一种电化学换能器，它设置在一个压力容器内，所述压力容器用于收集由所述电化学换能器产生的热废气并可将所述废气输送到一个能利用废热发电的基础动力设备、例如燃气轮机。所述基础动力设备能够从由所述电化学换能器（诸如用于产生电能的一种燃料电池）产生的热废气中获取能量，从而形成了一个高效的能量系统。所述基础动力设备例如可包括一种燃气轮机或一种供暖、通风和致冷系统（ＨＶＡＣ系统）。所述压力容器可包括一个热交换器（诸如一个冷却套）用于在将反应物引入到所述电化学换能器之前使所述压力容器冷却和／或使所述电化学换能器的输入反应物预热。在一个实施例中，一个燃气轮机系统的一个压缩机可以抽送的方式使一种输入反应物通过所述压力容器换热器并且将所述反应物在一定压力下输送到封闭在所述压力容器内的电化学换能器中。加压和加热燃料电池废气被所述压力容器收集并被输送到所述透平系统膨胀装置。所述燃料电池和所述压力容器用作所述燃气轮机系统的一个燃烧器。所述膨胀装置可进行机械工作或与一个发电机相连以产生除了由所述燃料电池所产生的电能以外的电能。本发明专利技术还提供一种用于将一种流体（诸如废气或一种输入对应物）从所述压力容器外部输送到所述压力容器内部的连通部件。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
相关申请本申请根据35 U.S.C.119(e)的规定请求享受于1996年12月31日申请的标题为“加压整体式电化学换能器能量系统”(“Pressurized，Integrated Electrochemical Converter System”)的未审查美国临时申请No.60/034,836的优先权，这篇申请所披露的内容在这里作为参考；本申请是于1994年10月19日申请的标题为“超高效涡轮机和燃料电池组合”(“Ultra High Efficiency Turbine AndFuel Cell Combination”)的未审查美国申请No.08/325,486的一个后续申请，这篇申请所披露的内容在这里也作为参考。美国申请No.08/325,486是于1994年8月8日申请的标题为“具有内部热集成的电化学换能器”(“Electrochemical Converter Having Internal ThermalIntegration”)的美国专利申请No.08/287,093的一个部分继续申请，申请号为No.08/287,093的该美国专利申请已于1996年3月36日授权，其专利号为美国专利No.5,501,781，这篇文献所披露的内容在这里也作为参考。背景本专利技术涉及诸如燃料电池的高温电化学换能器，特别涉及使用电化学换能器的高效能量系统或能源系统。诸如燃料电池的高温电化学换能器可将从电池原料中获取的化学能直接转换成电能。一种燃料电池包括一系列电解质单元，在所述电解质单元上连接有燃料电极和氧化剂电极，在所述电解质单元之间设置一系列类似的互连器以进行电连接。当将一种燃料(诸如氢)引入到所述燃料电极上并且将一种氧化剂(诸如空气)引入到所述氧化剂电极上时，激发起一个电化学反应，从而通过所述电极和电解质单元产生电能。或者，可以一种电极器的方式操作所述电化学换能器，其中所述电化学换能器消耗电能和输入的反应物并产生燃料。当一个电化学换能器(诸如一个燃料电池)以一种燃料电池方式进行燃料与电能之间的转换时，将产生废能并且应该对所产生的废能进行适当的处理以使所述电化学换能器保持适当的工作温度并且提高所述能量系统的总效率。相反，当所述换能器以电解器方式进行电能与燃料之间的转换时，必须为电解质提供热量以维持其反应。另外，通常利用燃料电池进行的燃料重整方法(fuel reformationprocess)需要引入热能。因此，热量控制对于电化学换能器系统的正常工作和系统效率是重要的。热量控制技术可包括一个电化学换能器与其它能量设备的结合，尽量从电化学换能器的废热中获取能量。例如，授权于Hsu的美国专利No.5,462,817中披露电化学换能器与基础动力设备(bottomingdevice)的特定结合方式，利用所述基础动力设备可从电化学换能器中获取能量。由于常规燃烧式能量系统(例如燃煤或燃油发电系统)会在环境和政治上产生影响，因此人们现在非常关注互换式能量系统、诸如使用电化学换能器的能量系统。虽然电化学换能器的用途还不是很广泛，但是与常规的能量系统相比还是具有很多优点的。例如，与常规的能量系统相比，电化学换能器(诸如燃料电池)的效率比较高并且不产生污染物质。投资较大的常规能量系统必须达到与之相比的能量系统的所有优点以具有更多的用途。因此，电化学换能器能量系统有助于改进常规的能量系统以便最大限度地提高它们的优点并且使它们的用途更加广泛。因此，本专利技术的一个目的在于提高一个使用一种电化学换能器的能量系统的能量效率。本专利技术的另一个目的在于提供一种结构简单的使用电化学换能器的能量系统。本专利技术的另一个目的在于提供一种能够从由电化学换能器所产生的废热中获取能量的结构简单并且高效的电化学换能器能量系统。虽然电化学换能器与常规的能量系统相比具有很多优点(例如，效率比较高并且不产生污染物质)，但是用途还不是很广泛。专利技术概述上述和其它的本专利技术目的可通过本专利技术所提供的用于更高效操作一个使用一电化学换能器的能量系统的方法和设备来达到。根据本专利技术，一种电化学换能器(诸如一种燃料电池)可与一种能够从所述燃料电池所产生的废热中获取能量的废热发电或基础动力设备相结合。所述电化学换能器和基础动力设备形成一个用于将燃料转换为电能、机械能或热能的可利用形式的改进能量系统。可与一种燃料电池结合的设备包括燃气轮机、汽轮机、热流体锅炉以及热动式致冷设备。上述后两种设备通常可用在一个供暖、通风和致冷系统(HVAC系统)中。根据本专利技术，一个电化学换能器设置在一个正压容器内，所述正压容器用于收集由所述电化学换能器所产生的热废气。至少一部分由所述电化学换能器所产生的热废气被排放到所述压力容器的内部并被所述容器收集，所述压力容器包括一个用于将所收集的废气输送给一个基础动力设备的排气元件。所述正压容器在适于使所述基础动力设备获取能量的温度和压力下收集由所述电化学换能器产生的废气。所述基础动力设备包括一种燃气轮机、一种蒸汽锅炉、一种热流体锅炉以及一种热动式致冷设备，但不限于这些设备。因此本专利技术有利于一种电化学换能器(诸如一种燃料电池)与基础动力设备之间的结合。“正压容器”一词指的是在诸如一个或两个大气压的压力环境下工作的容器或能够承受更高压力(高至1000磅/英寸2)的容器。当与所述电化学换能器结合的基础动力设备是一种具有一个热动式致冷设备或一个锅炉的HVAC系统时，使用压力较低的压力容器。在与所述电化学换能器结合的基础动力设备例如是一个燃气轮机时，使用压力较高的压力容器。根据本专利技术的一个实施例，一种泵送机构可将至少一种输入反应物泵送到所述电化学换能器中以使加压的废气从所述电化学换能器排出并且为所述压力容器内部加压。根据本专利技术的一个实施例，所述泵送机构可以是一个燃气轮机的压缩机，并且所述压力容器和封闭在其中的电化学换能器可用作一个所述燃气轮机的燃烧器。由所述压力容器所收集的废气被输送到所述燃气轮机并驱动所述燃气轮机。所述燃气轮机可与一个发电机相连以便产生除了直接由所述电化学换能器所产生的电能以外的电能。或者，根据本专利技术的另一个实施例，上述泵送机构可以是一个鼓风机，所述鼓风机可为所述压力容器的内腔加压以将所述废气输送到一个HVAC系统的所述加热元件(诸如一种热流体锅炉或蒸汽锅炉)或冷却元件(诸如一个热动式致冷设备)中。根据本专利技术的另一个实施例，本专利技术的能量系统包括一个再生式换热元件(诸如一个冷却套)，所述再生式换热元件与一个压力容器以导热的方式相连通以使所述容器的外部维持一定的温度。通常利用一个泵使一种换热流体在所述冷却套内循环。根据本专利技术的这个特征，所述再生式换热器能够使所述压力容器的外部冷却。根据本专利技术的另一个特征，在将反应物(诸如被供给到所述燃料电池组或反应物处理器中的反应物)引入给所述电化学换能器之前使所述反应物通过所述压力容器的冷却套。在将这些反应物引入到一个燃料电池或反应物处理器之前利用所述热交换器使所述反应物预热。根据本专利技术的另一个实施例，利用一个抽送泵以抽送的方式使所述反应物通过所述热交换元件，所述抽送泵输出部分可将所述反应物提供给一个燃料电池或反应物处理器。所述抽送泵可以是一个能够从所述电化学换能器产生的废热中获取能量的燃气轮机的压缩机。所述压缩机的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电化学换能器能量系统，包括：一组用于产生能量的电化学换能器，所述电化学换能器组可接收输入反应物，一个设置在所述电化学换能器组周围的压力容器，所述压力容器能够收集所述电化学换能器组在工作时所产生的废气，以及用于将上述所收集废气 从所述压力容器中排出的装置，这样可以在所述压力容器外部利用所述废气。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：MS苏，
申请(专利权)人：兹特克公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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