[發明專利]用于氣體分配系統的燃料電池混合發電系統和方法

無效

• 申請號: 200780023802.2
• 申請日: 2007-05-10
• 公開（公告）號: CN101529632A
• 公開（公告）日: 2009-09-09
• 發明（設計）人: A·斯科克;D·J·泰希羅伯
• 申請（專利權）人: 燃料電池能有限公司;恩橋公司
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 朱德強

技術領域

本發明涉及燃料電池系統，并尤其涉及用于氣體分配系統的燃料電池混合發電站系統和方法。

背景技術

在傳統氣體分配系統中，由諸如本申請的受讓人Enbridge，Inc.的這種公用事業供應的天然氣由超高壓傳輸和分配管道運輸。該超高壓氣體從通常在高于下游壓力二至二十倍范圍內的上游壓力減小壓力，用于以典型地為50-80psig的較低壓力分配。這些超高壓管道將氣體輸送至城市門站(city?gate?station)，或在市中心區內，至區段站，所述城市門站或區段站減小氣體壓力，以便使氣體能夠繼而以較低壓力分配至天然氣用戶或消費者。城市門站或區段站通常稱之為“壓力降低站”，或“壓力減小站”，并且它們必須提供超高壓氣體至要求的較低壓力的必要減小。

在每個壓力降低站處，氣體壓力的減小典型地通過減壓閥實現。伴隨壓力減小的是可歸因于等焓膨脹(constant?enthalpy?expansion)的制冷效應。該效應類似于，當任意氣態化合物(丙烷，壓縮空氣，等)經歷顯著壓力減小和高體積流的組合時經歷的冷卻。在進行丙烷烤肉操作時可以注意到該效應的物理現象，其中當氣體離開鋼瓶時在存儲鋼瓶中壓力下的丙烷經歷壓力減少。在高流動性條件下，該制冷效應在存儲鋼瓶上產生冷卻外部，所述冷卻外部在極限條件下能夠導致霜積聚在鋼瓶上。

如上所述，同樣的急劇冷卻或制冷效應發生在大量氣流經歷顯著壓降的天然氣管道上。因為能夠引起形成能消極影響管道系統整體性和/或產生路面移動的重霜(heavy?frost)，所述路面靠近在市政道路允許之內的任意管道，該氣體管道上的制冷效應是不合需要的。該顯著冷卻在傳輸的氣體或燃料中具有氫氧化物(濕氣)，也能產生控制問題。為消除這些顧慮，在超高壓氣體輸送至壓力降低站之前，氣體公用事業典型地預熱該超高壓氣體。這通常通過將氣體穿過具有熱傳遞流體回路(典型地為乙二醇回路)的熱交換器或預熱器實現，所述熱傳遞流體回路經由天然氣沸騰器供應熱。加熱的預熱器的傳熱流體回路的熱流，充分地加熱超高壓氣體，使得當所述超高壓氣體的壓力在降低站中減小時，氣體的溫度維持在凝固點以上，即，在32°F或0℃以上。

正如可以理解，在將超高天然氣輸送至降低站之前需要加熱該超高天然氣，則要求相當多的能量，并因此降低氣體分配系統的總效率。同樣，在降低站處的氣體壓力的減小產生到目前還未使用并被浪費的顯著的能量。

因此，本發明的目的是提供一種用在氣體分配系統中的系統和方法，目的是提供有效的和節省成本的減小從超高壓氣體分配/傳輸管道供應的氣體的壓力的方法。

本發明的目的也是提供以上類型的系統和方法，在所述系統和方法中利用減小氣體壓力而產生的能量以提高系統的效率。

本發明的目的也是提供以上類型的系統和方法，所述系統和方法利用向大氣投較小量的污染物的部件。

發明內容

在下文將說明的本發明實施例中，在可用在氣體分配系統中的燃料電池混合發電系統和方法中了解以上和其它目的，在所述氣體分配系統中超高壓氣體傳輸/分配并繼而減小至較低壓力，用于氣體分配或傳輸管道，并且在所述超高壓氣體減小壓力之前，預熱器用于加熱所述超高壓氣體。更特別地，所述燃料電池混合發電系統具有能量回收發電機，所述能量回收發電機對所述預熱的超高壓氣體作出響應并適于減小所述預熱的超高壓氣體的氣壓，以生產較低壓力氣體，同時產生電輸出。所述發電系統中還包括燃料電池發電站，并且所述燃料電池發電站在產生廢熱的同時適于產生電輸出。所述燃料電池發電站還適于使所述廢熱可用于所述預熱器，從而使所述預熱器能夠加熱所述超高壓氣體。在所述發電系統中的電單元或組件對所述能量回收發電機的電輸出和燃料電池發電站的電輸出作出響應，并產生組合電輸出。可選擇地，所述燃料電池發電站此外適于使用所述較低壓力(或較高壓力)氣體中的一些作為用于所述裝置的燃料供應。

在本發明的某些實施例中，能量回收發電機是以旋轉膨脹裝置的形式，所述旋轉膨脹裝置通過膨脹減小所述超高壓氣體的壓力，所述膨脹產生驅動發電機的機械輸出。在這些實施例的一些里，所述燃料電池發電站使用燃料電池模塊，所述燃料電池模塊適于內重整由所述較低壓力氣體供應的輸入燃料。可選擇地，所述燃料電池模塊可包括內重整燃料電池堆并且還可選擇地，這些燃料電池可以是內重整熔融碳酸鹽燃料電池。