[发明专利]带有高温燃料电池的设备

说明书

本发明涉及带有高温燃料电池的设备和操作设备的方法。

高温燃料电池，例如SOFC(固体氧化物燃料电池)型，使得能够利用在操作建筑物基础设施中由燃料电池转换的能量。在这种情况下电能和热能都被利用了，其中电能是由电化学过程产生的，热能是以电化学过程的热废气形式产生的。如果建筑物基础设施计划用于天气状况，特别是周围环境温度显著变化的气候，则必然会偶尔向周围环境释放过剩的热量。如果使用了SOFC型的燃料电池，则废气的温度会非常高，以至于绝对不能将废气直接通过烟囱排放到周围环境中来除去过剩热量。在这样高的温度，可能会对烟囱造成损坏；热废气还能成为危害环境的来源。

从EP-A 0 832 742(＝P.6752)中可获知同时产生电能和热能的设备。在这些设备中，可借助于热机来利用随废气产生的过剩热量。但这种利用的可能性常常复杂并且昂贵，所以经济上更有利的是通过将废气不加利用地散发到周围环境中——“处理掉”来除去过剩热量。

本发明的目的是设计一种带有高温燃料电池的设备，其能够满足建筑物基础设施的电能和热能要求，并且能够使偶尔产生的过剩热量可散发到周围环境中而不损坏建筑物基础设施的部件，也不对环境造成危害。该目的通过在权利要求1中限定的设备实现。

设备包括高温燃料电池，该燃料电池构成电池组，在电池组中可用燃料和包含氧气的气体进行电化学反应，同时产生电流和传输废热的热废气流。设备包括一装置，该装置带有下列部件：

-带有载热介质的循环系统，

-用于废气流的第一热交换器，其中一部分废热可传递给载热介质，

-用于废气流的位于热交换器出口的排放管道，该管道通向烟囱，烟囱内的废气温度不允许超过预定值，

-至少一个散热装置，特别是另一个热交换器形式的散热装置，当需要时在散热装置中至少可以将传递给载热介质的废热从循环系统中部分去除作为过剩热量，废热不能用于房间供暖系统和/或给公用水加热或其它有用目的。

从属权利要求2至5涉及根据本发明的设备的优选实施例。权利要求6至10涉及操作该设备的方法。

下面参考唯一的附图图1描述本发明。图1所示为根据本发明的设备的示意性图。该设备包括带有例如SOFC型电池的燃料电池组1，带有载热介质20的循环系统2，用于将热发送给用户U的装置3，用于部分满足高于平均加热需求的加热装置4，烟囱10，废气7”通过烟囱3散发到周围环境中，必须满足这样的条件，即烟囱10内的废气温度不超过预定值(对铝或塑料烟囱分别为250℃或160℃)。包含氧气的气体5，特别是周围的空气，通过鼓风机15和/或17输送到电池组1内。在电池组1内气体5和燃料6构成电化学过程的反应物，借此产生电流8。同时产生的废热随着热废气流7从电池组1内输送出去。在图1的示意性设备图中画出了鼓风机15和17；其中之一可以去掉。通常只使用两个鼓风机中的一个，通过鼓风机15实现压缩操作，通过鼓风机17实现抽吸操作。

用于将热散发给用户U的装置3包括例如房间供暖系统的散热器和/或用于给公用水加热的热交换器。

在循环系统2的第一热交换器21中一部分废热从废气流7传递给载热介质20。冷却的废气7被输送到烟囱10。在循环系统2中，一个循环泵23将热介质20输送到另一个热交换器22，当存在要被去除的过剩热量时热交换器22可用作散热装置。代替在图1中所示的循环泵23也可使用作为加热装置4的部件的第二循环泵或单独的循环泵。

如所设想的，过剩热量不能用于房间供暖系统和/或给公用水加热或用于其它目的。热交换器22和鼓风机45是加热装置4的构成部分。过剩热量可传递给通过鼓风机45输送的空气流5’，然后可输送到烟囱10或另一个未示出的烟囱，并从那里散发(“排除”)到周围环境中。空气流5’必须足够强，以使其以足够低的温度进入烟囱10。

相对于空气流5’的方向，在燃烧室40内热交换器22布置在下游。在该燃烧室40内，在加热操作中燃料6’在空气流5’内燃烧以形成废气7’，其中产生的燃烧热散发给热交换器22。只有当没有过剩热量要被去除时才有必要进行这种加热操作，这样绝对不会出现这样的情况，即必须同时使用热交换器22以将热量散发给空气流5’并从废气7’中吸收热量。