[发明专利]重整器、燃料电池系统和用于使燃料电池系统工作的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池系统，其特征在于重整器，该重整器包括燃烧器和催化器(catalyst)，并设置成使燃料和氧化剂反应以生成重整产品，该燃料电池系统还包括燃料电池、特别是高温燃料电池，它基于重整器所生成的重整产品而产生电，从而释放阳极废气。

本发明还涉及一种用于使氧化剂和燃料反应以生成重整产品的重整器，所述重整产品适合于使燃料电池，特别是高温燃料电池工作，该重整器包括燃烧器以及其下游的催化器。

本发明还涉及一种用于使燃料电池系统、特别是高温燃料电池系统工作的方法，包括以下步骤：

-在包括燃烧器和催化器的重整器中，使燃料和氧化剂反应以生成重整产品；

-基于重整产品，在燃料电池、特别是高温燃料电池中产生电，由此释放阳极废气。

另外，本发明涉及一种使燃料和氧化剂反应以生成重整产品的方法，所述重整产品适合于使燃料电池、特别是高温燃料电池工作。

背景技术

燃料电池系统、特别是设计为利用诸如汽油或柴油等液体燃料工作的燃料电池系统需要重整单元，该重整单元使作为标准空气(ruleair)的氧化剂和燃料蒸汽的混合物反应以生成富氢的重整产品，燃料电池可以利用该重整产品工作。燃料电池系统、特别是诸如SOFC燃料电池系统等高温燃料电池系统经常被设计成使得一部分阳极废气返回到重整器或其它部件的燃料气体调节器上游。阳极废气的未返回部分在补燃器中全部燃烧，以便将从补燃器排出的废气释放到外界中去。

相应地，完成这一点需要两个燃烧器，即分配给重整器的燃烧器和补燃器。这导致已知的系统高度复杂和成本高。

发明内容

本发明的目的是减少普通系统和普通方法的复杂度。

该目的是通过独立权利要求的特征实现的。

从从属权利要求中，可以阅读到本发明的有利实施例和其它方案。

本发明的燃料电池系统优于普通现有技术之处在于：提供了适合于将所有阳极废气都返回到燃烧器的装置。现在，这实现了将返回阳极废气的优点与重整器的燃烧器的优点结合起来。特别是，现在消除了现有技术中所需要的补燃器，从而降低了系统复杂度和成本。

在提出的根据本发明的燃料电池系统的优选实施例中，其特征在于只有一个单个的用于将废气排放到外界的废气排放装置，这个废气排放装置设置在燃烧器和催化器之间，该燃烧器优选至少进行充分完全燃烧。

对于根据本发明的燃料电池系统来讲，还优选包括设置在废气排放装置和催化器之间的第一燃料馈送装置。必要的是：将这种燃料馈送到离开燃烧器且没有排放到外界的废气中，以作为适合于形成重整产品的废气/燃料混合物馈送给催化器，原因是燃烧器进行充分完全燃烧。

根据本发明的燃料电池系统，其特征还在于：包括分配给燃烧器的第二燃料馈送装置。在该设置中，燃料可以与阳极废气和氧化剂一起馈送到燃烧器中，也可以分别馈送到燃烧器中。在这两种情况下，不必永久向燃烧器馈送燃料，这是因为在正常工作中，阳极废气和氧化剂(如，标准空气)的混合物足以至少临时使燃烧器工作。但是，尤其是在起动阶段，直接经由第二燃料馈送装置向燃烧器供给燃料是有利的，或者甚至是必须的。

对于根据本发明的燃料电池系统，还优选将氧化剂以氧化剂流的形式供应到燃烧器，并且将阳极废气馈送给氧化剂流。在该实现手段中，燃烧器优选接收单独的燃料供应。

在这种情况下，该装置优选包括用于将阳极废气馈送到氧化剂流的喷射器。例如，该喷射器可以构成为一种文丘里喷嘴，在该喷嘴上，实现真空，这支持气体循环和从燃料电池的输出端排放废气。

对于根据本发明的燃料电池系统来讲，还优选的是将空气用作氧化剂，并且用于产生氧化剂流的装置包括吹风器。在优选实施例中，吹风器位于喷射器的上游，即使得喷射器位于吹风器和燃烧器之间。

本发明的重整器优于普通现有技术之处在于：燃烧器设计成进行充分完全燃烧，将燃料供应给从燃烧器排出的废气，从而产生供应给催化器的废气/燃料混合物。在该实现手段中，也消除了现有技术中所需的补燃器，因此简化了系统结构。在某种意义上，可以将在根据本发明的燃料电池系统的上下文中所论述的实施例主要解释成根据本发明的重整器，这样，根据本发明的重整器的这些方案同样可理解为被公开了，这特别适用于在燃烧器和催化器之间排放废气的方式以及供应燃料的方式。