[发明专利]燃料电池加热装置和加热方法、燃料电池设备

说明书

本发明公开了燃料电池加热装置和加热方法以及包括该加热装置的燃料电池设备。所述加热装置包括：出口集合管部，其在工作状态下的燃料电池堆的温度下降时对相应燃料电池堆进行加热以将燃料电池堆的温度维持在正常范围内，并且其紧贴设置在燃料电池堆的外部，并接收从燃料电池堆排出的排出物以将其引导至燃料电池堆的外部；辅助燃料供给部，其将外部的辅助燃料供给到出口集合管部的内部，使得辅助燃料在出口集合管部内燃烧并且对出口集合管部和与其邻接的燃料电池堆进行加热。在燃料电池设备中，各个堆相互隔离布置从而不形成堆之间的热传递，并且将入口集合管部和出口集合管部介于堆与堆之间，使得以出口集合管部作为加热源来个别地对堆进行加热。

技术领域

本发明涉及燃料电池加热装置、燃料电池加热方法、以及包括该加热装置的燃料电池设备。

背景技术

由于作为能量源而最广泛使用的石油和煤炭等化石燃料的埋藏量有限，代替化石燃料的替代能源的问题成为了国家和社会的较大关注点。例如，对于利用了并非石油、煤炭、燃气等化石燃料的太阳能、潮汐能、风能的发电或者燃料电池引起了高度关注。

在上述几个替代能源中，燃料电池是通过利用水的电气分解反应的逆反应来产生电，其应用了将天然气、煤气、甲醇等的烃系列物质中包括的氢和空气中的氧通过电化学反应变换为电能的技术。

与现有技术中发电技术包括燃料燃烧、蒸汽发生、涡轮驱动、发电机驱动等几个过程不同，燃料电池中没有燃烧过程或驱动装置，从而具有这样的优点：不仅效率高，而且几乎不排放诸如SOx或NOx等大气污染物质，二氧化碳的产生也较少，几乎没有噪音或震动等。

这样的燃料电池也具有很多种类，例如磷酸燃料电池(PAFC)、碱性燃料电池(AFC)、聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)、直接甲醇燃料电池(DMFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)等多个种类。

所述固体氧化物燃料电池(SOFC)作为将能够透过氧或氢离子的固体氧化物使用为电解质的燃料电池，由于其所有构成要素均为固体，与其他燃料电池相比结构简单，并且不存在电解质的损失和补充以及腐蚀的问题。此外，由于在高温下工作，因而不需要贵金属催化剂，并容易直接通过内部改质来供给燃料，并且由于排出高温气体，因而具有能够利用废热来热复合发电的优点。

在固体氧化物燃料电池中，进行如下反应式所示的电极反应。

<反应式>

燃料极：H₂+O^2-→H₂O+2e-

CO+O^2-→CO₂+2e-

空气极：O₂+4e-→2O^2-

总反应：H₂+CO+O₂→H₂0+CO₂

在根据上述反应式工作的燃料电池中，电子通过外部电路到达空气极，与此同时在空气极处产生的氧离子通过电解质传达至燃料极，在燃料极处氢或CO与氧离子结合来产生电子以及水或CO₂。

另外，所述固体氧化物燃料电池以将多个单位单元叠层构造的所谓的堆(stack)作为基本单位，所述堆构造为以串联、并联或串并联进行组合，以增加发电量。

图1是为了说明现有技术中燃料电池堆的问题而图示的燃料电池系统11的结构示意图。

如图所示，现有的燃料电池系统11包括：将多个单位堆19a、19b、19c叠层构造的发电部19、热交换器13、燃烧器15、重整器17、以及电力变换器27等。