CN110392951A - 用于执行脱硫被吸附物的热再生的方法和燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃料电池系统(100a；100b；100c)，具有包括阳极部(5a)和阴极部(5b)的燃料电池叠堆(5)、用于重整燃料以用在燃料电池叠堆(5)的阳极部(5a)中的重整器(3)和用于提供燃料给重整器(3)的燃料箱(1)，其中在燃料箱(1)下游和在重整器(3)上游设有带有吸附器(2a)的脱硫单元(2)用于从燃料箱(1)经脱硫单元(2)被送至重整器(3)的燃料的吸附式脱硫，该吸附器(2a)借助再生流体管线(12)与燃料电池系统(100a；100b；100c)的内燃机(11)和/或阳极部和阴极部(5b)流体连通，通过该再生流体管线(12)能将被加热流体从阳极部(5a)和阴极部(5b)和/或内燃机(11)送至该吸附器(2a)。本发明还涉及用于执行脱硫被吸附物的热再生的方法以及具有本发明燃料电池系统(100a；100b；100c)的机动车。

Description

用于执行脱硫被吸附物的热再生的方法和燃料电池系统
技术领域
本发明涉及用于在移动应用、尤其是机动车燃料电池系统中执行脱硫被吸附物的热再生的方法，所述脱硫被吸附物源自燃料的吸附脱硫。本发明还涉及燃料电池系统以及具有燃料电池系统的机动车，其中执行这种方法。
背景技术
在现有技术中知道了用于燃料电池系统中的燃料且尤其是液态燃料的脱硫的各种装置和方法。原则上可以分为氢化脱硫与吸附脱硫。在广为流传的氢化脱硫中，在比吸附脱硫高许多的温度下发生脱硫。
从EP 2 985 830A1中知道了一种燃料电池系统，在此进行氢化脱硫。在氢化脱硫范围内，阴极废气被送入脱硫单元的换热器中。此外，为了导入热和氢，将阳极废气直接供给脱硫催化器。为此提供单独的氢供应单元。根据EP 2 985 830A1，硫在催化过程中借助热从原材料中被裂解并与氢和阳极废气化合成硫化氢且被吸附。但所示的氢化脱硫仅被有利地用于固定式应用场合，因为它需要长久停留时间、高温和高压。
因此，针对移动应用，可以考虑吸附脱硫。但在已知的吸附脱硫中需要再生措施，其动用了在移动应用中难以实现且导致复杂系统结构以及相应高成本的溶剂或热再生。
发明内容
本发明的任务是至少部分考虑前述问题。尤其是，本发明的任务是提供一种燃料电池系统、一种方法以及一种机动车，借此能以简单、省地、高效且相应廉价的方式在移动应用中实现在燃料电池系统中的燃料的脱硫。
前述任务通过权利要求书来完成。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15的机动车来完成。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描述的特征和细节显然也与本发明的方法和本发明的机动车相关地也是适用的，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，提供一种燃料电池系统。该燃料电池系统具有包括阳极部和阴极部的燃料电池叠堆。该燃料电池系统还具有用于重整燃料以用在燃料电池叠堆的阳极部中的重整器。该燃料电池系统还具有用于提供燃料给重整器的燃料箱，其中在燃料箱的下游且在重整器的上游设置有带有吸附器的脱硫单元用于燃料的吸附脱硫，该燃料从燃料箱经由脱硫单元被送至重整器。该吸附器借助再生流体管线与燃料电池系统的内燃机和/或阳极部和阴极部流体连通，其中，通过该再生流体管线可以将被加热流体从阳极部和阴极部和/或内燃机输送至该吸附器。
在本发明的另一实施方式中，该吸附器通过至少一个由燃料电池系统驱动的辅助功率单元借助再生流体管线与阳极部和阴极部流体连通，其中，通过该再生流体管线可以将被加热流体从阳极部和阴极部经由辅助功率单元输送至吸附器。
由于通过再生流体管线可将以前述方式被加热的流体从辅助功率单元和/或内燃机(如当在混动车辆中采用燃料电池系统连同内燃机时)输送至吸附器，故该吸附器或者说吸附器内的吸附剂能以本来就出现在燃料电池系统的热能被加热。通过这种方式，也可以相应高效加热和热再生吸附器和位于其中的吸附剂。因为可以放弃附加的辅助机构如电阻加热装置，故也能以很省空间的方式提供燃料电池系统。在采用本发明的燃料电池系统的情况下，因此也可以通过高效且相应廉价的方式执行吸附脱硫，随后的再生对所述吸附脱硫是相当有意义的。
在采用本发明的方法情况下，燃料电池系统可以在移动应用中原则上能以任何燃料或油料驱动，因为可高效有效地去除其硫成分，这些硫成分在实际中随即干扰所有燃料电池系统以及相对于硫化合物很容忍的SOFC变型(固态氧化物燃料电池)。
燃料是指以下的油料或燃料，其以重整形式被供给燃料电池叠堆的阳极部，以便在那里在化学反应范围内产生电能。相应地，在阳极部内使用燃料可以是指：在此处使用，以借助燃料电池叠堆产生电能。燃料在此优选以液态形式在燃料箱中提供。因此，脱硫装置适用于尤其是液态燃料的脱硫。
在本发明的一个变型中，燃料电池系统尤其设计成SOFC系统。在吸附器与燃料电池系统的内燃机流体连通的一个实施方式中，可以如前所述地将该燃料电池系统以混合电动车的混合系统形式构成。内燃机的被加热流体优选是指内燃机废气，其与燃料电池系统相关地迄今大多未利用地被排出到混合电动车的环境中。通过根据本发明的将内燃机废气回输入脱硫单元或吸附器，本来就有的热源可以(如之前已经关于辅助功率单元的被加热流体所述)，被用来高效地且相应节约成本地再生所述吸附器或吸附器内的吸附剂。
通过该再生流体管线，该被加热流体可被引导至吸附器、尤其是引导入吸附器，由此吸附器和吸附器内的吸附剂可被加热以用于脱硫被吸附物的热再生。通过引导或输送被加热流体到吸附器中，可以实现热极其高效地输入吸附器内的吸附剂中。此外，可以通过这种方式将脱硫被吸附物高效地送出吸附器。
本燃料电池系统的根据本发明的重要特征还可通过很简单的方式在常见的燃料电池系统中加装。为此，在现有的燃料电池系统中只需将再生流体管线从阳极部和阴极部和/或从至少一个辅助功率单元和/或从内燃机延伸至吸附器并且在各自部件上提供为此所需的管接口。这能以低成本且省地的方式实现。
作为吸附剂，在此优选使用Ag-Al2O3。在本发明范围内的广泛试验中已经证明，该吸附剂可有利地应用在本燃料电池系统中并且例如很好地适用于吸附苯并噻吩(BT)、二苯并噻吩(DBT)及其衍生物。
该再生流体管线可以具有多个流体连通部。流体连通部可以相交和/或借助阀被通断和/或相互分开。流体连通部还可以通过一个或多个功能单元如所述至少一个由燃料电池系统驱动的辅助功率单元被相互分开。
至少一个由燃料电池系统驱动或可驱动的辅助功率单元是指这样的燃料电池系统功能单元，其优选只通过燃料电池系统的运行被启动或完全启动。
根据本发明的一个改进方案而可行的是，在燃料电池系统中，该辅助功率单元具有布置在重整器上以加热重整器的废气燃烧器，其中该废气燃烧器、尤其是第一废气燃烧器单元借助再生流体管线与该吸附器流体连通。在改进本发明时的试验范围内已经证明了，尤其是来自废气燃烧器的被加热流体适于高效且就与吸附剂的化学反应而言可靠地且高效地加热和再生该吸附器内的吸附剂。该废气燃烧器优选环绕重整器布置，其中，它在本发明的一个变型中包括第一废气燃烧器单元和第二废气燃烧器单元，它们在流动技术上相互分开，并且例如两者都可以设计成半环形。由此，重整器可以通过尽量大的接触面加热。此外，废气燃烧器由此可以通过省地的方式以尽量大的体积在燃料电池系统中提供。这又导致了提供尽量多的被加热流体并且可相应将其用于吸附器内的吸附剂的加热和再生。在废气燃烧器和吸附器之间还可以通过很简单且省地的方式建立流体连通。
在本发明的燃料电池系统中还可行的是，该废气燃烧器、尤其是第一废气燃烧器单元借助再生流体管线与阴极部的流体出口流体连通以输送阴极侧废气至废气燃烧器。因此，废气燃烧器是指：用于尤其通过富含阳极废气来至少部分地转换从阴极部送至废气燃烧器的阴极废气的废气燃烧器。废气燃烧器在此优选是催化器，借此使阴极废气燃尽优选无焰燃尽且可得以相应加热。在废气燃烧器之内或之处，还可以设置起动燃烧器，借此可以尤其在燃料电池系统的起动过程中加热该废气燃烧器，进而还有流过它的废气。通过使用阴极废气，可以使用已被加热的流体，其在废气燃烧器中被进一步加热。由此，吸附器内的吸附剂可被相应高效再生。
此外，在本发明的燃料电池系统中有利的是，该吸附器借助再生流体管线且优选是再生流体管线和阳极再生流体管线与阳极部的流体出口流体连通以输送阳极侧废气至吸附器。由此可以做到：如果使用在含氧气氛中非活性并因此在还原环境中必然被活化的吸附剂，则给吸附器输送阳极侧废气或阳极废气。通过根据本发明的再生流体管线设计，为此可以提供在使用吸附剂时的高度灵活性，由此也能相应灵活地使用燃料电池系统。可以放弃还相应地在燃料电池系统中占据空间的复杂附加构件。
还可行的是，在本发明的燃料电池系统中在再生流体管线中在辅助功率单元和/或内燃机的下游和在吸附器的上游设置加湿单元用于加湿被送至吸附器的被加热流体。在本发明范围内的试验中已经证明了，辅助功率单元、尤其是废气燃烧器的所用废气积极影响到脱硫被吸附物的再生。
总体确定了废气组成对再生效率产生了出乎意料的巨大影响。例如在利用苯并噻吩的一项试验中确定了：再生的脱硫被吸附物的硫含量可以从1.3mg/g(通常使用空气时)降低至0.9mg/g。此现象在不同的试验中得到确定。依据所述认识而发现了在辅助功率单元废气中的更高含水量导致了该效果。所述认识可以通过其它试验来确认。相应地，可以通过添加水或水蒸汽至被加热流体而在脱硫被吸附物再生时引发积极效果。本发明加湿单元可以相应目的明确地引起或影响所述效果。此外，可以通过提升被加热废气中的水含量来获得在吸附器中的增大的热输入。
在根据本发明的燃料电池系统中还可能有利的是，在再生流体管线中在辅助功率单元和/或内燃机的下游以及尤其在加湿单元的下游和在吸附器的上游设置附加燃烧器用于进一步加热被送至吸附器的被加热流体。附加燃烧器可以是认为是用于保证流体和进而吸附剂的充分加热的救急手段。脱硫被吸附物的再生由此可以相应可靠运行。
还证明了，在本发明的燃料电池系统中可能有利的是，该辅助功率单元且尤其是第二废气燃烧器单元设置在废气流体管线内以将吸附器废气输出至在吸附器下游的燃料电池系统环境。通过这种布置，脱硫被吸附物可以很简单地被排走并且在辅助功率单元中被进一步处理。优选地，该辅助功率单元具有废气燃烧器，其环绕重整器布置，其中该废气燃烧器在本发明的一个变型中设计成具有第一废气燃烧器单元和第二废气燃烧器单元，它们在流动技术上相互分开并且例如两者可设计成半环形。在此，该废气燃烧器且尤其是第一废气燃烧器单元通过再生流体管线与吸附器的吸附器入口流体连通，尤其是第二废气燃烧器单元通过废气流体管线与吸附器的吸附器出口流体连通。为此，在脱硫单元前的废气燃烧器单元在流动技术上与在脱硫单元后的废气燃烧器分开。这导致了燃料电池系统的有利的紧凑结构。
根据本发明的另一方面，提供一种用于在前述燃料电池系统中执行脱硫被吸附物的热再生的方法，脱硫被吸附物源自燃料的吸附脱硫。该吸附器如前所述，借助再生流体管线与燃料电池系统的内燃机和/或阳极部和阴极部流体连通。为了脱硫被吸附物的热再生，通过再生流体管线将被加热流体从阳极部和阴极部和/或内燃机输送至吸附器以加热该吸附器。
在该方法的另一个实施方式中，该吸附器通过至少一个由燃料电池系统驱动的辅助功率单元借助再生流体管线与阳极部和阴极部流体连通，其中，为了脱硫被吸附物的热再生，通过该再生流体管线将被加热流体从阳极部和阴极部经由辅助功率单元输送至吸附器。
为此，本发明的方法带来了与关于本发明的燃料电池系统所明确描述的一样的优点。在本发明范围内的广泛试验中已经证明了，Ag-Al2O3非常适合作为吸附脱硫用吸附剂。相应地，在所述方法中优选采用Ag-Al2O3。通过如前所述地使用本来在燃料电池系统中就有的被加热流体，能以高效方式实现Ag-Al2O3的完全再生。例如可以通过高效的方式在吸附苯并噻吩(BT)、二苯并噻吩(DBT)或其衍生物之后实现Ag-Al2O3的完全热再生。
根据本发明的另一方面，该辅助功率单元具有废气燃烧器，其布置在重整器上以加热重整器，其中，该废气燃烧器、尤其是第一废气燃烧器单元借助再生流体管线与该吸附器流体连通，并且为了脱硫被吸附物的热再生，通过再生流体管线将被加热流体从废气燃烧器输送至吸附器。如所述的那样，在本发明的一个变型中，该废气燃烧器设计成具有第一废气燃烧器单元和第二废气燃烧器单元，它们在流动技术上相互分开并且例如两者可以设计成半环形。借此，可以获得之前已经关于相应的装置特征所描述的优点。
还可行的是，在本发明的方法中，吸附器借助再生流体管线与阳极部的流体出口流体连通以输送阳极侧废气到吸附器，在这里，用于吸附器内的吸附剂活性的活性值在含氧气氛中被确定，并且当确定该活性值低于预定的阈值时，在脱硫被吸附物的热再生范围内通过再生流体管线将阳极侧废气例如经由废气燃烧器送入吸附器。为了能很好地充分利用阳极废气还原作用而可能有利的是：它被直接送入吸附器。由此可以保证燃料电池系统可靠运行或者说即便在使用不同的含硫燃料情况下脱硫被吸附物也能可靠再生。活性值可以利用合适的传感器、尤其是利用合适的用于识别吸附剂物质组成的物质传感器来确定。
根据本发明的另一变型而可行的是，在方法中，在辅助功率单元和/或内燃机的下游以及在吸附器的上游设置有加湿单元，其中该被加热流体在吸附器上游借助加湿单元被加湿，随后被送入吸附器。如前所述，事实出乎意料地表明，具有规定的高湿度的被加热流体能明显提升脱硫被吸附物再生时的效率。此时可能进一步有利的是，例如借助合适的湿度传感器来确定被加热流体内的湿度并且当所确定的湿度低于预定的阈值时由加湿单元来加湿该被加热流体。此时，被加热流体的湿度也可以有利地被调节到预定湿度。由此可以有目的地获得所期望的再生作用。在本发明范围内的试验中还已经证明了，通过相应潮湿或加湿的被加热流体，可以在很低温度下进行期望的热再生。通过增大的被加热流体湿度，可以将再生所需的工作温度从约525℃例如降低至约450℃。由此可以更高效地进行脱硫被吸附物的再生。
可能进一步有利的是，在本发明的方法中，在辅助功率单元和/或内燃机的下游以及尤其在加湿单元的下游并且在吸附器的上游设有附加燃烧器，其中，在再生流体管线中在吸附器上游确定被加热流体的温度，并且当确定了所确定的被加热流体温度低于预定的阈值时，被加热流体在吸附器上游借助附加燃烧器被进一步加热且随后被送入吸附器。由此可以保证在吸附器之处和/或之内的被加热流体总是达到期望的高温。该温度可以通过至少一个温度传感器来确定。所述至少一个温度传感器可以设置在再生流体管线和/或辅助功率单元内。还可行的是，内燃机的废气与环境空气混合以相应调整被加热流体温度或在吸附器之处和/或之内的再生温度。如果例如确定了被加热流体温度过高，则被加热流体可以与环境空气混合。由此可以通过简单、廉价且省地的方式实现被加热流体的温度调整。
还可行的是，在本发明的方法中，在脱硫被吸附物的热再生范围内进行如下步骤：
-借助阳极部和阴极部(5b)和/或辅助功率单元和/或内燃机的被加热流体将该吸附器内的吸附剂加热到第一温度，
-在高于第一温度的第二温度分解所吸附的燃料成分并且蒸发所分解的成分，
-在高于第二温度的第三温度分解该中间产物并且再生该吸附剂，以及
-冷却该吸附剂和/或该吸附器至低于第一温度的第四温度。
此做法在本发明范围内的试验中已经被证明是极其有效的。借助根据本发明的被加热流体使用来加热到第三温度是相应有利的。吸附剂的冷却优选借助用以吹扫吸附器的空气进行。这尤其能以低成本方式实现。空气吹扫优选在采用鼓风机情况下进行。
在本发明的方法中可能有利的是，第一温度在100℃至350℃范围内，尤其在约150℃至约300℃范围内，第二温度在350℃至450℃范围内，尤其在约420℃至约440℃范围内，和/或第三温度在450℃至550℃范围内，尤其在约480℃至约530℃范围内。借助所述值，可以在广泛的试验之后获得就脱硫被吸附物的有效再生而言的最佳效果。关于第三温度已经证明了它最好在450℃至530℃范围内，尤其最好在500℃至530℃范围内。在被加热流体如前明确所述地被有目的地加湿的情况下，第三温度最好在450℃至460℃范围内。
根据本发明的另一方面，提供一种机动车，其具有如前所详述的燃料电池系统，该燃料电池系统被配置和设计用于执行如前所详述的方法。为此，本发明的机动车也带来与之前关于本发明的燃料电池系统和本发明方法所明确描述的一样的优点。当使用内燃机时，该车辆优选设计成混动电动车。
附图说明
改进本发明的其它措施来自以下对如图示意所示的本发明不同实施例的说明。所有来自权利要求书、说明书或附图的特征和/或优点包含结构细节和空间布置在内不仅可以本身单独地、也可以在各不同的组合方式中对于本发明是重要的。
附图分别示意性示出：
图1是用于说明根据本发明第一实施方式的燃料电池系统的框图，
图2是用于说明根据本发明第二实施方式的燃料电池系统的框图，
图3是用于说明根据本发明第三实施方式的燃料电池系统的框图，
图4是用于说明根据本发明实施方式的方法的流程图，
图5是用于说明根据本发明实施方式的方法的时间曲线图。
具体实施方式
具有相同的功能和工作方式的零部件在图1-5中分别带有相同的附图标记。
图1示意性示出根据第一实施方式的燃料电池系统100a。燃料电池系统100a具有包括阳极部5a和阴极部5b的燃料电池叠堆5。燃料电池系统100a还具有重整器3用于重整燃料以用在燃料电池叠堆5的阳极部5a中。此外，燃料电池系统100a具有用于提供燃料给重整器3的燃料箱1。在燃料箱1的下游和重整器3的上游，设有带有吸附器2a的脱硫单元2用于燃料的吸附脱硫，该燃料从燃料箱1经由脱硫单元2被送至重整器3。
吸附器2a借助再生流体管线12与由燃料电池系统100a驱动的带废气燃烧器4a、4b的辅助功率单元4流体连通。相应地，被加热流体可经由再生流体管线12从辅助功率单元4被输送至吸附器2a。
在一个虚线所示的变型中，吸附器2a附加地或替代地直接与燃料电池叠堆相连，确切说，通过阳极再生流体管线12a和阴极再生流体管线12b相连，其中，借助该阳极再生流体管线12a将阳极废气从燃料电池叠堆5供给吸附器2a，并且借助阴极再生流体管线12b将阴极废气从燃料电池叠堆5供给吸附器2a。
废气燃烧器4a、4b为了加热重整器3而设置在重整器3上或环绕重整器3布置。在此，废气燃烧器4a、4b被设计成具有第一废气燃烧器单元4a和第二废气燃烧器单元4b，它们在流动技术上相互分开并且两者例如被设计成半环形。第一废气燃烧器单元4a还借助再生流体管线12与阴极部5b的流体出口流体连通以便输送阴极侧废气到该废气燃烧器中。
在如图1所示的燃料电池系统100a中，吸附器2a还借助再生流体管线12或阳极再生流体管线12a与阳极部5a的流体出口流体连通以便输送阳极侧废气到吸附器2a中。
此外，在再生流体管线12中在辅助功率单元4、尤其是第一废气燃烧器单元4a的下游且在吸附器2a的上游设置有加湿单元6，用于加湿被输送至吸附器的被加热流体。在辅助功率单元4且尤其是第一废气燃烧器单元4a的下游以及在加湿单元6下游和在吸附器2a上游，设有附加燃烧器7，用于进一步加热被送至吸附器的被加热流体。
辅助功率单元4、尤其是第二废气燃烧器4b设置在废气流体管线13内，用于输出吸附器2a的废气到环境或在吸附器2a下游的燃料电池系统100a的出口10。
燃料电池系统100a还具有鼓风机8，其为了吹扫吸附器2a而与吸附器流体连通。鼓风机8还与预热器9流体连通，预热器9布置用于预热阴极部5b并且相应地与之流体连通。
图2示出根据第二实施方式的燃料电池系统100b。如图2所示的燃料电池系统100b基本对应于如图1所示的燃料电池系统100a。为了避免冗长说明，随后仅描述两个实施方式之间的区别特征。
根据图2的燃料电池系统100b具有内燃机11。所示的燃料电池系统100b被设计成混合电动车的驱动系统。根据此实施方式，吸附器2a借助再生流体管线12与内燃机11流体连通，其中，通过再生流体管线12可以将被加热流体从内燃机11送至吸附器2a。
图3示出根据第三实施方式的燃料电池系统100c。如图3所示的燃料电池系统100c基本对应于如图1和图2所示的燃料电池系统100a、100b。为了避免冗长说明，随后仅描述实施方式之间的区别特征。
根据图3的燃料电池系统100c如根据第二实施方式的燃料电池系统100b那样具有内燃机11。根据第三实施方式，吸附器2a借助再生流体管线12与内燃机11以及辅助功率单元4流体连通，其中，通过再生流体管线12可以将被加热流体从内燃机11和从辅助功率单元4输送至吸附器2a。此外，用虚线表示阳极再生流体管线12a和阴极再生流体管线12b。
参照图4，接着描述在根据第一实施方式的燃料电池系统100a中的用于执行脱硫被吸附物的热再生的方法，脱硫被吸附物源自燃料的吸附脱硫。吸附脱硫基于杂环型硫化合物和吸附剂表面的选择性相互作用。为了将燃料脱硫，燃料只需通过该吸附器以低体积流(液时空速LHSV最好小于1.7h-1)被泵送。如果吸附剂被加载，即例如在吸附器出口达到了10ppmw的硫，则吸附剂必须被更换或再生。为了再生，位于吸附器内的燃料必须被排空。在此出现每升吸附剂有约0.8升燃料体积。
在随后参照图4来说明的方法中，为了脱硫被吸附物的热再生，通过再生流体管线将被加热流体从辅助功率单元4送至脱硫单元2以便加热吸附器2a。
确切地说，在第一步骤S1中，首先将被加热流体通过再生流体管线12从辅助功率单元4输送或引向吸附器2a，以加热吸附器2a以便脱硫被吸附物的热再生。确切说，被加热流体通过再生流体管线12从废气燃烧器、尤其是第一废气燃烧器单元4a被送至吸附器2a。
在第二步骤S2a中，在含氧气氛中确定该吸附器内的吸附剂活性的活性值。当确定了活性值低于预定的阈值时，该方法进至步骤3a。在那里，通过再生流体管线12将阳极侧废气送入该废气燃烧器。当确定了活性值大于或等于预定的阈值，该方法直接进至步骤S4。
此外，在跟在步骤S1后的步骤S2b中确定被加热流体的湿度。当在步骤S2b中确定：“所确定的湿度低于预定的阈值”，则该方法进至步骤S3b。在那里，被加热流体在吸附器2a的上游借助加湿单元6被加湿，随后被送入吸附器2a。当确定了：“所确定的湿度大于或等于预定的阈值”，则该方法直接进至步骤S4。
另外，在跟在步骤S1后的步骤S2c中，在吸附器2a上游确定被加热流体的温度。当在步骤S2c中确定了：“所确定的温度低于预定的第一阈值”，则该方法进至步骤S3c。在那里，被加热流体在吸附器2a上游借助附加燃烧器7被进一步加热，随后被送入吸附器2a。当确定了：“所确定的被加热流体温度大于或等于预定的大于第一预定阈值的第二阈值”时，该方法进至步骤S3d。被加热流体在那里与空气、尤其是环境空气混合以降低被加热流体的温度(仅参照图2所示)。当确定了：“所确定的被加热流体温度大于或等于预定的第一阈值且小于预定的第二阈值”时，该方法直接进至步骤S4。
在步骤S4中，被加热且或许被相应再处理的流体被送入吸附器2a。
参照图5，接着描述根据本发明的另一实施方式的方法，在此尤其示出了用于脱硫或脱硫连带再生的预定温度曲线。
根据图5所示的方法，吸附器2a内的吸附剂在第一步骤A中借助辅助功率单元4和/或内燃机11的加热流体被加热到约150℃温度。
在第二步骤B中，在约300℃温度，所吸附的燃料成分被分解和蒸发。在此步骤中，也蒸发了还残留的液态燃料。
在第三步骤C中，在约450℃温度，所吸附的成分被进一步分解和蒸发。步骤B和C也可以在唯一步骤中执行。
在第四步骤D中，在约525℃温度，中间产物被分解并且启动了吸附剂的再生。在通过加湿单元6有目的地添加水或水蒸汽情况下，可以将步骤D中的所需温度降低至约450℃。
在可选的第五步骤E中，吸附剂的活化在采用不同气体且尤其是阳极侧废气的情况下执行。第五步骤E可以至少部分与第四步骤D同时进行。第五步骤E中的温度取决于所用的吸附剂。
在最后的第六步骤中，吸附剂以及进而吸附器2a通过空气吹扫被冷却到约20℃温度，在此，吹扫过程优选间接完成，从而未发生空气和吸附器2a的直接接触。
除了所示的实施方式外，本发明显然允许其它的设计原理。因此，至少一个辅助功率单元可以替代地或附加地具有起动燃烧器和/或其它热源，它们本就在燃料电池系统中运行且能产生所提到的被加热流体。
附图标记列表
1燃料箱
2脱硫单元
2a吸附器
3重整器
4辅助功率单元(废气燃烧器)
4a第一废气燃烧器单元
4b第二废气燃烧器单元
5燃料电池叠堆
5a阳极部
5b阴极部
6加湿单元
7附加燃烧器
8鼓风机
9预热器
10出口
11内燃机
12再生流体管线
12a阳极再生流体管线
12b阴极再生流体管线
13废气流体管线
100a，100b，100c燃料电池系统。

Claims (17)

1.一种燃料电池系统(100a；100b；100c)，具有包括阳极部(5a)和阴极部(5b)的燃料电池叠堆(5)、用于重整燃料以用在燃料电池叠堆(5)的阳极部(5a)中的重整器(3)和用于提供燃料给重整器(3)的燃料箱(1)，
其中，在燃料箱(1)的下游和在重整器(3)的上游设有带有吸附器(2a)的脱硫单元(2)，用于燃料的吸附式脱硫，所述燃料是从燃料箱(1)经脱硫单元(2)被送至重整器(3)的，
其特征是，
该吸附器(2a)借助再生流体管线(12)与燃料电池系统(100a；100b；100c)的内燃机(11)和/或阳极部(5a)和阴极部(5b)流体连通，其中，通过该再生流体管线(12)能将被加热流体从阳极部(5a)和阴极部(5b)和/或从内燃机(11)送至该吸附器(2a)。
2.根据权利要求1的燃料电池系统(100a；100c)，其特征是，该吸附器(2a)通过至少一个由该燃料电池系统(100a；100b；100c)驱动的辅助功率单元(4)借助再生流体管线(12)与阳极部(5a)和阴极部(5b)相连，其中，通过该再生流体管线(12)能将被加热流体从阳极部(5a)和阴极部(5b)经由该辅助功率单元(4)送至该吸附器(2a)。
3.根据权利要求2的燃料电池系统(100a；100c)，其特征是，该辅助功率单元(4)具有废气燃烧器，其设置在该重整器(3)上以加热该重整器(3)，其中，该废气燃烧器、尤其是第一废气燃烧器单元(4a)借助该再生流体管线(12)与该吸附器(2a)流体连通。
4.根据权利要求3的燃料电池系统(100a；100c)，其特征是，该废气燃烧器且尤其是第一废气燃烧器单元(4a)与该阴极部(5b)的流体出口流体连通以便将阴极侧废气输送到废气燃烧器中。
5.根据权利要求2至4之一的燃料电池系统(100a；100b；100c)，其特征是，该吸附器(2a)借助再生流体管线(12)、优选是再生流体管线(12)和阳极再生流体管线(12a)，与该阳极部(5a)的流体出口流体连通，以便将阳极侧废气输送到吸附器(2a)中。
6.根据权利要求2至5之一的燃料电池系统(100a；100b；100c)，其特征是，在该再生流体管线(12)中，在该辅助功率单元(4)和/或内燃机(11)的下游且在该吸附器(2a)的上游设有加湿单元(6)，用于加湿被送至吸附器的被加热流体。
7.根据权利要求2至6之一的燃料电池系统(100a；100b；100c)，其特征是，在该再生流体管线(12)中，在该辅助功率单元(4)和/或内燃机(11)的下游且尤其在加湿单元(6)的下游并在该吸附器(2a)的上游设有附加燃烧器(7)，用于进一步加热被送至吸附器的被加热流体。
8.根据权利要求2至7之一的燃料电池系统(100a；100b；100c)，其特征是，该辅助功率单元(4)、尤其是第二废气燃烧器单元(4b)设置在废气流体管线(13)中以输出吸附器(2a)的废气到在该吸附器(2a)下游的燃料电池系统(100a；100b；100c)环境中。
9.一种用于在根据前述权利要求之一的燃料电池系统(100a；100b；100c)中执行源自燃料吸附脱硫的脱硫被吸附物的热再生的方法，其特征是，该吸附器(2a)借助再生流体管线(12)与燃料电池系统(100a；100b；100c)的内燃机(11)和/或阳极部(5a)和阴极部(5b)流体连通，其中，为了脱硫被吸附物的热再生，通过该再生流体管线(12)将被加热流体从阳极部(5a)和阴极部(5b)和/或从内燃机(11)输送至吸附器(2a)以加热该吸附器(2a)。
10.根据权利要求9的方法，其特征是，该吸附器(2a)通过至少一个由该燃料电池系统(100a；100b；100c)驱动的辅助功率单元(4)借助再生流体管线(12)与阳极部(5a)和阴极部(5b)流体连通，其中，为了脱硫被吸附物的热再生而通过该再生流体管线(12)将被加热流体从阳极部(5a)和阴极部(5b)经由辅助功率单元(4)输送至吸附器(2a)。
11.根据权利要求10的方法，其特征是，该辅助功率单元(4)具有废气燃烧器，其安置在重整器(3)上以加热重整器(3)，其中，该废气燃烧器且尤其是第一废气燃烧器单元(4a)借助该再生流体管线(12)与该吸附器(2a)流体连通，并且为了脱硫被吸附物的热再生而通过再生流体管线(12)将被加热流体从废气燃烧器输送至吸附器(2a)。
12.根据权利要求10至11之一的方法，其特征是，该吸附器(2a)借助该再生流体管线(12)与该阳极部(5a)的流体出口流体连通以输送阳极侧废气到吸附器(2a)中，其中，在含氧气氛中确定该吸附器内的吸附剂活性的活性值，并且当确定了该活性值低于预定的阈值时，在脱硫被吸附物的热再生范围内通过该再生流体管线(12)将阳极侧废气送入该废气燃烧器。
13.根据权利要求10至12之一的方法，其特征是，在该辅助功率单元(4)和/或该内燃机(11)的下游且在该吸附器(2a)的上游设有加湿单元(6)，其中，被加热流体在吸附器(2a)上游借助该加湿单元(6)被加湿且随后被送入吸附器(2a)。
14.根据权利要求10至13之一的方法，其特征是，在该辅助功率单元(4)和/或该内燃机(11)下游且尤其在该加湿单元(6)下游并在吸附器(2a)上游设有附加燃烧器(7)，其中，在该再生流体管线(12)中在吸附器(2a)上游确定被加热流体的温度，并且当确定了被加热流体的所确定的温度低于预定的阈值时，该被加热流体在吸附器(2a)上游借助该附加燃烧器(7)被进一步加热且随后被送入该吸附器。
15.根据权利要求10至14之一的方法，其特征是，在脱硫被吸附物的热再生范围内进行如下步骤：
-借助阳极部(5a)和阴极部(5b)和/或辅助功率单元(4)和/或内燃机(11)的被加热流体将该吸附器(2a)内的吸附剂加热到第一温度，
-分解该燃料的被吸附成分并且在高于第一温度的第二温度蒸发所分解的成分，
-在高于第二温度的第三温度分解中间产物并再生吸附剂，和
-冷却所述吸附剂和/或所述吸附器(2a)到低于第一温度的第四温度。
16.根据权利要求15的方法，其特征是，第一温度在100℃至350℃范围内，尤其在约150℃至约300℃范围内，第二温度在350℃至450℃范围内，尤其在约420℃至约440℃范围内，和/或第三温度在450℃至550℃范围内，尤其在约480℃至约530℃范围内。
17.一种机动车，具有根据权利要求1至8之一的燃料电池系统，其配置和设计用于执行根据权利要求9至16之一的方法。
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