至少一个管至少部分地延伸通过所述内部空间；以及歧管(228,230)，其包括第一表面(258)和与所述第一表面相反的第二表面(260)，所述歧管联接到所述燃料电池和所述热交换器，使得所述第一表面接触所述燃料电池而所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：DB希基，KG布朗，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US