H - Electricity – 01 – M
Patent
H - Electricity
01
M
H01M 8/06 (2006.01) F02C 3/22 (2006.01) H01M 2/00 (2006.01) H01M 8/00 (2006.01) H01M 8/04 (2006.01) H01M 8/12 (2006.01) H01M 8/18 (2006.01)
Patent
CA 2448662
The efficiency of a combination reformer/fuel cell system is significantly improved by recapturing the energy value of heat generated in the fuel cell and producing additional power. The cooling water (40) from the fuel (44) cell is mixed, entirely or in part, with sufficient or excess compressed air, and at least partially evaporates in the compressed air. The air is at least sufficient to support the oxidative reactions in the fuel cell and also to serve as oxidant in a burner (10) that provides heat to reform fuel/steam mixtures into hydrogen-containing reformate. This air/steam mixture, after leaving the fuel cell (70), is further heated by heat exchange with the reformate stream and reformate-producing modules, and with the exhaust stream (50) of the burner (10). The steam/air mixture (12) is injected into the burner optionally after superheating in the burner exhaust, and is reacted with fuel (14) in the burner. The burner exhaust may be used to provide heat to a fuel reforming reaction. The high-temperature burner exhaust may also be used to drive an expander, preferably a turbine, at a location in the system which is downstream of the burner, but in which the exhaust is at a high temperature so as to run the turbine efficiently. The turbine recovers heat energy from the fuel cell as mechanical energy, typically in excess of the energy required to run a compressor, because of the addition of steam to the compressed air. Moreover, system heat removal elements, such as radiators, as well as overall system size and cost, can be markedly reduced for a given level of output.
Selon l'invention, l'efficacité d'un système de pile combiné reformeur/combustible est sensiblement amélioré par la récupération du pouvoir calorifique de la chaleur engendrée dans la pile à combustible et la production de courant supplémentaire. L'eau de refroidissement provenant de la pile à combustible est mélangée, entièrement ou en partie, à de l'air comprimé en quantité suffisante ou en excès, et s'évapore au moins en partie dans l'air comprimé. La quantité d'air est au moins suffisante pour soutenir les réactions d'oxydation dans la pile à combustible, ainsi que pour servir d'oxydant dans un brûleur qui fournit de la chaleur permettant de changer les mélanges combustibles/vapeur d'eau en reformat contenant de l'hydrogène. Ce mélange air/vapeur d'eau, après avoir quitté la pile à combustion, est ensuite chauffé par échange thermique avec le flux du reformat et les modules de production du reformat, et avec le flux d'éjection du brûleur. Le mélange vapeur/air est injecté dans le brûleur, éventuellement après une surchauffe dans l'échappement du brûleur, et réagit avec le combustible dans le brûleur. L'échappement du brûleur peut être utilisé pour fournir de la chaleur à une réaction de reformage de combustible. L'échappement à haute température du brûleur peut également être utilisé pour actionner un dispositif expanseur, de préférence une turbine, située dans le système se trouvant en aval du brûleur, mais dans lequel l'échappement est à haute température afin de faire fonctionner la turbine de manière efficace. La turbine récupère l'énergie thermique provenant de la pile à combustible en tant qu'énergie mécanique, dépassant habituellement l'énergie nécessaire pour faire fonctionner un compresseur, en raison de l'adjonction de vapeur à l'air comprimé. De plus, les éléments périphériques du système de chauffage, tels que les radiateurs, aussi bien que la taille du système global et les coûts, peuvent être réduits de façon marquée pour un niveau de rendement donné.
Clawson Lawrence G.
Hagan Mark R.
Borden Ladner Gervais Llp
Nuvera Fuel Cells Inc.
LandOfFree
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