CN104885279A - 发电系统 - Google Patents

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Abstract

根据本发明，发电系统是用于生成电力的系统，并且包括：燃料电池系统，用于使所供应的反应物能够反应以生成电力；和循环系统，用于使由燃料电池系统生成的生成物循环。循环系统被配置为将由燃料电池系统生成的生成物的至少一部分重新供应为燃料电池系统用的反应物。

Description

发电系统
技术领域
本发明构思涉及发电系统，并且更具体地涉及生成电力和包括燃料电池系统与循环系统的发电系统，在燃料电池系统中所供应的反应物起反应以生成电力，并且循环系统被配置为使由燃料电池系统生成的生成物循环并且重新供应燃料电池系统生成的生成物的至少一部分，作为燃料电池系统的反应物。
背景技术
燃料电池是一种通过电化学反应将存储在碳氢化合物燃料中的化学能转换为电能的设备。通常，燃料电池包括被电解质分隔的阳极和阴极，电解质将电流传导至带电的离子。熔融碳酸盐燃料电池随着反应物燃料气体(reactant fuel gas)穿过阳极而工作，同时包含二氧化碳的气体被氧化并且氧穿过阴极。
当使用燃料电池时，当反应物燃料气体起反应时，可排出某些生成物。然而，该生成物包含导致全球变暖和气候变化的大量二氧化碳，并且因此环境受到此生成物的不利影响。因此，为了供应和使用燃料电池，收集并且处理二氧化碳是很重要的。
发明内容
技术问题
本发明构思提供了一种生成电力并且包括燃料电池系统和循环系统的发电系统，在燃料电池系统中所供应的反应物起反应以生成电力，并且循环系统被配置为使由燃料电池系统生成的生成物循环并且将该生成物的至少一部分重新供应，作为燃料电池系统的反应物。
技术方案
根据本发明构思的一方面，生成电力的发电系统包括：燃料电池系统，所供应的反应物在燃料电池系统中起反应以生成电力；和循环系统，用于使由燃料电池系统生成的生成物循环，其中，循环系统重新供应由燃料电池系统生成的生成物的至少一部分作为燃料电池系统的反应物。
燃料电池系统可以包括反应物在此起反应的阳极和阴极。氢可以被供应给阳极，并且氧和二氧化碳可以被供应给阴极。
循环系统可以包括用于分离由燃料电池系统生成的生成物的至少一部分并且将此重新供应为燃料电池系统的反应物的分离器。
分离器可以从通过燃料电池系统生成的生成物分离二氧化碳并且将二氧化碳重新供应至燃料电池系统。
分离器可以是使用沸点差异的分相器。
发电系统可以进一步包括燃烧系统，并且燃烧系统可以位于燃料电池系统的后端，并且其中，包括在生成物中的氧和氢起反应生成水和二氧化碳。
燃烧系统可以是使用预定催化剂的催化剂燃烧系统。
发电系统可以进一步包括涡轮发电系统，该涡轮发电系统包括涡轮并且被配置为通过旋转涡轮生成电力。涡轮发电系统可以位于燃烧系统的后端并且通过使用由燃烧系统生成的水和二氧化碳的至少一个旋转涡轮生成电力。
发电系统可以进一步包括热交换器，该热交换器用于将由燃烧系统生成的生成物的热量与外部热量交换。
有益效果
根据本发明构思的实施方式的发电系统包括燃料电池系统和循环系统，并且因此可以将通过燃料电池系统生成的生成物再利用为其反应物。因此，可以改善发电系统的总发电效率，并且可以防止可作为环境污染因素的生成物排出。例如，当循环系统重新循环包含于由燃料电池系统生成的生成物中的二氧化碳时，可以禁止导致全球变暖的二氧化碳被排出，从而减低污染物的生成。
另外，根据本发明构思的实施方式的发电系统包括具有分离器的循环系统，并且因此可以大大地增加再循环从燃料电池生成的生成物的效率。因为二氧化碳可以被分离和再利用，所以可以防止环境污染。
另外，根据本发明构思的实施方式的发电系统包括燃料电池系统和涡轮发电系统，并且因此可以体现为混合发电系统。因此，使用燃料电池生成电力的同时，可以由涡轮使用从燃料电池生成的高温生成物来生成电力，从而大大地增加电量和能量利用效率。
另外，根据本发明构思的实施方式的发电系统包括热交换器，并且因此可以大大地增加发电系统的总能量利用效率。
附图说明
图1是根据本发明构思的实施方式的发电系统的概念图。
图2是根据本发明构思的实施方式的发电系统的电路图。
具体实施方式
最佳模式
根据本发明构思的实施方式的生成电力的发电系统包括其中所供应的反应物起反应以生成电力的燃料电池系统以及使由燃料电池系统生成的生成物循环的循环系统。循环系统被配置为将通过燃料电池系统生成的生成物的至少一部分重新供应，作为燃料电池系统的反应物。
本发明构思的模式
在下文中，将参考附图详细描述本发明构思的示例性实施方式。然而，本发明构思不由这些示例性实施方式限制。
结合附图从示例性实施方式的以下描述中，本发明构思的优点和特征以及实现它们的方法将变得清晰可见且更容易理解。然而，本发明构思可以许多不同形式体现，并且不应解释为局限于本文中所阐述的实施方式。相反，这些实施例被提供以使得本公开详尽和完整，并且将本发明构思的范围完整地传达给本领域的普通技术人员。本发明构思的范围在权利要求和它们的等同物中限定。贯穿具体实施方式相同的参考标号表示相同的元件。
本文中所使用的术语的目的仅在于描述特定实施方式，并且不旨在限制本发明构思。除非上下文另有明确说明，否则如本文中使用的，单数形式“一(a)”、“一个(an)”和“该(the)”旨在也包括复数形式。应进一步理解的是，术语“包含”和/或“包括”在本说明书中使用时，指定存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。
除非另外有定义，否则本文使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)与本发明构思所属领域的普通技术人员通常所理解的术语具有同样的含义。将进一步理解，除非本文中明确定义如此，否则术语(诸如在常用字典中定义的那些)，应解释为具有与它们在相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且将不以理想化或过于正式的意义来解释。
图1是根据本发明构思的实施方式的发电系统1的概念图。图2是根据本发明构思的实施方式的发电系统1的电路图。
根据本发明构思的实施方式的发电系统1被配置为生成电力，并且可以包括燃料电池系统100，其中反应物起反应以生成电力；和循环系统200，使由燃料电池系统100生成的生成物循环。循环系统200被配置为将通过燃料电池系统100生成的生成物的至少一部分重新供应，作为燃料电池系统100的反应物。
燃料电池系统100可以是通过预定反应物的反应从化学能生成电能的系统。即，燃料电池系统100是从用作燃料的反应物被氧化时生成的化学能生成电能的系统。当反应物反应时可以产生生成物。例如，生成物可以是气体。
在此，生成物应当被理解为不仅包括当反应物在燃料电池系统100中反应时生成的物质而且包括当反应效率不是100％时不再反应且因此被排出的反应物的残留物的概念，即，包括从燃料电池系统100排出的所有物质的概念。
燃料电池系统100可以包括阳极110、阴极120以及存在于阳极110和阴极120之间的电解质。燃料电池系统100可以根据电解质的类型体现为各种系统，例如，磷酸燃料电池系统、熔融碳酸盐燃料电池系统、固体电解质燃料电池系统、固体聚合物燃料电池系统等。在本公开内容中，根据本发明的实施方式的燃料电池系统100可以是熔融碳酸盐燃料电池系统。
阳极110用作供应反应物中的预定燃料的燃料电极。例如，燃料可以是氢。阴极120可以用作供应反应物中的氧和二氧化碳的氧化物电极。因此，根据本发明构思的实施方式的燃料电池系统100可以是使用纯氧的纯氧燃烧装置。
氢可被注入阳极110以通过氧化反应生成电子，并且氧和二氧化碳可以被供应给阴极120以生成碳酸根离子。
碳酸根离子可以通过存在于阳极110和阴极120之间的电解质从阴极120移动至阳极110。在此，在阳极110中，从阴极120提供的碳酸根离子可以与氢反应生成水和二氧化碳。在此，水应当被理解为不仅包括液态而且包括气态(例如，水蒸气)，并且水的状态不受限制。当电子穿过外部电路时，电流通过在阳极110中生成的电子流动时，可以生成电力。
如上所述，因为燃料电池系统100的反应效率不是100％，所以穿过燃料电池系统100的生成物可以包括当作为反应物的氢、氧和二氧化碳彼此反应时生成的水、二氧化碳、以及不起反应并且因此保留的残留的氢和氧。即，生成物可以包括氢、氧、水和二氧化碳。
循环系统200被配置为使生成物循环并且将在燃料电池系统100中生成的生成物的至少一部分重新供应为燃料电池系统100的反应物。
即，在燃料电池系统100中生成的生成物的至少一部分可以被循环，以重新用作燃料电池系统100的反应物。
例如，循环系统200可以从生成物中分离二氧化碳并且将该二氧化碳重新供应为燃料电池系统100的反应物。
因为根据本发明构思的实施方式的发电系统1包括燃料电池系统100和循环系统200，所以由燃料电池系统100生成的生成物可被重新用作燃料电池系统100的反应物。因此，可以改善发电系统1的总发电效率并且可以防止作为环境污染因素的生成物被排出。例如，如上所述，当循环系统200重新循环包含于燃料电池系统100的生成物中的二氧化碳时，可以禁止导致全球变暖的二氧化碳被排出，从而减低污染物的生成。
根据本发明构思的实施方式，循环系统200可以包括从在燃料电池系统100中生成的生成物中分离组分的分离器210，并且循环系统200可以被配置为将通过分离器210从生成物中分离的组分重新供应为燃料电池系统100的反应物。
分离器210可以是分相器并且可以分离生成物中的组分。例如，分离器210可以通过使用二氧化碳和水的沸点之间的差异从生成物中分离二氧化碳和水。通过分离器210将二氧化碳和水从生成物中分离，并且循环系统200可以将二氧化碳重新供应至燃料电池系统100的阴极120。在这种情况下，分离器210可以进一步包括用于分离氧和氢的元件，并且分别提供所分离的氢和氧至阳极110和阴极120。
因为根据本发明构思的实施方式的发电系统1包括具有分离器210的循环系统200，所以可以大大地增加再循环从燃料电池生成的生成物的效率。如上所述，可以分离并且再利用二氧化碳，从而防止环境污染。
根据本发明构思的实施方式，发电系统1可以进一步包括燃烧系统300。在燃烧系统300中，包含于生成物中的氢和氧起反应生成二氧化碳和水。
即，如上所述，因为燃料电池系统100的反应效率不是100％，所以用作反应物的氧和氢的残留物可被保留并且因此包含于生成物中。因此，在燃烧系统300中，氧和氢的残留物起反应以从氧和氢的残留物生成二氧化碳和水蒸气。
燃烧系统300可以安装在燃料电池系统100的后端，并且可以引起未反应的氧和氢起反应以生成二氧化碳和水蒸气。
燃烧系统300可以体现为使用预定催化剂的催化剂燃烧系统。
根据本发明构思的实施方式，发电系统1可以进一步包括涡轮发电系统400。涡轮发电系统400通过使用由燃烧系统300生成的生成物旋转涡轮生成电力。
当在燃料电池系统100中未反应并且因此保留在生成物中的氧和氢的残留物由燃烧系统300燃烧时，生成水和二氧化碳。在这种情况下，因为水和二氧化碳通过燃烧系统300生成，所以二氧化碳可以处于具有高温热能的气态，并且水可以高温和高压水蒸气的形式排出。因此，涡轮发电系统400可以进一步被安装以由处于气态的二氧化碳和水的热能生成电力。涡轮发电系统400可以安装在燃烧系统300的后端并且通过使用处于高温气态的二氧化碳和水旋转涡轮来生成电能。
如上所述，根据本发明构思的实施方式的发电系统1包括燃料电池系统100和涡轮发电系统400，并且因此可以体现为混合发电系统。因此，可以不仅使用燃料电池而且使用利用由燃料电池生成的高温生成物的涡轮来生成电力，从而大大地增加电量和使用能量的效率。
根据本发明构思的实施方式，发电系统1可以进一步包括热交换器500，收集由燃料电池系统100生成的生成物的热能的至少一部分。
热交换器500可以连接到循环系统200，从而将由循环系统200所循环的燃料电池系统100的生成物的热量与外部热量交换。
例如，热交换器500可以安装在涡轮发电系统400的后端以将穿过涡轮发电系统400的气体的热量与外部热量交换。即，当氧和氢由燃烧系统300燃烧时生成的水蒸气和二氧化碳是高温气体，并且因此可以被涡轮发电系统400用于生成电力。另外，被配置为将穿过涡轮发电系统400的气体的热能与外部热量交换的热交换器500可以被安装以使用气体的热能。例如，热交换器500可具有管道结构以将所交换的热量用于加热等。
通过安装热交换器500，可以大大地增加根据本发明构思的实施方式的发电系统1的总能量利用效率。
虽然已参考本发明的示例性实施方式具体示出并描述了本发明构思，但是应当理解，在不偏离以下权利要求的精神和范围的情况下，可在形式和细节上做出各种改变。

Claims (9)

1.一种生成电力的发电系统，所述发电系统包括：
燃料电池系统，供应的反应物在所述燃料电池系统中反应以生成电力；以及
循环系统，用于使由所述燃料电池系统生成的生成物循环，
其中，所述循环系统重新供应由所述燃料电池系统生成的所述生成物的至少一部分作为所述燃料电池系统的反应物。
2.根据权利要求1所述的发电系统，其中，所述燃料电池系统包括所述反应物在此反应的阳极和阴极，
其中，氢被供应给所述阳极，并且
氧和二氧化碳被供应给所述阴极。
3.根据权利要求1所述的发电系统，其中，所述循环系统包括分离器，所述分离器用于将由所述燃料电池系统生成的所述生成物的至少一部分分离并且重新供应所述至少一部分作为所述燃料电池系统的反应物。
4.根据权利要求3所述的发电系统，其中，所述分离器从由所述燃料电池系统生成的所述生成物分离二氧化碳并且将所述二氧化碳重新供应至所述燃料电池系统。
5.根据权利要求4所述的发电系统，其中，所述分离器是根据沸点差异操作的分相器。
6.根据权利要求1所述的发电系统，进一步包括燃烧系统，
其中，所述燃烧系统位于所述燃料电池系统的后端，并且其中，包括在所述生成物中的氧和氢反应以生成水和二氧化碳。
7.根据权利要求6所述的发电系统，其中，所述燃烧系统是使用预定催化剂的催化剂燃烧系统。
8.根据权利要求6所述的发电系统，进一步包括涡轮发电系统，所述涡轮发电系统包括涡轮并且被配置为通过旋转所述涡轮生成电力，
其中，所述涡轮发电系统位于所述燃烧系统的后端并且通过使用由所述燃烧系统生成的所述水和所述二氧化碳中的至少一种旋转所述涡轮来生成电力。
9.根据权利要求1所述的发电系统，进一步包括热交换器，所述热交换器用于将由所述燃烧系统生成的所述生成物的热量与外部热量进行交换。
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