TW202332109A - 電化學系統和使用滑架安裝該系統的方法 - Google Patents
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Abstract
一種電化學系統包含燃料電池或電解槽模組及支撐該等模組之一滑架。
Description
本發明大體上係關於電化學系統(諸如燃料電池系統及電解槽系統)及使用一滑架安裝其等之方法。
快速及廉價安裝可有助於增加電化學系統(諸如燃料電池系統及電解槽系統)之普及。通常需要為管道及電線挖溝之現場澆築之定製設計混凝土襯墊之安裝成本可變得令人望而卻步。在大多數場地之情況下,安裝時間亦係一問題,此係因為混凝土澆築及溝槽通常需要一或多個建築執照及建築檢查員檢視。
此外,固定式燃料電池及/或電解槽系統可安裝在其中房地產成本相當高或可用空間有限之位置(例如,一裝載碼頭、一狹窄小巷或建築之間之空間等)中。系統安裝應具有可用空間之一較高利用率。當經由門及類似物接取系統需要大量間隔空間時,安裝房地產成本顯著增加。
當待安裝在一場地上之燃料電池及/或電解槽系統之數目增加時,通常出現之一個問題係需要此等系統之間之間隔空間(以容許維護一個單元或另一單元)。就其被燃料電池系統之客戶使用之潛力而言,系統之間之空間被丟失。
在一些燃料電池及/或電解槽系統設計之情況下,藉由增加一體式系統設計之總容量來解決此等問題。然而,隨著所需混凝土襯墊之大小及重量增加,此產生新挑戰。因此,此策略傾向於增加系統安裝時間。此外,隨著系統之最小大小增加,設計之容錯性降低。
此等系統之燃料電池及/或電解槽堆疊或柱通常定位於熱箱(即,熱絕緣容器)中。現有大型固定式燃料電池系統之熱箱容置在機櫃、外殼或殼體中。術語機櫃、殼體及外殼在本文中可互換地使用。機櫃通常由金屬製成。金屬塗繪有汽車或工業粉末塗料,其易具有刮傷、凹陷及腐蝕。大多數此等機櫃類似於當前工業HVAC設備機櫃。
在一項實施例中,一種電化學系統(諸如一燃料電池電力系統或一電解槽氫氣產生系統)包含:一滑架,其包含一甲板及連接至且支撐該甲板之至少一個底座;及複數個模組,其等包括定位於該滑架之該甲板上之至少一個電化學模組。
在另一實施例中,一種安裝一電化學系統之方法包含:在一滑架上提供包括至少一個電化學模組之複數個模組;將其上安置該複數個模組之該滑架運輸至一安裝場地;及在該安裝場地將至少一個公用線路提供至該電化學系統。
在另一實施例中,一種用於一滑架安裝式電化學系統之銜接站包含:一外殼,其將至少一個公用設施短截線容納在該外殼之一內部;及至少一個開口,其在該外殼之一表面中,可透過該至少一個開口進行該至少一個公用設施短截線與一滑架安裝式電化學系統之間之至少一個公用連接件。
應理解,前文概述及下列詳細描述兩者皆僅為例示性及說明性的且不限制所主張之本發明。
參考圖1,展示根據一例示性實施例之一燃料電池系統10。燃料電池系統10可具有一模組化系統佈局。燃料電池系統10可含有在2007年1月22日申請之美國專利申請案第11/656,006號及2014年3月13日申請之美國專利申請案第14/208,190號(該等案之全部內容以引用的方式併入本文中)中描述之模組及組件。燃料電池系統10之一模組化設計可提供靈活系統安裝及操作。模組容許使用一單一設計集擴展安裝產生容量、可靠電力產生、燃料處理之靈活性以及電力輸出電壓及頻率之靈活性。模組化設計導致具有非常高可用性及可靠性之一「始終開啟」單元。此設計亦提供一容易擴展手段且滿足消費者之安裝之特定要求。模組化設計亦容許使用可用燃料及所需電壓及頻率,其等可隨著消費者及/或地理區域而變化。在其他實施例中,燃料電池系統10可包含一單一系統佈局(亦稱為一「經典」系統佈局)而非一模組化系統佈局。
圖1中展示之模組化燃料電池系統10包含一外殼14,其中安置至少一個(較佳地,多於一個或複數個)電力模組12、一或多個燃料處理模組16及一或多個電力調節(即,電輸出)模組18。在實施例中,電力調節模組18經組態以遞送直流電(DC)。在替代實施例中,電力調節模組18經組態以遞送交流電(AC)。在此等實施例中,電力調節模組18包含將DC轉換為AC之一機構,諸如一變流器。例如,系統10可包含任何所要數目個模組,諸如2至30個電力模組,例如,3至12個電力模組,諸如6至12個模組。
圖1之系統10包含一襯墊20上之六個電力模組12 (並排堆疊之一列六個模組)、一個燃料處理模組16及一個電力調節模組18。在一些實施例中,襯墊20可包含由一混凝土或類似結構材料形成之一基座212 (在圖3A中展示),該基座212可經組態用於將燃料電池系統10永久安裝在一場地。在下文進一步詳細描述之其他實施例中,電力模組12、燃料處理模組16及電力調節模組18可安置在具有一上表面(即,一甲板)之一滑架上,該滑架靠置在連接至甲板之底座(例如,金屬軌道)上。滑架可經組態以能夠快速部署及/或臨時部署燃料電池系統10,且可減少安裝成本及循環時間。
外殼14可包含用於容置各模組12、16、18之一機櫃。替代地,如下文將更詳細描述,模組16及18可安置在一單一機櫃中。雖然展示一列電力模組12,但系統可包括多於一列模組12。例如,系統10可包括背靠背/端對端配置之兩列電力模組18。
各電力模組12經組態以容置一或多個熱箱13。各熱箱含有燃料電池之一或多個堆疊或行(為清楚起見未展示),諸如具有被導電互連板分離之一陶瓷氧化物電解質之固態氧化物燃料電池之一或多個堆疊或行。亦可使用其他燃料電池類型,諸如PEM、熔融碳酸鹽、磷酸等等。
燃料電池堆疊可包括外部及/或內部歧管化堆疊。例如,堆疊可針對燃料及空氣內部歧管化,其中燃料及空氣立管延伸穿過燃料電池層中及/或燃料電池之間之互連板中之開口。
替代地,燃料電池堆疊可針對燃料內部歧管化且可針對空氣外部歧管化,其中僅燃料入口及廢氣立管延伸穿過燃料電池層中及/或燃料電池之間之互連板中之開口,如美國專利第7,713,649號中描述,該案之全部內容以引用的方式併入本文中。燃料電池可具有一交叉流(其中空氣及燃料在各燃料電池中之電解質之相對側上大致垂直於彼此而流動)、逆流平行(其中空氣及燃料在各燃料電池中之電解質之相對側上大致平行於彼此但在相反方向上流動)或同向流動平行(其中空氣及燃料在各燃料電池中之電解質之相對側上大致平行於彼此在相同方向上流動)組態。
模組化燃料電池系統10亦含有至少一個燃料處理模組16。燃料處理模組16包含用於燃料預處理之組件,諸如吸附床(例如,脫硫劑及/或其他雜質吸附)床。燃料處理模組16可經設計以處理一特定類型之燃料。例如,系統可包含可在相同或單獨機櫃中提供之一柴油燃料處理模組、一天然氣燃料處理模組及一乙醇燃料處理模組。可在各模組中提供針對一特定燃料客製化之一不同床組成。該(等)處理模組16可處理以下燃料之至少一者:選自從一管線提供之天然氣、壓縮天然氣、甲烷、丙烷、液態石油氣、汽油、柴油、家用燃料油、煤油、JP-5、JP-8、航空燃料、氫氣、氨氣、乙醇、甲醇、合成氣體、生物氣體、生物柴油及其他合適碳氫化合物或含氫燃料。視需要,燃料處理模組16可包含一重組器17。替代地,若期望將重組器17與(若干)燃料電池堆疊熱整合,則一單獨重組器17可定位於一各自電力模組12中之各熱箱13中。此外,若使用內部重組燃料電池,則一外部重組器17可被完全省略。
電力調節模組18可包含用於將燃料電池堆疊產生之DC電力轉換為AC電力之組件(例如,在美國專利第7,705,490號中描述之DC/DC及DC/AC轉換器,該案之全部內容以引用的方式併入本文中)、用於將AC電力輸出至電網之電連接器、用於管理電瞬變之電路、一系統控制器(例如,一電腦或專用控制邏輯器件或電路)。電力調節模組18可經設計以將來自燃料電池模組之DC電力轉換為不同AC電壓及頻率。可提供208 V、60 Hz;480 V、60 Hz;415 V、 50 Hz及其他常見電壓及頻率之設計。
燃料處理模組16及電力調節模組18可容置在外殼14之一個機櫃中。若提供一單一輸入/輸出機櫃,則模組16及18可垂直(例如,電力調節模組18組件在燃料處理模組16脫硫劑罐/床上方)或並排定位於機櫃中。
如在圖1中之一個例示性實施例中展示,針對一列六個電力模組12提供一個機櫃,該六個電力模組100線性地並排配置在輸入/輸出模組16/18之一個側上。該列模組可例如相鄰於系統為其提供電力之一建築定位(例如,其中模組之機櫃之後部面向建築牆體)。雖然展示一列電力模組12,但系統可包括多於一列模組12。例如,如上文提及,系統可包括背靠背堆疊之兩列電力模組。
電力模組12之線性陣列易於擴展。例如,可取決於由燃料電池系統10服務之建築或其他設施之電力需求提供更多或更少電力模組12。亦可按其他比率提供電力模組12及輸入/輸出模組16/18。例如,在其他例示性實施例中,可相鄰於輸入/輸出模組16/18提供更多或更少電力模組12。此外,支援功能可由多於一個輸入/輸出模組16/18 (例如,具有一單獨燃料處理模組16及電力調節模組18機櫃)來伺服。另外,雖然在較佳實施例中,輸入/輸出模組16/18位於該列電力模組12之端部,但其亦可定位於一列電力模組12之中心。
模組化燃料電池系統10可以方便系統10之組件之維修之一方式組態。全部常規或高度維修之組件(諸如消耗性組件)可放置在一單一模組中以減少維修人員所需之時間量。例如,用於一天然氣燃料系統之一沖洗氣(選用)及脫硫劑材料可放置在一單一模組(例如,一燃料處理模組16或一經組合輸入/輸出模組16/18機櫃)中。此將為常規維護期間接取之唯一模組機櫃。因此,可維修、修理或從系統移除各模組12、16及18而無需打開其他模組機櫃且無需維修、修理或移除其他模組。
例如,如上文描述,系統10可包含多個電力模組12。當至少一個電力模組12離線時(例如,未藉由離線模組12中之熱箱13中之堆疊產生電力),其餘電力模組12、燃料處理模組16及電力調節模組18 (或經組合輸入/輸出模組16/18)未離線。此外,燃料電池系統10可含有各類型之模組12、16或18之多於一者。當一特定類型之至少一個模組離線時,相同類型之其餘模組未離線。
因此,在包括複數個模組之一系統中,模組12、16或18之各者可斷開電連接、從燃料電池系統10移除及/或維修或修理而無需停止系統中之其他模組之一操作,從而容許燃料電池系統繼續產生電力。若一個熱箱13中之燃料電池之一個堆疊發生故障或出於維修目的而離線,則無需關閉整個燃料電池系統10。
圖2繪示根據本發明之各種實施例之一模組化燃料電池系統200之俯視平面圖。燃料電池系統200類似於圖1之燃料電池系統10。因而,類似元件符號用於類似元件,且將僅詳細描述其等之間之差異。
參考圖2,系統200包含安置在一襯墊210上之電力模組12、一電力調節模組18及一燃料處理模組16。系統200可包含門30以接取模組12、16、18。系統200可進一步包含裝飾門30A。
電力模組12可安置成一背靠背組態。特定言之,電力模組12可安置成平行列,且燃料處理模組16及電力調節模組可安置在列之端部。因此,系統200具有一整體矩形組態,且可在長度上短於其他系統,諸如圖1之系統10。因而,系統200可安置在空間長度係一問題之位置中。例如,系統200可裝配在相鄰於將被提供電力之一建築之一停車格中。
雖然系統200被展示為包含兩列三個電力模組12,但本發明不限於任何特定數目個電力模組12。例如,在一些實施例中,系統200可包含2至30個電力模組12、4至12個電力模組12或6至12個電力模組12。換言之,系統200可包含任何所要數目個電力模組12,其中電力模組12安置成一背靠背組態。另外,燃料處理模組16及電力調節模組18之位置可顛倒,及/或模組16、18可安置在系統200之任一端部上。
圖3A繪示襯墊210之一示意性俯視圖。圖3B繪示襯墊210之一透視圖,且圖3C繪示包含一邊緣蓋之襯墊210之一透視圖。
參考圖3A至圖3C,襯墊210包含一基座212。基座212可由一混凝土或類似材料形成。替代地,基座212可由任何其他適合結構材料製成,諸如鋼或另一金屬,且可預鑄為一單一主體或可分段鑄造。可藉由將基座材料鑄造在一圖案化模具中,從模具移除鑄造基座212,且接著將基座212從模具之位置(例如,在一基座製造設施中)運輸至燃料電池系統之操作場地(即,燃料電池系統將定位於此處以產生電力)來製成基座212。基座212可經組態為一單一件,或可包含多個經連接區段。
基座212可包含第一及第二通孔214、216、一排水凹槽218、一佈線凹槽220及一管道凹槽222。基座212亦可包含繫縛凹穴224、繫縛嵌件226及管道支架228。
排水凹槽218可沿著基座212之中間在該等列模組之間延伸,且可經組態以收集例如收集在基座212上之雨水或碎屑。繫縛凹穴224及繫縛嵌件226可經組態以將對應模組固定至基座212。管道凹槽222可圍繞基座212之周邊延伸。特定言之,管道凹槽222可沿著基座212之三個或更多個邊緣形成。佈線凹槽220可從第一通孔214延伸至第二通孔216,且可為大體上U形。
襯墊210亦可包含管道230、佈線232及一系統電連接,諸如一匯流條234。特定言之,佈線232可安置在佈線凹槽220中,且可連接至模組之一或多者。例如,佈線232可連接至匯流條234及電力模組12之各者。匯流條234可連接至電力調節模組18。電力調節模組18可透過第二通孔216連接至一外部負載。匯流條234可安置在通孔216之一邊緣上,使得佈線232未延伸跨過通孔216。然而,匯流條234可安置在通孔216之一相對側上,使得佈線232延伸跨過通孔216 (若需要此一位置來滿足系統要求)。
管道230可安置在管道凹槽222中。管道230可經由第一通孔214連接至一外部水源及/或燃料源,且可附接至管道支架228。特定言之,管道230可包含將燃料處理模組16連接至電力模組12之一燃料管230A。管道230亦可包含經組態以將水提供至電力模組12之一水管230B。管道230可在管道支架228之間延伸至電力模組12。
如圖3C中展示,管道230可被一邊緣蓋236覆蓋。特定言之,邊緣蓋236可經組態以覆蓋管道凹槽222。在一些實施例中,邊緣蓋236可包含數個片段,使得可在逐件基礎上移除及/或安裝邊緣蓋236。
圖3D繪示根據本發明之各種實施例之一襯墊211之一透視圖。襯墊211係圖2之燃料電池系統之襯墊210之一替代形式,其代替襯墊210。因此,將僅詳細描述襯墊210、211之間之差異。
參考圖3D,襯墊211包含佈線233,但不包含一匯流條。特定言之,佈線233可呈經組態以將各電力模組12附接至電力調節模組18之電纜之形式,且系統電連接可包括一電纜總成輸入或輸出237。
圖4A繪示根據本發明之各種實施例之一模組化燃料電池系統之一透視圖。圖4B繪示系統400之俯視平面圖。圖4C繪示圖4A之一襯墊410之一示意圖。燃料電池系統400包含類似於圖1之燃料電池系統10之組件。因而,類似元件符號用於類似元件,且將僅詳細描述其等之間之差異。
參考圖4A至圖4C,系統400包含安置在一襯墊410上之電力模組12、一電力調節模組18及一燃料處理模組16。系統400可包含門30以接取模組12、16、18。系統400可進一步包含裝飾門30A。
電力模組12可安置成一線性組態。特定言之,電力模組12可安置成一列,且燃料處理模組16及電力調節模組18可安置在該列之一端部處。根據一些實施例,燃料處理模組16及電力調節模組18可安置在該列之中間。因此,系統400具有一整體線性組態,且可裝配至具有線性空間但寬度有限之位置中。此一位置之一實例可為在一大賣場後面。
雖然系統400經展示以包含一列六個電力模組12,但本發明不限於任何特定數目個電力模組12。例如,在一些實施例中,系統400可包含2至30個電力模組12、4至12個電力模組12或6至12個電力模組12。換言之,系統500可包含任何所要數目個電力模組12,其中模組12、16、18安置成一線性組態。
襯墊410包含一基座412。基座412可包含第一及第二通孔214、216。基座412亦可包含一佈線凹槽及一管道凹槽,如下文關於圖10論述。基座412可由一混凝土或類似材料形成。替代地,基座412可由任何其他適合結構材料製成,諸如鋼或另一金屬,且可預鑄為一單一主體或可分段鑄造。可藉由將基座材料鑄造至一圖案化模具中,從模具移除鑄造基座412,且接著將基座412從模具之位置(例如,在一基座製造設施中)運輸至燃料電池系統之操作場地(即,燃料電池系統將定位於此處以產生電力)來製成基座412。
襯墊410亦可包含管道230 (例如,水管230A及燃料管230B)、佈線232及一系統匯流條234。特定言之,佈線232可安置在一實質上線性佈線凹槽中,且可連接至模組之一或多者。例如,佈線232可連接至匯流條234及電力模組12之各者。匯流條234可連接至電力調節模組18。電力調節模組18可透過第二通孔216連接至一外部負載。匯流條234可安置在第二通孔216之一邊緣上,使得佈線232未延伸穿過第二通孔216。然而,匯流條234可安置在第二通孔216之一相對側上,使得佈線232延伸穿過第二通孔216 (若需要此一位置來滿足系統要求)。
根據一些實施例,管道230及佈線232可相鄰於門30安置,以便促進將門30連接至模組12、16、18。換言之,管道230及佈線232可相鄰於基座412之一邊緣安置。根據一些實施例,佈線232可呈電纜之形式,類似於圖3D中展示之電纜,且匯流條234可被省略。
圖5A繪示根據本發明之各種實施例之一模組化燃料電池系統500之一俯視平面圖。圖5B繪示圖5A之一襯墊510之一示意圖。燃料電池系統500包含類似於燃料電池系統200之組件。因而,類似元件符號用於類似元件,且將僅詳細描述其等之間之差異。
參考圖5A及圖5B,系統500包含安置在一襯墊510上之電力模組12、一電力調節模組18及一燃料處理模組16。系統500可包含門30以接取模組12、16、18。系統500可進一步包含裝飾門30A。
電力模組12可安置成一L形組態。特定言之,電力模組12可安置成一第一列,且燃料處理模組16、電力調節模組18及額外電力模組12可安置成實質上正交於第一列之一第二列。特定言之,模組16、18可安置在第二列之一遠端處。因此,系統500可經組態以在具有線性空間但寬度有限之位置中操作。此一位置之一實例可為在一大商店後面。
雖然系統500經展示以包含一列六個電力模組12,但本發明不限於任何特定數目個電力模組12。例如,在一些實施例中,系統500可包含2至30個電力模組12、4至12個電力模組12或6至12個電力模組12。換言之,系統500可包含任何所要數目個電力模組12,其中模組12、16、18安置成一正交組態。
襯墊510包含一基座512。基座512可包含第一及第二通孔214、216、一佈線凹槽及一管道凹槽。基座512可由一混凝土或類似材料形成。基座512可預鑄為一單一主體或可分段鑄造。例如,基座512可包含一第一區段512A及一第二區段512B,其等可為預鑄的且接著在一操作位置處彼此相鄰安置。區段512A及512B之間之劃分由虛線L展示。第一列模組可安置在第一區段512A上,且第二列模組可安置在第二區段512B上。
襯墊510亦可包含管道230 (例如,水管道230A及燃料管道230B)、佈線232及一系統匯流條234。特定言之,佈線232可安置在一佈線凹槽中,且可連接至模組之一或多者。例如,佈線232可連接至匯流條234及電力模組12之各者。匯流條234可連接至電力調節模組18。電力調節模組18可透過第二通孔216連接至一外部負載。
根據一些實施例,管道230及佈線232可相鄰於門30安置,以便促進將門30連接至模組12、16、18。換言之,管道230及佈線232可相鄰於基座512之邊緣安置。根據一些實施例,佈線232可呈電纜之形式,類似於圖3D中展示之電纜,且匯流條234可被省略。
圖5C繪示根據本發明之各種實施例之一模組化燃料電池系統550之一俯視平面圖。圖5D繪示圖5C之一襯墊560之一示意圖。燃料電池系統550包含類似於燃料電池系統500之組件。因而,類似元件符號用於類似元件,且將僅詳細描述其等之間之差異。
參考圖5C及圖5D,系統550包含安置在一襯墊560上之電力模組12、一電力調節模組18及一燃料處理模組16。電力模組12可安置成一第一列,且燃料處理模組16及電力調節模組18可安置成大體上正交於第一列之一第二列。因而,系統550可為大體上L形。襯墊560可包含由虛線L分開之第一及第二區段560A及560B。然而,襯墊560可由一單件材料形成。第一列模組可安置在第一區段560A上,且第二列模組可安置在第二區段560B上。
襯墊560亦可包含管道230 (例如,水管道230A及燃料管道230B)、佈線232、一第一通孔214、一第二通孔216及一系統匯流條234。特定言之,佈線232可安置在一佈線凹槽中,且可連接至模組之一或多者。例如,佈線232可連接至匯流條234及電力模組12之各者。匯流條234可連接至電力調節模組18。電力調節模組18可透過第二通孔216連接至一外部負載。
根據一些實施例,管道230及佈線232可相鄰於門30安置,以便促進將門30連接至模組12、16、18。換言之,管道230及佈線232可相鄰於襯墊560之邊緣安置。根據一些實施例,佈線232可呈電纜之形式,類似於圖3D中展示之電纜,且匯流條234可被省略。
圖6A繪示根據本發明之各種實施例之一模組化燃料電池系統600之一俯視平面圖。圖6B繪示圖6A之一襯墊610之一示意圖。燃料電池系統600包含類似於燃料電池系統500之組件。因而,類似元件符號用於類似元件,且將僅詳細描述其等之間之差異。
參考圖6A及圖6B,系統600包含安置在一襯墊610上之電力模組12、一電力調節模組18及一燃料處理模組16。系統600可包含門30以接取模組12、16、18。系統600可進一步包含裝飾門30A。
電力模組12可安置成一L形組態。特定言之,電力模組12可安置成一第一列,且燃料處理模組16、電力調節模組18及額外電力模組12可安置成實質上正交於第一列之一第二列。特定言之,模組16、18可安置在第二列之一遠端處。
與系統500相比,系統600包含安置在第一及第二列之間之一虛設區段630。虛設區段630可為襯墊610之不包含一模組之一部分。管道230及佈線232可路由通過虛設區段630,且可沿著襯墊610之一邊緣延伸。
襯墊610可包含一第一區段612A及一第二區段612B,其等由虛設區段630分開。在一些實施例中,虛設區段630可為襯墊610之一單獨區段,或可為第一及第二區段612A、612B之任一者之一部分。在一些實施例中,一空機櫃可安置在虛設區段630上。第一列模組可安置在第一區段612A上,且第二列模組可安置在第二區段612B上。
圖7A繪示根據本發明之各種實施例之一模組化燃料電池系統700之一俯視平面圖。圖7B繪示圖7A之一襯墊710之一示意圖。燃料電池系統700包含類似於燃料電池系統500之組件。因而,類似元件符號用於類似元件,且將僅詳細描述其等之間之差異。
參考圖7A及圖7B,系統700包含安置在一襯墊710上之電力模組12、一電力調節模組18及一燃料處理模組16。系統700可包含門30以接取模組12、16、18。系統700可進一步包含裝飾門30A。
電力模組12可安置成一階梯組態。特定言之,電力模組12可安置成一第一列、實質上正交於第一列之一第二列及實質上正交於第二列之一第三列。燃料處理模組16及電力調節模組18可安置在第三列之一遠端處。然而,根據一些實施例,燃料處理模組16及電力調節模組18可安置在第一列或第二列中。
系統700包含第一及第二列之間之一虛設區段730。虛設區段730可為襯墊710之不包含一模組之一部分。在一些實施例中,一空機櫃可安置在虛設區段730上。管道230及佈線232可路由通過虛設區段730,且可沿著襯墊710之一邊緣延伸。
襯墊710可包含一第一區段712A、一第二區段712B及一第三區段712C。第一及第二區段712A、712B可由線L分開。第二及第三區段712B、712C可由虛設區段730分開。在一些實施例中,虛設區段730可為襯墊710之一單獨片段,或可為第二及第三區段712B、712C之任一者之一部分。第一列模組可安置在第一區段712A上,第二列模組可安置在第二區段712B上,且第三列模組可安置在第三區段712B上。襯墊710亦可包含經組態以連接第一及第二區段712A、712B之佈線232之一第二系統匯流條235。
圖8繪示根據本發明之各種實施例之模組化襯墊區段800之一透視圖。參考圖8,襯墊區段800可用作上文描述之襯墊之任何區段。襯墊區段800可為矩形的,例如,襯墊區段800可具有兩個實質上平行長側及在其等之間延伸之兩個實質上平行短側。
襯墊區段800可包含一第一凸台802、一第二凸台804、一第三凸台806、管道支架828、一佈線凹槽820、連接凹槽822及一管道凹槽824,其等可形成在襯墊區段800之一上表面上。第一凸台802可安置在第二及第三凸台804、806之間。第二凸台804可具有大於第三凸台806之一表面積。例如,第二凸台804及第三凸台806可具有實質上相同寬度,但第二凸台804可長於第三凸台806。第一凸台802可具有大於第二或第三凸台804、806之一表面積。佈線凹槽820之安置在第三凸台806與相鄰管道支架828之間之一部分820A可被擴大,例如,擴大部分820A可寬於佈線凹槽820之其餘部分。根據一些實施例,可在擴大部分820A中形成一通孔216。
佈線凹槽820可安置在凸台802、804、806與管道支架828之間。凸台802、804、806可包含經組態以固定安置在其上之模組之繫縛凹穴826。管道支架828可安置成一第一列,且凸台802、804、806可安置成實質上平行於第一列之一第二列。
取決於使用襯墊區段建構之一襯墊之形狀,可僅在襯墊區段800之兩個或三個側/邊緣上形成管道凹槽824。例如,若襯墊區段800將在具有L形或線性組態之一燃料電池系統中使用,則管道凹槽824可沿著襯墊區段800之一長側及一個短側延伸。在替代方案中,若襯墊區段800將在具有一矩形組態之一燃料電池系統中使用,則管道凹槽824可沿著襯墊區段800之一長側及兩個短側延伸。
一邊緣蓋832可安置在管道凹槽822中。襯墊區段800可經預鑄、遞送,且接著組裝在具有一或多個其他襯墊區段800之場地上。
圖9A及圖9B繪示根據本發明之各種實施例之一模組化襯墊215之透視圖。襯墊215可用作燃料電池系統200之襯墊210。參考圖9A及圖9B,襯墊215包含彼此相鄰安置之兩個襯墊區段800。特定言之,襯墊區段800可彼此齊平地安置,及/或可彼此實體連接。
特定言之,各襯墊區段800可經組態,使得當區段800被組裝時,連接凹槽822及管道凹槽824分別彼此對準,如圖9A及圖9B中展示。換言之,當襯墊區段800彼此對準時,相鄰襯墊區段800之連接凹槽822可形成連續凹槽,且兩個相鄰襯墊區段800之管道凹槽824可形成一連續管道凹槽。另外,襯墊區段800可經對準,使得第二凸台804與第三凸台806對準(接觸),且第一凸台802彼此對準(接觸)。換言之,一第一襯墊區段800之一長側經安置以與一第二襯墊區段800之一長側接觸(相對於相同第一襯墊區段旋轉180度)。可在襯墊區段800中形成一或多個通孔216,以便容許管道及/或佈線之路由。特定言之,可在佈線凹槽820之擴大部分820A中形成一通孔216。
圖10繪示根據本發明之各種實施例之一模組化襯墊415之一透視圖。襯墊415可為一線性襯墊,其可替代圖4A及圖4B之線性襯墊410。參考圖10,襯墊415包含縱向對準在一起之兩個襯墊區段800。特定言之,一個襯墊區段800之第三凸台806相鄰於另一襯墊區段800之第二凸台804安置。換言之,襯墊區段800之一者之一短側可經安置以與另一襯墊區段800之一短側接觸。因而,襯墊區段800之佈線凹槽820及管道凹槽824可分別彼此對準(連續)。特定言之,佈線凹槽820可經對準以形成一實質上連續且線性佈線凹槽。
圖11繪示根據本發明之各種實施例之一模組化襯墊615。襯墊615可替代圖6B之襯墊610。
參考圖11,襯墊615包含正交對準在一起之兩個襯墊區段800。特定言之,一個襯墊區段800之第三凸台806相鄰於另一襯墊區段800之第一凸台802安置。因而,佈線凹槽820可藉由連接凹槽822之一者連接,且襯墊區段800之管道凹槽824可分別彼此對準(連續)。換言之,一個襯墊區段800之一短側可經安置以與另一襯墊區段800之一長側接觸。
一額外襯墊區段800可與上文襯墊區段800之一者對準,使得可形成一階梯形襯墊,諸如圖7B之襯墊710。換言之,可使用襯墊區段800之一者形成各區段712A、712B、712C。
圖12繪示根據本發明之各種實施例之一模組化襯墊415A。襯墊415A可替代圖4A及4B之襯墊410。
參考圖12,襯墊415A包含兩個模組化襯墊區段900。襯墊區段900類似於襯墊區段800,因此將僅詳細論述其等之間之差異。
特定言之,襯墊區段900各自包含安置在第一凸台804之相對側上(襯墊區段900之一上表面上)之一第一凸台802及第二凸台808。第二凸台808可具有相同大小及形狀。因此,襯墊區段900可橫向對稱,此並非襯墊區段800之情況,因為襯墊區段800包含具有不同大小之第二及第三凸台804及806。襯墊區段900可以類似於襯墊415中之襯墊區段800之一方式對準在一起,如上文論述。
圖13A及圖13B繪示根據本發明之各種實施例之一燃料電池系統之一襯墊1000之透視圖。
參考圖13A及圖13B,襯墊1000可併入至上文燃料電池系統之任一者中。襯墊1000包含基座1010、一隔板1012及框架1014。基座1010可由混凝土或類似材料形成,如上文描述。特定言之,基座1010可在場地上鑄造,或可預鑄為一或多個區段且接著在場地上組裝。
隔板1012可安置在基座1010之一上表面上,且可由金屬薄片或其他類似材料形成。隔板1012可包含安置在基座1010之相對側上之軌道1017及安置在軌道1017上之間隔件1016。軌道1017可為單件,或可包含經連接軌道區段。
框架1014可使用任何適合方法附接至間隔件1016,諸如藉由使用螺栓1018、夾鉗或類似物。框架1014經組態以接收模組,諸如電力模組、燃料處理模組或類似物。隔板1012可經組態以分離基座1010及框架1014,使得其等之間存在一空間。
襯墊1000可包含安置在基座1010上之管道1020。管道1020可從形成在基座1010中之一通孔1022延伸,且可經組態以將水及/或燃料提供至安置在框架1014上之模組。襯墊1000可包含經組態以接收一電力調節模組之一框架1014A。襯墊1000亦可包含經組態以將電力模組連接至安置在框架1014A上之一電力調節模組之佈線(未展示)。在替代方案中,佈線可路由通過形成在框架1014中之開口1015。
隔板1012經組態以將框架1014與基座1010之上表面隔開。因此,管道1020可直接安置在基座1010之上表面上。換言之,基座1010之上表面可為實質上平面的,例如,無需包含用於管道1020及/或佈線之凹槽。
襯墊1000之組態提供優於習知襯墊之優點,即管道及/或佈線無需設定為鑄造至基座1010中之特徵部,以便具有用於安裝燃料電池系統模組之一平坦表面。因而,襯墊1000可以一較低成本製造,此係因為基座1010無需鑄造特徵部。
圖14係根據本發明之各種實施例之一燃料電池系統之一襯墊1400之一透視圖。參考圖14,襯墊1400包含一基座1410及安置在基座1410上之複製器1420。基座1410可在場地上鑄造,或預鑄及遞送至一場地。基座1410可由混凝土或一類似材料形成。
複製器1420可附接至基座1410,且可由塑膠或其他非腐蝕性材料形成。複製器1420可複製模製至上文描述之先前實施例之基座中之特徵部。例如,複製器1420可形成凸台,使得在複製器1420之間之基座1410之一平坦上表面上形成佈線及/或管道通道或凹槽。因此,複製器1420可產生用於支撐一燃料電池系統之模組12、16、18之一升高結構,同時在複製器之間之通道或凹槽中之混凝土基座1410之平坦上表面上形成佈線及管道。複製器1420亦可用作用於將特徵部鑽入至基座1410中之模板。複製器1420可使用任何適合附接方法附接(例如,扣壓)在一起及/或附接至基座1410,諸如模製至上基座表面上。
根據一些實施例,多個襯墊1400可作為襯墊區段彼此附接以產生一更大襯墊1400。例如,襯墊1400可使用襯墊管道蓋上之「活動鉸鏈」來連接,該等活動鉸鏈可按扣鎖定至適當位置 。換言之,根據一些實施例,襯墊1400可被視為一襯墊區段。
圖15係根據本發明之各種實施例之一燃料電池系統之一襯墊1500之一透視圖。參考圖15,襯墊1500包含襯墊區段1510及一張力電纜1520。雖然展示一個張力電纜1520,但可包含多個張力電纜1520。張力電纜1520經組態以連接襯墊區段1510。特定言之,楔形物1530可安置在張力電纜1520上以將襯墊區段1510偏置在一起。雖然展示一個楔形物1530,但楔形物可安置在各張力電纜1520之相對端部上。
襯墊區段1510可進一步包含對準銷1512及對準孔1514。特定言之,對準銷1512可插入至對準孔1514中,以便使襯墊區段1510彼此對準。根據一些實施例,對準銷1512可為金字塔形的,且對準孔1514可具有一對應形狀,以便促進襯墊區段1510之對準。
圖16係根據本發明之各種實施例之一燃料電池系統之一襯墊1600之一透視圖。參考圖16,襯墊1600包含連接在一起之襯墊區段1610。特定言之,襯墊區段1610包含第一及第二支架1612、1614,其等彼此配接且使用插入其中之銷1616鎖定在一起。襯墊區段1610可包含可為管道及/或佈線提供空間之凹槽或切口1618。管道及/或佈線可透過襯墊區段1610饋送至形成在其中之孔1620。襯墊1600之組態可容許襯墊1600具有各種形狀及/或大小。在一些實施例中,襯墊區段1600可安置在一相對薄混凝土襯墊上。
圖17繪示根據各種實施例之一燃料電池系統之一襯墊區段1700。參考圖17,襯墊區段1700包含從其之一上表面延伸之繫縛器1710。繫縛器1710可由鍛造或韌化金屬形成,且可在製造期間或之後插入至襯墊中。繫縛器1710可為蘑菇形的,且可容許一模組在襯墊區段1700上之盲安裝。因而,繫縛器1710容許一模組更容易地附接至襯墊區段1700,此係因為繫縛器1710係自導引的。
圖18A繪示根據各種實施例之一燃料電池系統之一支撐框架1800。支撐框架可包含水管道1810、燃料管道1812及電佈線1814,其等可在支撐框架1800中之一孔1816與快速連接件1818之間延伸。
支撐框架1800可在一製造場地處附接及預佈線至如圖18B中展示之一燃料電池系統之一模組1820,且接著運輸至燃料電池系統將產生電力之一組裝場地。預附接之框架1800可類似於圖13A中展示之框架1014。因此,可簡化一燃料電池系統之組裝。
圖19A及圖19B分別繪示具有預鑄混凝土溝槽之另一實施例之一大型場地燃料電池系統在溝槽填充有管道及佈線之前及之後之一俯視圖。圖19C及圖19D係圖19A至圖19B之大型場地燃料電池系統之透視圖。圖19E係圖19C之一氣體及水分配模組之組件之一示意性側視圖。圖19F係用於圖19D之大型場地燃料電池系統之一模組之一襯墊之一側視橫截面圖。圖19G及圖19H示意性地繪示一中央脫硫系統。圖19I係一氣體及水分配模組(GDM)之一部分透明透視圖。圖19J繪示一中央脫硫系統之一流程圖。下文描述之全部模組可定位於與其他模組分開之一外殼中。該系統減少組件之數目,且簡化組件安裝,因此降低總系統成本。
大型場地燃料電池系統含有多列上文描述之電力模組12 (標記為PM5)。一單一氣體及水分配模組(GDM)流體連接至多列電力模組。例如,各有至少六個電力模組之至少兩列(諸如各有七個電力模組之四列)流體連接至單一氣體及水分配模組。如圖19E中展示,單一氣體及水分配模組GDM可包含上文描述之水及燃料管道230與電力模組之間之連接。連接可包含導管(例如,管)以及閥231F及231W,其等將各自燃料及水從中央管道230路由至各電力模組中。燃料及水管道230可包含標記為「UG」之上文描述燃料管230A及標記為「UW」之上文描述水管230B。氣體及水管道230可分別連接至公用氣體及水管。包含用於燃料預處理之組件(諸如吸附床(例如,脫硫劑及/或其他雜質吸附)床)之一單一系統級燃料處理模組16可連接至全部氣體管230A。因此,一單一脫硫劑可用於使提供至燃料電池系統中之全部GDM之天然氣燃料脫硫。
視情況,可在系統中提供一或多個水分配模組(WDM)。WDM可包含水處理組件(例如,水去離子器)以及水分配管及閥,其等連接至城市供水管及系統中之個別模組。
各列電力模組12電連接至一單一上文描述電力調節模組18 (標記為AC5),該電力調節模組18可包含一DC至AC變流器及其他電組件。一單一微型電力分配模組(MPDS)使用標記為「UE」之上文描述導線232電連接至電力調節模組18之各者。例如,各有至少六個電力模組12之至少兩列(諸如各有七個電力模組之四列)透過各自電力調節模組18 (諸如四個電力調節模組18)電連接至一單一MPDS。MPDS可包含複數個電力調節模組18與系統電力分配模組PDS-1或PDS-2之一者之間之斷路器及電連接件。
一或多個遙測模組(TC)亦可包含在系統中。遙測模組可包含容許系統與中央控制器及系統操作者通信之系統控制器及通信設備。因此,電力調節模組18中之四個變流器及遙測電纜可連接至單一MPDS。該系統亦包含系統電力分配單元(即,中央電源單元),該系統電力分配單元向GDM內之安全系統饋電且亦向一遙測乙太網路開關饋電(4:1)。此將由一場地承包商安裝之電力導管及遙測導管之數目從4減少至1。替代地,可使用一單一連接進行遙測資料傳送。單一5類電纜可替換為一無線收發器單元以在電力調節模組18與遙測模組TC之間進行資料通信。此消除資料電纜安裝。
分別流體及電連接至相同GDM及相同MPDS之一組複數列電力模組及其等各自之電力調節模組可被稱為一子系統。燃料電池系統可包含複數個子系統,諸如兩個至十個子系統。圖19A至圖19B中展示四個子系統。
燃料電池系統亦可包含一系統電力分配單元,該系統電力分配單元使用導線232 (即,「UE」)電連接至燃料電池系統之全部子系統。系統電力分配單元可包含至少一個系統電力分配模組(諸如兩個模組PDS-1及PDS-2)、至少一個變壓器(諸如兩個變壓器(XFMR-1及XFMR-2))及一斷開開關裝置(SWGR)。變壓器XFMR-1及XFMR-2可使用導線232電連接至各自PDS-1及PDS-2模組。開關裝置可包括15 kV開關裝置,其具有經由導線232電連接至變壓器之輸入及電連接至一電負載及/或電網之一輸出。亦可包含一選用不間斷電力子系統(UPS)。因此,透過各自MPDS、PDS-1或PDS-1、XFRM-1或XFRM-2及SWGR將電力從電力模組提供至電網及/或負載。
如圖19B至圖19D中展示,可透過預鑄混凝土溝槽1902將管道230 (例如,燃料及水管)從各自公用設施(例如,氣體及水管)提供至各子系統中之各自GDM。同樣地,可透過相同預鑄混凝土溝槽1902在各MPDS與系統電力分配單元之間提供導線232。預鑄混凝土溝槽1902可具有一「U形」形狀,其中兩個垂直側壁由一水平底壁或水平連接桿連接。可在水平底壁中提供開口。預鑄混凝土溝槽1902定位於坡面下方,且覆蓋有蓋板、泥土、礫石及/或瀝青混凝土鋪面。
如圖19D及圖19F中展示,系統之各模組(諸如一電力模組12及/或電力調節模組18)可安裝在一多層支撐件上。在壓實土壤1910上形成多層支撐件。支撐件包含一多孔混凝土(亦稱作混凝土發泡體)基座1912,諸如Confoam®多孔混凝土基座。一習知(非蜂巢式)混凝土襯墊1914定位於基座1912上。混凝土襯墊1914具有小於基座1912之一面積。在混凝土襯墊1914之側上提供包圍一金屬鋼筋籠之U形鋼網模板1916,諸如Novoform®。基座1912支撐框架1916之底部。混凝土襯墊1914之頂部定位於修整坡面上方之1.5與2英吋之間,該修整坡面可包括定位於基座1912上方之礫石或瀝青混凝土鋪面1918。
如圖19G中展示,中央脫硫系統(例如,模組) 1600取代各列電力模組中之單獨脫硫器。中央脫硫模組1600流體連接至GDM,該GDM流體連接至電力模組12以將燃料提供至電力模組12。電力模組12電連接至MPDS,該MPDS電連接至電負載(例如,電網或一獨立負載) 1901。在圖19H中展示中央脫硫系統(例如,模組) 1600。中央脫硫系統(例如,模組) 1600含有填充有一硫吸附劑材料(例如,一硫吸附床)之一或多個容器1602 (例如,柱)。在圖19I中展示GDM。GDM將燃料分配至四列電力模組(其被稱為一「衝壓器」)。
圖19J繪示中央脫硫系統1600之流程圖。系統1600可包含燃料入口處之一過濾器及至各列電力模組(即,「衝壓器」)之兩個平行燃料流動路徑(例如,燃料管線,即,燃料導管)。此外,可存在定位於至各「衝壓器」之平行燃料流動路徑中之兩組兩個控制閥1603,諸如質量流量控制閥。壓力感測器(PRT)可定位於各種管線上且用於監測管線壓力且在系統操作期間採取必要動作。一氣體取樣埠1604亦可定位於主入口管線上。在一項實施例中,該系統亦包含用於偵測硫穿透之一單獨硫穿透偵測管線1606 (以虛線框展示)。偵測管線1606之輸出可流體連接至一安全排氣孔1608。一硫偵測感測器1609可定位於偵測管線1606上以偵測從脫硫系統1600輸出之燃料中之硫之存在。
圖20A至圖20E係安裝圖19A至圖19J之大型場地燃料電池系統之一方法中之步驟之透視圖。
如圖20A中展示,在土壤中形成溝槽,且接著使用重型機械(諸如一挖掘機)壓實。如圖20B中展示,將多孔混凝土基座1912填充至溝槽中。多孔混凝土包括一可流動填充材料(例如,發泡體混凝土),其從一管或軟管填充且接著固化至基座1912中。
如圖20C中展示,將U形鋼網模板1916及鋼筋籠放置在基座1912之頂部上。框架1916可包含覆蓋金屬網之聚合物薄片。接著,在框架1916之邊界內部形成混凝土襯墊1914。接著,將模組放置在混凝土襯墊1914上。
如圖20D中展示,在基座1912之外部形成額外溝槽。接著,將預鑄混凝土溝槽1902放置至額外溝槽中。
如圖20E中展示,接著,將氣體管230A、水管230B及導線232放置至預鑄混凝土溝槽1902中,且連接至各自GDM及電力組件,諸如MPDS、PDS-1及PDS-2。管及導線可在不同垂直位準附接或夾持在預鑄混凝土溝槽1902內部。接著,用蓋板、泥土、礫石及/或瀝青混凝土鋪面覆蓋預鑄混凝土溝槽1902。
圖21係圖19A至圖19C中展示之系統之一個子系統之一示意圖。各列電力模組12可包括來自Bloom能源公司之一300 kW Energy Server®燃料電池發電機,標記為「ES」。因此,子系統包含四列300 kW ES,總電力為1200 kW。含有四個子系統之整個系統可遞送4800 kW電力。1200 kW ES組態包括4 x 300 kW ES,全部ES將標準電力、通信、水及氣體互連件匯聚至中心區段中以在安裝程序期間進行共同連結。
圖22中之MPDS以兩種方式利用安裝近接性。首先,可藉由供應互連電纜作為一場地安裝套件之部分而將至此模組之一單一電連結依次分配至電力調節模組18。此將安裝4組導管及溝槽減少至一組。此組態亦容許省略各電力調節模組18中之一輸出斷路器及突波器件以從1200 kW系統消除總共4個斷路器及4個突波器件。額外有益特徵包含將WIFI傳輸器放置在MPDS模組中,且將其通信互連至單獨ES。WIFI系統可服務於整個安裝,且可導致省略4組導管及導線,此降低安裝成本及複雜性。因此,歸因於將單獨單元收集至系統中,可實現減少系統及安裝。
圖23展示根據另一實施例之替代電子模組。圖23中之組態展示4個獨立機櫃(即,外殼),其中各機櫃出於一專用目的而被完全填入。第一機櫃係在將4個ES並聯至一共同DC匯流排上時用於使來自4個ES之個別電力模組著陸之位置。此模組包含匯流排連接、熔絲保護及內部電纜著陸位置。此模組可支援50 kW及75 kW額定電力模組,且可包含所收集輸出DC之一全額定互連作為將DC匯流排延伸至一相鄰1200 kW系統之一選用手段。僅將具有大載流量DC輸入及AC輸出之變流器單元填入中心模組2及3。此實施例可藉由消除較小變流器單元且製造用於在中央系統電力分配單元中實施之一單一單片變流器來進一步降低成本。最後一個模組4提供進一步成本節省。此模組容置燃料電池電力模組之啟動及安全設備。此將此等項目之數量從4減少至1。此進一步用作系統之所收集輸出終端及為外部導管入口提供之唯一位置。
在一項實施例中,各子系統包含1200 kW/1200 kVA或1420 kVA變流器。子系統仍將保留電網連接變流器內之個別啟動及安全系統。此將容許在一單一300 kW ES (即,一列電力模組12)內之一個別安全關斷。而來自GDM之一安全關斷請求將關斷子系統中之全部4個ES。若在4個電網並聯變流器內移除斷路器,則此導致降低產品成本。此等斷路器提供之保護可移動至整合式系統PDS-1或PDS-2。因此,來自各子系統之4個冗餘突波保護器件及安全系統可合併在中央系統電力分配單元中。
圖24及圖25係可在本發明之實施例之系統之安裝期間使用之混凝土路緣及滾道之照片。圖24繪示可代替一預鑄混凝土襯墊使用之混凝土路緣。此容許子系統與一單一電連結位置共置於一個區域中。路緣在模組下方提供路徑,使得導線232及管道230可安裝在坡面上而非坡面下方。此消除溝槽挖掘。
此外,可藉由使用圖25中展示之預製混凝土電纜滾道來減少或消除挖掘及單獨導管之使用。滾道可包括上文關於圖20D及圖20E描述之預鑄混凝土溝槽。此等可安裝在坡面上或簡單挖掘溝槽中,而無需導管埋設所需之土方工程。最後,固定電纜滾道及改良場地設計可預先判定實際導體長度,從而容許針對從1200 kW子系統至中央電裝置(即,至系統電力分配單元)之各段電纜預先製造導體組。此改良品質,減少廢料及場地人工小時。一般言之,藉由增加品質、減少場地建造時間、降低勞動成本(例如,電及管道)來改良安裝,同時仍憑藉組件之較低總高度及簡化裝調來維持可服務性。
在習知電化學系統(諸如燃料電池電力系統及電解槽氫氣產生系統)中,混凝土襯墊需要個別裝調及安裝全部項目。各種實施例係關於由一滑架支撐之燃料電池或電解槽系統之特徵及應用。各種實施例包含燃料電池電力系統或電解槽氫氣產生系統,包含具有一單體(稱為「經典」)系統佈局或一模組化系統佈局且利用一滑架來減少安裝成本及循環時間之系統。此等系統可被稱為「封裝能源伺服器(PES)」。各種實施例包含PES系統及安裝PES系統之方法。
封裝能量伺服器(PES)可包括可部署至一場地之一完整燃料電池電力或電解槽系統。由一滑架支撐之一PES之各種實施例可降低安裝成本及循環時間,且能夠快速部署及/或臨時部署燃料電池系統。在一項實施例中,一滑架含有一單一甲板(例如,金屬甲板),該甲板靠置於連接至甲板之底座(例如,金屬軌道)上。滑架之甲板支撐燃料電池或電解槽機櫃。
圖26A係展示包含定位於一滑架2601上之複數個模組之一燃料電池電力系統2600之一透視圖。系統2600可包含一或多個電力模組12 (在圖26A中標記為PM5)、一或多個燃料處理模組16 (在圖26A中標記為FP5)及一或多個電力調節模組18 (在圖26A中標記為AC5),其等可安置在同一滑架2601上。系統2600可進一步包含門30以接取模組12、16、18。替代地,系統2600可包括一電解槽系統,該電解槽系統含有定位於同一滑架上之電解槽模組、水分配模組及電力模組。
電力模組12可安置成一背靠背組態。特定言之,電力模組12可安置成平行列。一燃料處理模組16及一電力調節模組18可以一背靠背組態安置在各自列電力模組12之端部處。
系統2600亦可包含額外輔助設備。輔助設備可包含一或多個額外模組,諸如一水分配模組(WDM) 2604。WDM 2604可包含水處理組件(例如,水去離子器)以及水分配管及閥,其等可連接至一供水器(例如,一城市供水管)及系統2600中之個別模組。系統2600之輔助設備亦可包含一步階負載模組2606 (在圖26A中標記為SL5)。步階負載模組2606可包含儲存組件,諸如電池及/或超級電容器,其等可支援電力系統滿足步階負載改變。WDM 2604及步階負載模組2606可以一背靠背組態分別相鄰於電力調節模組18及燃料處理模組16安置。
在一些實施例中,系統2600之輔助設備可另外包含一遙測機櫃2608 (在圖26A中標記為TC),該遙測機櫃2608可包含系統控制器及使系統2600能夠與一中央控制器及/或系統操作者通信之通信設備。在一些實施例中,系統2600之輔助設備亦可包含一電力分配系統2610 (在圖26A中標記為PDS),該電力分配系統2610可控制至定位於滑架2601上及/或滑架2601外之各種組件之電力分配。在一些實施例中,系統2600之輔助設備亦可包含一斷開系統2612 (在圖26A中標記為DISC),諸如一斷開開關裝置,其可經組態以在一故障條件之事件中及/或出於維護目的保護、隔離及使系統2600之組件斷電。在一些實施例中,斷開系統2612可與一備用電源(BPS)組合或替代為一備用電源(BPS)。滑架2601內置之一斷開/BPS系統可容許快速及更容易安裝,此係因為在建構期間不必設定一斷開/BPS。
在一些實施例中,電力分配、遙測及斷開/BPS功能可組合在一單一單元(例如,一電分配系統(「EDS」)單元)中,該單元可定位於滑架2601上或附接至滑架2601。在一些實施例中,EDS單元可包含安置在滑架2601上之一單一機櫃或外殼。此可容許進一步減少滑架佔用面積,且可提供更快及更廉價安裝,此係因為用於電力分配、遙測及斷開/BPS功能性之設備無需在建構期間單獨設定。
滑架2601可具有一大體上矩形形狀。然而,亦可使用其他水平形狀。在一些實施例中,滑架2601可具有至少約8英呎之一長度尺寸,諸如在10英呎與40英呎之間,包含在20英呎與25英呎之間。滑架2601可具有至少約4英呎之一寬度尺寸,諸如在5英呎與15英呎之間,包含在7英呎與10英呎之間。滑架2601可包含一上表面,其亦可被稱為一甲板2603,電力模組12、燃料處理模組16、電力調節模組18及選用輔助設備可支撐在其上。在一些實施例中,電力模組12可相鄰於滑架2601之一第一側2605定位,且系統2600之輔助設備(例如,步階負載模組2606、WDM 2604、遙測機櫃2608、電力分配系統2610、斷開系統/BPS 2612等)可相鄰於滑架2601之與第一側2605相對之一第二側2607定位。為方便起見,滑架2601之第一側2605可被稱為滑架2601之「後」側2605,且滑架2601之第二側2607可被稱為滑架2601之「前」側2607。如上文提及,平行列電力模組12可安置在甲板2603上,且可沿著滑架2601之長度從滑架2601之後側2605朝向滑架2601之前側2607延伸。燃料處理模組16及電力調節模組18可以一背靠背組態在電力模組12與輔助設備之間安置在甲板2603上。步階負載模組2606及WDM 2604可以一背靠背組態分別相鄰於燃料處理模組16及電力調節模組18安置在甲板2603上。遙測機櫃2608、電力分配系統2610及斷開系統/BPS 2612可接近於滑架2601之前側2607定位。在一些實施例中,遙測機櫃2608及電力分配系統2610可安置在甲板2603上,且斷開系統/BPS 2612可安裝至滑架2601之前側2607。
雖然系統2600經展示以包含一滑架2601上之兩列三個電力模組12,但本發明不限於滑架2601上之任何特定數目個電力模組12。例如,在一些實施例中,系統200可包含滑架2601上之2至30個電力模組12、4至12個電力模組12或6至12個電力模組12。換言之,系統2600可包含滑架2601上之任何所要數目個電力模組12。在一些實施例中,電力模組12可作為一對若干列電力模組12以一背靠背組態安置在滑架2601上。替代地,一單列電力模組12或多於兩列電力模組12可定位於滑架2601上。另外,燃料處理模組16及電力調節模組18在滑架2601上之位置可顛倒,及/或模組16、18可安置在滑架2601之任一端部上。此外,在各種實施例中,輔助設備2604、2606、2608、2610及2612之一些或全部可從系統2600省略或定位於滑架2601之外。
此外,儘管上文已將燃料電池電力系統2600描述為包含一模組化系統佈局,然將理解,各種實施例可包含具有安置在一滑架2601上之一單體系統佈局(亦被稱為一「經典」系統佈局)之一燃料電池電力系統260。在此一單體系統佈局中,可無法在無需關斷及/或移除整個系統2600之情況下從系統2600斷開及移除模組12、16及18之一或多者。
進一步實施例包含安置在一滑架2601上之電解槽系統。一電解槽系統可用於氫氣產生。可類似於圖26A中展示之電力模組12之一或多個電解槽模組可安置在一滑架2601之甲板2603上。各電解槽模組可包含經組態以容置一或多個熱箱13之一外殼或機櫃(參見圖1)。一電解槽模組之各熱箱13可含有包含多個固體氧化物電解槽電池(SOEC)之至少一個電解槽電池堆疊。各電解槽模組可含有額外組件,諸如可定位於一熱箱13內部或外部之一蒸汽復熱器、一蒸汽加熱器、一空氣復熱器及/或一空氣加熱器。在操作期間,至少一個電解槽電池堆疊可具備來自一外部電源之蒸汽及電流或電壓。特定言之,可將蒸汽提供至堆疊之電解槽電池之燃料電極,且電源可在電解槽電池之燃料電極與空氣電極之間施加一電壓,以便電化學地分裂水分子且產生氫氣(例如,H
2)及氧氣(例如,O
2)。亦可將空氣提供至空氣電極,以便從空氣電極掃除氧氣。因而,堆疊可輸出一氫氣流及一富氧廢氣流。氫氣流可用作一氫氣燃料源及/或提供至一氫氣儲存系統以供隨後使用。用於(若干)電解槽模組之額外支撐設備可定位於滑架2601上。在一些實施例中,一經組合燃料電池電力及電解槽氫氣產生系統(即,PES系統)可包含安置在一滑架2601上之至少一個電力模組及至少一個電解槽模組以共生電力及氫氣。
再次參考圖26A,滑架2601之甲板2603可由連接至甲板2603之複數個支撐底座2609支撐在地面上方。支撐底座2609可包含軌道結構之一網路,諸如金屬(例如,鋼)軌道,諸如I形樑,其等可連接在一起(例如,經由機械緊固件,諸如螺栓,及/或焊接在一起)以提供一適當堅固支撐基座。如圖26A中展示,支撐底座2609可圍繞滑架2601之周邊延伸。額外支撐底座2609 (在圖26A中不可見)可在甲板2603下方延伸跨過滑架。支撐底座2609之至少一些可包含用於插入一叉車之叉尖以運輸、安裝及/或移除系統2600之叉槽2611。滑架2601可另外包含用於一起重機之提升點,諸如吊鉤。圖26B繪示附接至一滑架2601之一支撐底座2609之一吊鉤2613,且圖26C繪示藉由一起重機經由吊鉤2613提升之一燃料電池電力系統2600。在一些實施例中,系統2600可在標準道路上之一平板卡車上、在標準軌距鐵路車輛上及/或經由裝運容器運輸至一安裝場地或從一安裝場地運輸。包含滑架2601之系統2600可在部署至安裝場地之前完全在工廠組裝及測試,此可實現顯著更快及更廉價安裝。
滑架2601可另外包含至一外部供水器及/或一外部燃料供應器之連接,且可進一步包含至一外部負載及/或一電網之一或多個電連接件。圖26D展示至一滑架2601之一燃料(即,氣體燃料,諸如天然氣、沼氣、丙烷、氫氣等)連接件2614,圖26E繪示至滑架2601之一水連接件2615,且圖26F展示離開滑架2601之電纜2616。滑架2601可另外包含用於水及燃料之管道以及系統2600之各種模組與其他組件之間之佈線(例如,電纜、(若干)匯流條等)。管道及佈線可定位於滑架2601內之凹槽及/或開口內。在各種實施例中,用於管道及佈線之凹槽及/或開口可定位於滑架2601之甲板2603中、滑架2601之支撐底座2609中及/或甲板2603與支撐底座2609之間之間隙內。在一些實施例中,滑架2601之甲板2603可經組態具有類似或相同於上文參考圖2至圖17描述之襯墊210、211、215、410、415、415A、510、560、615、1000、1400、1500及1600及/或襯墊區段800、900、1510、1610及1700之任一者之特徵部及/或組件。在一些實施例中,甲板2603之上表面可為實質上平面的,例如,不包含用於管道及/或佈線及/或用於安裝支撐在甲板2603上之模組12、16、18、2604、2606、2608及/或2610之凹槽或其他特徵部。在一些實施例中,一或多個覆疊結構可定位於甲板2603之上表面上方,該一或多個覆疊結構可在甲板2603之上表面與支撐在甲板2603上之模組12、16、18、2604、2606、2608及/或2610之下表面之間提供一空間或間隔。管道及電連接件可在甲板2603之上表面與模組12、16、18、2604、2606、2608及/或2610之下表面之間之空間內延伸。覆疊結構可包含例如經組態以接收模組之上文描述之框架1014及經組態以將框架1014與甲板2603之上表面分離之上文描述之隔板1012,如上文參考圖13A及圖13B描述。替代地或另外,覆疊結構可包含可形成用於支撐模組之升高結構之上文描述之複製器1420,如上文參考圖14描述。其他適合覆疊結構在本發明之考慮範疇內。覆疊結構可使用適合機械緊固件附接至甲板2603之上表面。
在一些實施例中,全部滑架間連接可在工廠進行及視情況測試,此可實現更快系統安裝。至外部燃料、水及/或電力系統之場地連接可在安裝場地容易且快速地進行,且可從地上或地下連接進行。
圖27A、圖27B及圖27C分別係根據本發明之一實施例之一滑架安裝式燃料電池電力系統2600之側視圖、後視圖及俯視圖。圖27A至圖27C中展示之燃料電池電力系統2600具有實質上類似於先前參考圖26A描述之系統2600之一組態,且因此為簡潔起見,省略共同元件之重複論述。在圖27A至圖27C中展示之實施例中,系統2600另外包含安裝至滑架2601之一燃料噴射器/調節器裝置2620,諸如一RSA®燃料噴射器系統。燃料噴射器/調節器裝置2620可經由一或多個支架部件2621安裝至滑架2601之後側2605,使得燃料噴射器/調節器裝置2620可凸起至地平面上方且遠離於相鄰電力模組12橫向隔開。耦合至一外部燃料源(例如,天然氣管、燃料槽、燃料缸等)之一燃料入口導管(圖27A至圖27C中未展示)可連接至燃料噴射器/調節器裝置2620之一入口,且一燃料出口導管(圖27A至圖27C中未展示)可耦合至燃料噴射器/調節器裝置2620之一出口導管以將燃料提供至系統2600之模組12及16。在各種實施例中,提供在工廠預安裝(例如,使用支架部件2621)至滑架之一機載燃料噴射器/調節器裝置2620可容許快速及更容易安裝,此係因為一燃料噴射器/調節器裝置2620不必在建構期間進行設定。
一燃料電池電力及/或一電解槽氫氣產生系統可包含多個滑架2601。圖28繪示包含彼此相鄰定位之一對滑架2601a及2601b上之燃料電池電力產生組件之一燃料電池電力系統2800之一實施例之一俯視圖。儘管圖28中展示之實施例包含兩個滑架2601a及2601b,然應理解,一電力系統2800可包含任何數目個滑架。滑架2601a、2601b可具有任何方便佈局。圖28中之滑架2601a及2601b具有一直列佈局,其中一第一滑架2601a之後側2505面向第二滑架2601b之前側2507。替代地,系統2800之滑架2601a、2601b可橫向配置成一面對面、一背靠背及/或一並排組態。系統2800之滑架2601a、2601b可彼此平行、彼此垂直及/或以相對於彼此傾斜之角度定向。在一些實施例中,複數個滑架2601a、2601b可以一塔式或堆疊組態彼此垂直堆疊。此可實現每面積之增加電力密度。在一些實施例中,一或多個滑架2601a、2601b可放置在一預先存在之建築或結構之屋頂上。系統2800之各滑架2601a、2601b可具有至外部(例如,公用)水及/或燃料供應器之個別連接,且可具有至一外部負載及/或一電網之單獨電連接件。替代地,滑架間連接可使水、燃料及/或電力能夠在多個滑架2601a、2601b之間共用。系統2800之滑架2601a、2601b可具有相同大小或可具有不同大小。系統2800之不同滑架2601a、2601b可具有安裝至各滑架2601a、2601b之相同組件,或可具有安裝至各自滑架2601a、2601b之不同組件。
在圖28中展示之實施例中,一單一燃料供應管線2801可連接至安裝至第一滑架2601a之一燃料噴射器/調節器裝置2620之入口。耦合至燃料噴射器/調節器裝置2620之出口之一分流器2803可將燃料流之部分引導至各自滑架2601a及2601b,如由箭頭2804及2805展示。因此,第二滑架2601b缺少一單獨燃料噴射器/調節器裝置2620,此降低系統成本。
另外,系統2800之一些或全部輔助設備可定位於一或多個滑架2601a上,但可不定位於系統2800之(若干)其他滑架2601b上以進一步降低系統成本及複雜性。在圖28中展示之實施例中,例如,除了一步階負載模組2606、一遙測機櫃2608、一電力分配系統2610及斷開系統/BPS 2612之外,第一滑架2601a亦包含四個電力模組12、一燃料處理模組16、一電力調節模組18、一WDM 2604。第二滑架2601b亦包含四個電力模組12、一燃料處理模組16、一電力調節模組18及一WDM 2604,但不包含一步階負載模組2606、一遙測機櫃2608、一電力分配系統2610或一斷開系統/BPS 2612。代替地,第一滑架2601a上之輔助設備電連接(使用有線及/或無線連接)至定位於第二滑架2601b上之模組。一多滑架燃料電池系統2800之不同組件之各種組態及分配在本發明之考慮範圍內。
圖29及圖30繪示根據本發明之實施例之安置在一滑架2601上之燃料電池電力系統組件之各種配置。圖29繪示一滑架2601,其具有安置在滑架2601上之六個電力模組12、一燃料處理模組16、一電力調節模組18及一步階負載模組2606。
圖30繪示一滑架2601,其具有安置在滑架2601上之六個電力模組12、一燃料處理模組16、一電力調節模組18、一步階負載模組2606及一微電網變流器模組2630 (在圖30中標記為MI5-B)。微電網變流器模組2630可能夠將恆定、穩定之電網獨立電力提供至微電網負載,諸如在電力網斷電及閃爍事件期間。
具有一或多個滑架2601之一燃料電池電力及/或一電解槽氫氣產生系統可安裝在硬景觀(例如,混凝土、瀝青等)及軟景觀(例如,植被、土壤等)環境兩者上。在各種實施例中,在安裝之前可需要最少場地準備。在非水平環境中,諸如在具有大於~2°之坡度之一位置中,可在滑架2601下方提供一或多個墊片以提供一實質上水平甲板2603以支撐燃料電池電力及/或電解槽氫氣產生系統之各種組件。在一些實施例中,可提供支腿或類似穩定器以增加滑架2601之穩定性,諸如在具有強風或地震活動之場地中。可使用一錨定系統(諸如一或多個地錨及/或混凝土錨)將系統錨定至地面。
在一些實施例中,可使用L形支架將系統固定至安裝位置。在空間有限之情況下(例如,場地位置靠近一建築、走道或其他結構),及/或為了改良系統之接取及可服務性,使用L形支架可為有利的。亦可使用L形支架穩定器安裝彼此相鄰之多個滑架。圖31A及圖31B繪示使用L形支架2631安裝至一地表面之一滑架2601之例示性實施例。在圖31A中展示之實施例中,地表面可為一混凝土表面2640,且在圖31B中展示之實施例中,地表面可為壓實土壤上方之一瀝青表面2642。L形支架2631可抵靠滑架2601之一支撐底座2609之一安裝表面2635放置。選用加固部件2636、2637 (例如,鋼板)可放置在安裝表面2635之內部及外部之L形支架2631待附接之位置中。機械緊固部件2645 (例如,螺栓及螺帽對)可穿過安裝表面2635、選用加固部件2636、2637及L形支架2631之垂直部分放置以將L形支架2631固定至支撐底座2609。在圖31A中展示之實施例中,一混凝土膨脹錨2642可穿過L形支架2631之下部放置至地表面2640中。在圖31B中展示之實施例中,一地錨2643可穿過L形支架2631放置至地表面2640中。複數個L形支架2631可沿著滑架2601之側附接以將滑架2601固定至地表面。圖31C係一滑架2601及一L形支架2631之一透視圖,其繪示L形支架2631可如何附接至滑架2601側上之安裝表面2635。
替代地或另外,可使用一或多個Z形支架將系統固定至安裝位置。Z形支架可錨定至地面,且可下壓在滑架2601之一表面上,使得滑架2601可在全部自由度上受到約束。圖32係展示夾持抵靠一滑架2601之一凸緣表面2652之一Z形支架2651之一側視圖。Z形支架2651可包含具有可定位於地面2640/2641上之一平坦下表面2654之一第一部分2653及包含相對於第一部分2653之下表面2654升高之一下表面2656之一第二部分2655。Z形支架之第一部分2653可使用一地錨2643或混凝土膨脹錨2642錨定至地面2640/2641,如上文參考圖31A及圖31B描述。錨2642/2643可扭轉抵靠Z形支架2651之第一部分2653之上表面,從而導致第二部分2655之下表面2656夾持抵靠滑架2601之凸緣表面2652。在各種實施例中,一或多個Z形支架2651可將滑架2601固定至地面,而無需螺合或以其他方式緊固至滑架2601。圖33係一滑架2601之一俯視圖,其繪示圍繞滑架2601之外周邊之複數個Z形支架2651。圖33中之虛線指示Z形支架2651支承在滑架2601之一凸緣表面上之位置。
進一步實施例係關於用於滑架安裝式燃料電池電力及/或一電解槽氫氣產生系統之銜接站。在一些實施例中,一銜接站可包含一安裝場地處之一外殼或殼體,其為至滑架安裝式系統之各種外部連接(例如,公用設施短截線)提供保護。銜接站可為一場地處之一固定裝置。一滑架安裝式電力及/或電解槽系統可被運輸至場地且接近於銜接站放置以能夠將系統容易且可靠地接線至任何所需外部連接。銜接站可在一場地之固定基礎設施(諸如燃料(例如,天然氣)供應器、供水器及場地之電系統)與滑架安裝式電力及/或電解槽系統之間提供一單點連接。一銜接站可容許一場地所有者準備用於銜接一滑架安裝式系統之連接,且可提供美學上可接受之公用設施短截線。一銜接系統之使用可視需要促進滑架安裝式電力及/或電解槽系統之容易部署,包含整個系統或系統組件之置換,以及藉由視需要添加或移除(若干)滑架來擴展或減少容量。
圖34A及圖34B係根據本發明之一實施例之用於一滑架安裝式燃料電池電力系統及/或電解槽系統2600之一銜接站3000之透視圖。銜接站3000可包含具有一蓋或門3003之一外殼3001,該蓋或門3003可被打開以提供對外殼3001之內部之接取。在實施例中,蓋或門3003可在處於一關閉位置時上鎖以防止對外殼3001之內部之未經授權接取。外殼3001可由一適合結構材料(諸如鋼)構成,且可具有圖34A及圖34B中展示之一矩形稜柱形狀。外殼3001之其他材料及形狀在本發明之考慮範圍內。外殼3001可包含外殼3001面向滑架2601之一側表面上之一開口3004 (例如,一切口部分)。銜接站3000與滑架安裝式系統2600之間之公用連接件3002 (例如,水、燃料及/或電連接件)可透過開口3004進行。在圖34A及圖34B中展示之實施例中,複數個電纜及/或流體導管3002可從外殼3001之內部穿過開口3004延伸至滑架安裝式系統2600。如圖34B中展示,電纜及/或流體導管3002可定位於在銜接系統3000與系統2600之間延伸之一保護外導管或管槽3007中。在一些實施例中,保護障壁3006可圍繞銜接系統3000定位。銜接系統3000可具備圍繞銜接系統3000之一最小橫向間隙d
1及垂直間隙d
2。
圖34C係根據另一實施例之一銜接系統3000之一透視圖。在圖34C中展示之實施例中,銜接系統3000之外殼3001可具有複數個開口3004。在一個非限制性實例中,一第一開口3004可用於提供至系統2600之一水連接,一第二開口3004可用於提供至系統2600之一燃料(例如,天然氣)連接,且一對開口3004可用於提供至系統2600及從系統2600之一電連接件。在一些實施例中,流體導管及/或電纜可延伸穿過開口2004至外殼3001之內部。替代地,開口2004可包含插座或插孔,來自系統2600之流體導管及/或電纜可插入至其中。
圖34D係根據本發明之一實施例之銜接站3000之外殼3001之內部之一平面圖。外殼3001之底表面可包含開口,地下公用連接件(短截線)可透過該等開口進入外殼3001之內部。例如,外殼3001可包含一燃料公用連接件3010、一水公用連接件3011以及至少一個電連接件3012 (例如,至一負載及/或一電網)。在一些實施例中,外殼3001可包含機械連接件(例如,燃料及水)與電連接件之間之一內部劃分器3009。
進一步實施例係關於大型場地電化學系統,諸如燃料電池電力系統及/或電解槽氫氣產生系統,其包含安裝在滑架2601上之電化學模組。在一些實施例中,至系統之滑架及滑架之間之管道及/或電連接件可定位於地上,諸如在地上電纜托盤內。圖35係根據本發明之一實施例之一大型場地燃料電池系統3500之一示意性俯視圖。圖35中展示之燃料電池系統3500可類似於上文參考圖19A至圖19J描述之系統。特定言之,該系統可包含多列電力模組12。各列電力模組12可電連接至一單一上文描述之電力調節模組18,該電力調節模組18可包含一DC至AC變流器及其他電組件。各列電力模組12亦可流體連接至一單一上文描述之燃料處理模組16,該燃料處理模組16包含用於燃料預處理之組件,諸如吸附床(例如,脫硫劑及/或其他雜質吸附床)。替代地,一單一燃料處理模組可用於上文描述之複數列電力模組12。各列電力模組12及相關聯電力調節模組18及相關聯燃料處理模組16可定位於一滑架2601上。在圖35中展示之實施例中,各列電力模組12、一電力調節模組18及一選用燃料處理模組16可定位於一單獨滑架2601上。包含各自列電力模組12、一電力調節模組18及一燃料處理模組16之若干對相鄰滑架2601可彼此平行及相鄰地延伸。在一些實施例中,各滑架2601可包含定位於滑架2601上之兩列或更多列電力模組12、電力調節模組18及選用燃料處理模組16。
系統3500可經組態為複數個區塊3501,其中各區塊3501可包含複數列電力模組12 (及相關聯燃料處理模組16及電力調節模組18)。系統3500之一單一區塊3501由圖35中之虛線圍封。各區塊3501可包含一上文描述之系統電力分配單元2604。系統電力分配單元2604之各者可包含至少一個變壓器XFMR。系統電力分配單元2604之各者可包含至少一個系統電力分配模組(PDS),如上文參考圖19A至圖19J描述。電力分配模組PDS之各者可電連接至區塊3501之多個列之電力調節模組18,且可將電力提供至區塊3501之一變壓器XFMR。變壓器XFMR可為區塊3501提供一單一電力輸出。來自各區塊3501之電力輸出可透過一電連接件(例如,銅導線)提供至一共同變電站3502,該共同變電站3502可包含一開關裝置及/或可將系統耦合至電網及/或一負載之其他組件。
在一些實施例中,系統電力分配單元2604之組件(諸如至少一個變壓器XFMR及至少一個系統電力分配模組PDS)可定位於一或多個滑架2601上。替代地,系統電力分配單元2604之至少一些組件可定位於一襯墊(諸如一混凝土襯墊)上。系統3500之各區塊3501亦可視情況包含一或多個上文描述之水分配模組(WDM)及一或多個上文描述之遙測模組(TC)。各區塊3501之水分配模組(WDM)及遙測模組(TC)可定位於一單獨滑架2601上,如圖35中展示。
圖35中展示之系統3500包含七個區塊3501,各區塊3501包含複數列電力模組12及一系統電力分配單元2604。各列包含七個電力模組12,且可形成一300 kW Energy Server®燃料電池發電機(ES),如上文參考圖21描述。七個區塊3501之六者包含十列電力模組12,且可提供3 MW電力。一第七區塊3501 (定位於圖35之左下角上)包含七列電力模組12。因此,系統3500作為一整體可提供20.1 MW電力。將理解,系統之各種其他組態在本發明之範疇內,包含系統之區塊3501之數目之變化、每區塊3501之電力模組12之列數目之變化、每列之電力模組12之數目之變化以及區塊3501之(若干)佈局及各區塊3501內之電力模組12之列之變化。在一些實施例中,包含若干列電力模組12之多個滑架2601可以一模組化「發電塔」組態垂直地堆疊在預先準備(例如,鋪設)之安裝表面或場所之頂部上。
圖36繪示包含定位於滑架2601上之電力模組12 (在圖36中標記為PM5)之一單一3 MW區塊3501之一燃料電池電力系統3500之另一實施例。參考圖35及圖36,在各種實施例中,系統3500可包含該等列電力模組12與一集中式系統電力分配單元2604之間之地上電連接件。特定言之,地上電纜托盤3505可在包含該等列電力模組12之滑架2601之各者之一端部與區塊3501之集中式系統電力分配單元2604之間延伸。地上電纜托盤3505亦可延伸至包含輔助設備之(若干)滑架2601,諸如水分配模組(WDM)及/或一遙測模組(TC)。各列電力模組12中之電力調節模組18 (在圖36中標記為AC5)與集中式系統電力分配單元2604之間之電連接件(例如,銅導線)可定位於電纜托盤3505中,其等可鄰接滑架2601之各者之一端部。在一些實施例中,滑架2601之間之地上管道連接件(例如,氣體及/或水導管)可安裝在電纜托盤3505下方。提供至滑架安裝式模組之地上電及/或管道連接件可最小化系統安裝期間所需之地面穿透量(例如,溝槽),此可顯著減少系統安裝時間及成本。
在一些實施例中,諸如圖35及圖36中展示之一燃料電池系統3500之安裝可包含準備一場地表面(例如,一「場所」),諸如藉由用瀝青鋪設整個系統安裝區域以產生用於安裝系統組件之一「停車場」狀表面。替代地,在適當情況下,可使用壓實集料或可滲透鋪路材料來準備安裝表面。接著,可在需要互連(諸如至地下公用管線之連接)之處透過預先準備之安裝表面形成鋸切及溝槽。接著,可將包含安裝在其上之系統組件(例如,電化學模組)之滑架2601放置在預先準備之安裝表面上之適當位置中。如上文論述,滑架2601及滑架2601上之系統組件可在部署至安裝場地之前完全在工廠組裝及測試,此可實現顯著更快及更廉價安裝。
在一些實施例中,燃料電池系統3500可包含一中央脫硫系統1600,如上文參考圖19A至圖19J描述。在一些實施例中,中央脫硫系統1600可定位於一滑架1601上。替代地,中央脫硫系統可定位於一襯墊上,諸如一混凝土襯墊。系統3500之各區塊3501可包含至少一個上文描述之氣體及水分配模組(GDM),其可經由一適合流體導管流體耦合至中央脫硫系統1600。在一些實施例中,流體導管可定位於地上,諸如安裝至上文論述之一電纜托盤3505。替代地,流體導管可定位於一溝槽內,諸如圖20D及圖20E中展示之一預鑄混凝土溝槽。一區塊3501內之各GDM可流體耦合至多列燃料電池電力模組12。一中央脫硫系統1600及一或多個GDM之使用可避免對系統3500內之燃料處理模組16及/或水分配模組WDM之需求。在各種實施例中,系統3500之一或多個GDM可定位於一滑架2601上,該滑架2601可為包含一或多列燃料電池電力模組12及相關聯電力調節模組18之一滑架2601,或定位於不包含一列電力模組12及一相關聯電力調節模組18之一單獨滑架2601上。
圖37A繪示包含耦合至一上文描述之系統電力分配單元2604及一整合式微電網系統3701之若干列電力模組之一主區塊3501之一燃料電池電力系統3500之另一實施例。整合式微電網系統3701可經組態以提供一穩定、電網獨立電源(諸如一DC電源)以供局部使用。若干列電力模組之主區塊3501及整合式微電網系統3701之組件可各自定位於滑架2601上,如上文描述。電纜托盤3505可在主區塊3501之該等列電力模組之間延伸,且延伸至系統電力分配單元2604及整合式微電網系統3701兩者。電纜托盤3505可具有一堆疊組態,使得定位於電纜托盤之一第一部分(例如,外殼)中之一第一組電連接件(例如,銅導線)可經組態以在該等列電力模組與系統電力分配單元2604之間攜載AC電力,且定位於垂直堆疊在電纜托盤之第一部分上方或下方之電纜托盤之一第二部分(例如,外殼)中之一第二組電連接件(例如,銅導線)可經組態以在該等列電力模組與整合式微電網系統3701之間攜載DC電力。取決於當前電力要求,來自該等列電力模組之電力可選擇性地饋送至系統電力分配單元2604及/或整合式微電網系統3701。
圖37B繪示包含若干列電力模組之一主區塊3501及包含系統電力分配單元2604中之電子模組3702之替代組態之一整合式微電網系統3701之一燃料電池電力系統3500之另一實施例。電子模組3702之替代組態可類似於上文參考圖23描述之組態。特定言之,電子模組3702之替代組態可包含單獨機櫃(即,外殼),其中各機櫃出於一專用目的而被完全填入。一個模組可從主區塊3501之電力模組接收DC電力,且可經組態以將來自多列電力模組之電力耦合至一共同DC匯流排上。此模組可包含所收集輸出DC之一完全額定互連作為將DC匯流排延伸至一相鄰系統(諸如圖37B中展示之整合式微電網系統3701)之一選用手段。一或多個額外模組可形成具有大載流量DC輸入及AC輸出之一單一單片變流器單元(即,一「大型變流器」)。此可藉由消除較小變流器單元且製造用於在中央系統電力分配單元2604中實施之一單一單片變流器來幫助降低成本。大型變流器可將來自電力模組之DC電力轉換為AC電力,且將一AC電力輸出提供至中央電力分配單元2604之一變壓器。一額外模組可含有用於燃料電池電力模組之啟動及安全設備,且亦可用作系統之所收集輸出終端及為外部導管入口提供之一位置。
在圖37B中展示之實施例中,可使用電纜托盤3505將DC電力從主區塊3501之該等列電力模組饋送至系統電力分配單元2604中之電子模組3702,且從系統電力分配單元2604中之電子模組3702饋送至整合式微電網系統3701。
額外實施例可係關於併入碳捕獲技術之電化學系統,諸如燃料電池電力系統3500。特定言之,額外管道可流體耦合至定位於滑架2601上之該等列電力模組以接收一含碳廢氣流,該廢氣流可包含來自定位於電力模組12之熱箱中之燃料電池堆疊之陽極廢氣。例如,一含碳廢氣流可包含一陽極尾氣氧化劑廢氣流。額外管道可耦合至額外模組及/或處理器件,該等額外模組及/或處理器件可經組態以處理廢氣流,使得廢氣流之含碳成分(例如,CO
2、CO等)可被回收以由該系統使用,或可從廢氣流分離以進行儲存、封存及/或用於其他化學或工業程序,諸如飲料碳酸化。額外模組及/或處理器件可與系統3500共置(例如,在滑架2601上及/或在一或多個混凝土襯墊上),或可遠離於系統3500定位。在一些實施例中,用於捕獲(若干)含碳廢氣流之額外管道可包含流體耦合至各列電力模組內之電力模組之地上流體導管。在一些實施例中,地上流體導管可安裝至電纜托盤3505。
圖38A係繪示包含具有定位於其上之燃料電池電力模組12之複數個滑架2601及在滑架2601之間延伸之一電纜托盤3505之一燃料電池電力系統3500之一部分之一照片。圖38B係鄰接一滑架2601之一端部之一電纜托盤3505之一側視立面圖。圖38C係鄰接一滑架2601之一端部之一電纜托盤3505之一俯視圖。圖38D係鄰接燃料電池電力系統3500之一系統電力分配單元2604之一電纜托盤3505之一側視立面圖。
參考圖38A至圖38D,電纜托盤3505可包含由一底表面3802、一對側壁3803及一蓋3804形成之一外殼3801。外殼3801可藉由複數個垂直支撐件3805凸起至地面上方。外殼3801可具有可鄰接滑架2601之一端部中之一開口3806之一開口端部。用於將電力及通信(例如,資料)攜載至滑架2601及從滑架2601攜載之複數個電連接件3807 (即,電纜)可定位於電纜托盤3505之外殼3801內。電連接件3807可從電纜托盤3505之外殼3801延伸穿過開口3806至滑架2601中,其中電連接件3807可路由至定位於滑架2601上之適當模組。
再次參考圖38A至圖38D,用於水及氣體之管道導管3808a、3808b可經由適合附接機構(諸如圖38B中展示之支柱夾箝3809)安裝在電纜托盤3505之外殼3801下方。管道導管3808a及3808b可支撐在地平面上方。一閥3810 (諸如一球閥)可定位於電纜托盤3505上之管道導管3808a、3808b之各者之端部處。可撓性電纜3811a、3811b可在滑架2601上之閥3810與各自流體連接件3812a、3812b之間延伸。滑架2601上之額外管道導管3813a、3813b可將水及氣體路由至定位於滑架2601上之適當模組。
圖38D繪示電纜托盤3505與系統電力分配單元2604之一組件(諸如一上文描述之系統電力分配模組(PDS))之間之介面。來自電纜托盤3505之外殼3801之電連接件3807可透過一開口3814離開電纜托盤3505至一殼體3815中,該殼體3815可為圖38D中展示之一接線盒。來自電纜托盤3505之電連接件3807可連接至一第二組電連接3816,該第二組電連接件3816可路由至系統電力分配單元2604中之PDS或其他電設備中之適當位置中。替代地,殼體3815可為一電拉線盒,使得來自電纜托盤3505之電連接件3807可路由通過殼體3815且至系統電力分配單元2604中之適當設備中。
圖39A及圖39B繪示根據本發明之各種實施例之地下氣體及水公用管線與一燃料電池電力系統3500之一滑架2601之間之連接。在一些實施例中,燃料電池電力系統3500可包含至氣體及水公用管線之有限數目個連接,諸如每系統3500一組氣體及水連接,或在圖35中展示之一多區塊系統之情況下,每區塊3501一組氣體及水連接。一各自系統3500及/或區塊3501之滑架2601之間之氣體及水管道連接可經由電纜托盤3505進行,如上文參考圖38A至圖38D描述。此可最小化系統安裝所需之地面穿透及/或挖溝量,此可有助於減少安裝時間及成本。參考圖39A,一氣體導管3901a可從一地下氣體公用管線(圖39A中未展示)垂直延伸至地平面上方之一位置。導管3901a可視情況被圍封在一適合材料3902 (諸如水泥)中,且可由一外管狀部件3903a (諸如一金屬套管)包圍。一閥3904a (諸如一球閥)可定位於氣體導管3901a之端部處。一可撓性導管3905a可在閥3904a與一第二氣體導管3906a之間延伸,該第二氣體導管3906a延伸穿過一開口3907至滑架2601中。參考圖39B,一水導管3901b可類似地從一地下水公用管線(圖39B中未展示)垂直延伸,且可終止於一閥3904b (諸如一球閥)。一可撓性導管3905b可在閥3904b與一第二水導管3906b之間延伸,該第二水導管3906b延伸穿過一開口3907至滑架2601中。導管3901b亦可視情況被圍封在一適合材料3902 (諸如水泥)中,且可由一外管狀部件3903b (諸如一金屬套管)包圍。
在一替代實施例中,氣體導管3901a及水導管3901b可耦合至定位於一電纜托盤3505而非一滑架2601上之各自第二氣體導管3906a及第二水導管3906b,使得氣體及水可經由電纜托盤3505分配至系統3500及/或區塊3501之滑架2601之各者。
圖40A繪示包含定位於滑架2601上之複數個上文描述之電解槽模組4012之一大型場地氫氣產生系統4000。系統4000可包含含有安置在滑架2601上之多列電解槽模組4012 (例如,SOEC模組)之一或多個區塊4001。上文描述之一地上電纜托盤3505可在各區塊4001中之該等列電解槽模組4012之間延伸。至該等列電解槽模組4012之電連接件可定位於電纜托盤3505之一外殼內,如上文描述。至及從該等列電解槽模組4012之管道連接件(例如,水及氫氣管道連接件)可視情況安裝在電纜托盤3505之外殼下方。在圖40A中展示之實施例中,各區塊4001可包含配置成兩行若干列電解槽模組4012之若干列電解槽模組4012,其中一電纜托盤3505在該等行之間延伸且鄰接各列電解槽模組4012之端部。在各行電解槽模組4012內,相鄰對若干列電解槽模組4012可藉由管道互連件4003連接。如下文進一步詳細論述,相鄰對若干列電解槽模組4012可安裝在一共同滑架2601上,或可安裝在單獨滑架2601上。
各區塊4001亦可包含輔助設備,諸如一系統電力分配單元4004,其可經組態以將電力提供至該等列電解槽模組4012以支援經由電解水(即,蒸汽)產生氫氣。系統電力分配單元4004可藉由定位於電纜托盤3505之外殼內之電連接件電耦合至各列內之一單獨電力分配模組4005。系統電力分配單元4004可定位於一單獨滑架上,或可定位於一單獨襯墊(例如,一混凝土襯墊)上。各區塊4001可包含用於支援氫氣產生程序之額外輔助設備,諸如一水分配模組(WDM)、一遙測模組(TC)、一或多個熱交換器(HX)及/或脫水罐(KO)。額外輔助設備可定位於單獨滑架2601上,該等滑架2601可藉由電纜托盤3505耦合至該等列電解槽模組4012。電廠配套設施(BOP)設備可定位於區塊4001之間。
圖40B係根據本發明之一實施例之一對相鄰列電解槽模組4012之一俯視示意圖。在此實施例中,各列電解槽模組4012定位於一單獨滑架2601a、2601b上。含有各自列電解槽模組4012之間之管道互連件4003之一中間滑架2601c定位於滑架2601a與2601b之間。圖40C係根據一替代實施例之一對相鄰列電解槽模組4012之一俯視示意圖。在此實施例中,該等列電解槽模組4012及管道互連件4003a、4003b之部分定位於以一背靠背組態彼此相鄰安置之各自滑架2601a、2601b上。管道互連件4003a、4003b之兩個部分可在滑架2601a及2601b之安裝期間連接。在圖40B及圖40C之兩個實施例中,含有該等列電解槽模組4012之滑架2601a、2601b及該等列之間之管道互連件4003可在工廠建造及測試,且接著作為可容易地在場地上組裝之模組化單元來裝運。
額外實施例包含使用封閉面板,其等可增強滑架美觀。面板可定位於支撐底座2609之側上以遮蔽甲板2603下方之區域而不被看到。
額外實施例包含將一滑架安裝式燃料電池電力系統及/或電解槽系統2600用於海上應用。一滑架安裝式系統可能夠快速部署及簡單整合至海上船舶中及/或用於海上應用。額外支撐設備可整合至滑架上。因此,滑架安裝式系統可作為一單一單元運輸至且接著安裝在一海上船舶(例如,船隻)上。
額外實施例包含將一滑架安裝式燃料電池電力系統及/或電解槽系統2600用於運輸應用。一滑架安裝式系統可能夠快速部署及簡單整合至地面運輸車輛及/或運輸應用中。額外支撐設備可整合至滑架上。因此,滑架安裝式系統可作為一單一單元運輸至且接著安裝在運輸車輛(例如,列車)上。
額外實施例包含利用一沼氣燃料源之滑架安裝式燃料電池電力系統2600。額外支撐設備可整合至滑架上。
額外實施例包含滑架安裝式電解槽氫氣產生系統2600。額外支撐設備可整合至滑架上。
額外實施例包含利用一氫氣(H
2)燃料源之滑架安裝式燃料電池電力系統2600。在一些實施例中,一氫氣燃料電池電力系統2600可利用固體氧化物燃料電池(SOFC)。額外支撐設備可整合至滑架上。
額外實施例包含用於公用規模應用之滑架安裝式燃料電池電力及/或電解槽系統2600。一滑架安裝式燃料電池電力系統2600可用於公用規模應用以降低部署/安裝之成本及速度。
額外實施例包含具有不同滑架2601組態之滑架安裝式燃料電池電力及/或電解槽系統2600。滑架2601可具有經典或模組化組態。憑藉一模組化組態,諸如電力模組、燃料處理模組、電力調節模組、電解槽模組等之各種模組可背靠背地配置成一線性組態、一內部組態(例如,電力模組及/或電解槽模組在兩側上被支撐設備包圍)、一外部組態(例如,電力模組及/或電解槽模組定位於滑架之一端部上)或任何其他適合組態。
額外實施例包含用於滑架安裝式燃料電池電力及/或電解槽系統2600之索具。在各種實施例中,一整個滑架安裝式系統2600可用叉槽2611進行叉車提升及/或經由起重機提升點2613提升。
額外實施例包含具有一機載燃料噴射器/調節器裝置2620之滑架安裝式燃料電池電力系統2600。一機載燃料噴射器/調節器裝置2620可容許快速及更容易安裝,此係因為燃料噴射器/調節器裝置2620不必在建構期間進行設定。
額外實施例包含具有一機載斷開及/或備用電源(BPS)系統2612之滑架安裝式燃料電池電力及/或電解槽系統2600。一機載斷開/BPS系統2612可容許快速及更容易安裝,此係因為一斷開/BPS系統2612不必在建構期間進行設定。
額外實施例包含具有可組合電力分配、遙測及斷開/BPS功能性之一EDS系統之滑架安裝式燃料電池電力及/或電解槽系統2600。此可容許進一步減少滑架2601之佔用面積,且可實現更快及更廉價安裝。
額外實施例包含快速部署應用。一滑架安裝式燃料電池電力及/或電解槽系統2600可用於臨時或緊急電力解決方案之快速部署。額外實施例包含臨時應用。一滑架安裝式燃料電池電力及/或電解槽系統2600可部署為一臨時電力及/或氫氣產生解決方案,且可容易地在場地之間或在設施之間移動,此係因為該系統可完全容納在一單一滑架總成中。額外實施例包含永久應用。一滑架安裝式燃料電池電力及/或電解槽系統2600可為一永久設備,且可保持在適當位置達一延長時間段,諸如至少六個月、一年或更長,包含5年、10年、15年或20年,諸如介於0.5年與20年之間,或更長時間。
本發明之實施例之燃料電池系統經設計以減少溫室氣體排放且對氣候具有一積極影響。
在各種例示性實施例中展示之燃料電池及/或電解槽系統之配置僅係闡釋性的。儘管僅在本發明中詳細描述幾項實施例,然在實質上不脫離本文中描述之標的物之新穎教示及優點之情況下,許多修改係可能的(例如,各種元件之大小、尺寸、結構、形狀及比例、參數值、安裝配置、材料使用、顏色、定向等之變化)。
展示為一體地形成之一些元件可由多個零件或元件構成,元件之位置可顛倒或以其他方式變化,且離散元件或位置之性質或數目可更改或變化。在不脫離本發明之範疇之情況下,亦可在各種例示性實施例之設計、操作條件及配置中作出其他替換、修改、改變及省略。任何實施例之任何一或多個特徵可與一或多個其他實施例之任何一或多個其他特徵組合使用。
10:燃料電池系統
12:電力模組
13:熱箱
14:外殼
16:燃料處理模組
17:重組器
18:電力調節模組
20:襯墊
30:門
30A:裝飾門
200:模組化燃料電池系統
210:襯墊
211:襯墊
212:基座
214:第一通孔
215:模組化襯墊
216:第二通孔
218:排水凹槽
220:佈線凹槽
222:管道凹槽
224:繫縛凹穴
226:繫縛嵌件
228:管道支架
230:管道
230A:燃料管/氣體管
230B:水管
231F:閥
231W:閥
232:佈線/導線
233:佈線
234:匯流條
235:第二系統匯流條
236:邊緣蓋
237:電纜總成輸入或輸出
400:燃料電池系統
410:襯墊
415:模組化襯墊
415A:模組化襯墊
500:模組化燃料電池系統
510:襯墊
512A:第一區段
512B:第二區段
550:模組化燃料電池系統
560:襯墊
560A:第一區段
560B:第二區段
600:模組化燃料電池系統
610:襯墊
612A:第一區段
612B:第二區段
630:虛設區段
700:模組化燃料電池系統
710:襯墊
712A:第一區段
712B:第二區段
712C:第三區段
730:虛設區段
800:模組化襯墊區段
802:第一凸台
804:第二凸台
806:第三凸台
808:第二凸台
820:佈線凹槽
820A:擴大部分
822:連接凹槽
824:管道凹槽
826:繫縛凹穴
828:管道支架
832:邊緣蓋
900:模組化襯墊區段
1000:襯墊
1010:基座
1012:隔板
1014:框架
1014A:框架
1015:開口
1016:間隔件
1017:軌道
1018:螺栓
1020:管道
1022:通孔
1400:襯墊
1410:基座
1420:複製器
1500:襯墊
1510:襯墊區段
1512:對準銷
1514:對準孔
1520:張力電纜
1530:楔形物
1600:襯墊/中央脫硫系統(模組)
1602:容器
1603:控制閥
1604:氣體取樣埠
1606:硫穿透偵測管線
1608:安全排氣孔
1609:硫偵測感測器
1610:襯墊區段
1612:第一支架
1614:第二支架
1616:銷
1618:凹槽或切口
1620:孔
1700:襯墊區段
1710:繫縛器
1800:支撐框架
1810:水管道
1812:燃料管道
1814:電佈線
1816:孔
1818:快速連接件
1820:模組
1901:電負載
1902:預鑄混凝土溝槽
1910:壓實土壤
1912:基座
1914:混凝土襯墊
1916:U形鋼網模板/框架
1918:礫石或瀝青混凝土鋪面
2600:燃料電池電力系統
2601:滑架
2601a:第一滑架
2601b:第二滑架
2601c:中間滑架
2603:甲板
2604:水分配模組(WDM)/系統電力分配單元/輔助設備
2605:第一側/後側
2606:步階負載模組/輔助設備
2607:第二側/前側
2608:遙測機櫃/輔助設備
2609:支撐底座
2610:電力分配系統/輔助設備
2611:叉槽
2612:斷開系統/備用電源(BPS)/輔助設備
2613:吊鉤
2614:燃料連接件
2615:水連接件
2616:電纜
2620:燃料噴射器/調節器裝置
2621:支架部件
2630:微電網變流器模組
2631:L形支架
2635:安裝表面
2636:加固部件
2637:加固部件
2640:混凝土表面/地表面/地面
2641:地面
2642:混凝土膨脹錨
2643:地錨
2645:機械緊固部件
2651:Z形支架
2652:凸緣表面
2653:第一部分
2654:下表面
2655:第二部分
2656:下表面
2800:燃料電池電力系統
2801:燃料供應管線
2803:分流器
2804:箭頭
2805:箭頭
3000:銜接站/銜接系統
3001:外殼
3002:電纜/流體導管/公用連接件
3003:蓋或門
3004:開口
3006:保護障壁
3007:保護外導管或管槽
3009:內部劃分器
3010:燃料公用連接件
3011:水公用連接件
3012:電連接件
3500:大型場地燃料電池系統
3501:區塊
3502:共同變電站
3505:地上電纜托盤
3701:整合式微電網系統
3702:電子模組
3801:外殼
3802:底表面
3803:側壁
3804:蓋
3805:垂直支撐件
3806:開口
3807:電連接件
3808:管道導管
3808a:管道導管
3808b:管道導管
3809:支柱夾箝
3810:閥
3811:可撓性電纜
3811a:可撓性電纜
3811b:可撓性電纜
3812a:流體連接件
3812b:流體連接件
3813:管道導管
3814:開口
3815:殼體
3816:第二組電連接件
3901a:氣體導管
3901b:水導管
3902:適合材料
3903a:外管狀部件
3903b:外管狀部件
3904a:閥
3904b:閥
3905a:可撓性導管
3905b:可撓性導管
3906a:第二氣體導管
3906b:第二水導管
3907:開口
4000:大型場地氫氣產生系統
4001:區塊
4003:管道互連件
4003a:管道互連件
4003b:管道互連件
4004:系統電力分配單元
4005:電力分配模組
4012:電解槽模組
圖1係根據本發明之各種實施例之一模組化燃料電池系統之一透視圖。
圖2繪示根據本發明之各種實施例之一模組化燃料電池系統之俯視平面圖。
圖3A、圖3B及圖3C繪示圖2之燃料電池系統之一襯墊之俯視及透視圖。
圖3D繪示圖2之燃料電池系統之一襯墊之一經修改版本之一透視圖。
圖4A繪示根據本發明之各種實施例之一模組化燃料電池系統之一透視圖。
圖4B繪示圖4A之系統之俯視平面圖。
圖4C繪示圖4A之燃料電池系統之一襯墊之一示意圖。
圖5A繪示根據本發明之各種實施例之一模組化燃料電池系統之一俯視平面圖。
圖5B繪示圖5A之燃料電池系統之一襯墊之一示意圖。
圖5C繪示根據本發明之各種實施例之一模組化燃料電池系統之一俯視平面圖。
圖5D繪示圖5C之燃料電池系統之一襯墊之一示意圖。
圖6A繪示根據本發明之各種實施例之一模組化燃料電池系統之一俯視平面圖。
圖6B繪示圖6A之燃料電池系統之一襯墊之一示意圖。
圖7A繪示根據本發明之各種實施例之一模組化燃料電池系統之一俯視平面圖。
圖7B繪示圖7A之燃料電池系統之一襯墊之一示意圖。
圖8繪示根據本發明之各種實施例之模組化襯墊區段之一透視圖。
圖9A及圖9B繪示根據本發明之各種實施例之一模組化襯墊之透視圖。
圖10繪示根據本發明之各種實施例之一模組化襯墊之一透視圖。
圖11繪示根據本發明之各種實施例之一模組化襯墊。
圖12繪示根據本發明之各種實施例之一模組化襯墊。
圖13A及圖13B繪示根據本發明之各種實施例之一襯墊之透視圖。
圖14係根據本發明之各種實施例之一燃料電池系統之一模組化襯墊之一透視圖。
圖15係根據本發明之各種實施例之一燃料電池系統之一模組化襯墊之一透視圖。
圖16係根據本發明之各種實施例之一燃料電池系統之一模組化襯墊之一透視圖。
圖17係根據本發明之各種實施例之一燃料電池系統之一襯墊區段之一透視圖。
圖18A係一燃料電池系統之一支撐框架之一透視圖,且圖18B繪示圖18A之支撐框架上之一模組。
圖19A及圖19B分別繪示根據本發明之實施例之具有預鑄混凝土溝槽之一大型場地燃料電池系統在預鑄混凝土溝槽填充有管道及佈線之前及之後之一俯視圖。
圖19C及圖19D係圖19A之大型場地燃料電池系統之透視圖。
圖19E係圖19C之一氣體及水分配模組之組件之一示意性側視圖。
圖19F係用於圖19D之大型場地燃料電池系統之一模組之一襯墊之一側視橫截面圖。
圖19G及圖19H示意性地繪示一中央脫硫系統。
圖19I係一氣體及水分配模組之一部分透明透視圖。
圖19J繪示一中央脫硫系統之一流程圖。
圖20A至圖20E係安裝圖19A至圖19J之大型場地燃料電池系統之一方法中之步驟之透視圖。
圖21係根據一實施例之一子系統之一示意性俯視圖。
圖22係圖21之子系統之電組件之一電路示意圖。
圖23係根據本發明之一實施例之電組件之一電路示意圖。
圖24及圖25係可在本發明之實施例之系統之安裝期間使用之混凝土路緣及滾道之照片。
圖26A係展示根據本發明之實施例之包含定位於一滑架上之複數個模組之一燃料電池電力系統之一透視圖。
圖26B係根據本發明之一實施例之附接至一滑架之一支撐底座之一吊鉤之一照片。
圖26C係展示根據本發明之一實施例之一燃料電池電力系統藉由一起重機經由吊鉤提升之一照片。
圖26D係展示根據本發明之一實施例之至一滑架之一燃料(即,氣體)連接之一照片。
圖26E係展示根據本發明之一實施例之至一滑架之一水連接之一照片。
圖26F係展示根據本發明之一實施例之離開一滑架之電纜之一照片。
圖27A、圖27B及圖27C分別係根據本發明之一實施例之一滑架安裝式燃料電池電力系統之側視圖、後視圖及俯視圖。
圖28繪示根據本發明之一實施例之包含彼此相鄰定位之一對滑架上之燃料電池電力產生組件之一燃料電池電力系統。
圖29繪示根據本發明之一實施例之一滑架,其具有安置在滑架上之六個電力模組、一燃料處理模組、一電力調節模組及一步階負載模組。
圖30繪示根據本發明之一實施例之一滑架,其具有安置在滑架上之六個電力模組、一燃料處理模組、一電力調節模組、一步階負載模組及一微電網變流器模組。
圖31A及圖31B繪示根據本發明之實施例之使用L形支架安裝至一地表面之一滑架。
圖31C係根據本發明之實施例之一滑架及一L形支架之一透視圖。
圖32係展示根據本發明之一實施例之夾持抵靠一滑架之一凸緣表面之一Z形支架之一側視圖。
圖33係根據本發明之一實施例之一滑架之一俯視圖,其繪示圍繞滑架之外周邊之複數個Z形支架。
圖34A及圖34B係根據本發明之一實施例之用於一滑架安裝式燃料電池電力系統及/或電解槽系統之一銜接站之透視圖。
圖34C係根據本發明之另一實施例之用於一滑架安裝式燃料電池電力系統及/或電解槽系統之一銜接站之一透視圖。
圖34D係圖34C之銜接站之外殼之內部之一平面圖。
圖35係根據本發明之一實施例之包含安置在滑架上之若干列燃料電池電力模組之一大型場地燃料電池系統之一示意性俯視圖。
圖36繪示根據本發明之一實施例之包含安置在滑架上之若干列燃料電池電力模組之一單一區塊之一燃料電池電力系統。
圖37A繪示根據本發明之一實施例之包含耦合至一系統電力分配單元及一整合式微電網系統之若干列燃料電池電力模組之一主區塊之一燃料電池電力系統。
圖37B繪示根據本發明之一實施例之包含若干列燃料電池電力模組之一主區塊及包含系統電力分配單元中之電子模組之替代組態之一整合式微電網系統之一燃料電池電力系統之另一實施例。
圖38A係繪示根據本發明之一實施例之包含具有定位於其上之燃料電池電力模組之複數個滑架及在滑架之間延伸之一電纜托盤之一燃料電池電力系統之一部分之一照片。
圖38B係根據本發明之一實施例之鄰接一滑架之一端部之一電纜托盤之一側視立面圖。
圖38C係根據本發明之一實施例之鄰接一滑架之一端部之一電纜托盤之一俯視圖。
圖38D係根據本發明之一實施例之鄰接燃料電池電力系統之一系統電力分配單元之一電纜托盤之一側視立面圖。
圖39A及圖39B繪示根據本發明之各種實施例之地下氣體及水公用管線與一燃料電池電力系統之一滑架之間之連接。
圖40A係一氫氣產生系統之一俯視示意圖,且圖40B及圖40C係本發明之一實施例之一對相鄰列電解槽模組之俯視示意圖。
12:電力模組
16:燃料處理模組
18:電力調節模組
30:門
2600:燃料電池電力系統
2601:滑架
2603:甲板
2604:水分配模組(WDM)/系統電力分配單元/輔助設備
2605:第一側/後側
2606:步階負載模組/輔助設備
2607:第二側/前側
2608:遙測機櫃/輔助設備
2609:支撐底座
2610:電力分配系統/輔助設備
2611:叉槽
2612:斷開系統/備用電源(BPS)/輔助設備
Claims (47)
- 一種電化學系統,其包括: 一滑架,其包括一甲板及連接至且支撐該甲板之至少一個底座;及 複數個模組,其等包括定位於該滑架之該甲板上之至少一個電化學模組。
- 如請求項1之電化學系統,其中該電化學系統包括一燃料電池電力產生系統,且該至少一個電化學模組包括至少一個燃料電池電力模組。
- 如請求項2之電化學系統,其中該複數個模組包括: 複數個該等燃料電池電力模組,各含有一熱箱; 一燃料處理模組,其流體耦合至該複數個燃料電池電力模組;及 一電力調節模組,其電耦合至該複數個燃料電池模組。
- 如請求項2之電化學系統,其中該複數個燃料電池電力模組包括沿著該滑架之一長度延伸之多列燃料電池電力模組,且該燃料處理模組及該電力調節模組相鄰於該多列燃料電池電力模組定位。
- 如請求項4之電化學系統,其進一步包括定位於該滑架上之輔助設備,其中該輔助設備包括以下之至少一者: 一水分配模組; 一步階負載模組; 一遙測機櫃; 一電力分配系統; 一斷開系統; 一備用電源; 一EDS單元;或 一微電網變流器單元。
- 如請求項5之電化學系統,其中該等燃料電池電力模組定位於該滑架之一第一側上,該輔助設備定位於該滑架之一第二側上,且該燃料處理模組及該電力調節模組定位於該等燃料電池電力模組與該輔助設備之間。
- 如請求項6之電化學系統,其中該輔助設備包含安裝至該滑架之一側表面之一斷開系統。
- 如請求項3之電化學系統,其進一步包括安裝至該滑架之一燃料噴射器/調節器裝置。
- 如請求項8之電化學系統,其進一步包括在該滑架與該燃料噴射器/調節器裝置之間延伸且將該燃料噴射器/調節器裝置支撐在地平面上方且遠離於定位於該滑架上之該等模組橫向隔開之一或多個支架部件。
- 如請求項3之電化學系統,其中該系統包括多個滑架,各滑架包含定位於該各自滑架之該甲板上之複數個燃料電池電力模組、一燃料處理模組及一電力調節模組,且該系統進一步包括經組態以在該等各自滑架之間共用水、燃料及/或電力之至少一者之滑架間連接。
- 如請求項10之電化學系統,其進一步包括: 一燃料噴射器/調節器裝置,其安裝至一第一滑架;及 一分流器,其耦合至該燃料噴射器/調節器裝置,且經組態以將燃料流之一第一部分從該燃料噴射器/調節器裝置之一出口引導至該第一滑架且將該燃料流之一第二部分從該燃料噴射器/調節器裝置之該出口引導至一第二滑架。
- 如請求項1之電化學系統,其中該滑架包括經組態以接收叉車叉尖以進行該系統之運輸、安裝或移除之至少一者之至少一個叉槽。
- 如請求項1之電化學系統,其中該滑架包括經組態以促進接合至一起重機以進行該系統之提升、降低或移動之至少一者之提升點。
- 如請求項1之電化學系統,其進一步包括: 至少一個L形支架,其安裝至該滑架;及 一混凝土錨或一地錨,其延伸穿過該L形支架以將該系統錨定至該地面。
- 如請求項1之電化學系統,其進一步包括一Z形支架,該Z形支架包含具有經組態以接觸該滑架之一表面之一第一表面之一第一部分及具有接觸該地面之一第二表面之一第二部分。
- 如請求項15之電化學系統,其進一步包括一錨,該錨延伸穿過該Z形支架之該第二部分且至該地面中,使得該Z形支架之該第一部分之該第一表面夾持抵靠該滑架之該表面。
- 如請求項1之電化學系統,其進一步包括: 一銜接站,其包括一外殼及該外殼之一表面中之至少一個開口,在該外殼之內部容納至少一個公用設施短截線;及 至少一個電纜或流體導管,其耦合至容納在該外殼之該內部之該至少一個公用設施短截線且從該外殼之該表面中之該開口延伸至該滑架。
- 如請求項2之電化學系統,其中該複數個模組包括: 複數個該等燃料電池電力模組,各含有一熱箱;及 一電力調節模組,其電耦合至該複數個燃料電池模組。
- 如請求項18之電化學系統,其中該滑架包括多個滑架之一者,該多個滑架各自包含該多個滑架之一各自者之該甲板上之一列燃料電池電力模組及一電力調節模組。
- 如請求項19之電化學系統,其中該多個滑架之各者進一步包括一燃料處理模組。
- 如請求項19之電化學系統,其中該電化學系統進一步包括一集中式脫硫單元及流體耦合至該集中式脫硫單元之至少一個氣體及水分配模組(GDM),其中該至少一個GDM流體耦合至該多個滑架。
- 如請求項19之電化學系統,其中該電化學系統進一步包括電耦合至該多個滑架之一系統電力分配單元。
- 如請求項22之電化學系統,其中該系統電力分配單元包括至少一個變壓器。
- 如請求項22之電化學系統,其進一步包括在該系統電力分配單元與該多個滑架之間延伸之一地上電纜托盤,該電纜托盤包括容納該多個滑架與該系統電力分配單元之間之電連接件之一外殼。
- 如請求項24之電化學系統,其中至該多個滑架之至少一個地上管道連接件安裝至該電纜托盤。
- 如請求項25之電化學系統,其中該至少一個地上管道連接件包括一水導管、一燃料導管或用於從該等燃料電池電力模組移除含碳廢氣之一導管之至少一者。
- 如請求項24之電化學系統,其中該電化學系統進一步包括藉由該地上電纜托盤耦合至該系統電力分配單元及該多個滑架之一微電網系統。
- 如請求項27之電化學系統,其中該電纜托盤之一第一外殼包含該多個滑架之間之AC電力連接,且垂直堆疊在該電纜托盤之該第一外殼上方或下方之該電纜托盤之一第二外殼包含該等列電力模組與該微電網系統之間之DC電力連接。
- 如請求項27之電化學系統,其中該電纜托盤進一步包括: 第一DC電力連接,其等在該多個滑架與該系統電力分配單元之一集中式變流器之間,及 第二DC電力連接,其等在該系統電力分配單元與該微電網系統之間。
- 如請求項19之電化學系統,其中該多個滑架直接安裝至包括瀝青、壓實集料或可滲透鋪路材料之至少一者之一連續表面上。
- 如請求項1之電化學系統,其中該電化學系統包括一氫氣產生系統,且該至少一個電化學模組包括至少一個電解槽模組。
- 如請求項31之電化學系統,其中該滑架包括多個滑架之一者,該多個滑架各自包含該各自滑架之該甲板上之複數個電解槽模組。
- 如請求項32之電化學系統,其中該多個滑架包括若干對相鄰滑架,其中管道互連件在該等對相鄰滑架上之該等電解槽模組之間延伸。
- 如請求項33之電化學系統,其中該等管道互連件定位於定位於包含該複數個電解槽模組之該等對相鄰滑架之間之單獨管道滑架上。
- 如請求項33之電化學系統,其中該等對相鄰滑架彼此鄰接,且該等管道互連件之一第一部分定位於該等對相鄰滑架之一第一滑架上,且該等管道互連件之一第二部分定位於該等對相鄰滑架之一第二滑架上。
- 如請求項31之電化學系統,其進一步包括在一系統電力分配單元與該多個滑架之間延伸之一地上電纜托盤,該電纜托盤包括容納該系統電力分配單元與該多個滑架之間之電連接件之一外殼。
- 一種安裝一電化學系統之方法,其包括: 在一滑架上提供包括至少一個電化學模組之複數個模組; 將其上安置該複數個模組之該滑架運輸至一安裝場地;及 在該安裝場地將至少一個公用線路提供至該電化學系統。
- 如請求項37之方法,其進一步包括在將該滑架運輸至該安裝場地之前,為該滑架上之該複數個模組提供全部模組間管道及佈線連接。
- 如請求項37之方法,其進一步包括使用一墊片、一L形支架、一Z形支架、一混凝土錨或一地錨之至少一者將該滑架固定在該安裝場地上。
- 如請求項37之方法,其進一步包括: 在該安裝場地準備包括瀝青、壓實集料或可滲透鋪路材料之至少一者之一表面;及 將各自包含安置在其上之複數個模組之多個滑架放置在該表面上。
- 如請求項40之方法,其中提供該至少一個公用線路包括經由可撓性導管將至少一個滑架耦合至地下氣體及水公用管線。
- 如請求項40之方法,其進一步包括將一地上電纜托盤安裝於在該多個滑架之間延伸之該表面上,其中經由該電纜托盤進行至各滑架之電連接。
- 如請求項40之方法,其中至少一個管道導管安裝至該電纜托盤,其中經由安裝至該電纜托盤之該至少一個管道導管進行至該等滑架之至少一者之一管道連接。
- 一種用於一滑架安裝式電化學系統之銜接站,其包括: 一外殼,其將至少一個公用設施短截線容納在該外殼之一內部;及至少一個開口,其在該外殼之一表面中,可透過該至少一個開口進行該至少一個公用設施短截線與一滑架安裝式電化學系統之間之至少一個公用連接件。
- 如請求項44之銜接站,其中該至少一個開口定位於該外殼之一側表面中,且該外殼包含該外殼之一底表面中之至少一個第二開口,其中該等公用設施短截線從地下透過該至少一個第二開口進入該外殼之該內部。
- 如請求項45之銜接站,其中該等公用設施短截線包括用於燃料、水及電力之公用設施短截線,且該外殼包括用於燃料及水之該等公用設施短截線與用於電力之至少一個公用設施短截線之間之一內部劃分器。
- 如請求項45之銜接站,其進一步包括一管槽,該管槽耦合至該外殼之該側表面且圍封在該外殼之該側表面中之該至少一個開口與一滑架安裝式電化學系統之間延伸之至少一個導管或電纜。
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