废气再处理系统、反应器系统和用于燃料电池系统的废气再处理方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于燃料电池系统(2)的废气再处理系统(1a；1b)，具有：用于从燃料电池系统(2)的过程废气产生废气凝结物的凝结部(3)；在该凝结部(3)下游的用于收集所产生的废气凝结物的收集部(7)；用于在燃料电池系统(2)内产生负压情况下从燃料电池系统(2)将过程废气吸入凝结部(3)的吸气装置(4)；用于在该收集部(7)下游清洁所产生的废气凝结物的清洁单元(5)和将经过清洁的废气凝结物回馈给该燃料电池系统(2)的阀装置(6)，其中，该阀装置(6)能在截止回馈的截止状态和废气凝结物能通过该燃料电池系统(2)内的负压被回馈的至少一个流通状态之间被切换。本发明专利技术还涉及一种反应器系统，其具有燃料电池系统(2)和根据本发明专利技术的废气再处理系统(1a；1b)，以及涉及一种用于燃料电池系统(2)的废气再处理方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】废气再处理系统、反应器系统和用于燃料电池系统的废气再处理方法
本专利技术涉及一种用于燃料电池系统的废气再处理系统、一种具有废气再处理系统以及固定式燃料电池系统的反应器系统和一种用于燃料电池系统的废气再处理方法。本专利技术尤其涉及一种用于固定式高温燃料电池系统的废气再处理系统。专业人员例如将高温燃料电池系统理解为熔融碳酸盐燃料电池系统或MCFC系统，其在约580-675℃的工作温度下工作。作为电解质，在这种燃料电池类型中大多采用由碳酸锂和碳酸钾构成的熔融碱金属碳酸盐混合物。
技术介绍
固体氧化物型燃料电池系统或SOFC系统也属于高温燃料电池系统。SOFC系统在约650-1000℃的工作温度下工作。这种电池的电解质由固体陶瓷材料构成，其能够传导氧离子但对电子起绝缘作用。在电解质层的两侧安装有电极即阴极和阳极。电极是透气性电导体。传导氧离子的电解质例如以薄膜形式设置，以便能够低能耗地输送氧离子。阴极的背对电解质的外侧被空气包围，而阳极外侧被可燃气体包围。未用空气和未用可燃气体以及呈过程废气形式的燃烧产物一般被吸走。所吸走的过程废气在现有技术所公开的燃料电池系统中被直接输出至燃料电池系统的环境和/或至少部分被凝结并作为废气凝结物被储存在合适的储存容器中。因为前述废气凝结物带有有害物质如铬和/或镍，故它必须被妥善处置。这可能对燃料电池系统的工作过程产生干扰，从而造成燃料电池系统的不希望有的暂停状态。此外，储存容器的排空或更换牵涉到应尽量避免的成本。国际专利申请WO2010/096028A1表明一种用于燃料电池系统的凝结物处理系统，在这里，废气凝结物在燃料电池系统处被就地清洁。确切说，储存在水箱内的凝结物通过设于水箱下游的过滤器系统被清洁并通过蒸发器回馈给燃料电池系统的加热部。但根据WO2010/096028A1，这要求高成本的管路系统和泵系统，其不仅需要结构空间，也牵涉到相应费用。
技术实现思路
本专利技术的任务是至少部分考虑前述的问题。本专利技术的任务尤其是提供一种废气再处理系统、一种反应器系统以及一种用于燃料电池系统的废气再处理方法，在这里，能通过简单、高效且可靠的方式防止有害物质输出到燃料电池系统环境中，同时燃料电池系统可以尽量高效而无干扰地运行。前述任务通过权利要求书来完成。尤其是，前述任务通过根据权利要求1的废气再处理系统、根据权利要求9的反应器系统以及根据权利要求10的方法来完成。本专利技术的其它优点来自从属权利要求、说明书和附图。在此，关于废气再处理系统所描述的特征和细节显然也与本专利技术的反应器系统和本专利技术的方法相关地是适用的，反之亦然，从而关于各自专利技术方面的公开内容总是相互参照或可相互参照。根据本专利技术的第一方面，提供一种用于燃料电池系统的废气再处理系统。废气再处理系统具有用于由燃料电池系统的过程废气产生废气凝结物的凝结部以及在凝结部下游的用于收集所产生的废气凝结物的收集部。废气再处理系统还具有用于在燃料电池系统中产生负压的情况下将过程废气从燃料电池系统吸入凝结部的吸气装置。废气再处理系统还具有用于在收集部下游清洁所产生的废气凝结物的清洁单元和用于将经过清洁的废气凝结物回馈给燃料电池系统的阀装置，其中，该阀装置可在截止回馈的截止状态与至少一个废气凝结物可通过燃料电池系统内的负压被回馈的流通状态之间被切换。在本专利技术范围内已经发现，可以利用在燃料电池系统内由吸气装置产生的负压来以简单高效的方式将经过清洁的废气凝结物作为过程用水回馈给燃料电池系统。根据本专利技术，所利用的被动再循环借助经过清洁的废气凝结物来完成，所述经过清洁的废气凝结物通过存在于燃料电池系统内的负压被吸入该燃料电池系统中。可以放弃迄今为了回馈凝结物而额外需要的泵系统。本废气处理系统可以由此被很廉价且节省地方地实现。吸气装置可以被理解为用于将废气凝结物从燃料电池系统经凝结部输送入废气再处理系统环境的流体输送装置。此外，所示的废气再处理系统可能因其简单结构而很容易地加装在已有的燃料电池系统上。此时无须对现有的燃料电池系统作出改动或几乎不用改动。另外，通过集成的清洁单元，燃料电池系统可作为固定式发电装置被顺利集成到住宅单位和/或工商业单位中，而不必担忧脏污废气凝结物的处置。由于废气凝结物经过清洁且被回馈给燃料电池系统以便再次使用，故可以放弃高成本地处置未被清洁的废气凝结物。尤其是由此能做到：该燃料电池系统的运行在处置脏污的废气凝结物期间无须被中断。废气再处理系统优选设计应用在固定式燃料电池系统、尤其是固定式高温燃料电池系统例如像SOFC系统上。凝结部最好紧接布置在燃料电池系统的下游、尤其紧接布置在燃料电池系统的高温部(即所谓的热箱)的下游。吸气装置优选紧接布置在凝结部的下游。由此，过程废气可以很高效有用地从燃料电池系统或热箱被吸入到凝结部中。吸气装置在这种布置中提供截止阀功能。即，通过这种布置，可以在吸气装置上游一侧保持负压，而在吸气装置下游一侧可存在环境压力。在经过清洁的废气凝结物自清洁单元被回馈给燃料电池系统期间，在燃料电池系统内至少在局部、尤其在燃料电池系统的高温部中调节出负压，在清洁单元之中和/或之处调节出超压，并且在回输储存器之中和/或之处调节出环境压力。该清洁单元具有用于过滤废气凝结物中不希望有的物质(如铬和/或镍)的过滤器系统。过滤器系统例如可被设计成离子交换器(成筒树脂颗粒)，其结合铬离子和/或镍离子。清洁单元也可以有利地设计用于由此能遵守全部法定极限值，例如像针对亚硝酸盐或pH值的极限值。该阀装置设计用于截止或控制和/或调整流向燃料电池系统的废气凝结物流量。为此，该阀装置优选具有截止阀或流量控制阀。在截止状态中，从清洁单元到燃料电池系统的流路在至少一处被截止。在清洁单元和阀装置之间还可以设置其它功能部件。在阀装置的流通状态中，可以通过燃料电池系统内的负压将经过清洁的废气凝结物从清洁单元经过阀装置吸入燃料电池系统。在阀装置和清洁单元之间，可以布置其它功能部件，废气凝结物在其从清洁单元至燃料电池系统的路径中可以或必然经过所述其它功能部件。即，“阀装置布置在清洁单元下游”不一定是指：该阀装置紧接布置在清洁单元的下游，即，在其间没有布置废气再处理系统的功能部件。该过程废气具有过程气体。阳极废气与阴极废气在热箱内就已混合，并且剩余燃料在氧化催化器中被燃烧。因此，在废气冷却器中冷凝出的过程废气通常不再含有可燃气体。通过凝结部，废气凝结物可以被输送向收集部，而未凝结的过程废气被输送入废气再处理系统的环境。根据本专利技术的另一个实施方式而可行的是，该收集部具有用于至少暂存所收集的废气凝结物的缓存器。缓存器用于当存在过少的凝结物时不将废气泵入清洁单元。缓存器保证了在泵启用时可被输送的最少量。尤其是可以通过缓存器实现尽量均匀的流向清洁单元的废气凝结物流，因为由此不仅可以均匀输送，也可以准确提供流量和压力以使清洁单元最佳工作。缓存器最好是指液罐。液罐或缓存器可以具有用于从凝结部接收废气凝结物的流体入口和用于朝向清洁单元输出所暂存的废气凝结物的流体出口。还可行的是，在本专利技术的废气再处理系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于燃料电池系统(2)的废气再处理系统(1a；1b)，具有：/n-凝结部(3)，其用于从该燃料电池系统(2)的过程废气产生废气凝结物，/n-在该凝结部(3)下游的用于收集所产生的废气凝结物的收集部(7)，/n-用于在该燃料电池系统(2)内产生负压情况下将从该燃料电池系统(2)将过程废气吸入该凝结部(3)的吸气装置(4)，/n-用于在该收集部(7)下游清洁所产生的废气凝结物的清洁单元(5)，和/n-用于将经过清洁的废气凝结物回馈给该燃料电池系统(2)的阀装置(6)，其中，该阀装置(6)能在截止回馈的截止状态和废气凝结物能通过该燃料电池系统(2)内的负压被回馈的至少一个流通状态之间被切换。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171214 AT A51034/20171.一种用于燃料电池系统(2)的废气再处理系统(1a；1b)，具有：
-凝结部(3)，其用于从该燃料电池系统(2)的过程废气产生废气凝结物，
-在该凝结部(3)下游的用于收集所产生的废气凝结物的收集部(7)，
-用于在该燃料电池系统(2)内产生负压情况下将从该燃料电池系统(2)将过程废气吸入该凝结部(3)的吸气装置(4)，
-用于在该收集部(7)下游清洁所产生的废气凝结物的清洁单元(5)，和
-用于将经过清洁的废气凝结物回馈给该燃料电池系统(2)的阀装置(6)，其中，该阀装置(6)能在截止回馈的截止状态和废气凝结物能通过该燃料电池系统(2)内的负压被回馈的至少一个流通状态之间被切换。


2.根据权利要求1的废气再处理系统(1a；1b)，其特征是，该收集部(7)具有用于至少暂存所收集的废气凝结物的缓存器。


3.根据前述权利要求之一的废气再处理系统(1a；1b)，其特征是，在该收集部(7)的下游且在该清洁单元(5)的上游设有用于将废气凝结物从该收集部(7)泵送入该清洁单元(5)的泵(8)。


4.根据前述权利要求之一的废气再处理系统(1a；1b)，其特征是，在该清洁单元(5)的下游且在该阀装置(6)的上游设有用于存储经过清洁的废气凝结物的回输储存器(9)。


5.根据权利要求4的废气再处理系统(1a；1b)，其特征是，在该回输储存器(9)的下游且在该阀装置(6)的上游设有流量计(10)，用于调节废气凝结物被回馈给该燃料电池系统(2)的规定回馈量。


6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·赛德尔，
申请(专利权)人：AVL李斯特有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT