燃料电池系统技术方案

公开一种燃料电池系统。燃料电池系统具备：燃料电池模块，所述燃料电池模块包括利用空气的氧气及重整的燃料气体的氢气来生成电能的多个单体电池；第一模块，所述第一模块包括燃烧部、空气加热部及水蒸气生成部，所述燃烧部使从燃料电池模块排出的未反应燃料气体及空气燃烧，所述空气加热部通过与从燃烧部生成的火焰及高温燃烧气体的热交换而加热空气，将其供应到燃料电池模块，所述水蒸气生成部通过与从燃烧部生成的高温燃烧气体的热交换而使在内部移动的水变换成水蒸气；及第二模块，所述第二模块将从外部燃料供应源供应的燃料及从气化器供应的水蒸气混合后执行水蒸气重整反应，将重整的燃料气体供应给所述燃料电池模块。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃料电池系统
本专利技术涉及一种利用碳氢化合物燃料及空气生成电能的燃料电池系统。
技术介绍
燃料电池利用氢气和氧气的反应生成电。这种燃料电池在直接使用氢气的情况下效率最高，但为此而将氢气存储罐直接安装于燃料电池安放处，这在安全性方面导致许多问题。因此，现在对碳氢化合物燃料进行重整而生成氢气，将其用作燃料电池的燃料。作为对这种碳氢化合物燃料进行重整的方法，主要使用使水蒸气与碳氢化合物燃料反应而生成氢气的水蒸气重整方法。另一方面，诸如固体氧化物燃料电池(SOFC)或熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)等的高温运转燃料电池系统，为了提高电气生成效率，稳定地运转系统，需要将燃料气体及空气加热到既定温度以上并供应给燃料电池模块。在这种燃料电池系统中，需要一种将重整的燃料气体稳定均一地供应给燃料电池模块、利用最小限度的燃烧装置来加热燃料气体及空气的技术。
技术实现思路
技术问题本专利技术目的是提供一种不仅能够提高热效率，而且能够提高重整效率及电气生成效率的燃料电池系统。技术方案旨在解决本专利技术目的的燃料电池系统包括：燃料电池模块，所述燃料电池模块包括利用空气的氧气及重整的燃料气体的氢气来生成电能的多个单体电池；第一模块，所述第一模块包括燃烧部、空气加热部及水蒸气生成部，所述燃烧部使从所述燃料电池模块排出的未反应燃料气体及空气燃烧，所述空气加热部配置于所述燃烧部的上部，通过与从所述燃烧部生成的火焰及高温燃烧气体的热交换而加热空气，将其供应到所述燃料电池模块，所述水蒸气生成部在所述空气加热部下部，邻接所述燃烧部配置，通过与所述高温燃烧气体的热交换而使在内部移动的水变换成水蒸气；及第二模块，所述第二模块邻接所述第一模块配置，将从外部燃料供应源供应的燃料及从所述水蒸气生成部供应的水蒸气混合后，执行水蒸气重整反应，将重整的燃料气体供应给所述燃料电池模块。在一个实施例中，所述空气加热部可以包括：第一收纳容器，所述第一收纳容器具备第一内部空间，包括形成有使所述第一内部空间露出而相互隔开的第一开口部及第二开口部的底部；及热交换配管，所述热交换配管配置于所述第一内部空间，具备连接于外部空气供应源的入口及连接于所述燃料电池模块的出口；所述燃烧部可以包括：外壳，所述外壳具备向上部开放并通过所述第一开口部而与所述第一内部空间连接的第二内部空间，结合于所述第一收纳容器的底部；内壳，所述内壳配置于所述第二内部空间，具备面积向上部越来越增加并向上部开放的第三内部空间，包括形成有贯通孔的侧壁部，所述贯通孔连接所述第二内部空间与所述第三内部空间；点火装置，所述点火装置配置于所述内壳内部；燃料供应配管，所述燃料供应配管结合于所述内壳，将从所述燃料电池模块排出的所述未反应燃料气体供应到所述第三内部空间；及空气供应配管，所述空气供应配管结合于所述外壳，将从所述燃料电池模块排出的所述未反应空气供应到所述第二内部空间；所述水蒸气生成部可以包括：第二收纳容器，所述第二收纳容器具备通过所述第二开口部而与所述第一内部空间连接的第四内部空间，以邻接所述外壳配置的方式结合于所述第一收纳容器的底部；及气化配管，所述气化配管配置于所述第四内部空间，具备与外部水供应源连接的入口及与所述第二模块连接的出口。在一个实施例中，所述第一收纳容器可以还包括以从所述底部凸出至第一高度的方式配置的流体引导板。此时，所述第一高度可以小于所述第一内部空间的高度，所述流体引导板的宽度可以与所述第一内部空间的宽度相同。在一个实施例中，所述热交换配管可以包括多个直管部及连接所述直管部的弯曲部，所述直管部中至少一部分可以贯通所述流体引导板。在一个实施例中，所述燃烧装置可以还包括扩散网，所述扩散网配置于所述燃料供应配管的出口侧，使从所述燃料供应配管排出的所述未反应燃料气体扩散。在一个实施例中，所述第二开口部的面积可以小于所述第四内部空间的上部面面积。在一个实施例中，所述第二收纳容器可以以与所述外壳接触的方式配置。在一个实施例中，所述第二收纳容器可以具备将通过所述第二开口部而从所述第一内部空间供应的燃烧气体排出到外部的燃烧气体排出口。在一个实施例中，所述第二模块可以包括：混合器，所述混合器将从所述外部燃料供应源供应的燃料及从所述水蒸气生成部供应的水蒸气混合；第一热交换器，所述第一热交换器配置于所述混合器的上部，通过与从所述燃料电池模块供应的高温未反应燃料气体的热交换，加热从所述混合器供应的所述燃料及水蒸气的混合燃料气体；重整器，所述重整器配置于所述第一热交换器上部，针对从所述第一热交换器供应的所述燃料气体执行水蒸气重整反应而生成重整燃料气体；及第二热交换器，所述第二热交换器配置于所述重整器上部，通过与从所述燃料电池模块供应的高温未反应空气的热交换而加热从所述重整器供应的所述重整燃料气体后，将其供应给所述燃料电池模块。在一个实施例中，所述第二模块可以还包括容纳所述混合器、所述第一热交换器、所述重整器及所述第二热交换器中一者以上的收纳容器。在一个实施例中，所述混合器可以包括：外壳，所述外壳具备内部空间及用于将所述内部空间与所述第一热交换器连接的排出口；第一脉动防止板，所述第一脉动防止板配置于所述外壳内部，将所述内部空间分割为第一空间及残余空间，形成有第一贯通孔；第二脉动防止板，所述第二脉动防止板在所述外壳内部配置于所述第一脉动防止板上部，将所述残余空间分割为通过所述排出口而与所述第一热交换器连接的第二空间及位于所述第一空间与所述第二空间之间的第三空间，形成有第二贯通孔；及内壳，所述内壳在所述外壳内部配置于所述第二脉动防止板上部，在所述第二空间内部形成第四空间，形成有连接所述第二空间与所述第四空间的第三贯通孔；可以向所述第一空间及所述第四空间之一供应所述水蒸气，向其余一者供应所述燃料。在一个实施例中，所述混合器可以还包括：水蒸气供应配管，所述水蒸气供应配管以连接于所述第一空间的方式结合于所述外壳，从所述水蒸气生成部接受供应所述水蒸气并将其供应给所述第一空间；及燃料供应配管，所述燃料供应配管以连接于所述第四空间的方式结合于所述外壳及所述内壳，将从所述燃料供应源供应的燃料供应给所述第四空间。在一个实施例中，所述第一及第二脉动防止板可以分别包括中心区域及环绕所述中心区域的周边区域，所述第一贯通孔可以在所述第一脉动防止板的所述中心区域形成，所述第二贯通孔可以在所述第二脉动防止板的所述周边区域形成。此时，所述第四空间可以配置于所述第二脉动防止板的所述中心区域上部。有益效果根据本专利技术的燃料电池系统，将空气加热部、燃烧部及水蒸气生成部集合而实现第一模块化，将混合器、第一热交换器、重整器及第二热交换器集合而实现第二模块化，从而可以使连接他们的配管的长度最小化，其结果，不仅可以使差压的发生及热损失最小化，而且可以简化系统的组装工序，容易维护。而且，具备利用使未反应燃料气体及空气燃烧的一个燃烧装置来加热空气而生成水蒸气的第一模块，因而可以提高热效率，具备能够降低脉动的气化器，因而可以均一地向燃料电池模块供应燃料气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池系统，包括：/n燃料电池模块，所述燃料电池模块包括利用空气的氧气及重整的燃料气体的氢气来生成电能的多个单体电池；/n第一模块，所述第一模块包括燃烧部、空气加热部及水蒸气生成部，所述燃烧部使从所述燃料电池模块排出的未反应燃料气体及空气燃烧，所述空气加热部邻接所述燃烧部配置，通过与从所述燃烧部生成的火焰及高温燃烧气体的热交换而加热空气，将其供应到所述燃料电池模块，所述水蒸气生成部邻接所述燃烧部配置，通过与所述高温燃烧气体的热交换而使在内部移动的水变换成水蒸气；及/n第二模块，所述第二模块邻接所述第一模块配置，将从外部燃料供应源供应的燃料及从所述水蒸气生成部供应的水蒸气混合后，执行水蒸气重整反应，将重整的燃料气体供应给所述燃料电池模块。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180426 KR 10-2018-00487651.一种燃料电池系统，包括：
燃料电池模块，所述燃料电池模块包括利用空气的氧气及重整的燃料气体的氢气来生成电能的多个单体电池；
第一模块，所述第一模块包括燃烧部、空气加热部及水蒸气生成部，所述燃烧部使从所述燃料电池模块排出的未反应燃料气体及空气燃烧，所述空气加热部邻接所述燃烧部配置，通过与从所述燃烧部生成的火焰及高温燃烧气体的热交换而加热空气，将其供应到所述燃料电池模块，所述水蒸气生成部邻接所述燃烧部配置，通过与所述高温燃烧气体的热交换而使在内部移动的水变换成水蒸气；及
第二模块，所述第二模块邻接所述第一模块配置，将从外部燃料供应源供应的燃料及从所述水蒸气生成部供应的水蒸气混合后，执行水蒸气重整反应，将重整的燃料气体供应给所述燃料电池模块。


2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述空气加热部包括：
第一收纳容器，所述第一收纳容器具备第一内部空间，包括形成有使所述第一内部空间露出而相互隔开的第一开口部及第二开口部的底部；
及热交换配管，所述热交换配管配置于所述第一内部空间，具备连接于外部空气供应源的入口及连接于所述燃料电池模块的出口；
所述燃烧部包括：外壳，所述外壳具备向上部开放并通过所述第一开口部而与所述第一内部空间连接的第二内部空间，结合于所述第一收纳容器的底部；
内壳，所述内壳配置于所述第二内部空间，具备面积向上部越来越增加并向上部开放的第三内部空间，包括形成有贯通孔的侧壁部，所述贯通孔连接所述第二内部空间与所述第三内部空间；
点火装置，所述点火装置配置于所述内壳内部；
燃料供应配管，所述燃料供应配管结合于所述内壳，将从所述燃料电池模块排出的所述未反应燃料气体供应到所述第三内部空间；及
空气供应配管，所述空气供应配管结合于所述外壳，将从所述燃料电池模块排出的所述未反应空气供应到所述第二内部空间；
所述水蒸气生成部包括：第二收纳容器，所述第二收纳容器具备通过所述第二开口部而与所述第一内部空间连接的第四内部空间，以邻接所述外壳配置的方式结合于所述第一收纳容器的底部；及
气化配管，所述气化配管配置于所述第四内部空间，具备与外部水供应源连接的入口及与所述第二模块连接的出口。


3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述第一收纳容器还包括以从所述底部凸出至第一高度的方式配置的流体引导板。


4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述第一高度小于所述第一内部空间的高度，所述流体引导板的宽度与所述第一内部空间的宽度相同。


5.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述热交换配管包括多个直管部及连接所述直管部的弯曲部，所述直管部中至少一部分贯通所述流体引导板。


6.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述燃烧装置还包括扩散网，所述扩散网配置于所述燃料供应配管的出口侧，使从所述燃料供应配管排出的所述未反应燃料气体扩散。


7.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，
所...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔成皞，李俊雨，
申请(专利权)人：美科股份有限公司，
类型：发明
国别省市：韩国;KR