[發明專利]燃料電池系統及用于其操作的方法

有效

• 申請號: 201980025851.2
• 申請日: 2019-02-14
• 公開（公告）號: CN111989809B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發明（設計）人: A·R·科斯加德;M·邦;M·H·索倫森
• 申請（專利權）人: 飛勢生態解決方案有限公司
• 主分類號: H01M8/0612
• 分類號: H01M8/0612;H01M8/04029;H01M8/04014;H01M8/04225;H01M8/0662
• 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(1)，包括燃料電池(2)、用于提供液體燃料的液體燃料供應裝置(3)、用于將液體燃料蒸發成燃料蒸氣的蒸發器(6)、用于將燃料蒸氣催化轉化為用于燃料電池的合成氣的重整器(7)和用于加熱重整器(7)的燃燒器(8)。燃燒器(8)在混合室(31)的下游包括催化整料(21)，空氣在進入整料(21)之前在該混合室中與蒸發的燃料或剩余氣體混合。混合室(31)被套筒(23)圍繞，該套筒包括圍繞混合室(31)的多個開口(29A，29B)，用于在啟動階段通過開口(29A，29B)供應燃料蒸氣并用于在正常操作期間通過開口(29A，29B)供應剩余氣體。可選地，在燃燒器(8)和重整器(7)之間設置有熱交換器(17)，用于在來自燃燒器(8)的排氣到達重整器(7)之前降低其溫度。這種溫度降低防止了重整器(7)在燃料電池系統(1)的啟動期間因熱排氣劣化。

技術領域

本發明涉及燃料電池系統和操作該燃料電池系統的方法。特別地，本發明涉及燃燒器和重整器的組合在燃料電池系統中的用途，其中燃燒器的排氣用于加熱重整器。

背景技術

燃料電池系統在發電時會產生作為副產物的熱。通過循環經過燃料電池中的通道的冷卻液除去這些熱，其中，調節冷卻液流過熱交換器和散熱器的流量，以將燃料電池保持在穩定的最佳操作溫度。冷卻液有利地用于在啟動狀態期間加熱燃料電池。

同一申請人的WO2016/008486公開了一種緊湊型燃料電池系統，其包括燃料電池堆以及燃燒器/重整器組合。燃燒器的排氣沿重整器通過并對其進行加熱，以使重整器達到由蒸發的燃料制合成氣所需的溫度。一旦燃燒器的排氣已通過重整器，它會將熱量傳遞到重整器下游的熱交換器模塊。熱交換器模塊包括散熱器，該散熱器用于將熱能傳遞到冷卻系統中的冷卻液，以便在應將燃料電池堆快速激活的啟動狀態下加熱冷卻液。盡管該系統特別在啟動情況下是有利的，但是仍需要進一步的改進。

專利文件WO2013/161470，WO2013/187154，US2014/287332，US2014/227619，EP2984695和US4670359中公開了多種不同的其他燃料電池系統。

盡管這些公開內容提出了改進，但是仍然需要改進燃料電池系統的效率。特別地，需要在啟動期間以及正常的發電操作中更好地控制燃料電池的操作。

發明內容

本發明的目的是在本領域中提供改進。特別地，一個目的是提供一種具有改進的操作控制的燃料電池系統。另一個目的是改善燃料電池系統的啟動狀態。特別地，目的是在啟動狀態下優化燃燒器的使用。這些目標是通過以下更詳細說明的系統和方法實現的。

燃料電池系統包括燃料電池、用于提供液體燃料的液體燃料供應裝置、用于使液體燃料蒸發成燃料蒸氣的蒸發器、用于將燃料蒸氣催化轉化成用于在燃料電池中使用的合成氣的重整器。此外，提供了一種燃燒器，該燃燒器的排氣部經由排氣流動路徑與重整器流體連通，用于通過排氣加熱重整器。

在實際的實施例中，燃燒器包括布置在混合室的延伸方向上和下游的催化整料，在混合室中，空氣和蒸發的燃料或剩余氣體在進入整料之前被混合。

有利地，混合室被套筒圍繞，該套筒包括圍繞混合室的多個開口，用于經由開口供應燃料蒸氣或剩余氣體。

可選地，所述開口不是垂直于套筒表面延伸貫穿該套筒，而是沿朝向該整料的方向傾斜，以形成剩余氣體或燃料蒸氣的朝向該整料的流動。已經發現這對于優化混合是有利的。

作為選擇，套筒包括兩組開口，每組開口分布在垂直于套筒的縱向軸線的平面中，其中第一組開口的平面與第二組開口的平面相距一距離。在燃料電池系統的啟動階段中，第一組開口用于燃料蒸氣，在燃料電池系統的正常操作中，第二組開口用于剩余氣體。

可選地，該系統配置成使得第一組開口例如僅在或主要在啟動階段期間用于將燃料蒸氣輸送到混合室中。可選地，作為替代或補充，該系統配置成使得第二組開口例如僅在或主要在燃料電池系統的正常操作期間僅用于將剩余氣體輸送到混合室中。