[發明專利]高效熔融碳酸鹽燃料電池系統和方法

有效

• 申請號: 201580069572.8
• 申請日: 2015-12-18
• 公開（公告）號: CN107112568B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: M·朗布雷克;M·法羅克;C·尼德霍費爾;F·C·揚克;R·文卡塔拉曼;M·L·夸坦內恩斯
• 申請（專利權）人: 燃料電池能有限公司
• 主分類號: H01M8/18
• 分類號: H01M8/18
• 代理公司: 北京邦信陽專利商標代理有限公司 11012
• 代理人: 鄭世奇

本申請公開一種高效燃料電池系統，所述高效燃料電池系統包含具有頂陰極部分和頂陽極部分的頂燃料電池組合件；以及具有底陰極部分和底陽極部分的底燃料電池組合件。所述底陽極部分接收從所述頂陽極部分輸出的陽極廢料，并且所述頂陰極部分從所述底陰極部分接收陰極廢料。所述頂燃料電池組合件具有比所述底燃料電池組合件更多數目的燃料電池，以使得所述頂燃料電池組合件利用比所述底燃料電池組合件更多的燃料。

相關申請案的交叉參考

本申請案主張2014年12月19日遞交的第14/578,077號美國專利申請案的權益和優先權，所述申請案的整個揭示內容(包含說明書、附圖、權利要求和摘要)以引用的方式并入本文中。

背景技術

本發明涉及燃料電池發電系統，并且，具體來說，涉及多堆高效燃料電池系統和操作所述系統的方法。

燃料電池是一種借助于電反應將存儲在烴類燃料中的化學能直接轉換成電能的裝置。大體上，燃料電池包括通過電解質基體分隔開的陽極和陰極，所述電解質基體傳導帶電離子。為了產生有用的功率電平，數個單個燃料電池與每一電池之間的導電隔板串聯堆疊。

在構建燃料電池系統中，個別燃料電池堆疊在一起以形成燃料電池堆。燃料電池的數目確定燃料電池堆的額定功率。為了向系統提供較高額定功率，利用數個燃料電池堆，并組合燃料電池堆的輸出以提供所要的功率輸出。在某些燃料電池系統中，燃料電池堆可以一個或多個燃料電池堆模塊的形式組織，其中的每一個包含容納在殼體或密閉結構中的一個或多個燃料電池堆。

多堆燃料電池系統可包含其中多個燃料電池堆容納在共同殼體內的燃料電池堆模塊。在具有這種經開發以用于高溫燃料電池堆，并且具體來說，用于熔融碳酸鹽燃料電池堆的設計的系統中，將盒狀密閉結構采用作為殼體，并且燃料電池堆可沿著密閉結構的長度進行布置。燃料電池模塊內的每一燃料電池堆具有用于接收操作燃料電池堆所需要的燃料和氧化劑氣體的入口歧管，和用于從燃料電池堆輸出作為陽極和陰極廢料的廢燃料和氧化劑氣體的出口歧管。燃料電池模塊的密閉結構包含通過管槽與相應的燃料電池堆的燃料和氧化劑氣體入口歧管連通的燃料和氧化劑氣體入口端口，以及通過管槽與氧化劑和燃料氣出口歧管連通的燃料和氧化劑氣體出口端口。

在內部重整燃料電池中，重整催化劑放置在燃料電池堆內以允許直接使用烴類燃料，例如管線天然氣、液化天然氣(LNG)、液化石油氣(LPG)、生物氣體、含有煤氣的甲烷等，而不需要昂貴且復雜的外部重整設備。在內部重整器中，由燃料電池產生的水和熱供重整反應使用，并且由重整反應產生的氫氣用于燃料電池。由燃料電池反應產生的熱向吸熱重整反應供應熱。因此，內部重整用于冷卻燃料電池堆。

已經開發出并使用兩種不同類型的內部重整燃料電池設計。第一類型的內部重整燃料電池是直接內部重整(DIR)燃料電池模塊，其中通過將重整催化劑放置在燃料電池的有源陽極隔室內來實現直接內部重整。直接內部重整的優勢是通過這種重整產生的氫氣直接被提供到陽極。第二類型的內部重整燃料電池利用間接內部重整(IIR)，所述間接內部重整(IIR)通過將重整催化劑放置在燃料電池堆內的隔離腔室中，并將重整氣體從此腔室布設到燃料電池的陽極隔室中來實現。間接內部重整的優勢是保護重整催化劑免受燃料電池的電解質的毒化。三種類型的內部重整堆疊設計是可能的：(1)僅并有DIR，(2)僅并有IIR，以及(3)并有DIR和IIR兩者。

并有DIR和IIR兩者的內部重整熔融碳酸鹽燃料電池系統也稱為直接燃料電池(DFC)，它已經進化為環保發電的選擇，并且是綠色電源的商用首選。相比于常規的基于燃燒的電廠，碳酸鹽電廠具有更少的溫室氣體和顆粒物質的排放。碳酸鹽電廠排放極少的NOx氣體、SOx氣體或顆粒物質。碳酸鹽電廠已經被加利福尼亞空氣資源委員會(CARB)指定為“超清潔”。