[發明專利]燃料電池系統及其運行方法

在審

• 申請號: 201980051252.8
• 申請日: 2019-08-23
• 公開（公告）號: CN112514123A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 托馬斯·克勞斯;貝恩德·賴特爾;約爾格·馬斯;斯特芬·普拉尼澤爾;邁克爾·賴西格;文森特·勞勒;多米尼克·萊波爾德;朱利安·馬金森;珍妮特·西瓦爾德
• 申請（專利權）人: AVL李斯特有限公司
• 主分類號: H01M8/04014
• 分類號: H01M8/04014;H01M8/04089;H01M8/04701;H01M8/0612;H01M8/124
• 代理公司: 北京同達信恒知識產權代理有限公司 11291
• 代理人: 黃志華;何月華

本發明涉及一種燃料電池系統(100)，具有：至少一個具有陽極部(2)和陰極部(3)的燃料電池堆(1)；將重整后的陽極供應氣體從重整器(4)供應至陽極部(2)的陽極供應部(5)；對該重整器供應氣體進行重整的重整器(4)；將重整器供應氣體供應至重整器(4)的重整器供應部(14)；用于回輸陽極廢氣以便在陽極部(2)中再利用的陽極再循環部(6)；換熱器(8)，具有用于引導陽極廢氣的第一流體導流部(9)和用于引導重整器供應氣體的第二流體導流部(10)，其中，第一流體導流部(9)和第二流體導流部(10)在換熱器(8)之內至少在局部為了陽極廢氣與重整器供應氣體之間的熱傳遞而處于相互傳熱連接中；在第一流體導流部(9)下游且在第二流體導流部(10)上游的風扇部(24)，在該風扇部中布置有用于將陽極廢氣從第一流體導流部(9)經由風扇部(24)引導至第二流體導流部(10)的再循環風扇(11)；冷卻流體導流部(25)，其用于將冷卻流體送入在再循環風扇(11)上游的風扇部(24)，以冷卻在再循環風扇(11)上游的風扇部(24)中的陽極廢氣；布置在換熱器(8)上游的燃料源(13)；以及集成在換熱器(8)中的用于蒸發來自燃料源(13)的燃料的蒸發器(12)。本發明還涉及一種燃料電池系統(100)運行方法以及一種具有燃料電池系統(100)的機動車(1000)。

技術領域

本發明涉及一種燃料電池系統，尤其是用于移動應用的SOFC系統。此外，本發明涉及一種燃料電池系統運行方法以及一種具有這種燃料電池系統的機動車。

背景技術

這種類型的燃料電池系統具有包括陽極部和陰極部的燃料電池堆，用于產生電流。在這種類型的燃料電池系統中知道了一種用于在陽極部中再利用陽極廢氣的陽極廢氣再循環機構。為此，在燃料電池系統的再循環回路中設有再循環風扇，可借此將陽極廢氣從陽極出口回送向陽極部的陽極入口。

由國際專利申請WO 2017/037197 A1公開了一種具有陽極廢氣再循環機構的燃料電池系統。根據其中所示的燃料電池系統，陽極廢氣從陽極出口借助于再循環風扇或泵被回送向陽極部的陽極入口。陽極廢氣在這樣的燃料電池系統中具有約500℃溫度。因此，設于陽極部下游的再循環風扇或相應的泵必須具有高品質的、相應耐熱的組成部件。所用的再循環風扇或泵因此是相對昂貴的。

發明內容

本發明的任務是至少部分考慮前述的問題。本發明的任務尤其是提供一種燃料電池系統及其運行方法，其中，可以使用伴隨盡量少的熱保護手段的且因此相應廉價的再循環風扇。

上述任務通過權利要求書來完成。尤其是，上述任務通過根據權利要求1的燃料電池系統、根據權利要求6的方法以及根據權利要求9的機動車來完成。本發明的其它優點來自從屬權利要求、說明書和圖。在此，關于燃料電池系統所描述的特征和細節也顯然與本發明的方法、本發明的機動車相關地是適用的，反之亦然，因此，關于對各個發明方面的公開內容將總是相互參照或可以相互參照。

根據本發明的第一方面，提供一種燃料電池系統，其具有：至少一個包括陽極部和陰極部的燃料電池堆、用于將經過重整的陽極供應氣體從重整器供應至陽極部的陽極供應部、用于對該重整器供應氣體進行重整的重整器、用于將重整器供應氣體供應至重整器的重整器供應部和用于回輸陽極廢氣以便在陽極部中再利用的陽極再循環部。燃料電池系統還具有換熱器，其包括用于引導陽極廢氣的第一流體導流部和用于引導重整器供應氣體的第二流體導流部，其中，第一流體導流部和第二流體導流部在換熱器之內至少在局部為了陽極廢氣與重整器供應氣體之間的熱傳遞而相互處于傳熱連接中。燃料電池系統還具有在第一流體導流部下游且在第二流體導流部上游的風扇部，在風扇部中布置有用于將陽極廢氣從第一流體導流部經由風扇部引導至第二流體導流部的再循環風扇。此外，燃料電池系統具有冷卻流體導流部，用于將冷卻流體送入在再循環風扇上游的風扇部以便冷卻在再循環風扇上游的風扇部內的陽極廢氣。另外，在換熱器的上游設有燃料源，其中，在換熱器中集成有用于蒸發來自燃料源的燃料的蒸發器。

燃料電池系統可以包括一個、兩個、三個或更多個燃料電池堆，其可以彼此間且相對于燃料電池系統的其它部件來任意布置。燃料電池堆在本發明范圍內是指電堆。