本发明专利技术涉及一种用在气体分配系统中的燃料电池混合发电系统和方法，在所述气体分配系统中，较高压力气体输送／分配并继而减小至较低压力气体，用于气体分配或传输管道，并且在所述较高压力气体减小压力之前，预热器用于加热所述较高压力气体。所述燃料电池混合发电系统具有能量回收发电机，所述能量回收发电机对所述预热的较高压力气体作出响应并适于减小所述预热的较高压力气体的气压，以生产较低压力气体，同时产生电输出。所述发电系统中还包括燃料电池发电站，并且所述燃料电池发电站在产生废热的同时适于产生电输出。所述燃料电池发电站还适于使所述废热可用于所述预热器，从而使所述预热器能够加热所述较高压力气体。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及燃料电池系统，并尤其涉及用于气体分配系统的燃料 电池混合发电站系统和方法。
技术介绍
在传统气体分配系统中，由诸如本申请的受让人Enbridge，Inc. 的这种公用事业供应的天然气由超高压传输和分配管道运输。该超高 压气体从通常在高于下游压力二至二十倍范围内的上游压力减小压 力，用于以典型地为50-80psig的较低压力分配。这些超高压管道将 气体输送至城市门站(city gate station ),或在市中心区内，至区段站， 所述城市门站或区段站减小气体压力，以便使气体能够继而以较低压 力分配至天然气用户或消费者。城市门站或区段站通常称之为"压力降 低站"，或"压力减小站"，并且它们必须提供超高压气体至要求的较低 压力的必要减小。在每个压力降低站处，气体压力的减小典型地通过减压阀实现。 伴随压力减小的是可归因于等焓膨胀(constant enthalpy expansion ) 的制冷效应。该效应类似于，当任意气态化合物(丙烷，压缩空气， 等)经历显著压力减小和高体积流的组合时经历的冷却。在进行丙烷 烤肉操作时可以注意到该效应的物理现象，其中当气体离开钢瓶时在 存储钢瓶中压力下的丙烷经历压力减少。在高流动性条件下，该制冷 效应在存储钢瓶上产生冷却外部，所述冷却外部在极限条件下能够导 致霜积聚在钢瓶上。如上所述，同样的急剧冷却或制冷效应发生在大量气流经历显著 压降的天然气管道上。因为能够引起形成能消极影响管道系统整体性 和/或产生路面移动的重霜(heavy frost),所述路面靠近在市政道路允许之内的任意管道，该气体管道上的制冷效应是不合需要的。该显著 冷却在传输的气体或燃料中具有氢氧化物(湿气)，也能产生控制问题。 为消除这些顾虑，在超高压气体输送至压力降低站之前，气体公用事 业典型地预热该超高压气体。这通常通过将气体穿过具有热传递流体 回路(典型地为乙二醇回路)的热交换器或预热器实现，所述热传递 流体回路经由天然气沸腾器供应热。加热的预热器的传热流体回路的 热流，充分地加热超高压气体，使得当所述超高压气体的压力在降低站中减小时，气体的温度维持在凝固点以上，即，在32下或0。C以上。 正如可以理解，在将超高天然气输送至降低站之前需要加热该超 高天然气，则要求相当多的能量，并因此降低气体分配系统的总效率。 同样，在降低站处的气体压力的减小产生到目前还未使用并被浪费的 显著的能量。因此，本专利技术的目的是提供一种用在气体分配系统中的系统和方 法，目的是提供有效的和节省成本的减小从超高压气体分配/传输管道 供应的气体的压力的方法。本专利技术的目的也是提供以上类型的系统和方法，在所述系统和方 法中利用减小气体压力而产生的能量以提高系统的效率。本专利技术的目的也是提供以上类型的系统和方法，所述系统和方法 利用向大气投较小量的污染物的部件。
技术实现思路
在下文将说明的本专利技术实施例中，在可用在气体分配系统中的燃 料电池混合发电系统和方法中了解以上和其它目的，在所述气体分配 系统中超高压气体传输/分配并继而减小至较低压力，用于气体分配或 传输管道，并且在所述超高压气体减小压力之前，预热器用于加热所 述超高压气体。更特别地，所述燃料电池混合发电系统具有能量回收 发电机，所述能量回收发电机对所述预热的超高压气体作出响应并适 于减小所述预热的超高压气体的气压，以生产较低压力气体，同时产 生电输出。所述发电系统中还包括燃料电池发电站，并且所述燃料电池发电站在产生废热的同时适于产生电输出。所述燃料电池发电站还 适于使所述废热可用于所述预热器，从而使所述预热器能够加热所述 超高压气体。在所述发电系统中的电单元或组件对所述能量回收发电 机的电输出和燃料电池发电站的电输出作出响应，并产生组合电输出。 可选择地，所述燃料电池发电站此外适于使用所述较低压力(或较高 压力)气体中的一些作为用于所述装置的燃料供应。在本专利技术的某些实施例中，能量回收发电机是以旋转膨胀装置的 形式，所述旋转膨胀装置通过膨胀减小所述超高压气体的压力，所述 膨胀产生驱动发电机的机械输出。在这些实施例的一些里，所述燃料 电池发电站使用燃料电池模块，所述燃料电池模块适于内重整由所述 较低压力气体供应的输入燃料。可选择地，所述燃料电池模块可包括 内重整燃料电池堆并且还可选择地，这些燃料电池可以是内重整熔融 碳酸盐燃料电池。同样地，在一些实施例中所述电組件的组合电输出可用于电网和/ 或负载。此外，在某些实施例中，预热器使用具有热传递流体回路的 热交换器，用于加热所述超高压气体，并且所述发电站废气包括形成 至少所述发电站的废热的一部分的氧化剂废气。附图说明本专利技术以上和其它特征和方面通过参照附图阅读以下详细说明将变得更明显，其中图1示出用在气体分配系统中的燃料电池混合发电系统； 图2更详细地示出图1的发电系统的燃料电池发电站和电组件； 图3更详细地示出图2的电组件的电力调节系统；以及 图4更详细地示出图1的系统的能量回收发电机。具体实施例方式图1用示意图示出和气体分配系统100 —起使用的燃料电池混合 发电系统10。该气体分配系统100包括超高压气体传输或分配管道101，所述超高压气体传输或分配管道101典型地在超高压力下将天然 气输送至一个或多个压力降低站102。在降低站102处，超高压气体 从管道101联接并减小至典型为大约50-60psig的较低压力。较低压 力气体继而从降低站102联接至一个或多个气体分配管道103，所述 分配管道103输送至或使气体可用于输送至用户场所。在降低站102处，燃料电池混合发电系统IO提供从管道IOI供应 至该降低站的超高压气体的压力减小。发电系统10采用燃料电池发电 站11,所述燃料电池发电站11在实例中示出，从气体分配管道103 供应气体并适于利用该气体作为用于装置的燃料供应气体。更特别地， 使用该燃料供应气体和氧化剂供应气体，燃料电池发电站11通过电化 学转化，产生供给电组件或单元13的电输出。在燃料电池发电站11中的电化学转化过程还产生接近零排放废 热。该热提供到预热器单元14，所述预热器单元14用于在气体通过 燃料电池混合发电系统IO遭受减压之前加热来自所述管道IOI的超高 压气体。在说明性实例中，示出预热器包括在气体分配系统100中。 或者，预热器14，如果在分配系统100中未提供，可以包括在发电系 统10中。一旦预热超高压气体，则该气体通过合适的管道或管道系统在发 电系统10中联接至能量回收发电机12。能量回收发电机12将预热的 超高压气体的压力减小至要求的较低压力并将该气体输送至分配管道 103。与该减压同时发生并作为该减压的结果，能量回收发电机也产生 另外供给电組件13的电输出。组件13调节并优化能量回收单元12的电输出和燃料电池发电站 11的电输出。系统继而使组合输出可用于一个或多个电力负载和/或可 用于电网，用于由消费者最终使用。在有图1的气体分配系统100并且尤其是通过使用燃料电池混合 发电系统10实现的压力降低站102的情况下，该气体分配系统100 的总效率提高。尤其是，通过在能量回收发电机12中产生有用的电力 实现气体压力的减少，并且该电力联接至用于最终使用的组件13。来自能量回收发电机12的电本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用在气体传输或分配系统中的燃料电池混合发电系统，在所述气体传输或分配系统中，超高压气体被传输／分配并继而减小至较低压力，用于气体分配或传输管道，并且在所述超高压气体减小压力之前，预热器被用于预热所述超高压气体，所述燃料电池混合发电系统包括： 能量回收发电机，所述能量回收发电机适于对所述预热的超高压气体作出响应并适于减小所述预热的超高压气体的气压，以生产用于所述气体分配管道的较低压力的气体，并产生电输出； 适于产生电输出的燃料电池发电站；以及 电组件，所述 电组件对所述能量回收发电机的电输出和燃料电池发电站的电输出作出响应以产生组合电输出。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：A斯科克，DJ泰希罗伯，
申请(专利权)人：燃料电池能有限公司，恩桥公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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