[go: up one dir, main page]

CN101501910A - 燃料电池系统和控制燃料电池系统的温度的方法 - Google Patents

燃料电池系统和控制燃料电池系统的温度的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101501910A
CN101501910A CNA2007800261527A CN200780026152A CN101501910A CN 101501910 A CN101501910 A CN 101501910A CN A2007800261527 A CNA2007800261527 A CN A2007800261527A CN 200780026152 A CN200780026152 A CN 200780026152A CN 101501910 A CN101501910 A CN 101501910A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fuel cell
cell system
air
heat
generating component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CNA2007800261527A
Other languages
English (en)
Inventor
M·博尔策
M·罗祖梅克
S·克丁
M·普法尔茨格拉夫
A·安格尔
B·布勒克尔
M·聚斯尔
M·贝登贝克尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Enerday GmbH
Original Assignee
Enerday GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Enerday GmbH filed Critical Enerday GmbH
Publication of CN101501910A publication Critical patent/CN101501910A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0618—Reforming processes, e.g. autothermal, partial oxidation or steam reforming
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H01M8/04022—Heating by combustion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • H01M8/2475—Enclosures, casings or containers of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明涉及包含至少一个发热组件(12－32)和至少一个使用工艺空气的组件(12、14、16)的燃料电池系统(10)。根据本发明，所述发热组件可以接收供应的环境空气(34)，从而利用所述发热组件(12－32)来加热，并且这样加热的空气可以作为工艺空气供应给使用工艺空气的组件(12、14、16)。本发明还涉及控制燃料电池系统的温度的方法。

Description

燃料电池系统和控制燃料电池系统的温度的方法
本发明涉及包含至少一个发热组件和至少一个使用工艺空气的组件的燃料电池系统。
本发明还涉及控制燃料电池系统的温度的方法。
燃料电池系统用于产生电能和热能，使用化石燃料作为主要原料，其重要性不断增大。在移动行业(即特别是机动车辆)中优选使用车辆常用的燃料，而在非移动行业(即特别在家庭应用)中使用天然气和燃料油。
为了处理这些燃料需要重整过程，重整过程至少部分是强烈放热的。还应用于后燃器，后燃器能够在放热反应中转化燃料电池的废气或主要进料燃料。在燃料电池系统(特别是在固体氧化物燃料电池(SOFC)的情况中)中由燃料电池自身产生的废热量可能很大，必须考虑。因此，根据操作温度和设计，燃料电池系统中的温度在500到1000℃的范围内。
为了减小燃料电池系统由于热量传递到环境中而损失，将燃料电池系统的组件放置在隔热装置中。但是这种隔热装置自然不能完全避免热损失。除此之外，特别是在引入的区域(特别是为了提供或排放流动介质，比如燃料进料、空气进料或排出废气)特别容易发生热损失。由DC/DC或DC/AC转换器产生的废热可以视为燃料电池系统的能量损失。
这些过量的废热一方面降低系统的效率，另一方面还可能造成故障，例如当在热天操作燃料电池系统进行空气调节时。
本发明的目的是提供热损失减小并且温度控制改善的燃料电池系统。
该目的通过独立权利要求的特征实现。
从属权利要求说明了有利的实施方案。
本发明基于一般的燃料电池系统，其中发热组件可以接收供应的环境空气，以利用发热组件来加热，因此，加热的空气可以作为工艺空气送入使用工艺空气的组件。因此，以这种方式，由进入的环境空气吸收的热量可以通过燃料电池系统中发生的化学和电化学过程返回系统中，从而可以回收。
可以方便地使发热组件放置在外壳中，环境空气可以送入外壳的内部。所述外壳可以容纳多个发热组件，并使供应的环境空气形成沟流，使得所有发热组件释放的热可以帮助加热供应的环境空气。
同样地，一个发热组件可以位于外壳外面，而其他发热组件位于外壳内。例如，可以方便地使DC/DC或DC/AC转换器与燃料电池系统的其他较热的组件离开一段距离。对于提供不打算用于供应环境空气并容纳转换器的外壳，这可能使有用的。如果这样，将环境空气用于转换器就需要单独进行，或者不再利用转化器的废热。
在另一个特别优选的实施方案中，所述外壳可以是隔热装置，该隔热装置可以是在任何情况中在燃料电池系统的发热组件周围的隔热装置或者是在任何情况中提供的隔热装置周围提供的附加隔热装置。在后一种情况中，空气流在传统隔热装置和附加隔热装置之间。
根据本发明的另一个优选实施方案，至少一个发热组件是重整器和/或后燃器和/或燃料电池堆和/或介质管道和/或DC/DC转换器。
可以方便地将供应的环境空气送入第一温度下的第一组发热组件，然后送入后面的在第二温度下的发热组件，所述第一温度低于第二温度。由于传热速率取决于所使用的介质的温度差，在这里通常还首先对较冷组件施加较冷的环境空气，以形成较大的温差。已经加热的空气然后可以送入较热的组件，这里也相应存在较大的温差。以这种方式，在控制燃料电池系统的温度时可以控制所有组件的温度。
特别有利地，所述环境空气可以由使用工艺空气的组件配备的鼓风机输送，从而不需要用于将环境空气引入系统中的附加鼓风机。
所述使用工艺空气的组件可以是重整器和/或后燃器和/或燃料电池堆。
本发明还涉及根据本发明控制燃料电池系统的温度的方法。
下面参考附图根据特别优选的实施方案描述本发明，附图中：
图1显示了传统燃料电池系统；
图2显示了根据本发明的燃料电池系统的第一实施方案；
图3显示了根据本发明的燃料电池系统的第二实施方案。
下面对附图的描述中相同或可比的组件使用相同的标记。
图1显示了传统燃料电池系统。该典型燃料电池系统10包含部分位于隔热装置38内的多个组件。重整器12、燃料电池堆14和后燃器16通过介质连通管相连。因此，重整器12通过燃料进料器18接收由燃料泵42输送，并由鼓风机40空气输送的供应燃料。重整器12中产生的富氢重整产物通过重整产物管26进入燃料电池堆14的阳极端，燃料电池堆14通过阴极进料空气管22和配备的鼓风机44接收另外的供应的空气。燃料电池堆14的阳极废气通过阳极废气管28进入后燃器16，后燃器16同样通过空气进料管24和配备的鼓风机46接收供应的空气。后燃器16中产生的废气通过废气管30离开燃料电池系统10。燃料电池堆14产生的电送入转换器32，例如DC/DC或DC/AC转换器。所述燃料电池系统10可以有多种变化，例如，废气从后燃器16循环，从阴极离开燃料电池堆14的空气可以送入后燃器16。还可以提供热交换器，在各介质流体之间实现热交换，热交换器也可以有多种变化。
这种燃料电池系统10的缺点在于热损失，一方面，如箭头48、50所示，通过隔热装置38自然的热损失，另一方面，特别是通过隔热装置38的引入区域的热损失，例如，在箭头52所示的介质进料器的区域。在箭头54所示的转换器32处也会发生热损失。
图2显示了根据本发明的燃料电池系统的第一实施方案。为了避免上面对图1所述的问题，建议提供外壳36，其具有至少一个用于通入环境空气34的空气入口56。还提供了与鼓风机40的空气进入侧相连的空气出口58。外壳36中安装有燃料电池系统10的发热组件。当鼓风机40运转时，环境空气吸入外壳36中，外壳36可以包封隔热装置38和位于隔热装置38外面的转换器32。冷的环境空气34输送热量并在加热条件下通过空气出口58离开外壳36。随后，加热的环境空气作为工艺空气通过鼓风机40进入重整器12。作为替代方案或另外的，加热的空气可以分别送入燃料电池堆14和后燃器16。
利用上述方面，可以减少由系统整体释放的热，即由外壳36释放的热，由于吸入的环境空气34形成包封隔热装置38的所谓第二皮层(其不断更新)，并且由该皮层传导的热能通过工艺空气返回到燃料电池系统10。
图3显示了根据本发明的燃料电池系统的第二实施方案。根据该示例实施方案，隔热装置38自身具有空气进口56和空气出口58，因而冷的环境空气直接包封组件(例如后燃器16、燃料电池堆14和重整器12)，在加热条件下离开空气出口58后，作为工艺空气通过鼓风机40返回重整器12。这样涉及系统就不需要额外的外壳36(见图2)。为了也使由转换器32释放的热能返回，需要单独的装置来返回热空气。
应当理解，上述描述、附图和权利要求中公开的本发明的特征对于实现木发明本身或任何组合是至关重要的。
附图标记
10 燃料电池系统
12 重整器
14 燃料电池堆
16 后燃器
18 燃料进料器
20 送气机
22 阴极进料空气管
24 空气进料管
26 重整产物管
28 阳极废气管
30 废气管
32 转换器
34 环境空气
36 外壳
38 隔热装置
40 鼓风机
42 燃料泵
44 鼓风机
46 鼓风机
48 箭头
50 箭头
52 箭头
54 箭头
56 空气进口
58 空气出口

Claims (9)

1、燃料电池系统(10)，其包含至少一个发热组件(12-32)和至少一个使用工艺空气的组件(12、14、16)，其特征在于所述发热组件可以接收供应的环境空气(34)，从而利用所述发热组件(12-32)来加热，并且这样加热的空气可以作为工艺空气供应给使用工艺空气的组件(12、14、16)。
2、权利要求1的燃料电池系统，其特征在于所述发热组件(36、38)装在外壳内，环境空气可以供应到所述外壳的内部。
3、权利要求1或2的燃料电池系统，其特征在于发热组件(32)位于外壳(38)的外部，所述外壳中容纳有其他的发热组件(12-30)。
4、权利要求2或3的燃料电池系统，其特征在于所述外壳是隔热装置(38)。
5、前述权利要求任一项的燃料电池系统，其特征在于所述至少一个发热组件是重整器(12)和/或后燃器(16)和/或燃料电池堆(14)和/或介质管道(18-30)和/或DC/DC转换器(32)。
6、前述权利要求任一项的燃料电池系统，其特征在于将供应的环境空气(34)送入处于第一温度的第一组发热组件，再送入后面的处于第二温度的发热组件，所述第一温度低于第二温度。
7、前述权利要求任一项的燃料电池系统，其特征在于环境空气(34)可以通过所述使用工艺空气的组件所配备的鼓风机(40)的输送来供应。
8、前述权利要求任一项的燃料电池系统，其特征在于所述使用工艺空气的组件是重整器(12)和/或后燃器(16)和/或燃料电池堆(14)。
9、控制前述权利要求任一项的燃料电池系统(10)的温度的方法。
CNA2007800261527A 2006-07-10 2007-06-05 燃料电池系统和控制燃料电池系统的温度的方法 Pending CN101501910A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006031866A DE102006031866A1 (de) 2006-07-10 2006-07-10 Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Beeinflussen des Wärmehaushaltes eines Brennstoffzellensystems
DE102006031866.8 2006-07-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101501910A true CN101501910A (zh) 2009-08-05

Family

ID=38519327

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA2007800261527A Pending CN101501910A (zh) 2006-07-10 2007-06-05 燃料电池系统和控制燃料电池系统的温度的方法

Country Status (11)

Country Link
US (1) US20110117464A1 (zh)
EP (1) EP2038951A1 (zh)
JP (1) JP2009543302A (zh)
KR (1) KR20090020687A (zh)
CN (1) CN101501910A (zh)
AU (1) AU2007272136A1 (zh)
BR (1) BRPI0714145A2 (zh)
CA (1) CA2657693A1 (zh)
DE (1) DE102006031866A1 (zh)
EA (1) EA200970025A1 (zh)
WO (1) WO2008006328A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108172862A (zh) * 2016-12-07 2018-06-15 中国科学院大连化学物理研究所 一种具有气体预热功能的燃料电池系统

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007007605A1 (de) 2007-02-13 2008-08-14 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Brennstoffzellensystem
DE102007039017A1 (de) * 2007-08-17 2009-02-19 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Brennstoffzellensystem
US20100167096A1 (en) * 2008-12-30 2010-07-01 Gateway Inc. System for managing heat transfer in an electronic device to enhance operation of a fuel cell device
DE102010023671A1 (de) 2010-06-12 2011-12-15 Daimler Ag Brennstoffzellensystem mit einer in einem Gehäuse angeordneten Brennstoffzelle
JP6406704B2 (ja) * 2015-01-26 2018-10-17 本田技研工業株式会社 燃料電池モジュール
DE102017107003A1 (de) 2017-03-31 2018-10-04 Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg Behältnis zum Betrieb von Hochtemperaturbrennstoffzellen
DE102021106835A1 (de) 2021-03-19 2022-09-22 Audi Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung, Brennstoffzellenvorrichtung sowie Brennstoffzellen-Fahrzeug

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5763114A (en) * 1994-09-01 1998-06-09 Gas Research Institute Integrated reformer/CPN SOFC stack module design
US5612149A (en) * 1996-01-02 1997-03-18 Ceramatec, Inc. Fuel cell column heat exchanger mated module
NZ503606A (en) * 1997-10-01 2002-05-31 Acumentrics Corp Integrated solid oxide fuel cell and reformer
AT407590B (de) * 1998-10-08 2001-04-25 Vaillant Gmbh Blockheizkraftwerk
DE19910695C1 (de) * 1999-03-10 2000-08-10 Siemens Ag Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanlage und Brennstoffzellenanlage
EP1525636B1 (en) * 2002-06-21 2013-04-17 Versa Power Systems, Ltd. Fuel cell insulating heat exchanger
EP1539850B1 (en) * 2002-09-17 2008-08-27 Medtronic, Inc. Compounds containing quaternary carbons and silicon-containing groups, medical devices, and methods.
US7008711B2 (en) * 2003-01-27 2006-03-07 Gas Technology Institute Thermally integrated fuel cell power system
DE102004028809B4 (de) * 2004-06-15 2006-09-14 Staxera Gmbh Brennstoffzellensystem

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108172862A (zh) * 2016-12-07 2018-06-15 中国科学院大连化学物理研究所 一种具有气体预热功能的燃料电池系统

Also Published As

Publication number Publication date
CA2657693A1 (en) 2008-01-17
WO2008006328A1 (de) 2008-01-17
JP2009543302A (ja) 2009-12-03
DE102006031866A1 (de) 2008-01-17
EA200970025A1 (ru) 2009-06-30
KR20090020687A (ko) 2009-02-26
BRPI0714145A2 (pt) 2012-12-25
US20110117464A1 (en) 2011-05-19
AU2007272136A1 (en) 2008-01-17
EP2038951A1 (de) 2009-03-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101501910A (zh) 燃料电池系统和控制燃料电池系统的温度的方法
CN102509808B (zh) 燃料电池热交换系统和方法
KR102171743B1 (ko) 개량된 연료 전지 시스템 및 방법
EP1643575B1 (en) Fuel cell/constant pressure turbine/hybrid system
JP4820404B2 (ja) 外部燃焼器を有する改質燃料電池システム
EP2311775B1 (en) Hydrogen generation device and fuel cell system provided therewith
CN105633438A (zh) 一种用于甲醇燃料电池组的重整制氢系统
CN101601157B (zh) 具有用于阴极空气预热的装置的燃料电池系统
US20200161681A1 (en) Fuel cell unit having stacked auxiliary devices
US20090191436A1 (en) Fuel cell system
US8057945B2 (en) Solid oxide fuel cell with recycled core outlet products
CN100454631C (zh) 燃料电池装置
CN107018674A (zh) 用于生产高压蒸汽的具有废热回收的燃料电池系统
KR101897500B1 (ko) 연료극 가스 또는 연료극 배가스를 이용한 열교환기를 포함하는 연료전지 시스템
CN101088188A (zh) 燃料电池的重整装置
CN100573995C (zh) 燃料电池设备内的预热装置
CN208078097U (zh) 一种多电堆燃料电池系统、车辆
EP2706603A1 (en) Fuel cell system and method for operating same
US20190123370A1 (en) Adaptive electrical heater for fuel cell systems
US20140322619A1 (en) Fuel cell system
KR101439671B1 (ko) 가열통합형 연료전지 모듈
KR20140081123A (ko) 고효율 연료전지 모듈
JP5942692B2 (ja) 燃料電池発電装置
KR101406616B1 (ko) 순환제어형 연료전지 모듈
CN119546916A (zh) 无二氧化碳排放的人工火山灰生产，特别是来源于粘土

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20090805