燃料电池设备的制作方法

本发明涉及一种燃料电池设备。

背景技术：

1、已经提出一种燃料电池设备，该燃料电池设备具有至少一个燃料电池单元和至少一个供应单元，所述燃料电池单元用于燃料的电化学转换，所述供应单元用于预处理燃料和/或另外的过程流体。

技术实现思路

1、本发明从一种燃料电池设备出发，该燃料电池设备具有至少一个燃料电池单元和至少一个供应单元，所述燃料电池单元用于燃料的电化学转换，所述供应单元用于预处理所述燃料和/或另外的过程流体。

2、提出，所述燃料电池单元构成至少一个容纳空间，在该容纳空间中布置有供应单元的至少一个功能单元。燃料电池单元优选包括至少一个燃料电池、尤其是多个燃料电池。所述至少一个燃料电池优选构造为高温燃料电池，尤其构造为固体氧化物燃料电池(sofc)或者构造为熔融碳酸盐燃料电池(mcfc)。燃料电池单元优选具有大于500℃的所设置的运行温度。优选地，燃料电池单元包括至少一个堆垛的燃料电池。特别优选地，燃料电池单元包括至少一个另外的堆垛的燃料电池。所述堆垛和所述另外的堆垛构造得优选至少基本上结构相同、尤其是除了生产公差之外结构相同。

3、供应单元的功能单元优选设置用于，在燃料电池设备运行期间与燃料或者所述另外的过程流体中的一个另外的过程流体直接接触。优选地，该功能单元不是单纯的流体管路。该功能单元优选设置用于，有针对性地改变燃料的和/或所述另外的过程流体中的一个另外的过程流体的至少一个参数，例如压力、温度、化学成分或者类似物。该燃料优选构造为氢气、甲烷或者别的碳氢化合物。另外的过程流体能够是用于燃料的电化学转换的含氧流体、尤其是环境空气或者含氧工业气体，或者能够是在燃料借助含氧流体进行电化学转换时产生的废气。该供应单元优选包括多个功能单元，所述功能单元尤其在流体技术方面相互连接。所述功能单元能够直接并列地布置，或者能够经由流体管路相互连接。优选地，布置在容纳空间内的至少一个功能单元具有大于200℃、优选大于350℃、特别优选地大于450℃的所设置的运行温度。可选地，供应单元的至少一个另外的功能单元尤其具有小于400℃、优选小于300℃、特别优选地小于200℃的所设置的运行温度，该至少一个另外的功能单元布置在容纳空间之外。

4、燃料电池设备优选包括壳体单元，该壳体单元限界所述容纳空间。该容纳空间优选与所述至少一个燃料电池单元热耦合。壳体单元能够与至少一个燃料电池分开地构造，或者能够至少区段地由该燃料电池形成。至少一个燃料电池，尤其是所述堆垛和/或所述另外的堆垛，能够在容纳空间之外布置在壳体单元处、能够伸入到容纳空间中或者能够完全地布置在容纳空间中。优选地，至少一个燃料电池与容纳空间在流体技术方面连接。优选地，该容纳空间构造用于将燃料或者含氧流体分布到燃料电池单元的至少两个不同的燃料电池上、尤其是分布到所述堆垛和所述另外的堆垛上。替代地，该容纳空间设置用于将来自燃料电池单元的不同燃料电池的、尤其是来自所述堆垛和所述另外的堆垛的废气汇合。功能单元优选完全地布置在容纳空间中。替代地，功能单元伸入到容纳空间中。

5、供应单元优选包括燃料供应装置，该燃料供应装置用于给燃料电池单元供应燃料。燃料供应单元优选构造为中央燃料供应装置，该中央燃料供应装置给至少两个不同的燃料电池、尤其是给燃料电池单元的至少两个不同的堆垛、特别优选地给燃料电池单元的所有燃料电池供应燃料。燃料供应装置优选包括至少一个重整器(reformer)作为功能单元，该重整器用于重整燃料。燃料供应装置优选包括至少一个燃料换热器作为功能单元，该燃料换热器用于加热燃料，尤其在馈入到至少一个燃料电池中之前。燃料供应装置优选包括输送单元作为功能单元，该输送单元尤其是泵、风扇或者压缩机，该输送单元用于将燃料输送至燃料电池单元。

6、供应单元优选包括氧气供应装置，该氧气供应装置用于给燃料电池单元供应含氧流体。氧气供应装置优选包括至少一个氧气换热器作为功能单元，该氧气换热器用于加热含氧流体，尤其在馈入到至少一个燃料电池中之前。氧气供应装置优选包括输送单元作为功能单元，该输送单元尤其是泵、风扇或者压缩机，该输送单元用于将含氧流体输送至燃料电池单元。氧气供应装置可选地包括电的预加热器作为功能单元，以便借助含氧流体将燃料电池单元带到燃料电池单元的运行温度。

7、供应单元优选包括废气预处理装置。废气预处理装置优选设置用于，导出在借助含氧流体转换燃料时由燃料电池单元产生的废气。废气预处理装置优选包括至少一个后燃器(nachbrenner)作为功能单元，该后燃器用于燃烧包含在废气中的燃料残留物。废气预处理装置可选地包括再循环输送单元作为功能单元，该再循环输送单元尤其是泵、风扇或者压缩机，该再循环输送单元用于将废气的一部分反馈到燃料中。废气预处理装置尤其包括已经提到的燃料换热器作为功能单元，该燃料换热器用于将热量从废气传递到燃料上。废气预处理装置尤其包括已经提到的氧气换热器作为功能单元，该氧气换热器用于将热量从废气传递到含氧流体上。

8、通过根据本发明的构型，能够提供有利地紧凑的燃料电池设备。尤其是，能够有利地有效率地利用燃料电池单元的废热和/或布置在容纳空间中的功能单元的废热。此外，燃料电池单元与功能单元之间的流体管路能够有利地保持得短。尤其是，在从功能单元到燃料电池单元的或者反过来的物质运输中燃料电池设备的热损耗能够有利地保持得小。

9、进一步提出，燃料电池单元包括至少两个燃料电池，所述燃料电池布置在容纳空间的不同侧上。特别优选地，容纳空间布置在燃料电池之间的中间空间中。尤其是，燃料电池具有至少一个直线，容纳空间沿着该直线布置在燃料电池之间。优选地，容纳空间具有三个彼此成对地垂直的中心平面，所述中心平面在容纳空间的几何重心上相交。燃料电池单元优选包括至少两个燃料电池，所述燃料电池布置在所述中心平面中的恰好一个中心平面的不同侧上。优选地，燃料电池单元包括至少两个燃料电池，所述燃料电池布置在所述中心平面中的两个中心平面的不同侧上。可选地，燃料电池单元包括至少两个燃料电池，所述燃料电池相对于全部三个中心平面布置在不同侧上。在一种替代构型中，燃料电池单元包括至少一个燃料电池，该燃料电池例如是环形的或者半环形的，该燃料电池至少部分地包围容纳空间。通过根据本发明的构型，能够借助燃料电池单元的废热实现对容纳空间的有利地有效的加热。

10、此外提出，燃料电池单元包括至少两个燃料电池，所述燃料电池布置在容纳空间的同一侧上。优选地，燃料电池单元包括至少两个燃料电池，所述燃料电池相对于容纳空间的中心平面中的一个中心平面布置在同一侧上，尤其相对于中心平面中的如下中心平面布置在同一侧上：该中心平面与容纳空间具有最大相交面。优选地，布置在容纳空间的同一侧上的燃料电池布置在燃料电池单元的至少两个尤其彼此间隔开的堆垛中。通过根据本发明的构型，能够有利地紧凑地构造燃料电池单元。

11、另外提出，功能单元构造为换热器。特别优选地，燃料换热器布置在容纳空间中。替代地或者附加地，氧气换热器布置在容纳空间中。通过根据本发明的构型，通过物质运输而促成的、热量从容纳空间中的流出能够有利地保持得低。

12、此外提出，功能单元或者供应单元的另外的功能单元构造为重整器。优选地，重整器布置在容纳空间中。优选地，除了燃料换热器之外，重整器也布置在容纳空间中。替代地，重整器或者燃料换热器布置在容纳空间中。优选地，重整器布置在、尤其是紧固在燃料换热器处。重整器尤其相对于燃料布置在燃料换热器的下游。通过根据本发明的构型，燃料供应装置的暴露在经重整的燃料中的区段能够有利地保持得短。

13、此外提出，燃料电池设备包括限界容纳空间的至少一个壳体单元、尤其是已经提到的限界容纳空间的壳体单元，其中，该壳体单元包括至少一个维修开口。维修开口优选布置在该壳体单元的如下侧处：该侧不具有燃料电池单元的燃料电池。维修开口优选布置在容纳空间的如下侧处：该侧与燃料供应装置到容纳空间中的燃料入口相对置地布置。优选地，功能单元和/或另外的功能单元布置在维修开口与燃料入口之间。优选地，壳体单元包括至少一个封闭元件，该封闭元件用于尤其相对于燃料密封地封闭该维修开口。例如，该封闭元件能够构造为维修活门、滑动门、封闭活门或者类似物。维修开口优选至少如此大，使得能够穿过维修开口更换功能单元和/或另外的功能单元。特别优选地，维修开口具有如下最大开口宽度：该最大开口宽度相应于容纳空间的与此平行的容纳宽度的至少50％以上、优选75％以上、特别优选90％以上。通过根据本发明的构型，能够有利地容易更换磨损部件、尤其是重整器。

14、另外提出，供应单元的、尤其是废气预处理装置的布置到燃料电池单元处的废气管路，至少部分地布置在容纳空间中或者由该容纳空间构成。优选地，废气管路在容纳空间内引导废气和/或引导废气穿过容纳空间。特别优选地，废气管路将废气从燃料电池单元引导至燃料换热器、引导至氧气换热器和/或引导至后燃器。通过根据本发明的构型，容纳空间本身能够有利地用作换热器。

15、除此之外提出，功能单元以与限界容纳空间的壳体单元的、尤其是已经提到的限界容纳空间的壳体单元的内壁间隔开的方式布置，用以构成过程流体管路。优选地，重整器的出口汇入到容纳空间中。优选地，燃料电池单元的燃料入口汇入到容纳空间中。优选地，容纳空间设计用于，将经重整的燃料从重整器导向至燃料电池单元，尤其是分布到不同堆垛上。尤其是，限界容纳空间的壳体单元相对于经重整的燃料气密地构造。特别优选地，功能单元和/或另外的功能单元通过壳体单元的间距保持件紧固在内壁处。替代地，功能单元和/或另外的功能单元紧固在壳体单元的至少一个另外的内壁处、尤其是借助悬挂装置紧固和/或紧固在壳体单元的底座处。替代地，功能单元和/或另外的功能单元紧固在封闭元件处。通过根据本发明的构型，能够在容纳空间内实现有利地均匀的温度分布。尤其是，热机械应力的风险能够有利地保持得低。

16、在这种情况下，根据本发明的燃料电池设备不应局限于上文描述的应用和实施方式。尤其是，为了实现在这里说明的工作原理，根据本发明的燃料电池设备能够具有与各个元件、构件和单元的在这里提到的数量不同的数量。此外，对于在本公开内容中给出的数值范围，处在所提到的极限内的值也应被视为已公开且能够任意使用。