[发明专利]燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池系统，包括：燃料电池，用于在阳极端供应富氢气体，并在阴极端供应氧化剂，在燃料电池内将富氢气体和氧化剂反应成阳极废气和阴极废气；补燃器，其接收阳极废气供应；以及热交换器，其接收补燃器废气供应，并且利用该热交换器可以对供应给燃料电池的阴极端的氧化剂进行预热。

本发明还涉及包括一个这种燃料电池系统的机动车辆。

背景技术

燃料电池系统用于将化学能转换为电能。这种系统的中心部件是燃料电池，其通过氢和氧的控制反应释放电能。由于氢和氧在燃料电池或燃料电池堆中起反应，所以必须控制燃料，使得供应给燃料电池阳极的气体包括尽可能高的氢百分比，这是重整装置的任务。供应给燃料电池阳极端的富氢气体在阳极端作为阳极废气输出释放，类似地，供应给阴极端的氧化剂在阴极端作为阴极废气输出释放。为了燃烧燃料电池的阳极废气，燃料电池系统通常采用补燃器，其包括固有的空气供应或者利用燃料电池的阴极废气。后一种原理的益处在于，阴极废气中的热能通常经由位于补燃器下游的热交换器得到回收，从而消除了在阴极废气线路上对额外回收器的需要。例如，在DE 101 42 578 A1中公开了一个这种燃料电池系统。然而，现有技术的缺点在于在使用阴极废气燃烧阳极废气时对补燃器进行闭环控制难于实现，或者实际上不可实现，这是因为指定到阳极废气流的阴极废气流是固定的。

因而，本发明的目的是改进通用燃料电池系统，使得可以对补燃器进行更好控制，而同时利用阴极废气的热能。

发明内容

该目的通过权利要求1所述特征实现。

本发明的有益方面和其它实施例如从属权利要求所述。

根据本发明的燃料电池系统基于通用现有技术，其中，能够经由阴极废气线路将阴极废气供应到补燃器下游的热交换器。这样实现了对补燃器的良好开环或闭环控制，并且同时仅利用单个热交换器回收来自阳极废气和阴极废气的热能。阳极废气的热能留在离开补燃器的废气中，并在补燃器下游的热交换器中利用该热能来预热阴极进料空气。通过使阴极废气绕过补燃器，可以单独为补燃器提供氧化剂，并且尽管如此，依然利用阴极废气的热能来预热阴极进料空气。利用对补燃器单独提供氧化剂的可能性，有益地中断了阴极空气和阴极废气的连通。该结构的其它益处是通过利用阳极和阴极废气的热能，减轻了补燃器的热压。

此外，根据本发明的燃料电池系统还可以进行改进，即设置阀门，通过该阀门可以全部或部分地分流燃料电池和热交换器之间的阴极废气，从而获得快速启动的益处。如果启动系统时要将阴极废气全部提供给热交换器，则充分预热阴极进料空气需要更长的时间。这就是为什么通过该阀门可以控制对热交换器的阴极废气供应，这意味着，实践中，在燃料电池系统的启动阶段，向热交换器供应的阴极废气很少或者没有，而是仅供应较热的补燃器废气。在启动阶段以后，当阴极废气足够热时，可以将阴极废气完全供应给热交换器。

此外，可以设置其它实施例使得阀门位于绝热层之外，其中该绝热层用于至少将燃料电池、补燃器和热交换器与环境绝热。该结构的益处是，通过将阀门置于绝热层之外降低了阀门的热压，从而可以使用标准阀门(EGR)。

此外，根据本发明的燃料电池系统可以配置为在热交换器上游的阴极废气线路上设置温度传感器。该温度传感器使得可以通过改变补燃器阳极废气和阴极废气的关系来控制流入热交换器的阳极废气的输入温度。此外，感测的温度用作对阴极废气旁路线路中的阀门的开环控制进行指示的变量。

此外，可将阴极废气线路的结构设计为包围补燃器的覆盖装置，这样降低了补燃器的热压，这是因为通过将阴极废气线路配置为以覆盖装置形式包围补燃器，则该阴极废气线路可以作为外壳用于冷却补燃器，同时补燃器排出的热可以供应给热交换器用于预热阴极进料空气，这样，补燃器需要提供更少的热能，从而可以良好冷却补燃器，尽管热能保留在燃料电池系统中。

此外，根据本发明的燃料电池系统可以配置为在用于向补燃器提供氧化剂的氧化剂进料线路上设置单独可控输送装置，利用该装置可以控制氧化剂供应而与阴极空气进料无关，从而获得对补燃器的良好开环和闭环控制。

根据本发明的机动车辆包括这样的燃料电池系统，因而，在该机动车辆中实现了上述益处。

附图说明

下面，通过举例并参考附图描述本发明的优选实施例，其中：

图1是根据第一示例实施例的燃料电池系统的示意图；以及

图2是根据第二示例实施例的燃料电池系统的示意图。

具体实施方式