[發明專利]燃料電池設備內的預熱裝置

有效

• 申請號: 200580045751.4
• 申請日: 2005-12-20
• 公開（公告）號: CN101095254A
• 公開（公告）日: 2007-12-26
• 發明（設計）人: T·基維薩里;T·馬拉南
• 申請（專利權）人: 瓦特西拉芬蘭有限公司
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04;H01M8/06
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 曾祥夌;趙辛

本發明涉及燃料電池設備內的預熱裝置，該燃料電池設備包括至少一個燃料電池單元，燃料電池單元的燃料電池包括陽極側和陰極側以及它們之間的電解質，燃料電池設備進一步包括至少一個通往陽極側的燃料入口以及至少一個通往陰極側的含氧空氣入口，還包括脫硫單元、燃料處理單元，以及用于燃燒陽極側和陰極側的廢氣的后燃器。

一種將來的具有良好效率的能源是燃料電池，燃料通過燃料電池借助于化學反應直接轉換成電。燃料電池包括兩個電極，即陽極和陰極，在這們之間是離子傳導材料稱之為電解質。通常所使用的燃料是天然氣或其它的碳氫化合物，其通常必須通過例如重整被轉化為燃料電池所使用的燃料。如此處理后，燃料被導入燃料電池的陽極，且需要用于燃燒的氧以例如空氣的形式被導入燃料電池的陰極。在反應中，電子在陽極上從燃料氣體的氫中釋放，且它們經由外部電流，即位于燃料電池之后的負荷，而行進到燃料電池的陰極。因此，氫與氧在燃料電池中結合，從而產生熱量和能量，能量能夠被直接回收為電能，而不需要將其轉化轉化為機械的形式。然而，由單個燃料電池產生的電位差一般很小，以至于認為有利的是形成串聯連接的多個燃料電池的單元，即所謂的燃料電池組，燃料電池組可以進一步以串聯或并聯連接，用于進一步增加電壓或電流。燃料電池的優點包括良好的效率、安靜以及很少需要移動部件。另一優點是僅存在水或水蒸氣，排放是環保和清潔的。

在燃料電池發電裝置中所使用的燃料在供給到燃料電池之前通常需要一些預處理，這取決于燃料。這些預處理操作除了其它的之外，還可包括脫硫、從燃料原材料中生產氫、或其它催化的或非催化的方法。不管所使用的方法如何，預處理操作通常在遠高于環境溫度的溫度下實施。由于這個原因，工藝的流體必須通過熱交換器在實際處理前加熱或是通過轉移熱量到反應容器或反應器來加熱，在反應容器或反應器中進行實際的預處理。也可能一起使用上述的兩種方法。

根據現有技術實施用于預熱的熱量需要，使得由后燃器所產生的廢氣穿過熱交換器再循環，在熱交換器中，熱量轉移到被處理的燃料的原材料。此外，系統的管和帶有容納物的反應容器通過外部跟蹤加熱和加熱電阻器的方法進行電加熱。此現有技術方案的缺點在于，在燃料電池裝置的啟動階段，大量地需要并消耗外部電能，因為燃料電池系統不能產生足夠的電能用于預熱。另一缺點在于，在所述系統實際運行階段中為稍后預熱而使用電能，會使用燃料電池自身所產生的一部分電能。這導致燃料電池設備電效率的減小。

本發明的目的是在燃料電池設備中形成預熱裝置，由此可消除現有技術的上述缺點。根據本發明的預熱裝置其特征在于權利要求1的特征部分中所公開的內容。本發明其它實施例的特征在于在其它權利要求中所公開的內容。

根據本發明的預熱裝置的基本創意是設置單獨的用于后燃器的燃料入口通道，用于至少在燃料電池設備的啟動階段期間將燃料供給到后燃器，且在單獨地引入的燃料的燃燒中形成的至少一部分廢氣設置成在燃料電池設備的啟動階段從后燃器導入，用于加熱脫硫單元和/或燃料處理單元，例如重整器或預重整器。

進一步地，在根據本發明的實施例中，脫硫單元由殼體環繞，且燃料處理單元由殼體環繞，殼體連接到通道上，后燃器的至少一部分廢氣設置成通過該通道而流入所述殼體中。除其它的優點之外，此裝置的一個優點是，在啟動階段，可預熱燃料和反應容器，而不需要外部電能。另一優點是在操作階段，燃料和反應容器可預熱至正確的溫度，而不需要使用電能。這與現有技術的設備相比，就增加了燃料電池設備的效率，因為不需要使用由燃料電池自身所產生的電能來預熱燃料和反應容器。

下面通過示例性實施例并參照附圖更詳細地公開本發明，在附圖中：

圖1示意性地及簡化地顯示了一種典型的燃料電池設備，以及

圖2示意性地及簡化地顯示了應用于燃料電池設備的本發明裝置。