使用液化石油气运行的燃料电池系统技术方案

燃料电池系统，包括至少一种具有高温聚合物电解质膜（９）的燃料电池（３）。将来自液化石油气气源（１）的液化石油气供给至所述燃料电池（３）。所述液化石油气能够直接进给至所述燃料电池（３）的阳极反应室（７）而不进行复杂的重整。将水蒸气在进入所述阳极反应室（７）之前与所述液化石油气混合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及能够使用液化石油气运行的燃料电池系统。
技术介绍
燃料电池需要氢气和(大气的)氧气作为反应物以产生电能 和热能。存在不同的已知的重整方法，例如蒸汽重整、自热重 整、部分氧化或裂解，其中包含氩气的气体通过气态和液态烃 的转化而产生。在多数情况下，这些方法非常复杂并且要求设 备和技术控制系统的高度复杂性。通常，它们包括多个单独组件，例如重整反应器、变换工段(shift stages)、气体精洗工段、热交换器和蒸发器。此外，存在已知的高温固态氧化物燃料电池(SOFC)和熔融 碳酸盐燃料电池(MCFC),其中将气态和液态烃在范围从600。C 至1000。C的温度下和在(大气的)氧气下转变为电能，这可直接 实现或在预先连接的所谓预重整工段下实现。这些系统的缺点 是热循环性低、加热和冷却时间长以及对使用的材料要求非常 高。一l殳时间以来，燃冲牛电池系统也已用作APU系统(辅助动力 装置)用于供给旅游车以机载电源。还已知使用此类燃料电池系 统作为发电机或用于分散能源供给的联供系统(cogeneration systems)。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供燃料电池系统，其直接将燃料转变为 电能而不面临重整燃料用设备的高度复杂性。7该课题通过借助根据权利要求1所述的燃料电池系统的本 专利技术来解决。此外，提出了根据本专利技术的燃料电池系统的有利 用途以及用于启动和停止燃料电池或燃料电池系统的方法。根据本专利技术的燃料电池系统包括具有高温聚合物电解质膜(HT-PEM)的燃料电池、液化石油气气源以及用于将来自石油气气源的液化石油气进给至燃料电池的阳才及反应室的液化石油气 供气管线。因此，提出可以在不具有设备方面的高度复杂性和在中等 运行温度下将气态液化石油气直接转变为电能的燃料电池。聚 合物电解质膜燃料电池的使用可以实现高度的启动-停止(start-stop)可循环性。同样，启动和停止时间短以及由于降低 运行温度导致的更低的材料要求是有利的。燃料电池能够由单个燃料电池组成或由以堆叠体(stack)的 形式设置的多个单个燃料电池组成。燃料电池的基本结构是已 知的，因此在这点上不需要更详细的说明。燃料电池能够在加 压下或在近似大气条件下运行。在后一情况下，周围系统(空气 和气泵)的能量要求显著降低。该结构借助满足温度要求的材 料，例如借助由金属或碳塑复合材料制成的双极板来实现。将液化石油气直接供给至能够将其转变为电能的阳极反应 室中，这在没有任何复杂的重整过程的情况下得以实现。也许， 仅需要在液化石油气气源和燃料电池之间提供脱硫设备以使供 给的液化石油气脱硫。那里还可以进行有气味的物质的分离。能够将丙烷、丁烷或丙烷和丁烷的混合物用作液化石油气。能够在进入阳极反应室之前将水蒸气混合至液化石油气流 中。水蒸气的混合可以是有利的，但它不是绝对必要的，这取 决于燃料电池系统的实施方案。其中，设置在阳极反应室中， 例如在气体扩散电极上或在气体扩散电极中的催化剂适合于转化液化石油气和适合于产生氢离子。将氢成分(content)转变为电能和热能以及作为反应产物的 水发生在已知的具有供给至阴极反应室中的(大气的)氧气的电 化学燃料电池反应中。已证实电流和/或电压产生量取决于运行 温度。温度值越高，在恒定运4亍电压下由燃津+电池提供的电流 越大。使高温聚合物电解质膜在从室温至高于3 0 0 °C的温度范围 内、优选在从150。C至25(TC的范围内运行。其将燃泮牛电池的阳 极反应室与阴极反应室分隔开来，能够将环境空气或氧气供给 燃一牛电池的阴才及反应室。磷酸掺杂的PBI(聚苯并咪唑)聚合物膜主要用作用于 HT-PEM的材并十。然而，在该温度范围内具有高度热稳定性且 是质子导电的或能够通过适当的添加/掺杂进行质子导电的其 它塑料材料也是适合的。至少在面对阳才及反应室的一侧上，HT-PEM包括负载催化 剂的催化剂层，所述催化剂在加入或不加入水蒸气的情况下使 液化石油气分解为氢气或氲离子和其它组分。在加入水蒸气下 使该液化石油气分解为氢气或氢离子、二氧化碳、 一氧化碳或 短链烃的任何类型的贵金属和碱金属能够用作催化剂。例如， 包含铂的催化剂是适当的。此外，可得到的材料为例如Pd、 Ru、 Fe、 Ni、 Au、 Ag、 Rh、 Ir、 Co、 W、 Mo、 Ce、 Cu、 Zn、 Al、 Zr或其具有或不具有Pt的合金。流至阳极反应室中的液化石油气能够预先与水蒸气混合。 为了达到该目的，能够设置用于蒸发水的蒸发设备、用于从蒸 发设备排放水蒸气的水蒸气供给管线和位于阳极反应室上游的 混合部位，其中所述水蒸气供给管线和液化石油气供给管线在 所述混合部位结合以及从蒸发设备流入的水蒸气能够在所述混9合部位与液4匕石油气混合。因而，在进入阳才及反应室之前与液化石油气混合的水蒸气 在蒸发设备中产生。能够设置附加加热设备用于加热燃料电池，其中该附加加 热设备可以是与燃料电池分开的设备，或直接一体化入燃料电 池中的设备。附加加热设备用于给燃料电池提供用于启动该系 统的适当温度。同样，也能够在运行时使用该附加加热设备以 维持燃料电池在所要求的运行温度下。液化石油气能够从液化石油气气源直接供给，作为用于附 加加热设备以及用于蒸发设备的燃料。作为补充或作为选^奪，也可以设置输送乂人燃津牛电池的阳极 反应室放出的阳极尾气的阳极尾气回路。阳才及尾气包括二氧化 碳、 一氧化碳、水蒸气和未使用的氢气和/或未转变的液化石油 气的混合物。这意味着该阳极尾气仍然包含进一步热可利用的 或可燃烧的物质，能够例如在附加加热设备或在蒸发设备中利 用的物质。为了达到该目的，能够将阳极尾气回流供给至设置在蒸发 设备的燃烧炉和/或供给至能够燃烧仍存在的可燃物质(氢气、 液化石油气、 一氧化碳、短链烃)的附加加热i殳备。经由阳极尾气回路，阳极尾气同样也能够再供给至燃料电 池的阳极进料侧，在该阳极进料侧，如果必要在再混合水蒸气 之后，将阳极尾气再供给至阳极反应室中。还未利用的液化石 油气和水蒸气因而能够重复供给通过燃料电池，以最终并完全 转变至少液化石油气。如上所述，作为补充或作为选择，蒸发设备的燃烧炉和/ 或附加加热设备也能够直接供给来自液化石油气气源的液化石 油气。根据本专利技术的燃料电池系统能够用于机动车例如旅游车， 如旅行拖车或大篷车，其中燃料电池的附加加热设备同时也是 用于加热机动车内部的加热设备的组成部分。像附加加热设备一样，该加热设备因而能够使用液化石油 气来运4亍。因此，也可以使用同样已知的，特别在旅游车中，同时作 为用于燃料电池的附加加热设备的液化石油气加热器。在这种 情况下，对于燃料电池并不要求独立的附加加热设备。范围从几瓦至几千瓦的电功率内的系统优选的应用领域为作为在旅游车中用于机载电源的APU系统的用途以及作为独立的发电机或作为用于分散能源供给的联供系统的用途。用于运行燃料电池系统的方法的特征在于所述燃料电池为 高温聚合物电解质膜燃料电池和所述燃料电池的阳极反应室进 给液化石油气，特别地进给液化石油气和水蒸气的混合物。除 了如果需要的必须预先进行的脱硫之外，将液化石油气直接从 液化石油气气源进给至燃料电池。因此，不需要在分离的重整 设备中单独地重整燃料。用于启动H本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，其包括　－具有高温聚合物电解质膜（９）的燃料电池（３）；　－液化石油气气源（１）；　－液化石油气供给管线（１ａ），其用于将来自液化石油气气源（１）的液化石油气供给至所述燃料电池（３）的阳极反应室（７）。

【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：安德鲁斯施莱格尔，莱因哈德弗兰克，
申请(专利权)人：特鲁玛杰拉特技术有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]