[发明专利]运行燃料电池装置的方法及燃料电池装置

说明书

本发明涉及一种权利要求1的前序部分的运行燃料电池装置的方法以及如权利要求6前序部分提出的燃料电池装置。

带有呈组件形式安装的燃料电池的燃料电池装置，特别是具有熔态碳酸盐燃料电池(MCFC)的燃料电池装置的功率密度主要受限于可能的冷却功率即在运行时由燃料电池组件排出热的量。随功率密度增加，每个燃料电池中产生的热量也增加，如果该热量不再能充分排出，则也不可能再进一步提高功率密度。

已知可通过内转化来制备在燃料电池中要进行反应的燃料气体。例如在有水蒸汽存在下，天然气中存在的甲烷可经催化蒸汽转化而转化成氢和一氧化碳和二氧化碳：

CH₄+H₂O<--->CO+3H₂，

CO+H₂O<--->CO₂+H₂。

其可以直接或间接内转化的形式进行。与其中反应在燃料电池的阳极室进行的直接内转化相反，间接内转化在与阳极呈热接触存在但与其分开的转化设备中进行。间接内转化描述于“Molten carbonate fuel cellwith indirect internal reforming”，Journal of Power Sources，52(1994)，第41-47页。

其中进行上述两个反应的方法也描述于埃尔兰根的埃尔兰根-组伦堡大学技术系的Robert Reinfelder于2004年提交的工学博士学位论文“Reaktionskinetische Untersuchungen zur Methan-Damf-Reformierungund Sfift-Reaktion an Anoden oxidkeramischer Brennstoffzellen”中，其中作为第一个提及的甲烷蒸汽转化是强吸热反应，相反，作为第二个提及的转移反应则是放热的。

在文章“Reformierung von Kohlenwasserstoffen zurWasserstofferzeugung für Brennstoffzellen”，Dr.-Ing.Peter Hüber，Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE中作为三种产生氢的可能性也描述了与水蒸汽相关的烃的蒸汽转化产生氢和一氧化碳以及部分氧化即欠化学计量燃烧过程，和作为该两前述方法组合的自热转化过程。

用于制备燃料电池用的燃料的转化反应也在“Brennstoffzellen in derKraft-Wrme-Kopplung-eine Energieoption für die Zukunft？”，LudwigJrissen等人，Forschungsverbund Sonnenenergie“Themen 98/99”中提及。

含高级烃的燃料通过催化水蒸汽转化的自热转化方法还记载于EP0989094 A2中。这时首先使该含烃燃料通过含催化剂的反应器，在有水蒸汽存在下去除或还原该高级烃，然后再导入自热转化器中，然后从中排出其中形成的富含氢和一氧化碳的产物气体。

最后，在JP 6325783中描述了在熔态碳酸盐燃料电池系统中的内转化，其中配置有作为热交换器的预转化器，在该预转化器中在燃料电池废气和含碳数为2或更高的烃之间的热交换，即在热从离开燃料电池的废气传给送入的燃料气体的条件下，发生蒸汽转化反应。因此可应用烃如丁烷或其它轻质烃作为燃料气体，这时经转化的气体的体积明显大于甲烷转化时的体积。

本发明的目的在于提供一种用于运行燃料电池装置的改进方法，该方法可运行具有较高功率密度的燃料电池。此外，还应提供一种可运行具有较高功率密度的燃料电池的燃料电池装置。

在方法上本发明的目的是通过具有权利要求1的特征的方法实现的。

在设备上本发明的目的是通过具有权利要求6的特征的燃料电池装置实现的。

本发明的各有利实施方案和方法扩展列于从属权利要求中。