JP4786528B2 - 熱的に統合された燃料電池システム - Google Patents
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Description
1/2O2+2e-→O2- (1)
アノードにおいて、以下の発熱反応に従って酸素イオンは水素及び一酸化炭素と結合して水と二酸化炭素を形成し、これにより電子を放出する。
H2+O2-→H2O+2e- (2)
CO+O2-→CO2+2e- (3)
従って、熱的に統合された燃料電池システムに対する当該技術分野における必要性が存在する。
(a)i.燃料供給源、ii.蒸気発生用水熱交換器、iii.1次改質器、及びiv.放射燃料熱交換器を含む、スタックに改質油燃料を供給するための燃料供給組立体と、
(b)i.低温空気熱交換器、ii.高温空気熱交換器、及びiii.放射空気熱交換器を含む、スタックに空気を供給するための空気供給組立体と、
(c)燃料電池スタックからアノード排出流及びカソード排出流を受け、該排出流を燃焼させて燃焼流を生成するアフターバーナーと、
を備え、
(d)燃焼流が、1次改質器、高温空気熱交換器、水熱交換器及び低温空気熱交換器に熱エネルギーを供給し、
(e)放射空気熱交換器及び放射燃料熱交換器が各々、スタックからの放射熱エネルギーを受け取る。
(a)プロセス燃料供給源、水熱交換器、1次改質器、及び放射燃料熱交換器を含む改質油流を生成するための燃料供給組立体と、
(b)低温空気熱交換器、高温空気熱交換器、及び放射空気熱交換器を含む空気供給組立体と、
(c)燃料電池スタックから前記アノード排出流及びカソード排出流を受け、該排出流を燃焼させて燃焼流を生成するアフターバーナーと、
を備え、
(d)水熱交換器及び低温空気熱交換器が低温域において集められ、
(e)アフターバーナー、高温空気熱交換器、及び1次改質器が高温域において集められ、
(f)放射燃料熱交換器、放射空気熱交換器、及び燃料スタックがスタック域において集められているスタックを含む燃料電池システムを備えることができる。
(a)スタックに空気を供給するための空気供給源と、
(b)スタックに改質油燃料を供給するための燃料改質器を含む燃料供給源と、
(c)アノード排出流中で原燃料又は未使用燃料のいずれか、又はアノード排出流中で原燃料及び未使用燃料の両方を燃焼させるアフターバーナーと、
(d)アフターバーナーから空気供給源及び燃料供給源に熱を伝達させるためのアフターバーナー熱交換器と、
(e)主に放射によって燃料電池スタックから空気供給源及び燃料供給源に熱を伝達させるための放射熱交換器と、
を更に備える燃料電池システムを備えることができる。
本発明は、熱的に統合された燃料電池システムを提供する。本発明を説明する際に、本明細書に定義されない全ての用語は、一般的な技術認識下での意味を有する。
12 アフターバーナー
14A プロセス空気流の一部
14B プロセス空気流の第2部分
16 プロセス燃料流
Claims (21)
- アノード排出流及びカソード排出流を生成する燃料電池スタックを含む燃料電池システムであって、
(a)i.燃料供給源、ii.蒸気発生用水熱交換器、iii.1次改質器、及びiv.放射燃料熱交換器又は2次改質器を含む、前記スタックに改質油燃料を供給するための燃料供給組立体と、
(b)i.低温空気熱交換器、ii.高温空気熱交換器、及びiii.放射空気熱交換器を含む、前記スタックに空気を供給するための空気供給組立体と、
(c)前記燃料電池スタックから前記アノード排出流及び前記カソード排出流を受け、該排出流を燃焼させて燃焼流を生成するアフターバーナーと、
を備え、
(d)前記燃焼流が、前記1次改質器、前記高温空気熱交換器、前記水熱交換器及び前記低温空気熱交換器に熱エネルギーを供給し、
(e)前記放射空気熱交換器と前記放射燃料熱交換器又は前記2次改質器とが、各々、前記スタックに直接的に露出する大面積を有して、該スタックから最大量の放射熱エネルギーを取り込む、
ことを特徴とするシステム。 - 構成要件(a)(iv)が2次改質器である請求項1に記載のシステム。
- 改質油供給源、第1供給空気流、及び第2供給空気流を受けて、前記スタックに対して温度が均一化された改質流及び空気流を出力する均一化熱交換器を更に備える請求項1に記載のシステム。
- 前記アフターバーナーに関連付けられた起動ヒータを更に備え、該起動ヒータが、前記1次改質器、前記高温空気熱交換器、前記水熱交換器、及び、前記低音空気熱交換器を加熱する、請求項1に記載のシステム。
- スタック域にある前記スタックを外部から加熱するためのスタックヒータを更に備える請求項4に記載のシステム。
- 前記空気供給組立体が、前記高温空気熱交換器を通過する第1空気流と前記放射空気熱交換器を通る第2空気流とを備え、前記第1空気流と前記第2空気流が前記放射空気熱交換器から下流側で合流する、請求項1に記載のシステム。
- 前記空気供給組立体が、前記高温空気熱交換器及び前記放射空気熱交換器を直列に通過する空気流を含む請求項1に記載のシステム。
- 前記空気供給組立体が更に、前記高温空気熱交換器を通過しないバイパス空気流を含む請求項7に記載のシステム。
- 前記水熱交換器が蒸気を発生して、燃料と該蒸気を混合する請求項1に記載のシステム。
- スタックを含む燃料電池システムであって、
(a)プロセス燃料供給源、水熱交換器、1次改質器、及び放射燃料熱交換器を含む改質油流を生成するための燃料供給組立体と、
(b)低温空気熱交換器、高温空気熱交換器、及び放射空気熱交換器を含む空気供給組立体と、
(c)前記燃料電池スタックから前記アノード排出流及びカソード排出流を受け、該排出流を燃焼させて燃焼流を生成するアフターバーナーと、
を備え、
(d)前記水熱交換器及び低温空気熱交換器が低温域において集められ、
(e)前記アフターバーナー、高温空気熱交換器、及び1次改質器が高温域において集められ、
(f)前記放射燃料熱交換器、放射空気熱交換器、及び燃料スタックがスタック域において集められていることを特徴とするシステム。 - 前記高温域が前記低温域及びスタック域の各々と当接しているが、熱的に隔離されている請求項10に記載の燃料電池システム。
- 前記スタックを囲むスタック室を更に備え、前記スタック室が前記放射燃料熱交換器及び前記放射空気熱交換器によって全体的又は部分的に形成されている、請求項11に記載の燃料電池システム。
- 前記放射燃料熱交換器が2次改質器を含む請求項12に記載の燃料電池システム。
- 前記スタック室を加熱するためのスタック室ヒータを更に備える請求項12に記載の燃料電池システム。
- 前記放射空気熱交換器が、隔離層によって隔てられた少なくとも2つの平面空気流チャンバを有する少なくとも1つの平面部分を含む請求項10に記載の燃料電池システム。
- 前記放射熱交換器が内部、中間、及び外部平面空気流チャンバを含み、前記隔離層が前記内部空気流チャンバと前記中間空気流チャンバとを隔てている請求項15に記載の燃料電池システム。
- 前記アフターバーナーが、前記アノード排出流中で原燃料又は未使用燃料のいずれか、又は、前記アノード排出流中で原燃料及び未使用燃料の両方を燃焼する、請求項1に記載のシステム。
- 前記アフターバーナーから前記空気供給源及び前記燃料供給源に熱を伝達させるためのアフターバーナー熱交換器、をさらに具備する、請求項17に記載のシステム。
- 前記空気供給源が、前記アフターバーナー熱交換器から熱を受け取る第1空気流と、前記放射熱交換器から熱を受け取る第2空気流とを含み、前記第1空気流及び前記第2空気流が前記アフターバーナー熱交換器及び前記放射熱交換器から下流側の地点で合流する、請求項18に記載のシステム。
- 前記空気供給源が前記アフターバーナー熱交換器を通過した後に前記放射熱交換器を通過し、前記燃料供給源が前記アフターバーナー熱交換器を通過した後に前記放射熱交換器を通過する、請求項18に記載のシステム。
- 前記2次改質器及び前記放射空気熱交換器が前記スタックの周りに筐体を定め、
前記放射空気熱交換器が前記筐体の3つの側部を形成し、
前記2次改質器又は放射燃料熱交換器が前記筐体の1つの側部を形成する、請求項1に記載のシステム。
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