本发明专利技术涉及一种燃料电池设备中的预热装置，该燃料电池设备至少包括燃料电池单元（６），该燃料电池单元具有阳极侧（７）和阴极侧（８）以及位于二者之间的电解质（９），该燃料电池设备至少具有通向阳极侧（７）的燃料进口（１）和通向阴极侧（８）的含氧空气进口（１１），以及除硫单元（３）和燃料改变单元（４）和用于燃烧来自阳极和／或阴极侧的废气的后燃器（１４）。根据本发明专利技术，后燃器（１４）被提供有单独的燃料入口管道（２４），用来在燃料电池设备启动阶段将燃料引入后燃器（１４），并且单独输入的燃料在燃烧时所形成的废气中的至少一部分从后燃器（１４）送出，用来在启动阶段至少对除硫单元（３）和／或燃料改变单元（４）进行加热。出口管道（２７’）（２９’）被提供有热交换器（３１）和用于调节废气流的调节装置（３０）。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种根据权利要求1前序部分的燃料电池设备的预热装置，该燃料电池设备至少包括燃料电池单元(fuel cell unit),燃料电池 单元的燃料电池中具有阳极侧和阴极侧，阳极侧和阴极侧之间为电解口，以及除硫单元、燃料改变(fuel modifying)单元和燃烧器，该燃烧 器用来燃烧来自阳极侧和/或阴极侧的废气。 本专利技术还涉及燃料电池设备的预热方法。
技术介绍
将来，具有良好效率的一种能源就是燃料电池，这种电池可以将燃 料通过化学反应直接转变成电能。燃料电池有两个电极，阳极和阴极， 阳极和阴极之间是被称为电解质的离子导电物质。天然气或其它碳氢化 合物常被用作燃料，通常，这种燃料必须首先通过，例如，重整而转换 成燃料电池所使用的燃料。经过这样处理后的燃料被注入到燃料电池的 阳极中，而反应所需的氧则以例如空气的形式相应地注入到燃料的阴极 侧。反应时，燃料电池阳极侧的燃料中的氢会释放电子，这些电子经由 外部电路，即位于燃料电池后面的负载，从燃料电池的阳极侧移动到阴 极侧。这样，在燃料电池内，氢与氧结合从而产生热量和能量，该能量 直接被形成为电能，无需再将该能量转变成机械形式。然而，单个燃料 电池所产生的电位差一般都很小，所以需要将若干燃料电池串联连接， 以形成燃料电池单元，即所谓的燃料电池堆(stack)，也可将燃料电池 堆也串联或并联连接，以便进一步增加电压或电流。其中，燃料电池的 优点是，效率高、噪声少、活动部分极少。另一个优点是环境友好，排 放物清洁，所述排放物只包括水或水蒸汽。燃料电池动力装置中使用的燃料通常需要根据燃料情况在将燃料 注入到燃料电池之前进行各种预处理。例如，这些预处理工作能够包 括除硫、从燃料原材料中制取氢，或采用其它催化或非催化方法。不管使用什么样的方法，预处理作业的温度一般都大大高于环境温度。为此， 在处理过程中流动的材料也必须被加热，因此，在进行实际处理过程前， 通过热交换器或将热量传递到进行实际预处理的反应容器或反应器内 来对这些材料进行加热。上述两种方法也可以结合使用。根据现有技术，可以通过废气循环来满足这种对预热处理的需求， 其中的废气是由后燃器经由热交换器产生的，在热交换器内，热量被传 递到要被处理的燃料的原材料。除此之外，装有燃料的管路和反应容器 通过外部跟踪加热方式和加热电阻器来进行电加热。这种现有技术解决 方案的一个缺陷在于，在燃料电池系统的启动阶段，对外部电能的需求 和消耗4艮大，原因在于燃料电池系统本身并不能产生预热所需的足够电 能。另一个缺陷是，在该系统后期实际工作阶段，使用电能来进行所述 预热作业会消耗燃料电池本身所产生的部分电能。因此，燃料电池设备 的电效率就会降低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供燃料电池设备中的一种成本低性能可靠的预 热装置，通过该装置，能够消除现有技术存在的上述缺陷。本专利技术的特 别的目的是，提供燃料电池设备中的预热装置，在该预热装置内，燃料 电池系统能够至少部分地或全部地不依赖外部电加热而予以启动。本发 明的另外目的是，提供一种解决方案，按照这个方案，燃料和/或反应容 器的能够不需要使用燃料电池本身所产生的电能而予以预热。还有，本 专利技术的目的是，提供一种解决方案，按照这个方案，所使用的反应容器 在无需消耗外部电能或燃料电池所产生的电能的情况想能够在工作期 间被力口热。根据本专利技术的预热装置的特征在于权利要求1的特征部分所披露的内容。根据本专利技术的方法的特征在于权利要求7的特征部分所披露的内 容。本专利技术的其它实施例的特征是其它权利要求所披露的内容。根据本专利技术的预热装置的基本思路在于，设置通向后燃器的单独的 燃料入口管道，用来在燃料电池设备的启动阶段向后燃器供给燃料，而且，该预热装置还包括从后燃器通向除硫单元的管道，用来将废气送到 除硫单元，另外还包括用于排除来自除硫单元的废气的出口管道和/或用 于将废气送到改变单元的从后燃器到改变单元的管道，以及用于排除来自改变单元的废气的出口管道。此外，除硫单元的出口管道上被提供有 用于调节气体流的调节装置，排出管道包括位于调节装置和除硫单元之 间的热交换器，和/或改变单元的排出管道上被提供有用于调节废气流率 的调节装置，出口管道包括位于调节装置和改变单元之间的热交换器。在本专利技术的 一 个实施例中，除石危单元包围在与管道相连的壳体 内，后燃器的至少部分废气通过该管道被送到所述壳体内。其中，这种 布置的优点是，在启动阶段，反应容器能够在无外部电能的情况下而被 预热。另一个优点是，在工作期间，无需使用电能，反应容器便能够被 预热到正确的处理温度。与现有技术的设备相比，这提高了燃料电池设 备的效率，原因在于不需要使用燃料电池自身所产生的电能来预热反应谷奋。 附图说明下面，参照附图，通过一个实施例来更详细地介绍本专利技术，在附图中图l是典型燃料电池设备的简化示意图解；图2是根据本专利技术的应用到燃料电池设备的装置的简化示意图解。具体实施例方式图1以简化示意的形式示出了一种典型的燃料电池设备，在该燃料 电池设备中，能够适当地使用根据本专利技术的预热装置。图l所示的燃料 电池设备中，构成燃料电池单元6的高温工作的燃料电池堆能够包括， 例如，固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell, SOFC)或熔融碳酸盐燃 料电池(molten carbonate fuel cell, MCFC)或其它合适的燃料电池类型。 所示出的设备的燃料能够是，例如，从天然气中可得到的氢。其它合适 的燃料例如包括，甲醇、柴油、煤油和其它碳氢化合物物质。天然气通 过入口管1经由热交换器2以加压状态注入到设备内，在热交换器内， 燃料通过废气的热量得到加热。除硫单元3位于热交换器2的后方，该 除硫单元用来去除燃料中的硫。在除硫单元3之后，天然气被送到起到 燃料改变单元(fuel modifying unit)作用的预重整器或重整器4内，在 该装置中，从天然气中制取氬。在制取氬时会用到水，水沿入口管16 经由热交换器17在压力下送到设备内，在热交换器中，通过废气的热 量而使水蒸发。在重整器4内，天然气的碳氢化合物通过水蒸气而被重整成氢、甲醇和碳氧化物。为了增强设备的操作性能，阳极侧7的一部分废气经由热交换器5和鼓风器13而被送到重整器4的入口侧，由此 使得二氧化碳和水蒸汽可与入口流相混合。燃料经由所述热交换器5从 重整器4输送到由燃料电池堆构成的燃料电池单元6的阳极侧7。燃料 电池单元6的燃料电池堆由若千个压装在一起的燃料电池单元构成，每 个燃料电池具有阳极侧7、阴极侧8以及位于二者之间的电解质9。在 该图中以电池单元的形式和无略地示出了燃冲牛电池堆和它们的可能的组 合形式。阳极侧7的未进行循环的废气部分被送到后燃器14,在后燃器 处，剩余燃料被燃烧，而后，废气经由热交换器17、 2和15被排出。相应地，氧通过鼓风器IO提供的空气被送到阴极侧8,空气从阴极 侧8沿着入口管11被送入热交换器12,输入的空气在被送到阴极侧8 之前由来自阴极侧的废气进行预热。阴极侧的废气的大部分热量用来对 输送到热交换器12内的阴极侧的空气进行预热，来自阴极侧的废气被 送到热交换器12。少量的热量再与废气一起被送到后燃器14并经过后 燃器被排本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种燃料电池设备中的预热装置，所述燃料电池设备至少包括燃料电池单元（６），所述燃料电池单元（６）的燃料电池包括阳极侧（７）和阴极侧（８）以及位于二者之间的电解质（９），所述燃料电池设备包括阳极侧（７）上的燃料入口（１）和阴极侧（８）上的含氧空气入口（１１）以及除硫单元（３）、燃料改变单元（４）和用于燃烧来自阳极侧和／或阴极侧的废气的燃烧器（１４），所述后燃器（１４）被提供有单独的燃料入口管道（２４），用于在燃料电池设备的启动阶段期间将燃料引入所述后燃器（１４），所述装置包括： － 从所述后燃器（１４）到所述除硫单元（３）的管道（２７），用来将废气送往所述除硫单元（３），以及出口管道（２７’），用来排出来自所述除硫单元（３）的废气；和／或 － 从所述后燃器（４）到改变单元（４）的管道（２９），用来将废 气送往改变单元（４），以及出口管道（２９’），用来排出来自所述改变单元（４）的废气，其特征在于： － 所述除硫单元（３）的所述出口管道（２７’）被提供有用于调节废气流率的调节装置（３０），并且所述出口管道（２７’）被提供有热交换器（３ １），该热交换器（３１）位于所述调节装置（３０）和所述除硫单元（３）之间；和／或 － 所述改变单元（４）的所述出口管道（２９’）被提供有用于调节废气流率的调节装置（３０），并且所述出口管道（２９’）被提供有热交换器（３１），该热交换器 （３１）位于所述调节装置（３０）和所述改变单元（４）之间。...
【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：T基维萨里，T马拉南，
申请(专利权)人：瓦特西拉芬兰有限公司，
类型：发明
国别省市：FI[芬兰]
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