CN111226337A - 具有两个反应室的燃料电池系统用燃烧器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于燃料电池系统(100)尤其是SOFC系统的燃烧器(1)，其中，该燃烧器(1)作为启动燃烧器和/或补燃器来设计和布置，包括第一工作流体引导部(2)和第二工作流体引导部(3)，其中，该燃烧器(1)包括两个接连布置的且分别具有室入口(4a，4b)和室出口(5a，5b)的反应室(6，7)，其中，在流动方向上，第二反应室(7)的室入口(4b)紧跟在第一反应室(6)的室出口(5a)之后，其中，所述反应室(6，7)分别具有催化材料(18)。本发明还涉及一种这种燃烧器(1)的用途和一种具有这种燃烧器(1)的燃料电池系统。本发明还涉及一种用于运行具有这种燃烧器(1)的燃料电池系统的方法。

Description

具有两个反应室的燃料电池系统用燃烧器
技术领域
本发明涉及一种用于燃料电池系统尤其是SOFC系统的燃烧器，其中，该燃烧器被设计和布置成启动燃烧器和/或补燃器，包括第一工作流体引导部和第二工作流体引导部。
本发明还涉及一种这种燃烧器的用途。
本发明还涉及一种具有这种燃烧器的燃料电池系统。
此外，本发明涉及一种用于运行燃料电池系统的方法。
背景技术
燃料电池系统用燃烧器由现有技术公开了。尤其在以液态燃料如柴油或乙醇或乙醇-水混合物运行的SOFC系统中，可能需要在第一步骤中蒸发和重整液态燃料。尤其是在使用含水乙醇时，因为含水量高(比如55％)而难以乃至无法在火焰燃烧器中燃烧该燃料，该火焰燃烧器例如被用在以柴油运行的燃料电池系统中。
还需要在冷启动时将燃料电池系统加热到工作温度，为此，通常设置所谓的启动燃烧器。另外，通常也需要补燃器，以彻底燃烧来自阳极部的废气。结果，在已知的燃料电池系统中大多设置有启动燃烧器和补燃器。
通常，启动燃烧器是指用于加热燃料电池系统补燃器的启动燃烧器，补燃器又被提供用于加热燃料电池系统重整器。在燃料电池系统冷启动时，当补燃器尚冷且因此不适于加热燃料电池系统重整器时，可以通过启动燃烧器来预热补燃器。一旦补燃器通过燃料电池系统的运行达到工作温度，启动燃烧器可被停用。
由DE 102 37 744 A1例如得知一种具有启动燃烧器的燃料电池系统，启动燃烧器被装入燃烧器壳体中。在燃烧器壳体中，旁流空气可在启动燃烧器之外沿其流动，随后旁流空气与从启动燃烧器流出的热气一起进入混合区。在混合区内，旁流空气与热气尽量均匀混合，以作为温度受控的热气流流出并加热燃料电池系统。
还从DE 10 2006 048 984 A1中知道了一种将燃烧装置用在燃料电池系统中的用途。燃烧装置可以作为补燃器运行，其中，通过燃气供应管路可给混合区供应燃料电池的或燃料电池堆的阳极废气。燃烧装置还可以在燃料电池系统的启动阶段中作为启动燃烧器工作，做法是被供给燃烧装置的燃烧混合物也在没有阳极废气供应情况下被燃烧。但是，从该出版物中未得知可尤其如何将以液态燃料运行的燃料电池系统高效地置于工作温度。
发明内容
本发明的任务是提升前言所述类型的燃烧器的效率，由此同时可以减少燃料电池系统的零部件数量。
另一个目的是指出一种这种燃烧器的用途。
另外，一个目的是指出一种具有这种燃烧器的燃料电池系统。
另外，一个目的是指出一种用于运行燃料电池系统的改进方法。
根据本发明，如此完成该任务，即，前言所述类型的燃烧器包括两个接连布置的且分别具有室入口和室出口的反应室，其中，在流动方向上，第二反应室的室入口紧跟在第一反应室的室出口之后，在这里，每个反应室具有催化材料。
由此获得的优点尤其在于如此构成的燃烧器不仅作为启动燃烧器、也作为补燃器来构成和布置或者可构成和布置。即，唯一构件根据设有燃烧器的燃料电池系统的工作状态而同时起到启动燃烧器和补燃器作用。该燃烧器被设计成两级燃烧器，在此，第一反应室形成第一级，第二反应室形成第二级。第一工作流体和/或第二工作流体可以在本发明的燃烧器中一方面被蒸发以及至少部分被重整，另一方面也彻底燃烧以及被加热到所需的或预定的温度。自燃烧器流出的过程气体通过其两级设计具有足够高的温度，以通过一个或多个换热器部件将用于燃料电池堆的燃料以及空气或工作流体加热到工作温度。另外在燃烧器中，从燃料电池堆的阳极部和阴极部流出的燃料电池废气可被彻底再燃烧，在这里，单独的补燃器因此是多余的，因为该燃烧器在唯一的燃料电池系统内可作为启动燃烧器和补燃器来使用。因此，根据本发明的燃烧器允许放弃燃料电池系统中的一个部件，因为燃烧器融合了两个部件。
根据本发明的第一方面，提供一种用于燃料电池系统尤其是SOFC系统(SOFC代表“solid oxide fuel cell”，即固体氧化物燃料电池)的燃烧器。这样的燃料电池系统例如可以用液态燃料来运行。
燃烧器尤其设计用于催化燃烧液态燃料，为此两个反应室分别包括催化材料。燃烧器的构思允许通过燃料的预蒸发和部分预重整来尤其是将乙醇-水混合物用作燃料，其已知地因为很高的含水量而难以蒸发且进而难以燃烧。由此可行的是，将假想在阳极侧没有必需循环情况下被蒸汽重整的高含水量燃料也用于启动过程。但如果本发明的燃烧器布置在燃料电池系统中，则它可以马上用液态燃料-水混合物如乙醇-水混合物运行。
第一工作流体引导部尤其作为第一反应室的组成部分布置且设计用于给燃烧器或第一反应室供应第一工作流体。如果燃烧器作为启动燃烧器工作，则第二工作流体引导部设计用于给燃烧器供应空气。如果燃烧器承担补燃器的功能，在一个实施方式变型中，第一工作流体引导部内没有工作流体流动，而在第二工作流体引导部中有阳极废气或燃料电池废气(阳极废气和阴极废气)流动，其被供给燃烧器以便被彻底燃烧。因为阴极废气尤其只是空气，故阳极废气在燃烧器中与阴极废气一起被燃烧。在燃烧器作为补燃器运行时，在温度过高的情况下，给燃烧器额外供应空气可能是有利的。
在另一实施方式变型中也可能有利的是，在燃烧器作为补燃器运行时，在第一工作流体引导部中引导第一工作流体。随后的反应于是与作为启动燃烧器的运行相似地进行，只不过第二工作流体不是空气，而是阳极废气或燃料电池废气。第一工作流体优选是液态燃料-水混合物、尤其是乙醇-水混合物。
燃烧器的两个反应室尤其相互紧邻，从而第一反应室的室出口与第二反应室的室入口相接。两个反应室先后被由空气与燃料-水混合物或燃料电池废气构成的混合物流过，即，第二反应室布置在第一反应室的下游。即，它们在流动方向上接连相接地布置。
有利的是，每个反应室至少在局部旋转对称地构成，在这里，它们分别包括至少两个尤其呈柱形的层。尤其优选地，每个反应室至少局部呈空心筒体状构成。该柱形层在此尤其相互同轴插套或至少相互同轴布置。在柱形层之间可以由此形成多个室。
有利的是第一反应室包括电热机构。由此，燃烧器在燃烧器启动阶段中可被电力预热。尤其是，电热机构被设计用于加热第一工作流体，尤其优选的是，该加热机构只被设计用于在起到启动燃烧器功能的燃烧器的加热阶段中加热、蒸发和/或重整第一工作流体。作为燃料或燃料-水混合物存在的第一工作流体因此不仅可被预加热，也可被蒸发并且在一定的预定程度上可被预重整。由此，该燃烧器在被用作启动燃烧器时可以很有效地工作。在加热运行中，该电热机构可以例如在大约2分钟至10分钟的期间内运行。在燃烧器被用作补燃器时，电热机构一般未被使用。用于蒸发和重整的电力辅助虽然原则上可以在外部部件中进行，但出于空间考虑力求集成该功能。
此时有利的是，第一反应室的第一径向最外柱形层被设计成蒸发罩，在这里，该电热机构延伸布置在蒸发罩和第二柱形层之间，尤其是至少部分呈螺旋形围绕第二柱形层延伸布置。由此该加热机构非常节省空间地布置在启动燃烧器中。在径向上在蒸发罩和第二柱形层之间，有利地形成蒸发室。蒸发罩在外部径向包围蒸发室。在蒸发室内进行的反应(第一工作流体的蒸发和预重整)可以被视为燃烧器第一级的预备级或次级。加热机构尤其在第一反应室的近似整个轴向长度上呈螺旋形围绕第二柱形层；它形成加热线圈。在本发明范围内，所有柱形层是指空心柱形层，除非另有明确所指。
作为其替代方式，所述蒸发室和/或蒸发罩也可以布置在第一和第二反应室之间。此时又可能有利的是，设置如下电热机构，其最好延伸布置在蒸发罩和蒸发室柱形层之间，并且尤其至少部分呈螺旋形围绕柱形层延伸布置。蒸发室有利地在径向上形成在所述蒸发罩和柱形层之间。蒸发罩在外部径向包围该蒸发室。
在两个变型中，第一工作流体尤其是燃料-水混合物比如乙醇-水混合物或者燃料在第一步骤中被引导入该蒸发室，蒸发室被用电热机构加热。在蒸发室内，第一工作流体至少被蒸发，尤其是它被蒸发和预重整。一旦燃烧器已到达预定温度，则电热机构被关断。在流动方向上，在下游将蒸发的且尤其是预重整的第一工作流体送入第一反应室，其在第一反应室内与第二工作流体尤其是空气一起被催化燃烧。第一反应室完全或是至少部分沿径向布置在蒸发室之内，从而在催化燃烧时产生的热可被用于蒸发和预重整第一工作流体。如果蒸发室布置在第一和第二反应室之间，则第一和/或第二反应室在径向上至少部分延伸入蒸发室之内，从而在催化燃烧时产生的至少一部分热被输出并可被用于蒸发和或许预重整所述第一工作流体。
尤其在本发明范围内规定，从燃烧器中至少或仅在第一反应室中汲取热，以便蒸发且或许预重整第一工作流体。
适当的是，第一工作流体引导部至少局部呈螺旋形围绕第二柱形层延伸。尤其是，由此构成的螺旋形第一工作流体引导部如此在所形成的加热线圈之间延伸，即，加热线圈被第一工作流体绕流。由此，在第一工作流体引导部内被引导的第一工作流体可以很高效且在短时间内被加热。第一工作流体在一部位被引导入呈螺旋形延伸的第一工作流体引导部中，其相比于距第一反应室的室入口而布置得更靠近室出口。螺旋形第一工作流体引导部比如结束在第一反应室的室入口区域中，在这里，在燃烧器作为启动燃烧器工作时，第一工作流体与空气混合并且在径向最内柱形层之内被引导入第一反应室。第一工作流体在呈螺旋形的第一工作流体引导部内所经过的路程因此长到足以保证第一工作流体不仅被加热，也几乎完全或完全被蒸发以及被至少部分重整或预重整，随后第一工作流体与空气混合。所述电热机构和第一工作流体引导部分别至少部分在蒸发室之内延伸。此时，加热机构呈螺旋形构成并且被第一工作流体环绕冲扫。为了给工作流体设定流动方向，在蒸发室内设置有导板，从而第一工作流体呈螺旋形向第一室的室入口流动。第二柱形室此时可以有利地在壁处配设有肋片，以便在电力辅助被关断时增强向第一柱形室的传热。
还有利的是第一工作流体引导部包括至少两个局部，其中，第一局部设计用于将第一工作流体的第一部分供应至第一反应室的室入口，第二局部设计用于将第一工作流体的第二部分供应至第一反应室的室入口。第一局部此时如上所述呈螺旋形环绕第二柱形层布置，并且如所述那样有利地将约70％的第一工作流体引导至第一反应室的室入口。第二局部被设计成比第一局部小得多，但也呈螺旋形环绕第二柱形层延伸。通过第二局部，约30％的第一工作流体被引导，在这里，这一部分的第一工作流体被引导向第一反应室的室出口。这尤其在燃烧器作为启动燃烧器工作时进行，但也可以规定，在作为补燃器工作时，第一工作流体如所述的那样至少通过第一或第二局部可被供给第一室。
有利的是第二工作流体引导部设计用于将第二工作流体供应至第一反应室的室入口，其中，在第一反应室的室入口处设有用于使第二工作流体转向的挡板。在第一反应室的室入口区域中将气态的尤其是部分重整的第一工作流体与第二工作流体混合。第二工作流体在作为启动燃烧器工作时是空气尤其是环境空气，其可以直接通过外界源或是最好通过燃料电池系统的阴极回路来供应。借此，在作为启动燃烧器工作时，呈燃料-水混合物形式的第二工作流体被燃烧。为了获得第二工作流体与燃料-水混合物的很高效的混合，设有该挡板，挡板尤其是设计成圆形且呈全域式，并且在径向上一直延伸到比如第二柱形层。流入的第二工作流体遇到挡板并且由此被引导向流入的燃料-水混合物。通过所述布置，大部分地避免了燃料-水混合物与第二工作流体的不良混合。有利地，径向最内柱形层被设计成穿孔的空心筒体。空心筒体尤其由金属或金属合金构成并且形成第一反应室的径向最内元件。第二工作流体或第一和第二工作流体的混合物通过引导件被引导入穿孔空心筒体的内腔。通过在空心筒体内径向形成的穿孔，第二工作流体或第一和第二工作流体的混合物被径向向外地引导向第二柱形层。
有利的是，至少第一反应室的催化材料被设计成催化涂覆织物，其中，它尤其是呈环形围绕径向最内柱形层布置。原则上，作为涂覆织物构成的催化材料可任意成形。可能有利的是，催化涂覆织物是金属的且具有多个缺口。在本发明范围内，它最好呈环形布置在径向最内柱形层的壁上。所述织物具有比最内径向层、第二柱形层和蒸发罩更大的径向厚度。径向靠内的一端有利地形成催化器入口，而催化层的径向靠外的一端形成催化器出口。该织物最好设计成具有多个径向穿孔或通道，从而其可在径向上从内到外地被流过，在这里，第一和/或第二工作流体被催化燃烧。这相比于从现有技术中知道的燃料电池系统用燃烧器有以下优点，通过形成催化器的织物来明显降低混合物的压力损失。该催化材料也可以呈螺旋形围绕径向最内层卷绕。另外，催化材料可以具有若干穿孔。为了涂覆织物，织物可以例如被浸泡在催化溶液中或者被喷洒催化溶液。有利的是该织物是金属的。
为了利用在催化燃烧时出现的热，有利地在涂覆织物和第二柱形层之间布置导热件。通过例如可设计成肋片状的所述导热件，催化燃烧形成的热在织物中径向向外地可被传导至螺旋形工作流体引导部。这允许该电热机构在短时间后就已被关断，尤其在催化反应开始之后就已被关断。即，通过催化燃烧来提供热，用以进一步蒸发第一工作流体引导部中的第一工作流体。
在第一反应室内，第一工作流体尤其可以彻底燃烧。利用此时出现的余热，随后可以在第一工作流体供应管路尤其是在蒸发室内蒸发第一工作流体并进行部分重整，随后其被送入第一反应室的室入口。因此，一旦出现余热，则可以放弃电热机构运行。另外，由此将出现的燃烧气体最高仅加热到约600℃温度，余热被用于蒸发第一工作流体。由此，一方面不超出常用催化材料的约为1000℃的允许最高温度，另一方面避免在第一反应室内的各自灼热部位，由此可以获得尽量均匀的混合。
有利的是，第二反应室包括穿孔空心筒体和催化涂覆织物，其中，该织物在周向上至少部分包围该穿孔的空心筒体。不同于第一反应室，在此，径向靠内的一端有利地形成催化器出口，而径向靠外的一端形成催化器入口。该织物最好设计成具有多个径向穿孔或通道，从而其可以在径向上从外到内地被流过。尤其是第二反应室设计用于在燃烧器作为启动燃烧器工作时将过程气体温度提高至最高温度，在这里，最高温度由催化材料限制并且在当前常用材料情况下约为950℃。因为第一工作流体的一部分只在第一反应室的一轴向端被输入，故它在第二反应室内被催化燃烧，由此，离开燃烧器的过程气体的温度明显升高。这也可以如此实现，即，在第二反应室内没有将燃烧余热用于其它目的。即，通过两级燃烧器可以获得过程气体的最高温度，而没有损伤燃烧器的催化材料。燃烧器使用寿命因此被延长，因为催化材料分解被减轻、尤其被近似避免。在第二反应室中，在第一工作流体和气态混合物之间的分布更均匀，因此第二反应室中的温度分布也是均匀的。因此，可更好地接近过程气体的要获得的最高温度。第二反应室的工作方式在作为启动燃烧器运行时和在作为补燃器运行时是基本一样的。
有利的是，本发明的燃烧器至少部分尤其完全通过增材法或3D打印来加工或制造。尤其优选地，它在此可以是一体式制造的。
本发明的燃烧器有利地作为启动燃烧器和补燃器被应用在以液态燃料运行的燃料电池系统中。
根据本发明的另一个方面，提供一种具有如前所详述的燃烧器的燃料电池系统。燃料电池系统还具有包含阳极部和阴极部的燃料电池堆以及蒸发器和重整器，其中，该燃烧器设计和布置用于加热重整器、蒸发器和换热器，换热器负责加热要供给阴极部的空气。为此，本发明的燃料电池系统带来与关于本发明的燃烧器所明确描述的一样的优点。燃料电池系统优选是SOFC系统。重整器优选设计用于将燃料混合物例如乙醇和水重整为其它的燃料混合物、在此情况下是氢气和二氧化碳。重整出的氢气可以在燃料电池堆中被用于产生电流。燃烧器设计用于借助燃料电池堆的燃料电池废气来加热重整器。在本发明的一个有利改进方案中可能的是设有另一个换热器，其中，从燃烧器流出的过程气体流过换热器的高温侧，并加热经由换热器的低温侧流到燃料电池堆阴极部的空气。还可能有利的是，在燃料电池堆的下游且在重整器或另一个换热器的上游设置附加换热器。它设计用于调整工作流体(燃料-水混合物和空气)的输入温度。目的是将两种工作流体之间的温差保持得尽量小，从而在燃料电池堆中绝大部分地避免了热应力。本发明的燃料电池系统尤其被用在机动车中。
为实现另一目的，前言所述类型的方法具有如下步骤：
-将电热机构投入使用并将第一工作流体输入第一工作流体引导部，以至少蒸发第一工作流体；
-经由第二工作流体引导部将第二工作流体引导至第一反应室的室入口；
-经由第一工作流体引导部将第一工作流体输送至第一反应室的室入口；
-在第一反应室的室入口将第一工作流体与第二工作流体混合，其中，第二工作流体通过挡板被转向；
-催化燃烧该工作流体混合物；
-关断该电热机构。
借此获得的优点尤其在于，通过本发明方法的步骤，燃料电池系统可以高效地在短时间内被加热，其中，燃烧器本身也被高效快速地加热。在燃烧器作为启动燃烧器工作时，第二工作流体是空气，而第一工作流体是燃料或燃料-水混合物。一旦工作流体混合物被燃烧，则电热机构关断，因为燃烧会产生热，借此，第一工作流体在被送入燃烧器之前被加热和蒸发。尤其是第一工作流体在第一工作流体引导部内不仅被完全蒸发，而且至少部分被预重整。因此，起初在燃烧器或燃烧器的催化部分内达到规定的工作温度之前，该电热机构可以被一直启动以加热或预热第一工作流体。一旦达到了规定的工作温度，则电热机构可被停止。余下的方法步骤接着被重复。其余的与作为启动燃烧器的燃烧器工作方式相关的优点和功能与关于本发明的燃烧器以及本发明的燃料电池系统所明确描述的优点和功能一样。
在此还有利的是，在第一反应室的室出口处供应第一工作流体的第二部分，其中，第一工作流体的第二部分和气态的工作流体混合物被送入第二反应室并且在第二反应室内被催化燃烧。由此，从燃烧器流出的过程气体被提高到期望的规定的工艺过程温度，而没有损伤燃烧器的催化部分。
此时有利的是，所出现的过程气体在燃烧器的下游至少被用于加热重整器和蒸发器，在这里，给重整器和蒸发器供应第一工作流体。因此在蒸发器内，通过在燃烧器中被加热的过程气体来蒸发第一(液态)工作流体，其中，该第一工作流体经由阳极供应管路被供给蒸发器。在设置在蒸发器下游的重整器内，现在呈气态的第一工作流体通过灼热的过程气体被重整。从燃烧器流出的过程气体具有约950℃温度并且能附加地或替代地也被用于加热至少一个换热器，在这里，通过换热器来加热通过阴极供应管路被供给阴极部的空气(第二工作流体)。原则上有利的是，第一和第二工作流体近似以相同温度被送入燃料电池堆，因此，它有利地在换热器的下游被输送经过附加换热器，其使两种工作流体的温度变为一致。
就方法而言有利的是燃料在重整器的下游被供给阳极部，在此，在燃料电池堆的下游，阳极废气与阴极废气混合并经由第二工作流体引导部被供给该燃烧器。通过该方法步骤，燃烧器被用作补燃器。由此，燃烧器不仅被用作启动燃烧器，也被用作补燃器。为此，本发明的方法也带来与在先关于本发明的启动燃烧器以及本发明的燃料电池系统所明确描述的一样的优点。
此时有利的是所述阳极废气与阴极废气一起在燃烧器中分两级燃烧，在此，最好停止经由第一工作流体引导部供应第一工作流体。因为阳极废气已经与阴极废气(空气)混合，故有利地不再需要供应空气。尽管在燃烧器起到补燃器作用时可能有利的是不给燃烧器供应第一工作流体，但可能有利的是经由第一工作流体引导部至少有时给燃烧器供应燃料或燃料-水混合物。
在燃烧器作为启动燃烧器投入使用之后，燃烧器将灼热废气经由换热器输送至燃料电池系统的阳极部和阴极部。通过在至阴极部的阴极回路中经由换热器的低温侧输送环境空气，燃料电池系统被加热。一旦在燃料电池系统中达到工作温度，阳极电流可被启动。同时，对启动燃烧器的燃料供应被停止并且部件(燃烧器)进入补燃器被动运行，补燃器通过完全氧化来二次处理燃料电池废气。这是可行的，因为从叠堆中流出的气流被直接引导入燃烧器的室入口。
附图说明
其它的优点、特征和作用来自以下所示的实施例。在此时所参照的附图中示出了：
图1示出一个本发明的燃烧器，
图2示出另一个本发明的燃烧器；
图3示出本发明的燃烧器的截面；
图4示出用于说明根据一个本发明实施方式的燃料电池系统的框图。
具体实施方式
图1和图2示出根据本发明的用于燃料电池系统100的燃烧器1。它包括两个反应室6、7，它们在流动方向上接连布置。每个反应室6、7分别具有室入口4a、4b和室出口5a、5b。燃烧器1还具有第一工作流体引导部2和第二工作流体引导部3，其中，第一工作流体引导部2设计用于引导第一工作流体，而第二工作流体引导部3设计用于引导第二工作流体。在本发明范围内，作为第一工作流体而最好采用乙醇-水混合物，作为第二工作流体采用空气。第一工作流体引导部2在此包括第一局部2a和第二局部2b。
如图1和图2所示，燃烧器1的第一反应室6和第二反应室7都呈空心筒体形式；它们分别具有多个柱形层8、9、10、14、15、18。径向最内层10、14分别被设计成金属的穿孔空心筒体。两个反应室6、7径向朝外地被径向最外柱形层8、16封闭。第一反应室6的径向最外柱形层8被设计成蒸发罩，在它和第二柱形层9之间形成蒸发室。在蒸发室内，第一工作流体被蒸发和预重整。
图3示出本发明的燃烧器1的截面。第一反应室6在径向上从外到内地如下构成：作为蒸发罩构成的径向最外柱形层8包围螺旋形电热机构11，其中，电热机构呈螺旋形围绕第二柱形层9延伸，并且如图1和图2所示在第一室6的室入口4a区域中进入蒸发罩内部。同样地，与电热机构11交替地，第一工作流体引导部2围绕第二柱形层9延伸。由此，可以在燃料电池系统100冷启动时加热并蒸发第一工作流体。沿径向在第二柱形层9内侧布置有若干导热件13，它们与催化层18相接。沿径向在催化层18内侧设置有呈穿孔空心筒体状的径向最内层8。第二反应室7包括比第一反应室6更少的零件并且在径向上从外到内地如下构成：最外柱形层16对外封闭第二反应室7。在第二反应室之内又设有催化层18。催化层一般与第一反应室6的催化层18相同地构成。
尤其优选地，第一和第二反应室6、7的催化层18被设计成催化涂覆织物15。根据图3，催化层18因此分别对应于织物15。作为金属的穿孔空心筒体构成的径向最内层14径向靠内地与之相接。织物15在径向上围绕穿孔的空心筒体延伸，在这里，空心筒体和织物15都设计成具有径向延伸的若干穿孔。
两个反应室6、7分别具有室入口4a、4b和室出口5a、5b。在第一反应室6的室入口4a区域中设置有挡板12，用于偏转第二工作流体。为了将第二工作流体或第一和第二工作流体的混合物引导至最内层8的内部区域中，还设有引导件17。被加热的过程气体经由第二反应室7的室出口5b从燃烧器1流出。
图4示出具有燃烧器1的燃料电池系统100的框图。燃料电池系统1还包括蒸发器140、重整器150、两个换热器160、170和包含阳极部120和阴极部130的燃料电池堆110。燃料电池系统100以液态燃料-水混合物工作，其通过阳极供应管路20经由蒸发器140(在那里，燃料-水混合物变为气态)、重整器150(在那里，气态燃料-水混合物被重整)和另一换热器170被供给阳极部。通过阴极供应管路，空气经由换热器160和另一个换热器170被供给阴极部130。当燃料电池系统100处于工作中时(即在加热运行之后)，这些步骤被执行。
为了加热燃料电池系统100，本发明的燃烧器1被用作启动燃烧器：电热机构11被投入使用，并且第一工作流体被输入第一工作流体引导部2。在那里，它利用加热机构11被加热、蒸发和部分重整。紧接着，空气(通过第二工作流体引导部3)以及燃料-水混合物被输送或引导至第一反应室6的室入口4a，并在那里被混合。该混合物此时径向向外地被引导向催化层18并在那里被催化燃烧。因为燃烧释放热，故电热机构11现在可以被关断。在第一反应室6的室出口5a处供应燃料-水混合物的第二部分，并且其与已呈气态的燃料-水-空气混合物被送入第二反应室7。在那里又发生催化燃烧。从第二反应室流出的过程气体现在具有约950℃温度。过程气体如图4所示在流动方向上加热重整器150、换热器160和蒸发器140。流入到换热器160的空气又加热燃料电池堆110。一旦所有部件具有预定的工作温度，则燃烧器1不再需要作为启动燃烧器工作，即，最好不再通过第一工作流体引导部2供应第一工作流体。
在燃料电池系统100运行时，燃烧器1被用作补燃器。阳极废气在燃料电池堆110的下游与阴极废气混合。叠堆废气通过第二工作流体引导部3被供给燃烧器1并在那里尤其分两级被燃烧。
根据图4，在燃料电池系统100内还设有阀180。阀设计和布置用于或许用空气冷却该燃烧器1。这例如可能在下述情况下是需要的，即，由燃料电池系统100提供的电能所馈入的电池是充满的且无法被进一步馈电。于是，燃料电池堆110自动关断。但是，多余燃料在燃料电池系统100中还被继续输入，并且未被燃料电池堆110使用，而是燃料经由燃料电池堆110直接进入燃烧器1。在此有以下危险，即，超出燃烧器1内所允许的最高温度，因而燃烧器1通过打开阀180而被来自阴极输送管路30的空气冷却。
本发明的燃烧器1可以在燃料电池系统100中不仅被用作启动燃烧器、也被用作补燃器。在燃料电池系统100被加热时，它被用作启动燃烧器，而在燃料电池系统100运行时被用作补燃器。

Claims (18)

1.一种用于燃料电池系统(100)尤其是SOFC系统的燃烧器(1)，其中，该燃烧器(1)作为启动燃烧器和/或补燃器来设计和布置，包括第一工作流体引导部(2)和第二工作流体引导部(3)，其特征是，该燃烧器(1)包括两个接连布置的且分别具有室入口(4a，4b)和室出口(5a，5b)的反应室(6，7)，其中，在流动方向上，第二反应室(7)的室入口(4b)紧跟在第一反应室(6)的室出口(5a)之后，其中，所述反应室(6，7)分别具有催化材料(18)。
2.根据权利要求1的燃烧器(1)，其特征是，所述反应室(6，7)分别至少在局部旋转对称地构成，其中，每个所述反应室包括至少两个尤其呈柱形的层(8，9，10，14，15，18)。
3.根据权利要求1或2的燃烧器(1)，其特征是，该第一反应室(6)具有电热机构(11)。
4.根据权利要求3的燃烧器(1)，其特征是，该第一反应室(6)的第一径向最外柱形层(8)被设计成蒸发罩，其中，该电热机构(11)延伸布置在该蒸发罩与第二柱形层(9)之间，并且尤其是至少部分呈螺旋形环绕第二柱形层(9)延伸地布置。
5.根据权利要求1至4之一的燃烧器(1)，其特征是，该第一工作流体引导部(2)至少部分呈螺旋形围绕该第二柱形层(9)延伸。
6.根据权利要求1至5之一的燃烧器(1)，其特征是，该第一工作流体引导部(2)包括至少两个局部(2a，2b)，其中，第一局部(2a)设计用于将第一工作流体的第一部分输送至该第一反应室(6)的室入口(4a)，第二局部(2b)设计用于将该第一工作流体的第二部分输送至该第一反应室(6)的室出口(5a)。
7.根据权利要求1至6之一的燃烧器(1)，其特征是，该第二工作流体引导部(3)设计用于将第二工作流体输送至该第一反应室的室入口(4a)，其中，在该第一反应室(6)的室入口(4a)设置有用于使该第二工作流体转向的挡板(12)。
8.根据权利要求1至7之一的燃烧器(1)，其特征是，所述反应室(6，7)的径向最内柱形层(10，14)分别设计成穿孔的空心筒体。
9.根据权利要求1至8之一的燃烧器(1)，其特征是，至少该第一反应室(6)的催化材料(18)被设计成催化涂覆织物(15)，其中，它尤其呈环形围绕该径向最内柱形层(10)布置。
10.根据权利要求9的燃烧器(1)，其特征是，在该涂覆织物(15)和该第二柱形层(9)之间设置导热件(13)。
11.根据权利要求1至10之一的燃烧器(1)，其特征是，该第二反应室(7)包括穿孔空心筒体(14)和催化涂覆织物(15)，其中，该织物(15)在周向上至少部分包围该穿孔的空心筒体(14)。
12.一种将根据权利要求1至11之一的燃烧器(1)作为启动燃烧器和补燃器用在燃料电池系统(100)中的用途，该燃料电池系统以液态燃料工作。
13.一种燃料电池系统(100)尤其是SOFC系统，具有根据权利要求1至11之一的燃烧器(1)，其特征是，该燃料电池系统(100)还具有包括阳极部(120)和阴极部(130)的燃料电池堆(110)以及蒸发器(140)和重整器(150)。
14.一种用于运行具有根据权利要求1至11之一的燃烧器(1)的燃料电池系统(100)、尤其是根据权利要求13的燃料电池系统(100)的方法，其中，该方法包括以下步骤：
-将电热机构(11)投入使用并将第一工作流体输入第一工作流体引导部(2)，以至少蒸发该第一工作流体；
-经由第二工作流体引导部(3)将第二工作流体引导至第一反应室(6)的室入口(4a)；
-经由该第一工作流体引导部(2)将该第一工作流体输送至该第一反应室(6)的室入口(4a)；
-在该第一反应室(6)的室入口(4a)将该第一工作流体与该第二工作流体混合，其中，该第二工作流体通过挡板(12)被转向；
-催化燃烧该工作流体混合物；
-关断该电热机构(11)。
15.根据权利要求15的方法，其特征是，在该第一反应室(6)的室出口(5a)处供应该第一工作流体的第二部分，其中，该第一工作流体的第二部分和气态的工作流体混合物被输入该第二反应室(7)并在该第二反应室(7)中被催化燃烧。
16.根据权利要求15的方法，其特征是，出现的过程气体在该燃烧器(1)下游被用来加热重整器和蒸发器，其中，给所述重整器和蒸发器供应该第一工作流体。
17.根据权利要求16的方法，其特征是，该燃料在该重整器(150)的下游被供给该阳极部(120)，其中，在该燃料电池堆(110)的下游将阳极废气与阴极废气混合并经由该第二工作流体引导部(3)供给该燃烧器(1)。
18.根据权利要求17的方法，其特征是，该阳极废气和该阴极废气分两级在该燃烧器(1)中被燃烧，其中，最好停止经由该第一工作流体引导部(2)供应该第一工作流体。
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