CN114830387A - 燃料电池模块组件和使用该燃料电池模块组件的系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种模块组件，其包括燃料电池堆组件、热交换器和封装燃料电池堆组件和热交换器的壳体。该热交换器构造成能从外部源接收工艺气体并将所述工艺气体输出到燃料电池堆组件，并且构造成能从燃料电池堆组件接收工艺气体并输出所述工艺气体。提供一种燃料电池发电设备系统，其包括具有第一端的模块组件、构造成能保持所述模块组件的支架结构、设备配套设施和管道，所述管道构造成能提供所述设备配套设施与所述模块组件的第一端之间的流体连通。所述模块组件和所述支架结构构造成能使得所述模块组件沿远离所述模块组件的第一端的方向从所述支架结构移除。

Description

燃料电池模块组件和使用该燃料电池模块组件的系统
技术领域
本申请总体上涉及燃料电池模块组件和使用这些模块组件的系统的领域，更具体地，涉及具有可以成组地形成集群的集成有热部件的燃料电池模块组件，以及使用这些集群的系统。
背景技术
燃料电池单体是一种利用电化学反应将储存在燃料如氢气或甲烷中的化学能转化为电能的装置。通常，燃料电池单体包括与燃料进行催化反应的阳极和与氧化剂如空气或从燃烧源输出的烟道气流体连通的阴极。
燃料电池单体通常以层叠关系排列。一个燃料电池堆结构包括外部带有歧管的堆，其中燃料电池堆在其侧面开口，并且诸如燃料或氧化剂的流体通过密封到燃料电池堆相应侧面的外周部分的歧管输送。因此，歧管提供了用于将燃料和氧化剂气体输送到燃料电池单体并引导这些气体在电池堆中的流动的密封通道，从而防止这些气体泄漏到环境中或其它歧管中。这种歧管通常用于在大约650℃下运行的熔融碳酸盐燃料电池单体(MCFC)。
为了增加功率输出而不必过度增加单个燃料电池单体的尺寸(即表面积)或燃料电池堆中单个燃料电池单体的数量，多个燃料电池堆被电连接和流体连接。对于包括大量燃料电池堆的大模块外壳概念(其可在最终发电设备现场之外构造和调节)，由于尺寸和成本的考虑，很难或不可能运输这种模块。发电设备可能包括几个这样的大型模块外壳，这带来了至少两个挑战。首先，合适的管道(例如，不锈钢的、绝缘的管等)是向模块提供热工艺气体(～650℃)所必需的。第二，在修理或更换大模块外壳中的单个燃料电池堆的过程中，所有的燃料电池堆都需要离线(即关闭)，因为当包含燃料电池堆的“热区”打开时，该区域会被冷却。结果，剩余的燃料电池堆可能无法在较低的温度下运行。
将有利的是：提供一种能够接收和输出较低温度的工艺气体的燃料电池模块组件，并提供能够在对发电设备中剩余燃料电池堆的干扰最小的情况下更换燃料电池堆的系统。
发明内容
根据本发明的一个实施例，提供了一种燃料电池模块组件，其包括燃料电池堆组件、热交换器和封装燃料电池堆组件和热交换器的壳体。该燃料电池堆组件具有构造成能接收和输出第一工艺气体的燃料电池堆和多个歧管，该多个歧管包括构造成能向燃料电池堆提供第一工艺气体的第一歧管和构造成能接收从燃料电池堆输出的第一工艺气体的第二歧管。热交换器构造成能从外部源接收第一工艺气体并将第一工艺气体输出到第一歧管，并且构造成能从第二歧管接收第一工艺气体并输出第一工艺气体。
根据本发明的实施例，提供一种燃料电池发电设备系统，其包括：具有第一端并容纳燃料电池堆的模块组件；支架结构，其构造成能在已安装模式期间保持所述模块组件；设备配套设施；以及管道，其构造成能在所述已安装模式期间提供所述设备配套设施与所述模块组件的第一端之间的流体连通。所述模块组件和所述支架结构构造成能使得所述模块组件在移除模式期间沿远离所述模块组件的第一端的方向从所述支架结构移除。
附图说明
图1是根据本发明实施例的燃料电池模块组件的透视图。
图2是根据一个实施例的模块集群的透视图。
图3是根据一个实施例的包括多个支架结构的集群组的透视图。
图4是根据一个实施例的包括多个集群组的发电设备系统的透视图。
图5是根据一个实施例的在移除模式或安装模式期间的燃料电池模块组件和支架结构的透视图。
图6是根据一个实施例的连接到管道的燃料电池模块组件的特写透视图。
图7是图4的发电设备系统的剖面侧视图。
具体实施方式
本发明提供了一种燃料电池模块组件，该燃料电池模块组件可以与其它燃料电池模块组件相层叠地例如位于支架结构中，并且可以被水平地取出(或安装)，从而形成比传统的燃料电池发电设备功率密度(例如MW/acre)更高的设备。本发明的燃料电池模块组件可以实现发电设备的模块化构造，这可以增加发电设备的发电能力的灵活性，同时减少构建的时间和成本并减小设备的尺寸。本发明的燃料电池模块组件还可以包括热交换器(或热回收器等)，与传统的燃料电池模块相比，该热交换器可以允许本发明的燃料电池模块接收和输出更冷的工艺气体，这又可以允许构建与传统的燃料电池发电设备相比具有更小、更便宜的管道(例如，更小直径的管道、更便宜的管道材料)的发电设备。本发明的燃料电池模块组件可用于模块组件的可控单元(例如模块集群)。当特定模块组件被维修时，具有多个可控单元的发电设备可以保持运行(即，产生电力)，因为只有用于该特定模块组件的可控单元需要离线，而剩余的可控单元可以保持在线并可用于产生电力。
本发明提供了一种燃料电池模块组件，包括一个或多个燃料电池堆和一个或多个热交换器。燃料电池模块组件可包括外部的壳体，该壳体封装所述一个或多个燃料电池堆和所述一个或多个热交换器。下面描述图1所示的本发明的实施例。然而，应当理解，本发明不限于图1中的特定描述。
图1示出了根据本发明的实施例的燃料电池模块组件(模块组件)100的透视图。模块组件100可以包括多个燃料电池堆组件(堆组件)101、热交换器102、第一围壁103和第二围壁104。在一个实施例中，外部纵向围壁(未示出)连接第一和第二围壁，以形成模块组件100的密封外壳(例如，壳体)。在另一个实施例中，外部纵向围壁(未示出)形成围绕包含在模块组件100内的部件和组件的外壳。外壳可以具有任何适合于封装燃料电池模块组件的子组件和/或允许燃料电池模块被安装到支架结构上或从支架结构上移除的形状，该支架结构构造成保持一个或多个燃料电池模块组件。例如，外壳可以具有正方形、长方形或经倒圆的/圆形的覆盖区，可以具有长方体或圆柱形的形状。尽管图1中描绘的第一和第二围壁103、104具有圆形外周，但是本发明不限于此。第一和第二围壁103、104的外周可以具有正方形、长方形或其他形状，并且可以彼此相同或不同。模块组件100还可以具有多个纵向围壁，这与在圆柱形或管状壳体的情况下的单个圆筒形壁相反。例如，模块组件100可以具有矩形的长方体形状或其他形状。
位于模块组件100的第一端A(也称为“处理端”)的第一围壁103可以包括开口或通道(例如端口、管、管道)，用于接收和输出工艺气体，例如燃料进料气体、燃料排气、氧化剂进料气体和氧化剂排气。工艺气体也可以指进入燃料电池系统、在燃料电池系统内被处理并离开燃料电池系统的气体流。例如，阳极工艺气体作为阳极进料气体进入燃料电池系统，在燃料电池单体的阳极进行电化学处理，并作为阳极排气离开燃料电池系统。同样，阴极工艺气体作为阴极进料气体进入燃料电池系统，在燃料电池单体的阴极进行电化学处理，并作为阴极排气离开燃料电池系统。如图1所示，第一围壁103包括用于接收阳极工艺气体(进料)的阳极输入端口110、用于输出阳极工艺气体(排气)的阳极输出端口111、用于接收阴极工艺气体(进料)的阴极输入端口120和用于输出阴极工艺气体(排气)的阴极输出端口121。
位于模块组件100的第二端B(也称为“电端”或“取出端”)的第二围壁104可以包括电连接部，用于接收/输出控制信号到包含在模块组件100内的部件和子组件，和/或输出由燃料电池堆子组件101产生的电能。电连接部可以包括触点、连接器、端口、插头等，其将模块组件100电连接到其他电气部件、控制中心和/或支持模块组件100的发电设备内的其他组件。在另一个实施例中，所述电连接部可以位于模块组件100的处理端(例如，在第一围壁103上或附近)。如下所述，当安装在支架结构中时，模块组件100可以通过例如用起重机、滑轮系统等朝远离支架结构的方向拉动模块组件100的第二端而从支架结构中被取出。在一个实施例中，第二围壁104可以包括钩、突起或适于连接(或联接)取出机构(例如，起重机、滑轮系统等)的其他结构特征。
如图1所示，模块组件100包含四个堆组件101。然而，本发明不限于此。模块组件100可以包含更少或更多的堆组件101。在图1的实施例中，堆组件101水平取向，并且包含在堆组件101内的燃料电池堆具有沿水平方向堆叠的多个燃料电池单体(每个电池单体具有阳极、基质和阴极)。歧管沿着每个堆组件101的侧面横向延伸。歧管将工艺气体输送到燃料堆组件101内的燃料电池单体的阳极和阴极，或者从燃料电池单体的阳极和阴极输送出工艺气体。在某些实施例中，在运行期间，歧管充当管道，其配置成将热的工艺气体输送到包含在堆组件101内的燃料电池单体。在一个实施例中，所述多个歧管包括第一歧管和第二歧管，并且第一歧管配置成能向燃料电池堆提供工艺气体，第二歧管配置成能接收从燃料电池堆输出的工艺气体。
如图1所示，模块组件100包含两个热交换器102，它们位于第一围壁103和堆组件101之间。然而，本发明不限于此。模块组件100可以包含更少或更多的热交换器102。在另一个实施例中，热交换器102可以跨越堆组件101的长度。例如，多个热交换器102可以位于堆组件101的下面、上面或沿着堆组件101的纵向轴线。在该实施例中，给定单元的热交换器102可以针对给定尺寸或功率密度的堆组件101适当地设定尺寸。在这样的实施例中，模块组件100内更高比例的横向空间可用于发电(即，利用燃料电池单体)。在一个实施例中，热交换器配置成从外部源接收工艺气体并(经由第一歧管)将工艺气体输出到燃料电池堆，并且被配置成(经由第二歧管)从燃料电池堆接收工艺气体并将工艺气体作为模块排气流输出(例如，朝向后处理装备地远离模块组件101地输出或作为设备排气输出到周围环境中)。
如上所述，燃料电池单体如MCFC在大约570℃至670℃下运行。在传统的MCFC发电设备中，进入传统MCFC模块的工艺气体应该大约为650℃，并且进入这些模块的管道必须能够在该温度下输送工艺气体(并且容纳这些气体的相应体积)。为了承受这样的温度，管道可能需要昂贵的材料如不锈钢和/或绝热材料。通过将热交换器(或热回收器等)集成到本发明的燃料电池模块组件中，在运行期间，较低温度的工艺气体可以被提供给模块本身。例如，本模块的阴极输入(氧化剂进料气体)可以接近环境温度或者比运行温度低85％-95％(例如，约20℃至65℃)；从本模块的阴极输出(氧化剂排气)可以比运行温度低70％-80％(例如，约100℃至150℃)；本模块的阳极输入(燃料进料气体)可以比运行温度低75％-85％(例如，约110℃-150℃)；并且从本模块的阳极输出(燃料排气)可以比运行温度低70％-80％(例如，约150℃到200℃)。在一个实施例中，集成在模块组件中的热交换器配置成接收温度低于燃料电池单体的运行温度但高于工艺气体的冷凝温度的进料气体并输出温度低于燃料电池单体的运行温度但高于工艺气体的冷凝温度的排气，并且输出温度为约或接近燃料电池单体的运行温度的进料气体并接收温度为约或接近燃料电池单体的运行温度的排气。在一个实施例中，在运行期间，在热交换器中，离开燃料电池单体的工艺气体可以加热进入模块组件的工艺气体，并且离开模块组件的工艺气体可以被进入模块组件的工艺气体冷却。
此外，工艺气体的较低温度允许使用更便宜的管道材料(例如，非绝热管、镀锌钢)。此外，相对于传统模块(具有相同的工艺气体需求)，用于本模块的管道的尺寸可以减小。例如，部署在具有本发明模块的设备中的管道的体积可以是部署在具有传统模块(具有相同的工艺气体需求)的设备中的管道的体积的1/3至1/2倍。工艺设备管道和绝热结构占整个设备体积和覆盖区/占地面积的很大一部分，特别是对于非常大的系统而言。由本设计促成的较低的工艺温度和较小的管和管道使得设备的总占地面积显著减小。
图2示出了根据本发明实施例的模块集群200的透视图。模块集群200可以包括支架结构201，该支架结构201构造成能保持多个模块组件100(示出了封装堆组件101和热交换器102的壳体)、设备配套设施202以及管道301(在图3和4中示出)。支架结构201和模块组件100可以在已安装模式、移除模式或安装模式下一起运行。在已安装模式中，管道301配置成在设备配套设施202与模块组件100的第一端A之间提供流体连通。在移除模式下，模块组件100可沿远离模块组件100的第一端A的方向(例如，朝向模块组件100的第二端B)从支架结构201移除。在安装模式中，模块组件100在朝向模块组件100的第一端A的方向上安装到支架结构201中。
支架结构201可以具有第一端A’和位于相对端的第二端B’。当已安装时，模块组件100的第一端A可以靠近支架结构201的第一端A’。在移除过程中，模块组件100可以从支架结构201的第二端B’移除。
如图2所示，支架结构201保持四个模块组件100。然而，本发明不限于此。支架结构201可以容纳更少或更多的模块组件100。在图2的实施例中，支架结构201可以层叠布置的方式保持多个模块组件100和设备配套设施202，并且支架结构201和模块组件100以这样的方式配置，使得在移除过程中，这些模块组件100可以从支架结构201沿相同的方向移除(例如，从支架结构201的第二端B’移除)。
图3示出了根据本发明实施例的集群组300的透视图。集群组300可以包括多个模块集群200(包括管道301)。集群组300可以具有第一端A”和第二端B”。每个模块集群200的管道301可以靠近集群组300的第一端A”。在一个实施例中，保持在每个集群组200中的模块组件可以在相同方向上移除(例如，从集群组300的第二端B″移除)。
如图3所示，集群组300包括并排布置的四个模块集群200。然而，本发明不限于此。集群组300可以包括更少或更多的模块集群200。
在移除模式期间，集群组300内的单个模块集群200可以与其他模块集群200电隔离和/或流体隔离。当模块集群200中的模块组件100被移除时，受影响的模块集群200可以“离线”或者与集群组300中的剩余模块集群200电隔离，并且可以不将工艺气体分流到受影响的模块集群200中。剩余的模块集群200可以保持“在线”或可用于接收/输出工艺气体并产生电能。
图4示出了根据本发明实施例的发电设备400的透视图。发电设备400可以包括多个集群组300、起重机组件402(或类似装置)，该起重机组件402构造成能升高/降低模块组件100并将所述模块组件100安装到集群组300中/从集群组300移除。起重机组件402可以包括取物器组件401，取物器组件401构造成能当起重机组件402升高/降低以及安装/移除所述模块组件100时保持模块组件100。
如图4所示，发电设备400可包括阳极进料气体管道410、阳极排气管道411、阴极进料气体管道420和阴极排气管道421。阴极进料气体的外部源可以是环境空气、燃烧源或排放二氧化碳的其它源。例如，阴极进料气体管道420可以流体连接到烟道气源(例如，发电设施或工业设施)。阴极工艺气体可以通过阴极排气管道421排放到环境中。阳极进料气体的外部源可以是任何烃源(例如，天然气管道、厌氧消化器等)。应当理解，这种阳极进料气体可以通过一个或多个气体加工/处理组件。这种加工/处理组件可以是设备配套设施的一部分。经处理的阳极气体(阳极排气)可从模块组件100被送到后处理组件(例如，用于碳捕获等)。设备配套设施可包括配置成准备用于引入燃料电池单体的工艺气体的组件和配置成处理排气(例如，用于碳捕获等)的组件。
图5示出了根据一个实施例的模块组件100(将被移除或安装)和集群组300在移除模式或安装模式期间的透视图。在该实施例中，在安装模式期间和用起重机或其他升降机构工作时，取物器组件401可以从运输机构(例如，轨道车、挂车车厢等)或中转区获取模块组件100并朝向集群组300的第二端B”(以及支架结构201的第二端B’)移动(例如，升高、旋转、定位等)模块组件100。取物器组件401可以定位模块组件100，使得模块组件100可以(通过滑动、推动、拉动、平移等)安装到开放的支架结构层501中。在移除模式期间，上述过程可以反过来。
支架结构层501和/或模块组件100可以包括导轨、轨道、凹槽、滑动面、滚轮等，以使模块组件100能够移入和移出支架结构201。
取物器组件401可以是本领域已知的能够提升重型工业部件或装置(例如，大型热交换器)并且能够将这些部件或装置平移到高度更高的结构中的任何这种组件。取物器组件401可以被配置成当模块组件100从取物器组件401移位时适应于移动的重心。例如，取物器组件401可以包括取物器结构体502和取物器平台503，取物器结构体502和取物器平台503构造成能相对于彼此横向/侧向移动，使得当重量负载向取物器平台503上移动或从取物器平台503上移走时，取物器结构502可以保持处于靠近取物器组件401的重心的位置。
图6示出了根据本发明实施例的模块组件100的集群组300的连接到管道的第一端A”(或支架结构200的第一端A’)附近的特写透视图。如图6所示，位于模块组件100的第一端A上的端口与位于集群组300的第一端A”(或支架结构200的第一端A’)附近的管道连通。在已安装模式期间，阳极输入端口110与阳极进料气体管道410连通，阳极输出端口111与阳极排气管道411连通，阴极输入端口120与阴极进料气体管道420连通，阴极输出端口121与阴极排气管道421连通。模块组件100上的端口和管道之间的连通可以通过本领域已知的任何手段或方法实现。模块组件端口和管道之间的连通可以是可释放的(例如，螺栓、螺钉、夹具、静态力等)或不可释放的(例如焊接)。在优选实施例中，模块组件端口和模块集群管道之间的连通是可释放的。应当理解，任何连通都在模块组件端口和模块集群管道之间产生流体连接，该流体连接与周围环境密封隔离。密封件、垫圈等可用于在模块组件端口和模块集群管道之间形成密封连接。
在一些实施例中，模块组件端口和模块集群管道之间的连通可以通过重力或一些其他静态力来维持。例如，模块组件100的重量可以加固模块组件端口和模块集群管道之间的连接。在另一个例子中，模块组件100可以被推向模块集群管道，使得模块组件端口被压入集群管道的接收端。可以向模块组件100施加静态力，以保持模块组件端口和集群管道的接收端之间的密封连接。
图7示出了根据本发明实施例的发电设备400的剖面侧视图。两个集群组300可被定向成使得集群组300的第二端B”可彼此面对，并在第二端B”之间形成中转区701，中转区701可被适当地定尺寸以适于从非现场位置接收模块组件100、固定模块组件100(例如，用取物器组件401)、以及定向模块组件100以安装到两个集群组300中的一者或另一者中(例如，通过旋转模块组件100使得模块组件100的第一端A指向将安装模块组件100的集群组300)。起重机组件402可构造成能沿着集群组300的第二端B”的端面平移，使得起重机组件402可以将取物器组件401定位在集群组300中包含的任何支架结构200附近。起重机组件402可以构造成能升高(或降低)取物器组件401，使其接近集群组300内的任何支架结构层501。取物器组件401和起重机组件402可构造成能使模块组件100旋转，以便将模块组件安装到集群组300中或从集群组300移除。
附加实施例
实施例1：一种燃料电池模块组件，其包括：燃料电池堆组件，该燃料电池堆组件包括构造成能接收和输出第一工艺气体的燃料电池堆和多个歧管，所述多个歧管包括第一歧管和第二歧管，其中所述第一歧管构造成能向所述燃料电池堆提供第一工艺气体，所述第二歧管构造成能接收从所述燃料电池堆输出的第一工艺气体；热交换器，其构造成能从外部源接收所述第一工艺气体并将所述第一工艺气体输出到所述第一歧管，并且构造成能从所述第二歧管接收所述第一工艺气体并输出所述第一工艺气体；以及壳体，其封装所述燃料电池堆组件和所述热交换器。
实施例2：根据实施例1所述的燃料电池模块组件，其中，所述燃料电池堆还构造成能接收和输出第二工艺气体，其中所述多个歧管包括第三歧管和第四歧管，其中所述第三歧管构造成能向燃料电池堆提供第二工艺气体，所述第四歧管构造成能接收从燃料电池堆输出的第二工艺气体，其中所述热交换器还构造成能从第二外部源接收第二工艺气体并将第二工艺气体输出到所述第三歧管，并且构造成能从所述第四歧管接收第二工艺气体并输出第二工艺气体。
实施例3：根据实施例2所述的燃料电池模块组件，其中，所述壳体包括位于壳体第一端的多个端口，其中所述多个端口流体连接到热交换器并包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，并且其中第一端口构造成能从外部源接收第一工艺气体，第二端口构造成能从壳体输出第一工艺气体，第三端口构造成能从第二外部源接收第二工艺气体，第四端口构造成能从壳体输出第二工艺气体。
实施例4：根据实施例2或3所述的燃料电池模块组件，其中，所述热交换器还构造成能在第一温度下从外部源接收第一工艺气体，并且在第二温度下将第一工艺气体输出到燃料电池堆组件，其中所述第一温度比所述第二温度低约85％至约95％。
实施例5：根据实施例4所述的燃料电池模块组件，其中，所述热交换器还构造成能在第三温度下从所述燃料电池堆组件接收所述第一工艺气体，并且在第四温度下输出所述第一工艺气体，其中所述第四温度比所述第三温度低约70％至约80％。
实施例6：根据实施例5所述的燃料电池模块组件，其中，所述热交换器还构造成能在第五温度下从第二外部源接收第二工艺气体，并能在第六温度下将第二工艺气体输出到所述燃料电池堆组件，其中，所述第五温度比所述第六温度低约75％至约85％。
实施例7：根据实施例6所述的燃料电池模块组件，其中，所述热交换器还构造成能在第七温度下从所述燃料电池堆组件接收所述第二工艺气体，并且在第八温度下输出所述第二工艺气体，其中所述第八温度比所述第七温度低约70％至约80％。
实施例8：一种燃料电池发电设备系统，其包括：具有第一端并包括燃料电池堆的模块组件；支架结构，其构造成能在已安装模式期间保持所述模块组件；设备配套设施；以及管道，其构造成能在所述已安装模式期间提供所述设备配套设施与所述模块组件的第一端之间的流体连通，其中所述模块组件和所述支架结构配置成能使得所述模块组件在移除模式期间沿远离所述模块组件的第一端的方向从所述支架结构移除。
实施例9：根据实施例8所述的燃料电池发电设备系统，其中，所述支架结构具有第一端和与第一端相对的第二端，其中管道的至少一部分靠近所述支架结构的第一端，并且其中，在已安装模式期间，所述模块组件的第一端靠近所述支架结构的第一端。
实施例10：根据实施例9所述的燃料电池发电设备系统，其中，所述模块组件和所述支架结构配置成能使得所述模块组件在所述移除模式期间从所述支架结构的第二端移除。
实施例11：根据实施例8-10中任一实施例所述的燃料电池发电设备系统，其中，所述燃料电池堆构造成能接收和输出工艺气体，其中所述模块组件还包括：多个歧管，所述多个歧管包括第一歧管和第二歧管，其中所述第一歧管构造成能向所述燃料电池堆提供工艺气体，所述第二歧管构造成能接收从所述燃料电池堆输出的工艺气体；以及热交换器，其构造成能在第一温度下从外部源接收工艺气体并且在第二温度下将所述工艺气体输出到第一歧管，并且构造成能在第三温度下从第二歧管接收工艺气体并且在第四温度下输出所述工艺气体。
实施例12：根据实施例11所述的燃料电池发电设备系统，其中，第一温度比第二温度低约75％至约95％，第四温度比第三温度低约70％至80％。
实施例13：根据实施例8-12中任一项所述的燃料电池发电设备系统，其进一步包括多个模块组件，其中所述支架结构构造成能以层叠布置形式保持所述多个模块组件，其中所述多个模块组件中的每一者以及所述支架结构配置成能使得所述多个模块组件在所述移除模式期间沿相同的方向从所述支架结构移除。
实施例14：根据实施例10所述的燃料电池发电设备系统，其进一步包括包含所述模块组件的多个模块组件；其中所述支架结构构造成能以层叠布置形式保持所述多个模块组件。
实施例15：根据实施例14所述的燃料电池发电设备系统，其中，所述支架结构构造成能与所述多个模块组件相关地以层叠布置形式保持设备配套设施。
实施例16：根据实施例15所述的燃料电池发电设备系统，其中，所述管道包括主干管道和远离所述主干管道延伸的多个分支管道，所述主干管道靠近所述支架结构的第一端，并且构造成能朝向所述多个模块组件延伸离开所述设备配套设施，所述多个分支管道包括构造成能与所述模块组件连通的第一分支。
实施例17：根据实施例14-16中任一实施例所述的燃料电池发电设备系统，其中，所述多个模块组件、所述支架结构、所述设备配套设施和所述管道形成模块集群。
实施例18：根据实施例17所述的燃料电池发电设备系统，其进一步包括包含所述模块集群的多个模块集群。
实施例19：根据实施例18所述的燃料电池发电设备系统，其中，在所述移除模式期间，所述模块集群构造成能与所述多个模块集群中的其他模块集群电隔离和/或流体隔离。
实施例20：根据实施例18或19所述的燃料电池发电设备系统，其中，所述多个模块集群并排布置以形成集群组，其中所述集群组具有第一端，其中所述多个模块集群中的每个支架结构的第一端均位于所述集群组的第一端。
实施例21：根据实施例20所述的燃料电池发电设备系统，其进一步包括包含所述集群组的多个集群组。
如文中所用，术语“大约”、“约”、“大致”和类似术语意在具有与本公开的主题所属领域的普通技术人员常见和接受的用法相一致的广泛含义。查阅本公开的本领域技术人员应当理解，这些术语意在允许对所描述和要求保护的某些特征进行描述，而不意在将这些特征的范围仅限于所提供的精确数值范围。因此，这些术语应被解释为表明对所描述和要求保护的主题的非实质性或无关紧要的修改或变更被认为处于如所附权利要求中所述的本公开的范围内。
应当注意，本文中用于描述各种实施例的术语“示例性/示例”意在表明此类实施例是可能的实施例的可能的示例、表示和/或说明(并且这种术语并非意在暗示此类实施例必然是卓越或最高级的示例)。
如本文所用的术语“联接”、“连接”等是指两个构件直接或间接地彼此结合。这种结合可以是静止的(例如，永久的)或可移动的(例如，可移除的或可释放的)。这种结合可以利用这两个构件实现或利用这两个构件和任何另外的中间构件实现(这两个构件与所述任何另外的中间构件彼此集成在一起形成一个单个整体)，或者，这种结合可利用这两个构件实现或利用这两个构件和任何另外的中间构件实现(这两个构件与所述任何另外的中间构件被附接至彼此)。
本文对元件位置的引用(例如，“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”等)仅用于描述各种元件在附图中的取向。应当注意，根据另一些示例性实施例，各种元件的取向可以不同，并且此类变化旨在被本公开所涵盖。
应当理解，尽管已经针对其优选实施例对本发明进行了描述，但是本领域技术人员可以想到各种其它实施例和变型，它们在本发明的范围和精神内，并且此类其它实施例和变型旨在由相应的权利要求涵盖。本领域技术人员将容易了解，许多改型是可能的(例如，各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数的值、安装布置、材料的使用、颜色、取向、制造工艺等)而不实质地脱离本文描述的主题的新颖教导和优点。例如，任何过程或方法步骤的次序或顺序均可以根据备选实施例改变或重新排序。也可在各种示例性实施例的设计、运行调件和布置中作出其它替代、修改、变更和省略而不脱离本发明的范围。

Claims (15)

1.一种燃料电池模块组件，其包括：燃料电池堆组件，该燃料电池堆组件包括构造成能接收和输出第一工艺气体的燃料电池堆和多个歧管，所述多个歧管包括第一歧管和第二歧管，其中所述第一歧管构造成能向所述燃料电池堆提供所述第一工艺气体，所述第二歧管构造成能接收从所述燃料电池堆输出的所述第一工艺气体；热交换器，其构造成能从外部源接收所述第一工艺气体并将所述第一工艺气体输出到所述第一歧管，并且构造成能从所述第二歧管接收所述第一工艺气体并输出所述第一工艺气体；以及壳体，其封装所述燃料电池堆组件和所述热交换器。
2.根据权利要求1所述的燃料电池模块组件，其中，所述燃料电池堆还构造成能接收和输出第二工艺气体，其中所述多个歧管包括第三歧管和第四歧管，其中所述第三歧管构造成能向燃料电池堆提供所述第二工艺气体，所述第四歧管构造成能接收从所述燃料电池堆输出的所述第二工艺气体，其中所述热交换器还构造成能从第二外部源接收所述第二工艺气体并将所述第二工艺气体输出到所述第三歧管，并且构造成能从所述第四歧管接收所述第二工艺气体并输出所述第二工艺气体。
3.根据权利要求2所述的燃料电池模块组件，其中，所述壳体包括位于所述壳体的第一端的多个端口，其中所述多个端口流体连接到所述热交换器并且包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，其中所述第一端口构造成能从所述外部源接收所述第一工艺气体，所述第二端口构造成能从所述壳体输出所述第一工艺气体，所述第三端口构造成能从所述第二外部源接收所述第二工艺气体，所述第四端口构造成能从所述壳体输出所述第二工艺气体。
4.根据权利要求2所述的燃料电池模块组件，其中，所述热交换器还构造成能在第一温度下从外部源接收所述第一工艺气体，并且在第二温度下将所述第一工艺气体输出到所述燃料电池堆组件，其中所述第一温度比所述第二温度低约85％至约95％，其中，所述热交换器还构造成能在第三温度下从所述燃料电池堆组件接收所述第一工艺气体，并且在第四温度下输出所述第一工艺气体，其中所述第四温度比所述第三温度低约70％至约80％。
5.根据权利要求4所述的燃料电池模块组件，其中，所述热交换器还构造成能在第五温度下从所述第二外部源接收所述第二工艺气体，并且在第六温度下将所述第二工艺气体输出到所述燃料电池堆组件，其中，所述第五温度比所述第六温度低约75％至约85％，其中，所述热交换器还构造成能在第七温度下从所述燃料电池堆组件接收所述第二工艺气体，并且在第八温度下输出所述第二工艺气体，其中所述第八温度比所述第七温度低约70％至约80％。
6.一种燃料电池发电设备系统，其包括：具有第一端并包括燃料电池堆的模块组件；支架结构，所述支架结构构造成能在已安装模式期间保持所述模块组件；设备配套设施；以及管道，所述管道构造成能在所述已安装模式期间提供所述设备配套设施与所述模块组件的第一端之间的流体连通，其中所述模块组件和所述支架结构配置成能使得所述模块组件在移除模式期间沿远离所述模块组件的第一端的方向从所述支架结构移除。
7.根据权利要求6所述的燃料电池发电设备系统，其中，所述支架结构具有第一端和与该第一端相对的第二端，其中所述管道的至少一部分靠近所述支架结构的第一端，其中，在所述已安装模式期间，所述模块组件的第一端靠近所述支架结构的第一端。
8.根据权利要求7所述的燃料电池发电设备系统，其中，所述模块组件和所述支架结构配置成能使得所述模块组件在所述移除模式期间从所述支架结构的第二端移除。
9.根据权利要求6所述的燃料电池发电设备系统，其中，所述燃料电池堆构造成能接收和输出工艺气体，其中所述模块组件还包括：多个歧管，所述多个歧管包括第一歧管和第二歧管，其中所述第一歧管构造成能向所述燃料电池堆提供所述工艺气体，所述第二歧管构造成能接收从所述燃料电池堆输出的所述工艺气体；以及热交换器，所述热交换器构造成能在第一温度下从外部源接收所述工艺气体并且在第二温度下将所述工艺气体输出到所述第一歧管，并且构造成能在第三温度下从所述第二歧管接收所述工艺气体并且在第四温度下输出所述工艺气体。
10.根据权利要求6所述的燃料电池发电设备系统，其进一步包括多个模块组件，其中所述支架结构构造成能以层叠布置形式保持所述多个模块组件，其中所述多个模块组件中的每一者以及所述支架结构配置成能使得所述多个模块组件在所述移除模式期间沿相同的方向从所述支架结构移除。
11.根据权利要求8所述的燃料电池发电设备系统，其进一步包括包含所述模块组件的多个模块组件；其中所述支架结构构造成能以层叠布置形式保持所述多个模块组件，其中，所述支架结构构造成能与所述多个模块组件相关地以层叠布置形式保持所述设备配套设施。
12.根据权利要求11所述的燃料电池发电设备系统，其中，所述管道包括主干管道和远离所述主干管道延伸的多个分支管道，所述主干管道靠近所述支架结构的第一端，并且构造成能朝向所述多个模块组件延伸离开所述设备配套设施，所述多个分支管道包括构造成能与所述模块组件连通的第一分支。
13.根据权利要求12所述的燃料电池发电设备系统，其中，所述多个模块组件、所述支架结构、所述设备配套设施和所述管道形成模块集群，其中所述燃料电池发电设备系统进一步包括包含所述模块集群的多个模块集群，其中，在所述移除模式期间，所述模块集群构造成能与所述多个模块集群中的其他模块集群电隔离和/或流体隔离。
14.根据权利要求13所述的燃料电池发电设备系统，其中，所述多个模块集群并排布置以形成集群组，其中所述集群组具有第一端，其中所述多个模块集群中的每个支架结构的第一端均位于所述集群组的第一端。
15.根据权利要求14所述的燃料电池发电设备系统，其进一步包括包含所述集群组的多个集群组。
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