用于在氢气再气化期间产生能量的系统和方法与流程

本发明总体上涉及用于燃料电池系统的方法和系统，更具体地，涉及用于在液体燃料气化期间产生能量的系统和方法。

背景技术：

1、燃烧汽油或柴油燃料的内燃机在各种应用中用作主动力源或备用动力源以产生动力。虽然这些发动机在各种应用中是有用的，但是各种能量产生方法是有益的，包括从可再生燃料源产生能量。这些燃料源，有时称为“替代”燃料，可以减少对诸如汽油和柴油燃料的化石燃料的依赖。还希望增加能够减少烃和氮氧化物排放的能量产生系统的可用性。考虑到这一点，燃料电池和内燃机已经被设计成与可再生的并且可以减少或甚至消除碳氢化合物排放的替代燃料一起使用。一种示例性的替代燃料氢已被开发用于各种潜在的应用，包括公共运输和客运交通工具。

2、尽管氢燃料确实具有有利的质量，但是适量氢的储存带来了挑战。例如，当作为气体储存时，氢气可以被加压，但是由于氢气的相对低的体积能量密度，加压的氢气仍然提供相对低的能量。这可能会对氢作为燃料的许多应用产生特别的挑战，例如将氢燃料用作备用能源，或在具有高功率需求的系统中用作主要能源，例如数据中心和移动或固定机械。虽然以液体形式储存氢增加了包含在特定体积中的能量的量，但是以液体形式储存氢涉及使用大量的能量来加压和降低氢的温度。事实上，液化氢气所需的能量的量可以等于储存在氢气本身中的能量的约30％。

3、在budnevich等人的su1020685(“'685公开文献”)中描述了液态氢再气化的方法。在'685公开文献中描述的方法使用液态氢和工作流体之间的热交换以促进另一液化产物(液化氧)的生产。虽然该方法可有助于形成诸如气态氮和液态氧的产物，但它不能从以气态形式供应到内燃机或燃料电池的液态氢中捕获能量。

4、本发明的系统和方法可以解决上述一个或多个问题和/或本领域中的其他问题。然而，本发明的范围由所附权利要求限定，而不是由解决任何具体问题的能力限定。

技术实现思路

1、在一个方面，能量产生系统可包括配置成存储液体形式的燃料的燃料箱和包括配置成接收燃料并利用燃料产生电能的燃料电池或内燃机的发电装置。能量产生系统还可以包括：连接在燃料箱与发电装置之间的膨胀器，膨胀器被配置成用于接收作为气体的燃料；以及连接到膨胀器上以便在燃料穿过膨胀器时产生电能的发电机。

2、在另一方面，开环兰金(rankine)循环系统可包括：液态氢存储装置、连接到液态氢存储装置并配置成将液态氢转换成气态氢的热交换器；以及配置成将液态氢从存储装置泵送到热交换器的泵。开环兰金循环系统还可包括配置成接收气态氢的膨胀装置和从中排出气态氢的出口。

3、在又一方面中，一种能量产生方法可包括：将液体燃料从存储装置泵送到热交换器；将热量添加到液体燃料以将液体燃料改变成气体燃料；以及用膨胀器接收气体燃料并用连接到膨胀器的发电机产生电能。该方法还可包括将气体燃料供应到燃料电池以产生额外的电能或供应到内燃机以燃烧气体燃料。

技术特征：

1.一种能量产生系统，其包括：

2.根据权利要求1所述的能量产生系统，进一步包括连接在所述燃料箱和所述膨胀器之间的热交换器，所述热交换器配置成用冷却剂加热所述燃料，所述热交换器连接到所述发电装置以将所述冷却剂供应到所述发电装置。

3.根据权利要求2所述的能量产生系统，其中所述热交换器包括预热器、蒸发器或过热器中的一个或多个。

4.根据前述权利要求中任一项所述的能量产生系统，进一步包括连接在所述燃料箱和所述能量产生装置之间的空气－液体热交换器。

5.根据前述权利要求中任一项所述的能量产生系统，其中所述膨胀器包括涡轮机、往复式膨胀器、摆线式膨胀器、罗茨膨胀器、螺杆膨胀器或涡旋式膨胀器。

6.根据前述权利要求中任一项所述的能量产生系统，进一步包括能量储存装置，所述能量储存装置配置成用于储存由所述膨胀器和所述发电机产生的电能。

7.根据前述权利要求中任一项所述的能量产生系统，其中所述能量产生系统包括所述燃料电池，且所述燃料箱配置成存储液态氢燃料。

8.一种能量产生方法，其包括：

9.根据权利要求8所述的能量产生方法，其中所述液体燃料是液态氢。

10.根据权利要求8或9所述的能量产生方法，其中用由所述发电机产生的能量为泵送提供动力。

技术总结
公开了能量产生系统和方法。一种能量产生系统包括被配置为存储液体形式的燃料的燃料箱和发电装置，发电装置包括被配置为接收燃料并利用燃料生成电能的燃料电池或内燃机。能量产生系统还包括连接在燃料箱和发电装置之间的膨胀器，该膨胀器配置成接收作为气体的燃料；以及连接到膨胀器的发电机，以便当燃料通过膨胀器时产生电能。

技术研发人员：D·T·蒙哥马利,R·M·麦克戴维
受保护的技术使用者：卡特彼勒公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14