[发明专利]燃料电池设备内的预热装置

说明书

本发明涉及燃料电池设备内的预热装置，该燃料电池设备包括至少一个燃料电池单元，燃料电池单元的燃料电池包括阳极侧和阴极侧以及它们之间的电解质，燃料电池设备进一步包括至少一个通往阳极侧的燃料入口以及至少一个通往阴极侧的含氧空气入口，还包括脱硫单元、燃料处理单元，以及用于燃烧阳极侧和阴极侧的废气的后燃器。

一种将来的具有良好效率的能源是燃料电池，燃料通过燃料电池借助于化学反应直接转换成电。燃料电池包括两个电极，即阳极和阴极，在这们之间是离子传导材料称之为电解质。通常所使用的燃料是天然气或其它的碳氢化合物，其通常必须通过例如重整被转化为燃料电池所使用的燃料。如此处理后，燃料被导入燃料电池的阳极，且需要用于燃烧的氧以例如空气的形式被导入燃料电池的阴极。在反应中，电子在阳极上从燃料气体的氢中释放，且它们经由外部电流，即位于燃料电池之后的负荷，而行进到燃料电池的阴极。因此，氢与氧在燃料电池中结合，从而产生热量和能量，能量能够被直接回收为电能，而不需要将其转化转化为机械的形式。然而，由单个燃料电池产生的电位差一般很小，以至于认为有利的是形成串联连接的多个燃料电池的单元，即所谓的燃料电池组，燃料电池组可以进一步以串联或并联连接，用于进一步增加电压或电流。燃料电池的优点包括良好的效率、安静以及很少需要移动部件。另一优点是仅存在水或水蒸气，排放是环保和清洁的。

在燃料电池发电装置中所使用的燃料在供给到燃料电池之前通常需要一些预处理，这取决于燃料。这些预处理操作除了其它的之外，还可包括脱硫、从燃料原材料中生产氢、或其它催化的或非催化的方法。不管所使用的方法如何，预处理操作通常在远高于环境温度的温度下实施。由于这个原因，工艺的流体必须通过热交换器在实际处理前加热或是通过转移热量到反应容器或反应器来加热，在反应容器或反应器中进行实际的预处理。也可能一起使用上述的两种方法。

根据现有技术实施用于预热的热量需要，使得由后燃器所产生的废气穿过热交换器再循环，在热交换器中，热量转移到被处理的燃料的原材料。此外，系统的管和带有容纳物的反应容器通过外部跟踪加热和加热电阻器的方法进行电加热。此现有技术方案的缺点在于，在燃料电池装置的启动阶段，大量地需要并消耗外部电能，因为燃料电池系统不能产生足够的电能用于预热。另一缺点在于，在所述系统实际运行阶段中为稍后预热而使用电能，会使用燃料电池自身所产生的一部分电能。这导致燃料电池设备电效率的减小。

本发明的目的是在燃料电池设备中形成预热装置，由此可消除现有技术的上述缺点。根据本发明的预热装置其特征在于权利要求1的特征部分中所公开的内容。本发明其它实施例的特征在于在其它权利要求中所公开的内容。

根据本发明的预热装置的基本创意是设置单独的用于后燃器的燃料入口通道，用于至少在燃料电池设备的启动阶段期间将燃料供给到后燃器，且在单独地引入的燃料的燃烧中形成的至少一部分废气设置成在燃料电池设备的启动阶段从后燃器导入，用于加热脱硫单元和/或燃料处理单元，例如重整器或预重整器。

进一步地，在根据本发明的实施例中，脱硫单元由壳体环绕，且燃料处理单元由壳体环绕，壳体连接到通道上，后燃器的至少一部分废气设置成通过该通道而流入所述壳体中。除其它的优点之外，此装置的一个优点是，在启动阶段，可预热燃料和反应容器，而不需要外部电能。另一优点是在操作阶段，燃料和反应容器可预热至正确的温度，而不需要使用电能。这与现有技术的设备相比，就增加了燃料电池设备的效率，因为不需要使用由燃料电池自身所产生的电能来预热燃料和反应容器。

下面通过示例性实施例并参照附图更详细地公开本发明，在附图中：

图1示意性地及简化地显示了一种典型的燃料电池设备，以及

图2示意性地及简化地显示了应用于燃料电池设备的本发明装置。