燃料電池系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明構(gòu)思涉及發(fā)電系統(tǒng)，并且更具體地，涉及被配置為燃料電池系統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)，該發(fā)電系統(tǒng)包括:預(yù)熱設(shè)備，預(yù)熱燃料；初步重整設(shè)備，重整所預(yù)熱的燃料；燃料電池組模塊，所重整的燃料在其中起反應(yīng)以生成電力；以及循環(huán)設(shè)備，為預(yù)熱設(shè)備選擇性地供應(yīng)在燃料電池組模塊中生成的產(chǎn)物。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池是一種通過電化學(xué)反應(yīng)將存儲在碳?xì)浠衔锶剂现械幕瘜W(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的設(shè)備。通常，燃料電池包括由電解質(zhì)分離的陽極和陰極，電解質(zhì)將電流傳導(dǎo)至帶電的離子。當(dāng)反應(yīng)物燃料氣體穿過陽極時，包含二氧化碳的氣體被氧化的同時，氧氣穿過陰極，熔融碳酸鹽燃料電池運行。
[0003]通常，在燃料氣體被供應(yīng)給包括陽極、陰極和電解質(zhì)的燃料電池組之前，供應(yīng)給燃料電池的燃料氣體經(jīng)歷重整處理，使得燃料氣體可在燃料電池組中適當(dāng)?shù)仄鸱磻?yīng)。對于重整處理，重整設(shè)備被制備為執(zhí)行重整(諸如加濕或預(yù)熱)。
[0004]燃料氣體的適當(dāng)重整與燃料電池的效率密切相關(guān)。因此，雖然已經(jīng)提出各種技術(shù)來保持且控制適當(dāng)?shù)闹卣麣夥?，但是不能靈活地控制燃料氣體的重整狀態(tài)。
[0005]例如，如圖1所示，在根據(jù)相關(guān)技術(shù)的燃料電池系統(tǒng)中，燃料由預(yù)熱設(shè)備10預(yù)熱并且經(jīng)由初步重整設(shè)備20供應(yīng)給燃料電池組模塊30，并且在燃料電池組模塊30中生成電力的同時所生成的產(chǎn)物被循環(huán)設(shè)備40用作熱源。在這種情況下，為了控制預(yù)熱設(shè)備10中的預(yù)熱氣氛，燃料供應(yīng)管路50包括用于控制穿過預(yù)熱設(shè)備10的燃料的流動速率的旁路管路52，并且供氣管路60被附加地安裝以向燃料電池組模塊30供應(yīng)空氣。
[0006]根據(jù)相關(guān)技術(shù)的燃料電池系統(tǒng)通過控制燃料的流動速率來控制燃料狀態(tài)，但不能對燃料的狀態(tài)變化做出靈活響應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]技術(shù)問題
[0008]本發(fā)明構(gòu)思提供了一種作為燃料電池系統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)，該發(fā)電系統(tǒng)包括:預(yù)熱設(shè)備，預(yù)熱燃料；初步重整設(shè)備，重整所預(yù)熱的燃料；燃料電池組模塊，所重整的燃料在燃料電池組模塊中起反應(yīng)以生成電力；以及循環(huán)設(shè)備，為預(yù)熱設(shè)備選擇性地供應(yīng)在燃料電池組模塊中生成的產(chǎn)物。
[0009]技術(shù)方案
[0010]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一方面，發(fā)電系統(tǒng)，包括:預(yù)熱設(shè)備，用于預(yù)熱燃料；初步重整設(shè)備，用于重整所預(yù)熱的燃料；燃料電池組模塊，所重整的燃料在燃料電池組模塊中起反應(yīng)以生成電力；以及循環(huán)設(shè)備，用于為預(yù)熱設(shè)備選擇性地供應(yīng)在燃料電池組模塊中生成的產(chǎn)物。
[0011 ] 循環(huán)設(shè)備可包括加熱管路，用于為預(yù)熱設(shè)備供應(yīng)產(chǎn)物；以及旁路管路，用于相對于預(yù)熱設(shè)備轉(zhuǎn)向產(chǎn)物。
[0012]旁路管路可包括:用于控制流動速率的流量計；以及擋板單元。
[0013]旁路管路可包括熱交換器。
[0014]燃料電池系統(tǒng)可進(jìn)一步包括控制設(shè)備，并且控制設(shè)備可根據(jù)所供應(yīng)的燃料狀態(tài)控制擋板單元。
[0015]燃料電池系統(tǒng)可進(jìn)一步包括供應(yīng)設(shè)備，并且供應(yīng)設(shè)備可包括第一供應(yīng)管路，用于經(jīng)由預(yù)熱設(shè)備和初步重整設(shè)備為燃料電池組模塊供應(yīng)燃料和水；以及第二供應(yīng)管路，用于為燃料電池組模塊供應(yīng)空氣。
[0016]燃料電池組模塊可包括陽極、陰極以及存在于陽極和陰極之間的電解質(zhì)。
[0017]有益效果
[0018]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施方式的燃料電池系統(tǒng)包括循環(huán)設(shè)備，并且循環(huán)設(shè)備被配置為選擇性地向預(yù)熱設(shè)備供應(yīng)在燃料電池組模塊中生成的產(chǎn)物。通過電化學(xué)反應(yīng)在燃料電池組模塊中生成的產(chǎn)物具有高溫?zé)崮?。因此，產(chǎn)物的熱能可通過循環(huán)設(shè)備用作針對預(yù)熱設(shè)備的熱能。因此，可增加燃料電池系統(tǒng)的總能量利用效率。
[0019]因為循環(huán)設(shè)備包括加熱管路和旁路管路，所以可控制供應(yīng)給預(yù)熱設(shè)備的產(chǎn)物(諸如廢氣)的流動速率。因此，可控制預(yù)熱設(shè)備中的預(yù)熱氣氛以靈活地控制燃料狀態(tài)。即，可通過對供應(yīng)給初步重整設(shè)備的燃料狀態(tài)進(jìn)行靈活響應(yīng)而供應(yīng)處于合適狀態(tài)的燃料。
[0020]旁路管路包括熱交換器。穿過旁路管路的產(chǎn)物的熱可經(jīng)由熱交換器與外部熱進(jìn)行交換。通過安裝熱交換器，可更有效地使用未被用于預(yù)熱且因此經(jīng)由旁路管路排出的產(chǎn)物的熱能。因此，可大大地改善燃料電池系統(tǒng)的能量利用效率。
【附圖說明】
[0021]圖1是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施方式的發(fā)電系統(tǒng)的概念圖；以及
[0022]圖2是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施方式的發(fā)電系統(tǒng)的電路圖。
【具體實施方式】
[0023]最佳模式
[0024]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施方式的發(fā)電系統(tǒng)是一種燃料電池系統(tǒng)，該發(fā)電系統(tǒng)包括:預(yù)熱設(shè)備，預(yù)熱燃料；初步重整設(shè)備，重整所預(yù)熱的燃料；燃料電池組模塊，所重整的燃料在燃料電池組模塊中起反應(yīng)以生成電力；以及循環(huán)設(shè)備，選擇性地為預(yù)熱設(shè)備供應(yīng)在燃料電池組模塊中生成的產(chǎn)物。
[0025]本發(fā)明構(gòu)思的模式
[0026]在下文中，將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施方式。然而，本發(fā)明構(gòu)思不由這些示例性實施方式限制。
[0027]結(jié)合附圖從示例性實施方式的以下描述中，本發(fā)明構(gòu)思的優(yōu)點和特征以及實現(xiàn)它們的方法將變得清晰可見且更容易理解。然而，本發(fā)明構(gòu)思可以許多不同形式體現(xiàn)，并且不應(yīng)解釋為局限于本文中所闡述的實施方式。相反，提供這些實施例以使得本公開詳盡和完整，并且將本發(fā)明構(gòu)思的概念完整地傳達(dá)給本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員。本發(fā)明構(gòu)思的范圍在權(quán)利要求和它們的等同物中限定。相同的參考標(biāo)號貫穿詳細(xì)說明書表示相同的元件。
[0028]本文中所使用的術(shù)語的目的僅在于描述特定實施方式，并且不旨在限制本發(fā)明構(gòu)思。如本文中使用的，除非上下文另有明確說明，否則單數(shù)形式“一(a)”、“一個(an)”和“該(the)”旨在也包括復(fù)數(shù)形式。應(yīng)進(jìn)一步理解的是，在本說明書中使用時，術(shù)語“包含”和/或“包括”指定存在所陳述的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件，但是不排除一個或多個其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或其組合的存在或添加。
[0029]除非另外有定義，否則本文使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)與本發(fā)明構(gòu)思所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常所理解的具有同樣的含義。將進(jìn)一步理解，除非本文中明確如此定義，否則術(shù)語(諸如在常用字典中定義的那些)，應(yīng)解釋為具有與它們在相關(guān)領(lǐng)域的背景下的含義一致的含義，并且將不以理想化或過于正式的意義來解釋。
[0030]圖1是本發(fā)明構(gòu)思的實施方式的發(fā)電系統(tǒng)I的概念圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施方式的發(fā)電系統(tǒng)I的電路圖。
[0031]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施方式的燃料電池系統(tǒng)I可包括:預(yù)熱設(shè)備100，對燃料進(jìn)行預(yù)熱；初步重整設(shè)備200，重整所預(yù)熱的燃料；燃料電池組模塊300，所重整的燃料在燃料電池組模塊300中起反應(yīng)以生成電力；以及循環(huán)設(shè)備400，選擇性地為預(yù)熱設(shè)備100供應(yīng)在燃料電池組模塊300中生成的產(chǎn)物。
[0032]在預(yù)熱設(shè)備100中預(yù)熱所供應(yīng)的燃料。燃料可包括碳?xì)浠衔锖退⑶耶?dāng)預(yù)熱時保持合適的狀態(tài)以起反應(yīng)。預(yù)熱設(shè)備100可以是加濕器并且可加熱包括在燃料中的水以變?yōu)樗魵鉅顟B(tài)。
[0033]初步重整設(shè)備200可將燃料重整為富氫的轉(zhuǎn)化氣。初步重整設(shè)備200可包括額外的熱源(諸如噴燃器)，但不限于此。
[0034]雖然圖2將預(yù)熱設(shè)備100和初步重整設(shè)備200示為分離的單元，但是本發(fā)明構(gòu)思的實施方式不限于此并且預(yù)熱設(shè)備100和初步重整設(shè)備200可被統(tǒng)一為一個設(shè)備。
[0035]穿過初步重整設(shè)備200時被重整的燃料被供應(yīng)給燃料電池組模塊300。當(dāng)在重整的燃料和氧化劑之間發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)時，在燃料電池組模塊300中生成電力。例如，燃料電池組模塊300可具有多個單元電池堆疊的結(jié)構(gòu)，并且多個單元電池中的一個可包括膜電極組件(MEA)和布置在MEA兩端的一對隔離物。
[0036]MEA可包括電解質(zhì)膜、在電解質(zhì)膜的一個表面上的陽極、以及在與電解質(zhì)膜的該表面相反的表面上的陰極。