專利名稱：具有再循環(huán)支路的燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)，具有用于從燃料和氧化劑中產(chǎn)生重組 物的重組器，用于將重組物轉(zhuǎn)化成貧化的重組物和電能的燃料電池，以及 用于將貧化的重組物部分地送回重組器的再循環(huán)支路。
此外，本發(fā)明還涉及一種用于運(yùn)行燃料電池系統(tǒng)的方法，具有借助于 重組器從燃料和氧化劑中產(chǎn)生重組物的步驟借助于燃料電池將重組物轉(zhuǎn) 化成貧化的重組物和電能；以及在再循環(huán)支路中將貧化的重組物部分地送 回重組器。
背景技術(shù)：
燃料電池系統(tǒng)以普遍公知的方式用于將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能。燃料電池 系統(tǒng)必須能夠在實(shí)際情況下處理一般的燃料。因?yàn)樵谌剂想姵刂修D(zhuǎn)化氫氣 和氧氣，所以必須如此準(zhǔn)備所使用的燃料，使得輸入燃料電池的陽(yáng)極的氣 體具有盡可能高的含氫量。在大多數(shù)情況下在陰極側(cè)將空氣氧氣輸送到燃 料電池。為此向重組器輸送燃料和氧化劑、優(yōu)選空氣。然后在重組器中發(fā) 生燃料與氧氣的轉(zhuǎn)化，其中，優(yōu)選實(shí)施部分氧化的方法。
EP1557896A1公開(kāi)了一種具有權(quán)利要求1的前序部分所述的特征的燃 料電池系統(tǒng)。在該燃料電池系統(tǒng)中向重組器送回重組氣體，該重組氣體從 出口側(cè)離開(kāi)燃料電池。然而該系統(tǒng)具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的在于提出一種提供燃料電池系統(tǒng)的可能性， 料電池系 統(tǒng)具有相對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)且因此可成本低廉地制造。 該任務(wù)艦獨(dú)立權(quán)禾腰求的特征解決。 本發(fā)明的有利的設(shè)計(jì)方案和改進(jìn)方案在從屬權(quán)禾腰求中產(chǎn)生。
根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)在此類現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上如此g^a，即i^輸送
4裝置，借助于該輸機(jī)置不僅可將燃料也可將再循環(huán)支路的貧化的重組物輸送 給重組器。通過(guò)向重組器既輸送燃料也輸送貧化的重組物的輸，置可以省去其
它的輸送裝置D此外，這種結(jié)構(gòu)還能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化的控制，這是因?yàn)镸31提高輸，
置的輸送量自動(dòng)地提高燃料輸送量和貧化的重組物的輸送量，因此在輸送量改變
時(shí)不必迫使各個(gè)支路相互協(xié)調(diào)一致。由此，送回的貧化的重組物的輸i^量可Mil 送回的燃料的輸送量控制。
此外，有利的是，在輸皿置的上游分別設(shè)置一個(gè)流量調(diào)節(jié)閥，用以相互獨(dú) 立地控制燃料和貧化的重組物向輸皿置的輸送。這種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了可M兩個(gè)閥 的狀態(tài)之間的變化以及輸i^置的,的變化調(diào)節(jié)燃料與再循環(huán)流的比例關(guān)系。 因此，這種線路連接的有利之處在于，可實(shí)現(xiàn)在調(diào)節(jié)重組器中的氣體成分時(shí)的較 高的靈活性，由此可實(shí)現(xiàn)在對(duì)負(fù)荷的改變做出反應(yīng)時(shí)燃料電池系統(tǒng)的較高的靈活 性。因?yàn)樵摫壤P(guān)系也會(huì)影響重組器的^^，也可M:調(diào)節(jié)使該重組g希望的 M^范圍中工作。此外，設(shè)置單獨(dú)的調(diào)節(jié)閥比在^支路中^f共^ 蟲(chóng)的輸^S 更便宜。
此外，根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)可如此改進(jìn)，即在再循環(huán)支路中設(shè)置用于 冷卻貧化的重組物的換熱器。在沒(méi)有換熱器的情況下，在再循環(huán)支路中的部件例 如閥或輸，置在溫度上必須被設(shè)計(jì)成直至85(TC，這極大地增加了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的
成本并且提高了完全獲得此類部件的難度。此外，較高的使用溫度導(dǎo)致機(jī)械構(gòu)件 上的較高的磨損。fflil冷卻再循環(huán)流可以解決這個(gè)問(wèn)題，因此將再循環(huán)流冷卻到
例如15(TC，以便能夠JOT普通的部件。然后，普通的部件可以在相對(duì)適宜的溫
度下工作。
在這點(diǎn)上優(yōu)選如此設(shè)置，即將氧化劑輸送到重組器、燃料電池或補(bǔ)燃器的氧 化劑支路經(jīng)過(guò)換熱器引導(dǎo)。因此，可以使用已經(jīng)存在于燃料電池系統(tǒng)中的介質(zhì)流
來(lái)冷卻送回的貧化的重組物。從而節(jié)省了用于冷卻再循環(huán)流的額外的MKt幾。
此外，本發(fā)明提供了一種用于控制這種燃料電池系統(tǒng)的方法。 在該方法的范圍內(nèi)的有利的特征在于， 料電池系統(tǒng)啟動(dòng)或停機(jī)期間關(guān)閉
再循環(huán)支路中的流量調(diào)節(jié)閥。ffiil該措施可以針對(duì)燃料電池系統(tǒng)的啟動(dòng)或者tt 料電池系統(tǒng)停機(jī)時(shí)使再循環(huán)支路失效，從而可以為這些工作狀態(tài)提供有利的條 件，其中，在燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)存在不充足的貧化的重組物。


下面參照附圖舉例說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式。其中 圖1是根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)10的示意圖。燃料電池系統(tǒng)10包括 重組器12，其可以從輸魏置14中輸送燃料和后面要說(shuō)明的貧化的重組物。作 為輸送裝置14可以使用鼓MI幾或用于氣體的所有合適的泵類型、比如旋轉(zhuǎn)葉片 泵。為控制燃料的輸送，在輸皿置14的上游以及在匯合點(diǎn)18的上游設(shè)置流量 調(diào)節(jié)閥16，送回的貧化的重組物被弓(導(dǎo)至該匯合點(diǎn)處。作為燃料種類可以考慮柴 油、汽油、沼氣、天然氣以及其它從現(xiàn)有技術(shù)中公知的燃料種類，其中，在本發(fā) 明的實(shí)施例中燃料 為一種氣體。此外，重組器12借助于重組器鼓Mm20輸 送氧化劑。重組器12將ail輸送裝置14和重組器鼓風(fēng)機(jī)20輸送的物質(zhì),在 部分氧化下轉(zhuǎn)化成重組物，該重組物可被輸送纟合燃料電池22。替換燃料電池22 也可設(shè)置燃料電池堆。重組物為含氫的氣體，該氣4tt燃料電池22中借助于通 過(guò)燃料電池鼓風(fēng)機(jī)24輸送的陰極空氣被轉(zhuǎn)化成電流、熱量和貧化的重組物。從 燃料電池22的出口側(cè)輸出的貧化的重組物被分箭邀入兩個(gè)支路。貧化的陽(yáng)極廢 氣的一部分被輸送給補(bǔ)麟26，補(bǔ)' 酉戰(zhàn)有補(bǔ)麟鼓贈(zèng)幾28。在補(bǔ) 26中 貧化的重組物與通過(guò)補(bǔ)燃器鼓風(fēng)機(jī)28輸送的空氣轉(zhuǎn)化 ,氣，其幾乎不含 有害物質(zhì)。貧化的重組物的另一部分通過(guò)再循環(huán)支路30首先流經(jīng)換熱器32或重 組^T令卻器。換熱器32將送回的貧化的重組物冷卻到比如15(TC。同時(shí)，再循環(huán) 流以有利的方式經(jīng)過(guò)換熱器32 M介質(zhì)流y襯卩，該介質(zhì)流已經(jīng)存在于燃料電池 系統(tǒng)10中。作為介質(zhì)流可以考慮比如從重組器鼓風(fēng)機(jī)20、皿料電池^M^幾24 和/或從補(bǔ) 鼓風(fēng)機(jī)28吸入的介質(zhì)流。可能的替換形式是設(shè)置鼓風(fēng)機(jī)，其將換 熱器32的熱能輸出。接下來(lái)再循環(huán)流流經(jīng)控制再循環(huán)流的流量的流量調(diào)節(jié)閥34。 再循環(huán)流在匯合點(diǎn)18與燃料混合并且被輸送給輸g置14。輸皿置14同時(shí)吸 入燃料和通過(guò)再循環(huán)支路30送回的貧化的重組物。iM^樣的送回可以實(shí)5IM 高的系統(tǒng)效率，這是因?yàn)樨毣闹亟M物的能量更加完全地得以轉(zhuǎn)化，因此與沒(méi)有 再循環(huán)支路30的系統(tǒng)相比可用相同的燃料量獲得更多的電能，從而提高了發(fā)電 的系統(tǒng)效率。流量調(diào)節(jié)閥16和34以及輸g置14的調(diào)節(jié)用適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)算法實(shí)現(xiàn)，該調(diào)節(jié)算法被導(dǎo)入電子控制單元中。電子控制單元雌為微型控制器并且至
少與輸皿置14、流量調(diào)節(jié)閥16、重組器鼓風(fēng)機(jī)20、燃料電池鼓風(fēng)機(jī)24、補(bǔ)燃 器鼓風(fēng)機(jī)28以及流量調(diào)節(jié)閥34連接。
上面所描述的實(shí)施例的替換形式為，替代重組器鼓^t幾20、燃料電池，機(jī) 24、補(bǔ)燃器鼓風(fēng)機(jī)28也可設(shè)置相應(yīng)的用于輸送氣體的泵。
在前述說(shuō)明書(shū)中、附圖中以及權(quán)禾腰求中公開(kāi)的本發(fā)明的特征既可以單獨(dú)地 也可以以任意組合地用以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。附圖*斜己
10燃料電池系統(tǒng)
12重組器
14輸魏置
16流量調(diào)節(jié)闊
18匯合點(diǎn)
20重組器鼓風(fēng)機(jī)
22燃料電池
24燃料電池鼓風(fēng)機(jī)
26補(bǔ)燃器
28補(bǔ)燃器鼓風(fēng)機(jī)
30再循環(huán)支路
32換熱器
34流量調(diào)節(jié)閥
8
權(quán)利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)(10)，具有用于從燃料和氧化劑中產(chǎn)生重組物的重組器(12)，用于將重組物轉(zhuǎn)化成貧化的重組物和電能的燃料電池(22)，以及用于將貧化的重組物部分地送回重組器(12)的再循環(huán)支路(30)，其特征在于，設(shè)置有輸送裝置(14)，借助于所述輸送裝置不僅能夠?qū)⑷剂弦材軌驅(qū)⒃傺h(huán)支路(30)的貧化的重組物輸送給重組器(12)。
2. 按照權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)(10)，其特征在于，在輸送 裝置(14)的上游分別設(shè)置有一個(gè)流量調(diào)節(jié)閥(16、 34)，用以相互獨(dú)立 地控制燃料和貧化的重組物向輸送裝置(14)的輸送。
3. 按照前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)(10)，其特征在 于，在再循環(huán)支路(30)中設(shè)置有用于冷卻貧化的重組物的換熱器(32)。
4. 按照權(quán)利要求4所述的燃料電池系統(tǒng)(10)，其特征在于，將氧化 劑輸送到重組器(12)、燃料電池(22)或補(bǔ)燃器(26)的氧化劑支路經(jīng) 過(guò)換熱器(32)引導(dǎo)。
5. —種用于運(yùn)行燃料電池系統(tǒng)(10)的方法，具有以下步驟 -借助于重組器(12)從燃料和氧化劑中產(chǎn)生重組物；-借助于燃料電池(22)將重組物轉(zhuǎn)化成貧化的重組物和電能； -在再循環(huán)支路(30)中部分地送回貧化的重組物， 其特征在于，運(yùn)行輸送裝置(14)，用以不僅將燃料也將再循環(huán)支路 (30)的貧化的重組物輸送給重組器(12)。
6. 按照權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，分別借助于流量調(diào)節(jié)閥 (16、 34)控制向輸送裝置(14)輸送的燃料流量以及貧化的重組物的流
7. 按照權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，在再循環(huán)支路(30) 中借助于換熱器(32)冷卻貧化的重組物。
8. 按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在再循環(huán)支路'(30)中 通過(guò)引導(dǎo)氧化劑經(jīng)過(guò)換熱器(32)來(lái)冷卻貧化的重組物，所述氧化劑被輸 送給重組器(12)、燃料電池(22)或補(bǔ)燃器(26)。
9. 按照權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在啟動(dòng)或停運(yùn)燃料電池系統(tǒng)(10)期間關(guān)閉再循環(huán)支路(30)中的流量調(diào)節(jié)閥(34)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)(10)，具有用于從燃料和氧化劑中產(chǎn)生重組物的重組器(12)，用于將重組物轉(zhuǎn)化成貧化的重組物和電能的燃料電池(22)，以及用于將貧化的重組物部分地送回重組器的再循環(huán)支路(30)。此外，本發(fā)明的有利的特征在于，設(shè)置有輸送裝置(14)，借助于該輸送裝置不僅可將燃料也可將再循環(huán)支路(30)的貧化的重組物輸送給重組器(12)。此外，本發(fā)明還涉及一種用于運(yùn)行這種燃料電池系統(tǒng)(10)的方法。
文檔編號(hào)H01M8/04GK101669241SQ200880008629
公開(kāi)日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2008年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月16日
發(fā)明者安德烈亞斯·萊納特, 斯特凡·凱丁, 比約恩·埃里克·麥, 諾伯特·岡特 申請(qǐng)人:艾奈德有限公司;斯塔克塞拉有限公司