用于气体分配系统的燃料电池混合发电系统和方法

专利名称：用于气体分配系统的燃料电池混合发电系统和方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池系统，并尤其涉及用于气体分配系统的燃料 电池混合发电站系统和方法。
背景技术：
在传统气体分配系统中，由诸如本申请的受让人Enbridge，Inc. 的这种公用事业供应的天然气由超高压传输和分配管道运输。该超高 压气体从通常在高于下游压力二至二十倍范围内的上游压力减小压 力，用于以典型地为50-80psig的较低压力分配。这些超高压管道将 气体输送至城市门站(city gate station ),或在市中心区内，至区段站， 所述城市门站或区段站减小气体压力，以便使气体能够继而以较低压 力分配至天然气用户或消费者。城市门站或区段站通常称之为"压力降 低站"，或"压力减小站"，并且它们必须提供超高压气体至要求的较低 压力的必要减小。
在每个压力降低站处，气体压力的减小典型地通过减压阀实现。 伴随压力减小的是可归因于等焓膨胀(constant enthalpy expansion ) 的制冷效应。该效应类似于，当任意气态化合物(丙烷，压缩空气， 等)经历显著压力减小和高体积流的组合时经历的冷却。在进行丙烷 烤肉操作时可以注意到该效应的物理现象，其中当气体离开钢瓶时在 存储钢瓶中压力下的丙烷经历压力减少。在高流动性条件下，该制冷 效应在存储钢瓶上产生冷却外部，所述冷却外部在极限条件下能够导 致霜积聚在钢瓶上。
如上所述，同样的急剧冷却或制冷效应发生在大量气流经历显著 压降的天然气管道上。因为能够引起形成能消极影响管道系统整体性 和/或产生路面移动的重霜(heavy frost),所述路面靠近在市政道路允许之内的任意管道，该气体管道上的制冷效应是不合需要的。该显著 冷却在传输的气体或燃料中具有氢氧化物(湿气)，也能产生控制问题。 为消除这些顾虑，在超高压气体输送至压力降低站之前，气体公用事 业典型地预热该超高压气体。这通常通过将气体穿过具有热传递流体 回路(典型地为乙二醇回路)的热交换器或预热器实现，所述热传递 流体回路经由天然气沸腾器供应热。加热的预热器的传热流体回路的 热流，充分地加热超高压气体，使得当所述超高压气体的压力在降低
站中减小时，气体的温度维持在凝固点以上，即，在32下或0。C以上。 正如可以理解，在将超高天然气输送至降低站之前需要加热该超 高天然气，则要求相当多的能量，并因此降低气体分配系统的总效率。 同样，在降低站处的气体压力的减小产生到目前还未使用并被浪费的 显著的能量。
因此，本发明的目的是提供一种用在气体分配系统中的系统和方 法，目的是提供有效的和节省成本的减小从超高压气体分配/传输管道 供应的气体的压力的方法。
本发明的目的也是提供以上类型的系统和方法，在所述系统和方 法中利用减小气体压力而产生的能量以提高系统的效率。
本发明的目的也是提供以上类型的系统和方法，所述系统和方法 利用向大气投较小量的污染物的部件。

发明内容
在下文将说明的本发明实施例中，在可用在气体分配系统中的燃 料电池混合发电系统和方法中了解以上和其它目的，在所述气体分配 系统中超高压气体传输/分配并继而减小至较低压力，用于气体分配或 传输管道，并且在所述超高压气体减小压力之前，预热器用于加热所 述超高压气体。更特别地，所述燃料电池混合发电系统具有能量回收 发电机，所述能量回收发电机对所述预热的超高压气体作出响应并适 于减小所述预热的超高压气体的气压，以生产较低压力气体，同时产 生电输出。所述发电系统中还包括燃料电池发电站，并且所述燃料电池发电站在产生废热的同时适于产生电输出。所述燃料电池发电站还 适于使所述废热可用于所述预热器，从而使所述预热器能够加热所述 超高压气体。在所述发电系统中的电单元或组件对所述能量回收发电 机的电输出和燃料电池发电站的电输出作出响应，并产生组合电输出。 可选择地，所述燃料电池发电站此外适于使用所述较低压力(或较高 压力)气体中的一些作为用于所述装置的燃料供应。
在本发明的某些实施例中，能量回收发电机是以旋转膨胀装置的 形式，所述旋转膨胀装置通过膨胀减小所述超高压气体的压力，所述 膨胀产生驱动发电机的机械输出。在这些实施例的一些里，所述燃料 电池发电站使用燃料电池模块，所述燃料电池模块适于内重整由所述 较低压力气体供应的输入燃料。可选择地，所述燃料电池模块可包括 内重整燃料电池堆并且还可选择地，这些燃料电池可以是内重整熔融 碳酸盐燃料电池。
同样地，在一些实施例中所述电組件的组合电输出可用于电网和/ 或负载。此外，在某些实施例中，预热器使用具有热传递流体回路的 热交换器，用于加热所述超高压气体，并且所述发电站废气包括形成 至少所述发电站的废热的一部分的氧化剂废气。


本发明以上和其它特征和方面通过参照附图阅读以下详细说明将
变得更明显，其中
图1示出用在气体分配系统中的燃料电池混合发电系统； 图2更详细地示出图1的发电系统的燃料电池发电站和电组件； 图3更详细地示出图2的电组件的电力调节系统；以及 图4更详细地示出图1的系统的能量回收发电机。
具体实施例方式
图1用示意图示出和气体分配系统100 —起使用的燃料电池混合 发电系统10。该气体分配系统100包括超高压气体传输或分配管道101，所述超高压气体传输或分配管道101典型地在超高压力下将天然 气输送至一个或多个压力降低站102。在降低站102处，超高压气体 从管道101联接并减小至典型为大约50-60psig的较低压力。较低压 力气体继而从降低站102联接至一个或多个气体分配管道103，所述 分配管道103输送至或使气体可用于输送至用户场所。
在降低站102处，燃料电池混合发电系统IO提供从管道IOI供应 至该降低站的超高压气体的压力减小。发电系统10采用燃料电池发电 站11,所述燃料电池发电站11在实例中示出，从气体分配管道103 供应气体并适于利用该气体作为用于装置的燃料供应气体。更特别地， 使用该燃料供应气体和氧化剂供应气体，燃料电池发电站11通过电化 学转化，产生供给电组件或单元13的电输出。
在燃料电池发电站11中的电化学转化过程还产生接近零排放废 热。该热提供到预热器单元14，所述预热器单元14用于在气体通过 燃料电池混合发电系统IO遭受减压之前加热来自所述管道IOI的超高 压气体。在说明性实例中，示出预热器包括在气体分配系统100中。 或者，预热器14，如果在分配系统100中未提供，可以包括在发电系 统10中。
一旦预热超高压气体，则该气体通过合适的管道或管道系统在发 电系统10中联接至能量回收发电机12。能量回收发电机12将预热的 超高压气体的压力减小至要求的较低压力并将该气体输送至分配管道 103。与该减压同时发生并作为该减压的结果，能量回收发电机也产生 另外供给电組件13的电输出。
组件13调节并优化能量回收单元12的电输出和燃料电池发电站 11的电输出。系统继而使组合输出可用于一个或多个电力负载和/或可 用于电网，用于由消费者最终使用。
在有图1的气体分配系统100并且尤其是通过使用燃料电池混合 发电系统10实现的压力降低站102的情况下，该气体分配系统100 的总效率提高。尤其是，通过在能量回收发电机12中产生有用的电力 实现气体压力的减少，并且该电力联接至用于最终使用的组件13。来自能量回收发电机12的电力还由燃料电池发电站11的稳定并恒定的 电力输出补充，以便使来自組件13的合成组合电力输出能够可靠地维 持在要求的最低水平。同样，来自燃料电池发电站11的废热在预热器 14中使用，以便用于该目的的沸腾器的需要变小或被完全取代。此外， 所述燃料电池发电站的接近零排放废热用作任意沸腾器排放的补偿。 组件13提供用于额外的优化排放减少和系统燃料效率的系统控制。
组件13的示意图。如图所示，发电站ll包括多个形成DC电力部分 的燃料电池模块11A。每个模块IIA都适于可选择地通过天然气、曱 烷或其它烃类燃料作为很少或没有重整的燃料供应而直接操作；这些 气体能够然后在燃料电池模块内自己直接重整。为此，每个模块11A 都能够包括一个或多个燃料电池的内重整堆。可用的内重整燃料电池 的示例是熔融碳酸盐内重整燃料电池。
在燃料电池模块重整燃料供应气体的情况下，在发电站11内部或 在系统中的别处的分离重整单元的需求变小。当发电站11通过气体分 配系统100使用时，在所述发电站11中直接重整也有重要的益处，因 为来自分配管道103的较低压力的天然气能够继而用作燃料供应气 体，用于燃料电池模块11A。
每个燃料电池模块IIA也产生废热。该废热包括氧化剂废气，并 且如图2中示出，所述废热从燃料电池模块11A联接至热回收单元 IIB。热回收单元11B以废气的方式排出所述废热，如上所述，该废 气通过预热器14用于预热来自管道101的超高压气体。在废热排出之 前，废热的一部分用于在燃料供应和水供应在燃料和水处理单元11C 中已经处理之后处理这些供应，所述燃料和水处理单元IIC也包括在 发电站11中。后者燃料和水处理单元11C包括燃料净化和其它燃料 处理反应器(例如，用于调峰(peak shaving)天然气的去氧化反应 器)，用于处理燃料和水。
用于输送至燃料电池模块IIA。为此，单元11B包括具有关联的局部控制的冷氧化剂(空气)供应鼓风机和封装的催化反应器。
可以用作图2中的发电站11的燃料电池发电站目前由本申请的受 让人之一，FuelCell Energy, Inc.制造，产品标志是DFC 3000。由这 种受让人制造的，产品标志DFC 1500和DFC300MA的其它发电站 也可以适于用作发电站11。
同样，虽然内重整熔融碳酸盐燃料电池是可用在燃料电池模块 11A中的燃料电池的一种类型的示例，本发明的原理意在应用到燃料 电池的所有类型。于是，使用高温和低温燃料电池二者的其它类型在 本发明的预期内，在模块11A内不管内重整还是非内重整。可用的燃 料电池的示例包括但是不限制于固体氧化物燃料电池、磷酸燃料电池 和PEM燃料电池。
如果模块11A包含非内重整燃料电池，燃料电池发电站11或系 统中的别处不得不增加额外的重整设备以在燃料供应供给燃料电池模 块之前重整该燃料供应。
现在看图2中示出的电组件13，其包括电力调节单元13A、系统 控制单元13B和发电站13C。电力调节系统13A在图3中更详细示出， 并包括将燃料电池模块11A的DC输出转化成AC输出的DC至AC 变流器13AA。参见图3，能量回收单元12的电输出也供给DC至AC 变流器13AA的输出，在所述DC至AC变流器13AA处所述能量回 收单元12的电输出与变流器的输出组合。该组合输出继而供应至AC 负载和/或供应至网单元201。后者网单元201继而联接AC输出至电 力线系统202，用于最终消费者使用。
应注意，电力调节系统13A能够构造成除图3中示出的形式以外 的其它形式。因此，例如，代替能量回收单元12的AC输出供应至 DC至AC变流器13AA的输出，本来可以由以下代替由AC输出转 化为DC输出并继而在DC至AC变流器13AA的输入处与燃料电池 模块的输出组合。另一替代方案将是在DC输出供给变流器13AA的 输入之前，在燃料电池模块11A的输出处包括DC至DC变流器以提 升所述DC输出的水平。尤其用于较小能量回收发电机的第三替代方案，将从能量回收发电机提供DC输出并继而在DC至AC变流器 13AA的输入处将该输出与燃料电池模块11A的输出组合。
组件13的发电站13C包括用于将电力供应至热回收单元和燃料 电池发电站11中的其它设备的设备。如图所示，发电站13C从能量 回收发电机12的AC电力的一部分获得该电力。虽然未示出，额外的 电力可以从燃料电池模块电输出的一部分获得。发电站13C还包括作 为备用的电池供应的不可中断电力供应，以在电压急降或中断期间维 持用于控制系统和其它装置部件的电力。
控制系统单元13C包括用于控制系统的多种部件的基本控制。更 特别地，能量回收发电机的功率特性(power profile)类似于风力发 电具有可变输出，所述可变输出依靠来自回收的管道气体能量的变化 资源可用性。来自燃料电池发电站的燃料电池堆耦合电力允许燃料电 池混合发电系统IO通过组件13中的优化控制系统使其自身发电特性 (generation profile)稳定。该控制系统允许用于燃料电池混合发电 系统的操作参数建立在三种操作模式之一，所述操作模式包括
(i) 用于最大量年度电生产的优化电产量；或
(ii) 优化燃料效率，其中优先来自能量回收发电机的输出；或
(iii) 优化排放减少，其中优先来自燃料电池发电站的输出，并且 能量回收发电机输出与燃料电池发电站的燃料电池的可用热输出匹 配。
图4示出用于本发明的某些实施例，并尤其是用于那些使用图2 中示出的燃料电池发电站的实施例的能量回收发电机12。如图所示， 单元12包括旋转膨胀装置(透平膨胀机或往复膨胀机)12A和由膨胀 装置的机械输出驱动的发电机12B。膨胀装置的机械能得自超高压气 体的膨胀，结果压力减小。所述机械能驱动发电机以产生电输出(AC 或DC)。由Cryostar制造的产品标志为TG-200/60-EX的透平膨胀机 是可用于图3的旋转膨胀装置12A的透平膨胀机的一个示例。发电机 12B继而可以是由Alsthom制造的产品标志为F2RTCN450L2C的单 元。使用用于发电机12的其它能量回收发电机也在本发明预期内。于 是，例如，当前由不同制造商作为商业的、早期商业的、展示、或样 品单元而生产的其它膨胀回收机器，或正在研制中而当前没有生产的 膨胀回收机器也都可以使用。任意允许回收来自管道压力降低站102 处的气压降低的废热，用于将能量转化成有用发电的装置都可以用于 能量回收发电机12。
图1中示出的预热器系统14可以是包括热交换器的标准预热器， 所述热交换器具有标准的液体至气体，或气体至气体的热传递流体回 路。在本实例中，热交换器从发电站11接收废热以加热该热流体回路。 加热的热流体然后绕其回路路径继续进行，并将其热送交给超高压气 体以提供要求的气体的预热。热流体然后继续绕其回路路径，以将由 废热再次加热并且过程连续进行，使得当超高压气体通过热交换器时 该超高压气体连续地预热。
如图1中示出，系统100还能包括沸腾器104和降低阀105。这 些部件作为备件提供到燃料电池混合发电系统IO，并且在发电系统10 中维修或发生其它中断期间，能够在使用中将热提供至预热器14中并 为管道101中的气体提供降压。
就一切情况而论，应理解，上述的布置仅是许多可能代表本发明 申请的具体实施例的说明。根据本发明的原理，许多和变化的其它布 置能够易于设计，而不脱离本发明的精神实质和范围。因此，例如， 虽然图1中示出的本发明的实施例，燃料电池发电站从低压气体分配 管道103供应燃料气体，也可以从管道101以较高的压力供应燃料气 体，或从设计成或建造成能量回收发电机12的密封泄漏系统供应燃料 气体。还应注意，在此给出的用于超高压气体和较低压力气体的压力 和压力范围仅意在作为说明性示例，本发明并不限制于此，并意在覆 盖任意以及所有其中有气体压力从较高至较低压力的降低或/和减小 的系统。
权利要求
1.一种用在气体传输或分配系统中的燃料电池混合发电系统，在所述气体传输或分配系统中，超高压气体被传输/分配并继而减小至较低压力，用于气体分配或传输管道，并且在所述超高压气体减小压力之前，预热器被用于预热所述超高压气体，所述燃料电池混合发电系统包括能量回收发电机，所述能量回收发电机适于对所述预热的超高压气体作出响应并适于减小所述预热的超高压气体的气压，以生产用于所述气体分配管道的较低压力的气体，并产生电输出；适于产生电输出的燃料电池发电站；以及电组件，所述电组件对所述能量回收发电机的电输出和燃料电池发电站的电输出作出响应以产生组合电输出。
2. 根据权利要求1所述的燃料电池混合发电系统，其中 在产生所述电输出的同时，所述燃料电池发电站还适于生产废热并适于使所述废热可由所述预热器使用，从而使所述预热器能够加热 所述超高压气体。
3. 根据权利要求2所述的燃料电池混合发电系统，其中所述能量回收发电机包括旋转膨胀装置和联接至所述旋转膨胀装 置的发电机。
4. 根据权利要求3所述的燃料电池混合发电系统，其中 所述旋转膨胀装置包括透平膨胀机和往复膨胀机之一。
5. 根据权利要求3所述的燃料电池混合发电系统，其中 所述燃料电池发电站包括燃料电池模块，所述燃料电池模块适于接收燃料供应气体和氧化剂供应气体，并且通过所述燃料供应气体和 所述氧化剂供应气体的电化学转化，生产所迷电输出和所述废热。
6. 根据权利要求5所述的燃料电池混合发电系统，其中所述燃料电池发电站输出含有废氧化剂气体的废气，所述废氧化 剂气体形成可用于所述预热器的所述燃料电池发电站的废热的至少一部分。
7. 根据权利要求5所述的燃料电池混合发电系统，其中 所述燃料电池供应气体包括所述较低压力气体、所述超高压气体和通过回收来源于所述能量回收发电机的密封泄漏气体而供应的气体 中的一种或多种。
8. 根据权利要求5所述的燃料电池混合发电系统，其中 所述燃料电池模块包括下列中的一个或多个 一个或多个内重整燃料电池堆；和一个或多个非内重整燃料电池堆。
9. 根据权利要求8所述的燃料电池混合发电系统，其中 所述燃料电池中的每个都包括高温燃料电池、低温燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、磷酸燃料电池以及PEM 燃料电池之一。
10. 根据权利要求5所述的燃料电池混合发电系统，其中所述电组件接收所述发电机的电输出和所述燃料电池模块的电输 出以产生组合电输出。
11. 根据权利要求10所述的燃料电池混合发电系统，其中 所述燃料电池模块的所述电输出是DC输出； 所述发电机的所述电输出是AC输出和DC输出之一； 并且所述电组件包括用于将所述燃料电池发电站的任意DC输出转化成AC输出的DC至AC变流器；以及用于将所述发电机的任 意AC输出与所述DC至AC变流器的AC输出组合的组合器。
12. 根据权利要求5所述的燃料电池混合发电系统，其中 所述预热器包括具有热传递流体回路的热交换器，所述热交换器接收所述超高压气体以经由所述热传递流体回路预热所述超高压气 体；以及所述燃料电池发电站适于使所述废热可用于所述预热器的所 述热传递流体回路。
13. 根据权利要求12所述的燃料电池混合发电系统，其中 所述热传递流体回路包括乙二醇回路。
14. 根据权利要求2所述的燃料电池混合发电系统，其中 所述燃料电池发电站包括燃料电池模块，所述燃料电池模块适于接收燃料供应气体和氧化剂供应气体，并且通过所述燃料供应气体和 所述氧化剂供应气体的电化学转化，生产所述电输出和所述废热。
15. 根据权利要求14所述的燃料电池混合发电系统，其中所述燃料电池发电站输出含有废氧化剂气体的废气，所述废氧化 剂气体形成可用于所述预热器的所述燃料电池发电站的废热的至少一 部分。
16. 根据权利要求14所述的燃料电池混合发电系统，其中 所述燃料电池供应气体包括所述较低压力气体、所述超高压气体和通过回收来源于所述能量回收发电机的密封泄漏气体而供应的气体 中的一种或多种。
17. 根据权利要求14所述的燃料电池混合发电系统，其中 所述燃料电池模块包括下列中的一个或多个 一个或多个内重整燃料电池堆；和一个或多个非内重整燃料电池堆。
18. 根据权利要求17所述的燃料电池混合发电系统，其中 所述燃料电池中的每个都包括高温燃料电池、低温燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、磷酸燃料电池以及PEM 燃料电池之一。
19. 一种用在气体分配系统中的站，在所述气体分配系统中，超高 压气体被传输/分配并继而減小至较低压力，用于气体分配或传输管 道，所述站包括用于预热所述超高压气体的预热器；以及燃料电池混合发电系统，其包括能量回收发电机，所述能 量回收发电机适于对所述预热的超高压气体作出响应并适于减小所述 预热的超高压气体的气压，以生产用于所述气体分配或传输管道的较 低压力气体，并产生电输出；适于产生电输出的燃料电池发电站；以 及电组件，所述电组件对所述能量回收发电机的电输出和所述燃料电 池发电站的电输出作出响应，产生组合电输出。
20. 根据权利要求19所迷的站，还包括单元，所述单元用于使所述组合电输出可用于下列中的一个或多 个电网和一个或多个负载。
21. 根据权利要求19所述的站，其中在产生所述电输出的同时，所述燃料电池发电站还适于生产废热 并适于使所述废热可由所述预热器使用，从而使所述预热器能够加热 所述超高压气体。
22. 根据权利要求21所述的站，其中所述能量回收发电机包括旋转膨胀装置和联接至所述旋转膨胀装 置的发电机。
23. 根据权利要求22所述的站，其中 所述旋转膨胀装置包括透平膨胀机和往复膨胀机之一。
24. 根据权利要求22所述的站，其中所述燃料电池发电站包括燃料电池模块，所述燃料电池模块适于 接收燃料供应气体和氧化剂供应气体，并且通过所述燃料供应气体和 所述氧化剂供应气体的电化学转化，生产所述电输出和所述废热。
25. 根据权利要求24所述的站，其中所述燃料电池发电站输出含有废氧化剂气体的废气，所述废氧化 剂气体形成可用于所述预热器的所述燃料电池发电站的所述废热的至 少一部分。
26. 根据权利要求24所述的站，其中所述燃料电池供应气体包括所述较低压力气体、所述超高压气体 和通过回收来源于所述能量回收发电机的密封泄漏气体而供应的气体 中的一种或多种。
27. 根据权利要求24所述的站，其中所述燃料电池模块包括下列中的一个或多个 一个或多个内重整 燃料电池堆；和一个或多个非内重整燃料电池堆。
28. 根据权利要求27所述的站，其中所述燃料电池中的每个都包括高温燃料电池、低温燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、磷酸燃料电池以及PEM 燃料电池之一。
29. 根据权利要求24所述的站，其中所述电组件接收所述发电机的电输出和所述燃料电池模块的电输 出以产生组合电输出。
30. 根据权利要求29所述的站，其中 所述燃料电池发电站的所述电输出是DC输出； 所述发电机的所述电输出是AC输出和DC输出之一； 并且所述电组件包括用于将所述燃料电池发电站的任意DC输出转化成AC输出的DC至AC变流器；以及用于将所述发电机的任 意AC输出与所述DC至AC变流器的AC输出组合的组合器。
31. 根据权利要求24所述的站，其中所述预热器包括具有热传递流体回路的热交换器，所述热交换器 接收所述超高压气体以经由所述热传递流体回路预热所述超高压气体；以及所述燃料电池发电站适于^f吏所述废热可用于所述预热器的所述热传递流体回路。
32. 根据权利要求31所述的站，其中 所述热传递流体回路包括乙二醇回路。
33. 根据权利要求21所述的站，其中所述燃料电池发电站包括燃料电池模块，所述燃料电池模块适于 接收燃料供应气体和氧化剂供应气体，并且通过所述燃料供应气体和 所述氧化剂供应气体的电化学转化，生产所述电输出和所述废热。
34. 根据权利要求33所述的站，其中所述燃料电池发电站输出含有废氧化剂气体的废气，所述废氧化 剂气体形成至少可用于所述预热器的所述燃料电池发电站的所述废热 的一部分。
35. 根据权利要求33所述的站，其中所述燃料电池供应气体包括所述较低压力气体、所述超高压气体和通过回收来源于所述能量回收发电机的密封泄漏气体而供应的气体 中的一种或多种。
36. 根据权利要求33所述的站，其中所述燃料电池模块包括下列中的一个或多个 一个或多个内重整 燃料电池堆；和一个或多个非内重整燃料电池堆。
37. 根据权利要求36所述的站，其中所述燃料电池中的每个都包括高温燃料电池、低温燃料电池、熔 融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、磷酸燃料电池以及PEM 燃料电池之一。
38. —种气体分配系统，其包括用于输送超高压气体的上游气体传输/分配管道； 用于输送较低压力气体的气体分配管道； 用于预热来自所述气体传输/分配管道的超高压气体的预热器； 以及燃料电池混合发电系统，其包括能量回收发电机，所述能 量回收发电机适于对所述预热的超高压气体作出响应并适于减小所述 预热的超高压气体的气压，以生产用于所述气体分配管道的较低压力 气体，并产生电输出；适于产生电输出的燃料电池发电站；以及电组 件，所述电组件对所述能量回收发电机的电输出和燃料电池发电站的 电输出作出响应，以产生组合电输出。
39，根据权利要求38所述的气体分配系统，其中 在产生所述电输出的同时，所述燃料电池发电站还适于生产废热 并适于使所述废热可由所述预热器使用，从而使所述预热器能够加热 所述超高压气体。
40.根据权利要求39所述的气体分配系统，其中 所述能量回收发电机包括旋转膨胀装置和联接至所述旋转膨胀装 置的发电才几；以及所述燃料电池发电站包括燃料电池模块，所述燃料电池模块适于 接收燃料供应气体和氧化剂供应气体，并且通过所述燃料供应气体和 所述氧化剂供应气体的电化学转化，生产所述电输出和所述废热。
41. 根据权利要求40所述的气体分配系统，其中 所述旋转膨胀装置包括透平膨胀机和往复膨胀机之一。
42. 根据权利要求40所述的气体分配系统，其中所述燃料电池发电站输出含有废氧化剂气体的废气，所述废氧化 剂气体形成可用于所述预热器的所述燃料电池发电站的废热的至少一 部分；所述燃料电池供应气体包括所述较低压力气体、所述超高压气体 和通过回收来源于所述能量回收发电机的密封泄漏气体而供应的气体 中的一种或多种；以及所述燃料电池模块包括下列中的一个或多个 一个或多个内重整 燃料电池堆；和一个或多个非内重整燃料电池堆。
43. 根据权利要求42所述的气体分配系统，其中 所述燃料电池中的每个都包括高温燃料电池、低温燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、磷酸燃料电池以及PEM 燃料电池之一。
44. 根据权利要求42所述的气体分配系统，其中 所述预热器包括具有热传递流体回路的热交换器，所述热交换器接收所述超高压气体以经由所述热传递流体回路预热所述超高压气 体；以及所述燃料电池发电站适于使所述氧化剂废气可用于所述预热 器以加热所述热传递流体。
45. 根据权利要求44所述的气体分配系统，其中 所述热传递流体回路包括乙二醇回路。
46. 根据权利要求38所述的气体分配系统，还包括单元，所述单元用于使所述组合电输出可用于下列中的一个或多 个电网和一个或多个负载。
47. —种通过气体分配系统使用的方法，在所述气体分配系统中， 超高压气体被传输/分配并继而减小至较低压力，用于气体分配或传输 管道，所述方法包括在所述超高压气体减小压力之前，预热所述超高压气体；使用能量回收发电机以减小预热的超高压气体的压力，以便生产 所述较低压力气体，并以便产生电输出；和使用燃料电池发电站以产生电输出；以及将所述能量回收发电机的电输出与所述燃料电池发电站的电输出 组合，以产生组合电输出。
48. 根据权利要求47所述的方法，还包括 使所述组合电输出可用于下列中的一个或多个电网和负载。
49. 根据权利要求47所述的方法，其中在产生所述电输出的同时，使用所述燃料电池发电站以生产废热， 并使所述废热可用在所述预热步骤中，从而在所述预热步骤中使用以 加热所述超高压气体。
50. 根据权利要求49所述的方法，其中所述能量回收发电机包括旋转膨胀装置和联接至所述旋转膨胀装 置的发电机；和所述燃料电池发电站包括燃料电池模块，所述燃料电池模块适于 接收燃料供应气体和氧化剂供应气体，并且通过所述燃料供应气体和 所述氧化剂供应气体的电化学转化，产生所述电输出和所述废热。
51. 根据权利要求50所述的方法，其中 所述旋转膨胀装置包括透平膨胀机和往复膨胀机之一。
52. 根据权利要求50所述的方法，其中所述燃料电池发电站输出含有废氧化剂气体的废气，所述废氧化 剂气体形成可用于所述预热器的所述燃料电池发电站的废热的至少一部分；所述燃料电池供应气体包括所述较低压力气体、所述超高压气体 和通过回收来源于所述能量回收发电机的密封泄漏气体而供应的气体中的一种或多种；以及所述燃料电池模块包括下列中的一个或多个 一个或多个内重整 燃料电池堆；和一个或多个非内重整燃料电池堆。
53. 根据权利要求52所述的方法，其中所述燃料电池中的每个都包括高温燃料电池、低温燃料电池、熔 融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、磷酸燃料电池以及PEM 燃料电池之一。
54. 根据权利要求52所述的方法，其中所述预热包括所述超高压气体与热传递流体回路进行热交换，以 经由所述热传递流体回路预热所述超高压气体；以及使所述氧化剂废气可用到所述热交换步骤以加热所述热传递 流体。
55. 根据权利要求54所述的方法，其中 所述热传递流体回路包括乙二醇回路。
56. 根据权利要求47所述的方法，其中 所述低压力气体具有在50-80psig的范围内的压力； 并且所述超高压气体具有高于所述低压气体的压力二至二十倍范围内的压力。
全文摘要
本发明涉及一种用在气体分配系统中的燃料电池混合发电系统和方法，在所述气体分配系统中，较高压力气体输送/分配并继而减小至较低压力气体，用于气体分配或传输管道，并且在所述较高压力气体减小压力之前，预热器用于加热所述较高压力气体。所述燃料电池混合发电系统具有能量回收发电机，所述能量回收发电机对所述预热的较高压力气体作出响应并适于减小所述预热的较高压力气体的气压，以生产较低压力气体，同时产生电输出。所述发电系统中还包括燃料电池发电站，并且所述燃料电池发电站在产生废热的同时适于产生电输出。所述燃料电池发电站还适于使所述废热可用于所述预热器，从而使所述预热器能够加热所述较高压力气体。
文档编号H01M8/04GK101529632SQ200780023802
公开日2009年9月9日 申请日期2007年5月10日 优先权日2006年5月16日
发明者A·斯科克, D·J·泰希罗伯 申请人:燃料电池能有限公司;恩桥公司