[发明专利]用于燃料电池的燃料处理装置及燃料电池系统

说明书

根据本发明的示范性的实施例的用于燃料电池的燃料处理装置包括重整反应器、燃烧器、水气反应器以及阀。重整反应器用水与用于发电的原料的气体混合物生产出重整气。燃烧器将热量供给至重整反应器。水气反应器包括：反应器主体，其被由重整反应器供给重整气，并且，降低重整气中的一氧化碳的浓度；和冷却流路，其安装于反应器主体中。在区分水气反应器的启动和正常运行时，阀控制了冷却介质至冷却流路的供给。

技术领域

本发明涉及用于将氢气供给至燃料电池的燃料处理装置和具有该燃料处理装置的燃料电池系统。

背景技术

通过允许氢气与空气中的氧气起化学反应而产生电力的燃料电池是一种高效下一代能源，其既不排出污染物，也不发出噪声，并且，只要始终供给氢气，就可以长期使用。燃料电池系统大体上包括燃料电池和燃料处理装置，燃料处理装置用于将氢气供给至燃料电池。

典型的燃料处理装置包括：重整反应器，其将蒸汽与用于发电的原料的气体混合物转化成氢气；燃烧器，其将热量供给至重整反应器；以及水气反应器和部分氧化反应器，其降低从重整反应器排放的重整气中的一氧化碳(CO)的浓度。由水气反应器和部分氧化反应器处理的重整气的一氧化碳的浓度为大约50 ppm或更低。

水气反应器中的水气变换反应(CO + H₂O → CO₂ + H₂)是释放热量的放热反应。由于水气反应器需要维持恒定的反应温度，以获得减少CO的明显的效果，因而管道典型地安装于水气反应器的外壁上，并且供给冷却介质至管道，以防止过度加热。

然而，冷却介质抑制水气反应器启动时的温度的升高，因而，启动时间延长，并且，在通过冷却介质而从水气反应器吸收的热量排放至外侧的情况下，燃料电池系统的总效率变差。另外，由于冷却介质而在水气反应器的外壁与内部之间存在温度偏差，因而，由于温度偏差增大，减少CO的效率就降低。

公开

技术问题

本发明致力于提供用于燃料电池的燃料处理装置和提供具有该燃料处理装置的燃料电池系统，该燃料处理装置通过使用冷却介质而防止水气反应器的过度加热，其中，通过重复利用从水气反应器吸收的热量，从而可以缩短水气反应器的启动时间，可以提高燃料电池系统的总效率，并且，通过减小水气反应器的温度偏差，从而可以提高减少CO的效率。

技术解决方案

本发明的示范性的实施例提供用于燃料电池的燃料处理装置，其包括：重整反应器；燃烧器；水气反应器；以及阀。重整反应器用水与用于发电的原料的气体混合物生产出重整气。燃烧器将热量供给至重整反应器。水气反应器包括：反应器主体，其被由重整反应器供给重整气，并且，降低重整气中的一氧化碳的浓度；和冷却流路，其安装于反应器主体中。在区分水气反应器的启动和正常运行时，阀控制了冷却介质至冷却流路的供给。

可以通过燃料管和空气管而给燃烧器供给燃烧器燃料和燃烧器空气，并且，冷却介质可以是供给至燃烧器的燃烧器空气。冷却流路可以连接至反应器主体的外侧的供给管和排放管。供给管可以连接至空气管，并且，排放管可以连接至空气管和燃料管中的任一个。

阀可以是三通阀，其连接至空气管和供给管，当水气反应器启动时，阀可以通过空气管提供冷却介质至燃烧器，并且，当水气反应器正常地运行时，阀可以通过供给管提供冷却介质至冷却流路。可以通过与水气反应器换热而提高提供至冷却流路的冷却介质的温度，且然后，可以通过排放管而将冷却介质提供至燃烧器。

反应器主体可以在其中具有催化剂。用于重整气的入口管和出口管可以连接至反应器主体的紧靠着催化剂的侧壁上端和侧壁下端。