用于提供热废气的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于提供热废气的装置，所述热废气用于驱动涡轮机（24）。所述装置具有燃烧器（17），所述燃烧器的燃烧区（23）直接集成地构造在所述涡轮机（24）的气体入口（涡轮机壳体29）上或气体入口中。给所述燃烧器（17）供应至少一种可燃烧的气体或气体混合物。根据本发明专利技术，所述燃烧区（23）具有开孔材料，所述开孔材料具有高的比表面积。

【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用于提供热废气的装置以及这种装置的应用，所述热废气用于驱动润轮机。
技术介绍
原则上公知了利用燃烧的热废气运行涡轮机。US 2002/0157881A1描述了一种结构，在这种结构中，通过由燃烧器激励的涡轮机和发电机为车辆提供电能。现在，US公开文献中的特殊之处在于，燃烧器集成地构造在涡轮机或涡轮机入口壳体中。燃烧器本身在此构造成火焰燃烧器，所述火焰燃烧器提供用于运行涡轮机的尽可能高的温度。现在，在这种结构中缺点在于，这种燃烧器由于温度非常高以及燃烧的可控性比较差而造成不期望的物质、例如NOx排放物的强排放。因此，在US公开文献中设置有一种可选择的催化反应器，所述催化反应器以废气催化器的形式在内燃机之后在涡轮机中在燃烧的热废气减压后将残 余转换。这造成在废气中产生一定的残余热，这种残余热必须比较麻烦地通过换热器重新回收。此外，在燃烧器方面优化的紧凑结构通过附加的废气催化器而又增大。此外，从本专利技术的优选应用领域中公知，燃烧器与涡轮机相组合地安装在燃料电池系统中。例如DE 10306234A1描述了一种用于给燃料电池供应空气的装置。该装置构造成具有电支持的涡轮增压器。为此，在膨胀器或涡轮机的区域中，热气体减压，以便提供至少一部分供应空气所需的能量。为了产生热气体，设置有呈微孔燃烧器或催化燃烧器形式的燃烧器。这种燃烧器燃烧燃料电池的废气并且在需要时可以附加给燃料电池供应燃料。JP59075571A的日文摘要也公知了一种可比较的结构。这些结构虽然能够在燃料电池系统中提供热气体，但通常不保证完全转换燃料电池的废气中所含有的不期望的全部残余物，例如在使用气体产生系统时碳氢化合物的残余物，如JP摘要中所述，或在使用氢储存器时氢的残余物，如DE文献中所述。这典型地在于，在燃烧器中催化反应的安全可靠的点火通常很难或不能足够再现地实现。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于，给出一种用于提供热废气的装置，所述热废气用于驱动涡轮机，所述装置尽可能地利用在用于驱动涡轮机的可燃烧的气体中存在的化学能量并且在无需其它措施的情况下提供不含有害排放物的废气。根据本专利技术，该目的通过一种具有权利要求I特征部分中的特征的装置来实现。根据本专利技术的装置的有利的进一步构型由从属权利要求得到。根据本专利技术的装置的特别优选的应用在权利要求8中予以说明，其有利的进一步构型由其从属权利要求得到。因此，根据本专利技术的解决方案提出，直接与涡轮机连接或完全地或部分地集成地构造在涡轮机或涡轮机壳体中的燃烧器具有燃烧区，该燃烧区具有开孔材料，所述开孔材料具有高的比表面积。这种作为微孔燃烧器或矩阵燃烧器或矩阵辐射燃烧器的结构允许在无明火的情况下实现非常均匀且有效的燃烧。由此，可以以最小的结构空间在直接与涡轮机连接或在所述涡轮机中、例如在涡轮机壳体中集成或以套筒的形式插入涡轮机壳体中的情况下实现非常紧凑的结构。通过矩阵燃烧器或微孔燃烧器的积极特性和由其辐射的热能可实现待燃烧的气体流的几乎全部成分非常有效地燃烧。所述结构在此可极其紧凑且有效地实现。在根据本专利技术的装置的一种特别有利的实施方式中，具有高的比表面积的开孔材料具有至少一种催化活性材料。因此，燃烧器于是不是构造成纯粹的微孔燃烧器、矩阵燃烧器或类似燃烧器，而是同时构造成催化燃烧器，所述催化燃烧器在无需明火的情况下安全可靠地转换相应的原料。此外，在根据本专利技术的装置的一种非常有利且具有优点的进一步构型中提出，给燃烧器至少有时提供新鲜空气，其中，燃烧器具有点火装置，通过所述点火装置可以点燃至少新鲜空气和燃料电池的燃料的燃烧。因此，除了燃料电池的废气和至少有时供应燃料之夕卜，也给燃烧器供应新鲜空气。优选与燃料一起供应的所述新鲜空气于是允许通过设置在燃烧器中的点火装置使空气和燃料的燃烧点火。通过在例如流动方向上在真正的燃烧区即例如微孔燃烧器的微孔结构之前进行的这种点火，燃烧器始终安全可靠地通过前置的点火 器启动。由此保证例如可以用于驱动涡轮机的期望的热废气始终在其被需要时提供。此外实现燃料和来自燃料电池的废气始终完全可以在燃烧器的区域中转换，由此，没有氢、碳氢化合物、一氧化碳、氮氧化物(NOx)或类似物质的排放物到达燃料电池系统的周围环境。 此外，根据本专利技术的一种非常有利且具有优点的进一步构型可提出，新鲜空气和燃料电池的燃料在流动方向上在点火装置后面并且在燃烧器前面与来自燃料电池的废气汇合。这种结构允许非常可控地且可靠地点燃燃料与所供应的新鲜空气，而废气于是在完成点火后才在达到燃烧区之前或达到时与所述已经燃烧的混合物汇合。这具有优点与废气的组分无关，在任何情况下均可以获得能点火的混合物，因为在点火装置的区域中仅存在燃料和新鲜空气，其混合比可以相当容易地控制，而不必通过复杂的传感装置例如测定废气中的残余燃料含量和残余氧含量。在本专利技术的一种作为替换方案的实施方式中提出，新鲜空气和燃料电池的燃料这样引导到点火装置的区域中，使得局部存在可以点燃的混合物。取代气体流在通过相应的分开装置或分开的导电元件点火后才进行的上述汇合，根据作为替换方案的实施方式提出，通过将新鲜空气和燃料定向地供应到点火装置中，在点火装置上局部存在可点燃的混合物。新鲜空气和燃料例如可以通过类似于喷嘴的元件或定向的进气流在提高的压力下这样供应，使得所述新鲜空气和燃料这样流动到点火装置的区域中，使得在这里新鲜空气和燃料的浓度高于存在更多来自燃料电池的废气的周围区域中的浓度。点火装置在此原则上可以按照不同类型来构造。例如可以设想点火装置呈炽热元件的形式，例如作为陶瓷炽热点火器或作为炽热螺旋丝。但特别有效的是通过火花点燃物质混合物的点火装置。通过这种火花安全可靠地以比较小的能量实现空气和燃料的可点燃的混合物的点燃，其中，通过利用火花工作的点火装置可以非常快速地实现点火，而无需预炽热时间等。在一种特别有利且具有优点的应用中，根据本专利技术的装置用于驱动燃料电池系统中的涡轮机，其中，给燃烧器至少供应来自燃料电池系统的燃料电池的废气。正如从开头所描述的现有技术中所公知的那样，燃烧器和涡轮机安装在燃料电池系统中，以便回收燃料电池系统的废气中的残余能量。这种残余能量于是以压力和热量的形式在涡轮机中转换。涡轮机例如可以驱动压缩机和/或用于提供电能的发电机。此外，从燃料电池系统中这样回收能量具有优点燃料电池的废气中的残余物质被全部转换，由此，没有碳氢化合物和氢的排放物到达周围环境。理想的是，燃烧器在此构造成催化燃烧器，由此，NOx排放由于在约600°C的比较低的温度下无火焰燃烧而可以得到避免。附图说明从其余的从属权利要求得到根据本专利技术的装置的其它有利构型，借助于下面参照附图详细描述的实施例对其进行说明。附图表示图I具有根据本专利技术的装置的燃料电池系统的第一种可能的实施方式；图2具有根据本专利技术的装置的燃料电池系统的另一种可能的实施方式； 图3根据本专利技术的燃烧器的第一种可能的实施方式；图4根据本专利技术的燃烧器的另一种实施方式；以及图5根据本专利技术的燃烧器的另一种作为替换方案的实施方式。具体实施例方式图I和2中描述了燃料电池系统I的两种不同结构，所述燃料电池系统优选、但不是仅仅用于提供热废气的根据本专利技术的装置。形成燃料电池系统I的核芯的是例如构造成PEM燃料电池组的燃料电池2。在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.03.05 DE 102010010272.51.一种用于提供热废气的装置，所述热废气用于驱动涡轮机，所述装置具有燃烧器，所述燃烧器的燃烧区直接一体地构造在所述涡轮机的气体入ロ上或气体入口中，其中，给所述燃烧器至少供应一可燃烧的气体或气体混合物，其特征在于所述燃烧区(23)具有开孔材料，所述开孔材料具有高的比表面积。2.根据权利要求I所述的装置，其特征在于具有高的比表面积的所述开孔材料具有至少ー种催化活性材料。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述催化活性材料具有钯。4.根据权利要求1、2或3所述的装置，其特征在于给所述燃烧器(17)至少有时提供新鲜空气，其中，所述燃烧器(17)具有点火装置(30)，通过所述点火装置能点燃至少所述新鲜空气和所述燃料电池(2)的燃料的燃烧。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于所述新鲜空气和所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·斯塔克，UM·梅克斯，G·康拉德，B·斯坦豪瑟尔，G·欣森坎普，
申请(专利权)人：戴姆勒股份公司，
类型：发明
国别省市：