[發明專利]具有擠出式重整器室的燃料電池系統和該燃料電池系統的操作方法

有效

• 申請號: 201780043559.4
• 申請日: 2017-05-24
• 公開（公告）號: CN109716050B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: T·R·卡加德;T·布利克-科赫
• 申請（專利權）人: 飛勢生態解決方案有限公司
• 主分類號: F28D7/00
• 分類號: F28D7/00;H01M8/0612
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 黃麗娜;吳鵬

一種燃料電池系統，包括：?燃料箱和重整器燃料蒸發器，重整器燃料蒸發器用于蒸發來自燃料箱的液態燃料并將蒸發后的燃料提供給重整器系統(1)，?具有擠出式重整器室(2)的重整器系統(1)，重整器室具有沿著縱向軸線(40)的恒定橫截面，其中重整器內部容積(5)由重整器壁(8)圍出，重整器內部容積(5)容納用于在呈蒸發后的形式的燃料流經重整器內部容積(5)時將蒸發后的燃料催化轉化為合成氣的催化劑；?燃料電池，其與重整器室(2)流體流動連接以從重整器室(2)接收合成氣并構造成用于將合成氣轉化為電力，?燃燒器(21)，其用于將熱燃燒器氣體提供給重整器室(2)，其中，重整器室(2)在重整器壁(8)的外側包括多個翅片(9)，翅片(9)與重整器壁(8)一體地擠出，翅片(9)設置成與燃燒器(21)氣體流動連接以沿著翅片(9)引導來自燃燒器(21)的熱燃燒器氣體以從熱燃燒器氣體吸熱并經重整器壁(8)將熱傳熱到重整器內部容積(5)中。

技術領域

本發明涉及一種具有擠出式重整器室的燃料電池系統和該燃料電池系統的操作方法。特別地，本發明涉及一種擠出式重整器室。

背景技術

國際專利申請WO2006/069057公開了一種作為由燃料產生氫的燃料處理器的一部分的催化重整器。該重整器包括擠出式整體結構，其中存在集成的縱向通道，一些縱向通道被用作用于蒸發燃料的鍋爐，一些被用作用于重整燃料的重整器室，并且另一些被用作用于提供熱以使燃料在鍋爐通道中蒸發并用于重整通道中的催化重整過程的燃燒室。

燃燒器集成在整體結構中意味著除非重整器通道變小，否則整體結構具有較大尺寸。另一方面，小重整器通道具有低效率。這也通過以下事實得到反映：WO2006/069057中的重整器不是作為單個直通道結構工作，而是氣體經整體結構在多次通過的布置結構中來回多次通過重整器。

此外，燃燒器集成在整體結構中意味著關于重整器的設計和優化的靈活程度低，因為燃燒器占據了相當大的空間。

希望避免這些缺點。

此外，GB 2250130公開了一種發電系統，其包括燃料電池、燃料存儲器、具有重整器的燃料處理器，所述重整器具有通過擠出形成的重整器殼體壁。燃燒殼體具有的翅片是通過擠出形成的并且圍繞殼體壁同心地布置。而且，多個翅片從殼體壁沿徑向向內和向外延伸。

在US 2008/254327所公開的另一個現有技術中，公開了一種包括疊置的第一重整單元和第二重整單元的重整器，其中形成有曲折的路徑以便混合燃料被均勻分配到催化劑顆粒上，所述催化劑顆粒由第一導向板上的第一中心孔和沿第二導向板的周向部分形成圓形的多個第二孔提供。通過第一和第二導向板的交替布置，從而獲得所述曲折的路徑。

發明內容

因此，本發明的目的在于提供本領域的改進。特別地，一個目的在于提供一種用于燃燒器、蒸發器和重整器的更靈活的系統。又一個目的在于，盡管有高度的緊湊性，也關于效率優化燃料電池系統。利用以下描述的燃料電池系統和方法實現這些目的。

該燃料電池系統包括用于向燃料電池系統提供燃料的燃料箱。重整器燃料蒸發器用于蒸發來自燃料箱的液態燃料，例如甲醇與水的混合物，并向重整器系統提供蒸發后的燃料，蒸發后的燃料在該重整器系統中轉化為合成氣。合成氣主要由氫氣和二氧化碳以及少量水和一氧化碳組成。合成氣從重整器系統供應到質子電解質膜的燃料電池陽極側，而通常來自空氣的氧從空氣供應源供給到質子電解質膜的陰極側。

為了達到與重整器系統中的轉化過程相關的溫度，例如約280攝氏度，通常采用使用陽極廢氣進行燃燒的燃燒器。例如，該燃燒器的排氣具有350-400攝氏度的溫度并用于通過熱交換來加熱重整器。

在該燃料電池系統中，重整器系統包括擠出式重整器室，該重整器室具有沿著縱向軸線的恒定橫截面，該縱向軸線為沿著其擠出重整器室的軸線。擠出式重整器室的材料典型地為鋁合金，其也具有良好的導熱率以便通過經重整器壁的傳熱來在重整器室內提供熱能。