改进的燃料电池系统和方法技术方案

一种燃料电池系统，包括：(i)至少一个燃料电池堆(30)，包括至少一个中温固体氧化物燃料电池，且具有阳极入口(41)、阴极入口(61)；和(ii)重整器(70)，用于将碳氢化合物燃料重整为重整产物，具有重整器热交换器(160)；并限定：从燃料源(90)到所述重整器(70)再到所述至少一个燃料电池堆阳极入口(41)的阳极入口气体流体流动路径；从至少一个氧化剂入口(140，140'，140”)通过至少一个阴极入口气体热交换器(110，150)到所述重整器热交换器(160)再到所述至少一个燃料电池堆阴极入口(61)的阴极入口气体流体流动路径；其中所述至少一个阴极入口气体热交换器(110，150)被布置成通过从(i)所述阳极废气流体流动路径和(ii)所述阴极废气流体流动路径中的至少一者传递热量来加热相对低温的阴极入口气体，以提供相对高温的阴极入口气体；所述重整器热交换器被布置成用于将所述阳极入口气体从所述相对高温的阴极入口气体加热到所述阳极入口处的温度T3，温度T3低于所述阴极入口处的温度T1；氧化剂流量控制装置(200)，用于控制来自所述或每个氧化剂入口(140，140'，140”)的低温氧化剂与高温阴极入口气体的混合，从而相对于所述阳极入口(41)处的温度T3，控制所述阴极入口(61)处的温度T1使其处于高于T3的水平。的水平。的水平。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】改进的燃料电池系统和方法


[0001]本专利技术涉及改进的燃料电池系统和方法。

技术介绍

[0002]燃料电池、燃料电池堆、燃料电池堆组件以及热交换器系统、布置和方法的教导为本领域普通技术人员所熟知，尤其包括WO2015004419A，其全部内容通过引用并入本文。如有必要，可在上述公开文本中找到本文所用术语的定义。特别地，本专利技术寻求改进在WO2015004419A中所公开的系统和方法。
[0003]运行以碳氢化合物为燃料的SOFC(固体氧化物燃料电池)系统，其中燃料电池堆在450
‑
650摄氏度范围内运行(中温固体氧化物燃料电池；IT
‑
SOFC)，尤其是在520
‑
620摄氏度温度范围内运行，会导致遇到一系列具有挑战性的技术问题。这样的燃料电池堆运行温度不利于燃料的高水平内部重整，因此这样的系统通常需要在燃料到达燃料电池堆之前进行高水平的重整。
[0004]在这样的系统中，蒸汽重整用于将碳氢化合物燃料流(诸如，天然气)转化为富含氢的重整物流，该重整物流被送到燃料电池堆阳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种燃料电池系统，包括：(i)至少一个燃料电池堆(30)，包括至少一个中温固体氧化物燃料电池，且具有阳极入口(41)、阴极入口(61)、阳极废气出口(42)以及阴极废气出口(62)；和(ii)重整器(70)，可选地为蒸汽重整器，用于将碳氢化合物燃料重整为重整产物，并且具有用于阳极入口气体的重整器入口(71)、用于排出阳极入口气体的重整器出口(72)，以及重整器热交换器(160)；并且限定：(a)阳极入口气体流体流动路径，所述阳极入口气体流体流动路径从燃料源(90)到所述重整器(70)再到所述至少一个燃料电池堆阳极入口(41)；(b)阳极废气流体流动路径，所述阳极废气流体流动路径从所述至少一个燃料电池堆阳极废气出口(42)到燃料电池系统排气口(180)；(c)阴极入口气体流体流动路径，所述阴极入口气体流体流动路径从至少一个氧化剂入口(140，140'，140”)通过至少一个阴极入口气体热交换器(110，150)到所述重整器热交换器(160)再到所述至少一个燃料电池堆阴极入口(61)；以及(d)阴极废气流体流动路径，所述阴极废气流体流动路径从所述至少一个燃料电池堆阴极废气出口(62)到所述燃料电池系统排气口(180)；其中所述至少一个阴极入口气体热交换器(110，150)被布置成通过从(i)所述阳极废气流体流动路径和(ii)所述阴极废气流体流动路径中的至少一者传递热量来加热相对低温的阴极入口气体，以提供相对高温的阴极入口气体；其特征在于，所述重整器热交换器被布置成用于将所述阳极入口气体从所述相对高温的阴极入口气体加热到所述阳极入口处的温度T3，温度T3低于所述阴极入口处的温度T1；且其特征在于，氧化剂流量控制装置(200)，用于控制来自所述或每个氧化剂入口(140，140'，140”)的低温氧化剂与高温阴极入口气体的混合，从而相对于所述阳极入口(41)处的温度T3，控制所述阴极入口(61)处的温度T1使其处于高于T3的水平。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述氧化剂流量控制装置(200)被布置成控制来自氧化剂入口(140”)的低温氧化剂在所述阴极入口(61)处的混合，从而降低温度T1。3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述氧化剂流量控制装置(200)被布置成控制来自氧化剂入口(140')的低温氧化剂在所述重整器热交换器(160)的输入处的混合，从而降低温度T1，同时也降低温度T3。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述重整器热交换器包括用于阴极入口气体的热旁路，以绕过所述重整器热交换器，并有助于使所述阴极入口气体升高到所述阴极入口处的温度T1。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述热旁路包括预设的孔径限流器。6.根据权利要求4或5所述的系统，其特征在于，在低温氧化剂混合之前从所述阴极入口气体流体流动路径抽取所述热旁路阴极入口气体。7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述热旁路包括可控限流器。8.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述氧化剂流量控制装置
(200)被布置成从重整器温度输入(710)和重整器设定点输入(711)得到重整器旁路空气流量需求输出信号(715)，所述重整器温度输入(710)指示所述重整器出口(72)处的燃料温度。9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括尾气燃烧器(80)，其与所述至少一个燃料电池堆阳极和阴极废气出口流体流动连通，具有尾气燃烧器排气口(81)，限定从所述至少一个燃料电池堆阳极和阴极废气出口到所述尾气燃烧器排气口(81)再到所述排气口(180)的流...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥利弗，
申请(专利权)人：赛瑞斯知识产权有限公司，
类型：发明
国别省市：