CN116195102A - 碳酸盐燃料电池产生二氧化碳 - Google Patents

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Abstract

一种燃料电池系统包括具有多个燃料电池的燃料电池堆，所述多个燃料电池各自含有多个燃料电极和空气电极。所述系统包括连接到所述燃料电池堆的燃料接收单元，所述燃料接收单元从燃料源接收烃燃料。所述系统包括通过滑流流体联接到所述燃料电池堆的燃料排气处理单元，其中所述燃料排气处理单元处理来自所述燃料电池堆的燃料排气，并且所述滑流流体连接到从所述燃料电池堆流出的排气流。所述燃料处理单元从所述滑流内的燃料排气中去除二氧化碳(CO2)的第一部分，将所述CO2的第一部分输出到第一流中，并且将所述滑流中的所述燃料排气中剩余的CO2的第二部分输出到第二流中，所述第二流包括氢气。

Description

碳酸盐燃料电池产生二氧化碳
相关专利申请的交叉引用
本申请要求于2020年9月16日提交的美国专利申请第63/079,284号的权益和优先权，其全部公开内容在此通过引用并入本文。
背景技术
本公开总体上涉及从碳酸盐燃料电池中提取二氧化碳(CO2)的领域，更具体地涉及从碳酸盐燃料电池的内部工艺流中提取CO2。
通常，熔融碳酸盐燃料电池产生具有高CO2浓度的内部工艺气流，该浓度通过下游工艺由CO2消耗和稀释而降低。此类燃料电池包括燃料接收阳极、空气接收阴极和碳酸盐电解质。在燃料电池的操作期间，烃基燃料(例如，甲烷)可以通过阳极侧入口进料并且在燃料电池内经历重整以生成H2和CO2。然后产生的H2可以与来自所含电解质的碳酸根离子反应，产生额外的CO2。离开燃料电极的所得含CO2的气体可以通过阴极侧入口与空气进料组合，其中CO2将被空气电极反应消耗。在基于烃(例如，甲烷)的燃料(例如，天然气或沼气)的此类使用期间，对于每一分子的烃，将从燃料电池排出一分子的CO2，但如上所述，额外的CO2(例如，额外的四分子的CO2)可以由阳极(即，燃料电极)产生并且随后由阴极(即，空气电极)消耗。
由于排气流，特别是燃料排气流(即，来自阳极的排气)可能包含过剩的CO2，该过量可能不能或不适于燃料电池系统的消耗，并且因此可能最终完全从燃料电池系统中排出。因此，过量的CO2可能从燃料电池系统中排出，这不仅浪费了潜在可用的CO2，而且还导致过量的排放。
因此，有利的是提供一种结合有内部机构的燃料电池系统，该内部机构从富CO2燃料排气中提取CO2用于再循环、处理或其它再利用以减少废物和排放物。
发明内容
本公开的方面涉及一种燃料电池系统。该系统包括具有多个燃料电池的燃料电池堆，该多个燃料电池含有多个燃料电极和空气电极。该系统进一步包括流体联接到燃料电池堆的燃料接收单元，该燃料接收单元被配置成从燃料源接收烃燃料。该系统还包括通过滑流流体联接到燃料电池堆的燃料排气处理单元，该燃料排气处理单元被配置成处理来自燃料电池堆的燃料排气，并且该滑流流体连接到从该燃料电池堆流出的排气流。该燃料处理单元被配置成从滑流内的燃料排气中去除二氧化碳(CO2)的第一部分并且将CO2的第一部分输出到第一流中，并且其中将滑流中的燃料排气中剩余的CO2的第二部分输出到第二流中，该第二流包括氢气。
在各种实施例中，第一部分中CO2的量由与燃料电池系统连通的控制器控制。在一些实施例中，第一部分中的CO2的量是基于燃料电池系统的操作状态预定的。在其它实施例中，响应于CO2需求实时调节第一部分中CO2的量。在又其它实施例中，第一流体通道连接到排气流，第一流体通道流向空气组合单元，其中来自第一流体通道的燃料排气与空气组合单元内的环境空气混合。在各种实施例中，在空气组合单元内混合的燃料排气的混合物经由第二流体通道供应到多个空气电极。在一些实施例中，其中空气组合单元包含加热器，该加热器被配置成使混合物内的氢气反应。在其它实施例中，碳处理单元包括排气冷却部件和CO2分离部件，其中排气冷却部件被配置成冷却来自滑流的燃料排气并且从燃料排气中提取水。
在又其它实施例中，燃料排气处理单元进一步包括碳处理单元，该碳处理单元被配置成去除液体形式的CO2的第一部分。在一些实施例中，CO2的第一部分经由多个出口通道从燃料电池系统输出，该多个出口通道中的每一个流体连接到碳处理单元。在各种实施例中，多个出口通道中的每一个对应于与CO2的第一部分相关联的预定用途。在一些实施例中，滑流中的燃料排气的流量由风扇或鼓风机中的至少一者控制。在其它实施例中，基于燃料电池系统的操作模式或CO2需求中的至少一者来控制流量。
本公开的另一方面涉及提取二氧化碳的方法。该方法包括通过燃料排气处理单元接收燃料排气的一部分，其中燃料排气的该部分从连接到从燃料电池堆流出的排气流的滑流中流出。该方法还包括通过风扇或鼓风机中的至少一者来控制滑流内的燃料排气的流动。该方法进一步包括通过燃料排气处理单元从滑流内的燃料排气中去除二氧化碳(CO2)的第一部分。该方法还包括通过燃料排气处理单元输出第一流中的CO2的第一部分和第二流中的CO2的第二部分，该第二部分包含去除第一部分之后剩余的CO2。该燃料电池堆包括多个燃料电池，该多个燃料电池含有多个燃料电极和空气电极。
在各种实施例中，该方法进一步包括通过燃料排气处理单元输出CO2的第一部分。
前述总结仅是说明性的，并且不旨在以任何方式进行限制。除了上述说明性方面、实施例和特征之外，通过参考以下附图和详细描述，其它方面、实施例和特征将变得显而易见。
附图说明
通过参考在附图中绘示并且形成本说明书的一部分的示范性并且因此非限制性的实施例，构成本公开的优点和特征以及与本公开一起提供的典型机构的构造和操作的清楚概念将变得更加显而易见，其中相同的附图标记在若干视图中标示相同的元件，并且
其中：
图1是根据示范性实施例的碳酸盐燃料电池的示意图。
图2是根据示范性实施例的碳酸盐燃料电池的透视图。
图3是根据示范性实施例的碳酸盐燃料电池的示意图。
图4是根据示范性实施例的碳处理碳酸盐燃料电池系统的示意图。
图5是根据示范性实施例的碳酸盐燃料电池系统的示意图。
图6是根据示范性实施例的碳处理碳酸盐燃料电池系统的示意图。
图7是根据示范性实施例的碳处理碳酸盐燃料电池系统的示意图。
图8是根据示范性实施例的用于碳酸盐燃料电池系统的碳处理单元的示意图。
结合附图，根据以下描述和所附权利要求，本公开的前述和其它特征将变得显而易见。应当理解，这些附图仅描绘了根据本公开的若干实施例，并且因此不被认为是对其范围的限制，将通过使用附图以额外的特异性和细节来描述本公开。
具体实施方式
在下面的具体实施方式中，参考形成本文一部分的附图。在附图中，类似的符号通常表示类似的部件，除非上下文另有规定。在具体实施方式、附图和权利要求中描述的说明性实施例并不意味着限制。可以利用其它实施例，并且可以在不脱离本文中所呈现的主题的精神或范围的情况下作出其它改变。将容易理解，如本文中大体描述和附图中所绘示的，本公开的各方面可以以多种不同的构造来排列、取代、组合和设计，所有这些构造都是本文明确设想的并且成为该公开的一部分。
本公开的一个实施例涉及具有与燃料源、空气源和可变负载流体联接的熔融碳酸盐燃料电池的燃料电池系统。燃料电池可以被配置成在燃料电极(例如，阳极)处从燃料源接收燃料并且在空气电极(例如，阴极)处从空气源接收空气。燃料电池系统可以进一步包括排气处理部分，其可以流体联接到碳处理单元。碳处理单元可以被配置成从燃料电极的出口接收燃料排气的至少一部分，其中碳处理单元可以从所接收的燃料排气中提取碳和/或二氧化碳(CO2)，用于以后再利用、再循环、收集或从燃料电池系统中去除。
在各种实施例中，排气处理部分可以包括连接到燃料排气的一个或多个流体通道(例如，滑流)，富含CO2的燃料排气可以通过该流体通道流动以用于下游再利用、再循环、收集或去除。在各种实施例中，排气处理部分可以包括循环装置(例如，风扇、鼓风机等)以促进燃料排气的一个或多个部分流动通过对应的一个或多个流体通道(例如，滑流)。在各种实施例中，被引导到一个或多个流体通道中的燃料排气的量(并且因此，CO2的量)可以由循环装置(例如，风扇、鼓风机等)控制。在各种实施例中，多个流体通道可以由一个或多个可控通风孔和/或阀控制。在各种实施例中，被引导到一个或多个流体通道的燃料排气的量和/或一个或多个流体通道的数量可以基于燃料电池系统的操作模式(例如，高效率、低排放、功率最大化等)来预定。在各种实施例中，被引导到一个或多个流体通道的燃料排气的量和/或一个或多个流体通道的数量可以基于预定的应用需要(例如，用于食品的提取、用于未来化学试剂使用的提取等)来预定。
在各种实施例中，碳处理单元可以被配置成可控地从所接收的燃料排气中去除一定量的CO2。在各种实施例中，碳处理单元可以被配置成基于预定的应用需要(例如，用于食品的提取、用于未来化学试剂使用的提取等)去除一定量的CO2。在各种实施例中，碳处理单元可以包括一个或多个过滤器、冷却和/或冷凝装置、膜等，以促进从所接收的燃料排气的一个或多个部分中分离CO2。
在各种实施例中，燃料电池系统可操作地联接到控制器，该控制器可以控制燃料电池和流体联接的部件的操作。在各种实施例中，控制器可以控制燃料排气处理部分、碳处理单元和/或循环装置的操作。在各种实施例中，控制器可以被配置成使燃料电池系统以一种或多种预定模式操作，其中燃料排气的量和/或提取的CO2或碳的量基于一种或多种预定模式。在各种实施例中，一个或多个预定模式可以包括但不限于最大效率模式、最大功率模式和最小排放模式。
总体上参考附图，根据各种示范性实施例，具有碳酸盐燃料电池的产生CO2的燃料电池系统可以流体联接到燃料源、空气源和可变负载。碳酸盐燃料电池可以被配置成在燃料电极(例如，阳极)处从燃料源接收燃料并且在空气电极(例如，阴极)处从空气源接收空气。在各种实施例中，燃料电池系统可以进一步包括流体连接到碳处理单元的排气处理部分。碳处理单元可以被配置成经由排气处理部分从燃料电极的出口接收燃料排气的至少一部分，其中碳处理单元可以从所接收的燃料排气中提取碳和/或二氧化碳(CO2)，用于以后再利用、再循环、收集或从燃料电池系统中去除(下文称为“处理”)。
在各种实施例中，排气处理部分可以包括连接到燃料排气的一个或多个流体通道(例如，滑流)，富含CO2的燃料排气可以通过该流体通道流动以用于下游处理。在各种实施例中，排气处理部分可以包括循环装置(例如，风扇、鼓风机等)以促进燃料排气的一个或多个部分流动通过对应的一个或多个流体通道(例如，滑流)。在各种实施例中，循环装置可以被配置成控制被引导到一个或多个流体通道中的燃料排气的量(并且因此，CO2的量)。在各种实施例中，燃料排气处理部分可以包括一个或多个通风口和/或阀，其可以控制引导到一个或多个流体通道的燃料排气的量。在各种实施例中，该一个或多个通风口和/或阀门可以确定在该排气处理部分内存在的多个流体通道。
在各种实施例中，被引导到排气处理部分内的一个或多个流体通道的燃料排气的量和/或一个或多个流体通道的数量可以基于燃料电池系统的操作模式(例如，高效率、低排放、功率最大化等)来预定。在各种实施例中，被引导到排气处理部分中的一个或多个流体通道的燃料排气的量和/或一个或多个流体通道的数量可以基于预定的应用需要(例如，用于食品的提取、用于未来化学试剂使用的提取等)来预定。在各种实施例中，燃料电池系统的操作模式可以基于预定的应用需要。
在各种实施例中，碳处理单元可以被配置成可控地从所接收的燃料排气中去除一定量的CO2。在各种实施例中，碳处理单元可以被配置成基于预定的应用需要(例如，用于食品的提取、用于未来化学试剂使用的提取等)去除一定量的CO2。在各种实施例中，碳处理单元可以包括一个或多个过滤器、冷却和/或冷凝装置、膜等，以促进从所接收的燃料排气的一个或多个部分中分离CO2。在各种实施例中，去除的CO2的量可以基于供应到燃料电池系统的燃料类型。在各种实施例中，去除的CO2的量可以基于供应到燃料电池系统的燃料的量。
在各种实施例中，燃料电池系统可操作地联接到控制器，该控制器可以控制燃料电池和流体联接的部件的操作。在各种实施例中，控制器可以控制燃料电池系统的操作，其包括但不限于燃料排气处理部分、碳处理单元和/或循环装置。在各种实施例中，控制器可以被配置成使燃料电池系统以一种或多种预定模式操作，其中燃料排气的量和/或提取的CO2或碳的量基于一种或多种预定模式。在各种实施例中，一个或多个预定模式可以包括但不限于最大效率模式、最大功率模式和最小排放模式。在各种实施例中，控制器可以控制供应到燃料电池系统的燃料的量，并且从而控制从燃料排气中提取的CO2的量。
现在转向附图并且具体参考图1，示出了根据示范性实施例的用于产生CO2的燃料电池系统100的碳酸盐燃料电池10的示意图。如图所示，燃料电池10包括与阳极27邻近的阳极侧燃料通道15和与阴极25邻近的阴极侧空气通道20，其中阳极27和阴极25由具有碳酸根离子的电解质30分开。诸如甲烷的烃燃料35可以供应到阳极侧燃料通道15，其中燃料35经历重整以产生H2和CO2。所产生的H2随后可以在阳极15的表面与碳酸根离子反应以产生水和额外的CO2。如图所示，来自阳极侧燃料通道15的包括产生的CO2的燃料排气40可以被引导到阴极侧空气通道20上的入口。燃料排气40可以与环境空气45结合，该环境空气也在入口处供应到阴极侧空气通道20。在阴极侧空气通道20内，分别来自燃料排气和环境空气的CO2和O2可以在阴极25的表面反应以形成碳酸根离子。阴极25处的过量CO2随后经由排气流47被引导出燃料电池10，其中排气流47可以被引导到进一步处理或可以被释放。
图2是根据示范性实施例的燃料电池10的透视图。如图所示，烃燃料35可以供应到阳极27(例如，经由阳极侧燃料通道15)，并且环境空气45可以供应到阴极25(例如，经由阴极侧空气通道20)。如图所绘示的，电解质30可以分布在燃料电池10内以实现离子转移和交换。在使用期间，可以组装多个燃料电池10以形成燃料电池堆。因此，燃料电池10还可以包括双极板50，该双极板可以防止燃料电池10内的燃料35和环境空气45混合，并且在堆内的燃料电池10中的每一个之间传导电流。因此，在阳极27处的电化学反应期间由燃料电池10生成的电子可以作为电流提供给可变负载60，如图3所绘示的，该可变负载可以耦合到燃料电池10或含有多个燃料电池10的堆。
图4示出了根据示范性实施例的产生CO2的燃料电池系统100的示意图。如图所示，燃料电池系统100可以被配置成向一个或多个可变负载(例如，类似于或等同于可变负载60)提供功率107。燃料电池系统100包括燃料电池堆105，该燃料电池堆含有多个燃料电池(例如，每个类似或等同于燃料电池10)内含有的多个燃料电极110(例如，阳极)和空气电极115(例如，阴极)。燃料电池堆105可以流体联接到燃料接收单元120、燃料排气处理单元125和空气组合单元130。
燃料接收单元120可以被配置成经由燃料供应135接收烃燃料以提供给燃料电池堆105。在各种实施例中，来自燃料源135的燃料可以是天然气或其它烃燃料诸如沼气。所接收的燃料可以被来自水源140的水加湿，并且经由燃料通道145引导到燃料电极110。通过燃料通道145提供的燃料可以在燃料电极110的表面处经历电化学反应以形成CO2、水和能量(以电子的形式)。所生成的能量然后可以随时间作为功率107提供给耦合的可变负载(例如，类似于或等同于可变负载60)。
所产生的CO2和水经由滑流200从燃料排气流150引导离开燃料电极110，到达燃料排气处理单元125。在各种实施例中，燃料排气处理单元125可以包括一个或多个部件以处理所接收的燃料排气以促进冷却、冷凝、干燥和/或去除CO2。在各种实施例中，去除的CO2可以路经流210。在各种实施例中，可以基于一个或多个使用应用来控制(例如，通过与燃料电池系统100通信的控制器)提取的CO2的量。在各种实施例中，可以实时调节该量以适应CO2需求。在其它实施例中，可以基于燃料电池系统100的模式或设定操作状态来预定该量。来自提取的滑流200的主要由氢气和任何未去除的CO2组成的残余气体可以路经流246供以后使用，其可以包括但不限于有益地使用氢气-诸如作为工业气体出售、用作低温燃料电池供电的运输车辆或其它设备的燃料，和/或再循环回到燃料排气流150。未被提取到流200中的燃料排气然后可以通过流体通道155(其流体连接到排气流150)被引导到空气组合单元130，其中处理过的燃料排气可以与来自空气源160的环境空气混合并且经由流体通道165被供应到空气电极115。来自处理过的排气和空气的氧气和CO2然后可以在空气电极115的表面处经历电化学反应以形成碳酸根离子。来自空气电极115的剩余CO2可以通过排气口167排出并且引导到燃料接收单元120以为燃料加湿提供热量，其中来自排气口167的CO2可以通过流体通道145再循环和/或经由系统排气口169从燃料电池系统100去除。
图5示出了根据另一实施例的燃料电池系统100的示意图，该燃料电池系统未被配置成用于CO2输出。如图所示，燃料可以经由流体通道和燃料接收单元120从燃料供应135提供到燃料电极110。在各种实施例中，燃料接收单元120可以包括一个或多个加热器180，以便于加热和/或加湿从燃料源135和/或排气口167接收的燃料(例如，使用从水源140接收的水)。因此，供应到燃料电极110的燃料可以经历电化学反应以生成可以随时间通过功率输出107提供到可变负载的能量。如图所示，所生成的能量可以另外经由次级功率输出170供应到一个或多个功率转换和/或内部系统负载，诸如但不限于双向功率逆变器、耦合能量存储系统等。
含有CO2的燃料排气流150可以直接从燃料电极110流动到空气组合单元130。最后，如图5所示，空气组合单元130可以包括加热器175，该加热器可以被配置成使来自流体通道155的燃料排气中的残余氢气与从环境空气源160接收的空气反应以产生热量，使得经反应的燃料排气和空气的经加热的组合可以经由流体通道165循环到空气电极115。
图6示出了根据又一实施例的产生CO2的燃料电池系统100的示意图。如图所示，燃料排气流150可以在燃料排气处理单元125内分开，使得滑流200可以将燃料排气流150的一部分携带到碳处理单元205(即，包括在燃料排气处理单元125中)。滑流200包括由于在燃料电极110处的电化学反应期间产生的CO2而导致的高CO2浓度，该滑流可以通过碳处理单元205，其中CO2可以以气体或液体形式被提取并且通过CO2出口210被引导离开燃料电池系统用于以后处理。在各种实施例中，通过滑流200的流量可以由滑流管理系统215计量，该滑流管理系统可以包括一个或多个循环装置，该循环装置包括但不限于鼓风机和风扇。滑流管理系统215可以由与燃料电池系统100通信的一个或多个控制器控制。在一些实施例中，通过滑流200的燃料排气的流量基于或更多使用应用。在各种实施例中，可以实时调节流量以适应CO2需求。在其它实施例中，可以基于燃料电池系统100的模式或设定操作状态来预定流量。在各种实施例中，碳处理单元205可以包括一个或多个过滤器、膜、冷却装置和/或冷凝装置，其被配置成从燃料排气滑流200中提取CO2。用于提取CO2(例如，从滑流200)的典型技术可以包括但不限于压缩和冷却滑流200中的气体以经由液体、固体和/或液体材料提取CO2，该液体、固体和/或液体材料可以吸收CO2并且可以通过加热再生。替代地或另外地，可以实施选择性地允许CO2通过(但不允许其它成分通过)的膜(例如，在滑流200和/或碳处理单元205内)。在各种实施例中，可以基于一个或多个使用应用来控制提取的CO2的量。在提取CO2之后，来自滑流200的残余气体可以主要含有氢气加上任何未提取的CO2。流246内的气体可以被输出以有益地使用氢气-诸如作为工业气体出售、用作低温燃料电池供电的运输车辆或其它设备的燃料，和/或再循环回流155中进行处理。最后，如图6所示，空气组合单元130可以包括加热器175，该加热器可以被配置成使来自流体通道155的燃料排气中的残余氢气与从环境空气源160接收的空气反应以产生热量，使得经反应的燃料排气和空气的经加热的组合可以经由流体通道165循环到空气电极115。
图7示出了根据示范性实施例的产生CO2的燃料电池系统的示意图。如图所示，碳处理单元205可以包括燃料排气冷却部件220和CO2分离部件223。在各种实施例中，排气冷却部件220可以被配置成冷却来自滑流200的燃料排气以收集和去除水，其中所提取的水可以经由水通道227被引导离开滑流200。在各种实施例中，水通道227内的水可以在燃料电池系统100内再循环和再利用(例如，诸如通过水源140)。在各种实施例中，水通道227内的水可以被引导离开燃料电池系统100并且从燃料电池系统去除，以提供水作为有用的产物流-诸如在附近设施中使用以减少水消耗。已经通过燃料排气冷却部件220的来自滑流200的排气可以通过流体通道225流动到CO2分离部件223(其可以包括一个或多个冷凝器)，其中CO2可以经由CO2出口210可控地从排气中提取并且作为有用的产物流从燃料电池系统100输出-诸如在附近设施中使用以减少水消耗。在各种实施例中，可以基于一个或多个使用应用来控制提取的CO2的量。在提取CO2之后，来自滑流200的残余气体可以主要含有氢气加上任何未提取的CO2。流246内的气体可以被输出以有益地使用氢气，其可以包括但不限于作为工业气体出售、用作低温燃料电池供电的运输车辆或其它设备的燃料，和/或再循环回流155中进行处理。
图8示出了根据示范性实施例的燃料排气处理单元125的示意性表示。如图所示，燃料排气处理单元125内的碳处理单元205可以通过滑流200接收燃料排气。在碳处理单元205内处理燃料排气之后，提取的CO2可以经由流体连接到碳处理单元205的多个CO2出口210从燃料电池系统100输出。如图所示，CO2出口210可以包括多个通道235、240和245，其中每个通道可以指向与提取的CO2有关的特定或预定使用应用。在各种实施例中，与提取的CO2有关的使用应用可以包括但不限于食品有关应用、医疗有关应用、防火应用和化学试剂应用。在各种实施例中，通过通道235、240和/或245的CO2输出可以由设置在碳处理单元内的一个或多个通风口和/或阀控制或确定。
在各种实施例中，燃料提取单元125和碳处理单元205可以可操作地联接到控制器250，该控制器可以被配置成控制滑流200内的燃料排气的处理。在各种实施例中，控制器250可以控制滑流200内的燃料排气的量。在各种实施例中，滑流200内的燃料排气的量可以在燃料排气流150内的燃料排气的大约0％至大约40％的范围内。在各种实施例中，从滑流200提取的CO2的量可以由控制器250控制。在各种实施例中，从滑流200提取的CO2的量可以为滑流200中CO2的大约0％至大约95％。在各种实施例中，CO2出口210的数量可以由控制器250确定和控制。
在各种实施例中，燃料电池系统100可以被配置成以多个预定义模式操作，其中预定义模式可以由控制器250确定。在各种实施例中，预定义模式可以包括但不限于高效率模式、高功率模式、低排放模式和使用应用模式。在各种实施例中，预定义模式可以由控制器250的用户或操作者确定和/或选择。在各种实施例中，滑流200中的燃料排气的量可以基于预定义模式来确定。在各种实施例中，为从滑流200输出而提取的CO2的量可以基于预定义模式。在各种实施例中，通过通道235、240和245输出CO2可以基于预定义模式。
尽管图6至8示出了具有单个滑流200的燃料电池系统100，燃料电池系统100的各种实施例可以包括任何数量的滑流200。在各种实施例中，燃料排气处理单元125可以被配置成处理来自滑流200内的额外的化合物(例如，H2、H2O等)。
尽管有上述图1至8中所描述的实施例，但对这些实施例的各种修改和内含物都是可以考虑的，并且在本公开的范围内考虑。
还应理解的是，代表性实施例中所示的系统和方法的元素的构造和布置仅是说明性的。虽然仅详细描述了本公开的几个实施例，但是审阅该公开的本领域技术人员将容易理解，在实质上不脱离所公开的主题的新颖教导和优势的情况下，许多修改是可行的(例如，各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数值、安装布置、材料的使用、颜色、定向等的变化)。
因此，所有此类修改旨在包括在本公开的范围内。任何装置加功能的条款旨在覆盖本文描述的执行所述功能的结构，并且不仅覆盖结构等同物而且覆盖等同结构。在不脱离本公开的范围或所附权利要求的范围的情况下，可以在优选的和其它说明性实施例的设计、操作条件和布置中进行其它的替换、修改、变化和省略。
此外，上述功能和程序可以由被设计为执行特定功能和程序的专用设备来执行。这些功能还可以由执行与这些功能和程序有关的命令的通用设备来执行，或者每个功能和程序可以由不同件的设备来执行，其中一件设备用作控制装置或者具有单独的控制装置。
本文描述的主题有时绘示了包含在不同的其它部件内或与不同的其它部件连接的不同部件。应当理解，所描绘的此类体系结构仅仅是示范性的，并且实际上可以实施实现相同功能的许多其它体系结构。在概念意义上，实现相同功能的部件的任何布置被有效地“相关联”，使得实现期望的功能。因此，本文中被组合以实现特定功能的任何两个部件可以被视为彼此“相关联”，使得实现所期望的功能，而与架构或中间部件无关。同样地，如此相关联的任何两个部件也可以视为彼此“可操作地连接”或“可操作地联接”以实现所期望的功能，并且能够如此相关联的任何两个部件也可以视为彼此“可操作地联接”以实现所期望的功能。可操作地联接的具体实例包括但不限于物理上可匹配的和/或物理上交互的部件和/或无线地可交互的和/或无线地交互的部件和/或逻辑上交互的和/或逻辑上可交互的部件。
关于本文中基本上任何复数和/或单数术语的使用，本领域技术人员可以根据上下文和/或应用适当地从复数转化为单数和/或从单数转化为复数。为清楚起见，本文中可以明确阐述各种单数/复数排列。
本领域技术人员将理解，一般而言，本文所使用的术语，并且特别是所附权利要求(例如，所附权利要求书的正文)中的术语通常旨在作为“开放式”术语(例如，术语“包括(including)”应解释为“包括但不限于”，术语“具有”应解释为“至少具有”，术语“包括(includes)”应解释为“包括但不限于”等)。本领域技术人员还将理解，如果所引入的权利要求列举的具体数量是预期的，则此类意图将在权利要求中明确地列举，并且在没有此类列举的情况下，不存在此类意图。例如，为了帮助理解，以下所附权利要求可以含有使用介绍性短语“至少一个”和“一个或多个”来引入权利要求叙述。然而，此类短语的使用不应被解释为暗示由不定冠词“一个(a)”或“一个(an)”引入的权利要求叙述将含有此类引入的权利要求叙述的任何特定权利要求限制为仅含有一个此类叙述的发明，即使当同一权利要求包括引言短语“一个或多个”或“至少一个”和不定冠词诸如“一个(a)”或“一个(an)”时(例如，“一个(a)”和/或“一个(an)”通常应被解释为意指“至少一个”或“一个或多个”)；这同样适用于引入权利要求叙述的定冠词的使用。此外，即使明确地列举了特定数量的引入的权利要求叙述，本领域技术人员将认识到，此类叙述通常应被解释为意指至少所列举的数量(例如，仅叙述“两个叙述”，没有其它修饰词，通常意指至少两个叙述，或两个或更多个叙述)。类似地，除非另外指明，否则短语“基于”不应以限制性方式解释，并且因此应理解为“至少部分基于”。此外，在那些情况下，其中惯例类似于“A、B和C等中的至少一个”通常在本领域技术人员理解惯例的意义上，使用此类构造(例如，“具有A、B和C中的至少一个的系统”将包括但不限于具有单独的A、单独的B、单独的C、一起的A和B、一起的A和C、一起的B和C，和/或一起的A、B和C等的系统)。在那些情况下，其中惯例类似于“A、B或C等中的至少一个”通常在本领域技术人员理解惯例的意义上，使用此类构造(例如，“具有A、B或C中的至少一个的系统”将包括但不限于具有单独的A、单独的B、单独的C、一起的A和B、一起的A和C、一起的B和C，和/或一起的A、B和C等的系统)。本领域的技术人员将进一步理解，无论在说明书、权利要求还是附图中，实际上呈现两个或更多个替代术语的任何析取性词语和/或短语应被理解为涵盖包括术语中的一个、术语中的任一个或两个术语的可能性。例如，短语“A或B”将被理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。此外，除非另有说明，词语“大约”、“约”、“围绕”、“基本上”等的使用意指加或减百分之十。
此外，尽管附图示出了方法操作的特定顺序，但是操作的顺序可以与描绘的不同。也可以同时或部分同时执行两个或更多个操作。此类变化将取决于所选择的软件和硬件系统以及设计者的选择。所有此类变化都在本公开的范围内。同样地，软件实施方案可以用具有基于规则的逻辑和其它逻辑的标准编程技术来完成，以完成各种连接操作、处理操作、比较操作和决定操作。

Claims (15)

1.一种燃料电池系统，其包含：
燃料电池堆，所述燃料电池堆包含多个燃料电池，所述多个燃料电池各自含有多个燃料电极和空气电极；
燃料接收单元，所述燃料接收单元流体联接到所述燃料电池堆，所述燃料接收单元被配置成从燃料源接收烃燃料；以及
燃料排气处理单元，所述燃料排气处理单元通过滑流流体联接到所述燃料电池堆，所述燃料排气处理单元被配置成处理来自所述燃料电池堆的燃料排气，并且所述滑流流体连接到从所述燃料电池堆流出的排气流；
其中所述燃料处理单元被配置成从所述滑流内的燃料排气中去除二氧化碳(CO2)的第一部分并且将所述CO2的第一部分输出到第一流中，并且其中将所述滑流中的所述燃料排气中剩余的CO2的第二部分输出到第二流中，所述第二流包含氢气。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其进一步包含与所述燃料电池系统通信的控制器，用于控制所述第一部分中的CO2的量。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中所述控制器被配置成基于所述燃料电池系统的操作状态预定所述第一部分中的所述CO2的量。
4.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中所述控制器被配置成响应于CO2需求实时调节所述第一部分中的所述CO2的量。
5.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其进一步包含连接到所述排气流的第一流体通道和流体连接到所述第一流体通道的空气组合单元，其中所述燃料电池系统被配置成使得来自所述第一流体通道的燃料排气与所述空气组合单元内的环境空气混合。
6.根据权利要求5所述的燃料电池系统，其进一步包含第二流体通道，所述第二流体通道用于将包含在所述空气组合单元内混合的燃料排气的混合物供应到所述多个空气电极。
7.根据权利要求6所述的燃料电池系统，其中所述空气组合单元包含加热器，所述加热器被配置成使所述混合物中的氢气反应。
8.根据权利要求7所述的燃料电池系统，其中碳处理单元包括排气冷却部件和CO2分离部件，其中所述排气冷却部件被配置成冷却来自所述滑流的燃料排气并且从所述燃料排气中提取水。
9.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中所述燃料排气处理单元进一步包含碳处理单元，所述碳处理单元被配置成去除液体形式的所述CO2的第一部分。
10.根据权利要求9所述的燃料电池系统，其进一步包含用于从所述燃料电池系统输出所述CO2的第一部分的多个出口通道，所述多个出口通道中的每一个流体连接到所述碳处理单元。
11.根据权利要求10所述的燃料电池系统，其中所述多个出口通道中的每一个对应于与所述CO2的第一部分相关联的预定用途。
12.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其进一步包含用于控制所述滑流中的所述燃料排气的流量的风扇或鼓风机。
13.根据权利要求12所述的燃料电池系统，其中所述风扇或鼓风机被配置成基于所述燃料电池系统的操作模式或CO2需求中的至少一者来控制所述滑流中的所述燃料排气的所述流量。
14.一种在根据权利要求1至13中任一项所述的燃料电池系统中提取二氧化碳的方法，所述方法包含：
通过所述燃料排气处理单元接收燃料排气的一部分，其中所述燃料排气的一部分从所述滑流流出；
通过所述风扇或鼓风机中的至少一者控制所述滑流内的所述燃料排气的流量；
通过所述燃料排气处理单元从所述滑流内的燃料排气中去除所述CO2的第一部分；以及
通过所述燃料排气处理单元输出所述第一流中的所述CO2的第一部分和所述第二流中的所述CO2的第二部分。
15.根据权利要求14所述的方法，其进一步包含通过所述燃料排气处理单元输出所述CO2的第一部分。
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