[发明专利]用于操纵具有燃料电池的装置的方法

说明书

本发明涉及一种操纵具有燃料电池的装置的方法，该装置包括一个电池组、一个绝热夹套、一个在该夹套与该电池组之间的加力燃烧室、一个燃气的预重整器以及一个辅助的热源，其中该方法包括一个起动阶段和一个电流输送工作阶段，以及其中供入该装置中或在辅助燃烧器中产生的热燃气在起动阶段形成该辅助热源，以及涉及一种能实现该方法的装置。

一种可从欧州专利EP-A0654838中获知的预重整器被结合在这类装置中。在起动阶段，一方面使用一个辅助燃烧器来加热该预重整器，另一方面在夹套的通道系统中预热该供入的空气。热量通过预热空气供给燃料电池组。但是该所供应的热量不足以把燃料电池加热到最低的工作温度850℃。因此，需要把燃气和空气供入该装置中并且使它们在位于电池组与夹套之间的加力燃烧室中燃烧。在必须被点火的燃烧开始后将立即产生很大的温度梯度，从而使电池损坏。

本发明的目的在于提供一种用于操纵具有燃料电池的装置的方法以及提供一种相应的装置，在该装置中，电池在起动阶段不会被损坏。该目的可以通过独立权利要求1和9所限定的方法和装置来达到。

该装置包括一个装有燃料电池的电池组，一个热绝缘夹套，一个在该夹套与该电池组之间的加力燃烧室，一个燃气的预重整器以及一个辅助热源。该方法包括一个起动阶段和一个电流输送工作阶段。供入该装置中或在辅助燃烧器中产生的热燃气在起动阶段形成该辅助热源。

本发明的装置包括分别用于预热空气和预热该预重整器的第一和第二热交换器。该预重整器配置在电池组的外侧。把预重整器配置在第二热交换器的中心和把第一热交换器同心地围绕第二热交换器配置是有利的。利用这种配置，在第二热交换器中的环形空隙就在加力燃烧室与第一热交换器之间产生一种联系。

根据本发明，在起动阶段，供入该装置中的空气在第一热交换器中通过热燃气与废空气形成的混合气进行预热，该混合气与空气是分开传送。热量通过该预热空气供给燃料电池。从电池排出的废空气被混合到热燃气中。在第二热交换器中，利用该热燃气把预重整器加热到工作温度。在工作阶段，从加力燃烧室排出的废气在第二热交换器中用来作为预重整器的热源。

从属权利要求2-8涉及本发明方法的几个有利的实施例。从属权利要求10-12涉及本发明的装置的几个典型的实施例。

下面将参照附图对本发明进行说明，附图中：

图1是通过本发明装置截取的竖直的纵向剖面图；

图2是该同一装置的放大的剖面图；

图3是用于说明本发明方法的简图；

图4是一个整套设备的示意图，其中加热系统与本发明装置形成了一个联合体；

图5是本发明装置的第二典型实施例的详图；

图6是第三典型实施例的如图2这样的剖面图。

图1所示装置1带有装在一个上面部分11内的多个燃料电池10的电池组1’，绝热夹套2的一部分，加力燃烧室12和空气20’的供应位置20。空气20’通过通道系统21、22和可透过空气的壁26进入环隙式腔23，并从该腔通过小管12’进入各单个电池中。燃气可从装置1的下侧部分15通过中央管13供给电池组1’。具有外壳24和绝热壁25，25’和26的绝热套2以这样方式形成，使得它起着用于预热输入空气20’的预热器的作用。

装置1的下侧部分15(也参见图2)除绝热夹套2的一部分以外还包括预重整器3，硫吸收器3’，辅助燃烧器5，第一热交换器6和第二热交换器7。预先重整器3和硫吸收器3’两者均为圆柱形。围绕吸收器3’的夹套腔4为环隙形状并且可用来作为水40’(给水管40)的汽化器。辅助燃烧器5设置在环形空腔67中，从而可作成一个由过滤板52将其向上闭合上的环形室51。燃气/空气混合气50’(给气管50)被带到具有均布的通道孔的板52上燃烧，并形成一个沿面积散布的火焰55(见图2)。

该电流输送反应所需的燃气30’-通常使用天然煤气-通过输送管30导入吸收器3’中，该吸收器是为去除含硫的燃气50’中的杂质而设置的。随后，燃气50’中含有的甲烷在预重整器3中和水一起反应转化成氢和一氧化碳。该反应所需要的能量在电流输送工作阶段期间由出自加力燃烧室12并且流过第二热交换器7的热废气120”(见图2)所提供。

在起动阶段用于加热预重整器3的能量由辅助燃烧器5提供。辅助燃烧器5的燃气50”使第二热交换器7的壁72变热。从壁72到与预重整器3处于导热接触状态的内壁71的热传递主要是通过辐射进行，因为在两壁71与72之间的温度差约为100℃。