專利名稱：燃料電池裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1前序部分所述的燃料電池裝置。
背景技術(shù)：
在汽車驅(qū)動的研究中，燃料電池具有越來越重要的作用。其中這個問題具有重要意義，即，如何使燃料電池系統(tǒng)在運行起動時置于必需的運行溫度。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是，提出一種燃料電池裝置，其中在短時間內(nèi)達到必需的起動溫度。
這個目的由一個具有一個燃料電池和一個氫氣儲罐的燃料電池裝置通過權(quán)利要求1特征部分的特征得以實現(xiàn)。
通過在從屬權(quán)利要求中給出的措施實現(xiàn)有利的實施例和改進方案。
一個按照本發(fā)明的燃料電池的特征在于，具有一個氫氣燃燒器，它由氫氣儲罐供氣。借助于氫氣儲罐供氣的氫氣燃燒器為了達到所需的運行溫度能夠使燃料電池裝置的一個或幾個組成部分在短時間內(nèi)產(chǎn)生所需的熱量并傳遞到相應(yīng)的結(jié)構(gòu)部分，例如燃料電池。
一個按照本發(fā)明的燃料電池裝置可以例如作為具有氫氣直接系統(tǒng)或具有一個前置改良器的汽車驅(qū)動裝置或作為所謂的助力單元(APUAuxiliary Power Unit)使用。
因此在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中提出一種燃燒器到燃料電池的熱耦聯(lián)。通過這種方式可以使燃料電池的起動時間明顯縮短。尤其是在燃料電池起動之前已經(jīng)可以實現(xiàn)預(yù)熱。
在本發(fā)明的另一有利的實施例中，在氫氣燃燒器到用于燃料電池的氫氣輸送管中的一個加濕器之間存在一個熱耦聯(lián)。一個燃料電池對于無摩擦運行需要一定量的水蒸汽，它在很多情況下添加到燃料，即為此通常使用的氫氣。按照本發(fā)明可以使加濕器通過氫氣燃燒器加熱，因此能夠使輸送的工藝水快速蒸發(fā)。由此也可以加快燃料電池的起動狀態(tài)。
此外在另一有利的實施例中，在用于氫氣燃燒器的外部的熱量利用的結(jié)構(gòu)單元上存在熱耦聯(lián)。這樣一種外部的熱量利用能夠在燃料電池的起動狀態(tài)完成之后有利地利用氫氣燃燒器。因此可以省去其它的用于可能存在的外部熱量利用的加熱裝置。
作為氫氣燃燒器的外部利用例如可以是汽車車廂的加熱器。期望在不久的將來尤其在汽車驅(qū)動領(lǐng)域里使用燃料電池裝置。功能原型已經(jīng)公知。
但是一個汽車需要一個車廂內(nèi)部加熱器，它通常作為獨立的結(jié)構(gòu)單元存在。在此對于一個按照本發(fā)明的燃料電池裝置可以利用本來就存在的氫氣燃燒器，因此可以省去其它汽車加熱器的費用。
此外可以設(shè)想在家庭中使用燃料電池裝置。在家庭中除了供電以外通常還需要熱水作為生活用水。因此對于按照本發(fā)明的燃料電池裝置在家庭中使用氫氣燃燒器可以省去用于產(chǎn)生熱水的附加加熱元件。
燃料電池與氫氣燃燒器的一種有利的熱量耦聯(lián)方法在于，輸送到燃料電池的空氣借助于氫氣燃燒器加熱?？諝獾念A(yù)熱也可以與其它傳遞到燃料電池中的熱量相結(jié)合，例如通過燃料電池冷卻回路。
如果附加地具有一個燃料改良器用于從碳?xì)浠衔镏兄脫Q氫氣作為燃料電池的燃料，則按照本發(fā)明的氫氣燃燒器也是具有優(yōu)點的。對于這些裝置，一種改良器氣體儲罐或氫氣儲罐或者也可以是一個完全一般的用于儲存含氫氣體的儲罐與由這個(氫氣)儲罐供氣的(氫氣)燃燒器相結(jié)合也是具有優(yōu)點的，以簡化或縮短燃料電池裝置的起動狀態(tài)。在這種情況下通過按照本發(fā)明的(氫氣)燃燒器也可以使燃料改良器快速地達到所需的運行溫度。
相同的應(yīng)用對于后置清潔級也是有優(yōu)點的，清潔級用于處理來自改良器的改良器氣體。這些清潔級一般用于將改良器氣體中的一氧化碳盡可能多地氧化成二氧化碳，因為一氧化碳有損于目前公知的燃料電池。通常由催化的具有不同運行溫度的反應(yīng)器構(gòu)成的清潔級借助于氫氣燃燒器或改良器氣體燃燒器同樣可以更快地達到運行溫度，因此由此也縮短整個裝置的起動時間。
氫氣燃燒器與碳?xì)浠衔锶紵飨啾鹊囊粋€最大優(yōu)點是，產(chǎn)生純的水蒸汽作為最終產(chǎn)品。這種水蒸汽可以直接在燃料電池裝置中使用，因此也可以在燃料電池裝置中無需附加措施地利用燃燒器的廢熱。
在一個有利的實施例中，熱的、在氫氣燃燒器中產(chǎn)生的水蒸汽由此被充分利用，即，具有一個從燃燒器到燃料電池和/或到燃料電池的空氣或氫氣輸送管的水蒸汽輸送管。因此這個水蒸汽或者直接用于在燃料電池中產(chǎn)生適當(dāng)加濕的運行條件或者用于加濕輸送到燃料電池的氫氣或空氣并由此間接地同樣達到在燃料電池中建立適當(dāng)?shù)倪\行條件的目的。尤其是對于這種實施例就可以直接利用氫氣燃燒器的廢熱。
在本發(fā)明的另一有利實施例中，在氫氣燃燒器中配有一個陽極剩余氣體管道。在燃料電池中氫氣通常不完全置換。因此由燃料電池也產(chǎn)生一種具有燃燒性組份的陽極剩余氣體。這種陽極剩余氣體可以在氫氣燃燒器中再燃燒，因此可以繼續(xù)利用內(nèi)含能量。
對于起動狀態(tài)可以將來自陽極剩余氣體管道的氫氣配量到燃燒器，例如通過打開一個本來就在系統(tǒng)中存在的凈化閥或排氣閥。
一種按照本發(fā)明的氫氣燃燒器不僅可以是催化的燃燒器構(gòu)成而且可以是火焰缽。一個火焰缽具有非?？焖俚禺a(chǎn)生熱量的優(yōu)點，而催化的燃燒器則省去噴射和點燃的費用。
實施例在附圖
中示出本發(fā)明的一個實施例并在下面借助于附圖詳細(xì)予以描述。
唯一的附圖示出按照本發(fā)明的燃料電池裝置的示意圖。
按照附圖的燃料電池裝置1包括一個氫氣箱2，它與一個減壓器3連接。該減壓器3與一個調(diào)壓器4連接，調(diào)壓器為燃料電池5調(diào)節(jié)氫氣的工作壓力。此外，在調(diào)壓器4與燃料電池5之間設(shè)置一個加濕器6。
在減壓器3與調(diào)壓器4之間分支出一個管道7，它通過一個節(jié)流閥8通向氫氣燃燒器9。節(jié)流閥的功能可以由用于陽極剩余氣體的凈化閥和排氣閥14承擔(dān)，它將相應(yīng)的來自陽極剩余氣體管道15的氫氣量配量到燃燒器。氫氣燃燒器9由催化的燃燒器或由火焰缽構(gòu)成。
此外具有一個通向氫氣燃燒器9的空氣輸送管10。代替空氣輸送管10的也可以是一個純氧氣輸送管。重要的是，氫氣燃燒器9含有足夠的氧氣用于置換水蒸汽中氫氣和氧氣。
由氫氣燃燒器9產(chǎn)生的熱量通過燃料電池5的管道Q1輸送。此外通過管道Q2將熱量輸出到外部的熱量利用，例如用于加熱汽車內(nèi)部車廂。
來自氫氣燃燒器9的熱量輸出Q3也可以輸送到加濕器6。此外對于所示的裝置存在著通過管道Q4將燃燒器熱量輸送到一個空氣流的可能性，空氣流通過管道11輸送到燃料電池5。
如同用虛線表示的水蒸汽管道12那樣，在氫氣燃燒器9中產(chǎn)生的熱的水蒸汽添加到燃料電池5的氫氣管道13中的氫氣里面。也可以通過管道12實現(xiàn)熱的水蒸汽在空氣流中的混合。
為了在熱量管道Q1，Q2，Q3，Q4中傳遞熱量可以根據(jù)需要配有相應(yīng)的傳遞熱量的裝置。例如可以使用熱交換器或通過熱輻射傳遞熱量等。必要時可以使熱量流可控或也可調(diào)節(jié)地輸送到燃料電池裝置的各個單元，以便保證所期望的時間過程和/或保持所期望的溫度。
在空氣輸送管10和空氣輸送管11中的空氣流可以根據(jù)需要通過沒有詳細(xì)示出的鼓風(fēng)機實現(xiàn)。
氫氣燃燒器9能夠快速地加熱燃料電池5，因此明顯縮短起動狀態(tài)。對于氫氣直接燃料電池系統(tǒng)氫氣燃燒器燃燒純氫氣，因此根本不存在廢氣問題。而在燃燒中產(chǎn)生的水蒸汽可以有意義地利用，即，在本實施例中輸送到氫氣管道13。此外，用于燃料電池5的在空氣管道11中的輸入空氣與加濕器6一樣同樣可以通過燃燒器9加熱。兩種措施都加速了燃料電池裝置1的起動狀態(tài)。
此外氫氣燃燒器9的熱量可以通過各種其它方式利用，例如用于整體或局部地加熱用于來自碳?xì)浠衔锏臍錃獾娜剂细牧枷到y(tǒng)。對于本發(fā)明重要的是使用一個氫氣燃燒器9，它由氫氣儲罐供氣，以實現(xiàn)上述的發(fā)明優(yōu)點。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池裝置，具有一個燃料電池和一個氫氣儲罐，其特征在于，具有一個由氫氣儲罐(2)供氣的氫氣燃燒器(9)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述氫氣燃燒器(9)與燃料電池(5)熱耦聯(lián)。
3.如上述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，輸送到燃料電池(5)的空氣與氫氣燃燒器(9)熱耦聯(lián)。
4.如上述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，在用于燃料電池(5)的氫氣輸送中的一個加濕器(6)與氫氣燃燒器(9)熱耦聯(lián)。
5.如上述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，與一個用于外部的熱量利用的結(jié)構(gòu)單元存在熱耦聯(lián)。
6.如上述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，用于外部的熱量利用的結(jié)構(gòu)單元是一個用于汽車內(nèi)部車廂的加熱器。
7.如上述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，用于外部的熱量利用的結(jié)構(gòu)單元是一個生活用水的加熱器。
8.如上述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，存在與一個附加存在的燃料改良器和/或用于一個改良器氣體的潔凈級的熱耦聯(lián)。
9.如上述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，具有一個水蒸汽輸送管(12)，用于將從氫氣燃燒器(9)產(chǎn)生的水蒸汽輸送到燃料電池(5)和/或氫氣輸送管(13)和/或燃料電池(5)的空氣輸送管(11)。
10.如上述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，具有一個從燃料電池(5)到氫氣燃燒器(9)的陽極剩余氣體管道。
11.如上述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，為了將氫氣配量到氫氣燃燒器(9)具有一個設(shè)置在陽極剩余氣體管道(15)里面的排氣或凈化閥(14)和/或一個設(shè)置在用于陽極氣體輸送的管道(7)里面的節(jié)流閥(8)。
12.如上述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，所述氫氣燃燒器(9)是催化的燃燒器和/或火焰缽。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種燃料電池裝置，它具有一個燃料電池和一個氫氣儲罐，其特征在于，具有一個由氫氣儲罐(2)供氣的氫氣燃燒器(9)。
文檔編號H01M8/04GK1574432SQ20041004578
公開日2005年2月2日 申請日期2004年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月28日
發(fā)明者F·布倫納, R·薩利格爾 申請人:羅伯特-博希股份公司