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      具有重整器和后燃器的燃料電池系統(tǒng)的制作方法

      文檔序號(hào):6888054閱讀:181來源:國(guó)知局
      專利名稱:具有重整器和后燃器的燃料電池系統(tǒng)的制作方法
      具有重整器和后燃器的燃料電池系統(tǒng)
      本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng),其包含具有燃燒器單元的重整器,用于使 燃料與氧化劑在放熱氧化反應(yīng)中反應(yīng)以形成產(chǎn)物氣體,在所述燃燒器單元 的下游所述產(chǎn)物氣體可以與另外的燃料混合,得到的氣體混合物在重整器 中可以重整為重整產(chǎn)物;接收供應(yīng)的重整產(chǎn)物的燃料電池堆;和接收在所 述燃料電池堆中反應(yīng)過的物質(zhì)的后燃器,該后燃器具有用于使燃料與氧化 劑在放熱氧化反應(yīng)中反應(yīng)的燃燒器單元。
      此外,本發(fā)明還涉及包含這種燃料電池系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)車輛。
      燃料電池系統(tǒng)用于將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。這種系統(tǒng)的核心元件是燃料 電池,其通過氫和氧的受控反應(yīng)釋放電能。燃料電池系統(tǒng)必須能夠處理通 常實(shí)際使用的燃料。因?yàn)樵跉浜脱醴磻?yīng)的燃料電池中,必須要調(diào)整使用的 燃料,從而使供應(yīng)給燃料電池的陽極的氣體的氫比例盡可能高,這是重整 器的任務(wù)。為此,將燃料和氧化劑(優(yōu)選空氣)供應(yīng)至重整器,在重整器中比 如通過進(jìn)行部分氧化的方法使燃料與氧化劑反應(yīng)?,F(xiàn)有技術(shù)的重整器可從 德國(guó)專利DE 103 59 200 Al得到。 一方面,為了使從燃料電池系統(tǒng)排到環(huán) 境中的廢氣的毒性排出物最少,另一方面,為了提供熱源用于預(yù)熱燃料電 池系統(tǒng)的各個(gè)組件和介質(zhì)流動(dòng)送料器,在燃料電池系統(tǒng)中設(shè)置后燃器。與 重整器不同,后燃器進(jìn)行幾乎完全的燃燒,從而使燃燒廢氣中的毒性排出 物最少。現(xiàn)有技術(shù)的后燃器可從德國(guó)專利DE 10 2004 049 903 Al得知。
      本發(fā)明的目的是改進(jìn)一般的燃料電池系統(tǒng)和機(jī)動(dòng)車輛,從而實(shí)現(xiàn)節(jié)省 成本。
      該目的可從權(quán)利要求1的燃料電池系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。 本發(fā)明的有利方面和其他實(shí)施方案可從從屬權(quán)利要求得知。 根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)基于一般現(xiàn)有技術(shù),重整器的后燃器單元 的設(shè)計(jì)與后燃器的燃燒器單元相同。與現(xiàn)有技術(shù)相比,現(xiàn)有技術(shù)中根據(jù)可 用空間和蒸發(fā)質(zhì)量的要求來選擇重整器和后燃器中的燃燒器單元,現(xiàn)在以 兩種方式節(jié)省成本。 一方面,只制造一種燃料燃燒器單元成本效益高,另一方面,進(jìn)一步的節(jié)省成本通過規(guī)模經(jīng)濟(jì)的效果實(shí)現(xiàn),因?yàn)樾枰獌杀稊?shù)量 的保留類型的燃料送料器,使得單件的價(jià)格降低,產(chǎn)量更高。因此發(fā)現(xiàn), 設(shè)計(jì)燃料電池系統(tǒng),使其可以使用設(shè)計(jì)相同的燃燒器單元,這樣比其他的 按目的設(shè)計(jì),從而必須使用專用燃燒器單元的情況更合理??紤]到在兩種 燃燒器單元的范圍內(nèi)可以存在的物理和化學(xué)外部條件以及可以選擇的氧化 條件,都可以有很大的不同,設(shè)計(jì)具有一種或相同類型的燃燒器單元的重 整器也是有優(yōu)勢(shì)的。專用設(shè)計(jì)雖有優(yōu)勢(shì),與利用前述規(guī)模經(jīng)濟(jì)相比,在某 些情況下,在調(diào)整單個(gè)燃燒器單元的設(shè)計(jì)和燃料電池系統(tǒng)方面是不太方便 的。 一致的庫(kù)存在生產(chǎn)和車間兩方面有進(jìn)一步的優(yōu)勢(shì)。
      在這種安排中,有利地,所述重整器的燃燒器單元和后燃器的燃燒器 單元均具有燃料噴嘴。
      可選地,在所述重整器的燃燒器單元和后燃器的燃燒器單元均具有蒸 發(fā)器型燃料送料器的情況下,可以實(shí)現(xiàn)上述優(yōu)點(diǎn)。
      本發(fā)明還涉及包含一種這樣的燃料電池系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)車輛,使用所述燃 料電池系統(tǒng)可以相應(yīng)地實(shí)現(xiàn)上述優(yōu)點(diǎn)。
      下面通過實(shí)施例并參考附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案,其中

      圖1是根據(jù)優(yōu)選示例實(shí)施方案的燃料電池系統(tǒng)的圖示。
      圖1是根據(jù)優(yōu)選示例實(shí)施方案的燃料電池系統(tǒng)的圖示。機(jī)動(dòng)車輛中安 裝的燃料電池系統(tǒng)10包含重整器12,其用于接收使用來自燃料箱16并經(jīng)
      過第一燃料線14供應(yīng)的燃料。此外,重整器12通過來自燃料箱16的第二 燃料線14在另外的送料器接收供應(yīng)的燃料。合適的燃料品級(jí)是柴油、汽油、 生物氣、天然氣和其他現(xiàn)有技術(shù)己知的品級(jí)。此外,重整器12通過第一氧 化劑線22接收供應(yīng)的氧化劑,比如空氣。
      重整器12包含燃燒器單元48,燃燒器單元48包含主燃料送料器,燃 料通過該主燃料送料器供應(yīng)至燃燒器單元48。主燃料送料器與第一燃料線 14相連。此外,燃燒器單元48包含與第一氧化劑線22相連的氧化劑送料 器,通過所述第一氧化劑線22,燃燒器單元48可以接收供應(yīng)的氧化劑。在 燃燒器單元48內(nèi),燃料和氧化劑的反應(yīng)在燃燒或完全放熱氧化反應(yīng)中發(fā)生,
      4然后得到的熱產(chǎn)物氣流進(jìn)入下游混合區(qū)50,即到圖1的右側(cè)。在混合區(qū)50 中,得到的產(chǎn)物氣體接收另外的通過輔助燃料送料器20供應(yīng)的燃料。在本 實(shí)施例中,主燃料送料器和輔助燃料送料器各包含噴射器(Einspritzdiise), 并優(yōu)選文丘里噴嘴(Venturidiise)。然而,通過包含多孔蒸發(fā)器的蒸發(fā)器型燃 料送料器供應(yīng)的燃料可以分別供應(yīng)至燃燒器單元48和混合區(qū)50。輔助燃料 送料器20與第二燃料線18相連。此外,混合區(qū)50可以接收供應(yīng)的氧化劑。 與另外的燃料混合的氣體混合物進(jìn)入重整區(qū)52,在重整區(qū)52中,所述另外 的燃料在吸熱反應(yīng)中形成富氫氣體混合物,優(yōu)選利用其中設(shè)置的催化劑。 該重整產(chǎn)物,即富氫氣體混合物通過重整產(chǎn)物線24離開重整器12,從而可 以在燃料電池堆26中進(jìn)一步使用。
      所述重整產(chǎn)物在燃料電池堆26中在陰極送料空氣的輔助下反應(yīng),所述 陰極送料空氣通過陰極送料空氣線28供應(yīng),產(chǎn)生電和熱。電能可以通過電 接頭30來獲得。在所示的情況中,陽極廢氣通過陽極廢氣線32供應(yīng)至后 燃器36的混合器34。后燃器36通過第三燃料線38接收由燃料箱16供應(yīng) 的燃料。此外,后燃器36通過第二氧化劑線40接收供應(yīng)的氧化劑。
      后燃器36包含燃燒器單元54,燃燒器單元54包含燃料送料器,燃料 通過該燃料送料器供應(yīng)至燃燒器單元54。燃料送料器與第三燃料線38相 連。此外,燃燒器單元54具有與第二氧化劑線40相連的氧化劑送料器, 通過所述第二氧化劑線40,氧化劑可以供應(yīng)至燃燒器單元54。在燃燒器單 元54內(nèi),燃料和氧化劑在放熱氧化反應(yīng)(即完全燃燒)中反應(yīng),然后得到的 燃燒氣體進(jìn)入下游混合區(qū)56,即到圖1的右側(cè)。在混合區(qū)56中,得到的廢 氣通過混合器34與陽極廢氣混合。與陽極廢氣混合的氣體混合物進(jìn)入燃燒 區(qū)58,在示例的實(shí)施方案中燃燒區(qū)58用多孔體填充,在多孔體中氣體混合 物完全充分燃燒,即在燃燒區(qū)58中的多孔體處氣體混合物被燒盡(vergliiht)。
      來自后燃器36的燃燒廢氣在混合器42中與陰極廢氣混合,流過熱交 換器46以預(yù)先加熱陰極廢氣,最后離開燃料電池系統(tǒng)10,所述陰極廢氣來 自燃料電池堆26并通過陰極廢氣線44輸送至混合器42。
      重整器12的各個(gè)區(qū)(即容納燃燒器單元48的區(qū)、混合區(qū)50和重整區(qū) 52)以及后燃器36的各個(gè)區(qū)(即容納燃燒器單元54的區(qū)、混合區(qū)56和燃燒 區(qū)58)在圖1中由虛線互相分開的區(qū)表示。這些區(qū)可以通過結(jié)構(gòu)特征分開或流動(dòng)地相互交界(flie!3end ineinander iibergehen )。
      盡管在附圖中沒有明確顯示,但可以設(shè)置相應(yīng)的傳送裝置,比如在燃料線14、 1S和38,氧化劑線22和40,以及陰極送料空氣線28中,提供泵或鼓風(fēng)機(jī)和/或控制閥用于進(jìn)行流量控制。
      應(yīng)當(dāng)理解,在上述說明、附圖和權(quán)利要求中披露的本發(fā)明的特征本身或任何組合對(duì)于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明可能是關(guān)鍵的。
      附圖標(biāo)記
      10燃料電池系統(tǒng)
      12重整器
      14第一燃料線
      16燃料箱
      18第二燃料線
      20第二燃料送料器
      22第一氧化劑線
      24重整產(chǎn)物線
      26燃料電池堆
      28陰極送料空氣線
      30電接頭
      32陽極廢氣線
      34混合器
      36后燃器
      38第三燃料線
      40第二氧化劑線
      42混合器
      44陰極廢氣線
      46熱交換器
      48燃燒器單元
      50混合區(qū)
      52重整區(qū)54燃燒器單元
      56混合區(qū)58燃燒區(qū)
      權(quán)利要求
      1、燃料電池系統(tǒng)(10),其包含具有燃燒器單元(48)的重整器(12),用于使燃料與氧化劑在放熱氧化反應(yīng)中反應(yīng)以形成產(chǎn)物氣體,在所述燃燒器單元(48)的下游所述產(chǎn)物氣體可以與另外的燃料混合,得到的氣體混合物在重整器(12)中可以重整為重整產(chǎn)物;燃料電池堆(26),其用于接收供應(yīng)的重整產(chǎn)物;和后燃器(36),在所述燃料電池堆(26)中反應(yīng)過的物質(zhì)被輸送至所述后燃器,該后燃器具有用于使燃料與氧化劑在放熱氧化反應(yīng)中反應(yīng)的燃燒器單元(54),其特征在于所述重整器(12)的燃燒器單元(48)的設(shè)計(jì)與后燃器(36)的燃燒器單元(54)相同。
      2、 權(quán)利要求1的燃料電池系統(tǒng)(IO),其特征在于所述重整器(12)的燃 燒器單元(48)和后燃器(36)的燃燒器單元(54)均具有燃料噴射器。
      3、 權(quán)利要求1的燃料電池系統(tǒng)(IO),其特征在于所述重整器(12)的燃 燒器單元(48)和后燃器(36)的燃燒器單元(54)均具有蒸發(fā)器型燃料送料器。
      4、 機(jī)動(dòng)車輛,其包含根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的燃料電池系統(tǒng)(IO)。
      全文摘要
      本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)(10),其包含具有燃燒器單元(48)的重整器(12),用于使燃料與氧化劑在放熱氧化反應(yīng)中反應(yīng)以形成產(chǎn)物氣體,在所述燃燒器單元(48)的下游所述產(chǎn)物氣體可以與另外的燃料混合,得到的氣體混合物在重整器(12)中可以重整為重整產(chǎn)物;用于接收供應(yīng)的重整產(chǎn)物的燃料電池堆(26);和用于接收在所述燃料電池堆(26)中反應(yīng)的供應(yīng)的物質(zhì)的后燃器(36),其具有用于使燃料與氧化劑在放熱氧化反應(yīng)中反應(yīng)的燃燒器單元(54)。根據(jù)本發(fā)明,所述重整器(12)的燃燒器單元(48)的設(shè)計(jì)與后燃器(36)的燃燒器單元(54)相同。此外,本發(fā)明涉及包含這種燃料電池系統(tǒng)(10)的機(jī)動(dòng)車輛。
      文檔編號(hào)H01M8/06GK101490888SQ200780026635
      公開日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2007年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月13日
      發(fā)明者J·勞倫斯, S·克丁 申請(qǐng)人:艾納爾達(dá)公司
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