[发明专利]带有环形重整器的燃料电池系统

说明书

本发明涉及燃料电池系统(100a；100b；100c)，具有包括阳极部(2)和阴极部(3)的燃料电池叠堆(1)、用于供应重整后阳极气体至阳极部(2)的重整器(4)、用于燃尽阳极部(2)的阳极废气和/或阴极部(3)的阴极废气的废气燃烧器(5)，其中该重整器(4)至少局部环绕废气燃烧器(5)布置，其中该重整器(4)的内壁部全面或至少基本全面环绕该废气燃烧器(5)的外壁部布置。本发明还涉及用于运行本发明的燃料电池系统(100a；100b；100c)的方法以及具有本发明的燃料电池系统(100a；100b；100c)的机动车(1000)。

技术领域

本发明涉及燃料电池系统且尤其是SOFC系统，其具有包括阳极部和阴极部的燃料电池叠堆、用于将重整后阳极气体供应给阳极部的重整器、用于燃尽阳极部的阳极废气和/或阴极部的阴极废气的废气燃烧器。本发明还涉及运行SOFC系统的方法以及具有这种SOFC系统的机动车。

背景技术

由AT 513 932 A1得知一种用于高温燃料电池系统的催化器单元或者说SOFC系统，其具有用于准备好燃料以用于燃料电池的重整器的重整器催化器和用于燃料电池废气再处理的废气燃烧器的氧化催化器。根据AT 513 932 A1，氧化催化器环绕呈柱形的重整器催化器布置。氧化催化器的和重整器催化器的气体路径通过容纳重整器催化器的金属管被分开，在此，金属管具有套(其形成重整器催化器用壳体)以及内管(其形成环形氧化催化器的内壁)。通过这样的布置，可以紧凑地实现在重整器催化器与氧化催化器之间或在重整器与废气燃烧器之间的有效热输送。为了氧化催化器的附加加热，在燃料电池系统中设置有起动燃烧器，它可以尤其在燃料电池系统起动运行时附加加热或预热该氧化催化器。此时尤其对于移动目的值得期待的是，燃料电池系统的零部件数量和进而尺寸和重量保持尽量少或尽量小。

由WO 2013/187154 A1得知具有废气燃烧器和重整器的燃烧电池模块。重整器具有多个重整器管路，它们平行于废气燃烧器纵向与之间隔延伸。燃料电池模块还具有蒸发器以及换热器，它们通过管系相互流体连通和/或热连通。废气燃烧器、重整器、蒸发器和换热器需要相对复杂的管系和相应复杂的燃烧电池模块结构。

发明内容

本发明的任务是至少部分考虑前述问题。本发明的任务尤其是提供一种燃料电池系统、一种燃料电池系统运行方法以及具有燃料电池系统的机动车，在此，通过紧凑简单的方式可以实现在废气燃烧器、重整器、换热器和/或蒸发器之间的有效热输送，由此该燃料电池系统尤其在起动过程中能以快速高效的方式被置于工作温度。

前述任务通过权利要求书完成。尤其是，前述任务通过根据权利要求1的燃料电池系统、根据权利要求8的方法以及根据权利要求10的机动车完成。本发明的其它优点来自从属权利要求、说明书和附图。在此，关于燃料电池系统所述的特征和细节显然也与本发明方法和本发明机动车相关地是适用的，反之亦然，因此关于对一些发明方面的公开内容总是相互参照或可相互参照。

根据本发明的第一方面，提供一种具有燃料电池叠堆的燃料电池系统，其具有阳极部和阴极部。燃料电池系统还具有用于供应重整后阳极气体至阳极部的重整器和用于燃尽阳极部的阳极废气和/或阴极部的阴极废气的废气燃烧器。重整器至少在局部环绕废气燃烧器布置，其中重整器的内壁部全面或者至少基本全面地环绕废气燃烧器的外壁部布置。

在本发明范围内的试验中出乎意料地证明了，如前所述地直接环绕废气燃烧器布置重整器导致了在燃料电池系统中的有利热分布。尤其对于燃料电池系统的起动过程，可以在废气燃烧器和直接环绕其布置的重整器之间实现热从废气燃烧器有效地送入重整器。此时，重整器最好至少在局部、尤其最好全面地直接邻接废气燃烧器。即，废气燃烧器和重整器仅通过重整器的和/或废气燃烧器的分隔壁部被相互分开。