[發明專利]燃料電池系統

無效

• 申請號: 200680054920.5
• 申請日: 2006-09-28
• 公開（公告）號: CN101479871A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發明（設計）人: M·博爾策
• 申請（專利權）人: 艾納爾達公司
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 王 英

技術領域

本發明涉及燃料電池系統，包括：燃料電池，用于在陽極端供應富氫氣體，并在陰極端供應氧化劑，在燃料電池內將富氫氣體和氧化劑反應成陽極廢氣和陰極廢氣；補燃器，其接收陽極廢氣供應；以及熱交換器，其接收補燃器廢氣供應，并且利用該熱交換器可以對供應給燃料電池的陰極端的氧化劑進行預熱。

本發明還涉及包括一個這種燃料電池系統的機動車輛。

背景技術

燃料電池系統用于將化學能轉換為電能。這種系統的中心部件是燃料電池，其通過氫和氧的控制反應釋放電能。由于氫和氧在燃料電池或燃料電池堆中起反應，所以必須控制燃料，使得供應給燃料電池陽極的氣體包括盡可能高的氫百分比，這是重整裝置的任務。供應給燃料電池陽極端的富氫氣體在陽極端作為陽極廢氣輸出釋放，類似地，供應給陰極端的氧化劑在陰極端作為陰極廢氣輸出釋放。為了燃燒燃料電池的陽極廢氣，燃料電池系統通常采用補燃器，其包括固有的空氣供應或者利用燃料電池的陰極廢氣。后一種原理的益處在于，陰極廢氣中的熱能通常經由位于補燃器下游的熱交換器得到回收，從而消除了在陰極廢氣線路上對額外回收器的需要。例如，在DE?101?42?578?A1中公開了一個這種燃料電池系統。然而，現有技術的缺點在于在使用陰極廢氣燃燒陽極廢氣時對補燃器進行閉環控制難于實現，或者實際上不可實現，這是因為指定到陽極廢氣流的陰極廢氣流是固定的。

因而，本發明的目的是改進通用燃料電池系統，使得可以對補燃器進行更好控制，而同時利用陰極廢氣的熱能。

發明內容

該目的通過權利要求1所述特征實現。

本發明的有益方面和其它實施例如從屬權利要求所述。

根據本發明的燃料電池系統基于通用現有技術，其中，能夠經由陰極廢氣線路將陰極廢氣供應到補燃器下游的熱交換器。這樣實現了對補燃器的良好開環或閉環控制，并且同時僅利用單個熱交換器回收來自陽極廢氣和陰極廢氣的熱能。陽極廢氣的熱能留在離開補燃器的廢氣中，并在補燃器下游的熱交換器中利用該熱能來預熱陰極進料空氣。通過使陰極廢氣繞過補燃器，可以單獨為補燃器提供氧化劑，并且盡管如此，依然利用陰極廢氣的熱能來預熱陰極進料空氣。利用對補燃器單獨提供氧化劑的可能性，有益地中斷了陰極空氣和陰極廢氣的連通。該結構的其它益處是通過利用陽極和陰極廢氣的熱能，減輕了補燃器的熱壓。

此外，根據本發明的燃料電池系統還可以進行改進，即設置閥門，通過該閥門可以全部或部分地分流燃料電池和熱交換器之間的陰極廢氣，從而獲得快速啟動的益處。如果啟動系統時要將陰極廢氣全部提供給熱交換器，則充分預熱陰極進料空氣需要更長的時間。這就是為什么通過該閥門可以控制對熱交換器的陰極廢氣供應，這意味著，實踐中，在燃料電池系統的啟動階段，向熱交換器供應的陰極廢氣很少或者沒有，而是僅供應較熱的補燃器廢氣。在啟動階段以后，當陰極廢氣足夠熱時，可以將陰極廢氣完全供應給熱交換器。

此外，可以設置其它實施例使得閥門位于絕熱層之外，其中該絕熱層用于至少將燃料電池、補燃器和熱交換器與環境絕熱。該結構的益處是，通過將閥門置于絕熱層之外降低了閥門的熱壓，從而可以使用標準閥門(EGR)。

此外，根據本發明的燃料電池系統可以配置為在熱交換器上游的陰極廢氣線路上設置溫度傳感器。該溫度傳感器使得可以通過改變補燃器陽極廢氣和陰極廢氣的關系來控制流入熱交換器的陽極廢氣的輸入溫度。此外，感測的溫度用作對陰極廢氣旁路線路中的閥門的開環控制進行指示的變量。

此外，可將陰極廢氣線路的結構設計為包圍補燃器的覆蓋裝置，這樣降低了補燃器的熱壓，這是因為通過將陰極廢氣線路配置為以覆蓋裝置形式包圍補燃器，則該陰極廢氣線路可以作為外殼用于冷卻補燃器，同時補燃器排出的熱可以供應給熱交換器用于預熱陰極進料空氣，這樣，補燃器需要提供更少的熱能，從而可以良好冷卻補燃器，盡管熱能保留在燃料電池系統中。

此外，根據本發明的燃料電池系統可以配置為在用于向補燃器提供氧化劑的氧化劑進料線路上設置單獨可控輸送裝置，利用該裝置可以控制氧化劑供應而與陰極空氣進料無關，從而獲得對補燃器的良好開環和閉環控制。

根據本發明的機動車輛包括這樣的燃料電池系統，因而，在該機動車輛中實現了上述益處。

附圖說明

下面，通過舉例并參考附圖描述本發明的優選實施例，其中：

圖1是根據第一示例實施例的燃料電池系統的示意圖；以及

圖2是根據第二示例實施例的燃料電池系統的示意圖。

具體實施方式