TW202341559A - 大地域燃料電池系統及其安裝方法 - Google Patents

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理查 賴奇
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Abstract

本發明揭示一種模組化燃料電池子系統，其包含多列模組，其中各列包括複數個燃料電池功率模組及含有電連接至該等功率模組之一DC轉AC逆變器之一功率調節模組。在一些實施例中，一單一燃氣及水分配模組流體連接至多列功率模組，且一單一迷你功率分配模組電連接至各列模組中之該功率調節模組之各者。在一些實施例中，各列模組進一步包含位於與該功率調節模組對置之該複數個燃料電池功率模組之一側上之一燃料處理模組。燃料及水連接可自含有該燃料處理模組之列之側進入各列，且電連接可自含有該功率調節模組之列之側進入各列。

Description

大地域燃料電池系統及其安裝方法
本發明大體上係針對燃料電池系統，且明確言之，本發明係針對大地域燃料電池系統及其安裝方法。
快速且廉價安裝可幫助增加燃料電池系統之流行。現場澆築客製設計混凝土墊之安裝成本(其一般需要為管系及電線開溝)可變得過高。就大多數地域而言，安裝時間亦係一問題，因為混凝土澆築及溝槽一般需要一或多個建築許可及建築檢查員複查。
此外，固定燃料電池系統可安裝於其中不動產成本相當高或可用空間有限之位置(例如一裝卸碼頭、一狹小巷道或建築物之間的空間等等)中。燃料電池系統安裝應具有可用空間之一高利用率。當經由門及其類似者進入系統需要相當大之隔離空間時，安裝不動產成本顯著增加。
當安裝於一地域上之燃料電池系統之數目增加時，一般會出現之一個問題係此等系統之間需要隔離空間(以允許維護一個單元或另一單元)。就其由燃料電池系統之客戶使用之潛力而言，系統之間的空間係缺失的。
在一些燃料電池系統設計之情況中，藉由增加單片系統設計之總容量來解決此等問題。然而，隨著所需混凝土墊之大小及重量增加，此帶來新挑戰。因此，此策略往往增加系統安裝時間。此外，隨著系統之最小大小增大，設計之容錯性降低。
燃料電池系統之燃料電池堆或柱通常位於熱箱(即，隔熱容器)中。既有大固定燃料電池系統之熱箱收容於機櫃、外殼或封閉體中。術語「機櫃」、「封閉體」及「外殼」在本文中可互換使用。機櫃通常由金屬製成。金屬塗有汽車或工業粉末塗料，其易於刮擦、凹陷及腐蝕。大部分此等機櫃類似於當前工業HVAC設備機櫃。
在一個實施例中，一種模組化燃料電池子系統包括：多列模組，其中各列包括複數個燃料電池功率模組及含有電連接至該等功率模組之一DC轉AC逆變器之一功率調節模組；一單一燃氣及水分配模組，其流體連接至多列功率模組；及一單一迷你功率分配模組，其電連接至該多列模組之各列中之該功率調節模組。
在一個實施例中，一種燃料電池系統包括：複數個模組化燃料電池子系統；一系統功率分配單元，其電連接至該複數個模組化燃料電池子系統；及複數個預鑄混凝土溝槽，其等含有連接該複數個模組化燃料電池子系統與一公用燃料管、一公用水管及該系統功率分配單元之管系及電線。
在另一實施例中，一種燃料電池功率模組包括：一多孔混凝土底層；一非多孔混凝土墊，其位於該底層上且具有小於該底層之一面積；及一燃料電池功率模組，其位於該混凝土底層上，該燃料電池功率模組含有至少一個燃料電池堆。在一個實施例中，提供一預鑄混凝土溝槽，該溝槽含有連接該燃料電池功率模組與一功率分配單元之電線。
在另一實施例中，一種燃料電池系統包含：多列燃料電池系統模組，其中各列包括複數個燃料電池功率模組、含有電連接至該等功率模組之一DC轉AC逆變器之一功率調節模組及含有流體連接至該等功率模組之用於預處理燃料之組件之一燃料處理模組，其中在該多列燃料電池系統模組之各列中，該功率調節模組位於該複數個燃料電池模組之一第一側上且該燃料處理模組位於與該第一側對置之該複數個燃料電池模組之一第二側上；一電連接，其到達位於該等各自列之該第一側上之各列之該功率調節模組；及至少一個管系連接，其到達位於該等各自列之該第二側上之各列之該燃料處理模組。
相關申請案 本申請案主張2021年7月30日申請之美國臨時申請案第63/227,836號、2022年1月20日申請之美國臨時申請案第63/301,399號及2022年2月7日申請之美國臨時申請案第63/307,309號之優先權權利，該等案之全部教示以引用方式併入本文中。
應理解，以上一般描述及以下詳細描述兩者僅供例示及說明且不限制本發明。
參考圖1，展示根據一例示性實施例之一模組化燃料電池系統10。模組化系統10可含有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號中所描述之模組及組件，該等案之全文以引用方式併入本文中。燃料電池系統10之模組化設計提供靈活系統安裝及操作。模組允許使用一單一設計組擴展安裝產生容量、可靠發電、燃料處理之靈活性及功率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「永遠開啟」單元。此設計亦提供一種容易擴展方式且滿足客戶安裝之特定要求。模組化設計亦允許使用可用燃料及可隨客戶及/或地理區域而變動之所需電壓及頻率。
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，超過一個或複數個)功率模組12、一或多個燃料處理模組16及一或多個功率調節(即，電輸出)模組18。在實施例中，功率調節模組18經組態以輸送直流電(DC)。在替代實施例中，功率調節模組18經組態以輸送交流電(AC)。在此等實施例中，功率調節模組18包含用於將DC轉換成AC之一機構，諸如一逆變器。例如，系統10可包含任何所要數目個模組，諸如2個至30個功率模組，例如3個至12個功率模組，諸如6個至12個模組。
圖1之系統10包含一墊20上之六個功率模組12 (並排堆疊之一列六個模組)、一個燃料處理模組16及一個功率調節模組18。外殼14可包含用於收容各模組12、16、18之一機櫃。替代地，如下文將更詳細描述，模組16及18可安置於一單一機櫃中。儘管展示一列功率模組12，但系統可包括超過一列模組12。例如，系統10可包括背對背/端對端配置之兩列功率模組12。
各功率模組12經組態以收容一或多個熱箱13。各熱箱容納一或多個燃料電池堆或柱(未展示，為清楚起見)，諸如具有由導電互連板分離之陶瓷氧化物電解質之一或多個固體氧化物燃料電池堆或柱。亦可使用其他燃料電池類型，諸如PEM、熔融碳酸鹽、磷酸等等。
燃料電池堆可包括外部及/或內部歧管式堆。例如，堆可具有內部歧管用於燃料及空氣，其中燃料及空氣立管延伸穿過燃料電池層中及/或燃料電池之間的互連板中之開口。
替代地，燃料電池堆可具有內部歧管用於燃料且具有外部歧管用於空氣，其中僅燃料入口及排氣立管延伸穿過燃料電池層中及/或燃料電池之間的互連板中之開口，如美國專利第7,713,649號中所描述，該專利之全文以引用方式併入本文中。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對置側上大致彼此垂直流動)、逆流平行(其中空氣及燃料在各燃料電池中之電解質之對置側上大致彼此平行但沿相反方向流動)或共伴流平行(其中空氣及燃料在各燃料電池中之電解質之對置側上沿相同方向大致彼此平行流動)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包含用於預處理燃料之組件，諸如吸附床(例如去硫劑及/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，其等可設置於相同或單獨機櫃中。適合於一特定燃料之一不同床組成可設置於各模組中。(若干)處理模組16可處理以下燃料之至少一者，其選自由一管線提供之天然氣、壓縮天然氣、甲烷、丙烷、液化石油氣、汽油、柴油、家用取暖油、煤油、JP-5、JP-8、航空燃料、氫氣、氨、乙醇、甲醇、合成氣、沼氣、生物柴油及其他適合碳氫化合物或含氫燃料。根據期望，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)燃料電池堆熱整合，則一單獨重組器17可位於一各自功率模組12中之各熱箱13中。此外，若使用內部重組燃料電池，則可完全省略一外部重組器17。
功率調節模組18包含用於將燃料電池堆產生之DC功率轉換為AC功率之組件(例如美國專利第7,705,490號中所描述之DC/DC及DC/AC轉換器，該專利之全文以引用方式併入本文中)、用於向電網輸出AC功率之電連接器、用於管理電暫態之電路、一系統控制器(例如一電腦或專用控制邏輯裝置或電路)。功率調節模組18可經設計以將來自燃料電池模組之DC功率轉換成不同AC電壓及頻率。可提供針對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及功率調節模組18可收容於外殼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可在機櫃中垂直(例如，功率調節模組18組件在燃料處理模組16去硫劑罐/床上方)或並排定位。
如圖1中之一個例示性實施例中所展示，一個機櫃提供給一列六個功率模組12，功率模組12並排線性配置於輸入/輸出模組之一側上。例如，模組列可(例如)相鄰於系統為其提供電力之一建築物定位(例如，其中模組之機櫃之背面面向建築物牆壁)。儘管展示一列功率模組12，但系統可包括超過一列模組12。例如，如上所述，系統可包括背對背堆疊之兩列功率模組。
功率模組12之線性陣列易於擴展。例如，可提供更多或更少功率模組12，取決於建築物或由燃料電池系統10服務之其他設施之電力需求。功率模組12及輸入/輸出模組亦可依其他比率提供。例如，在其他例示性實施例中，更多或更少功率模組12可相鄰於輸入/輸出模組16/18設置。此外，支援功能可由超過一個輸入/輸出模組16/18服務(例如，具有一單獨燃料處理模組16及功率調節模組18機櫃)。另外，儘管在較佳實施例中輸入/輸出模組16/18位於功率模組列12之端處，但其亦可位於一列功率模組12之中心。
模組化燃料電池系統10可依便於維修系統10之組件之一方式組態。所有常規或頻繁維修組件(諸如消耗性組件)可放置於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體(選用)及去硫劑材料可放置於一單一模組(例如一燃料處理模組16或一組合輸入/輸出模組16/18機櫃)中。此將係在日常維護期間進出之唯一模組機櫃。因此，各模組12、16及18可經維修、修理或自系統移除且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，如上文所描述，系統10可包含多個功率模組12。當至少一個功率模組12離線脫機(即，離線模組12中之熱箱13中之堆不產生電力)時，剩餘功率模組12、燃料處理模組16及功率調節模組18 (或組合輸入/輸出模組16/18)不離線脫機。此外，燃料電池系統10可含有超過一個各類型之模組12、16或18。當一特定類型之至少一個模組離線時，相同類型之剩餘模組不離線脫機。
因此，在包括複數個模組之一系統中，模組12、16或18之各者可在不停止系統中之其他模組之一操作之情況下電斷接、自燃料電池系統10移除及/或維修或修理以允許燃料電池系統繼續發電。若一個熱箱13中之一個燃料電池堆發生故障或因維修而離線脫機，則不必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的差異。
參考圖2，系統200包含安置於一墊210上之功率模組12、一功率調節模組18及一燃料處理模組16。系統200可包含用於進出模組12、16、18之門30。系統200可進一步包含裝飾門30A。
功率模組12可依一背對背組態安置。特定言之，功率模組12可安置成平行列，且燃料處理模組16及功率調節模組可安置於列之端處。因此，系統200具有一整體矩形組態，且可在長度上比其他系統短，諸如圖1之系統10。因而，系統200可安置於其中空間長度係一問題之位置中。例如，系統200可裝配於相鄰於將對其提供電力之一建築物之一停車位中。
儘管系統200經展示為包含兩列三個功率模組12，但本發明不限於任何特定數目個功率模組12。例如，在一些實施例中，系統200可包含2個至30個功率模組12、4個至12個功率模組12或6個至12個功率模組12。換言之，系統200可包含任何所要數目個功率模組12，其中功率模組12依一背對背組態安置。另外，燃料處理模組16及功率調節模組18之位置可顛倒，及/或模組16、18可安置於系統200之任一端上。
圖3A繪示墊210之一示意俯視圖。圖3B繪示墊210之一透視圖，且圖3C繪示包含一邊緣蓋之墊210之一透視圖。
參考圖3A至圖3C，墊210包含一底層212。底層212可由一混凝土或類似材料形成。替代地，底層212可由任何其他適合結構材料(諸如鋼或另一金屬)製成，且可預鑄成一單體或可分段澆鑄。底層212可藉由以下來製造：將底層材料澆鑄至一圖案化模具中，自模具移除澆鑄底層212，且接著將底層212自模具之位置(例如，在一底層製造設施中)運輸至燃料電池系統之操作地(即，其中將定位燃料電池系統來發電)。底層212可經組態為一單件，或可包含多個連接區段。
底層212可包含第一及第二通孔214、216、一排水凹槽218、一配線凹槽220及一管系凹槽222。底層212亦可包含固鎖穴224、固鎖嵌件226及管系托架228。
排水凹槽218可沿底層212之中間延伸於模組列之間，且可經組態以收集(例如)聚積於底層212上之雨水或碎屑。固鎖穴224及固鎖嵌件226可經組態以將對應模組固定至底層212。管系凹槽222可圍繞底層212之周邊延伸。特定言之，管系凹槽222可沿底層212之三個或更多個邊緣形成。配線凹槽220可自第一通孔214延伸至第二通孔216，且可大體呈U形。
墊210亦可包含管系230、配線232及一系統電連接，諸如一匯流排條234。特定言之，配線232可安置於配線凹槽220中且可連接至模組之一或多者。例如，配線232可連接至匯流排條234及功率模組12之各者。匯流排條234可連接至功率調節模組18。功率調節模組18可透過第二通孔216連接至一外部負載。匯流排條234可安置於通孔216之一邊緣上，使得配線232不跨通孔216延伸。然而，匯流排條234可安置於通孔216之一對置側上，使得配線232跨通孔216延伸，若需要此一位置來滿足系統要求。
管系230可安置於管系凹槽222中。管系230可經由第一通孔214連接至一外部水及/或燃料源，且可附接至管系托架228。特定言之，管系230可包含將燃料處理模組16連接至功率模組12之一燃料管230A。管系230亦可包含經組態以向功率模組12提供水之一水管230B。管系230可在管系托架228至功率模組12之間延伸。
如圖3C中所展示，管系230可由一邊緣蓋236覆蓋。特定言之，邊緣蓋236可經組態以覆蓋管系凹槽222。在一些實施例中，邊緣蓋236可包含數個段，使得邊緣蓋236可逐件移除及/或安裝。
圖3D繪示根據本發明之各種實施例之一墊211之一透視圖。墊211係圖2之燃料電池系統之墊210之一替代版本，代替墊210。因此，將僅詳細描述墊210、211之間的差異。
參考圖3D，墊211包含配線233，但不包含一匯流排條。特定言之，配線233可呈經組態以將各功率模組12附接至功率調節模組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的差異。
參考圖4A至圖4C，系統400包含安置於一墊410上之功率模組12、一功率調節模組18及一燃料處理模組16。系統400可包含用於進出模組12、16、18之門30。系統400可進一步包含裝飾門30A。
功率模組12可依一線性組態安置。特定言之，功率模組12可安置成一列，且燃料處理模組16及功率調節模組18可安置於列之一端處。根據一些實施例，燃料處理模組16及功率調節模組18可安置於列之中間。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在一家大賣場後面。
儘管系統400經展示以包含一列六個功率模組12，但本發明不限於任何特定數目個功率模組12。例如，在一些實施例中，系統400可包含2個至30個功率模組12、4個至12個功率模組12或6個至12個功率模組12。換言之，系統400可包含任何所要數目個功率模組12，其中模組12、16、18依一線性組態安置。
墊410包含一底層412。底層412可包含第一及第二通孔214、216。底層412亦可包含一配線凹槽及一管系凹槽，如下文關於圖10所討論。底層412可由一混凝土或類似材料形成。替代地，底層412可由任何其他適合結構材料(諸如鋼或另一金屬)製成，且可預鑄成一單體或可分段澆鑄。底層412可藉由以下來製造：將底層材料澆鑄至一圖案化模具中，自模具移除澆鑄底層412，且接著將底層412自模具之位置(例如，在一底層製造設施中)運輸至燃料電池系統之位置(即，其中將定位燃料電池系統來發電)。
墊410亦可包含管系230 (例如水管230A及燃料管230B)、配線232及一系統匯流排條234。特定言之，配線232可安置於一實質上線性配線凹槽中且可連接至模組之一或多者。例如，配線232可連接至匯流排條234及功率模組12之各者。匯流排條234可連接至功率調節模組18。功率調節模組18可透過第二通孔216連接至一外部負載。匯流排條234可安置於第二通孔216之一邊緣上，使得配線232不跨第二通孔216延伸。然而，匯流排條234可安置於第二通孔216之一對置側上，使得配線232跨第二通孔216延伸，若需要此一位置來滿足系統要求。
根據一些實施例，管系230及配線232可相鄰於門30安置以促進將其等連接至模組12、16、18。換言之，管系230及配線232可相鄰於底層412之一邊緣安置。根據一些實施例，配線232可呈電纜之形式，類似於圖3D中所展示之電纜，且可省略匯流排條234。
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的差異。
參考圖5A及圖5B，系統500包含安置於一墊510上之功率模組12、一功率調節模組18及一燃料處理模組16。系統500可包含用於進出模組12、16、18之門30。系統500可進一步包含裝飾門30A。
功率模組12可依一L形組態安置。特定言之，功率模組12可安置於一第一列中，且燃料處理模組16、功率調節模組18及額外功率模組12可安置於實質上正交於第一列之一第二列中。特定言之，模組16、18可安置於第二列之一遠端處。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在一家大賣場後面。
儘管系統500經展示以包含一列六個功率模組12，但本發明不限於任何特定數目個功率模組12。例如，在一些實施例中，系統500可包括2個至30個功率模組12、4個至12個功率模組12或6個至12個功率模組12。換言之，系統500可包含任何所要數目個功率模組12，其中模組12、16、18依一正交組態安置。
墊510包含一底層512。底層512可包含第一及第二通孔214、216、一配線凹槽及一管系凹槽。底層512可由一混凝土或類似材料形成。底層512可預鑄成一單體或可分段澆鑄。例如，底層512可包含一第一區段512A及一第二區段512B，其等可經預鑄且接著在一操作位置處彼此相鄰安置。區段512A與512B之間的劃分由虛線L展示。第一列模組可安置於第一區段512A上，且第二列模組可安置於第二區段512B上。
墊510亦可包含包括管系230 (例如水管系230A及燃料管系230B)、配線232及一系統匯流排條234。特定言之，配線232可安置於一配線凹槽中且可連接至模組之一或多者。例如，配線232可連接至匯流排條234及功率模組12之各者。匯流排條234可連接至功率調節模組18。功率調節模組18可透過第二通孔216連接至一外部負載。
根據一些實施例，管系230及配線232可相鄰於門30安置以促進將其等連接至模組12、16、18。換言之，管系230及配線232可相鄰於底層512之邊緣安置。根據一些實施例，配線232可呈電纜之形式，類似於圖3D中所展示之電纜，且可省略匯流排條234。
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的差異。
參考圖5C及圖5D，系統550包含安置於一墊560上之功率模組12、一功率調節模組18及一燃料處理模組16。功率模組12可安置於一第一列中，且燃料處理模組16及功率調節模組18可安置於大體上正交於第一列之一第二列中。因而，系統550可大體呈L形。墊560可包含由虛線L分離之第一及第二區段560A及560B。然而，墊560可由一單件材料形成。第一列模組可安置於第一區段560A上，且第二列模組可安置於第二區段560B上。
墊560亦可包含管系230 (例如水管系230A及燃料管系230B)、配線232、一第一通孔214、一第二通孔216及一系統匯流排條234。特定言之，配線232可安置於一配線凹槽中且可連接至模組之一或多者。例如，配線232可連接至匯流排條234及功率模組12之各者。匯流排條234可連接至功率調節模組18。功率調節模組18可透過第二通孔216連接至一外部負載。
根據一些實施例，管系230及配線232可相鄰於門30安置以促進將其等連接至模組12、16、18。換言之，管系230及配線232可相鄰於墊560之邊緣安置。根據一些實施例，配線232可呈電纜之形式，類似於圖3D中所展示之電纜，且可省略匯流排條234。
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的差異。
參考圖6A及圖6B，系統600包含安置於一墊610上之功率模組12、一功率調節模組18及一燃料處理模組16。系統600可包含用於進出模組12、16、18之門30。系統600可進一步包含裝飾門30A。
功率模組12可依一L形組態安置。特定言之，功率模組12可安置於一第一列中，且燃料處理模組16、功率調節模組18及額外功率模組12可安置於實質上正交於第一列之一第二列中。特定言之，模組16、18可安置於第二列之一遠端處。
與系統500相比，系統600包含安置於第一與第二列之間的一虛設區段630。虛設區段630可為不包含一模組之墊610之一部分。管系230及配線232可選路通過虛設區段630且可沿墊610之一邊緣延伸。
墊610可包含由虛設區段630分離之一第一區段612A及一第二區段612B。在一些實施例中，虛設區段630可為墊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，一空機櫃可安置於虛設區段630上。第一列模組可安置於第一區段612A上，且第二列模組可安置於第二區段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的差異。
參考圖7A及圖7B，系統700包含安置於一墊710上之功率模組12、一功率調節模組18及一燃料處理模組16。系統700可包含用於進出模組12、16、18之門30。系統700可進一步包含裝飾門30A。
功率模組12可依一階梯組態安置。特定言之，功率模組12可安置於一第一列、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中。燃料處理模組16及功率調節模組18可安置於第三列之一遠端處。然而，根據一些實施例，燃料處理模組16及功率調節模組18可安置於第一列或第二列中。
系統700包含第一與第二列之間的一虛設區段730。虛設區段730可為不包含一模組之墊710之一部分。在一些實施例中，一空機櫃可安置於虛設區段730上。管系230及配線232可選路通過虛設區段730且可沿墊710之一邊緣延伸。
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分離。第二及第三區段712B、712C可由虛設區段730分離。在一些實施例中，虛設區段730可為墊710之一單獨段，或可為第二及第三區段712B、712C之任一者之一部分。第一列模組可安置於第一區段712A上，第二列模組可安置於第二區段712B上，且第三列模組可安置於第三區段712C上。墊710亦可包含經組態以連接第一及第二區段712A、712B之配線232之一第二系統匯流排條235。
圖8繪示根據本發明之各種實施例之模組化墊區段800之一透視圖。參考圖8，墊區段800可用作上述墊之任何區段。墊區段800可呈矩形，例如，墊區段800可具有兩個實質上平行長邊及在長邊之間延伸之兩個實質上平行短邊。
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、管系托架828、一配線凹槽820、連接凹槽822及一管系凹槽824，其等可形成於墊區段800之一上表面上。第一凸台802可安置於第二與第三凸台804、806之間。第二凸台804可具有比第三凸台806更大之一表面積。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可比第三凸台806長。第一凸台802可具有比第二或第三凸台804、806更大之一表面積。安置於第三凸台806與相鄰管系托架828之間的配線凹槽820之一部分820A可擴大，例如，擴大部分820A可比配線凹槽820之剩餘部分更寬。根據一些實施例，一通孔216可形成於擴大部分820A中。
配線凹槽820可安置於凸台802、804、806與管系托架828之間。凸台802、804、806可包含固鎖穴826，其經組態以固定安置於其上之模組。管系托架828可安置於一第一列中，且凸台802、804、806可安置於實質上平行於第一列之一第二列中。
管系凹槽824可僅形成於墊區段800之兩個或三個側/邊緣上，取決於使用墊區段建構之一墊之形狀。例如，若墊區段800用於具有L形或線性組態之一燃料電池系統中，則管系凹槽824可沿墊區段800之一長邊及一個短邊延伸。在替代例中，若墊區段800用於具有一矩形組態之一燃料電池系統中，則管系凹槽824可沿墊區段800之一長邊及兩個短邊延伸。
一邊緣蓋832可安置於管系凹槽822上。墊區段800可經預鑄、輸送及接著與一或多個其他墊區段800一起現場組裝。
圖9A及圖9B繪示根據本發明之各種實施例之一模組化墊215之透視圖。墊215可用作燃料電池系統200之墊210。參考圖9A及圖9B，墊215包含彼此相鄰安置之兩個墊區段800。特定言之，墊區段800可彼此齊平安置，及/或可彼此實體連接。
特定言之，各墊區段800可經組態以使得當組裝區段800時，連接凹槽822及管系凹槽824分別彼此對準，如圖9A及圖9B中所展示。換言之，當墊區段800彼此對準時，相鄰墊區段800之連接凹槽822可形成連續凹槽，且兩個相鄰墊區段800之管系凹槽824可形成一連續管系凹槽。另外，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，一第一墊區段800之一長邊可安置成與一第二墊區段800之一長邊接觸(相對於相同第一墊區段旋轉180度)。一或多個通孔216可形成於墊區段800中以允許管系及/或配線選路。特定言之，一通孔216可形成於配線凹槽820之擴大部分820A中。
圖10繪示根據本發明之各種實施例之一模組化墊415之一透視圖。墊415可為可代替圖4A及圖4B之線性墊410之一線性墊。參考圖10，墊415包含一起縱向對準之兩個墊區段800。特定言之，一個墊區段800之第三凸台806相鄰於另一墊區段800之第二凸台804安置。換言之，墊區段800之一者之一短邊可安置成與另一墊區段800之一短邊接觸。因而，墊區段800之配線凹槽820及管系凹槽824可分別彼此對準(相連)。特定言之，配線凹槽820可經對準以形成一實質上連續及線性配線凹槽。
圖11繪示根據本發明之各種實施例之一模組化墊615。墊615可代替圖6B之墊610。
參考圖11，墊615包含一起正交對準之兩個墊區段800。特定言之，一個墊區段800之第三凸台806相鄰於另一個墊區段800之第一凸台802安置。因而，配線凹槽820可由連接凹槽822之一者連接，且墊區段800之管系凹槽824可分別彼此對準(相連)。換言之，一個墊區段800之一短邊可安置成與另一墊區段800之一長邊接觸。
一額外墊區段800可與上述墊區段800之一者對準，使得可形成諸如圖7B之墊710之一階梯形墊。換言之，各區段712A、712B、712C可使用墊區段800之一者來形成。
圖12繪示根據本發明之各種實施例之一模組化墊415A。墊415A可代替圖4A及圖4B之墊410。
參考圖12，墊415A包含兩個模組化墊區段900。墊區段900類似於墊區段800，因此將僅詳細討論其等之間的差異。
特定言之，墊區段900在墊區段900之一上表面上各包含一第一凸台802及安置於第一凸台802之對置側上之第二凸台808。第二凸台808可具有相同大小及形狀。因此，墊區段900可橫向對稱，此不同於墊區段800之情況，因為墊區段800包含具有不同大小之第二及第三凸台804及806。墊區段900可依類似於墊415中之墊區段800之一方式一起對準，如上文所討論。
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墊1000之透視圖。
參考圖13A及圖13B，墊1000可併入至上述燃料電池系統之任何者中。墊1000包含一底層1010、一分離器1012及框架1014。底層1010可由混凝土或類似材料形成，如上文所描述。特定言之，底層1010可現場澆鑄，或可澆鑄於一或多個區段中且接著現場組裝。
分離器1012可安置於底層1010之一上表面上，且可由板金或其他類似材料形成。分離器1012可包含安置於底層1010之對置側上之軌道1017及安置於軌道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、夾具或其類似者。框架1014經組態以接收模組，諸如功率模組、燃料處理模組或其類似者。分離器1012可經組態以分離底層1010與框架1014，使得其等之間形成一空間。
墊1000可包含安置於底層1010上之管系1020。管系1020可自形成於底層1010中之一通孔1022延伸，且可經組態以向安置於框架1014上之模組提供水及/或燃料。墊1000可包含經組態以接收一功率調節模組之一框架1014A。墊1000亦可包含經組態以將功率模組連接至安置於框架1014A上之功率調節模組之配線(圖中未展示)。在替代例中，配線可選路通過形成於框架1014中之開口1015。
分離器1012經組態以使框架1014與底層1010之上表面隔開。因此，管系1020可直接安置於底層1010之上表面上。換言之，底層1010之上表面可實質上呈平面，例如無需包含用於管系1020及/或配線之凹槽。
墊1000之組態提供相較於習知墊之優點，因為無需將管系及/或配線設定至澆鑄至底層1010中之特徵中以具有用於安裝燃料電池系統模組之一平坦表面。因而，可以一較低成本製造墊1000，因為底層1010無需澆鑄特徵。
圖14係根據本發明之各種實施例之用於一燃料電池系統之一墊1400之一透視圖。參考圖14，墊1400包含一底層1410及安置於底層1410上之複製器1420。底層1410可現場澆鑄或預鑄且輸送至一地域。底層1410可由混凝土或類似材料形成。
複製器1420可附接至底層1410且可由塑膠或其他非腐蝕性材料形成。複製器1420可複製模製至上述先前實施例之底層中之特徵。例如，複製器1420可形成凸台，使得配線及/或管系通道或凹槽形成於複製器1420之間的底層1410之一平坦上表面上。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，同時配線及管系形成於複製器之間的通道或凹槽中之混凝土底層1410之平坦上表面上。複製器1420亦可用作將特徵鑽入至底層1410中之模板。複製器1420可使用任何適合附接方法來附接(例如卡扣)在一起及/或附接至底層1410，諸如模製至上底層表面上。
根據一些實施例，多個墊1400可作為墊區段彼此附接以產生一較大墊1400。例如，墊1400可使用墊管系蓋上之「活鉸鏈」連接，其可卡扣鎖定至適當位置中。換言之，根據一些實施例，墊1400可被視為一墊區段。
圖15係根據本發明之各種實施例之用於一燃料電池系統之一墊1500之一透視圖。參考圖15，墊1500包含墊區段1510及一張力電纜1520。儘管展示一個張力電纜1520，但可包含多個張力電纜1520。張力電纜1520經組態以連接墊區段1510。特定言之，楔形物1530可安置於張力電纜1520上以將墊區段1510偏置在一起。儘管展示一個楔形物1530，但楔形物可安置於各張力電纜1520之對置端上。
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中以使墊區段1510彼此對準。根據一些實施例，對準銷1512可呈角錐形且對準孔1514可具有一對應形狀以促進墊區段1510對準。
圖16係根據本發明之各種實施例之用於一燃料電池系統之一墊1600之一透視圖。參考圖16，墊1600包含連接在一起之墊區段1610。特定言之，墊區段1610包含第一及第二托架1612、1614，其等彼此配合且藉由插入穿過其等之銷1616來鎖定在一起。墊區段1610可包含可提供空間用於管系及/或配線之凹槽或切口1618。管系及/或配線可透過墊區段1610供給至形成於墊區段1610中之孔1620。墊1600之組態可允許墊1600具有各種形狀及/或大小。在一些實施例中，墊區段1610可安置於一相對較薄混凝土墊上。
圖17繪示根據各種實施例之一燃料電池系統之一墊區段1700。參考圖17，墊區段1700包含自其之一上表面延伸之固鎖1710。固鎖1710可由鍛造或韌化金屬形成，且可在製造期間或製造之後插入至墊中。固鎖1710可呈蘑菇形，且可允許將一模組盲安裝於墊區段1700上。因而，固鎖1710允許一模組更容易地附接至墊區段1700，因為固鎖1710係自引導的。
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系1810、燃料管系1812及電配線1814，其等可在支撐框架1800中之一孔1816與快速連接1818之間延伸。
支撐框架1800可在一製造地附接及預連線至圖18B中所展示之一燃料電池系統之一模組1820且接著運送至其中燃料電池系統將發電之一組裝地。預附接之框架1800可類似於圖13A中所展示之框架1014。因此，可簡化一燃料電池系統之組裝。
圖19A及圖19B分別繪示具有在溝槽填充有管系及配線之前及填充有管系及配線之後的預鑄混凝土溝槽之另一實施例之一大地域燃料電池系統之一俯視圖。圖19C及圖19D係圖19A至圖19B之大地域燃料電池系統之透視圖。圖19E係圖19C之一燃氣及水分配模組之組件之一示意性側視圖。圖19F係用於圖19D之大地域燃料電池系統之一模組之一墊之一側視橫截面圖。圖19G係系統之一功能示意圖。下文描述之所有模組可位於與其他模組分離之一外殼中。系統減少組件之數目且簡化組件安裝以因此降低總系統成本。
大地域燃料電池系統含有多列上述功率模組12 (標記為PM5)。一單一燃氣及水分配模組(GDM)流體連接至多列功率模組。例如，至少兩列之至少六個功率模組(諸如四列七個功率模組)各流體連接至單一燃氣及水分配模組。如圖19E中所展示，單一燃氣及水分配模組GDM可包含上述水及燃料管系230與功率模組之間的連接。連接可包含導管(例如管)及閥231F及231W，其等使各自燃料及水自中心管系230選路至各功率模組中。燃料及水管系230可包含標記為「UG」之上述燃料管230A及標記為「UW」之上述水管230B。燃氣及水管系230可分別連接至公用燃氣及水管。包含用於預處理燃料之組件(諸如吸附床(例如去硫劑及/或其他雜質吸附床))之一單一系統級燃料處理模組16可連接至所有輸氣管230A。因此，一單一去硫器可用於使提供至燃料電池系統中之所有GDM之天然氣燃料去硫。
一或多個水分配模組(WDM)可視情況設置於系統中。WDM可包含水處理組件(例如水去離子器)及水分配管及閥，其等連接至市政供水管及系統中之個別模組。
各列功率模組12電連接至一單一上述功率調節模組18 (標記為AC5)，功率調節模組18可包含一DC轉AC逆變器及其他電組件。一單一迷你功率分配模組(MPDS)使用標記為「UE」之上述電線232來電連接至各功率調節模組18。例如，至少兩列之至少六個功率模組12 (諸如四列七個功率模組)各透過各自功率調節模組18 (諸如四個功率調節模組18)電連接至一單一MPDS。MPDS可包含多個功率調節模組18與系統功率分配模組PDS-1或PDS-2之一者之間的斷路器及電連接。
一或多個遙測模組(TC)亦可包含於系統中。遙測模組可包含系統控制器及允許系統與中央控制器及系統操作者通信之通信設備。因此，功率調節模組18中之四個逆變器及遙測電纜可連接至單一MPDS。系統亦包含系統功率分配單元(即，中央電源供應單元)，其饋電給GDM內之安全系統且亦饋電給一遙測乙太網交換機(4:1)。此將由一現場承包商安裝之電力導管及遙測導管之數目自4減少為1。替代地，可使用一單一連接來遙測資料傳送。可用一無線收發器單元替換單一cat 5電纜用於功率調節模組18與遙測模組TC之間的資料通信。此無需資料電纜安裝。
分別流體及電連接至相同GDM及相同MPDS之一組多列功率模組及其各自功率調節模組可指稱一子系統。燃料電池系統可包含複數個子系統，諸如2個至10個子系統。圖19A至圖19B中展示4個子系統。
燃料電池系統亦可包含使用電線232 (即，「UE」)電連接至燃料電池系統之所有子系統之一系統功率分配單元。系統功率分配單元可包含至少一個系統功率分配模組(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))及一斷接開關裝置(SWGR)。變壓器XFMR-1及XFMR-2可使用電線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，其具有經由電線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。亦可包含一選用不斷電子系統(UPS)。因此，電功率透過各自MPDS、PDS-1或PDS-1、XFMR-1或XFMR-2及SWGR自功率模組提供至電網及/或負載。
圖19K展示諸如圖19A中所展示之一燃料電池系統之一個區塊。一個區塊包含8個300 kW (6+1)功率模組、8個功率調節模組18 (AC5)、1個TC、2個WDM、1個3000 kVA變壓器、2個GDM及2個MPDS。
圖19L展示一替代實施例之一系統之佈局。系統包含8個區塊(其中一個區塊係具有額外兩列功率模組之較大區塊)。系統包含66個300 KW (6+1)功率模組、1個集中式去硫器模組系統、16個GDM、16個WDM、7個3000 kVA變壓器、1個4000 kVA變壓器、15個2000 Amp MPDS、2個次級2500 Amp MPDS及8個TC。圖19L之系統提供模組之一緊湊佈局，其減小模組之間的電連接(例如銅線)之長度。此降低系統之成本。
如圖19G中所展示，中央去硫系統(例如模組) 1600替換各列功率模組中之單獨去硫器。中央去硫模組1600流體連接至GDM，GDM流體連接至功率模組12以向功率模組12提供燃料。功率模組12電連接至MPDS，MPDS電連接至電負載(例如電網或一獨立負載) 1901。中央去硫系統(例如模組) 1600在圖19H中展示。中央去硫系統(例如模組) 1600含有填充有硫吸附材料(例如硫吸附床)之一或多個容器1602 (例如柱)。GDM在圖19I中展示。GDM將燃料分配給四列功率模組(其指稱一「印模」)。
圖19J繪示中央去硫系統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功率模組(即，「印模」)之兩個平行燃料流動路徑(例如燃料線，即，燃料導管)。此外，兩組兩個控制閥1603 (諸如質量流量控制閥)位於至各「印模」之平行燃料流動路徑中。壓力傳感器(PRT)可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措施。一燃氣取樣口1604亦可位於主入口管線上。在一個實施例中，系統亦包含用於偵測硫突破之一單獨硫突破偵測線1606 (以虛線框展示)。偵測線1606之輸出可流體連接至一安全排氣孔1608。硫偵測感測器1609可位於偵測線1606上以偵測自去硫系統1600輸出之燃料中硫之存在。
如圖19B至圖19D中所展示，管系230 (例如燃料及水管230A、230B)可透過預鑄混凝土溝槽1902自各自公用設施(例如燃氣及水管)提供至各子系統中之各自GDM。同樣地，電線232可透過相同預鑄混凝土溝槽1902設置於各MPDS與系統功率分配單元之間。預鑄混凝土溝槽1902可具有一「U」形，其中兩個垂直側壁由一水平底壁或水平連接桿連接。開口可設置於水平底壁中。預鑄混凝土溝槽1902位於整平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中所展示，系統之各模組(諸如一功率模組12及/或功率調節模組18)可安裝於一多層支座上。多層支座形成於夯實土壤1910上。支座包含一多孔混凝土(亦稱混凝土發泡)底層1912，諸如Confoam®多孔混凝土底層。一習知(非多孔)混凝土墊1914位於底層1912上。混凝土墊1914具有小於底層1912之一面積。U形鋼網架構1916 (諸如包圍一金屬鋼筋籠之Novoform®)設置於混凝土墊1914之側上。底層1912支撐架構1916之底部。混凝土墊1914之頂部位於完成整平面上方1.5英寸至2英寸之間，其可包括位於底層1912上方之礫石或瀝青混凝土鋪面1918。
如圖19A至圖19C、圖19K及圖19L中所展示，燃料電池系統之各區塊可包含至少一個變壓器。至少一個變壓器可與功率模組列12隔離(即，實體分離)且可位於與功率模組12、功率調節模組18及視情況GDM、WDM、TC單元及MPDS模組分離之一墊上。至少一個變壓器可位於含有系統功率分配單元之其他組件(諸如(若干)系統功率分配模組(PDS-1及PDS-2)及斷接開關裝置(SWGR))之一單獨墊上。電線232 (即，「UE」)可在含有至少一個變壓器及視情況系統功率分配單元之其他組件之單獨墊至含有功率模組列12、功率調節模組18及視情況GDM、WDM、TC單元及MPDS模組之各自墊之間延伸穿過溝槽，諸如預鑄混凝土溝槽1902。在各種實施例中，至少一個變壓器(例如圖19A及圖19B中之XFMR-1及XFMR-2及圖19K及圖19L中之XFMR)可位於區塊之一中心位置中，使得功率模組列12可位於變壓器之至少兩個對置側上(即，功率模組列12不與變壓器之一單側上之變壓器配置成一直線)。在一些實施例中，至少一個變壓器可位於區塊內之至少兩列功率模組12之間。
在圖19A及圖19B中所展示之實施例中，XFMR-1可電耦合至位於區塊之一第一側(即，左側)上之複數個功率模組12 (包含所有功率模組12)且XFMR-2可電耦合至位於區塊之一第二側(即，右側)上之複數個功率模組12 (包含所有功率模組12)。在一些實施例中，一第三變壓器(即，XFMR-3)亦可位於區塊之一中心位置中，諸如在含有第一及第二變壓器XFMR-1及XFMR-2之相同墊上。第一及第二變壓器XFMR-1及XFMR-2可饋電給第三變壓器XFMR-3，第三變壓器XFMR-3可具有比第一及第二變壓器XFMR-1及XFMR-2之任一者更高之一額定功率。例如，第一及第二變壓器XFMR-1及XFMR-2可為3000 kVA變壓器，且第三變壓器XFMR-3可為一5000 kVA變壓器。第三變壓器XFMR-3可提供整個區塊之一單一功率輸出。
在圖19L中所展示之實施例中，各變壓器XFMR可服務燃料電池系統之一各自區塊，且可提供可通過一電線傳輸至可耦合至電網及/或負載之一共同開關裝置(在圖19L之左下側展示)之一單一功率輸出。
在功率模組12之各自列之間的區塊之一中心位置中設置一或多個變壓器可顯著減小針對各區塊及在整個燃料電池功率系統內運行所需之電連接(例如銅線)之總長度。此可大幅降低燃料電池系統之成本。
圖20A至圖20J係安裝圖19A至圖19K之大地域燃料電池系統之一方法中之步驟之透視圖。
如圖20A及圖20G中所展示，溝槽形成於土壤中且接著使用諸如一挖掘機之重型機械夯實，且將框架放入至溝槽中。如圖20B及圖20H中所展示，將多孔混凝土底層1912填充至溝槽中。多孔混凝土包括一可流動填充材料(例如發泡混凝土，諸如Confoam fill 27)，其由一管或軟管填充且接著凝固至底層1912中。
如圖20C及圖20I中所展示，將U形鋼網架構1916及鋼筋籠放置於底層1912之頂部上。架構1916可包含覆蓋金屬網之聚合物片材。鋼筋位於架構內部，如圖20J中所展示。混凝土墊1914接著形成於架構1916之界限內部。模組接著放置於混凝土墊1914上。
如圖20D及圖20F中所展示，額外溝槽形成於底層1912外部。預鑄混凝土溝槽1902接著放入至額外溝槽中。
如圖20E中所展示，輸氣管230A、水管230B及電線232接著放入至預鑄混凝土溝槽1902中且連接至各自GDM及功率組件，諸如MPDS、PDS-1及PDS-2。管及電線可在不同垂直層級處附接或夾緊(例如，使用夾具1903及/或支撐桿)於預鑄混凝土溝槽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20A至圖20J中所展示之方法在無需機械振動之情況下達成100%固結，其消除或減少在回填操作期間支撐牆壁之需要。最後，其可容易挖掘且可用鏟子移除或用一往復鋸或手鋸切除。
圖21係圖19A至圖19C中所展示之系統之一個子系統之一示意圖。各列功率模組12可包括來自Bloom Energy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，總共1200 kW功率。含有四個子系統之整個系統可輸送4800 kW功率。1200 kW ES組態包括4x300 kW ES，其等全部將標準功率、通信、水及天然氣互連件匯集至中心區段中以在安裝程序期間共同連結。
圖22A及圖22B中之MPDS依兩種方式利用安裝接近度。首先，至此模組之一單一電連結可繼而藉由供應互連電纜作為一地域安裝套組之部分來分配至功率調節模組18。此將安裝自4組導管及溝槽減少為1組。此組態亦允許省略各功率調節模組18中之一輸出斷路器及突波裝置，自1200 kW系統消除總共4個斷路器及4個突波裝置。額外有益特徵包含將WIFI發射器放置於MPDS模組中及將其通信互連件放置至單獨ES。WIFI系統可服務整個安裝且可導致省略4組導管及電線，其降低安裝成本及複雜性。因此，減少系統及安裝可歸因於將單獨單元收集至系統中來實現。將主斷路器納入系統允許將變壓器放置成更靠近功率模組列，其降低安裝成本且需要更少電線。
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個單獨機櫃(即，外殼)，其中各機櫃經完全填充以用於一專用目的。第一機櫃係用於使來自4個ES之個別功率模組著陸同時使其等並聯至一共同DC匯流排上之位置。此模組包含高壓線與匯流排間的連接、熔絲保護及內部佈纜著陸位置。此模組可支援50 kW及75 kW額定功率模組兩者且可包含收集輸出DC之一全額定互連作為將DC匯流排延伸至一相鄰1200 kW系統之一選用構件。中心模組2及3僅填充有具有大載流量DC輸入及AC輸出之逆變器單元。此實施例可藉由消除較小逆變器單元且製造一單一單片逆變器用於實施於中央系統功率分配單元中來進一步降低成本。最後模組4提供進一步成本節約。此模組收容燃料電池功率模組之起動及安全設備。此將此等項目之數量自4減少至1。此進一步充當系統之收集輸出終端及提供給外部導管入口之唯一位置。
在一個實施例中，各子系統包含1200 kW/1200 kVA或1420 kVA逆變器。子系統仍將保留電網連接逆變器內之個別起動及安全系統。此將允許一單一300 kW ES (即，功率模組列12)內之一個別安全關閉。而來自GDM之一安全關閉請求將關閉子系統中之所有4個ES。若移除4個電網並聯逆變器內之斷路器，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系統PDS-1或PDS-2。因此，來自各子系統之4個冗餘突波保護裝置及安全系統可合併至中央系統功率分配單元中。
圖24、圖25A及圖25B係可在本發明之實施例之系統之安裝期間使用之混凝土緣石及電纜管道之照片。圖24繪示可用於代替一預鑄混凝土墊之混凝土緣石。此允許子系統與一單一電連結位置共同定位於一個區域中。緣石提供模組下方之通道，使得電線232及管系230可安裝於整平面上而非整平面下方。此消除溝槽挖掘。
此外，單獨導管之挖掘及使用可藉由使用圖25A及圖25B中所展示之預製混凝土電纜管道來減少或消除。電纜管道可包括上文關於圖20D及圖20J所描述之預鑄混凝土溝槽。此等可安裝於整平面上或簡單挖掘溝槽中，無需導管埋藏土方工程。最後，固定電纜管道及改良地域設計可預定實際導體長度以允許針對自1200 kW子系統至中央電裝置(即，系統功率分配單元)之各電纜運行預製導體組。此提高品質，減少現場廢料及工時。一般而言，安裝藉由提高品質、縮短地域建造時間、降低勞力成本(例如電及管系)來改良，同時仍維持具有較低組件總高度及簡化裝調之可維護性。因此，圖24至圖25B中所展示之開放溝槽藉由避免使用II類/工程填料夯實及封閉溝槽來提供顯著勞力及材料節省。提供諸如Confoam fill 27 (多孔混凝土)之自密實泥漿代替II類AB用於路基及溝槽。其亦提供較佳散熱且消除RHO混凝土以及更容易維修及保養。
圖26A係根據本發明之又一實施例之一大地域燃料電池系統之一俯視圖。圖26B係圖26A之燃料電池系統之一區塊2603之一俯視圖。圖26C係圖26A之燃料電池系統之一區塊2603之一替代組態之一俯視圖，其繪示燃料導管230A、水導管230B及電配線232。圖26D係圖26A之燃料電池系統之一區塊2603之一透視圖，其繪示燃料及水導管230A、230B側向進入至位於功率模組列12之一第一端處之一燃料處理模組16中及電配線232側向進入至位於功率模組列12之一第二端處之功率調節模組18中。因此，在此實施例中，燃料處理模組16及功率調節模組18位於一列功率模組12之對置端上。圖26E係含有在功率模組列12與用於燃料電池功率系統之一區塊2603之一集中式系統功率分配單元2604之間延伸之電配線232之一混凝土溝槽1902之一透視圖。圖26A至圖26E中所展示之燃料電池功率系統可減少組件之數目(包含電配線之總量)且可簡化組件安裝以因此降低總系統成本。
圖26A至圖26E中所展示之大地域燃料電池系統可類似於上文參考圖19A至圖19L所描述之一系統。特定言之，系統可包含配置於墊2601a (例如混凝土墊)上之多列功率模組12 (標記為PM5)，如圖26D中所展示。各列功率模組12電連接至可包含一DC轉AC逆變器及其他電組件之一單一上述功率調節模組18 (標記為AC5)。燃料處理模組16 (標記為FP5)及功率調節模組18可與功率模組12位於相同墊2601a上。系統可組態於複數個區塊2603中，其中各區塊2603可包含複數列功率模組12 (及相關聯燃料處理模組16及功率調節模組18)。功率模組列12位於各者區塊2603之一中央系統功率分配單元2604之不同側上。系統功率分配單元2604可包含至少一個變壓器，諸如可各電連接至區塊2603之各自側上之複數列功率模組12之第一及第二變壓器XFMR-1及XFMR-2及電連接至第一及第二變壓器XFMR-1及XFMR-2且可提供區塊2603之一單一功率輸出之一第三變壓器XFMR-3。來自各區塊2603之功率輸出可通過一電連接(例如銅線)提供至可將系統耦合至電網及/或一負載之一共同開關裝置2605。
一上述系統功率分配模組(PDS)可電連接至功率模組列12之複數個功率調節模組18且亦可電連接至各區塊2603中之系統功率分配單元2604之一變壓器(例如XFMR-1或XFMR-2)。例如，各區塊2603可包含系統功率分配單元2604中之一對系統功率分配模組，諸如上述PDS-1及PDS-2，其中各功率分配模組可電連接至區塊2603之各自側(例如左側及右側)上之功率調節模組18且可將功率提供至第一及第二變壓器XFMR-1及XFMR-2之一各自者。系統之各區塊2603亦可視情況包含一或多個上述水分配模組(WDM)及一或多個上述遙測模組(TC)。
圖26A中所展示之系統包含5個區塊2603，其等各包含複數列功率模組12及一系統功率分配單元2604。各列包含7個功率模組12且可形成上文參考圖21所描述之一300 kW Energy Server®燃料電池發電機(ES)。5個區塊2603之四者包含14列功率模組12且可提供4.2 MW功率。一第五區塊2603 (位於圖26A之右手側上)包含13列功率模組12。因此，整個系統可提供20.7 MW功率。應理解，系統之各種其他組態係在本發明之範疇內，包含系統之區塊2603之數目變動、每區塊2603之功率模組12之列數變動、每列之功率模組12之數目變動以及區塊2603之(若干)佈局及各區塊2603內之功率模組12之列之變動。
圖26A至圖26E中所展示之系統可與上文參考圖19A至圖19L所描述之系統之不同點在於：圖26A至圖26E之系統可不包含一中央去硫系統且亦可不包含流體連接至功率模組列12之中央燃氣及水分配模組(GDM)。確切而言，圖26A至圖26E中所展示之系統可包含複數個上述燃料處理模組16 (標記為FP5)，其等包含用於預處理燃料之組件，諸如吸附床(例如去硫劑及/或其他雜質吸附床)。各列功率模組12可包含流體耦合至列內之功率模組12之各者之一燃料處理模組16。燃料處理模組16可與功率模組列12及相關聯功率調節模組18位於相同墊2601a上。
再次參考圖26A至圖26E，在各種實施例中，在系統之各列功率模組12內，一燃料處理模組16 (即，FP5)可位於功率模組列12之一第一側上，且一功率調節模組18 (即，AC5)可位於與第一側對置之功率模組列12之一第二側上。如圖26B中所展示，燃料(由標記為「F」之箭頭指示)及水(由標記為「W」之箭頭指示)可經由列之一側上之導管230A及230B進入燃料處理模組16，且至功率調節模組18 (由標記為「E」之箭頭指示)之外部電連接(例如電線232)可位於列之對置側上。地下燃料導管(例如管) 230A及水導管(例如管) 230B可分別將燃料及水供給至各列中之燃料處理模組16，如圖26C及圖26D中所展示。在包含至少一個水分配模組(WDM)之實施例中，來自一市政供水管之水可首先提供至一WDM進行處理，且經處理水可自WDM經由水導管230B供應至各列中之燃料處理模組16，如圖26C中所展示。上述電線232可將各列中之功率調節模組18耦合至各自區塊2603之集中式系統功率分配單元2604。在一些實施例中，電線232可位於上文參考圖19B至圖19D及圖20D至圖20E所描述之一預鑄混凝土溝槽1902內。預鑄混凝土溝槽1902可在各自列之功率調節模組18至燃料電池系統之各區塊2603中之集中式系統功率分配單元2604之間延伸。替代地，電線232可位於一混凝土緣石或電纜管道中，如圖24、圖25A及圖25B中所描述。在其他實施例中，諸如圖26D中所展示，電線232可位於可視情況包覆於一適合材料(諸如水泥)中之埋藏導管中。
在各種實施例中，使功率模組列12之對置側上之燃料處理模組16與功率調節模組18分離可避免需要在相同溝槽內包含公用連接(即，燃料及水導管230A及230B)及電連接(例如銅線)。將公用及電連接放置於相同溝槽內需要一較深溝槽(例如＞3英尺，諸如高達5英尺深)來維持公用與電連接之間的一足夠垂直間隔。因此，藉由將燃料及水導管230A及230B放置於與電連接(例如電線232)分離之溝槽中，溝槽無需那麼深，其可節省挖掘時間及成本。
另外，電連接可在各區塊2603內最靠近集中式系統功率分配單元2604之列之側上進入。因此，將列之功率調節模組18連接至各區塊2603之集中式系統功率分配單元2604之電線232可橫越更短距離。此可導致更少銅配線及含有電連接之溝槽(例如預鑄混凝土溝槽1902)之更短運行，其可顯著節省勞力及材料成本。此外，圖26D中所展示之含有電連接(例如電線232)之溝槽1902可比圖19B至圖19D及圖20D至圖20E中所展示之溝槽相對更淺，因為其等僅含有電連接而非堆疊電及公用(例如燃氣及水)連接。
參考圖26B至圖26E，在各種實施例中，電連接(例如電線232)及公用連接(例如燃料及水導管230A及230B)可自列之側進入功率模組列12而非自列下方進入，如同上文參考(例如)圖3A至圖3D、圖4C、圖5B、圖5D、圖6B、圖7B、圖8、圖9B、圖16、圖17、圖18A、圖19A至圖19D、圖19K及圖19L所描述之實施例。在各種實施例中，服務重定位模組2606a可位於各列功率模組12之端處之燃料處理模組16機櫃之一外側表面上。燃料及水導管230A及230B可自下方進入服務重定位模組2606a且可自側(例如完成整平面上方)進入燃料處理模組16機櫃。額外服務重定位模組2606b可位於各列功率模組12之對置端處之功率調節模組18機櫃之一外側表面上。電連接(例如電線232)可自下方(例如，自預鑄混凝土溝槽1902)進入服務重定位模組2606b且可自側(例如完成整平面上方)進入功率調節模組18機櫃。在各種實施例中，藉由提供電及公用連接側向進入至各列功率模組12，可避免在混凝土墊2601a (例如穿過混凝土墊之上述開口214及216)中使用「切口」。此可簡化功率模組列12支撐於其上之混凝土墊2601a之設計及安裝且亦可降低勞力成本，因為無需將混凝土墊下方之含有電及/或公用連接之溝槽延伸至開口214及216之(若干)位置。
圖27A係圖26A至圖26E中所展示之一燃料電池功率系統之一區塊2603之混凝土墊2601a、2601b及2601c及預鑄混凝土溝槽1902之一透視圖。圖27B係含有電連接(即，電線232)之一預鑄混凝土溝槽1902之一透視圖。圖27C係圖27B之預鑄混凝土溝槽1902之一俯視圖。
參考圖27A，功率模組列12定位於其上之混凝土墊2601a及2601c可為大體矩形墊，其等不包含內部「切口」或穿過墊2601a、2601c之開口，公用及電連接透過開口進入各自列。確切而言，如上文所描述，公用及電連接可透過列之對置端處之模組機櫃之側形成。因此，墊2601a及2601c可不包含延伸穿過墊之一內部開口(即，在所有側上由墊2601a、2601b包圍之一開口)。混凝土墊2601a可各支撐兩列功率模組12及各自列之對置端處之相關聯燃料處理模組16及功率調節模組18。混凝土墊2601c可支撐一單列功率模組12及列之對置端上之一相關聯燃料處理模組16及功率調節模組18。至列之模組且在列之模組之間的管系及電連接可在混凝土墊2601a及2601c之上表面上方延伸。在下文進一步詳細描述之各種實施例中，附接至墊2601a、2601c之上表面之一或多個重疊結構可在墊2601a及2601c之上表面與支撐於墊2601a、2601c上之燃料電池系統模組12、16、18之下表面之間的一空間或間隔。管系及電連接可在墊2601a、2601c之上表面與燃料電池系統模組12、16、18之下表面之間的空間內延伸。如同上文參考圖13A至圖13B及圖14所描述之實施例，底層1010之上表面可實質上呈平面，例如無需包含用於管系及/或配線及/或用於安裝燃料電池系統模組12、16、18之凹槽或其他特徵。因而，混凝土墊2601a及2601c可以一較低成本製造，因為墊2601a、2601b無需澆鑄特徵。替代地，混凝土墊2601a及2601c可包含用於管系及/或配線及/或用於安裝燃料電池系統模組12、16、18之澆鑄特徵。
圖27A中所展示之區塊2603亦可包含系統功率分配單元2604之各種組件(諸如上述功率分配模組(PDS-1、PDS-2)及變壓器(XFMR-1、XFMR-2、XFMR-3)可定位於其上之一單獨混凝土墊2601b。預鑄混凝土溝槽1902可在混凝土墊2601b與含有燃料電池系統模組12、16、18之混凝土墊2601a、2601b之各者之間延伸。
在各種實施例中，燃料電池系統模組12、16、18及系統功率分配單元2604可支撐於一多層支座上，多層支座包含一底層2607及位於底層2607上方之一混凝土墊2601a、2601b、2601c。底層2607可為一多孔混凝土(亦稱混凝土發泡)底層2607，諸如可形成於夯實土壤上之一Confoam®多孔混凝土底層。混凝土墊2601a、2601b及2601c可為習知(非多孔)混凝土墊。混凝土墊2601a、2601b及2601c可具有小於混凝土墊2601a、2601b及2601c定位於其上之底層2607之一面積。在一些實施例中，底層2607可具有大於混凝土墊2601a、2601b及2601c之一厚度。例如，底層2607可具有大於12英寸之一厚度，諸如在18英寸至30英寸之間(例如約24英寸)。混凝土墊2601a、2601b及2601c可具有小於12英寸之一厚度，諸如在6英寸至12英寸之間(例如約8英寸)。在一些實施例中，含有電線232之預鑄混凝土溝槽1902可位於一底層2607之一部分上方。
圖28A係用於支撐燃料電池系統模組12、16、18之一混凝土墊2601a之一透視部分透明圖。圖28B係圖28A之混凝土墊2601a之一俯視部分透明圖。圖28C係圖28A之混凝土墊2601a之一俯視圖，其包含附接至混凝土墊2601a之頂面之重疊結構2615。圖28D係用於支撐一系統功率分配單元2604之組件之一混凝土墊2601a之一俯視圖。
參考圖28A及圖28B，混凝土墊2601a可為6英寸至10英寸，例如8英寸厚，具有一單層鋼筋2612加強。在一些實施例中，混凝土墊2601a可包含可用於將重疊結構附接至混凝土墊2601a之頂面之複數個嵌入式支柱2613。在其他實施例中，其他附接機構(諸如錨定螺栓)可用於將重疊結構附接至混凝土墊2601a之頂面。混凝土墊2601a可具有沿墊之一周邊側表面之切口部分，其等可鄰接含有至位於混凝土墊上之功率調節模組18之電連接(例如電線232)之一預鑄混凝土溝槽1902之部分。圖28C係混凝土墊2601a之一俯視圖，其中重疊結構2615附接至混凝土墊2601a之頂面。在一些實施例中，重疊結構2615可包含(例如)經組態以接收功率模組12、燃料處理模組16及/或功率調節模組18之上述框架1014及經組態以使框架1014與混凝土墊2601a之上表面分離之上述分離器1012，如上文參考圖13A及圖13B所描述。替代地或另外，重疊結構2615可包含上述複製器1420，其等可形成用於支撐功率模組12、燃料處理模組16及/或功率調節模組18之升高結構，如上文參考圖14所描述。其他適合重疊結構2615係在本發明之預期範疇內。
參考圖28D，用於系統功率分配單元2604之組件之混凝土墊2601b可包含兩層鋼筋2612加強。混凝土墊2601b可具有沿墊之周邊側表面之複數個切口部分2614以容納含有至系統功率分配單元2604之電連接(例如電線232)之一預鑄混凝土溝槽1902之部分。
圖29A及圖29B係相鄰於一燃料電池系統模組之外殼14之一機櫃之一側表面定位之服務重定位模組2606之透視圖。如上文所討論，服務重定位模組2606可允許公用及/或電連接側向進入至燃料電池系統模組(例如燃料處理模組16及/或功率調節模組18)之外殼14之機櫃中。服務重定位模組2606可包含具有一可移除蓋2621之一外殼2620。公用及/或電連接(例如公用連接之情況中之燃氣及水導管230A及230B及電連接之情況中之電線232)可透過導管(例如管) 2622自地面下進入外殼2620。外殼14之機櫃之側表面中之一或多個開口2623允許公用及/或電連接自外殼2620進入機櫃。圖29A之實施例包含位於服務重定位模組2606之外殼2620內部之複數個凸耳連接器2627。凸耳連接器2627將第一複數個地下公用及/或電連接連接至到達外殼14之機櫃內部之一第二組連接。圖29B之實施例繪示一「拉」式服務重定位模組2620，其中地下公用及/或電連接連續地延伸穿過外殼2620而進入外殼14之機櫃內部。
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產生積極影響。
各種例示性實施例中所展示之燃料電池系統之配置僅供繪示。儘管本發明僅詳細描述若干實施例，但可在不實質上背離本文中所描述之標的之新穎教示及優點之情況下進行諸多修改(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、色彩、定向等等之變動)。
展示為一體成型之一些元件可由多個部件或元件構成，元件之位置可顛倒或依其他方式變動，且離散元件或位置之本質或數目可更改或變動。亦可在不背離本發明之範疇之情況下對各種例示性實施例之設計、操作條件及配置進行其他取代、修改、改變及省略。任何實施例之任一或多個特徵可與一或多個其他實施例之任一或多個其他特徵依任何組合使用。
10:模組化燃料電池系統 12:功率模組 13:熱箱 14:外殼 16:燃料處理模組 17:重組器 18:功率調節模組 20:墊 30:門 30A:裝飾門 200:模組化燃料電池系統 210:墊 211:墊 212:底層 214:第一通孔 215:模組化墊 216:第二通孔 218:排水凹槽 220:配線凹槽 222:管系凹槽 224:固鎖穴 226:固鎖嵌件 228:管系托架 230:管系 230A:燃料管 230B:水管 231F:閥 231W:閥 232:配線 233:配線 234:匯流排條 235:第二系統匯流排條 236:邊緣蓋 237:電纜總成輸入或輸出 400:燃料電池系統 410:墊 412:底層 415:模組化墊 415A:模組化墊 500:模組化燃料電池系統 510:墊 512:底層 512A:第一區段 512B:第二區段 550:模組化燃料電池系統 560:墊 560A:第一區段 560B:第二區段 600:模組化燃料電池系統 610:墊 612A:第一區段 612B:第二區段 615:模組化墊 630:虛設區段 700:模組化燃料電池系統 710:墊 712A:第一區段 712B:第二區段 712C:第三區段 730:虛設區段 800:墊區段 802:第一凸台 804:第二凸台 806:第三凸台 808:第二凸台 820:配線凹槽 820A:擴大部分 822:連接凹槽 824:管系凹槽 826:固鎖穴 828:管系托架 832:邊緣蓋 900:模組化墊區段 1000:墊 1010:底層 1012:分離器 1014:框架 1014A:框架 1015:開口 1016:間隔件 1017:軌道 1018:螺栓 1020:管系 1022:通孔 1400:墊 1410:底層 1420:複製器 1500:墊 1510:墊區段 1512:對準銷 1514:對準孔 1520:張力電纜 1530:楔形物 1600:墊/中央去硫系統 1602:容器 1603:控制閥 1604:燃氣取樣口 1606:硫突破偵測線 1608:安全排氣孔 1609:硫偵測感測器 1610:墊區段 1612:第一托架 1614:第二托架 1616:銷 1618:凹槽/切口 1620:孔 1700:墊區段 1710:固鎖 1800:支撐框架 1810:水管系 1812:燃料管系 1814:電配線 1816:孔 1818:快速連接 1820:模組 1901:電負載 1902:預鑄混凝土溝槽 1903:夾具 1910:夯實土壤 1912:底層 1914:混凝土墊 1916:架構 1918:瀝青混凝土鋪面 2601a:混凝土墊 2601b:混凝土墊 2601c:混凝土墊 2603:區塊 2604:系統功率分配單元 2605:共同開關裝置 2606:服務重定位模組 2606a:服務重定位模組 2606b:服務重定位模組 2607:底層 2612:鋼筋 2613:嵌入式支柱 2614:切口部分 2615:重疊結構 2620:外殼 2621:可移除蓋 2622:導管 2623:開口 2627:凸耳連接器 GDM:燃氣及水分配模組 L:虛線 MPDS:迷你功率分配模組 PDS-1:系統功率分配模組 PDS-2:系統功率分配模組 PM5:功率模組 SWGR:斷接開關裝置 TC:遙測模組 WDM:水分配模組 XFMR:變壓器 XFMR-1:變壓器 XFMR-2:變壓器
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墊之俯視圖及透視圖。
圖3D繪示圖2之燃料電池系統之一墊之一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墊。
圖12繪示根據本發明之各種實施例之一模組化墊。
圖13A及圖13B繪示根據本發明之各種實施例之一墊之透視圖。
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填充有管系及配線之前及預鑄混凝土溝槽填充有管系及配線之後的預鑄混凝土溝槽之一大地域燃料電池系統之一俯視圖。
圖19C及圖19D係圖19A之大地域燃料電池系統之透視圖。
圖19E係圖19C之一燃氣及水分配模組之組件之一示意側視圖。
圖19F係用於圖19D之大地域燃料電池系統之一模組之一墊之一側視橫截面圖。
圖19G係圖19A之系統之一功能示意圖。
圖19H及圖19I係圖19A及圖19G之系統之組件之透視圖。
圖19J係具有一集中式去硫器之一燃料處理模組之一圖式。
圖19K繪示圖19A之大地域燃料電池系統之一區塊之一俯視圖。
圖19L繪示根據本發明之一替代實施例之一大地域燃料電池系統之一俯視圖。
圖20A至圖20J係安裝圖19A至圖19F之大地域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俯視圖。
圖22A及圖22B係圖21之子系統之電組件之電路示意圖。
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、圖25A及圖25B係可在本發明之實施例之系統之安裝期間使用之混凝土緣石及電纜管道之照片。
圖26A係根據本發明之另一實施例之一大地域燃料電池系統之一俯視圖。
圖26B係圖26A之燃料電池系統之一區塊之一俯視圖。
圖26C係圖26A之燃料電池系統之一區塊之一替代組態之一俯視圖，其繪示根據本發明之一實施例之用於燃料及水之導管及電配線。
圖26D係圖26A之燃料電池系統之一區塊之一透視圖，其繪示功率模組列之一第一端處之燃氣及水導管之側入口及功率模組列之一第二端處之電配線之側入口。
圖26E係根據本發明之各種實施例之含有在功率模組列與用於燃料電池功率系統之一區塊之一集中式系統功率分配單元之間延伸之電配線之一混凝土溝槽之一透視圖。
圖27A係圖26A至圖26E中所展示之一燃料電池功率系統之一區塊之混凝土墊及預鑄混凝土溝槽之一透視圖。
圖27B係根據本發明之各種實施例之含有電連接之一預鑄混凝土溝槽之一透視圖。
圖27C係圖27B之預鑄混凝土溝槽之一俯視圖。
圖28A係根據本發明之各種實施例之用於支撐燃料電池系統模組之一混凝土墊之一透視部分透明圖。
圖28B係圖28A之混凝土墊之一俯視部分透明圖。
圖28C係根據本發明之各種實施例之包含附接至混凝土墊之頂面之重疊結構之圖28A之混凝土墊之一俯視圖。
圖28D係根據本發明之各種實施例之用於支撐一系統功率分配單元之組件之一混凝土墊之一俯視圖。
圖29A及圖29B係根據本發明之各種實施例之相鄰於一燃料電池系統模組之一機櫃之一側表面定位之服務重定位模組之透視圖。
12:功率模組
18:功率調節模組
1902:預鑄混凝土溝槽
GDM:燃氣及水分配模組
MPDS:迷你功率分配模組
PDS-1:系統功率分配模組
PDS-2:系統功率分配模組
SWGR:斷接開關裝置
TC:遙測模組
WDM:水分配模組
XFMR-1:變壓器
XFMR-2:變壓器

Claims (20)

  1. 一種模組化燃料電池子系統，其包括： 多列模組，其中各列包括複數個燃料電池功率模組及含有電連接至該等功率模組之一DC轉AC逆變器之一功率調節模組； 一單一燃氣及水分配模組，其流體連接至多列功率模組；及 一單一迷你功率分配模組，其電連接至該多列模組之各列中之該功率調節模組。
  2. 如請求項1之模組化燃料電池子系統，其進一步包括流體連接至該多列模組之一單一去硫器模組。
  3. 如請求項2之模組化燃料電池子系統，其進一步包括一單獨硫突破偵測線。
  4. 一種燃料電池系統，其包括： 複數個如請求項1之模組化燃料電池子系統； 一系統功率分配單元，其電連接至該複數個模組化燃料電池子系統；及 複數個預鑄混凝土溝槽，其等含有連接該複數個模組化燃料電池子系統與一公用燃料管、一公用水管及該系統功率分配單元之管系及電線。
  5. 如請求項4之燃料電池系統，其中該系統功率分配單元包括電連接至該複數個模組化燃料電池子系統之至少一個迷你功率分配模組之至少一個變壓器，且該複數個模組化燃料電池子系統位於該至少一個變壓器之至少兩側上。
  6. 如請求項5之燃料電池系統，其中該系統功率分配單元包括電連接至一第一模組化燃料電池子系統之一第一迷你功率分配模組之一第一變壓器及電連接至一第二模組化燃料電池子系統之一第二迷你功率分配模組之一第二變壓器及提供該燃料電池系統之一功率輸出之電連接至該第一變壓器及該第二變壓器之一第三變壓器，其中該第一變壓器、該第二變壓器及該第三變壓器各位於該燃料電池系統之模組列對之間。
  7. 一種燃料電池功率模組，其包括： 一多孔混凝土底層； 一非多孔混凝土墊，其位於該底層上且具有小於該底層之一面積；及 一燃料電池功率模組，其位於該混凝土底層上，該燃料電池功率模組含有至少一個燃料電池堆。
  8. 如請求項7之燃料電池功率模組，其進一步包括含有連接該燃料電池功率模組與一功率分配單元之電線之一預鑄混凝土溝槽。
  9. 如請求項8之燃料電池功率模組，其中該預鑄混凝土溝槽含有連接該燃料電池功率模組與一公用燃料管及一公用水管之管系。
  10. 如請求項9之燃料電池功率模組，其進一步包括位於該底層上且接觸該混凝土墊之側壁之一網架構。
  11. 如請求項7之燃料電池功率模組，其中該混凝土墊包括一實質上平坦上表面且不包含穿過該混凝土墊之任何內部開口。
  12. 如請求項11之燃料電池功率模組，其中該混凝土墊包括至少一個嵌入式支柱，且重疊結構使用該至少一個嵌入式支柱安裝至該混凝土墊之該上表面。
  13. 一種燃料電池系統，其包括： 多列燃料電池系統模組，其中各列包括複數個燃料電池功率模組、含有電連接至該等功率模組之一DC轉AC逆變器之一功率調節模組及含有流體連接至該等功率模組之用於預處理燃料之組件之一燃料處理模組，其中在該多列燃料電池系統模組之各列中，該功率調節模組位於該複數個燃料電池模組之一第一側上且該燃料處理模組位於與該第一側對置之該複數個燃料電池模組之一第二側上； 一電連接，其到達位於該等各自列之該第一側上之各列之該功率調節模組；及 至少一個管系連接，其到達位於該等各自列之該第二側上之各列之該燃料處理模組。
  14. 如請求項13之燃料電池系統，其中該等燃料電池系統模組位於複數個機櫃中，且至各列之該電連接及該至少一個管系連接透過位於該列之對置側上之機櫃之側表面進入。
  15. 如請求項14之燃料電池系統，其進一步包括： 一第一服務重定位模組，其相鄰於含有各列中之該燃料處理模組之一第一機櫃之一側表面定位，其中用於燃料及水之管系連接自下方進入該第一服務重定位模組之一外殼且透過該第一機櫃之該側表面中之一開口離開該外殼；及 一第二服務重定位模組，其相鄰於含有各列中之該功率調節模組之一第二機櫃之一側表面，其中至少一個電連接自下方進入該第二服務重定位模組之一外殼且透過該第二機櫃之該側表面中之一開口離開該外殼。
  16. 如請求項13之燃料電池系統，其進一步包括在該等列之燃料電池系統模組之該等第一側與一系統功率分配單元之間延伸之一預鑄混凝土溝槽，該預鑄混凝土溝槽含有將各列之該等功率調節模組連接至該系統功率分配單元之電線。
  17. 如請求項16之燃料電池系統，其中該系統功率分配單元包括至少一個變壓器，且該多列燃料電池系統模組位於該至少一個變壓器之至少兩側上，且其中該等功率調節模組位於面向該系統功率分配單元之各列之一端上。
  18. 如請求項17之燃料電池系統，其中該系統功率分配單元包括電連接至一第一群組之燃料電池系統模組列之一第一變壓器、電連接至一第二群組之燃料電池系統模組列之一第二變壓器及電連接至該第一變壓器及該第二變壓器之一第三變壓器。
  19. 如請求項13之燃料電池系統，其中該等列之燃料電池系統模組位於一或多個墊上，該一或多個墊不包含延伸穿過該等各自墊之內部開口。
  20. 如請求項19之燃料電池系統，其中該一或多個墊之各者具有小於12英寸之一厚度。
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