燃料电池系统及用于其操作的方法技术方案

一种燃料电池系统(1)，包括燃料电池(2)、用于提供液体燃料的液体燃料供应装置(3)、用于将液体燃料蒸发成燃料蒸气的蒸发器(6)、用于将燃料蒸气催化转化为用于燃料电池的合成气的重整器(7)和用于加热重整器(7)的燃烧器(8)。燃烧器(8)在混合室(31)的下游包括催化整料(21)，空气在进入整料(21)之前在该混合室中与蒸发的燃料或剩余气体混合。混合室(31)被套筒(23)围绕，该套筒包括围绕混合室(31)的多个开口(29A，29B)，用于在启动阶段通过开口(29A，29B)供应燃料蒸气并用于在正常操作期间通过开口(29A，29B)供应剩余气体。可选地，在燃烧器(8)和重整器(7)之间设置有热交换器(17)，用于在来自燃烧器(8)的排气到达重整器(7)之前降低其温度。这种温度降低防止了重整器(7)在燃料电池系统(1)的启动期间因热排气劣化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃料电池系统及用于其操作的方法
本专利技术涉及燃料电池系统和操作该燃料电池系统的方法。特别地，本专利技术涉及燃烧器和重整器的组合在燃料电池系统中的用途，其中燃烧器的排气用于加热重整器。
技术介绍
燃料电池系统在发电时会产生作为副产物的热。通过循环经过燃料电池中的通道的冷却液除去这些热，其中，调节冷却液流过热交换器和散热器的流量，以将燃料电池保持在稳定的最佳操作温度。冷却液有利地用于在启动状态期间加热燃料电池。同一申请人的WO2016/008486公开了一种紧凑型燃料电池系统，其包括燃料电池堆以及燃烧器/重整器组合。燃烧器的排气沿重整器通过并对其进行加热，以使重整器达到由蒸发的燃料制合成气所需的温度。一旦燃烧器的排气已通过重整器，它会将热量传递到重整器下游的热交换器模块。热交换器模块包括散热器，该散热器用于将热能传递到冷却系统中的冷却液，以便在应将燃料电池堆快速激活的启动状态下加热冷却液。尽管该系统特别在启动情况下是有利的，但是仍需要进一步的改进。专利文件WO2013/161470，WO2013/187154，US2014/287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(2)；/n用于提供液体燃料的液体燃料供应装置(3)；/n蒸发器(6)和上游液体管道(5A)，所述蒸发器用于将液体燃料蒸发成燃料蒸气，所述上游液体管道连接至所述液体燃料供应装置(3)，以用于使所述蒸发器(6)从所述液体燃料供应装置(3)接收液体燃料；/n用于将燃料蒸气催化转化为合成气的重整器(7)；用于将燃料蒸气从所述蒸发器(6)提供至所述重整器(8)的蒸气管道(5B)；从所述重整器(7)到所述燃料电池(2)的合成气管道(5C)，用于将合成气从所述重整器(8)提供至所述燃料电池(2)；/n燃烧器(8')，其配置成用于催化燃烧燃料蒸气或来自所述燃料电池(2...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180216 DK PA2018700931.一种燃料电池系统，包括：
燃料电池(2)；
用于提供液体燃料的液体燃料供应装置(3)；
蒸发器(6)和上游液体管道(5A)，所述蒸发器用于将液体燃料蒸发成燃料蒸气，所述上游液体管道连接至所述液体燃料供应装置(3)，以用于使所述蒸发器(6)从所述液体燃料供应装置(3)接收液体燃料；
用于将燃料蒸气催化转化为合成气的重整器(7)；用于将燃料蒸气从所述蒸发器(6)提供至所述重整器(8)的蒸气管道(5B)；从所述重整器(7)到所述燃料电池(2)的合成气管道(5C)，用于将合成气从所述重整器(8)提供至所述燃料电池(2)；
燃烧器(8')，其配置成用于催化燃烧燃料蒸气或来自所述燃料电池(2)的剩余气体并用于提供由燃烧得到的热的排气，所述燃烧器(8')具有用于排出已燃烧气体的排气部，其中所述排气部经由排气流动路径(33)与所述重整器(7)流动连通，以便通过所述排气加热所述重整器(7)。


2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述燃烧器(8')包括催化整料(21)，所述催化整料布置在混合室(31)的延伸方向上和下游，在进入所述整料(21)之前，空气与蒸发的燃料或剩余气体在所述混合室中混合，其中，所述混合室(31)被套筒(23)围绕，所述套筒包括围绕所述混合室(31)的多个开口(29A，29B)，用于在启动阶段中经由所述开口(29A，29B)供应燃料蒸气和用于在正常操作期间经由所述开口(29A，29B)供应剩余气体。


3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中，所述燃料电池系统配置成仅在启动阶段中经由所述开口(29A，29B)供应燃料蒸气。


4.根据权利要求2或3所述的燃料电池系统，其中，所述燃料电池系统配置成仅在正常操作期间经由所述开口(29A，29B)供应剩余气体。


5.根据权利要求2-4中任一项所述的燃料电池系统，其中，所述开口(29A，29B)布置为第一组开口和第二组开口(29A，29B)，每组开口(29A，29B)均分布在与所述套筒(23)的纵向轴线垂直的平面中，其中，所述第一组开口(29A)的平面与所述第二组开口(29B)的平面相距一距离，其中，所述系统配置用于仅经由所述第一组开口(29A)将燃料蒸气输送到所述混合室(31)中和仅经由所述第二组开口(29B)将剩余气体输送到所述混合室(31)中。


6.根据权利要求5所述的燃料电池系统，其中，为了与所述燃料电池(1)的正常操作相对比地调节启动阶段期间的质量流量，所述第一组开口(29A)中的开口的数量或尺寸与所述第二组开口(29B)中的开口的数量或尺寸不同。


7.根据权利要求2至6中任一项所述的燃料电池系统，其中，所述开口(29A，29B)不是垂直于套筒表面地延伸贯穿所述套筒，而是沿朝向所述整料(21)的方向倾斜，以形成剩余气体或燃料蒸气的朝向所述整料的流动。


8.根据前述权利要求中任一项所述的燃料电池系统，其中，所述燃料电池系统包括排气热交换器(17)，所述排气热交换器位于在所述燃烧器(8')与所述重整器(7)之间的所述排气流动路径(33)中，用于在所述重整器(7)的上游降低排气的温度。


9.根据权利要求8所述的燃料电池系统，还包括：主冷却回路(9A)，用于通过来自所述主冷却回路(9A)的冷却液来冷却所述燃料电池(2)，所述主冷却回路(9A)包括主热交换器(11)，所述主热交换器配置为在所述燃料电池(2)的正常操作期间在冷却液进入所述燃料电池(2)之前冷却所述冷却液；所述燃料电池系统(1)还包括穿过所述排气热交换器(17)的辅助冷却回路(9B)，用于在所述燃料电池(2)的启动期间将热量从所述排气传递至所述辅助冷却回路(9B)中的冷却液；其中，所述主冷却回路(9A)和所述辅助冷却回路(9B)要么
a)经由辅助热交换器(11B)彼此热连接，以用于在所述燃料电池系统(1)的启动期间将热能从所述第二冷却回路(9B)传递至所述第一冷却回路(9A)；要么
b)彼此流体连通并且共享冷却液，以便在所述燃料电池系统(1)的启动期间使冷却液流经所述排气热交换器(17)，并且然后流经所述燃料电池(2)，以接收来自所述排气的热能并将热能提供给所述燃料电池(2)。


10.根据前述权利要求中任一项所述的燃料电池系统，其中，所述燃烧器(8′)和所述排气热交换器(17)彼此抵接设置，以形成紧凑的燃烧器模块(8)。


11.操作根据前述权利要求中任一项所述的燃料电池系统的方法，所述系统包括：
燃料电池(2)；
用于提供液体燃料的液体燃料供应装置(3)；
蒸发器(6)和上游液体管道(5A)，所述蒸发器用于将液体燃料蒸发成燃料蒸气，所述上游液体管道连接至所述液体燃料供应装置(3)，以用于使所述蒸发器(6)接收液体燃料；
用于将燃料蒸气催化转化为合成气的重整器(7)；用于将燃料蒸气从所述蒸发器(6)提供至所述重整器(8)的蒸气管道(5B)；从所述重整器(7)到所述燃...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·R·科斯加德，M·邦，M·H·索伦森，
申请(专利权)人：飞势生态解决方案有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE