[go: up one dir, main page]

CN102484269A - 用于电力联产的热电发电机和燃料电池 - Google Patents

用于电力联产的热电发电机和燃料电池 Download PDF

Info

Publication number
CN102484269A
CN102484269A CN2010800380180A CN201080038018A CN102484269A CN 102484269 A CN102484269 A CN 102484269A CN 2010800380180 A CN2010800380180 A CN 2010800380180A CN 201080038018 A CN201080038018 A CN 201080038018A CN 102484269 A CN102484269 A CN 102484269A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fuel cell
inlet
cold
air inlet
hot junction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2010800380180A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102484269B (zh
Inventor
L·高
S·刘
C-H·驰恩
G·M·劳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Boeing Co
Original Assignee
Boeing Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Boeing Co filed Critical Boeing Co
Publication of CN102484269A publication Critical patent/CN102484269A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102484269B publication Critical patent/CN102484269B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/124—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte
    • H01M8/1246—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte the electrolyte consisting of oxides
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明涉及电力生成的系统和方法。一种特定的方法包括使用燃料电池生成电力。该方法还包括通过将排气从燃料电池引导到热电发电机(TE)的热端并且将燃料电池进气引导到TE的冷端而使用TE生成额外的电力。该方法还包括通过从TE引导燃料电池进气穿过热交换器(HX)而预热所述燃料电池进气。

Description

用于电力联产的热电发电机和燃料电池
技术领域
本公开通常涉及电力的生成。
背景技术
热电发电机能够基于热电装置两端所承受的温差产生电能。由热电发电机实现的电能生成量或生成率可以取决于热电发电机两端的温差的幅值。例如，大的温差可以产生较高的产能率。热电发电机系统可以利用高温热源和冷却系统来维持高幅值的温差，以便实现有效的能量转换。
发明内容
本发明公开了电力生成的系统和方法。在特定的实施例中，使用电力联产系统生成电力。电力联产系统可以使用燃料电池和热电发电机来生成电力。燃料电池可以基于燃料和氧化剂之间的化学反应生成电力。燃料电池也可以产生热量，作为化学反应的副产物。热电发电机可以基于提供给燃料电池的进入流体(例如氧化剂或燃料)和燃料电池的热排气(来自阳极或阴极)之间的温差而生成额外的电力。
在特定的实施例中，一种方法包括使用燃料电池生成电力。该方法也包括通过将来自燃料电池的排气引导到热电发电机(TE)的热端并将燃料电池进气引导到TE的冷端而使用TE生成额外的电力。所述方法也包括通过将燃料电池进气从TE引导通过热交换器(HX)以自从TE的热端接收的燃料电池排气回收热量，从而预热燃料电池进气。
在另一个特定的实施例中，一种系统包括燃料电池，其具有接收预热的进气的燃料电池入口和释放热的燃料电池排气的燃料电池出口。所述系统也包括热交换器(HX)，其具有HX冷端入口、HX冷端出口、HX热端入口和HX热端出口。所述系统进一步包括热电发电机(TE)，其基于TE冷端和TE热端之间的温差生成电能。TE包括接收进入流的TE冷端入口、耦合到HX冷端入口的TE冷端出口、耦合到燃料电池出口以接收热的燃料电池排气的TE热端入口以及耦合到HX热端入口的TE热端出口。
在另一个实施例中，例如移动平台(例如，飞行器、航天飞船、水运交通工具、陆地交通工具或其它移动平台)或者固定平台(例如，固定结构的电力生成系统或者其它固定平台)的平台包括用以生成电力的燃料电池。所述平台也包括热电发电机(TE)，其使用来自燃料电池的燃料电池排气和燃料电池进气之间的温差来生成额外的电力。所述平台进一步包括热交换器(HX)，其通过在燃料电池排气经过TE之后回收来自燃料电池排气的热量而在燃料电池进气被提供到燃料电池之前预热燃料电池进气。
附图说明
图1是生成电力的系统的第一实施例的图示；
图2是生成电力的系统的第二实施例的图示；
图3是生成电力的系统的第三实施例的图示；
图4-6是根据特定实施例的热电发电机的视图；
图7是生成电力的方法的第一实施例的流程图；
图8是根据特定实施例控制电力生成的控制方案的流程图；和
图9是根据特定实施例说明控制系统以生成电力的图示。
具体实施方式
所描述的特征、功能和优点能够在本文所公开的各种实施例中独立地获得，或者可以在其他实施例中结合，其进一步的细节能够参考下面的描述和附图示出。
可以通过将热电发电机置于来自燃料电池的相对热的排气流和到燃料电池的相对冷的进气流之间而改进联产系统(cogeneration system)的运行效率。这种设置使得热电发电机能够基于热的排气流和冷的进气流之间的相对大的温差来生成电力，而不使用额外的冷却系统。另外，这种设置使得冷的进气流能够在其被提供到燃料电池之前进行预热。由于燃料电池排气流和燃料电池进气流之间的温差的高幅值，可以提高热电发电机的效率。进一步地，这种设置不需要使用额外燃料来生成热电发电机产生电力所使用的温差；相反，燃料电池排气流中的废热被热电发电机使用以产生电力。另外，由于去除了单独的冷却系统，所以该联产系统的重量相对于其他联产系统被减少。
在特定的实施例中，使用所公开的联产系统的平台不需要额外的冷却系统来冷却来自燃料电池的排气。进一步地，热电发电机使用来自燃料电池的废热生成额外的电力。因此，部分电力从废热中回收，使得联产系统将燃料转换为电力的效率被提高。
图1是生成电力的系统的第一实施例的图示，该系统总体标示为100。系统100包括放置电力生成系统的平台。例如，该平台可以是移动平台，例如飞行器、航天飞船、水运交通工具或者陆地交通工具。在另一个示例中，该平台可以是固定平台，例如实用的发电站、工业场地、办公楼或者其他大体上固定的结构中的电力生成系统。在特定实施例中，平台102的电力生成系统包括生成电力的组件。例如，生成电力的组件可以包括具有阳极106和阴极108的燃料电池104。生成电力的组件也可以包括一个或更多个热电发电机(TE)，例如第一TE 110和第二TE 120。
在特定实施例中，第一TE 110耦合到燃料电池104的阳极106，并且第二TE 120耦合到燃料电池104的阴极108。这种设置可以使得来自阳极106的热排气107被引导到第一TE 110的热端112。同样地，来自阴极108的热排气109可以被引导到第二TE 120的热端122。与热排气107、109相比较冷的进气162(例如，燃料170和氧化剂172)可以在入口处被接收(例如从各自的燃料和氧化剂存储系统)并且被引导经过TE 110、120各自的冷端114、124。在这种设置中，TE 110、120可以处于或者接近热排气107、109和进气162之间的最大温差点。在示例性实施例中，燃料电池104是高温燃料电池，例如固体氧化物燃料电池(SOFC)。在SOFC中，热排气107、109可以具有大于600℃的温度。例如，热排气107、109可以具有在大约600℃和大约800℃之间的温度。进气162的温度可以取决于系统100的工作环境和其他因素。例如，当外界空气被用作氧化剂172时，外界空气的温度可以小于约50℃。当平台102的电力生成系统由人操作或者靠近人操作时，外界空气通常可以在大约-50℃和50℃之间。为了特定的实施方式的目的，进气162可以被假设为大约20℃。应当理解，热排气107、109的温度和进气162的温度可以根据特定实施例、系统100的特定应用或者使用以及具体工况而广泛地变化。因此，如上所述的温度是示例性的而不意图作为限制。
系统100也可以包括耦合到阳极106的第一热交换器130和耦合到阴极108的第二热交换器140。在特定实施例中，来自TE 110、120的热端112、122的排气可以被引导到热交换器130、140的热端132、142各自的入口。来自TE 110、120的冷端114、124的排气可以被引导到热交换器130、140的冷端134、144各自的入口。在这个实施例中，热交换器130、140可以在进气162被提供到燃料电池104之前预热所述进气162以作为预热的进气180。预热的进气180可以使能燃料电池104的有效操作，尤其当燃料电池104是高温燃料电池时。在特定实施例中，热交换器130、140是逆流式热交换器；然而，在其他实施例中，热交换器130、140可以具有其他物理设置。
在特定的实施例中，系统100可以被操作以提高燃料电池104的运行效率。因此，控制器150可以操作第一控制阀152、第二控制阀154或者操作两者来控制提供到燃料电池104的预热的进气180的温度。在特定的实施例中，控制阀152、154在燃料电池出口和热交换器热端入口之间。控制阀152、154可被调整以控制预热的进气180的入口温度。例如，控制器150可以操作控制阀152、154，从而允许一部分热排气107、109绕过TE 110、120，以便提高预热的进气180的温度。当控制阀152、154打开时(以便至少一部分热排气107、109绕过TE110、120)，提供到热交换器130、140各自的热端132、142的气体的温度被提高，这提高了从热交换器130、140各自的冷端134、144流出的预热的进气180的温度。因此，预热的进气180的量可以通过操作控制阀152、154由控制器150控制。在特定的实施例中，控制器150操作第一控制阀152，从而获得和/或维持预热的进气180的预定温度。例如，预热的进气180的预定温度可以是选择为优化燃料电池104的电力生成的温度。因此，TE 110、120可以使用来自燃料电池104的废热生成电力。也就是说，在特定的实施例中，燃料电池104可以如同其是独立的燃料电池那样被操作，并且TE 110、120可以回收由燃料电池104产生的废热，从而生成额外的电力。在示例性实施例中，预热的进气180的预定温度可以是大约600℃。因此，可以增加由燃料电池104生成的电力，并且当必要时，可以减少由TE 110、120提供的联产电力，以提供预热的进气180的额外预热，从而使能燃料电池104的操作或者提高燃料电池104的运行效率。在另一个特定的实施例中，控制器150操作控制阀152、154以最大化、最优化或控制由燃料电池104和TE 110、120的组合生成的总电力输出。例如，控制器150可以监控从TE 110、120输出的电力，并且可以调整控制阀152、154以最大化、最优化或基于控制方案控制电力输出。
在特定的实施例中，系统100的一个或更多个组件可以与其他组件合并，或者可以从系统100中省略。例如，可以只存在一个TE、可以只存在一个控制阀、可以只存在一个热交换器或者存在其任何组合。
在另一个特定的实施例中，可以只从来自阳极106的热排气107或者只从来自阴极108的热排气109回收废热。在这个实施例中，可以只存在一组热量回收系统(例如TE 110、120和热交换器130、140)、联产系统(例如TE 110、120)和控制系统(例如控制阀152、154)。
图2是生成电力的系统的第二实施例的图示，该系统总体标示为200。在特定的实施例中，系统200包括许多与系统100的元件相同或大体上类似的元件。为了便于参考和描述，这些元件具有与图1中相同的参考数字。
在系统200中，控制器250控制一个或更多个控制阀252、254。控制阀252、254位于燃料电池出口和燃料电池入口之间(而不是如图1的系统100中在燃料电池出口和热交换器热端入口之间)。因此，控制阀252、254控制绕过TE 110、120和热交换器130、140两者的热排气107、109的量。控制阀252、254可操作以通过控制直接混合到预热的进气280中的一部分热排气107、109来控制引导到燃料电池的预热的进气280的预热。例如，第一部分的热排气107、109可以被引导到燃料电池104的入口，并且第二部分的热排气107、109可以基于控制阀252、254的位置被引导通过TE 110、120和热交换器130、140。
图3是生成电力的系统的第三实施例的图示，该系统总体标示为300。在特定实施例中，系统300包括许多与系统100的元件相同或大体上类似的元件。为了便于参考和描述，这些元件具有与图1中相同的参考数字。
在图3的特定实施例中，不存在例如图1和2中的热交换器130和140的热交换器。相反，耦合到燃料电池104的出口的TE 310、320除了基于热排气107、109和进气162之间的温差而生成电力以外，还在热排气107、109和进气162之间交换热量。控制器350控制位于燃料电池出口和燃料电池入口之间的一个或更多个控制阀352、354。因此，控制阀352、354控制绕过TE 310、320的热排气107、109的量。控制阀352、354可操作以通过控制直接混合到来自TE310、320的冷端114、124的预热的进气380中的一部分热排气107、109而控制引导到燃料电池104的预热的进气380的预热。
图4-6分别是根据特定实施例的热电发电机(TE)400的透视端视图和侧视图。TE 400可以是参考图1和2所描述的TE 110、120中的任何一个或更多个。TE 400、热电装置412基于热电装置412的热端414和热电装置412的冷端410之间的温差而发电。在特定的实施例中，热端414具有热端入口430和热端出口432。热端414可以适于接收热流体402，例如参考图1和2所描述的来自高温燃料电池的热排气107、109。冷端410可以具有冷端入口420和冷端出口422。冷端410可以适于接收冷流体404，例如参考图1和2所描述的进气162。应当理解“热”和“冷”是相对的术语，并且如本文所使用的，指示各种流体402、404之间的温差。也就是说，热流体402具有比冷流体404更高的温度。
热端414通过热电装置412与冷端410分离。热电装置412可以包括双金属结、碲化铋半导体结、能够基于温差生成电能的其他材料或者其任何组合。在所说明的实施例中，TE 400是径向或者环形的，其中冷端410围绕热端414。也就是说，接收热流体的TE 400的区域(热端402)可以处于管体的中心并且可以通过热电装置412与接收冷流体的TE 400的外部区域(冷端404)分离。在这个实施例中，可以围绕冷端410提供外罩408。然而，在其他实施例中，TE400可以具有环形以外的物理设置，例如平行板。同样，所说明的实施例被设置为共流式，或使得热流体402在与冷流体404相同的方向上一起流动。然而，在其他实施例中，TE 400是对流式的，其中热流体402在与冷流体404相反的方向上流动。TE 400也可以具有电源连接器(未示出)，从而使能由TE 400生成的电力流动到电路。
图7是生成电力的方法的第一实施例的流程图，该方法总体标示为700。方法700可以包括在702处使用燃料电池生成电力。例如，参考图1和2所讨论的燃料电池104可以使用燃料和氧化剂之间的化学反应生成电流。在特定的实施例中，燃料电池可以是高温燃料电池，例如固体氧化物燃料电池。
方法700也可以包括在704处使用热电发电机(TE)生成额外的电力。TE可以基于热电装置两端的温差而生成额外的电力。例如，参考图4-6所述的热电装置412可以被用于基于TE的冷端和TE的热端之间的温差而生成额外的电力。在特定的实施例中，方法700包括在706处将燃料电池排气从燃料电池引导到TE的热端，并且在708处将燃料电池进气引导到TE的冷端。因此，燃料电池排气和燃料电池进气之间的温差可以被用于在TE处生成额外的电力。
在特定的实施例中，当燃料电池进气被预热时，可以使能燃料电池的操作或者可以提高燃料电池的运行效率。在这个实施例中，所述方法也包括在710通过将来自TE的燃料电池进气引导通过热交换器(HX)以从自TE的热端接收的燃料电池排气中回收热量，从而预热燃料电池进气。所述方法也可以包括在712通过调整旁通阀而控制燃料电池进气的预热。例如，在714，基于旁通阀的位置，第一部分燃料电池排气可以被引导到燃料电池的入口，并且第二部分燃料电池排气可以被引导通过TE和HX。
图8是根据特定的实施例控制电力生成的控制方案的流程图。例如，所述控制方案说明了可以由控制器用于操纵控制阀以调整由联产系统生成的电力的控制规则，该联产系统例如为分别参考图1和2描述的系统100或者系统200。控制方案包括在802设定控制器的控制参数。输入参数可以包括燃料电池的最小入口温度T1和燃料电池的最佳(或者期望的)入口温度T2。在特定的实施例中，T2可以被选择以增加由燃料电池输出的电力量。例如，当燃料电池是高温燃料电池时，T2可以具有相当高的温度，例如数百摄氏度，从而提高燃料电池的运行效率。可以基于燃料电池的运行标准选择T1。例如，燃料电池可以生成最小电力或者不生成电力，直到达到燃料电池的最小运行温度。T1可以被选择以保持燃料电池高于这个最小运行温度。
输入参数也可以包括阀开角，例如最小阀开角θmin和最大阀开角θmax。最小阀开角θmin可以是例如图1的控制阀152、154或者图2的控制阀252、254中的一个的控制阀能够开启的最小量。最大阀开角θmax可以是控制阀能够开启的最大量。
在804，控制器可以监控燃料电池的入口温度Ti。例如，热电偶或者其他温度监控装置可以实时地或者接近实时地检测图1的进气180的温度或者图2的进气280的温度。基于Ti，控制器可以调整控制阀的开角θctrl，其为控制阀的控制变量。例如，在806，当Ti减T1小于0(零)时，控制器可以调整阀开角θctrl等于最大阀开角θmax，从而在808最大化燃料电池入口气体的预热。在810，当Ti减T2大于0(零)时，控制器可以调整阀开角θctrl等于最小阀开角θmin，从而在812最小化燃料电池入口气体的预热。当Ti减T1不小于0(零)并且Ti减T2不大于0(零)时，控制器可以执行控制函数F(Ti)，以便选择阀开角θctrl。例如，控制函数可以是比例控制函数、导数控制函数、积分控制函数、另一种控制函数或者其任何组合。
图9是根据特定的实施例进一步说明图8的控制方案的图示。图9包括在控制方案的一个实施例中的阀开角与燃料电池入口温度Ti的关系图表902。图表902示出了当Ti小于T1时，控制阀开启到最大值θmax。进一步地，当Ti大于T2时，控制阀被设定到最小开角(其可以是关闭的)θmin。当Ti在T1和T2之间时，根据将Ti与控制阀角度θctrl关联的函数而设定控制阀的角度。图9还在904中说明了控制阀和控制阀角度θctrl，并且描述了控制阀开角θctrl与通过控制阀的流体的质量流量之间的关系。
本文所述的实施例的说明意图提供各种实施例的结构的一般理解。本说明并非意图作为利用本文所描述的结构或方法的设备和系统的全部元件和特征的完整描述。基于对本公开的学习，其他许多实施例对于本领域技术人员可以是显然的。其他实施例可以被利用并且从本公开获得，使得可以在不偏离本公开的范围的情况下进行结构和逻辑替换和改变。另外，附图仅仅是代表性的并且可以不按比例绘制。附图内的某些比例可以被放大，而其他比例可以被减少。因此，本公开和附图将被认为是说明性的，而不是限制性的。
尽管本文已经说明并描述了具体的实施例，但是应该理解，设计用于实现相同或类似目的的任何后续的设置均可以代替所示的具体实施例。本公开意图覆盖各种实施例的任何以及全部后续的修改或者变化。根据对本说明书的学习，上述实施例的组合以及本文没有具体描述的其他实施例对于本领域技术人员将会是显然的。
本公开的摘要具有这样的含义，其将不用于解释或限制权利要求的范围或者意义。此外，在前述具体实施方式中，为了将本公开连成一体，各种特征可以被组合在一起或者在单个实施例中说明。本公开并非解释为反映以下意图，即要求保护的实施例需要比每个权利要求中清楚限定的特征更多的特征。更确切些，如下列权利要求反映的，要求保护的主题可以针对少于任何公开的实施例的全部特征。
以上公开的主题被认为是说明性的，而不是限制性的，并且所附权利要求意图覆盖落入本公开的范围内的全部这些修改、增强和其他实施例。因此，在法律所允许的最大程度上，本公开的范围由下列权利要求及其等价物的最宽许可解释确定，并且不应该由以上具体实施方式约束或限定。

Claims (15)

1.一种系统，其包括：
燃料电池，其具有接收预热的进气的燃料电池入口和释放热的燃料电池排气的燃料电池出口；
热交换器HX，其具有HX冷端入口、HX冷端出口、HX热端入口和HX热端出口；以及
热电发电机TE，其基于TE冷端和TE热端之间的温差生成电能，所述TE包括：
TE冷端入口，其用于接收进气；
TE冷端出口，其耦合到所述HX冷端入口；
TE热端入口，其耦合到所述燃料电池出口，以接收所述热的燃料电池排气；和
TE热端出口，其耦合到所述HX热端入口。
2.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括在所述燃料电池出口和所述HX热端入口之间的旁通控制阀，其中所述旁通控制阀能够调整以控制所述预热的进气的入口温度。
3.根据权利要求2所述的系统，其进一步包括耦合到所述旁通控制阀的控制器，其中在所述系统运行期间，所述控制器调整所述旁通控制阀的开角，从而改变所述预热的进气的温度。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述进气包括氧化剂。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述燃料电池包括高温燃料电池。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述燃料电池包括固体氧化物燃料电池SOFC。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述TE包括径向元件，在所述径向元件中，从所述TE热端入口流动到所述TE热端出口的热气体与从所述TE冷端入口流动到所述TE冷端出口的冷气体平行。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述HX包括逆流式热交换器。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器通过调整所述旁通阀来调整由所述TE生成的电力输出。
10.一种方法，其包括：
使用燃料电池生成电力；
使用热电发电机TE通过以下步骤生成额外的电力：
将排气从所述燃料电池引导到所述TE的热端；和
将燃料电池进气引导到所述TE的冷端；和
预热所述燃料电池进气。
11.根据权利要求10所述的方法，其中通过将来自所述TE的所述燃料电池进气引导通过热交换器(HX)以自从所述TE的热端接收的所述燃料电池排气中回收热量，从而预热所述燃料电池进气。
12.根据权利要求10所述的方法，其中通过使所述燃料电池排气的一部分绕过所述TE并且将所述燃料电池排气的一部分与所述燃料电池进气混合而预热所述燃料电池进气。
13.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括通过调整旁通阀而控制所述燃料电池进气的预热。
14.根据权利要求10所述的方法，其中在进入所述TE的热端之前，所述燃料电池排气温度在大约600摄氏度和大约800摄氏度之间。
15.根据权利要求10所述的方法，其中在进入所述TE之前，所述燃料电池进气的温度小于大约50摄氏度。
CN201080038018.0A 2009-08-28 2010-07-19 用于电力联产的热电发电机和燃料电池 Active CN102484269B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/550,131 2009-08-28
US12/550,131 US8568938B2 (en) 2009-08-28 2009-08-28 Thermoelectric generator and fuel cell for electric power co-generation
PCT/US2010/042387 WO2011031375A1 (en) 2009-08-28 2010-07-19 Thermoelectric generator and fuel cell for electric power co-generation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102484269A true CN102484269A (zh) 2012-05-30
CN102484269B CN102484269B (zh) 2015-06-17

Family

ID=43259860

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201080038018.0A Active CN102484269B (zh) 2009-08-28 2010-07-19 用于电力联产的热电发电机和燃料电池

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8568938B2 (zh)
EP (1) EP2471135B1 (zh)
JP (1) JP5671031B2 (zh)
CN (1) CN102484269B (zh)
CA (1) CA2768023C (zh)
ES (1) ES2568212T3 (zh)
WO (1) WO2011031375A1 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103227589A (zh) * 2013-03-19 2013-07-31 郭富强 通过热交换的温差发电方法及装置
CN106208813A (zh) * 2015-12-08 2016-12-07 郭富强 温差电池、热交换器、卡诺循环三个技术融合的装置
CN107901772A (zh) * 2017-10-27 2018-04-13 江苏理工学院 一种应用于汽车的燃料电池温差发电装置联合供能系统
CN113067009A (zh) * 2021-03-22 2021-07-02 中国船舶科学研究中心 一种水下装备复合能源高效利用系统及使用方法

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2952756B1 (fr) * 2009-11-18 2011-11-25 Commissariat Energie Atomique Generateur electrique par effet thermoelectrique avec mise en oeuvre de deux reactions chimiques, exothermique et endothermique, pour respectivement generer et dissiper de la chaleur
JP5626111B2 (ja) * 2011-05-16 2014-11-19 株式会社デンソー 燃料電池システム
JP5697576B2 (ja) * 2011-10-19 2015-04-08 本田技研工業株式会社 燃料電池モジュール
JP5697577B2 (ja) * 2011-10-19 2015-04-08 本田技研工業株式会社 燃料電池モジュール
JP5697575B2 (ja) 2011-10-19 2015-04-08 本田技研工業株式会社 燃料電池モジュール
JP5755992B2 (ja) * 2011-10-19 2015-07-29 本田技研工業株式会社 燃料電池モジュール
GB2496839A (en) * 2011-10-24 2013-05-29 Ge Aviat Systems Ltd Thermal electrical power generation for aircraft
US10000293B2 (en) 2015-01-23 2018-06-19 General Electric Company Gas-electric propulsion system for an aircraft
US9938853B2 (en) 2015-10-23 2018-04-10 General Electric Company Torsional damping for gas turbine engines
US9764848B1 (en) 2016-03-07 2017-09-19 General Electric Company Propulsion system for an aircraft
FR3054932B1 (fr) * 2016-08-03 2021-12-24 Commissariat Energie Atomique Systeme de regulation de temperature et de pression d'un electrolyseur a haute temperature (soec) fonctionnant de maniere reversible en pile a combustible (sofc)
US10487839B2 (en) 2016-08-22 2019-11-26 General Electric Company Embedded electric machine
US10071811B2 (en) 2016-08-22 2018-09-11 General Electric Company Embedded electric machine
US10093428B2 (en) 2016-08-22 2018-10-09 General Electric Company Electric propulsion system
US10308366B2 (en) 2016-08-22 2019-06-04 General Electric Company Embedded electric machine
GB2556063B (en) * 2016-11-16 2019-07-24 Ge Aviat Systems Ltd Auxiliary power unit with solid oxide fuel cell for an aircraft
US11149578B2 (en) 2017-02-10 2021-10-19 General Electric Company Propulsion system for an aircraft
US10793281B2 (en) 2017-02-10 2020-10-06 General Electric Company Propulsion system for an aircraft
US10822103B2 (en) 2017-02-10 2020-11-03 General Electric Company Propulsor assembly for an aircraft
US10762726B2 (en) 2017-06-13 2020-09-01 General Electric Company Hybrid-electric propulsion system for an aircraft
US11993403B2 (en) * 2018-05-24 2024-05-28 The Boeing Company Advanced cooling for cryogenic powered vehicles
US11156128B2 (en) 2018-08-22 2021-10-26 General Electric Company Embedded electric machine
US11097849B2 (en) 2018-09-10 2021-08-24 General Electric Company Aircraft having an aft engine
US11539316B2 (en) 2019-07-30 2022-12-27 General Electric Company Active stability control of compression systems utilizing electric machines
JP7529525B2 (ja) 2020-10-13 2024-08-06 三菱重工パワーインダストリー株式会社 蓄熱式温度差蓄電池、熱電併給システム及び熱電併給システム群
US12149154B2 (en) 2021-07-22 2024-11-19 General Electric Company Electric machine having a hybrid insulative-conductive manifold
US11824234B1 (en) * 2022-09-29 2023-11-21 First Mode Ipp Limited Cooling multiple parallel hydrogen fuel cell stacks

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003086223A (ja) * 2001-09-10 2003-03-20 Nippon Steel Corp 固体電解質型燃料電池と熱電発電装置とのコンバインドシステム
CN1503996A (zh) * 2000-10-30 2004-06-09 兹特克公司 使用流体调节元件控制系统各种工作参数的混合发电系统
US20050074645A1 (en) * 2003-10-01 2005-04-07 Fattic Gerald Thomas Apparatus and method for solid oxide fuel cell and thermionic emission based power generation system
JP3737299B2 (ja) * 1998-12-03 2006-01-18 東京瓦斯株式会社 熱電変換方法及び装置
CN101117925A (zh) * 2006-07-31 2008-02-06 Lg电子株式会社 热电联产系统
US20090061270A1 (en) * 2007-08-28 2009-03-05 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell system and method of operating the fuel cell system

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3671404A (en) 1968-07-12 1972-06-20 Milton Meckler Peltier effect concentric still with high temperature heat supplying means
US5228923A (en) 1991-12-13 1993-07-20 Implemed, Inc. Cylindrical thermoelectric cells
JP3211505B2 (ja) * 1993-08-11 2001-09-25 石川島播磨重工業株式会社 溶融炭酸塩型燃料電池発電装置のアノード入口温度制御方法
JP3268197B2 (ja) 1996-04-23 2002-03-25 三菱重工業株式会社 固体電解質燃料電池モジュール
JP3676504B2 (ja) 1996-07-26 2005-07-27 本田技研工業株式会社 熱電モジュール
US5753383A (en) 1996-12-02 1998-05-19 Cargnelli; Joseph Hybrid self-contained heating and electrical power supply process incorporating a hydrogen fuel cell, a thermoelectric generator and a catalytic burner
US6029620A (en) 1998-07-29 2000-02-29 Zinke; Robert Dan Thermoelectric engine block
JP2000335230A (ja) 1999-03-24 2000-12-05 Tgk Co Ltd 車両用暖房装置
US6598405B2 (en) * 2001-02-09 2003-07-29 Bsst Llc Thermoelectric power generation utilizing convective heat flow
GB0213561D0 (en) * 2002-06-13 2002-07-24 Alstom Fuel cells
JP2004087350A (ja) * 2002-08-28 2004-03-18 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 固体電解質燃料電池及び固体電解質燃料電池発電設備
US7625647B2 (en) 2002-12-09 2009-12-01 Gm Global Technology Operations, Inc. Fuel cell system with integrated thermal-to-electric generating devices
DE602004006248T2 (de) 2003-04-17 2007-12-27 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Toyota Energierückgewinnungsystem
JP4285144B2 (ja) * 2003-08-05 2009-06-24 トヨタ自動車株式会社 排熱エネルギ回収装置
US20050074646A1 (en) 2003-10-01 2005-04-07 Kaushik Rajashekara Apparatus and method for solid oxide fuel cell and thermo photovoltaic converter based power generation system
US7380586B2 (en) 2004-05-10 2008-06-03 Bsst Llc Climate control system for hybrid vehicles using thermoelectric devices
JP4023472B2 (ja) 2004-05-26 2007-12-19 株式会社デンソー 熱電発電装置
US7919210B2 (en) 2004-06-30 2011-04-05 GM Global Technology Operations LLC Thermoelectric augmented fuel cell system
JP2006177265A (ja) 2004-12-22 2006-07-06 Denso Corp 熱電発電装置
US20060157102A1 (en) 2005-01-12 2006-07-20 Showa Denko K.K. Waste heat recovery system and thermoelectric conversion system
US7743614B2 (en) 2005-04-08 2010-06-29 Bsst Llc Thermoelectric-based heating and cooling system
US7858256B2 (en) * 2005-05-09 2010-12-28 Bloom Energy Corporation High temperature fuel cell system with integrated heat exchanger network
JP2008547370A (ja) 2005-06-28 2008-12-25 ビーエスエスティー エルエルシー 変動する熱電源用の熱電発電機
US8916302B2 (en) * 2006-11-10 2014-12-23 Battelle Memorial Institute Method and apparatus for improving water balance in fuel cell power unit
US7669558B2 (en) 2007-07-16 2010-03-02 Gm Global Technology Operations, Inc. Integrated vehicle cooling system
US8297238B2 (en) 2010-04-02 2012-10-30 GM Global Technology Operations LLC Variable cooling circuit for thermoelectric generator and engine and method of control

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3737299B2 (ja) * 1998-12-03 2006-01-18 東京瓦斯株式会社 熱電変換方法及び装置
CN1503996A (zh) * 2000-10-30 2004-06-09 兹特克公司 使用流体调节元件控制系统各种工作参数的混合发电系统
JP2003086223A (ja) * 2001-09-10 2003-03-20 Nippon Steel Corp 固体電解質型燃料電池と熱電発電装置とのコンバインドシステム
US20050074645A1 (en) * 2003-10-01 2005-04-07 Fattic Gerald Thomas Apparatus and method for solid oxide fuel cell and thermionic emission based power generation system
CN101117925A (zh) * 2006-07-31 2008-02-06 Lg电子株式会社 热电联产系统
US20090061270A1 (en) * 2007-08-28 2009-03-05 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell system and method of operating the fuel cell system

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103227589A (zh) * 2013-03-19 2013-07-31 郭富强 通过热交换的温差发电方法及装置
CN103227589B (zh) * 2013-03-19 2016-03-02 郭富强 通过热交换的温差发电方法及装置
CN106208813A (zh) * 2015-12-08 2016-12-07 郭富强 温差电池、热交换器、卡诺循环三个技术融合的装置
CN107901772A (zh) * 2017-10-27 2018-04-13 江苏理工学院 一种应用于汽车的燃料电池温差发电装置联合供能系统
CN113067009A (zh) * 2021-03-22 2021-07-02 中国船舶科学研究中心 一种水下装备复合能源高效利用系统及使用方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP2471135B1 (en) 2016-04-06
CN102484269B (zh) 2015-06-17
US8568938B2 (en) 2013-10-29
JP2013503444A (ja) 2013-01-31
CA2768023A1 (en) 2011-03-17
JP5671031B2 (ja) 2015-02-18
WO2011031375A1 (en) 2011-03-17
ES2568212T3 (es) 2016-04-28
CA2768023C (en) 2014-05-06
EP2471135A1 (en) 2012-07-04
US20110048484A1 (en) 2011-03-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102484269A (zh) 用于电力联产的热电发电机和燃料电池
CA2785328C (en) Dual use cooling systems
JP6431908B2 (ja) 向上した燃料電池システムおよび方法
Stiller Design, operation and control modelling of SOFC/GT hybrid systems
RU2017115187A (ru) Способ и система (варианты) для управления потоками воздуха в двигателе
CN109638314B (zh) 燃料电池空气供应系统及空气供应方法
JP7563987B2 (ja) 燃料電池システムならびに燃料電池スタックを起動するための方法および装置
WO2011014056A1 (en) Solid oxide fuel cell system with integral gas turbine and thermophotovoltaic thermal energy converters
US20240344213A1 (en) Electrolysis System
JP2010275996A (ja) 太陽熱ガスタービン及び太陽熱ガスタービン発電装置
JP4295500B2 (ja) 燃料電池−ガスタービン発電設備
JP4461166B2 (ja) 燃料電池−ガスタービン発電設備
Barbieri et al. Performance Evaluation of the Integration Between a Thermo–Photo–Voltaic Generator and an Organic Rankine Cycle
CN213184364U (zh) 燃料电池冷启动预热及废热能量回收系统
CN113690460A (zh) 燃料电池热电交换冷启动预热及废热能量回收系统及方法
EP3728959B1 (en) Cogeneration system for a boiler
JP3897149B2 (ja) 固体電解質型燃料電池・スターリングエンジンコンバインドシステム
JP3600798B2 (ja) 固体酸化物形燃料電池と燃焼を利用する産業プロセスとのコンバインドシステム
Aravind et al. Parametric studies on thermo-electric power generation using micro combustor
CN117052535A (zh) 一种可调控的sofc-gt混合发电装置
Harun et al. Operation and Dynamic Control of Hybrid Power Systems
Chen et al. Fuel cell based auxiliary power unit modeling, optimization, and control
JPH01189497A (ja) 排熱利用システム
Tu et al. A Novel Application of Bypass Valve for Temperature Difference Mitigation between the Multi-Stack in a 5kw Solid Oxide Fuel Cell System
KR20160077386A (ko) 고체산화물 연료전지 발전시스템

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant