[发明专利]燃料电池系统

说明书

本发明涉及燃料电池系统(100)，包括燃料供应单元(8)和具有阴极(4，4’)和阳极(3，3’)的燃料电池(1，2)，其中阴极(4，4’)具有阴极供应管线(40)，阳极(3，3’)具有阳极供应管线(30)，阳极(3，3’)流经阳极供应管线(30)连至燃料供应单元(8)流，其中重整器(13)设置在阳极供应管线(30)内，包括备有至少一个燃烧器装置(22，23)的阳极废气管线(6)。根据本发明第一换热器(16)设置在阴极供应管线(40)中，设于重整器(13)上游的第二换热器(29)设置在阳极供应管线(30)中，其中阳极废气管线(6)在燃烧器装置(22，23)下游分为均连通至废气出口(21)的第一阳极废气辅助管线(6a)，其穿过第一换热器(16)的热侧，和第二阳极废气辅助管线(6b)，其穿过第二换热器(29)的热侧，蒸发装置(12)能通过第二阳极废气辅助管线(6b)被加热。

技术领域

本发明涉及燃料电池系统，其包括燃料供应单元和具有一个阴极和一个阳极的至少一个燃料电池，其中，该阴极的特点是具有阴极供应管线，该阳极的特点是具有阳极供应管线，阳极流经由阳极供应管线连通至燃料供应单元流，重整器设置在阳极供应管线内并且包括用于至少排出来自阳极的阳极废气的阳极废气管线，其中，至少一个燃烧装置设置在阳极废气管线中。

背景技术

例如作为辅助电源设备被用在机动车中或者用作“APU”(辅助电力设备)的燃料电池系统通常包括至少一个用于自阴极空气和燃料气体或重整气体产生电流的燃料电池。在此情况下，这种燃料电池由许多单独的燃料电池元件叠摞组成并被称为燃料电池叠组。燃料电池且尤其是高温燃料电池被本领域技术人员理解为例如熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)，其在约580℃至675℃之间的工作温度下工作。由锂钾碳酸盐构成的混合碱性碳酸盐熔融物常作为电解质被用在这种燃料电池中。固态氧化物燃料电池(SOFC)也是已知的。固态氧化物燃料电池在约650℃至1000℃之间的工作温度下工作。

在这种电池中的电解质由固体陶瓷材料构成，其能够传导氧离子且同时具有电子隔绝作用。所述电极以及阴极和阳极被附接至电解质层的两侧。它们是透气的导电体。用于传导氧离子的电解质例如被设计成薄膜状，允许其用很少能量且在所述高温下传输氧离子。背对电解质的阴极外侧面被空气(以下尤其称为阴极气体)包围，而阳极外侧面被燃料气体或重整气体包围。未用的空气和未用的燃料气体以及燃烧产物例如通过抽吸被排出。

为了产生重整气体，燃料电池系统可以配备有重整器，其自燃料且通常是碳氢化合物如天然气、柴油或醇以及可选地自重整空气和/或水蒸汽产生重整气体。重整气体尤其含有氢气和一氧化碳。重整过程在此情况下可以发生在单独的重整器中，但也可以发生在燃料电池本身中。此外，燃料电池系统也可以配备有空气供应设备，其通过空气输送机构利用抽吸吸走燃料电池系统周围的环境空气并将空气例如分为重整空气和阴极空气。重整空气可以经由重整器空气管线被输送至重整器，而阴极空气可以经由阴极供应管线被输送至至少一个燃料电池的阴极侧。

由发明JP 2008 277 280 A公开了具有排空通道和阀操作控制器的燃料电池系统和燃料电池系统的运行方法。

已知解决方案的一个缺点是以下事实，在燃料电池中获得的大部分能量作为废热经由阳极废气逸入环境。因此，无法利用这种燃料电池系统获得高的但理论上可行的效率水平。

发明内容

因此，本发明的一个目的是补救这些现有技术缺点并使燃料电池系统具备高的效率等级。

该目的将通过根据本发明的上述燃料电池系统来实现，其中，至少一个第一换热器安置在阴极供应管线中，至少一个蒸发装置和第二换热器安置在阳极供应管线中，且该蒸发装置布置在重整器的上游，其中，该阳极废气管线在燃烧器装置下游分为可连通至废气出口的第一阳极废气辅助管线和可连通至废气出口的第二阳极废气辅助管线，其中，第一阳极废气辅助管线穿过第一换热器的暖侧或热侧，第二阳极废气辅助管线穿过第二换热器的热侧，该蒸发装置能够通过第二阳极辅助废气管线被加热。