DE69113707T2 - Elektrochemische Zelle enthaltender Apparat mit einer aussenliegenden Brennstoffmischdüse. - Google Patents
Elektrochemische Zelle enthaltender Apparat mit einer aussenliegenden Brennstoffmischdüse.Info
- Publication number
- DE69113707T2 DE69113707T2 DE69113707T DE69113707T DE69113707T2 DE 69113707 T2 DE69113707 T2 DE 69113707T2 DE 69113707 T DE69113707 T DE 69113707T DE 69113707 T DE69113707 T DE 69113707T DE 69113707 T2 DE69113707 T2 DE 69113707T2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- chamber
- fuel
- reforming
- mixing
- nozzle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims description 105
- 238000002407 reforming Methods 0.000 claims description 47
- 239000002915 spent fuel radioactive waste Substances 0.000 claims description 39
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 30
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims description 24
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 14
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 13
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 8
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 8
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims description 8
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 5
- 239000011195 cermet Substances 0.000 claims description 3
- 229910002328 LaMnO3 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910001233 yttria-stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000001833 catalytic reforming Methods 0.000 claims 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 18
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000006057 reforming reaction Methods 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 3
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 3
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 3
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 3
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 2
- 239000008246 gaseous mixture Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 230000003134 recirculating effect Effects 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 and the like Chemical compound 0.000 description 1
- 230000004323 axial length Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000001273 butane Substances 0.000 description 1
- HOWJQLVNDUGZBI-UHFFFAOYSA-N butane;propane Chemical compound CCC.CCCC HOWJQLVNDUGZBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002084 calcia-stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000009849 deactivation Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910001026 inconel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N n-butane Chemical compound CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N n-pentane Natural products CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 1
- 239000008400 supply water Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
- H01M8/0625—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
- H01M8/2425—High-temperature cells with solid electrolytes
- H01M8/243—Grouping of unit cells of tubular or cylindrical configuration
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Devices For Medical Bathing And Washing (AREA)
Description
- Diese Erfindung bezieht sich auf eine elektrochemische Vorrichtung, die eine Vielzahl von elektrochemischen Zellen enthält, wobei jede eine äußere Brennstoffelektrode hat, die von einer gasförmigen Mischung aus frischem Zufuhrbrennstoff und rezirkuliertem verbrauchtem Brennstoff berührt werden kann, wobei die Mischung Wasserdampf enthält, und durch ein Reformierungsmaterial gehen kann, bevor sie die Brennstoffelektroden berhrt; wo sie rezirkuliert wird, erwärmt heißer verbrauchter Brennstoff das Reformierungsmaterial und die gasförmige Mischung, und frischer Zufuhrbrennstoff und rezirkulierter verbrauchter Brennstoff an einer Auswurfvorrichtung außerhalb des Körpers der Vorrichtung gemischt werden können, wobei die Temperaturen der Auswurfvorrichtung und des frischen Zufuhrbrennstoffs 400ºC nicht überschreiten.
- Hochtemperaturfestoxidelektrolytenbrennstoffzellengeneratorvorrichtungen und -brennstoffzellenaufbauten sind wohlbekannt. Zufuhrbrennstoff, entweder H&sub2;+CO, oder vorher reformiertes Erdgas wird an einem Ende in die Vorrichtung gebracht und fließt parallel zu Oberflächen von äußeren Brennstoffelektroden der langgestreckten Brennstoffzellen. Verbrauchter Brennstoff wird mit verbrauchtem Oxidationsmittel in einer getrennten Kammer verbrannt, und tritt dann aus der Vorrichtung aus.
- Andere Gestaltungen von Hochtemperaturbrennstoffzellengeneratorvorrichtungen sind bekannt, bei denen verbrauchter Brennstoff rezirkuliert wird und in frischen, vorgewärmten Zufuhrbrennstoff in der Mitte der Vorrichtung bei offensichtlichen Temperaturen von ungefähr 600ºC bis 800ºC abgesaugt wird, wobei die Mischung durch die Brennstoffzellen gebracht wird, wie von U.S. Patent Nr. 3718506 (Fischer et al.) gelehrt wird. Dort wird von den Brennstoffzellen austretender verbrauchter Brennstoff mit frischem Zufuhrbrennstoff wie Propan an einer Strahlpumpendüse gemischt, um von einem zum anderen Ende der in Reihe geschlossenen Brennstoffzellen zu fließen. Diese Kombination von verbrauchtem Brennstoff mit frischem Brennstoff verhindert Rußbildung in den Zellen. Zusätzlicher verbrauchter Brennstoff mischt sich mit verbrauchter Luft und fließt um und durch eine katalytische Nachbrennerstruktur, die die Brennstoffzellen umgibt zur vollständigen Verbrennung, die die Brennstoffzellen erwärmt, was wirkungsvollen Betrieb bei ungefähr 800ºC gestattet. In U.S. Patent Nr. 4729931 (Grimble) werden verbrauchter Brennstoff und verbrannter Brennstoff gemischt, und dann an einer Auswurfdüse in frischen Zufuhrbrennstoff in eine äußere Kammer der Generatorvorrichtung gezogen. Die ganze Mischung geht dann durch ein Reformierungsmaterial, das in derselben Kammer wie die Auswurfvorrichtung angeordnet ist, um ein reformiertes Gas zu bilden, das zugeführt wird, um Brennstoffzellen in der Vorrichtung zu berühren.
- BBC Nachricten, Vol. 54, Nr. 1/2, Januar 1972, pp. 4-12 High Temperature Fuell Cell Battery for The Conversion of (Fischer et al) beschreibt eine axial langgestreckte Brennstoffzellenvorrichtung, wo verarmter Brennstoff, der aus H&sub2;O-Dampf und CO&sub2; besteht, von der Batteriekammer direkt an einer Mischdüse mit frischem Zufuhrbrennstoff gemischt wird, und die Mischung wird durch axial langgestreckte Rohre gegeben, die einen Katalysator zur Reformierung der Mischung enthalten, wobei die Rohre, die den Katalysator enthalten, von dem Austrittsrohr für verarmten Brennstoff beabstandet sind. Oxidationsmittel wird durch Zufuhrrohre in das Innere der Brennstoffzellen gegeben, wo es verarmt wird, bevor es in den Wärmetauschteil der Vorrichtung geht und dann austritt. Die Batteriekamer ist an dem Ende der Vorrichtung angeordnet, entfernt von der Wärmetauschkammer und den Katalysatorreformierungsrohren.
- Proceedings Electrochemical Society (Symposium on Fuel Cells, 6- 7 November 1989), Vol. 89, Nr. 14, pp. 106-117, 'Developments of a Commercially Practical Natural Gas Fueled SOFC Generator' (Shockling et al) beschreibt äußere und interne Reformierer für Brennstoffzellengeneratoren, wo Wasserdampf für die Reformierungssreaktion wesentlich ist. In einer Ausführungsform für einen internen Reformierer wird verarmter Brennstoff, der Wasserdampf enthält, mit 56% des Erdgases zum Reformierer rezirkuliert, was dem Bedürfnis nach einem getrennten Dampfgenerator vorbeugt. Die verbleibenden 44% des verarmten Brennstoffs werden mit Oxidationsmittel reagiert, und treten aus dem System aus. Der Wärmegehalt des rezirkulierten Gases deckt den Wärmebedarf der Reformierung. Der Mischer und die Auswurfvorrichtung liegen in der Vorrichtung.
- Eine andere Generatorgestaltung, um Abkühlung der Brennstoffzelle zu verhindern, wird in U.S. Patent Nr. 4808491 (Reichner) gelehrt, wo ein verbrannter Auslaßbrennstoff oder verbrauchter Brennstoff und verbrauchtes Oxidationsmittel Eckerwärmung in der Generatorvorrichtung liefert. Frischer Zufuhrbrennstoff wird dort in ein Verteilerstück an dem Unterteil der Vorrichtung eingebracht, wobei das Unterteil des Verteilerstücks einen reformierenden Katalysator enthalten kann, und von dem verbrannten Auslaßgas erwärmt werden kann. Der Zufuhrbrennstoff fließt dann parallel zu den Oberflächen der äußeren Brennstoffzellen der langgestreckten Brennstoffzellen. Der frische Zufuhrbrennstoff wird nicht mit irgendwelchen verbrauchten Gasen in der Vorrichtung gemischt.
- Erdgas (Methan plus Ethan, Propan, Butan und Stickstoff) ist ein geeigneter Brennstoff für viele dieser Brennstoffzellenvorrichtungen. Dieses Erdgas muß reformiert werden, das heißt, durch Benutzung eines Katalysators und überschüssigen Wasserdampfes in Kohlenmonoxid und Wasserdampf umgewandelt werden, bevor es in der Brennstoffzelle benutzt wird. Die Reformierungsreaktion ist endotherm, sie benötigt einen Wärmevorrat, und sie wird am besten bei Temperaturen in der Nähe von 990ºC durchgeführt. Die zur Reformierung benötigte Wärme ist ein bedeutender Bruchteil der überschüssigen Wärme, die sich von dem Brennstoffzellenbetrieb ergibt.
- Daher besteht die Erfindung aus einer elektrochemischen Vorrichtung mit einem Einlaß für frischen gasförmigen Zufuhrbrennstoff, einem Einlaß für gasförmiges Zufuhroxidationsmittel, einem Rezirkulationskanal für heißen gasförmigen verbrauchten Brennstoff, einem getrennten Austrittskanal für verbranntes Auslaßgas, einer Generatorkammer, die eine Vielzahl von elektrochemischen Zellen enthält, wobei jede Zelle eine äußere Brennstoffelektrode und eine innere Luftelektrode hat, einer Verbrennungskammer, und einer getrennten Reformierungskammer, die ein Reformierungsmaterial enthält, wobei eine Mischdüse (50) an dem Eingang zur Mischkammer angeordnet ist, wo der Mischkammerausgang sich mit der getrennten Reformierungskammer (54) verbindet, und die Eingangsöffnungen für reformierten Brennstoff die Reformierungskammer mit der Generatorkammer verbindet, und wo die Mischkammer (52) und die Mischdüse (50) außerhalb des Hauptkörpers der Vorrichtung liegen, im wesentlichen von der Verbrennungskammer (24) und der Generatorkammer (22) beabstandet, um Wärmeübertragung von dem Rezirkulationskanal für heißen verbrauchten Brennstoff zur Reformierungskammer zu gestatten, während die Mischdüse (50) unter 400ºC bleibt, was Kohlenstoffablagerung an der Mischdüse (50) beseitigt, dadurch gekennzeichnet, da der Rezirkulationskanal (46) für heißen verbrauchten Brennstoff, von dem ein Teil in Wärmekontakt mit der Außenseite der Mischkammer (52) und ein Teil auch in Kontakt mit der getrennten Reformierungskammer (54) ist, bevor er Wärmekontakt mit der Mischkammer hat, von der Generatorkammer (22) geht, um sich mit dem Einlaß für frischen Zufuhrbrennstoff an dem Eingang zur Mischkammer zu kombinieren, und die Mischkammer (52) und die Mischdüse (50) in Gestalt einer ersetzbaren Unteranordnungskassetteneinheit sind.
- Benutzung von rezirkuliertem verbrauchtem Brennstoff, um Wasserdampf und CO&sub2; für frischen Zufuhrbrennstoff mittels einer Auswurfvorrichtung zu liefern, die von dem Druck des frischen Einlaßbrennstoffs angetrieben wird, kann mehrere Probleme ergeben. Die Auswurfvorrichtung in der typischen Brennstoffzellenvorrichtung ist direkt in der Umgebung der heißen Brennstoffzelle angeordnet, und wird von dem heißen Rezirkulationsgasstrom gebadet, und die Düse muß isoliert oder gekühlt werden, um Kohlenstoffablagerung von Ergaszufuhrbrennstoff wegen "Kracken", das bei Temperaturen über ungefähr 400ºC stattfindet, zu verhindern.
- Verunreinigungen wie Quarz von der thermischen Isolierung der Düse oder von einer anderen Generatorisolierung, die von dem verbrauchten Brennstoffstrom aufgenommen und getragen wird, kann auch Deaktivierung des Reformierungskatalysators verursachen. Die wegen der Auswurfvorrichtungs- und der Reformierungsvorrichtungsanordnung in dem heißen Rezirkulationsgasstrom vorliegende hohe Temperatur erfordert auch eine dauerhaft geschweißte Anordnung der Auswurfvorrichtung in der Rezirkulationskanalisierung, um ausreichende Dichtung zu liefern, was Schwierigkeiten bei der Herstellung erhöht, und Zugang für Wartung behindert. Daher sind Kohlenstoffablagerung, Quarztransport und Hochtemperaturdichtung Sorgengebiete für wirksame Reformierung mit Rezirkulation.
- Man benötigt eine Vorrichtung, die Sorgen betreffs Kohlenstoffablagerung an dem Mischpunkt für frischen Zufuhrbrennstoff-Rezirkulationsgas beseitigt, und die das Bedürfnis nach Hochtemperaturdichtung beseitigt, die aber auch Wärmetausch mit einem Reformierungsabteil oder -material gestattet. Es ist eine der Hauptaufgaben dieser Erfindung, eine solche Vorrichtung zu liefern.
- Die Mischdüse arbeitet bei einer tiefen Temperatur unter 400ºC. Die Erfindung besteht auch darin, da ein Teil des verbrannten Auslaßgaskanals auch die Reformierungsungskammer berührt, was Wärmeübertragung zwischen dem Kanal und der Reformierungskammer gestattet.
- Der hier benutzte Ausdruck "Brennstoffelektrode" meint die Elektrode in Kontakt mit Brennstoff, der hier benutzte Ausdruck "Luftelektrode" meint die Elektrode in Kontakt mit Luft oder Sauerstoff, und der hier benutzte Ausdruck "verbrauchter" Brennstoff, Oxidationsmittel, oder Luft meint teilweise reagierten, geringen BTU-Brennstoff, oder teilweise reagiertes, verarmtes gasförmiges Oxidationsmittel, oder verarmte Luft, die ungefähr 5% bis 15% Sauerstoff enthält. Der Ausdruck "verbrauchter" Brennstoff schließt nicht die Mischung von verbrauchtem Brennstoff ein, der mit verbrauchtem Oxidationsmittel oder Luft verbrannt wird, diese Mischung wird hier als "verbranntes Auslaßgas" definiert.
- Die Wiederanordnung des Mischers und der Mischdüse (Auswurfdüse) in eine Tieftemperaturstellung beseitigt das Bedürfnis nach gezwungener Abkühlung der Düse. Die Röhren, die den rezirkulierenden verbrauchten Brennstoff tragen, und die in Kontakt mit der Reformierungskammer sind, und die Röhren, die die Brennstoffmischung durch das Reformierungsmaterial tragen, können konzentrisch sein, mit Wärmeleitungsrippen, die optimalen Wärmetausch zwischen den beiden Gasströmen liefern. Dieser Wärmetausch hält Energieverlust von dem Wärmefassungsvermögen des heißen entzogen verbrauchten Brennstoffs gering, während er gestattet, da die Düsentemperatur der Auswurfvorrichtung, und daher des frischen Brennstoffs unter der Grenze von 400ºC bleibt, über welcher Kohlenstoffablagerung beobachtet worden ist.
- Zum deutlicheren Verständnis der Erfindung werden nun konventionelle Ausführungsformen davon mit einem Beispiel mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen: Figur 1, die die Erfindung am besten zeigt, eine Schnittseitenansicht einer Ausführungsform einer elektrochemischen Zellenvorrichtung nach dieser Erfindung ist, die Entzug von rezirkuliertem verbrauchtem Brennstoff zeigt, Mischung von diesem verbrauchten Brennstoff mit einkommendem frischem Zufuhrbrennstoff über eine äußere Auswurfvorrichtung, und Übergang zu einem Reformierer, von dem der reformierte Brennstoff in die Vorrichtung geht, und
- Figur 2 eine Schnittseitenansicht einer Vorrichtung ähnlich zu der von Figur 1 ist, aber mit einem verschieden Gasflußmuster.
- Wenn man nun auf Figur 1 Bezug nimmt, dann wird eine elektrochemische Zellenvorrichtung oder ein Generator 10 gezeigt, die zwei Zellenbündel 12 und 14 enthält, wobei jedes Zellenbündel eine Vielzahl von parallelen, axial langgestreckten elektrochemischen Zellen 16 wie Festoxidbrennstoffzellen enthält. Die Zellen sind in dem Generatorabteil oder -abschnitt 22 angeordnet. Jede Zelle hat eine äußere Brennstoffelektrode 18, die ihre Oberfläche bedeckt, klarheitshalber punktiert gezeigt, eine innere Luftelektrode, und einen Festoxidelektrolyten zwischen den Elektroden (Luftelektrode und Elektrolyt nicht gezeigt). DIe Luftelektrode ist im allgemeinen ein dotiertes keramisches Material der Perowskitfamilie, zum Beispiel dotiertes LaMnO&sub3;, der Elektrolyt ist im allgemeinen mit Yttriumoxid stabilisiertes Zirconiumdioxid, und die Brennstoffelektrode ist im allgemeinen ein Zirconiumdioxidnickelcermetmaterial. Es kann auch ein mit Calciumoxid stabilisierter Zirconiumdioxidträger für die Luftelektrode benutzt werden.
- Die elektrochemische Zellenvorrichtung 10 wird mit einer internen Temperatur in einem Bereich von ungefähr 600ºC bis ungefähr 1200ºC arbeiten. Ein äußeres Gehäuse 20 umgibt die ganze Vorrichtung. Das Gehäuse umfasst vorzugsweise ein Metall wie Inconel, das hohen Temperaturen widersteht. Thermische Isolierung 26, wie Aluminiumoxid geringer Dichte ist wie gezeigt in dem äußeren Gehäuse enthalten. Durch das Gehäuse 20 und die Isolierung 26 dringt der Einlaß 28 für frischen Zufuhrbrennstoff, der frische Zufuhrbrennstoff, gezeigt als F, und gasförmiges Oxidationsmittel wie Luft oder Sauerstoff, Zufuhr 30, als auch Offnungen für elektrische Leitungen und dergleichen, nicht gezeigt. Die Generatorkammer 22 erstreckt sich zwischen Wand 32 und einer porösen Schranke 34. Die poröse Schranke 34 muß nicht eine abgedichtete Struktur sein. Die poröse Schranke 34 ist insbesonders gestaltet, um verbrauchten Brennstoffgasfluß, angezeigt durch Pfeile 36, von der Generatorkammer 22, die bei einem Druck arbeitet, der etwas über dem atmosphärischen Druck liegt, zur Verbrennungskammer 24, die bei einem etwas geringeren Druck arbeitet, zu gestatten, wo sich das verbrauchte Gas mit verbrauchtem Oxidationsmittel 33 mischt, was ein Auslaßgas bildet, das durch Kanal 45 geht.
- Langgestreckte Hochtemperaturfestoxidelektrolytzellen 16 erstrecken sich zwischen der Verbrennungskammer 24 und der Wand 32. Die Zellen haben offene Enden 44 in der Verbrennungskammer 24, und geschlossene Enden in der Generatorkammer 22 in der Nähe der Wand 32. Jede individuelle Zelle erzeugt ungefähr ein Volt auf einem offenen Kreis, und eine Vielzahl von Zellen sind elektrisch durch Leitungsfilze 40 miteinander verbunden, normalerweise Nickelfasermetall, vorzugsweise in einer Reihen- Parallel-Anordnung.
- Beispielsweise wird während des Betriebs ein gasförmiges Oxidationsmittel wie Luft durch den Oxidationsmittelzufuhreinlaß 30 gegeben, und es tritt in die Oxidationsmittelzufuhrleitungen 42 bei einer Temperatur von ungefähr 500ºC bis 700ºC ein, und bei einem Druck über dem atmpsphärischen Druck, es wird wahlweise vor dem Eintritt in das Gehäuse durch ein konventionelles Mittel erhitzt, wie einen an ein Gebläse angeschlossenen Wärmetauscher. Das Oxidationsmitel in den Leitungen wird durch die Verbrennungskammer 24 gegeben, wo es weiterhin von dem verbrannten Auslaßgas auf eine Temperatur von ungefähr 800ºC bis 900ºC erwärmt wird. Das Oxidationsmittel fließt dann durch die Länge des Oxidationsmittelkreises, durch die Leitungen 42, die sich die innere Länge der Brennstoffzellen herunter erstrecken, es wird weiterhin durch Absorbierung der meisten Wärme, die während der elektrochemischen Reaktion erzeugt wird, auf ungefähr 1000ºC erwärmt. Ein kleinerer Bruchteil der Wärme wird von dem Brennstoff absorbiert.
- Das Oxidationsmittel wird in das Unterteil mit geschlossenem Ende der Brennstoffzellen 16 entlassen. Das Oxidationsmittel in den Brennstoffzelllen kehrt seine Richtung um, und reagiert an der inneren Luftelektrode entlang der inneren aktiven Länge der Zellen elektrochemisch, verarmt ziemlich an Sauerstoffgehalt, während es sich den offenen Enden 44 der Zellen nähert. Das verarmte Oxidationsmittel wird dann durch die offenen Zellenenden 44 in die Verbrennungskammer 24 entlassen, und wird als verbrauchte Oxidationsmittelströme 35 gezeigt. Dieses verbrauchte Oxidationsmittel verbrennt mit verarmtem Brennstoff, wo ein Teil des gesamten verarmten Brennstoffs durch die poröse Schranke 34 geht, wie durch Pfeile 36 gezeigt, um verbranntes Auslaßgas 47 zu bilden, das durch Austrittskanäle 45 für verbranntes Ablaßgas aus der Vorrichtung austritt, schließlich als Auslaßgas E austritt. Die Kanäle 45 können aus einem Metall oder einer Legierung hergestellt sein, die hohen Temperaturen widerstehen.
- In dieser Erfindung kann ein gasförmiger Brennstoff, der noch nicht reformiert worden ist, benutzt werden, wie gasförmiger Kohlenwasserstoff, einschlielich Kohlenwasserstoffen wie Methan (CH&sub4;), Ethan (C&sub2;H&sub6;), Propan (C&sub3;H&sub8;), und dergleichen, verdampfte Petroleumbruchteile wie Naphtha, und Alkohole wie Ethylalkohol (C&sub2;H&sub5;OH), und dergleichen, und Erdgas, typischerweise eine Mischung von 85% Methan und 10% Ethan mit einem Propan- Butan- und Stickstoffgleichgewicht. Diese reformierbaren Brennstoffmedien F werden durch den Einlaß 28 für frischen Zufuhrbrennstoff in den Generator gebracht.
- In dieser Erfindung geht ein großer Teil des heißen gasförmigen verbrauchten Brennstoffs, der entlang der axialen Länge der Zellen 16 gebildet wird, zu wenigstens einem Rezirkulationskanal 46 für heißen verbrauchten Brennstoff, der aus einem Metall oder einer Legierung hergestellt werden kann, die hohen Temperaturen widerstehen. Ein anderer Teil des heißen verbrauchten Brennstoffs geht in die Verbrennungskammer 24, gezeigt als Pfeile 36, wie schon beschrieben wurde, um mit verbrauchter Luft, gezeigt als Pfeil 35, zu verbrennen, und die frische Oxidationsmittelzufuhr vorzuwärmen.
- Der Austrittskanal 46 für heißen verbrauchten Brennstoff geht von der Generatorkammer 22, um in den Einlaß für frischen Zufuhrbrennstoff an dem Eingang zu dem Mischermittel oder der Kammer 52 an einer Mischdüse 50 einzugehen, und sich mit ihm zu kombinieren, wobei die Mischdüse irgendeine beim Stand der Technik bekannte Düse sein kann, zum Beispiel eine Auswurfvorrichtung, eine Strahlpumpe, ein Sauggerät, oder dergleichen. Diese Mischdüse 50 ist an dem Eingang zu der Mischer-Verbreitungskammer 52 angeordnet. Dieses gestattet Rezirkulation des Teils des verbrauchten Brennstoffs, der in den Kanal 46 gegeben wird, um sich mit dem frischen Zufuhrbrennstoff an der Mischdüse 50 zu mischen, um eine reformierbare Brennstoffmischung der beiden Gase zu liefern, gezeigt von Pfeilen 51. Die Geometrie der Auswurfvorrichtung/Mischers ist weiterhin derart gestaltet, da die dynamische Energie des Brennstoffs an der Düse 50 wirkungsvoll in einen erhöhten Druck an dem Eingang zur Reformierungskammer 54 umgewandelt wird. Dieses wird vorzugsweise durch ein Verbreitungsmittel vervollständigt, dessen Querschnittsgebiet größer wird, während es von seinem Eingang in der Nähe der Düse 50 zur Reformierungskammer 54 in einer gezeigten Weise fortschreitet.
- Die reformierbare Brennstoffmischung 51 wird wenigstens Wasserdampf (Dampf) enthalten, und normalerweise auch H&sub2;, CO, und CO&sub2;, die alle von dem verbrauchten Brennstoff beigetragen werden, der in die Mischer-Verbreitungskammer 52 eintritt. Das Volumenverhältnis von verbrauchtem Brennstoff zu frischem Zufuhrbrennstoff wird von der Geschwindigkeit der Eingabe des frischen Zufuhrbrennstoffs eingestellt werden, so da ungefähr 2 Volumen bis 5 Volumen Wasserdampf und CO&sub2; jedem Volumen von frischem Zufuhrbrennstoff zugegeben werden. Gegenwart von Wasserdampf plus eines Reformierungskatalysators, gewöhnlicherweise Ni, gestattet Umwandlung von gasförmigen Kohlenwasserstoffen zu CO+H&sub2; durch die Reaktion: endotherme Reaktion Nickelkatalysator
- Eine ähnliche Brennstoffumwandlungsreaktion zu H&sub2; und CO wird mit CO&sub2; statt Wasserdampf vervollständigt.
- Die reformierbare Brennstoffmischung 51 geht dann von dem Mischkammerausgang in und durch ein zylindrisches Reformierungsmittel oder Kammer 54, das Reformierungsmaterial 56 wie Nickel oder dergleichen enthält, oder ein anderes wohlbekanntes nützliches Reformierungsmaterial für Brennstoffgas. Die in Figur 2 gezeigte Gestaltung für die Reformierungskammer 54 ist ein ringförmiger, konzentrischer umgibt. Dieser Aufbau wird im allgemeinen benutzt, wenn verbranntes Auslaßgas von Kanal 45 geführt wird, um die Reformierungskammer zu berühren, und bringt eine Überkreuzung von Gasen von Kammern 46' und 52 mit sich. In beiden in Figur 1 und Figur 2 gezeigten Ausführungsformen geht die reformierte Brennstoffmischung, die von Pfeilen 58 gezeigt wird, nachdem sie gerade von der Mischer-Verbreitungskammer 52 nach oben in die Reformierungskammer 54 und durch das Reformierungsmaterial 56 gegangen ist, direkt nach oben durch eine Reihe von Eingangsöffnungen 59 für reformierten Brennstoff, die die Reformierungskammer an die Generatorkammer 22 anschließen, und dann in die Generatorkammer der Vorrichtung.
- Heißer verbrauchter Brennstoff von Kanal 46 erreicht den Kanal 46' an der Reformierungskammer 54 bei einer Temperatur von ungefähr 1000ºC. Kanal 46' in Kontakt mit der Reformierungskammer 54 gestattet ein Mittel der Wärmeübertragung zwischen heißem Gas in dem Kanal und der Kammer 54. Dieses verringert die Temperatur des verbrauchten Brennstoffs und liefert Wärme für die endotherme Reformierungsreaktion. Betreffs des Reformierers 54 ist vollständige Reformierung des Brennstoffs nicht notwendig, da ein wenig interne Reformierung der reformierbaren Brennstoffmischung durch die Nickelfaserfilze 40, oder auf der Nickelcermetoberfläche 18 der Brennstoffzellen in der Generatorkammer 22 benutzt werden kann, um die Menge des Reformierungsmaterials 56 relativ klein zu halten, und inneren Reformierereinschluß 54 in der Vorrichtung 10 zu gestatten, falls dieses erwünscht ist.
- Zusätzlich geht verbrauchter Brennstoff von Kanal 46' nach unten, rundherum und in Kontakt mit der Außenseite der Mischer- Verbreitungskammer 52 mit einem weiteren Verlust der Wärme, die zur reformierbaren Brennstoffmischung 51 übertragen wird, während sie sich dem Reformierer 56 nähert. Wie in Figuren 1 und 2 gezeigt wird, wird der verbrauchte Brennstoff in dem Düsenzufuhrkanal 60, der eine Verlängerung des Kanals 46' ist, zugegeben, um die Mischer-Verbreitungskammer 52 zu berühren, wobei die Kammer eine nach oben fließende, reformierbare Brennstoffmischung 51 darin hat, was Wärmeübertragung von dem Kanal 60 gestattet, und heißen verbrauchten Brennstoff zur Mischkammer und dem Gas darin. Diese reformierbare Brennstoffmischung 52 geht weiterhin nach oben auf die Reformierungskammer und die Generatorkammer hinzu. In den gezeigten Ausführungsformen fällt die Temperatur von dem verbrauchten Brennstoff von ungefähr 1000ºC an dem Eingang zu Kanal 46 auf eine ausreichend tiefe Temperatur, während er sich der Düse 50 nähert, so da der frische Brennstoff in der Mischkammer 52 nicht 400ºC überschreiten wird. Das verbrannte Auslaßgas E in getrennten Kanälen 45, wie in der Zeichnung gezeigt ist, geht bei ungefähr 800ºC aus der Vorrichtung heraus; oder, falls das verbrannte Auslaßgas zuerst benutzt wird, um zusätzliche Wärme für den Reformierer zu liefern, wie in Figur 2 gezeigt, würde es bei ungefähr 650º austreten.
- Wie aus beiden Zeichnungen ersichtlich ist, ist die ganze Mischdüsenmischkammerunteranordnung 62 im wesentlichen außen auf die elektrochemische Vorrichtung 10 festgeschraubt. Daher liegen die Mischer-Verbreitungskammer 52 und die Mischdüse 50 außerhalb des Hauptkörpers der Vorrichtung, während sie ein Teil der elektrochemischen Vorrichtung sind, und sind wesentlich von dem Rest der Vorrichtung beabstandet, und von der Verbrennungskammer 24 und der Generatorkammer 22. Die Mischdüse 50 kann daher unter ungefähr 400ºC arbeiten, was die ungefähre Temperatur an der Mischdüse und an dem Eingang zur Mischkammer 52 wäre.
- Daher wird die Mischdüse durch Röhren oder Kanäle für gasförmige Komponenten zu einer Stellung erweitert, die von dem aktiven Hochtemperaturerzeugungs- und -verbrennungsgebiet der Vorrichtung entfernt liegt, und sie kann bei einer ausreichend tiefen Temperatur arbeiten, um Kohlenstoffablagerung zu verhindern. Die Röhren oder Kanäle für gasförmigen Komponenten sind auch in einer solchen Weise gekuppelt oder angeordnet, um Wärmetausch von heißem verbrauchtem Brennstoff zu einer reformierbaren Brennstoffmischung zu ermöglichen, was einen großen Teil der thermischen Energie des rezirkulierenden Brennstoffgases konserviert, während eine tiefe Düsentemperatur beibehalten wird, um Kohlenstoffablagerung zu verhindern. Diese Kombination, gekuppelt mit Reformiererkontakt, gestattet Benutzung des verbrauchten Brennstoffgases hoher Temperatur, um die endotherme Energieforderungen der reformierenden Reaktion zu liefern. Schlielich können die Primärgasdichtungen erweitert werden und in in einem kälteren Gebiet angeordnet werden, und Leichtigkeit des Abbaus und Ersatz der Unteranordnung 62 als eine Kassetteneinheit gestatten.
Claims (7)
1. Elektrochemische Vorrichtung mit einem Einlaß für frischen
gasförmigen Zufuhrbrennstoff, einem Einlaß für gasförmiges
Zufuhroxidationsmittel, einem Rezirkulationskanal für heißen
gasförmigen verbrauchten Brennstoff, einem getrennten
Austrittskanal für verbranntes Auslaßgas, einer Generatorkammer,
die eine Vielzahl von elektrochemischen Zellen enthält, wobei
jede Zelle eine äußere Brennstoffelektrode und eine innere
Luftelektrode hat, einer Verbrennungskammer, und einer
getrennten Reformierungskammer, die ein Reformierungsmaterial
enthält, wobei eine Mischdüse (50) an dem Eingang zur
Mischkammer angeordnet ist, wo der Mischkammerausgang sich mit
der getrennten Reformierungskammer (54) verbindet, und die
Eingangsöffnungen für reformierten Brennstoff die
Reformierungskammer mit der Generatorkammer verbindet, und wo
die Mischkammer (52) und die Mischdüse (50) außerhalb des
Hauptkörpers der Vorrichtung liegen, im wesentlichen von der
Verbrennungskammer (24) und der Generatorkammer (22)
beabstandet, um Wärmeübertragung von dem Rezirkulationskanal für
heißen verbrauchten Brennstoff zur Reformierungskammer zu
gestatten, während die Mischdüse (50) unter 400ºC bleibt, was
Kohlenstoffablagerung an der Mischdüse (50) beseitigt, dadurch
gekennzeichnet, da der Rezirkulationskanal (46) für heißen
verbrauchten Brennstoff, von dem ein Teil in Wärmekontakt mit
der Außenseite der Mischkammer (52) und ein Teil auch in Kontakt
mit der getrennten Reformierungskammer (54) ist, bevor er
Wärmekontakt mit der Mischkammer hat, von der Generatorkammer
(22) geht, um sich mit dem Einlaß für frischen Zufuhrbrennstoff
an dem Eingang zur Mischkammer zu kombinieren, und die
Mischkammer (52) und die Mischdüse (50) in Gestalt einer
ersetzbaren Unteranordnungskassetteneinheit sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da die
Kammern in einem Metallgehäuse liegen, das mit Isoliermaterial
ausgekleidet ist, und wo die Mischkammer in Gestalt eines
Verbreitungsmittels zwischen der Düse und der
Reformierungskammer ist, wobei das Querschnittsgebiet des
Verbreitungsmittels größer wird, während es vom Eingang in der
Nähe der Düse zur Reformierungskammer fortschreitet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
elektrochemischen Zellen Brennstoffzellen sind, der frische
gasförmige Zufuhrbrennstoff Erdgas ist, die Luftelektrode
dotiertes LaMnO&sub3; enthält, der Elektrolyt ein mit Yttriumoxid
stabilisiertes Zirconiumdioxid ist, und die Brennstoffelektrode
ein Zirconiumdioxid-Nickelcermetmaterial enthält.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da die
Mischdüse ein Auswurfmechanismus ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da auch
ein katalytisches Reformierungsmaterial auf den Zellen liegt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da ein
Teil des Austrittskanal für verbranntes Auslaßgas die Außenseite
der Reformierungskammer berührt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da sie mit
einem gasförmigen Oxidationsmittel und einem frischen
gasförmigen Zufuhrbrennstoff arbeitet.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/559,103 US5169730A (en) | 1990-07-25 | 1990-07-25 | Electrochemical cell apparatus having an exterior fuel mixer nozzle |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE69113707D1 DE69113707D1 (de) | 1995-11-16 |
DE69113707T2 true DE69113707T2 (de) | 1996-05-30 |
Family
ID=24232279
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE69113707T Expired - Lifetime DE69113707T2 (de) | 1990-07-25 | 1991-07-18 | Elektrochemische Zelle enthaltender Apparat mit einer aussenliegenden Brennstoffmischdüse. |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5169730A (de) |
EP (1) | EP0468698B1 (de) |
JP (1) | JP2965272B2 (de) |
KR (1) | KR100264296B1 (de) |
CA (1) | CA2041726C (de) |
DE (1) | DE69113707T2 (de) |
ES (1) | ES2080258T3 (de) |
NO (1) | NO306008B1 (de) |
Families Citing this family (101)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TW299345B (de) * | 1994-02-18 | 1997-03-01 | Westinghouse Electric Corp | |
DE4419281C1 (de) * | 1994-06-01 | 1995-12-14 | Daimler Benz Ag | Hochtemperaturbatterie |
US5498487A (en) * | 1994-08-11 | 1996-03-12 | Westinghouse Electric Corporation | Oxygen sensor for monitoring gas mixtures containing hydrocarbons |
DE4438555C1 (de) * | 1994-10-28 | 1996-03-07 | Mtu Friedrichshafen Gmbh | Brennstoffzellenanordnung mit Reformierungseinrichtung |
US5750278A (en) * | 1995-08-10 | 1998-05-12 | Westinghouse Electric Corporation | Self-cooling mono-container fuel cell generators and power plants using an array of such generators |
US5733675A (en) * | 1995-08-23 | 1998-03-31 | Westinghouse Electric Corporation | Electrochemical fuel cell generator having an internal and leak tight hydrocarbon fuel reformer |
ATE189341T1 (de) * | 1995-12-19 | 2000-02-15 | Sulzer Hexis Ag | Vorrichtung mit brennstoffzellen |
US5573867A (en) * | 1996-01-31 | 1996-11-12 | Westinghouse Electric Corporation | Purge gas protected transportable pressurized fuel cell modules and their operation in a power plant |
US5741605A (en) * | 1996-03-08 | 1998-04-21 | Westinghouse Electric Corporation | Solid oxide fuel cell generator with removable modular fuel cell stack configurations |
US6440594B1 (en) * | 1999-06-17 | 2002-08-27 | California Institute Of Technology | Aerosol feed direct methanol fuel cell |
CA2447855C (en) | 2000-05-22 | 2011-04-12 | Acumentrics Corporation | Electrode-supported solid state electrochemical cell |
US6656623B2 (en) * | 2001-02-15 | 2003-12-02 | Siemens Westinghouse Power Corporation | Low-cost atmospheric SOFC power generation system |
US6689499B2 (en) | 2001-09-17 | 2004-02-10 | Siemens Westinghouse Power Corporation | Pressurized solid oxide fuel cell integral air accumular containment |
US6764784B2 (en) * | 2001-09-17 | 2004-07-20 | Siemens Westinghouse Power Corporation | Standard package design for both atmospheric and pressurized SOFC power generation system |
JP4450623B2 (ja) * | 2001-11-01 | 2010-04-14 | 大阪瓦斯株式会社 | 燃料電池システム |
US6936367B2 (en) * | 2002-01-16 | 2005-08-30 | Alberta Research Council Inc. | Solid oxide fuel cell system |
AUPS024302A0 (en) * | 2002-01-31 | 2002-02-21 | Ceramic Fuel Cells Limited | Thermal management of fuel cells |
US7736772B2 (en) * | 2002-02-14 | 2010-06-15 | Alberta Research Council, Inc. | Tubular solid oxide fuel cell stack |
US8658327B2 (en) | 2002-02-20 | 2014-02-25 | Acumentrics Corporation | Fuel cell stacking and sealing |
US7067208B2 (en) * | 2002-02-20 | 2006-06-27 | Ion America Corporation | Load matched power generation system including a solid oxide fuel cell and a heat pump and an optional turbine |
US7118818B2 (en) * | 2002-10-01 | 2006-10-10 | Rolls-Royce Plc | Solid oxide fuel cell system |
US6821663B2 (en) * | 2002-10-23 | 2004-11-23 | Ion America Corporation | Solid oxide regenerative fuel cell |
US7282291B2 (en) | 2002-11-25 | 2007-10-16 | California Institute Of Technology | Water free proton conducting membranes based on poly-4-vinylpyridinebisulfate for fuel cells |
US6989209B2 (en) * | 2002-12-27 | 2006-01-24 | General Electric Company | Power generation method |
US6924053B2 (en) * | 2003-03-24 | 2005-08-02 | Ion America Corporation | Solid oxide regenerative fuel cell with selective anode tail gas circulation |
US7045238B2 (en) * | 2003-03-24 | 2006-05-16 | Ion America Corporation | SORFC power and oxygen generation method and system |
US7482078B2 (en) * | 2003-04-09 | 2009-01-27 | Bloom Energy Corporation | Co-production of hydrogen and electricity in a high temperature electrochemical system |
US7364810B2 (en) * | 2003-09-03 | 2008-04-29 | Bloom Energy Corporation | Combined energy storage and fuel generation with reversible fuel cells |
US7575822B2 (en) | 2003-04-09 | 2009-08-18 | Bloom Energy Corporation | Method of optimizing operating efficiency of fuel cells |
US7878280B2 (en) * | 2003-04-09 | 2011-02-01 | Bloom Energy Corporation | Low pressure hydrogen fueled vehicle and method of operating same |
US7150927B2 (en) * | 2003-09-10 | 2006-12-19 | Bloom Energy Corporation | SORFC system with non-noble metal electrode compositions |
US7309537B2 (en) * | 2003-09-18 | 2007-12-18 | Ballard Power Systems Inc. | Fuel cell system with fluid stream recirculation |
US7387850B2 (en) * | 2003-12-31 | 2008-06-17 | General Electric Company | Oxidant and fuel distribution for a fuel cell assembly |
US7422810B2 (en) * | 2004-01-22 | 2008-09-09 | Bloom Energy Corporation | High temperature fuel cell system and method of operating same |
US7364812B2 (en) | 2004-03-19 | 2008-04-29 | Pittsburgh Electric Engines, Inc. | Multi-function solid oxide fuel cell bundle and method of making the same |
MY151832A (en) * | 2004-06-28 | 2014-07-14 | Osaka Gas Co Ltd | Reformed gas production method and reformed gas production apparatus |
WO2006010212A1 (en) * | 2004-07-28 | 2006-02-02 | Ceramic Fuel Cells Limited | Fuel cell system |
WO2006055442A2 (en) * | 2004-11-15 | 2006-05-26 | William Stanton | Uninterruptible power supply system |
US20060147771A1 (en) * | 2005-01-04 | 2006-07-06 | Ion America Corporation | Fuel cell system with independent reformer temperature control |
US7514166B2 (en) * | 2005-04-01 | 2009-04-07 | Bloom Energy Corporation | Reduction of SOFC anodes to extend stack lifetime |
US7524572B2 (en) * | 2005-04-07 | 2009-04-28 | Bloom Energy Corporation | Fuel cell system with thermally integrated combustor and corrugated foil reformer |
US8709674B2 (en) * | 2005-04-29 | 2014-04-29 | Alberta Research Council Inc. | Fuel cell support structure |
US8691462B2 (en) * | 2005-05-09 | 2014-04-08 | Modine Manufacturing Company | High temperature fuel cell system with integrated heat exchanger network |
US20060251934A1 (en) * | 2005-05-09 | 2006-11-09 | Ion America Corporation | High temperature fuel cell system with integrated heat exchanger network |
US7858256B2 (en) | 2005-05-09 | 2010-12-28 | Bloom Energy Corporation | High temperature fuel cell system with integrated heat exchanger network |
US7700210B2 (en) * | 2005-05-10 | 2010-04-20 | Bloom Energy Corporation | Increasing thermal dissipation of fuel cell stacks under partial electrical load |
US7520916B2 (en) * | 2005-07-25 | 2009-04-21 | Bloom Energy Corporation | Partial pressure swing adsorption system for providing hydrogen to a vehicle fuel cell |
US7591880B2 (en) * | 2005-07-25 | 2009-09-22 | Bloom Energy Corporation | Fuel cell anode exhaust fuel recovery by adsorption |
US20070017368A1 (en) * | 2005-07-25 | 2007-01-25 | Ion America Corporation | Gas separation method and apparatus using partial pressure swing adsorption |
EP1908144B1 (de) * | 2005-07-25 | 2012-06-06 | Bloom Energy Corporation | Brennstoffzellensystem mit elektrochemischer anodenabgasrückgewinnung |
WO2007014127A2 (en) * | 2005-07-25 | 2007-02-01 | Ion America Corporation | Fuel cell system with partial recycling of anode exhaust |
JP5109242B2 (ja) * | 2005-08-09 | 2012-12-26 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池に燃料ガスを供給する装置と燃料電池システム |
US7659022B2 (en) | 2006-08-14 | 2010-02-09 | Modine Manufacturing Company | Integrated solid oxide fuel cell and fuel processor |
US9190693B2 (en) | 2006-01-23 | 2015-11-17 | Bloom Energy Corporation | Modular fuel cell system |
EP2011183B1 (de) * | 2006-04-03 | 2016-06-08 | Bloom Energy Corporation | Brennstoffzellensystem und anlagenperipheriekonfiguration |
US8822094B2 (en) * | 2006-04-03 | 2014-09-02 | Bloom Energy Corporation | Fuel cell system operated on liquid fuels |
US8241801B2 (en) | 2006-08-14 | 2012-08-14 | Modine Manufacturing Company | Integrated solid oxide fuel cell and fuel processor |
JP2008053078A (ja) * | 2006-08-25 | 2008-03-06 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池及び燃料電池モジュール |
EP2064766A4 (de) * | 2006-09-06 | 2010-09-29 | Bloom Energy Corp | Flexible brennstoffzellensystemkonfiguration zur handhabung von mehreren brennstoffen |
US7846600B2 (en) * | 2006-09-21 | 2010-12-07 | Bloom Energy Corporation | Adaptive purge control to prevent electrode redox cycles in fuel cell systems |
US7968245B2 (en) * | 2006-09-25 | 2011-06-28 | Bloom Energy Corporation | High utilization stack |
US10615444B2 (en) | 2006-10-18 | 2020-04-07 | Bloom Energy Corporation | Anode with high redox stability |
US8748056B2 (en) | 2006-10-18 | 2014-06-10 | Bloom Energy Corporation | Anode with remarkable stability under conditions of extreme fuel starvation |
WO2008051368A2 (en) * | 2006-10-23 | 2008-05-02 | Bloom Energy Corporation | Dual function heat exchanger for start-up humidification and facility heating in sofc system |
US7393603B1 (en) * | 2006-12-20 | 2008-07-01 | Bloom Energy Corporation | Methods for fuel cell system optimization |
US20090214905A1 (en) * | 2007-01-08 | 2009-08-27 | California Institute Of Technology | Direct methanol fuel cell operable with neat methanol |
US7833668B2 (en) * | 2007-03-30 | 2010-11-16 | Bloom Energy Corporation | Fuel cell system with greater than 95% fuel utilization |
US7883803B2 (en) * | 2007-03-30 | 2011-02-08 | Bloom Energy Corporation | SOFC system producing reduced atmospheric carbon dioxide using a molten carbonated carbon dioxide pump |
WO2008127601A1 (en) | 2007-04-13 | 2008-10-23 | Bloom Energy Corporation | Heterogeneous ceramic composite sofc electrolyte |
WO2008150524A2 (en) | 2007-06-04 | 2008-12-11 | Bloom Energy Corporation | Structure for high temperature fuel cell system start up and shutdown |
US8920997B2 (en) | 2007-07-26 | 2014-12-30 | Bloom Energy Corporation | Hybrid fuel heat exchanger—pre-reformer in SOFC systems |
US8852820B2 (en) | 2007-08-15 | 2014-10-07 | Bloom Energy Corporation | Fuel cell stack module shell with integrated heat exchanger |
US8067129B2 (en) | 2007-11-13 | 2011-11-29 | Bloom Energy Corporation | Electrolyte supported cell designed for longer life and higher power |
US9246184B1 (en) | 2007-11-13 | 2016-01-26 | Bloom Energy Corporation | Electrolyte supported cell designed for longer life and higher power |
US8197976B2 (en) * | 2008-01-04 | 2012-06-12 | Protonex Technology Corporation | Solid oxide fuel cell systems with hot zones and two-stage tail gas combustors |
US8288041B2 (en) | 2008-02-19 | 2012-10-16 | Bloom Energy Corporation | Fuel cell system containing anode tail gas oxidizer and hybrid heat exchanger/reformer |
WO2009148510A1 (en) * | 2008-05-30 | 2009-12-10 | Corning Incorporated | Solid oxide fuel cell systems with heat exchangers |
US8968958B2 (en) | 2008-07-08 | 2015-03-03 | Bloom Energy Corporation | Voltage lead jumper connected fuel cell columns |
US9287571B2 (en) * | 2008-07-23 | 2016-03-15 | Bloom Energy Corporation | Operation of fuel cell systems with reduced carbon formation and anode leading edge damage |
US8617763B2 (en) | 2009-08-12 | 2013-12-31 | Bloom Energy Corporation | Internal reforming anode for solid oxide fuel cells |
JP5868321B2 (ja) | 2009-09-02 | 2016-02-24 | ブルーム エナジー コーポレーション | 燃料電池システムおよびその作動方法 |
US8580456B2 (en) | 2010-01-26 | 2013-11-12 | Bloom Energy Corporation | Phase stable doped zirconia electrolyte compositions with low degradation |
US8440362B2 (en) | 2010-09-24 | 2013-05-14 | Bloom Energy Corporation | Fuel cell mechanical components |
US8586252B2 (en) | 2010-11-18 | 2013-11-19 | Acumentrics Corporation | Integral reactor system and method for fuel cells |
JP6258037B2 (ja) | 2011-01-06 | 2018-01-10 | ブルーム エナジー コーポレーション | Sofcホットボックスの構成要素 |
CN103875111B (zh) * | 2011-10-14 | 2016-10-19 | 托普索公司 | 堆叠组件 |
WO2014081716A1 (en) | 2012-11-20 | 2014-05-30 | Bloom Energy Corporation | Doped scandia stabilized zirconia electrolyte compositions |
US9755263B2 (en) | 2013-03-15 | 2017-09-05 | Bloom Energy Corporation | Fuel cell mechanical components |
US10109867B2 (en) | 2013-06-26 | 2018-10-23 | Upstart Power, Inc. | Solid oxide fuel cell with flexible fuel rod support structure |
JP6520936B2 (ja) | 2013-10-23 | 2019-05-29 | ブルーム エネルギー コーポレイション | 高級炭化水素の選択的改質のための予備改質器 |
WO2015123304A1 (en) | 2014-02-12 | 2015-08-20 | Bloom Energy Corporation | Structure and method for fuel cell system where multiple fuel cells and power electronics feed loads in parallel allowing for integrated electrochemical impedance spectroscopy ("eis") |
US10446858B2 (en) | 2014-10-07 | 2019-10-15 | Upstart Power, Inc. | SOFC-conduction |
US10096840B1 (en) | 2014-12-15 | 2018-10-09 | Bloom Energy Corporation | High temperature air purge of solid oxide fuel cell anode electrodes |
US10651496B2 (en) | 2015-03-06 | 2020-05-12 | Bloom Energy Corporation | Modular pad for a fuel cell system |
WO2016154198A1 (en) | 2015-03-24 | 2016-09-29 | Bloom Energy Corporation | Perimeter electrolyte reinforcement layer composition for solid oxide fuel cell electrolytes |
AU2016342066B2 (en) | 2015-10-20 | 2022-08-25 | Upstart Power, Inc. | Improved CPOX fuel peformer and SOFC system |
US10790523B2 (en) | 2015-10-20 | 2020-09-29 | Upstart Power, Inc. | CPOX reactor control system and method |
US11108072B2 (en) | 2016-08-11 | 2021-08-31 | Upstart Power, Inc. | Planar solid oxide fuel unit cell and stack |
US10361442B2 (en) | 2016-11-08 | 2019-07-23 | Bloom Energy Corporation | SOFC system and method which maintain a reducing anode environment |
US10680251B2 (en) | 2017-08-28 | 2020-06-09 | Bloom Energy Corporation | SOFC including redox-tolerant anode electrode and system including the same |
US11398634B2 (en) | 2018-03-27 | 2022-07-26 | Bloom Energy Corporation | Solid oxide fuel cell system and method of operating the same using peak shaving gas |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3718506A (en) * | 1971-02-22 | 1973-02-27 | Bbc Brown Boveri & Cie | Fuel cell system for reacting hydrocarbons |
US4395468A (en) * | 1980-12-22 | 1983-07-26 | Westinghouse Electric Corp. | Fuel cell generator |
US4490444A (en) * | 1980-12-22 | 1984-12-25 | Westinghouse Electric Corp. | High temperature solid electrolyte fuel cell configurations and interconnections |
US4374184A (en) * | 1981-09-29 | 1983-02-15 | Westinghouse Electric Corp. | Fuel cell generator and method of operating same |
US4729931A (en) * | 1986-11-03 | 1988-03-08 | Westinghouse Electric Corp. | Reforming of fuel inside fuel cell generator |
US4808491A (en) * | 1988-02-16 | 1989-02-28 | Westinghouse Electric Corp. | Corner heating in rectangular solid oxide electrochemical cell generators |
-
1990
- 1990-07-25 US US07/559,103 patent/US5169730A/en not_active Expired - Lifetime
-
1991
- 1991-05-02 CA CA002041726A patent/CA2041726C/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-06-25 NO NO912471A patent/NO306008B1/no not_active IP Right Cessation
- 1991-07-11 JP JP3197076A patent/JP2965272B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1991-07-18 DE DE69113707T patent/DE69113707T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1991-07-18 EP EP91306527A patent/EP0468698B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1991-07-18 ES ES91306527T patent/ES2080258T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1991-07-24 KR KR1019910012689A patent/KR100264296B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US5169730A (en) | 1992-12-08 |
CA2041726A1 (en) | 1992-01-26 |
JP2965272B2 (ja) | 1999-10-18 |
CA2041726C (en) | 2003-07-08 |
ES2080258T3 (es) | 1996-02-01 |
KR100264296B1 (ko) | 2000-08-16 |
NO912471D0 (no) | 1991-06-25 |
NO912471L (no) | 1992-01-27 |
NO306008B1 (no) | 1999-08-30 |
JPH04253166A (ja) | 1992-09-08 |
EP0468698A1 (de) | 1992-01-29 |
DE69113707D1 (de) | 1995-11-16 |
EP0468698B1 (de) | 1995-10-11 |
KR920003572A (ko) | 1992-02-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69113707T2 (de) | Elektrochemische Zelle enthaltender Apparat mit einer aussenliegenden Brennstoffmischdüse. | |
DE69105392T2 (de) | Elektrochemische Zellen enthaltender Apparat mit Wärmeaustausch von verbranntem Abgas und Ventilen um die Zusammensetzung des reformierbaren Brennstoffes mengenmässig zu regeln. | |
DE69007464T2 (de) | Elektrochemische Zellen enthaltender Apparat mit axial angeordneten Einlässen, die die Mischung aus Brennstoff und verbrauchtem Brennstoff senkrecht über die Länge der Zellen einleiten. | |
US5047299A (en) | Electrochemical cell apparatus having an integrated reformer-mixer nozzle-mixer diffuser | |
DE69118088T2 (de) | Interne Erdgasreformer-Verteilerelemente für einen Aufbau eines Festoxidbrennstoffzellengenerators | |
DE69506767T2 (de) | Katalytisches Material für die Reformierung von Kohlenwasserstoffen und ihre Konfiguration | |
DE69829262T2 (de) | Brennervorrichtung für Brennstoffzellensystem | |
DE69713337T2 (de) | Festoxidbrennstoffzellengenerator mit auswechselbarem brennstoffzellenstapel von modularem aufbau | |
DE69203070T2 (de) | Festoxidbrennstoffzellengenerator. | |
DE69422612T2 (de) | Festoxidbrennstoffzellenstrukturen | |
DE102005038928B4 (de) | Brennstoffzelle vom Pakettyp | |
EP0704109A1 (de) | Hochtemperaturbrennstoffzellenanlage | |
DE102007018264A1 (de) | Hochtemperaturbrennstoffzellensystem | |
DE102015216254B4 (de) | Brennstoffzellenmodul | |
DE112021000277T5 (de) | Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem | |
DE102018218278A1 (de) | Brennstoffzellensysteme mit blockinterner Reformierung | |
DE112021002182T5 (de) | Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem | |
EP1120845A1 (de) | Brennstoffzellenbatterie und Reformer für flüssige Brennstoffe |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8364 | No opposition during term of opposition |