[发明专利]燃料电池热交换系统和方法

权利要求书

1.具有出自至少一个燃料电池组的分开的阳极和阴极废气出口和流动通道的燃料电池系统，其包括一种热交换器系统，所述热交换器系统包括：

第一冷凝热交换单元，其被连接以接收来自所述至少一个燃料电池组的所述阳极废气出口的阳极废气和至少一种传热流体，并且从所述第一热交换单元输出冷却的阳极废气，来自所述阳极废气的冷凝物和变热的传热流体；和

另一热交换单元，其被连接在至少一个燃料电池组和所述第一热交换单元之间的所述阳极废气流体流动通道中，并且被构造成在所述阳极废气进入所述第一热交换单元之前，降低通过所述阳极废气流体流动通道的所述阳极废气的温度。

2.一种改变从至少一个燃料电池组排出的废气的温度的方法，所述至少一个燃料电池组具有分开的阳极和阴极废气流动通道，所述方法包括：

使来自所述至少一个燃料电池组的分开的阳极废气和至少一种传热流体通过第一热交换单元，以在所述阳极废气和所述至少一种传热流体之间交换热量；

将所述分开的阳极废气从所述第一热交换单元通到燃烧器中；和

使从所述至少一个燃料电池组排出的分开的阴极废气进入所述燃烧器，

所述方法还包括：使所述分开的阳极废气在其被所述第一热交换单元接收之前通过另一热交换单元，所述另一热交换单元在所述阳极废气和流体流之间交换热量。

3.根据权利要求2的方法，其中所述第一热交换单元冷却所述阳极废气，并且加热所述至少一种传热流体。

4.根据权利要求2或3的方法，其中在所述第一热交换单元中形成来自所述阳极废气的冷凝物，并且将所述冷凝物从所述第一热交换单元输出。

5.根据权利要求2或3的方法，其中所述至少一种传热流体选自包括以下的组：水，制冷液，防冻液，混合流体，燃料和空气。

6.根据权利要求2或3的方法，其中所述第一热交换单元接收多种传热流体。

7.根据权利要求6的方法，所述方法还包括：独立地控制所述传热流体中的每一种的流量，以最优化向或者从所述传热流体交换热量。

8.根据权利要求2或3的方法，所述另一热交换单元冷却所述阳极废气，并且使所述流体流变热。

9.根据权利要求2或3的方法，其中进入所述另一热交换单元的所述流体流是阴极侧进料气流，所述阴极侧进料气流随后进入所述至少一个燃料电池组并且以所述阴极废气的形式排出。

10.根据权利要求2或3的方法，其中所述燃料电池的工作温度在100℃至1100℃之间。

11.根据权利要求2或3的方法，其中所述燃料电池的工作温度在250℃至850℃之间。

12.根据权利要求2或3的方法，其中所述燃料电池的工作温度在450℃至650℃之间。

13.根据权利要求2或3的方法，其中合并的阳极和阴极废气在催化剂和/或火焰存在下燃烧。

14.一种燃料电池系统，其包括：

至少一个燃料电池组，其具有分别用于阳极和阴极废气流的分开的出口和流动通道；

第一热交换单元，其被连接以接收已经从所述至少一个燃料电池组的阳极废气出口输出的阳极废气，所述第一热交换单元用于在来自所述至少一个燃料电池组的所述阳极废气和至少一种传热流体之间交换热量；和

燃烧器，其被构造成接收并且合并从所述第一热交换单元排出的阳极废气和从所述至少一个燃料电池组排出的阴极废气，并且将它们燃烧以产生燃烧器废气，

所述燃料电池系统还包括另一热交换单元，所述另一热交换单元被连接在所述至少一个燃料电池组的阳极废气出口和所述第一热交换单元之间，用于在所述阳极废气进入所述第一热交换单元之前降低所述阳极废气的温度。

15.根据权利要求14的燃料电池系统，其中所述第一热交换单元被构造成冷却所述阳极废气，并且加热所述传热流体。

16.根据权利要求14或15的燃料电池系统，所述第一热交换单元用于降低所述燃烧器的工作温度。

17.根据权利要求14或15的燃料电池系统，其中所述第一热交换单元包括冷凝热交换器。