【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有组合燃料蒸发和阴极气体加热器单元的燃料电池系统、其用途以及其操作方法
[0001]本专利技术涉及具有燃烧器和重整器以及热交换器系统的燃料电池系统(例如,HT
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PEM燃料电池),以及其对于车辆的用途和操作此种燃料电池系统的方法。
技术介绍
[0002]当用燃料电池系统生成电力时,也会生成作为副产物的热,所述热被循环通过燃料电池中的通道的冷却液移除。通过例如基于二醇的冷却液流动穿过热交换器和散热器来调整温度,以优化燃料电池的功能。另一方面,冷却剂可用于在起动状况期间加热燃料电池。
[0003]三通热交换器通常已知用于冷却剂回路。在韩国专利申请KR2017
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0087077中公开了通过单个三通热交换器的三个冷却回路的示例。然而,尚未提出三通热交换器用于液体与气体之间的热交换,以便为燃料电池系统尤其是汽车中的燃料电池系统提供紧凑的解决方案。而是,双向交叉流热交换器通常用于燃料电池系统作为空气热交换器或冷凝器。
[0004]WO 2019/158173 A1描述了一种燃料电池系统,包括燃料电池堆,每个包括阴极、阳极和聚合物电解质,以及冷却流体回路。燃料电池系统还包括将阴极气体馈送到阴极的阴极气体供应装置,以及接收经蒸发的燃料并将其转化为馈送到燃料电池的阳极侧的合成气的重整器。燃料电池系统还包括加热重整器的重整器燃烧器、接收液体燃料并将其蒸发以形成馈送至重整器的经蒸发的燃料的蒸发器。蒸发器由冷却回路的冷却液加热。
[0005]WO2017/148487公开了一种具 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种燃料电池系统(1),包括:燃料电池(15),所述燃料电池包括阳极侧(12)和阴极侧(14)以及它们之间的质子交换膜,用于在操作期间通过所述膜将氢离子从所述阳极侧(12)输送到所述阴极侧(14);阴极气体供应装置,例如空气供应装置,用于向所述阴极侧(14)供应氧气,所述阴极气体包含氧气,阴极气体加热系统,例如空气加热系统,用于在向所述阴极侧(14)供应所述阴极气体之前增加所述氧气的温度;第一冷却回路(18),用于使第一冷却剂循环通过所述燃料电池(15),以用于利用所述第一冷却剂调整所述燃料电池(15)的温度;重整器(8),所述重整器包括催化剂,所述催化剂被重整器壁围封并且被配置用于将燃料催化转化成合成气(11),其中所述重整器(8)通过导管连接到所述燃料电池(15)的所述阳极侧(12)以将合成气(11)提供到所述燃料电池(15);蒸发器,所述蒸发器被配置用于蒸发液体燃料并且通过导管连接到所述重整器(8)以将所述经蒸发的燃料提供到所述重整器(8);液体燃料供应装置,所述液体燃料供应装置通过导管连接到所述蒸发器,以用于将液体燃料提供到所述蒸发器;重整器燃烧器(7),用于借助于通过所述重整器壁的热传递来加热所述重整器内的所述催化剂;其特征在于所述阴极气体加热系统和所述蒸发器组合在单个紧凑第一热交换单元(21)中,所述第一热交换单元包括第一外壳并且被配置用于将热能从所述第一外壳(23)内的所述第一冷却剂传递到所述阴极气体和所述燃料(20)两者。2.根据权利要求1所述的燃料电池系统,其中所述第一热交换单元(21)包括:
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第一入口(41),所述第一入口通过导管连接到所述第一冷却剂回路(18),在所述燃料电池(15)的下游侧,以用于在所述第一冷却剂已经穿过所述燃料电池(15)之后接收来自所述燃料电池(15)的所述第一冷却剂;
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第一出口(42),在从所述第一冷却剂到所述阴极气体和所述燃料(20)的热传递之后用于所述第一冷却剂的出口;
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第二入口(43),所述第二入口通过导管连接到所述阴极气体供应装置,例如空气供应装置,用于接收用于所述燃料电池(15)的所述阴极侧(14)的氧气;
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第二出口(44),所述第二出口通过管道连接到所述燃料电池(15)的所述阴极侧(14),以用于向所述燃料电池(15)提供经加热的阴极气体;
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第三入口(45),所述第三入口通过导管连接到所述燃料供应装置以用于接收燃料(20),例如甲醇/水混合物;
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第三出口(46),所述第三出口通过导管连接到所述燃料电池(15)的所述阳极侧(12),以用于将经蒸发的燃料供应到所述燃料电池(15)的所述阳极侧(12);其中所述第一热交换单元(21)包括通过导热壁(51、52)彼此分开的第一、第二和第三流动路径(47、48、49),其中所述第一流动路径(47)在所述第一入口(41)与所述第一出口(42)之间并与所述第一入口(41)和所述第一出口(42)流动连接,所述第二流动路径(48)在所述第二入口(43)与所述第二出口(44)之间并与所述第二入口(44)和所述第二出口(45)
流动连接,并且所述第三流动路径(49)在所述第三入口(45)与所述第三出口(46)之间并与所述第三入口(45)和所述第三出口(46)流动连接。3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统(1),其中所述阴极气体加热系统作为所述第二入口(43)与所述第二出口(44)之间的所述第二流动路径(47)中的第一热交换模块(65)提供,并且所述蒸发器作为所述第三入口(45)与所述第三出口(46)之间的所述第三流动路径(48)中的第二热交换模块(66)提供,其中在所述第一外壳(23)内提供有空间(50),所述空间(50)夹在所述第一与所述第二热交换模块(65、66)之间,并且被配置用于使所述第一冷却剂在所述空间(50)中流动,以在所述空间(50)的任何一侧上将热从所述第一冷却剂同时传递到所述第一和所述第二热交换模块(65、66)两者。4.根据权利要求3所述的燃料电池系统(1),其中所述第一和所述第二热交换模块(65、66)相对于彼此并行地提供,它们之间具有用于所述第一冷却剂的所述流动的所述空间(50)。5.一种根据前述权利要求中任一项所述的燃料电池系统(1)对于汽车的用途。6.一种操作燃料电池(15)的方法,所述燃料电池系统包括:燃料电池(15),所述燃料电池包括阳极侧(12)和阴极侧(14)以及它们之间的质子交换膜,用于在操作期间通过所述膜将氢离子从所述阳极侧(12)输送到所述阴极侧(14);阴极气体供应装置,例如空气供应装置,用于向所述阴极侧(14)供应氧气,所述阴极气体包含氧气,阴极气体加热系统,例如空气加热系统,用于在向所述阴极侧(14)供应所述阴极气体之前增加所述氧气的温度;第一冷却回路(18),用于使第一冷却剂循环通过所述燃料电池(15),以用于利用所述第一冷却剂调整所述燃料电池(15)的温度;重整器(8),所述重整器包括催化剂,...
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