CN116111132A - 包含催化剂环阳极尾气氧化器的燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

本申请案涉及一种包含催化剂环阳极尾气氧化器的燃料电池系统。一种燃料电池系统阳极尾气氧化器ATO包含内ATO壁、外ATO壁及安置于形成于所述内ATO壁与所述外ATO壁之间的腔室中的第一催化剂环。所述第一催化剂环包含内壁、外壁及安置于所述内壁与所述外壁之间且负载有氧化催化剂的基质。

Description

包含催化剂环阳极尾气氧化器的燃料电池系统
技术领域
本发明的方面涉及燃料电池系统，且更特定来说，涉及包含催化剂环阳极尾气氧化器(ATO)的燃料电池系统。
背景技术
燃料电池(例如固体氧化物燃料电池)是可将存储于燃料中的能量高效率转换成电能的电化学装置。高温燃料电池包含固体氧化物及熔融碳酸盐燃料电池。这些燃料电池可使用氢及/或烃燃料来操作。存在例如固体氧化物再生燃料电池的燃料电池类别，其也允许反向操作，使得可使用电能作为输入来将氧化燃料还原回到未氧化燃料。
发明内容
根据各种实施例，提供一种燃料电池系统阳极尾气氧化器(ATO)，其包括：内ATO壁；外ATO壁；及第一催化剂环，其安置于形成于所述内ATO壁与所述外ATO壁之间的腔室中，所述第一催化剂环包括：内壁；外壁；及基质，其安置于所述内壁与所述外壁之间且负载有氧化催化剂。
附图说明
并入本文中且构成本说明书的部分的附图说明本发明的实例实施例，且与上文给出的一般描述及下文给出的详细描述一起用于解释本发明的特征。
图1是根据本公开的各种实施例的燃料电池系统的示意图。
根据本公开的各种实施例，图2A是展示图1的系统的热箱的组件的截面图，图2B展示图2A的系统的放大部分，图2C是图2A的系统的中心柱的三维剖视图，且图2D是安置于图2A的系统的中心柱下方的阳极毂结构的透视图。
图3A到3C是展示根据本公开的各种实施例的通过图2A的系统的中心柱的燃料及空气流的截面图。
图4是根据本公开的各种实施例的图2A的系统的中心柱的部分透视图。
根据本公开的各种实施例，图5A是展示其中已移除ATO的外筒的示范性中心柱400的照片，图5B是展示ATO的催化剂环的俯视透视图的照片，且图5C是展示催化剂环的部分的顶面的近视图的照片。
图5D是根据本公开的各种实施例的替代催化剂环的俯视图。
图6是根据本公开的各种实施例的改进ATO的透视图。
具体实施方式
将参考附图详细描述各种实施例。将尽可能在所有图式中使用相同元件符号来指代相同或类似部件。对特定实例及实施方案的参考仅供说明，且希望限制本发明或权利要求书的范围。
在固体氧化物燃料电池(SOFC)系统中，可加湿燃料入口流以促进例如蒸汽重整及水气转化反应的燃料重整反应。另外，在系统启动、关闭及电网中断事件期间，可将水添加到燃料入口流中以防止系统组件(例如催化剂)焦化。通常，通过在含有波纹管的蒸汽发生器中使水汽化来执行此加湿。水流过波纹管且由围绕管道外侧流动的阴极回热器换热器排气流加热。然而，利用相对低温阴极回热器排气流通常需要相当长波纹管以吸收足够热来使水汽化。此外，蒸汽发生器相对较大及笨重，其也增加系统大小、复杂性及制造成本。
相比之下，本公开的实施例提供经配置以将水直接喷射到阳极排气再循环流中的喷水器，阳极排气再循环流提供热来将水汽化成蒸汽及/或将水雾化成足够小液滴以夹带于阳极排气流中。阳极排气再循环流经再循环到提供到燃料电池堆中的燃料入口流中，使得加湿燃料提供到燃料电池堆的燃料电池。因此，可省略现有技术的蒸汽发生器以减小系统大小、复杂性及成本。另外，实施例系统可使用相对较短、非波纹水导管来操作，其可改进系统响应时间且降低系统大小及成本。
图1是根据本公开的各种实施例的SOFC系统10的示意图。参考图1，系统10包含热箱100及安置于热箱100中或相邻于热箱100安置的各种组件。热箱100可含有燃料电池堆102，例如含有交替燃料电池及互连件的固体氧化物燃料电池堆。堆的一个固体氧化物燃料电池含有陶瓷电解质(例如氧化钇稳定氧化锆(YSZ)、氧化钪稳定氧化锆(SSZ)、氧化钪及氧化铈稳定氧化锆或氧化钪、氧化钇及氧化铈稳定氧化锆)、阳极电极(例如镍-YSZ、镍-SSZ或掺镍氧化铈金属陶瓷)及阴极电极(例如锰酸镧锶(LSM))。互连件可为金属合金互连件，例如铬-铁合金互连件。堆102可彼此上下布置成多个柱。
热箱100还可含有阳极回热器换热器110、阴极回热器换热器120、阳极尾气氧化器(ATO)500、阳极排气冷却器换热器140、分流器550、涡流发生器552及喷水器160。系统10还可包含催化部分氧化(CPOx)反应器200、混合器210、CPOx鼓风机204(例如空气鼓风机)、系统鼓风机208(例如空气鼓风机)及阳极再循环鼓风机212，其可安置于热箱100外部。然而，本发明不限于组件中的每一者相对于热箱100的任何特定位置。
CPOx反应器200通过燃料导管300A接收来自燃料入口300的燃料入口流。燃料入口300可为燃料箱或公用天然气管线，其包含用于控制提供到CPOx反应器200的燃料量的阀。CPOx鼓风机204可在系统启动期间将空气提供到CPOx反应器200。燃料及/或空气可通过燃料导管300B提供到混合器210。燃料(例如下文关于图3A到3C描述的燃料入口流1721)从混合器210流过燃料导管300C到达阳极回热器110。燃料在阳极回热器110中由燃料排气中的部分加热且燃料接着从阳极回热器110流过燃料导管300D到达堆102。
系统鼓风机208可经配置以通过空气导管302A将气流(例如进气流)提供到阳极排气冷却器140。空气从阳极排气冷却器140流过空气导管302B到达阴极回热器120。空气由阴极回热器120中的ATO排气加热。空气从阴极回热器120流过空气导管302C到达堆102。
在堆102中产生的阳极排气流(例如下文关于图3A到3C描述的燃料排气流)通过阳极排气导管308A提供到阳极回热器110。阳极排气可含有未反应燃料且在本文中也可称为燃料排气。阳极排气可通过阳极排气导管308B从阳极回热器110提供到分流器550。阳极排气的第一部分可通过喷水器160及阳极排气导管308C从分流器550提供到阳极排气冷却器140。阳极排气的第二部分通过阳极排气导管308D从分流器550提供到ATO500。阳极排气的第一部分加热阳极排气冷却器140中的进气流且接着可通过阳极排气导管308E从阳极排气冷却器140提供到混合器210。阳极再循环鼓风机212可经配置以使阳极排气移动通过阳极排气导管308E，如下文讨论。
在堆102中产生的阴极排气通过排气导管304A流到ATO 500。涡流发生器552可安置于排气导管304A中且可经配置以使阴极排气形成涡旋。阳极排气导管308D可流体连接到涡流发生器552或涡流发生器552下游的阴极排气导管304A或ATO 500。涡旋阴极排气可在提供到ATO 500之前与由分流器550提供的阳极排气的第二部分混合。混合物可在ATO 500中氧化以产生ATO排气。ATO排气从ATO 500流过排气导管304B到达阴极回热器120。排气从阴极回热器通过排气导管304C流出热箱100。
水从水源206(例如水箱或水管)流过水导管306到达喷水器160。喷水器160将水直接喷射到导管308C中提供的阳极排气的第一部分中。来自排气导管308C中提供的阳极排气(也称为再循环阳极排气流)的第一部分的热使水汽化以产生蒸汽。蒸汽与阳极排气混合，且所得混合物经提供到阳极排气冷却器140。混合物接着通过阳极排气导管308E从阳极排气冷却器140提供到混合器210。混合器210经配置以混合蒸汽及阳极排气的第一部分与新燃料(即，燃料入口流)。接着，此加湿燃料混合物可在提供到堆102之前在阳极回热器110中由阳极排气加热。系统10还可包含位于阳极回热器100内部及/或下游的一或多种燃料重整催化剂112、114及116。重整催化剂在加湿燃料混合物提供到堆102之前重整加湿燃料混合物。
系统10可进一步包括经配置以控制系统10的各种元件的系统控制器225。控制器225可包含经配置以执行存储指令的中央处理单元。例如，控制器225可经配置以根据燃料成分数据来控制通过系统10的燃料及/或空气流。
图2A是展示图1的系统10的热箱100的组件的截面图，且图2B展示图2A的放大部分。图2C是根据本公开的各种实施例的系统10的中心柱400的三维剖视图，且图2D是安置于柱400可安置于其上的热箱基座101中的阳极毂结构600的透视图。
参考图2A到2D，燃料电池堆102可围绕热箱100的中心柱400安置。例如，堆102可以环配置围绕中心柱400安置且可定位于热箱基座101上。柱400可包含阳极回热器110、ATO500及阳极排气冷却器140。特定来说，阳极回热器110安置于ATO 500的径向内，且阳极排气冷却器140安装于阳极回热器110及ATO 500上方。在一个实施例中，氧化催化剂112及/或氢化催化剂114可位于阳极回热器110中。重整催化剂116也可位于阳极回热器110的底部处作为蒸汽甲烷重整(SMR)插件。
ATO 500包括围绕阳极回热器110的内ATO绝缘材料556/外壁定位的外筒502。任选地，绝缘材料556可由ATO内筒504围封。因此，绝缘材料556可位于阳极回热器110与ATO 500之间。ATO氧化催化剂可位于外筒502与ATO绝缘材料556之间的空间中。燃料入口路径波纹管854可位于阳极排气冷却器140与内ATO筒504之间。ATO热电偶馈通1601延伸穿过阳极排气冷却器140到达ATO 500的顶部。ATO 500的温度借此可借由通过此馈通1601插入一或多个热电偶(未展示)来监测。
阳极毂结构600可定位于阳极回热器110及ATO 500下方及热箱基座101上方。阳极毂结构600由ATO裙部1603覆盖。涡流发生器552及燃料排气分流器550位于阳极回热器110及ATO 500上方及阳极排气冷却器140下方。ATO电热塞1602(其在启动期间引发ATO中的堆燃料排气氧化)可位于ATO 500的底部附近。
阳极毂结构600用于将燃料从中心柱均匀分配到围绕中心柱400安置的燃料电池堆102。阳极流毂结构600包含带槽铸造基座602及燃料入口导管300D及出口导管308A的“支架”毂。每一对导管300D、308A连接到燃料电池堆102。接着，阳极侧筒(例如阳极回热器110内及外筒及ATO外筒502)经焊接或钎焊到基座602中的凹槽中以产生均匀体积横截面用于流量分配，如下文讨论。
升降基座1604位于热箱基座101下方，如图2C中说明。在实施例中，升降基座1604包含叉式升降机的叉可通过其来插入以提升及移动系统(例如从机柜(未展示)移除系统用于修理或维护)的两个中空臂。
如图2A及2B中由箭头展示，空气进入热箱100的顶部且接着流入到阴极回热器120中，其中空气由来自ATO 500的ATO排气(未展示)加热。接着，经加热空气通过第一通风口或开口121流入到阴极回热器120内部。接着，空气流过堆102且与从阳极毂结构600提供的燃料(即，燃料入口流)反应。排气从堆102流过第二通风口或开口123。接着，排气通过涡流发生器552的叶片且在进入ATO 500之前形成涡旋。
分流器550可通过分流器中的开口(例如狭缝)将离开阳极回热器110的顶部的燃料排气的第二部分引导到涡旋排气中(例如在涡流发生器552中或在涡流发生器下游的导管304A或ATO 500中)。因而，燃料及排气可在进入ATO 500之前混合。
图3A及3B是展示通过中心柱400的流量分配的侧视横截面图，且图3C是通过阳极回热器110截取的俯视横截面图。参考图2A、2B、3A及3C，阳极回热器110包含内筒110A、波纹板110B及外筒110C，其可涂覆有ATO绝缘材料556。来自燃料导管300C的燃料进入中心柱400的顶部。接着，燃料通过流过阳极排气冷却器140的中空核心来绕过阳极排气冷却器140且接着流过外筒110C与波纹板110B之间的阳极回热器110。接着，燃料流过图3B中展示的阳极毂结构600的毂基座602及导管300D到达堆102。
参考图2A、2B、2C、3A及3B，燃料排气从堆102流过导管308A进入毂基座602，且从毂基座602流过内筒110A与波纹板110B之间的阳极回热器110，且流过导管308B进入分流器550。燃料排气的第一部分从分流器550流过导管308C到达阳极排气冷却器140，而第二部分从分流器550流过导管308D到达ATO 500，如图1中展示。阳极排气冷却器内核心绝缘材料140A可位于燃料导管300C与波纹管852/支撑筒852A之间，波纹管852/支撑筒852A位于阳极排气冷却器140与涡流发生器552之间，如图3A中展示。此绝缘材料最小化从导管308C中的阳极排气流的第一部分到阳极排气冷却器140的途中的热传递及损失。绝缘材料140A也可位于导管300C与阳极排气冷却器140之间以避免导管300C中的燃料入口流与阳极排气冷却器140中的流之间的热传递。在其它实施例中，绝缘材料140A可从圆柱形阳极排气冷却器140内部省略。
图3B还展示空气从空气导管302A流到阳极排气冷却器140(其中空气由阳极排气的第一部分加热)且接着从阳极排气冷却器140流过导管302B到达阴极回热器120。阳极排气的第一部分在阳极排气冷却器140中由流过阳极排气冷却器140的空气冷却。接着，阳极排气的经冷却第一部分从阳极排气冷却器140提供到图1中展示的阳极再循环鼓风机212。
如下文将更详细描述且如图2A及3B中展示，阳极排气离开阳极回热器110且通过导管308B提供到分流器550中。分流器550将阳极排气分成第一及第二阳极排气部分(即，流)。第一流通过导管308C提供到阳极排气冷却器140。第二流通过导管308D提供到ATO500。
提供到ATO 500及阳极排气冷却器140的阳极排气的相对量由阳极再循环鼓风机212控制。鼓风机212的速度越高，阳极排气提供到导管308C中的部分越大且阳极排气经由导管308D提供到ATO 500的部分越小，且反之亦然。
提供到ATO 500的阳极排气未在阳极排气冷却器140中冷却。此允许比阳极排气在流过阳极排气冷却器140之后提供时更高温度的阳极排气提供到ATO 500中。例如，从分流器550提供到ATO 500中的阳极排气可具有高于350℃的温度，例如从约350℃到约500℃，例如从约375℃到约425℃，或从约390℃到约410℃。此外，由于较少量的阳极排气提供到阳极排气冷却器140中(例如，由于阳极排气在分流器550中分流，非100％的阳极排气提供到阳极排气冷却器中)，因此阳极排气冷却器140的热交换面积会减小。提供到ATO 500的阳极排气可由堆阴极(即，空气)排气氧化且通过导管304B提供到阴极回热器120。
图4是展示图2A的中心柱中的喷水器160及ATO 500的截面透视图。参考图4，分离器550包括图3A中展示的水平狭缝。然而，在其它实施例中，分流器550可包括延伸穿过阳极排气导管308B的外壁的管而非狭缝。
喷水器160可包含喷射环162及护罩166。喷射环162可安置于阳极排气冷却器140与阳极回热器110之间的阳极排气导管308C内部且可流体连接到水导管306。喷射环162是围绕燃料导管300C延伸的管。喷射环162可包含喷射孔(即，开口)162A，其经配置以将水直接喷射到从分流器550及阳极回热器110流入导管308C中的阳极排气的第一部分中。水可由阳极排气的热第一部分汽化。喷射孔162A可经配置以产生水流或水滴，其可在从喷射环162出现的瞬间或几秒钟内汽化。喷射环162也可经定大小以在其中提供基本上均匀周向水流且借此最小化阳极排气流中的压降。
护罩166可为包围喷射环162的筒。护罩166可经配置以使水与通过分流器550流入到ATO 500中的阳极排气的第二部分分离。特定来说，在护罩166外部流动的阳极排气的第二部分可由分流器550径向向外引导向阳极排气导管308D及ATO 500，而在护罩166内部流动的阳极排气的第一部分由分流器550向上引导向阳极排气导管308C中的喷射环162。因此，护罩166可经配置以防止或减少水量及/或已由喷射水加湿的阳极排气的第一部分由分流器550喷射到ATO 500中。换句话说，护罩166经配置使得基本上所有水及阳极排气的加湿第一部分经引导向阳极排气冷却器140。
ATO 500可包围阳极回热器110，且催化剂112、114及116可安置于由阳极回热器110包围的内部压力通风系统内，类似于2016年3月15日发布且其全部内容以引用方式并入本文中的第9,287,572B2号美国专利中描述的配置。
ATO 500可包含安置于形成于外筒502与内筒504之间的环形腔室中的催化剂环510。特定来说，催化剂环510可安置成与分流器550相距一距离，所述距离足以使燃料排气的大部分氧化在排气进入催化剂环510之前发生。换句话说，距离可经设置使得在排气进入催化剂环510之前，排气的未催化氧化(例如氢氧化以形成水及/或一氧化碳氧化以形成二氧化碳)可完成或超过50％完成。
催化剂环510可经配置以催化在未催化氧化之后留在催化剂排气中的可氧化物种的氧化。例如，催化剂环510可包含经配置以催化留在排气中的一氧化碳及/或燃料(例如氢或烃燃料，例如天然气或甲烷)的氧化的催化剂或催化剂混合物。
根据本公开的各种实施例，图5A是展示其中已移除ATO 500的外筒502的示范性中心柱400的照片，图5B是展示ATO 500的催化剂环510的俯视透视图的照片，且图5C是展示催化剂环510的部分的顶面的近视图的照片。
参考图5A到5C，催化剂环510可包含外壁512、内壁514及安置于其间的基质515。在一些实施例中，催化剂环510可由高温稳定材料形成，例如金属(例如不锈钢或因康镍合金(即，高温镍基合金))或陶瓷材料(例如氧化铝或其类似者)。例如，壁512可为金属且基质515可为涂覆有催化剂金属的陶瓷。在一些实施例中，当从顶部看时，外壁512及内壁514可呈圆柱形。然而，可替代地使用其它环形，例如矩形或六边形环形。外壁512可同心包围内壁514。内壁514可附接到ATO 500的内筒504。基质515通过钎焊或另一合适方法附接到内壁514及外壁512。
基质515可具有包含通道516的蜂窝型结构。通道516可具有任何形状，只要通道516经配置以允许流体从顶面流过催化剂环510到达催化剂环510的相对底面。例如，通道516可为笔直或弯曲。在一些实施例中，通道516可在基本上垂直于催化剂环510的顶面及/或底面的平面的方向上延伸。
在一些实施例中，通道516可布置成包围内壁514的同心环。例如，通道516可布置成至少3个(例如至少5个、至少10个或至少15个)同心环。在其它实施例中，通道516可以不规则布置安置。例如，通道516可具有任何布置，只要至少3个(例如至少5个、至少10个或至少15个)通道516安置于径向(即，水平)方向A上(见图5C)以在外壁512与内壁514之间延伸。径向方向A可垂直于流过催化剂环510的流体(即，燃料及排气)的轴向(即，垂直)方向。
在图5C中展示的一个实施例中，基质515可由通过圆柱形波纹间隔件518彼此分离的同心圆柱形壁517(例如三个或更多个同心壁517)形成。在一些实施例中，圆柱形壁517、间隔件518及/或外壁512及内壁514可通过(例如)钎焊或焊接来彼此附接。通道516可具有梯形水平横截面形状，当从顶部看时，短及长平行梯形边在角(即，顺时针或逆时针)方向上交替。
在图5D中展示的替代实施例中，圆柱形壁517可自基质515省略。在此实施例中，波纹间隔件518彼此附接而非附接到一对相邻圆柱形壁517。在此实施例中，当从顶部看时，通道516可具有六边形水平横截面形状方向。当从顶部看时，通道516形成密集六边形阵列。
基质515可负载有(即，使通道的表面涂覆有)氧化催化剂。特定来说，基质515的蜂窝结构可为催化剂负载提供高表面积。合适氧化催化剂可经配置以催化一氧化碳氧化成二氧化碳及/或氧化留在排气中的任何燃料。例如，合适氧化催化剂可包含催化剂金属，例如铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)、铱(Ir)、锇(Os)、钌(Ru)、钽(Ta)、镍(Ni)、铜(Cu)、其氧化物、其合金、其组合或其类似者。在一些实施例中，氧化催化剂可包含钯。例如，氧化催化剂可使用任何合适工艺(例如通过洗涂工艺)施加到基质515。
图6是根据本公开的各种实施例的替代ATO 500A的示意图。ATO 500A可类似于ATO500。因此，将对其之间的差异进行详细描述。
参考图6，ATO 500A可包含两个或多个催化剂环510。例如，ATO 500A可包含三个催化剂环510，其中第一环位于第二环上方，且第二环位于第三环上方，如图6中展示。然而，本公开不限于任何特定数目个催化剂环510。例如，催化剂环510的数目可基于ATO 500A经配置以接收的排气的组成来选择。
催化剂环510可安置于外筒502与内筒504之间，使得流过ATO 500A(例如，外筒502与内筒504之间)的排气穿过每一催化剂环510。在一些实施例中，催化剂环510可安置于ATO500A的下部中以在排气进入催化剂环510之前，允许排气的非催化氧化基本上完成。如图6中展示，催化剂环510可在轴向(即，垂直)方向上彼此间隔开，或可彼此直接接触。例如，催化剂环510可在如图6中的排气流箭头展示的排气流方向上彼此间隔开范围从0到约10cm的距离，例如从0.5到5cm，或从1到2cm。
在一些实施例中，催化剂环510可负载有相同氧化催化剂及/或可各自具有相同催化剂负载量。在其它实施例中，催化剂环510可包含不同催化剂及/或可具有不同催化剂负载量。
本发明人已确定，与常规ATO设计相比，如本文中所描述，包含催化剂环的ATO可提供各种意想不到的益处。例如，与常规设计相比，催化剂环可为催化剂负载提供增加的表面积，其可增加氧化的活性面积。另外，与常规设计相比，催化剂环可具有更长使用寿命且可以更低成本制造。
提供公开方面的前述说明以使任何所属领域的技术人员能够制造或使用本发明。所属领域的技术人员将容易明白对这些方面的各种修改，且本文中界定的一般原理可适用于其它方面，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不希望限于本文中所展示的方面，而是符合与本文中公开的原理及新颖特征相一致的最宽范围。

Claims (20)

1.一种阳极尾气氧化器ATO，其包括：
内ATO壁；
外ATO壁；及
第一催化剂环，其安置于形成于所述内ATO壁与所述外ATO壁之间的腔室中，所述第一催化剂环包括：
内壁；
外壁；及
基质，其安置于所述内壁与所述外壁之间且负载有氧化催化剂。
2.根据权利要求1所述的ATO，其中所述基质包括从所述基质的顶面延伸到相对底面且负载有所述氧化催化剂的通道。
3.根据权利要求2所述的ATO，其中所述基质包括：
同心圆柱形壁；及
圆柱形波纹间隔件，其安置于所述壁之间。
4.根据权利要求3所述的ATO，其中所述圆柱形壁及所述间隔件彼此钎焊以形成所述基质。
5.根据权利要求3所述的ATO，其中所述基质包括由所述圆柱形波纹间隔件间隔开的所述同心圆柱形壁中的至少三者。
6.根据权利要求3所述的ATO，其中所述通道至少部分由所述壁及所述间隔件界定。
7.根据权利要求6所述的ATO，其中所述通道具有梯形水平横截面形状，其中短及长平行梯形边在角度方向上交替。
8.根据权利要求2所述的ATO，其中所述通道具有六边形水平横截面形状。
9.根据权利要求2所述的ATO，其中所述基质包括在垂直于流体流过所述第一催化剂环的轴向方向的径向方向上的所述通道中的至少十者。
10.根据权利要求1所述的ATO，其中所述基质包含氧化铝。
11.根据权利要求1所述的ATO，其进一步包括安置于所述腔室中在所述第一催化剂环下方的第二催化剂环，所述第二催化剂环包括：
内壁；
外壁；及
基质，其安置于所述内壁与所述外壁之间且负载有氧化催化剂。
12.根据权利要求11所述的ATO，其中所述第一及第二催化剂环在所述腔室内彼此直接接触或间隔开。
13.根据权利要求11所述的ATO，其进一步包括安置于所述腔室中在所述第二催化剂环下方的第三催化剂环，所述第三催化剂环包括：
内壁；
外壁；及
基质，其安置于所述内壁与所述外壁之间且负载有氧化催化剂。
14.一种燃料电池系统，其包括：
燃料电池堆；
中心柱；及
根据权利要求1所述的ATO，其位于所述燃料电池堆与所述中心柱之间。
15.根据权利要求14所述的燃料电池系统，其中：
所述ATO具有包围所述中心柱的圆柱形环形状；且
所述燃料电池堆包围所述ATO。
16.根据权利要求15所述的燃料电池系统，其中所述中心柱包括：
阳极回热器，其经配置以使用从所述燃料电池堆输出的阳极排气来加热提供到所述燃料电池堆的燃料；及
阳极排气冷却器，其安置成经配置以使用从所述阳极回热器输出的所述阳极排气来加热提供到所述燃料电池堆的空气。
17.根据权利要求16所述的燃料电池系统，其进一步包括分流器，所述分流器经配置以将从所述阳极回热器输出的所述阳极排气的第一部分提供到所述ATO，且将从所述阳极回热器输出的所述阳极排气的第二部分提供到所述阳极排气冷却器。
18.根据权利要求17所述的燃料电池系统，其进一步包括涡流发生器，所述涡流发生器含有位于所述分流器上方的叶片且经配置以使从所述燃料电池堆输出的阴极排气涡旋到从所述分流器通过所述腔室流动朝向所述第一催化剂环的所述阳极排气的所述第一部分中。
19.根据权利要求17所述的燃料电池系统，其中所述ATO包围所述阳极回热器。
20.根据权利要求17所述的燃料电池系统，其中：
在所述阳极排气进入所述第一催化剂环之前，所述阴极排气氧化所述腔室中所述阳极排气的所述第一部分的大部分；且
所述第一催化剂环经配置以氧化所述阳极排气的所述第一部分的剩余部分。
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