ES2560017T3 - Un sistema de celdas de combustible de óxido sólido - Google Patents

Un sistema de celdas de combustible de óxido sólido Download PDF

Info

Publication number
ES2560017T3
ES2560017T3 ES12756547.1T ES12756547T ES2560017T3 ES 2560017 T3 ES2560017 T3 ES 2560017T3 ES 12756547 T ES12756547 T ES 12756547T ES 2560017 T3 ES2560017 T3 ES 2560017T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
oxidant
solid oxide
fuel cell
oxide fuel
supply
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.)
Active
Application number
ES12756547.1T
Other languages
English (en)
Inventor
Michele Bozzolo
Cristiano Balestrino
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Fuel Cell Systems Inc
Original Assignee
LG Fuel Cell Systems Inc
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LG Fuel Cell Systems Inc filed Critical LG Fuel Cell Systems Inc
Application granted granted Critical
Publication of ES2560017T3 publication Critical patent/ES2560017T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • 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
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • 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
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • 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
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04097—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with recycling of the reactants
    • 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
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04111—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants using a compressor turbine assembly
    • 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
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • 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
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/40—Combination of fuel cells with other energy production systems
    • H01M2250/402—Combination of fuel cell with other electric generators
    • 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
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02B90/10—Applications of fuel cells in buildings
    • 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)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Un sistema de celdas de combustible de óxido sólido (10) comprende una pila de celdas de combustible de óxido sólido (12) y un motor de turbina de gas (14), la pila de celdas de combustible de óxido sólido (12) que comprende al menos una celda de combustible de óxido sólido (16), cada celda de combustible de óxido sólido (16) que comprende un electrolito (18), un ánodo (20) y un cátodo (22), el motor de turbina de gas (14) que comprende un compresor (24) y una turbina (26) dispuesta para accionar el compresor (24), el compresor (24) se dispone para suministrar oxidante al cátodo (22) de la al menos una celda de combustible de óxido sólido (16) a través de un mezclador de oxidante (60), el mezclador de oxidante (60) que se dispone para suministrar una porción del oxidante no usado desde el cátodo (22) de la al menos una celda de combustible de óxido sólido (16) de vuelta al cátodo (22) de la al menos una celda de combustible de óxido sólido (16) con el oxidante del compresor (24), caracterizado porque el sistema de celdas de combustible de óxido sólido (10) comprende además un compresor adicional (64) y una turbina adicional (66) dispuesta para accionar el compresor adicional (64), el compresor adicional (24) que se dispone para suministrar oxidante al compresor adicional (64), el compresor adicional (64) que se dispone para suministrar oxidante al mezclador de oxidante (60) y la pila de celdas de combustible de óxido sólido (12) que se dispone para suministrar gases de escape a la turbina (26), y porque el mezclador de oxidante (60) es un eyector de oxidante.

Description

5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
DESCRIPCION
Un sistema de celdas de combustible de oxido solido
La presente invencion se refiere a un sistema de celdas de combustible de oxido solido y particularmente a una sistema de celdas de combustible de oxido solido que comprende una pila de celdas de combustible de oxido solido y un motor de turbina de gas.
WO2004032273A2 describe un sistema de celda de combustible de oxido solido que comprende un pila de celdas de combustible de oxido solido y un motor de turbina de gas en el que una porcion del oxidante no usado que deja los catodos de la pila de celdas de combustible de oxido solido se recicla con oxidante fresco suministrado a los catodos de la pila de celdas de combustible de oxido solido para precalentar el oxidante fresco suministrado a los catodos de la pila de celdas de combustible de oxido solido. Un eyector de oxidante impulsado por el oxidante fresco se usa para reciclar el oxidante no usado de vuelta a los catodos de la pila de celdas de combustible de oxido solido.
Un problema con este sistema de celdas de combustible de oxido solido es que la ubicacion del eyector de oxidante entre un compresor del motor de turbina de gas y el expansor, turbina, produce una perdida de presion muy grande y esto requiere un motor de turbina de gas espedfico que ser disenado para el sistema de celdas de combustible de oxido solido. El diseno espedfico del motor de turbina de gas aumenta el costo total del sistema de celdas de combustible de oxido solido.
En consecuencia la presente invencion busca proporcionar un sistema de celdas de combustible de oxido solido que reduce, preferentemente, superar el problema mencionado anteriormente.
En consecuencia, la presente invencion proporciona una sistema de celdas de combustible de oxido solido que comprende una pila de celdas de combustible de oxido solido y un motor de turbina de gas, la pila de celdas de combustible de oxido solido que comprende al menos una celda de combustible de oxido solido, cada celda de combustible de oxido solido que comprende un electrolito, un anodo y un catodo, el motor de turbina de gas que comprende un compresor y una turbina dispuesta para accionar el compresor, el compresor que se dispone para suministrar oxidante al catodo de la al menos una celda de combustible de oxido solido a traves de un mezclador de oxidante, el mezclador de oxidante que se dispone para suministrar una porcion del oxidante no usado desde el catodo de la al menos una celda de combustible de oxido solido de vuelta en el catodo del al menos una celda de combustible de oxido solido con el oxidante desde el compresor, el sistema de celdas de combustible de oxido solido que comprende ademas un compresor adicional y una turbina adicional dispuesta para accionar el compresor adicional, el compresor que se dispone para suministrar oxidante al compresor adicional, el compresor adicional que se dispone para suministrar oxidante al mezclador de oxidante y la pila de celdas de combustible de oxido solido que se dispone para suministrar gases de escape a la turbina.
El sistema de celdas de combustible de oxido solido puede comprender ademas un refrigerante y un recuperador, el compresor puede disponerse para suministrar oxidante a traves del refrigerante al compresor adicional, el compresor adicional puede disponerse para suministrar oxidante al mezclador de oxidante a traves del recuperador, la pila de celdas de combustible de oxido solido puede disponerse para suministrar gases de escape a la turbina y la turbina puede disponerse para suministrar los gases de escape a traves del recuperador para calentar el oxidante que fluye a traves del recuperador.
El compresor puede disponerse para suministrar una porcion del oxidante a traves del refrigerante al compresor adicional y el compresor puede disponerse para suministrar una porcion del oxidante a la turbina adicional.
El recuperador puede disponerse para suministrar una porcion del oxidante suministrado por el compresor adicional al mezclador de oxidante y el recuperador puede disponerse para suministrar una porcion del oxidante suministrado por el compresor adicional a la turbina adicional.
El refrigerante puede disponerse para suministrar una porcion del oxidante suministrado por el compresor al compresor adicional y el refrigerante puede disponerse para suministrar una porcion del oxidante suministrado por el compresor a la turbina adicional.
El catodo de la al menos una celda de combustible de oxido solido puede disponerse para suministrar una porcion del oxidante no usado a una camara de combustion, al anodo de la al menos una celda de combustible de oxido solido se dispone para suministrar una porcion del combustible no usado a la camara de combustion y la camara de combustion se dispone para suministrar al menos una porcion de los gases de escape de la camara de combustion a la turbina.
La camara de combustion puede disponerse para suministrar una porcion de los gases de escape de la camara de combustion a la turbina.
La camara de combustion puede disponerse para suministrar la porcion de los gases de escape de la camara de combustion a una primera trayectoria de flujo a traves de un intercambiador de calor y el mezclador de oxidante se
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
dispone para suministrar la porcion del oxidante no usado desde el catodo de la al menos una celda de combustible de oxido solido de vuelta al catodo de al menos una celda de combustible de oxido solido con el oxidante desde el compresor a traves de una segunda trayectoria de flujo a traves del intercambiador de calor.
El compresor adicional puede disponerse para suministrar oxidante a un mezclador adicional a traves del recuperador, la camara de combustion se dispone para suministrar los gases de escape de la camara de combustion al mezclador adicional, el mezclador adicional se dispone para suministrar oxidante y los gases de escape de la camara de combustion a la primera trayectoria de flujo a traves del intercambiador de calor.
El intercambiador de calor puede disponerse para suministrar una primera porcion de los gases de escape de la camara de combustion y el oxidante que dejan la primera trayectoria de flujo a traves del intercambiador de calor a la camara de combustion y el intercambiador de calor se dispone para suministrar una segunda porcion de los gases de escape de la camara de combustion y el oxidante que dejan la primera trayectoria de flujo a traves del intercambiador de calor a la turbina.
El compresor adicional puede ser un ventilador o un soplador. El mezclador adicional puede ser un eyector adicional. El mezclador de oxidante puede ser un eyector de oxidante. La presente invencion proporciona ademas un sistema de celdas de combustible de oxido solido que comprende una pila de celdas de combustible de oxido solido y un motor de turbina de gas, el pila de celdas de combustible de oxido solido que comprende al menos una celda de combustible de oxido solido, cada celda de combustible de oxido solido que comprende un electrolito, un anodo y un catodo, el motor de turbina de gas que comprende un compresor y una turbina dispuesta para accionar el compresor, el compresor que se dispone para suministrar oxidante al catodo de la al menos una celda de combustible de oxido solido a traves de un eyector de oxidante, el eyector de oxidante que se dispone para suministrar una porcion del oxidante no usado desde el catodo de la al menos una celda de combustible de oxido solido de vuelta al catodo de la al menos una celda de combustible de oxido solido con el oxidante desde el compresor, el sistema de celdas de combustible de oxido solido que comprende ademas un compresor adicional y una turbina adicional dispuesta para accionar el compresor adicional, el compresor que se dispone para suministrar oxidante al compresor adicional, el compresor adicional que se dispone para suministrar oxidante al eyector de oxidante y la pila de celdas de combustible de oxido solido que se dispone para suministrar gases de escape a la turbina.
La presente invencion se describira mas completamente a modo de ejemplo con referencia a los dibujos acompanantes, en los cuales:
La Figura 1 es un sistema de celdas de combustible de oxido solido segun la presente invencion.
La Figura 2 es otro sistema de celdas de combustible de oxido solido segun la presente invencion.
La Figura 3 es otro sistema de celdas de combustible de oxido solido segun la presente invencion.
Un sistema de celdas de combustible de oxido solido 10, como se muestra en la figura 1, de acuerdo con la presente invencion comprende una pila de celdas de combustible de oxido solido 12 y un motor de turbina de gas 14. La pila de celdas de combustible de oxido solido 12 comprende al menos una celda de combustible de oxido solido 16 y cada celda de combustible de oxido solido 16 comprende un electrolito 18, un anodo 20 y un catodo 22. El anodo 20 y el catodo 22 se disponen en superficies dirigidas de forma opuesta del electrolito 18.
El motor de turbina de gas 14 comprende un compresor 24 y una turbina 26 dispuesta para accionar el compresor 24 a traves de un eje 28. La turbina 26 del motor de turbina de gas 14 se dispone ademas para accionar un generador electrico 27 a traves de un eje 29.
Los anodos 20 de las celdas de combustible de oxido solido 16 se suministran con un combustible, por ejemplo, hidrogeno, por un distribuidor de combustible 30 y un suministro de combustible 32, por ejemplo, hidrogeno, se dispone para suministrar combustible al distribuidor de combustible 30 a traves de conductos 34. El catodos 22 se suministran con un oxidante, por ejemplo oxfgeno, aire, etc, por un distribuidor de oxidante 36 y un suministro de oxidante 38 se dispone para suministrar oxidante al distribuidor de oxidante 36 por medio de un conducto 40. El compresor 24 esta situado en el conducto 40 y presuriza el suministro de oxidante para el distribuidor de oxidante 36.
Los anodos 20 estan provistos de un distribuidor de recoleccion de combustible no usado 42 en el que se descarga combustible no usado. El distribuidor de recoleccion de combustible no usado 42 esta conectado al conducto 34 a traves de los conductos 44 y 46 de tal manera que se suministra una porcion del combustible no usado, se recircula, al distribuidor de combustible 30. Un eyector de combustible 48 se proporciona para inducir el suministro, recirculacion, de combustible no usado desde el distribuidor de recoleccion de combustible no usado 42 al distribuidor de combustible 30. Los conductos 44, 46 y el eyector de combustible 48 forman medios 50 para suministrar, recircular, combustible no usado desde los anodos 20 de los celdas de combustible de oxido solido 16 de vuelta a los anodos de 20 de los celdas de combustible de oxido solido 16. El eyector de combustible 48 presuriza el combustible no usado y mezcla el combustible no usado con el combustible suministrado por el suministro de combustible 32 a traves del conducto 34 al distribuidor de combustible 30. Solo el combustible del suministro de combustible 32 fluye en una primera porcion 34A
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
del conducto 34 entre el suministro de combustible 32 y el eyector de combustible 48. El combustible desde el suministro de combustible 32 y la porcion de combustible no usado desde los anodos 20 de las celdas de combustible de oxido solido 16 despues de mezclar por el eyector de combustible 48 se suministra a traves de una segunda porcion 34B del conducto 34 al distribuidor de combustible 30.
El distribuidor de recoleccion del combustible no usado 42 se conecta ademas a una camara de combustion 52 por el conducto 44 y un conducto adicional 54 de tal manera que una segunda porcion del combustible no usado se suministra a la camara de combustion 52.
Los catodos 22 de los celdas de combustible de oxido solido 16 se proporcionan con un distribuidor de recoleccion de oxidante no usado 56 en el que se descarga oxidante no usado. El distribuidor de recoleccion de oxidante no usado 56 se conecta al conducto 40 a traves del conducto 58 de tal manera que una porcion del oxidante no usado se suministra, recircula, al distribuidor de oxidante 36. Un eyector de oxidante 60 se proporciona para inducir el suministro, recirculacion, de oxidante no usado desde el distribuidor de recoleccion de oxidante no usado 56 al colector de oxidante 36. Los conductos 40 y 58 y el eyector de oxidante 60 forman medios 61 para suministrar, recircular, oxidante no usado desde los catodos 22 de las celdas de combustible de oxido solido 16 de vuelta a los catodos 22 de las celdas de combustible de oxido solido 16. El eyector de oxidante 60 presuriza el oxidante no usado y mezcla el oxidante no usado con el oxidante suministrado por el compresor 24 a traves del conducto 40 al distribuidor de oxidante 36. El compresor 24 se dispone para suministrar oxidante a los catodos 22 de las celdas de combustible de oxido solido 12 a traves del eyector de oxidante 60, el eyector de oxidante 60 se dispone para suministrar una porcion del oxidante no usado de los catodos 22 de las celdas de combustible de oxido solido 16 de vuelta a los catodos 22 de las celdas de combustible de oxido solido 16 con el oxidante del compresor 24.
El distribuidor de recoleccion de oxidante no usado 56 se conecta a la camara de combustion 52 a traves del conducto 58 y un conducto adicional 62 de tal manera que una segunda porcion del oxidante no usado se suministra a la camara de combustion 52.
El sistema de celdas de combustible de oxido solido 10 comprende ademas un compresor adicional 64, una turbina adicional 66, un refrigerante 70 y un recuperador 72. La turbina adicional 66 se dispone para accionar el compresor adicional 64 a traves de un eje 68. El compresor 24 se dispone para suministrar una porcion del oxidante traves de una porcion 40A del conducto 40, el refrigerante 70 y una porcion 40B del conducto 40 al compresor adicional 64. Un lfquido de refrigeracion C se suministra al refrigerante 70 para enfriar el oxidante, ya que fluya a traves del refrigerante 70. El compresor 24 se dispone para suministrar una porcion del oxidante directamente, sin pasar a traves del refrigerante 70, a traves de un conducto 41 a la turbina 66. La turbina adicional 66 expande la porcion del oxidante comprimido por el compresor 24 para accionar el compresor adicional 64. La relacion de oxidante que fluye desde el compresor 24 a traves del refrigerante 70 al compresor adicional 64 con el oxidante que fluye desde el compresor 24 a la turbina adicional 66 es de aproximadamente 4 a 1.
El compresor adicional 64 se dispone para suministrar el oxidante a traves de una porcion 40C del conducto 40 al recuperador 72 para calentar el oxidante. Una primera porcion del oxidante calentado se suministra desde el recuperador 72 a traves de una porcion 40D del conducto 40 al eyector de oxidante 60 y una segunda porcion del oxidante calentado se suministra desde el recuperador 72 a traves de un conducto 76 a un eyector adicional 74. La camara de combustion 52 se dispone para suministrar gases de escape calientes a traves de un conducto 78 a una entrada secundaria del eyector adicional 74. El eyector adicional 74 mezcla la porcion de oxidante suministrado desde el recuperador 72 y los gases de escape calientes de la camara de combustion 52. La salida del eyector adicional 74 se dispone para suministrar la mezcla de oxidante y gases de escape a traves de un conducto 80 a un intercambiador de calor 82. Los gases de escape calientes se suministran a una primera entrada 84 del intercambiador de calor 82 y fluyen a traves de una primera ruta 86 dentro del intercambiador de calor 82 a una primera salida 88 del intercambiador de calor 82. Una porcion de la mezcla de gases de escape calientes y oxidante se suministran despues desde la primera salida 88 del intercambiador de calor 82 a la turbina 26 a traves de un conducto 90. Los gases de escape calientes accionan la turbina 26 y despues los gases de escape calientes fluyen a traves de un conducto 92 al recuperador 72 y se descargan a traves de un tubo de escape 94. Una porcion adicional de la mezcla de oxidante y gases de escape calientes se suministra desde la primera salida 88 del intercambiador de calor 82 a la camara de combustion 52 a traves de un conducto 96.
El eyector de oxidante 60 se dispone para suministrar el oxidante suministrado por el compresor adicional 64 a traves del recuperador 72 y una porcion 40D del conducto 40 y el oxidante no usado suministrado desde el distribuidor de recoleccion de oxidante 56 y el conducto 58 a traves de una porcion 40E del conducto 40 a una segunda entrada 98 del intercambiador de calor 82 y fluye a traves de una segunda ruta 100 en el intercambiador de calor 82 a una segunda salida 102 del intercambiador de calor 82. El oxidante desde el compresor adicional 64 y la porcion del oxidante no usado de la catodos 22 de las celdas de combustible de oxido solido 16 se suministran despues desde la segunda salida 102 del intercambiador de calor 82 al distribuidor de oxidante 36 a traves de una porcion 40F del conducto 40.
La pila de celdas de combustible de oxido solido 12 se dispone para suministrar gases de escape de la turbina 26 y la turbina 26 se dispone para suministrar los gases de escape a traves del recuperador 72 para calentar el oxidante que fluye a traves del recuperador 72.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
El compresor adicional 64 puede ser un ventilador o un soplador.
La ventaja de la presente invencion es que el uso del compresor adicional, la turbina adicional, el refrigerante y el recuperador permite el uso de un motor de turbina de gas disponible en el mercado en lugar del desarrollo de un motor de turbina de gas espedfico para funcionar con una gran perdida de presion producida por un eyector de oxidante que recicla oxidante no usado desde los catodos de las celdas de combustible de oxido solido de vuelta a los catodos de los celdas de combustible de oxido solido. El compresor adicional, particularmente, aumenta la presion oxidante, presion de aire, en la entrada del sistema de celdas de combustible de oxido solido y esto permite el uso del eyector de oxidante para conducir el reciclaje del oxidante no usado, el aire no usado, a partir de los catodos de la las celdas de combustible de oxido solido de vuelta a los catodos de las celdas de combustible de oxido solido. El uso del compresor adicional activa un motor de turbina de gas convencional en el que la relacion de compresion del compresor es igual a la relacion de expansion de la turbina en comparacion con el desarrollo de un motor de turbina de gas no convencional en el que la relacion de compresion del compresor es mayor que la relacion de expansion de la turbina. El refrigerante reduce la potencia adicional requerida por el compresor adicional, por ejemplo, reduce la potencia requerida en aproximadamente 60 %.
Un sistema alternativo de celdas de combustible de oxido solido 110 de acuerdo con la presente invencion se muestra en la Figura 2 y el sistema de celdas de combustible de oxido solido 110 comprende una pila de celdas de combustible de oxido solido 12 y un motor de turbina de gas 14. El sistema de celdas de combustible de oxido solido 110 es sustancialmente el mismo que el sistema de celdas de combustible de oxido solido 10 mostrado en la Figura 1, y las partes analogas se designan con los mismos numeros.
El sistema de celdas de combustible de oxido solido 110 difiere del sistema de celdas de combustible de oxido solido 10 en que una tercera porcion del oxidante calentado se suministra desde el recuperador 72 a traves de una porcion 40D del conducto 40 y un conducto 104 a la turbina adicional 66 en lugar de disponer del compresor 24 para suministrar una porcion del oxidante directamente, sin pasar a traves del refrigerante 70, a traves de un conducto 41 a la turbina adicional 66. Asf, el recuperador 72 se dispone para suministrar una porcion del oxidante suministrado por el compresor adicional 64 al eyector de oxidante 60 y el recuperador 72 se dispone para suministrar una porcion del oxidante suministrado por el compresor adicional 64 a la turbina adicional 66.
Un sistema de celdas de combustible de oxido solido 210 de acuerdo con la presente invencion se muestra en la Figura 3 y el sistema de celdas de combustible de oxido solido 210 comprende una pila de celdas de combustible de oxido solido 12 y un motor de turbina de gas 14. El sistema de celdas de combustible de oxido solido 210 es sustancialmente el mismo que el sistema de celdas de combustible de oxido solido 10 mostrado en la Figura 1, y las partes analogas se designan con los mismos numeros.
El sistema de celdas de combustible de oxido solido 210 difiere del sistema de celdas de combustible de oxido solido 10 en que una porcion del oxidante enfriado se suministra desde el refrigerante 70 a traves de un conducto 106 a la turbina adicional 66 en lugar de disponer del compresor 24 para suministrar una porcion del oxidante directamente, sin pasar a traves del refrigerante 70, a traves de un conducto 41 a la turbina adicional 66. Asf, el refrigerante 70 se dispone para suministrar una porcion del oxidante suministrado por el compresor 24 al compresor adicional 64 y el refrigerante 70 se dispone para suministrar una porcion del oxidante suministrado por el compresor 24 a la turbina adicional 66.
Aunque la presente invencion se ha descrito con referencia a un refrigerante en la trayectoria de flujo para el oxidante entre el compresor adicional y el compresor y un recuperador en la trayectoria de flujo para los gases de escape de la turbina y en la trayectoria de flujo para el oxidante desde el compresor adicional hasta el eyector de oxidante la presente invencion pueden igualmente usarse sin el refrigerante, sin el recuperador o sin ambos del refrigerante y el recuperador.
Puede ser posible en cada una de las modalidades de la invencion si el suministro de combustible 22 es un suministro de un combustible de hidrocarburo, por ejemplo un alcano, un alqueno, un alcohol etc., por ejemplo metano, butano, propano, gas natural, etanol, etc., proporcionar un reformador de combustible en la segunda porcion 34B del conducto 34 que suministra combustible al distribuidor de combustible 30 y los anodos 20 de las celdas de combustible de oxido solido 16. El reformador de combustible puede disponerse para calentarse por el oxidante no usado que sale de los catodos 22 de las celdas de combustible de oxidante solido 16 por ejemplo en el distribuidor de recoleccion del oxidante 56 o el conducto 58 etc.
Puede ser posible en cada una de las modalidades de la invencion proporcionar un freno mecanico, un freno electrico o un generador electrico en el eje 68, el compresor adicional 64 o la turbina adicional 66 para controlar la velocidad de rotacion de la turbina adicional 66 y el compresor adicional 64.
Aunque la presente invencion se ha descrito con referencia a un eyector de oxidante, puede ser posible usar otro tipo de mezclador de oxidante que mezcla oxidante no usado suministrado desde el distribuidor de recoleccion de oxidante no usado con oxidante fresco suministrado por el compresor desde el suministro de oxidante. Aunque la presente invencion se ha descrito con referencia a un eyector adicional puede ser posible usar otro tipo de mezclador adicional. Aunque la presente invencion se ha descrito con referencia a un eyector de combustible puede ser posible con otro tipo de
mezclador de combustible que mezcla combustible no usado del distribuidor de recoleccion de combustible no usado con combustible fresco del suministro de combustible.

Claims (12)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    55
    60
    65
    REIVINDICACIONES
    1. Un sistema de celdas de combustible de oxido solido (10) comprende una pila de celdas de combustible de oxido solido (12) y un motor de turbina de gas (14), la pila de celdas de combustible de oxido solido (12) que comprende al menos una celda de combustible de oxido solido (16), cada celda de combustible de oxido solido (16) que comprende un electrolito (18), un anodo (20) y un catodo (22), el motor de turbina de gas (14) que comprende un compresor (24) y una turbina (26) dispuesta para accionar el compresor (24), el compresor (24) se dispone para suministrar oxidante al catodo (22) de la al menos una celda de combustible de oxido solido (16) a traves de un mezclador de oxidante (60), el mezclador de oxidante (60) que se dispone para suministrar una porcion del oxidante no usado desde el catodo (22) de la al menos una celda de combustible de oxido solido (16) de vuelta al catodo (22) de la al menos una celda de combustible de oxido solido (16) con el oxidante del compresor (24), caracterizado porque el sistema de celdas de combustible de oxido solido (10) comprende ademas un compresor adicional (64) y una turbina adicional (66) dispuesta para accionar el compresor adicional (64), el compresor adicional (24) que se dispone para suministrar oxidante al compresor adicional (64), el compresor adicional (64) que se dispone para suministrar oxidante al mezclador de oxidante (60) y la pila de celdas de combustible de oxido solido (12) que se dispone para suministrar gases de escape a la turbina (26), y porque el mezclador de oxidante (60) es un eyector de oxidante.
  2. 2. Un sistema de celdas de combustible de oxido solido como se reivindica en la reivindicacion 1 en donde el sistema de celdas de combustible de oxido solido (10) comprende ademas un refrigerante (70) y un recuperador (72), el compresor (24) que se dispone para suministrar oxidante a traves del refrigerante (70) al compresor adicional (64), el compresor adicional (64) que se dispone para suministrar oxidante al mezclador de oxidante (60) a traves del recuperador (72), la pila de celdas de combustible de oxido solido (12) que se dispone para suministrar gases de escape a la turbina (26) y la turbina (26) que se dispone para suministrar los gases de escape a traves del recuperador (72) para calentar el oxidante que fluye a traves del recuperador (72).
  3. 3. Un sistema de celdas de combustible de oxido solido como se reivindica en la reivindicacion 2 en donde el compresor (24) se dispone para suministrar una porcion del oxidante a traves del refrigerante (70) al compresor adicional (64) y el compresor (24) se dispone para suministrar una porcion del oxidante a la turbina adicional (66).
  4. 4. Un sistema de celdas de combustible de oxido solido como se reivindica en la reivindicacion 2 en donde el recuperador (72) se dispone para suministrar una porcion del oxidante suministrado por el compresor adicional (64) al mezclador de oxidante (60) y el recuperador (72) se dispone para suministrar una porcion del oxidante suministrado por el compresor adicional (64) a la turbina adicional (66).
  5. 5. Un sistema de celdas de combustible de oxido solido como se reivindica en la reivindicacion 2 en donde el refrigerante (70) se dispone para suministrar una porcion del oxidante suministrado por el compresor (24) al compresor adicional (64) y el refrigerante (70) se dispone para suministrar una porcion del oxidante suministrado por el compresor (24) a la turbina adicional (66).
  6. 6. Un sistema de celdas de combustible de oxido solido como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 en donde el catodo (22) de al menos una celda de combustible de oxido solido (16) se dispone para suministrar una porcion del oxidante no usado a una camara de combustion (52), el anodo (20) de al menos una celda de combustible de oxido solido (16) se dispone para suministrar una porcion del combustible no usado a la camara de combustion (52) y la camara de combustion (52) se dispone para suministrar al menos una porcion de los gases de escape de la camara de combustion (52) a la turbina (26).
  7. 7. Un sistema de celdas de combustible de oxido solido como se reivindica en la reivindicacion 6 en donde la camara de combustion (52) se dispone para suministrar una porcion los gases de escape de la camara de combustion (52) a la turbina (26).
  8. 8. Un sistema de celdas de combustible de oxido solido como se reivindica en la reivindicacion 7 en donde la camara de combustion (52) se dispone para suministrar la porcion de los gases de escape de la camara de combustion (52) a una primera trayectoria de flujo (86) a traves de un intercambiador de calor (82) y el mezclador de oxidante (60) se dispone para suministrar la porcion del oxidante no usado desde el catodo (22) de la al menos una celda de combustible de oxido solido (16) de vuelta al catodo (22) de la al menos una celda de combustible de oxido solido (16) con el oxidante desde el compresor (24) a traves de una segunda trayectoria de flujo (100) a traves del intercambiador de calor (82).
  9. 9. Un sistema de celdas de combustible de oxido solido como se reivindica en la reivindicacion 8 en donde el compresor adicional (64) se dispone para suministrar oxidante a un mezclador adicional (74) a traves del recuperador (72), la camara de combustion (52) se dispone para suministrar los gases de escape de la camara de combustion (52) al mezclador adicional (74), el mezclador adicional (74) se dispone para suministrar
    oxidante y los gases de escape de la camara de combustion (52) a la primera trayectoria de flujo (86) a traves del intercambiador de calor (82).
  10. 10. Un sistema de celdas de combustible de oxido solido como se reivindica en la reivindicacion 9 en donde el
    5 intercambiador de calor (82) se dispone para suministrar una primera porcion de los gases de escape de la
    camara de combustion (52) y el oxidante que dejan la primera trayectoria de flujo (86) a traves del intercambiador de calor (82) a la camara de combustion (52) y el intercambiador de calor (82) se dispone para suministrar una segunda porcion de los gases de escape de la camara de combustion (52) y el oxidante que dejan la primera trayectoria de flujo (86) a traves del intercambiador de calor (82) a la turbina (26).
    10
  11. 11. Un sistema de celdas de combustible de oxido solido como se reivindica en la reivindicacion 9 o la reivindicacion 10 en donde el mezclador adicional (74) es un eyector adicional.
  12. 12.
    15
    Un sistema de celdas de combustible de oxido solido como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 en donde el compresor adicional (64) es un ventilador o un soplador.
ES12756547.1T 2011-09-15 2012-08-30 Un sistema de celdas de combustible de óxido sólido Active ES2560017T3 (es)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1115925.8A GB2494666B (en) 2011-09-15 2011-09-15 A solid oxide fuel cell system
GB201115925 2011-09-15
PCT/GB2012/052118 WO2013038144A1 (en) 2011-09-15 2012-08-30 A solid oxide fuel cell system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2560017T3 true ES2560017T3 (es) 2016-02-17

Family

ID=44908597

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES12756547.1T Active ES2560017T3 (es) 2011-09-15 2012-08-30 Un sistema de celdas de combustible de óxido sólido

Country Status (11)

Country Link
US (1) US9666885B2 (es)
EP (1) EP2756536B1 (es)
KR (1) KR102038716B1 (es)
CN (1) CN103797630B (es)
AU (1) AU2012307145B2 (es)
CA (1) CA2843225A1 (es)
DK (1) DK2756536T3 (es)
ES (1) ES2560017T3 (es)
GB (1) GB2494666B (es)
SG (1) SG2014012314A (es)
WO (1) WO2013038144A1 (es)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2494667A (en) 2011-09-15 2013-03-20 Rolls Royce Fuel Cell Systems Ltd A solid oxide fuel cell system
GB2509926A (en) * 2013-01-17 2014-07-23 Intelligent Energy Ltd Compressor system for fuel cells
TWI506846B (zh) * 2014-04-09 2015-11-01 Inst Nuclear Energy Res Atomic Energy Council 緻密型固態氧化物燃料電池發電系統
JP6233520B2 (ja) * 2014-07-24 2017-11-29 日産自動車株式会社 燃料電池システム
US10658843B2 (en) 2017-05-24 2020-05-19 Rolls-Royce Plc DC coupled power electronics system for a fuel cell power system
US10680261B2 (en) * 2017-10-26 2020-06-09 Lg Electronics, Inc. Fuel cell systems with in-block reforming
US10724432B2 (en) 2017-11-07 2020-07-28 General Electric Company Integrated fuel cell and engine combustor assembly
ES2868303T3 (es) 2018-05-22 2021-10-21 Helmholtz Zentrum Geesthacht Sistema de circulación de gas para el transporte de calor
CN109950578B (zh) * 2019-03-26 2021-09-14 浙江吉利汽车研究院有限公司 一种冷启动系统及其控制方法
CN109931161B (zh) * 2019-04-10 2023-12-29 福赛尔科技集团有限公司 一种微管式固体氧化物燃料电池的联合发电系统及装置
DE102020208824A1 (de) * 2020-07-15 2022-01-20 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Wärmetauschersystem zum Betreiben eines Brennstoffzellen-Stacks
CN115036536B (zh) * 2022-08-12 2022-11-11 浙江飞旋科技有限公司 一种车载燃料电池系统

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62296371A (ja) 1986-06-16 1987-12-23 Toshiba Corp 燃料電池システム
JPH04169073A (ja) * 1990-10-31 1992-06-17 Kawasaki Heavy Ind Ltd 燃料電池の排熱回収方法及び装置
DE69123042T2 (de) * 1991-01-21 1997-06-05 Ishikawajima Harima Heavy Ind System zur Erzeugung von Energie unter Verwendung von Brennstoffzellen mit geschmolzenen Karbonaten
JPH0729587A (ja) 1993-07-12 1995-01-31 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 燃料電池発電装置
US5360679A (en) * 1993-08-20 1994-11-01 Ballard Power Systems Inc. Hydrocarbon fueled solid polymer fuel cell electric power generation system
US5413879A (en) * 1994-02-08 1995-05-09 Westinghouse Electric Corporation Integrated gas turbine solid oxide fuel cell system
US5678647A (en) 1994-09-07 1997-10-21 Westinghouse Electric Corporation Fuel cell powered propulsion system
US5968680A (en) 1997-09-10 1999-10-19 Alliedsignal, Inc. Hybrid electrical power system
US6255010B1 (en) * 1999-07-19 2001-07-03 Siemens Westinghouse Power Corporation Single module pressurized fuel cell turbine generator system
IL156674A0 (en) 2001-01-26 2004-01-04 Raytheon Co System and method for reading license plates
DE10120947A1 (de) 2001-04-22 2002-10-24 Daimler Chrysler Ag Brennstoffzellen-Luftversorgung
GB0121191D0 (en) 2001-08-31 2001-10-24 Innogy Plc A power generation apparatus
US7118818B2 (en) 2002-10-01 2006-10-10 Rolls-Royce Plc Solid oxide fuel cell system
JP4986623B2 (ja) 2003-06-09 2012-07-25 サン−ゴバン セラミックス アンド プラスティクス，インコーポレイティド 固体酸化物型の燃料電池スタック及び燃料電池システム
US20050042488A1 (en) 2003-08-19 2005-02-24 Quantum Technologies Transportable solid oxide fuel cell generator
CN100420082C (zh) 2003-09-29 2008-09-17 Utc燃料电池有限责任公司 用于平面固体氧化物燃料电池的依从堆
US7595124B2 (en) 2003-10-09 2009-09-29 General Electric Company Integrated fuel cell hybrid power plant with controlled oxidant flow for combustion of spent fuel
DE102004004914B4 (de) 2004-01-31 2006-11-23 Forschungszentrum Jülich GmbH Verfahren zur Erzeugung von Strom und Wärme
US20060010866A1 (en) * 2004-06-30 2006-01-19 General Electric Company Pressurized near-isothermal fuel cell - gas turbine hybrid system
US7709118B2 (en) * 2004-11-18 2010-05-04 Siemens Energy, Inc. Recuperated atmospheric SOFC/gas turbine hybrid cycle
US8691462B2 (en) * 2005-05-09 2014-04-08 Modine Manufacturing Company High temperature fuel cell system with integrated heat exchanger network
GB0521984D0 (en) 2005-10-28 2005-12-07 Rolls Royce Fuel Cell Systems Electrolysis
US7615304B2 (en) 2005-10-28 2009-11-10 General Electric Company SOFC systems to power a liquid or gas fuel pumping station
GB0524486D0 (en) 2005-12-01 2006-01-11 Rolls Royce Fuel Cell Systems An electrolysis apparatus
US7743861B2 (en) * 2006-01-06 2010-06-29 Delphi Technologies, Inc. Hybrid solid oxide fuel cell and gas turbine electric generating system using liquid oxygen
FR2902759B1 (fr) 2006-06-27 2008-10-24 Turbomeca Systeme de generation de puissance pour aeronef utilisant une pile a combustible
US7862938B2 (en) * 2007-02-05 2011-01-04 Fuelcell Energy, Inc. Integrated fuel cell and heat engine hybrid system for high efficiency power generation
WO2010089883A1 (ja) * 2009-02-06 2010-08-12 株式会社 日立製作所 ハイブリッド発電システム
EP2449229B1 (en) 2009-07-03 2017-04-26 École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) Hybrid cycle sofc - inverted gas turbine with co2 separation
GB201012775D0 (en) * 2010-07-30 2010-09-15 Rolls Royce Fuel Cell Systems Ltd A solid ovide fuel cell system
US9947953B2 (en) * 2011-03-28 2018-04-17 Colorado School Of Mines High efficiency, reversible flow battery system for energy storage
GB2494667A (en) 2011-09-15 2013-03-20 Rolls Royce Fuel Cell Systems Ltd A solid oxide fuel cell system

Also Published As

Publication number Publication date
AU2012307145A1 (en) 2014-02-20
AU2012307145B2 (en) 2017-02-23
KR102038716B1 (ko) 2019-10-30
GB2494666B (en) 2014-11-05
EP2756536B1 (en) 2016-01-06
GB2494666A (en) 2013-03-20
GB201115925D0 (en) 2011-10-26
SG2014012314A (en) 2014-06-27
WO2013038144A1 (en) 2013-03-21
CN103797630A (zh) 2014-05-14
DK2756536T3 (da) 2016-02-01
CA2843225A1 (en) 2013-03-21
US20140242483A1 (en) 2014-08-28
KR20140083981A (ko) 2014-07-04
CN103797630B (zh) 2016-08-17
US9666885B2 (en) 2017-05-30
EP2756536A1 (en) 2014-07-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2560017T3 (es) Un sistema de celdas de combustible de óxido sólido
US9570766B2 (en) Solid oxide fuel cell system
ES2637267T3 (es) Un sistema de celdas de combustible de óxido sólido
ES2287507T3 (es) Un sistema de celda de combustible de oxido solido.
JP2014530453A5 (es)
ES2501048T3 (es) Un sistema de celdas de combustible de óxido sólido y un método para operar un sistema de celdas de combustible de óxido sólido
JP2010510642A (ja) 高温燃料電池を具備するシステム
KR101300092B1 (ko) 연료전지용 공기공급장치 및 이를 포함하는 연료전지시스템
JP2012159212A (ja) 高湿分空気利用ガスタービンシステムの加湿構造
JP5645375B2 (ja) コンバインド発電システム