模块化燃料电池系统的制作方法

本公开的实施例涉及模块化燃料电池系统。

背景技术：

1、燃料电池具有提供清洁、安静和高效发电的潜力。与基于热能的发动机不同，燃料电池使用电化学或类似电池的过程将与氢气转化为水相关的化学能转化为电能。燃料电池系统在本领域中用于产生大的电力输出量。燃料电池系统包括数个燃料电池和可选的涡轮增压器或涡轮增压系统。

2、现有技术系统的一个缺点是燃料电池系统的各个部件不能灵活地适应客户的需求。例如，燃料电池系统通常被设计用于特定的输出功率，即燃料电池、涡轮增压器和系统(例如供水或排气系统)的所有其他附加部件被设计用于具有特定输出功率的特定系统。在期望的应用需要其他参数，例如不同的输出功率的情况下，整个燃料电池系统需要重新设计，例如用于将涡轮增压器与燃料电池匹配，以及用于提供合适的供应和排气系统。

3、对改进的燃料电池系统有着持续的需求。特别地，需要高度灵活的燃料电池系统，并且该燃料电池系统被设计为使得能够利用有限数量的部件来覆盖大的输出功率范围，而不必针对特定应用重新设计每个部件。

技术实现思路

1、鉴于上述内容，提供了根据独立权利要求1所述的模块化燃料电池系统。根据从属权利要求、说明书和附图，其它的方面、优点和特征是显而易见的。

2、根据本公开的一个方面，提供了一种模块化燃料电池系统。该模块化燃料电池系统包括多个燃料电池模块。每个燃料电池模块包括燃料电池、用于向燃料电池模块提供进气的进气接口、以及用于从燃料电池模块导走排气的排气接口。该模块化燃料电池系统包括连接到燃料电池模块的进气接口中的每个的进气歧管。该进气歧管包含多个进气模块。每个进气模块可释放地连接到至少一个相邻的进气模块，并连接到进气接口中的至少一个，以将进气从进气歧管提供到进气接口中的至少一个。该模块化燃料电池系统还包括连接到燃料电池模块的排气接口中的每个的排气歧管。该排气歧管包含多个排气模块。每个排气模块可释放地连接到至少一个相邻的排气模块，并连接到排气接口中的至少一个，以从排气接口中的至少一个接收排气。该模块化燃料电池系统还包括涡轮增压系统，该涡轮增压系统包括具有压缩机和涡轮机的至少一个涡轮增压器。涡轮机与排气歧管流体连接以从排气歧管接收排气，并且压缩机与进气歧管流体连接以向进气歧管提供增压的进气。

3、本领域技术人员在阅读以下详细描述和查看附图后，将认识到额外的特征和优点。

技术特征：

1.一种模块化燃料电池系统(100)，包括：

2.根据权利要求1所述的模块化燃料电池系统，其中，所述多个燃料电池模块(110、410)包括第一燃料电池模块(110)和第二燃料电池模块(410)，其中，所述第二燃料电池模块(410)的总输出功率大于所述第一燃料电池模块(110)的总输出功率；优选地，其中所述第二燃料电池模块(410)的总输出功率是所述第一燃料电池模块(110)的总输出功率的至少两倍；并且更优选地，其中所述第二燃料电池模块(410)的总输出功率是第一类型的燃料电池模块(110)的总输出功率的整数倍。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的模块化燃料电池系统，还包括复合燃料电池模块(210)，所述复合燃料电池模块(210)包括多个燃料电池子模块(310)，每个燃料电池子模件(310)包括燃料电池、用于向所述燃料电池子模块(310)提供进气的进气子接口(313)、以及用于从所述燃料电池子模块(310)导走排气的排气子接口(312)，优选地，其中所述燃料电池子模块(310)是所述第一燃料电池模块(110)。

4.根据权利要求3所述的模块化燃料电池系统，其中，所述第二燃料电池模块(410)和所述复合燃料电池模块(210)的总输出功率基本相同；和/或其中，所述第二燃料电池模块(410)和所述复合燃料电池模块(210)各自包括具有基本相同尺寸的壳体(224)。

5.根据权利要求3或4中任一项所述的模块化燃料电池系统，其中，所述复合燃料电池模块(210)还包括进气子歧管(170)和排气子歧管(160)，所述进气子歧管(170)用于将所述进气模块(141、142、143)中的一个与所述多个燃料电池子模块(310)的进气子接口(313)中的每个连接；所述排气子歧管(160)用于将所述排气模块(131、132、133)中的一个与所述多个燃料电池子模块(310)的排气子接口(312)中的每个连接。

6.根据前述权利要求中任一项所述的模块化燃料电池系统，还包括外部热交换器(180)，所述外部热交换器(180)被配置用于在进气和排气之间交换热量。

7.根据权利要求6所述的模块化燃料电池系统，其中，所述外部热交换器(180)被配置为在所述涡轮机(151)的上游将热量从进气传递到排气。

8.根据权利要求6或7中任一项所述的模块化燃料电池系统，其中，所述外部热交换器(180)的第一部分布置在所述压缩机(152)的下游和所述进气歧管(140)的上游，并且所述外部热交换器(180)的第二部分布置在所述排气歧管(130)的下游和所述涡轮机(151)的上游，优选地，其中所述第一部分被配置为将热量传递到所述第二部分。

9.根据权利要求6所述的模块化燃料电池系统，其中，所述外部热交换器(180)被配置为将热量从所述涡轮机(151)下游的排气传递到所述压缩机(152)下游的进气。

10.根据权利要求6或9中任一项所述的模块化燃料电池系统，其中，所述外部热交换器(180)的第一部分布置在所述压缩机(152)的下游和所述进气歧管(140)的上游，并且所述外部热交换器(180)的第二部分布置在所述涡轮机(151)的下游，优选地，其中所述第二部分被配置为将热量传递到所述第一部分；并且可选地，其中所述涡轮增压系统(150)包括所述外部热交换器(180)。

11.根据前述权利要求中任一项所述的模块化燃料电池系统，包括与所述进气歧管(140)和所述排气歧管(130)并联连接的至少两个涡轮增压器。

12.根据前述权利要求中任一项所述的模块化燃料电池系统，其中，所述多个燃料电池模块(110)中的每个还包括将所述燃料电池(111)与所述排气接口(112)连接的排气管线(125)，并且还包括布置在所述排气管线(125)内的内部热交换器(122)、后燃器(121)以及氧化器中的至少一个及其组合；可选地，包括串联布置在所述排气管线(125)内的所述内部热交换器(122)和所述后燃器(121)，所述后燃器(121)优选地位于所述内部热交换器(122)的上游。

13.根据前述权利要求中任一项所述的模块化燃料电池系统，其中，所述多个燃料电池模块(110)中的每个还包括将所述燃料电池(111)与燃料供应接口(115)连接的燃料供应管线，并且还包括布置在所述燃料供应管线内的蒸汽发生器(128)、预重整器(126)、重整器和变换反应器中的至少一个。

14.根据前述权利要求中任一项所述的模块化燃料电池系统，其中，所述多个燃料电池模块(110、410)中的每个和/或所述复合燃料电池模块(210)中的每个包括供水接口(114)，所述燃料电池系统(100)还包括：

15.根据前述权利要求中任一项所述的模块化燃料电池系统，其中，所述多个燃料电池模块(110、410)中的每个和/或所述复合燃料电池模块(210)中的每个包括燃料供应接口(115)，所述燃料电池系统(100)还包括：

16.根据权利要求14或15所述的模块化燃料电池系统，还包括连接到所述燃料供应歧管和/或所述供水歧管(190)的外部蒸汽发生器、外部预重整器、外部重整器和外部变换反应器中的至少一个。

技术总结
描述了一种模块化燃料电池系统(100)。该模块化燃料电池系统(100)包括多个燃料电池模块(110、410)，每个燃料电池模块(110、410)包括进气接口(113、413)和排气接口(112、412)。该模块化燃料电池系统(100)还包括连接到燃料电池模块(110、410)的进气接口(113)中的每个的进气歧管(140)，以及连接到燃料电池模块(110、410)的排气接口(112)中的每个的排气歧管(130)。该模块化燃料电池系统(100)还包括涡轮增压系统(150)，该涡轮增压系统包括具有压缩机(152)和涡轮机(151)的至少一个涡轮增压器，其中涡轮机(151)与排气歧管(130)流体连接，并且压缩机(152)与进气歧管(140)流体连接。

技术研发人员：珍-弗朗索瓦·蒂索
受保护的技术使用者：涡轮增压系统瑞士有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16