用于提高固体氧化物燃料电池效率的系统和方法技术方案

在示例中，描述了用于提高固体氧化物燃料电池效率的系统和方法。该系统包括串联SOFC堆，通过该串联SOFC堆的燃料流动路径和通过该串联SOFC堆的空气流动路径。在该串联SOFC堆的两个相继SOFC堆之间的燃料流动路径中，来自两个相继SOFC堆的第一SOFC堆的燃料排物被输入到两个相继SOFC堆的第二SOFC堆中。在两个相继SOFC堆之间的空气流动路径中，来自第一SOFC堆的空气排气被输入到第二SOFC堆中。另外，在两个相继SOFC堆之间，(i)燃料流动路径包括被用于将燃料注入到燃料流动路径中的燃料入口，和/或(ii)空气流动路径包括被用于将空气注入到空气流动路径中的空气入口。

【技术实现步骤摘要】
用于提高固体氧化物燃料电池效率的系统和方法
本公开总体上涉及燃料电池系统，并且更具体地，涉及创建串联的固体氧化物燃料电池(SOFC)堆以增加SOFC系统的效率。
技术介绍
诸如固体氧化物燃料电池(SOFC)的机电燃料电池通过在进来的燃料与氧化剂流之间产生电化学反应来运行以产生电能。单独地，每个单个机电燃料电池产生相对少量的电能。因此，为了产生所需的电量，通常将单个机电燃料电池串联放置以创建燃料电池“堆”。燃料电池堆可用于多种场合，例如飞机或其他车辆。SOFC技术在高温下运行，例如在1020华氏度(°F)至1900°F之间，且在将氧化剂和燃料流引入SOFC堆之前，需要将其加热到工作温度。传统上，并非进入的流中所有可用的燃料和氧气/空气都能在单次通过SOFC堆的过程中发生电化学反应。为了使SOFC系统获得更多的能量，通常将未消耗的燃料与未消耗的氧气/空气一起燃烧以产生有用的热量，或者可以将每个流分别再循环回到堆中。未消耗的燃料与未消耗的氧气的燃烧比燃料的电化学反应效率低。现有的具有燃料和/或空气再循环的SOFC系统通常包括大的SOFC堆和一个或多个再循环鼓风机或用于将燃料排物再循环到SOFC堆中的类似装置。然而，现有的SOFC系统中的再循环和再循环鼓风机通常在中温或高温下运行，并且不能如期望的那样运行。因此，现有的SOFC系统通常还包括热交换器，该热交换器将进入的流冷却至更低的温度，之后，进入的流通过再循环鼓风机，然后被加热回到SOFC操作温度。但是，这增加了现有SOFC系统的复杂性和重量，这在飞机或其他以重量为主要考虑因素的场景中是不希望的。需要一种更轻且更简单的高效、可靠的SOFC系统。
技术实现思路
在一个示例中，描述了一种用于提高SOFC效率的系统。该系统包括串联SOFC堆，通过该串联SOFC堆的燃料流动路径和通过该串联SOFC堆的空气流动路径。在串联SOFC堆中的两个相继SOFC堆之间：在燃料流动路径中，从两个相继SOFC堆中的第一SOFC堆输出的燃料排物被输入到两个相继SOFC堆中的第二SOFC堆中，在空气流动路径中，从第一SOFC堆输出的空气排气被输入到第二SOFC堆，并且燃料流动路径包括燃料入口，该燃料入口被用于将燃料注入到两个相继SOFC堆之间的燃料流动路径中。在另一个示例中，描述了一种用于提高SOFC效率的系统。该系统包括串联SOFC堆，通过该串联SOFC堆的燃料流动路径和通过该串联SOFC堆的空气流动路径。在串联SOFC堆中的两个相继SOFC堆之间：在燃料流动路径中，从两个相继SOFC堆中的第一SOFC堆输出的燃料排物被输入到两个相继SOFC堆中的第二SOFC堆中，在空气流动路径中，从第一SOFC堆输出的空气排气被输入到第二SOFC堆，并且该空气流动路径包括空气入口，该空气入口被用于将空气注入到两个相继SOFC堆之间的空气流动路径中。在另一个示例中，描述了一种用于操作串联SOFC堆的方法。该串联SOFC堆包括通过该串联SOFC堆的燃料流动路径和通过该串联SOFC堆的空气流动路径。该方法包括在串联SOFC堆中的两个相继SOFC堆之间：在燃料流动路径中，将从两个相继SOFC堆的第一SOFC堆输出的燃料排物输送到两个相继SOFC堆的第二SOFC堆中，在空气流动路径中，将从第一SOFC堆输出的空气排气输送到第二SOFC堆，并将燃料注入到两个相继SOFC堆之间的燃料流动路径中。在另一个示例中，描述了一种用于操作串联SOFC堆的方法。该串联SOFC堆包括通过该串联SOFC堆的燃料流动路径和通过该串联SOFC堆的空气流动路径。该方法包括在串联SOFC堆中的两个相继SOFC堆之间：在燃料流动路径中，将从两个相继SOFC堆的第一SOFC堆输出的燃料排物输送到两个相继SOFC堆的第二SOFC堆中，在空气流动路径中，将从第一SOFC堆输出的空气排气输送到第二SOFC堆，并将空气注入到两个相继SOFC堆之间的空气流动路径中。已经讨论的特征、功能和优点可以在各种示例中独立地实现，或者可以在其他示例中组合。参考以下描述和附图，可以看到示例的更多细节。附图说明在所附的权利要求书中阐述了认为是示例性实施例的特征的新颖特征。然而，当结合附图阅读时，通过参考以下对本公开的说明性示例的详细描述，将最好地理解说明性示例以及优选的使用方式，进一步的目的及其描述，其中：图1示出根据示例实现方式的系统的示例，该系统包括串联SOFC堆以及位于该串联SOFC堆的两个相继SOFC堆之间的燃料入口。图2示出根据示例实现方式的位于图1的两个相继SOFC堆之间的空气入口。图3示出根据示例实现方式的位于图1的两个相继SOFC堆之间的燃料入口和空气入口。图4示出根据示例实现方式的位于图1的两个相继SOFC堆之间的燃料入口、空气入口和燃料重整器。图5示出根据示例实现方式的位于两个相继SOFC堆之间的燃料入口、空气入口、燃料重整器、燃料混合器和空气混合器。图6示出根据示例实现方式的图1的串联SOFC堆中的初始SOFC堆，以及位于初始SOFC堆之前的初始燃料重整器和热交换器。图7示出根据示例实现方式的位于图1的串联SOFC堆的SOFC堆之间的各种组件。图8示出根据示例实现方式的操作串联SOFC堆的示例方法的流程图。图9示出根据示例实现方式的与图8的方法一起使用的示例方法的流程图。图10示出根据示例实现方式的与图8的方法一起使用的另一示例方法的流程图。图11示出根据示例实现方式的与图8的方法一起使用的另一示例方法的流程图。图12示出根据示例实现方式的与图11的方法一起使用的另一示例方法的流程图。图13示出根据示例实现方式的与图8的方法一起使用的另一示例方法的流程图。图14示出根据示例实现方式的操作串联SOFC堆的另一示例方法的流程图。具体实施方式现在将在下文中参考附图更充分地描述所公开的示例，在附图中示出一些但并非全部公开的示例。实际上，可以描述几个不同的示例，并且不应将其解释为限于本文阐述的示例。相反，描述了这些示例，使得本公开将是透彻和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本公开的范围。通过本文使用的术语“基本上”、“大约”和“接近”，这意味着所陈述的特性、参数或值不需要精确地实现，但是偏差或变化(包括例如公差、测量误差、测量精度限制和本领域技术人员已知的其他因素)，可能以不排除该特性旨在提供的效果的量发生。除非另外特别指出，否则附图中描绘的元素不一定按比例绘制。在示例中，描述了与SOFC系统有关的方法和系统。特别地，所公开的SOFC系统可以增加可靠性和效率，同时减少现有SOFC系统的重量和复杂性。所公开的SOFC系统涉及对多个较小的SOFC堆进行串联排序，其中每个SOFC堆(除了该串联中的初始SOFC堆以外)都被配置为获取先前SOFC堆的输出，而不是在现有的SOFC系统中使用再循环鼓风机将来自单个较大的SOFC堆的燃料排物再循环回同一SO本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于提高固体氧化物燃料电池效率的系统(100)，所述系统(100)包括：/n串联固体氧化物燃料电池堆(101)；/n燃料流动路径(102)，通过所述串联固体氧化物燃料电池堆(101)；以及/n空气流动路径(104)，通过所述串联固体氧化物燃料电池堆(101)，/n其中，在所述串联固体氧化物燃料电池堆(101)的两个相继固体氧化物燃料电池堆(106)之间：/n在所述燃料流动路径(102)中，从所述两个相继固体氧化物燃料电池堆(106)中的第一固体氧化物燃料电池堆(110)输出的燃料排物(108)被输入到所述两个相继固体氧化物燃料电池堆(106)中的第二固体氧化物燃料电池堆(112)，/n在所述空气流动路径(104)中，从所述第一固体氧化物燃料电池堆(110)输出的空气排气(114)被输入到所述第二固体氧化物燃料电池堆(112)，并且/n所述燃料流动路径(102)包括燃料入口(116)，所述燃料入口(116)被定位用于将燃料(118)注入到所述两个相继固体氧化物燃料电池堆(106)之间的所述燃料流动路径(102)中。/n

【技术特征摘要】
20190102 US 16/237,7871.一种用于提高固体氧化物燃料电池效率的系统(100)，所述系统(100)包括：
串联固体氧化物燃料电池堆(101)；
燃料流动路径(102)，通过所述串联固体氧化物燃料电池堆(101)；以及
空气流动路径(104)，通过所述串联固体氧化物燃料电池堆(101)，
其中，在所述串联固体氧化物燃料电池堆(101)的两个相继固体氧化物燃料电池堆(106)之间：
在所述燃料流动路径(102)中，从所述两个相继固体氧化物燃料电池堆(106)中的第一固体氧化物燃料电池堆(110)输出的燃料排物(108)被输入到所述两个相继固体氧化物燃料电池堆(106)中的第二固体氧化物燃料电池堆(112)，
在所述空气流动路径(104)中，从所述第一固体氧化物燃料电池堆(110)输出的空气排气(114)被输入到所述第二固体氧化物燃料电池堆(112)，并且
所述燃料流动路径(102)包括燃料入口(116)，所述燃料入口(116)被定位用于将燃料(118)注入到所述两个相继固体氧化物燃料电池堆(106)之间的所述燃料流动路径(102)中。


2.根据权利要求1所述的系统(100)，其中，在所述两个相继固体氧化物燃料电池堆(106)之间，所述燃料流动路径(102)还包括燃料重整器(130)，所述燃料重整器(130)被配置为重整燃料混合物(122)，所述燃料混合物(122)包括(i)由所述燃料入口(116)注入的所述燃料(118)和(ii)从所述第一固体氧化物燃料电池堆(110)输出的所述燃料排物(108)。


3.根据权利要求2所述的系统(100)，其中，所述燃料重整器(130)包括蒸汽重整器。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统(100)，其中，所述燃料流动路径(102)和所述空气流动路径(104)是不同的路径，使得在所述两个相继固体氧化物燃料电池堆(106)之间，来自所述燃料流动路径(102)的燃料和来自所述空气流动路径(104)的空气不混合，并且
其中，所述燃料流动路径(102)和所述空气流动路径(104)协作并被定位成使得热量(132)在所述空气流动路径(104)和所述燃料流动路径(102)之间转移，以提供所述热量(132)以用于由所述燃料重整器(130)执行重整反应。


5.根据权利要求1至3中任一项所述的系统(100)，其中，在所述两个相继固体氧化物燃料电池堆(106)之间，所述燃料流动路径(102)还包括燃料混合器(134)，所述燃料混合器(134)被配置成混合用于所述燃料重整器(130)重整的所述燃料混合物(122)。


6.根据权利要求1至3中任一项所述的系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：玛丽安娜·E·马塔，切拉帕·巴兰，蒂娜·斯托亚，沙伊莱什·阿特雷亚，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US