[发明专利]操作与吸收式冷凝器结合的燃料电池的方法和装置

说明书

【技术领域】

本发明涉及燃料电池发电站，尤其涉及一种与吸收式冷凝器相结合的燃料电池的操作方法和装置。

【背景技术】

燃料电池是一种电化学电池，其通过持续消耗燃料和氧化剂以产生电能。其中燃料消耗于阳极，而氧化剂则消耗于阴极。阳极和阴极设置为经由电解质达成电化学连接。典型的燃料电池采用磷酸电解质。磷酸型燃料电池使用空气提供的氧作为氧化剂供给阴极，以及使用富氢流提供的氢作为燃料供给阳极。在通过电池之后，用过的空气和燃料流被连续排出系统。

一个典型的燃料电池发电站包括有一个或多个燃料电池堆，每一电池堆中的电池均为串联以增加电池堆的电压。一个电池堆可以与其他电池堆并联以增加发电站产生的电流。基于发电站的大小，一个燃料电池堆可能包括半打电池或更少，或者多达数百个电池。空气和燃料通过一个或多个歧管输送至每个电池堆的电池中。

每个燃料电池中，在燃料转化为富氢流的水蒸气重整过程，电化学反应以及电池组件内伴随电流输送的发热都会产生副产物废热。因此，必须提供冷却系统来消除燃料电池堆中的废热以使得电池的温度维持在一致的水平，此水平与电池所用材料的性能和电池的使用性能一致。这通常由循环冷却剂来完成，例如水，流过燃料电池堆来冷却电池达到要求的温度水平，从燃料堆流出的水的温度相对较高(即超过300华氏度)。温度300-350华氏度对于工业或大型校园客户是可以接受的，可这部分的客户数量是相对很少的，这样的温度对于大多数主流的商业客户而言仍然太高。因此，低等级和高等级的客户热交换器被采用以确保与大多数商业客户的传热设备整合的简易。就是说，这些热交换器和冷却系统被采用以降低温度至一个有用的水平(即约150华氏度)以实现普通沸腾用途，如锅炉给水，空气处理系统线圈的加热，辐射采暖，液压暖气，洗衣房和家庭使用。这些交换器也用以防止电池堆在客户方的循环受到可能的污染。这样的设计已经在业界成为标准，所有和相关热交换器一起出售的燃料电池发电站被安装成标准设备。

近来开始使用的一个应用程序是，应用可用的热水作为低等级热进而作为热源以驱动吸收式冷凝器，从而产生冷却空间的冷却水。尽管这利用了燃料电池发电站的废热，但已经发现其中吸收式冷凝器的应用效率较低。换句话说，使用客户热交换器即添加另一传热回路的主要缺点是引起热损失和动力损失，因为这些外部回路必须在较低的温度下运作。

【发明内容】

简单来说，依照本发明的一个方面，把热交换器从燃料电池发电站提供的标准设备中移除，从而使其中传出的废热从比较低的温度提高到中间温度，当应用于吸收式冷凝器时，该温度在冷却水方面更有效率。

依照本发明的另一个方面，不是通过热交换过程来降低堆冷却剂的温度以达到比较低的或中间的温度，而是采用温度高的冷却剂，其直接流向吸收式冷凝器的发生器，以便在冷凝器的运作中提供更高的效率。

依照本发明的又一个方面，双重效应吸收式冷凝器取代单一效应吸收式冷凝器，而且高温堆冷却剂直接流向冷凝器发生器，由此产生更加高的效率。

在下列图式中，描述的是优选的实施例和改良的实施例；然而，其它没有离开本发明真正精神和范围的各种改进和替代的结构是本发明能够实现的，包含在本发明之中。

【附图说明】

图1是现有技术的燃料电池发电站与单一效应吸附式冷凝器组合应用的示意图。

图2是现有技术的作为与单一效应吸收式冷凝器组合应用的燃料电池发电站的示意图。

图3是本发明的一个实施例的示意图，表示燃料电池发电站与双重效应吸收式冷凝器组合应用。

图4是本发明的另一实施例的示意图，表示作为与双重效应吸收式冷凝器组合应用的燃料电池发电站。

图5是本发明的又一实施例的示意图，表示作为与单一效应吸收式冷凝器组合应用的燃料电池发电站。

【具体实施方式】

请参阅图1，发电站设备11显示在虚线内，其包括发电部分12和冷却部分13。发电部分12包括燃料电池堆14和燃料处理系统16，此两者都会产生废热，废热分别通过排气管17和18到发电站的排气塔19，进而被排放到大气中。在排气塔19的内部是热交换器21，部分热量从排气管17和18中传至所述热交换器21内。这样的热量被认为是低等级的热量，此热量传递给作为系统中冷却部分13的一部分的低等级热循环回路22。通过热交换器21的循环液的温度大约为160华氏度。