[發明專利]燃料電池系統以及提高燃料電池系統燃料效率的方法

在審

• 申請號: 201710374463.8
• 申請日: 2017-05-24
• 公開（公告）號: CN108963305A
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 胡立舜;安德魯·P·夏皮羅;伊麗娜·P·什皮里;帕特里克·G·卡羅爾;伊爾凡·S·胡塞尼;羅伯特·J·佩里
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H01M8/0662
• 分類號: H01M8/0662;H01M8/1007
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 侯穎媖

本發明公開了一種燃料電池系統，包括燃料電池單元、燃料回收單元以及第一回流管道。該燃料電池單元包括一個含有陽極和陰極的燃料電池。該燃料電池的陽極用于產生含有酸性氣體和未反應燃料氣體的陽極輸出流。該燃料回收單元包括含有非水性吸收液的酸性氣體吸收器，用于從陽極輸出流中吸收酸性氣體，以產生含酸性氣體的吸收液和含有未反應燃料氣體的產出氣流。該第一回流管道用于將產出氣流輸送回燃料電池單元。本發明還公開了一種提高燃料電池系統燃料效率的方法。

技術領域

本發明大體上涉及一種燃料電池系統，以及一種提高燃料電池系統燃料效率的方法。

背景技術

燃料電池潛在地能夠清潔、安靜和高效地產生電力。不同于基于熱能的發動機，燃料電池能夠利用電化學過程將燃料中的化學能轉化為電能。在各種各樣類型的燃料電池中，固體氧化物燃料電池(SOFC)使用金屬氧化物(如氧化鈣、氧化鋯)的硬質陶瓷化合物來形成其組成部分，例如，電極、電解液和連接體。通常，在SOFC中，在陰極，氧氣被還原成氧離子，在陽極，燃料氣體，如甲烷，通過氧離子被氧化成水和二氧化碳(CO₂)。當使用碳氫化合物作為燃料氣體時，會產生CO₂，并成為SOFC的陽極輸出流的一部分。該陽極輸出流通常包括大約15％到30％的未反應燃料氣體，包括氫氣、一氧化碳，或甲烷。

雖然燃料電池系統擁有清潔、安靜發電等諸多優點，其燃料效率通常較低。為提高燃料效率，可以將未反應燃料氣體再次利用。一種方法是將陽極輸出流通入一氣體發動機，如汽輪機、往復式發動機、斯特林發動機等，回收陽極輸出流中的能量。然而，這種燃料電池和氣體發動機的混合系統一般需要很大的空間。另一種方法是從陽極輸出流中去除CO₂，將CO₂含量降低的陽極輸出流再循環回到燃料電池系統中。用于去除CO₂的其中一種材料是胺的水溶液。然而，通過熱法蒸發方法來再生該胺的水溶液的能耗非常高，這樣，雖然陽極輸出流中的燃料氣體被回收后再利用，但燃料電池系統的整體能耗通常還是非常高。

因此，需要開發一種燃料效率有所改進的燃料電池系統，以及提高燃料電池系統燃料效率的方法。

發明內容

一方面，本發明提供一種燃料電池系統。該燃料電池系統包括燃料電池單元、燃料回收單元以及第一回流管道。該燃料電池單元包括一個含有陽極和陰極的燃料電池，其中，陽極用于產生含有酸性氣體和未反應燃料氣體的陽極輸出流。該燃料回收單元包括含有非水性吸收液的酸性氣體吸收器，該酸性氣體吸收器用于從陽極輸出流中吸收酸性氣體，以產生含酸性氣體的吸收液和含有未反應燃料氣體的產出氣流。該第一回流管道用于將該產出氣流輸送回燃料電池單元。

另一方面，本發明提高了一種提高燃料電池系統燃料效率的方法。該方法包括：從燃料電池系統的燃料電池單元的一個燃料電池的陽極產生陽極輸出流，該陽極輸出流包括酸性氣體和未反應燃料氣體；使用非水性吸收液吸收陽極輸出流中的酸性氣體，以產生含酸性氣體的吸收液和含有未反應燃料氣體的產出氣流；以及將該產出氣流輸送回燃料電池單元。

附圖說明

結合以下附圖，通過接下來的詳細描述，能夠使本發明的以上的以及其它的方面、特征和優點更加清晰。

圖1為依據本發明燃料電池系統的一個實施例的示意圖；以及

圖2為依據本發明提高燃料電池系統燃料效率的方法的一個實施例的流程圖。

具體實施方式