燃料电池系统及相关的方法技术方案

一种燃料电池系统，包括：具有被供给燃料气体的燃料极（１９）和被供给氧化剂气体的空气极（１６）的燃料电池（１２）；二氧化碳分离器（１５、５２、７１），用于分离从燃料电池的燃料极排出的阳极排出气体（２５）中的二氧化碳；燃料气化器（１３、５８），用于通过将燃料注射入阳极排出气体中制出燃料气体，所述阳极排出气体中的二氧化碳已在二氧化碳分离器中被分离，并且从二氧化碳分离器中排放出来。燃料气化器制出的燃料气体被供给燃料电池的燃料极。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃料电池系统及相关的方法
本专利技术涉及燃料电池系统及其相关的方法，具体的说，涉及一种配有二氧化碳分离器的燃料电池及其相关的方法。
技术介绍
在燃料电池发电设备中，烃燃料进行电化学反应，以将其转化为水和二氧化碳，引起化学焓的差异，被转化为电能，从而能有效地获得电力。但是，将必然产生二氧化碳。由于二氧化碳如果被直接排放到大气中有导致全球变暖问题产生的可能性，日本专利申请公开号H11-26004提供了一种从阳极排放的气体中除去二氧化碳的技术。
技术实现思路
然而，通过本专利技术专利技术者对具有上述结构的发电设备所做的大量研究工作表明，到目前为止尚没有人对已用于发电的燃气进行再利用的尝试，因而还不能说整个系统的发电效率保持在一个高水平。在这些研究的基础上，本专利技术者完成了本专利技术，特别是，本专利技术的目的是提供一种燃料电池系统及其相关方法，其中用于发电的燃料气体被重复利用并在系统内循环，使得燃料被有效地利用，同时使得整个燃料电池系统的发电效率得到改善。根据本专利技术的一个方面，一种燃料电池系统包括：具有被供给燃料气体的燃料极和被供给氧化剂气体的空气极的燃料电池；二氧化碳分离器，用于分离从燃料电池的燃料极排出的阳极排出气体中的二氧化碳；燃料气化器，用于通过将燃料注射入阳极排出气体中以制出燃料气体，所述阳极排出气体中的二氧化碳已在二氧化碳分离器中被分离，并且从-->二氧化碳分离器中排放出来，燃料气化器制出的燃料气体被供给燃料电池的燃料极。此外，根据本专利技术的另一个方面，一种燃料电池系统包括：具有被供给燃料气体的燃料极和被供给氧化剂气体的空气极的燃料电池；二氧化碳分离装置，用于分离从燃料电池的燃料极排出的阳极排放气体中的二氧化碳；燃料注射装置，用于通过将燃料注射入阳极排出气体中以制出燃料气体，所述阳极排出气体中的二氧化碳已在二氧化碳分离装置中被分离，并且从二氧化碳分离装置中排放出来，该燃料注射装置制出的燃料气体被供给燃料电池的燃料极。同时，根据本专利技术的再一个方面，提供了一种在燃料电池系统内循环气体的方法，所述燃料电池系统具有被供给燃料气体的燃料极和被供给氧化剂气体的空气极，该方法包括：从燃料电池的燃料极排出的阳极排出气体中分离二氧化碳；通过向其中的二氧化碳已被分离并排出的阳极排出气体中注入燃料，以制出燃料气体；以及将燃料气体供给燃料电池的燃料极。从下文结合附图进行的描述中，可更加清楚地理解本专利技术其他更进一步的特征、优越性以及益处。附图的简要说明图1是显示本专利技术第一个实施例燃料电池系统的整体结构的示意图；图2是图1所示第一个实施例燃料电池系统中二氧化碳分离器的内部结构示意图；图3是显示本专利技术第二个实施例燃料电池系统的整体结构的示意图；图4是图3所示第二个实施例燃料电池系统中外部重整器的透视图；图5是显示本专利技术第三个实施例燃料电池系统的整体结构的示意图。具体实施方式-->以下将适当地结合附图详细说明本专利技术各个实施例的燃料电池系统及其相关的方法。(第一个实施例)首先，参看图1和图2，将详细说明本专利技术第一个实施例的燃料电池系统及其相关的方法。图1是本实施例燃料电池系统的整体结构示意图，图2是图1所示二氧化碳分离器的内部结构示意图。如图1和图2所示，燃料电池系统10包括空气压缩机11、燃料电池12和燃料气化器13，另外还包括具有热交换器14的二氧化碳分离器15。压缩空气经过设置于二氧化碳分离器15中的热交换器14，从空气压缩机11输送到燃料电池12的空气极16，送气管道17连接空气压缩机11和热交换器14，并且空气供给管道18连接热交换器14和燃料电池12。燃料电池12包括多个与多个燃料极19匹配的空气极16，并且该燃料电池最好采用固体氧化物燃料电池(SOFC)，该固体氧化物燃料电池由发电室CL和隔板(图中未显示)交替地层叠在一起形成。图1中只代表性地显示了一个发电室CL，电解质层EM由氧化物离子传导性固体电解质例如氧化钇稳定了的氧化锆(YSZ)组成，并且电解质层EM具有一个与由镧-锰氧化物构成的空气极(阴极)16形成的表面，和另一个与由镍-陶瓷材料构成的燃料极(阳极)19形成的表面。隔板具有一个与空气流的通路形成的表面，和另一个与燃料气体流的通路形成的表面，并且该隔板在发电室之间具有导电作用。还有，SOFC的运行温度是在约600℃(含)至1000℃(含)范围内的高温。即，发电室CL和隔板是按照如下方式进行交替层叠的：发电室CL的燃料极19和隔板上的燃料气体流的通路彼此相向地设置，并且发电室CL的空气极16和隔板上的空气流的通路彼此相向地设置，结果形成了燃料电池12。燃料气体经过燃料气体供给管道20，被输送到多个在燃料电池12内形成的燃料极19，所述燃料气体供给管道20位于燃料电池12的燃料-->气化器13和燃料极19之间。因所述燃料气体被用于发电而生成的阳极排放气体25，经过与燃料电池12的下游端口连接的阳极排气管21被运送到二氧化碳分离器15。空气经过空气供给管道18，被运送到在燃料电池12内形成的多个空气极16，并且由于所述空气用于发电而生成的阴极排放气体26，通过与燃料电池12的另一下游端口连接的阴极排气管22被运送到二氧化碳分离器15。如图2所示，二氧化碳分离器15通常具有为圆筒状的外部形状，包括位于上部的阳极排出气体流的通路23和位于下部的阴极排出气体流的通路24，并且该通路23和通路24由绝热壁部分32分开并进行界定。导入阳极排出气体流的通路23中的是由燃料电池12的燃料极19排出的阳极排出气体25，导入阴极排出气体流的通路24中的是由燃料电池12的空气极16排出的阴极排出气体26。即，关于二氧化碳分离器15的阳极排出气体流的通路23和阴极排出气体流的通路24，图2中左侧显示的是上游侧，右侧显示的是下游侧。阳极排出气体流的通路23和阴极排出气体流的通路24基本上被二氧化碳除去件27界定，该二氧化碳除去件27为圆盘状，位于二氧化碳分离器15的轴向(纵向)上，即，在排出气体从上游侧流动到下游侧的方向上。二氧化碳除去件27具有设有中心轴28的径向中心部，该中心轴28沿二氧化碳分离器15的轴向平行延伸，二氧化碳除去件27围绕中心轴28可转动地被支撑住。由于阳极排出气体流的通路23和阴极排出气体流的通路24彼此之间被绝热壁部分32分开，在阳极排出气体流的通路23中产生的主要为高温的热量基本上没有被传递给阴极排出气体流的通路24。在二氧化碳分离器15中，热交换器14被设置在阳极排出气体流的通路23中。热交换器14包括一根细的由金属制成的盘绕成螺旋形状的供给管，该供给管的一端30与空气压缩机11连接，而另一端31与燃料电池12的空气极16连接，以使得从空气压缩机11释放出来的压缩空气穿过螺旋供给管的内部。由于主要为低温的压缩空气的存在，在压缩空气通过位于阳极排出气体流的通路23中的螺旋部分时，发生热交换，把-->在阳极排出气体流的通路23中流动的高温阳极排出气体25中的热量移走，使得低温的阳极排出气体被传送到二氧化碳除去件27。二氧化碳除去件27由可在高温下使用的蜂巢件制成，并且二氧化碳吸收材料被负载在作为载体的蜂巢状陶瓷上。该二氧化碳除去件27可被用于所谓的旋转式再生型分离器。二氧化碳吸收材料适宜由含有锆酸锂作为主要组分的材料制成，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，包括：具有被供给燃料气体的燃料极和被供给氧化剂气体的空气极的燃料电池；二氧化碳分离器，用于分离从燃料电池的燃料极排出的阳极排出气体中的二氧化碳；和燃料气化器，用于通过将燃料注射入阳极排出气体中制出燃料气体，所述阳极排出气体中的二氧化碳已在二氧化碳分离器中被分离，并且从二氧化碳分离器中排放出来，该燃料气化器制出的燃料气体被供给燃料电池的燃料极。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2003-1-30 022408/20031.一种燃料电池系统，包括：具有被供给燃料气体的燃料极和被供给氧化剂气体的空气极的燃料电池；二氧化碳分离器，用于分离从燃料电池的燃料极排出的阳极排出气体中的二氧化碳；和燃料气化器，用于通过将燃料注射入阳极排出气体中制出燃料气体，所述阳极排出气体中的二氧化碳已在二氧化碳分离器中被分离，并且从二氧化碳分离器中排放出来，该燃料气化器制出的燃料气体被供给燃料电池的燃料极。2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中二氧化碳分离器具有二氧化碳除去件，该二氧化碳除去件依靠阳极排出气体的温度来吸收和释放二氧化碳。3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中二氧化碳分离器包括与燃料电池的燃料极相连通的阳极排出气体流的通路和与燃料电池的空气极相连通的阴极排出气体流的通路，所述阳极排出气体流的通路和所述阴极排出气体流的通路通过壁部分被彼此隔开，以及其中所述的二氧化碳除去件是可旋转的，其设置方式为：覆盖所述阳极排出气体流的通路和所述阴极排出气体流的通路两者，由此二氧化碳在低于预定值的温度时被吸收，并在高于该预定值的温度时被释放。4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，还包括：热交换器，该热交换器被设置在位于二氧化碳除去件的上游侧的阳极排出气体流的通路内，以冷却所述的阳极排出气体。5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其中热交换器使用来自空气压缩机的空气对阳极排出气体进行热交换，以降低阳极排出气体的温-->度，并且流过热交换器的所述空气被供给燃料电池的空气极。6.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其中二氧化碳分离器的壁部分具有绝热性能，并位于二氧化碳除去件的上游侧。7.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其中所述二氧化碳分离器的阳极排出气体流的通路和阴极排出气体流的通路分别与位于二氧化碳除去...

【专利技术属性】
技术研发人员：栉引圭子，中岛靖志，原直树，
申请(专利权)人：日产自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]