CN111989808B - 燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

公开一种燃料电池系统。燃料电池系统具备：燃料电池模块，所述燃料电池模块包括利用空气的氧气及重整的燃料气体的氢气来生成电能的多个单体电池；第一模块，所述第一模块包括燃烧部、空气加热部及水蒸气生成部，所述燃烧部使从燃料电池模块排出的未反应燃料气体及空气燃烧，所述空气加热部通过与从燃烧部生成的火焰及高温燃烧气体的热交换而加热空气，将其供应到燃料电池模块，所述水蒸气生成部通过与从燃烧部生成的高温燃烧气体的热交换而使在内部移动的水变换成水蒸气；及第二模块，所述第二模块将从外部燃料供应源供应的燃料及从气化器供应的水蒸气混合后执行水蒸气重整反应，将重整的燃料气体供应给所述燃料电池模块。

Description

燃料电池系统
技术领域
本发明涉及一种利用碳氢化合物燃料及空气生成电能的燃料电池系统。
背景技术
燃料电池利用氢气和氧气的反应生成电。这种燃料电池在直接使用氢气的情况下效率最高，但为此而将氢气存储罐直接安装于燃料电池安放处，这在安全性方面导致许多问题。因此，现在对碳氢化合物燃料进行重整而生成氢气，将其用作燃料电池的燃料。作为对这种碳氢化合物燃料进行重整的方法，主要使用使水蒸气与碳氢化合物燃料反应而生成氢气的水蒸气重整方法。
另一方面，诸如固体氧化物燃料电池(SOFC)或熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)等的高温运转燃料电池系统，为了提高电气生成效率，稳定地运转系统，需要将燃料气体及空气加热到既定温度以上并供应给燃料电池模块。
在这种燃料电池系统中，需要一种将重整的燃料气体稳定均一地供应给燃料电池模块、利用最小限度的燃烧装置来加热燃料气体及空气的技术。
发明内容
技术问题
本发明目的是提供一种不仅能够提高热效率，而且能够提高重整效率及电气生成效率的燃料电池系统。
技术方案
旨在解决本发明目的的燃料电池系统包括：燃料电池模块，所述燃料电池模块包括利用空气的氧气及重整的燃料气体的氢气来生成电能的多个单体电池；第一模块，所述第一模块包括燃烧部、空气加热部及水蒸气生成部，所述燃烧部使从所述燃料电池模块排出的未反应燃料气体及空气燃烧，所述空气加热部配置于所述燃烧部的上部，通过与从所述燃烧部生成的火焰及高温燃烧气体的热交换而加热空气，将其供应到所述燃料电池模块，所述水蒸气生成部在所述空气加热部下部，邻接所述燃烧部配置，通过与所述高温燃烧气体的热交换而使在内部移动的水变换成水蒸气；及第二模块，所述第二模块邻接所述第一模块配置，将从外部燃料供应源供应的燃料及从所述水蒸气生成部供应的水蒸气混合后，执行水蒸气重整反应，将重整的燃料气体供应给所述燃料电池模块。
在一个实施例中，所述空气加热部可以包括：第一收纳容器，所述第一收纳容器具备第一内部空间，包括形成有使所述第一内部空间露出而相互隔开的第一开口部及第二开口部的底部；及热交换配管，所述热交换配管配置于所述第一内部空间，具备连接于外部空气供应源的入口及连接于所述燃料电池模块的出口；所述燃烧部可以包括：外壳，所述外壳具备向上部开放并通过所述第一开口部而与所述第一内部空间连接的第二内部空间，结合于所述第一收纳容器的底部；内壳，所述内壳配置于所述第二内部空间，具备面积向上部越来越增加并向上部开放的第三内部空间，包括形成有贯通孔的侧壁部，所述贯通孔连接所述第二内部空间与所述第三内部空间；点火装置，所述点火装置配置于所述内壳内部；燃料供应配管，所述燃料供应配管结合于所述内壳，将从所述燃料电池模块排出的所述未反应燃料气体供应到所述第三内部空间；及空气供应配管，所述空气供应配管结合于所述外壳，将从所述燃料电池模块排出的所述未反应空气供应到所述第二内部空间；所述水蒸气生成部可以包括：第二收纳容器，所述第二收纳容器具备通过所述第二开口部而与所述第一内部空间连接的第四内部空间，以邻接所述外壳配置的方式结合于所述第一收纳容器的底部；及气化配管，所述气化配管配置于所述第四内部空间，具备与外部水供应源连接的入口及与所述第二模块连接的出口。
在一个实施例中，所述第一收纳容器可以还包括以从所述底部凸出至第一高度的方式配置的流体引导板。此时，所述第一高度可以小于所述第一内部空间的高度，所述流体引导板的宽度可以与所述第一内部空间的宽度相同。
在一个实施例中，所述热交换配管可以包括多个直管部及连接所述直管部的弯曲部，所述直管部中至少一部分可以贯通所述流体引导板。
在一个实施例中，所述燃烧装置可以还包括扩散网，所述扩散网配置于所述燃料供应配管的出口侧，使从所述燃料供应配管排出的所述未反应燃料气体扩散。
在一个实施例中，所述第二开口部的面积可以小于所述第四内部空间的上部面面积。
在一个实施例中，所述第二收纳容器可以以与所述外壳接触的方式配置。
在一个实施例中，所述第二收纳容器可以具备将通过所述第二开口部而从所述第一内部空间供应的燃烧气体排出到外部的燃烧气体排出口。
在一个实施例中，所述第二模块可以包括：混合器，所述混合器将从所述外部燃料供应源供应的燃料及从所述水蒸气生成部供应的水蒸气混合；第一热交换器，所述第一热交换器配置于所述混合器的上部，通过与从所述燃料电池模块供应的高温未反应燃料气体的热交换，加热从所述混合器供应的所述燃料及水蒸气的混合燃料气体；重整器，所述重整器配置于所述第一热交换器上部，针对从所述第一热交换器供应的所述燃料气体执行水蒸气重整反应而生成重整燃料气体；及第二热交换器，所述第二热交换器配置于所述重整器上部，通过与从所述燃料电池模块供应的高温未反应空气的热交换而加热从所述重整器供应的所述重整燃料气体后，将其供应给所述燃料电池模块。
在一个实施例中，所述第二模块可以还包括容纳所述混合器、所述第一热交换器、所述重整器及所述第二热交换器中一者以上的收纳容器。
在一个实施例中，所述混合器可以包括：外壳，所述外壳具备内部空间及用于将所述内部空间与所述第一热交换器连接的排出口；第一脉动防止板，所述第一脉动防止板配置于所述外壳内部，将所述内部空间分割为第一空间及残余空间，形成有第一贯通孔；第二脉动防止板，所述第二脉动防止板在所述外壳内部配置于所述第一脉动防止板上部，将所述残余空间分割为通过所述排出口而与所述第一热交换器连接的第二空间及位于所述第一空间与所述第二空间之间的第三空间，形成有第二贯通孔；及内壳，所述内壳在所述外壳内部配置于所述第二脉动防止板上部，在所述第二空间内部形成第四空间，形成有连接所述第二空间与所述第四空间的第三贯通孔；可以向所述第一空间及所述第四空间之一供应所述水蒸气，向其余一者供应所述燃料。
在一个实施例中，所述混合器可以还包括：水蒸气供应配管，所述水蒸气供应配管以连接于所述第一空间的方式结合于所述外壳，从所述水蒸气生成部接受供应所述水蒸气并将其供应给所述第一空间；及燃料供应配管，所述燃料供应配管以连接于所述第四空间的方式结合于所述外壳及所述内壳，将从所述燃料供应源供应的燃料供应给所述第四空间。
在一个实施例中，所述第一及第二脉动防止板可以分别包括中心区域及环绕所述中心区域的周边区域，所述第一贯通孔可以在所述第一脉动防止板的所述中心区域形成，所述第二贯通孔可以在所述第二脉动防止板的所述周边区域形成。此时，所述第四空间可以配置于所述第二脉动防止板的所述中心区域上部。
有益效果
根据本发明的燃料电池系统，将空气加热部、燃烧部及水蒸气生成部集合而实现第一模块化，将混合器、第一热交换器、重整器及第二热交换器集合而实现第二模块化，从而可以使连接他们的配管的长度最小化，其结果，不仅可以使差压的发生及热损失最小化，而且可以简化系统的组装工序，容易维护。
而且，具备利用使未反应燃料气体及空气燃烧的一个燃烧装置来加热空气而生成水蒸气的第一模块，因而可以提高热效率，具备能够降低脉动的气化器，因而可以均一地向燃料电池模块供应燃料气体。另外，将借助于热交换而加热的混合燃料气体供应给重整器，将重整的燃料气体通过再次热交换而加热并供应给燃料电池模块，因而可以提高重整效率及电气生成效率。
附图说明
图1是用于说明本发明实施例的燃料电池系统的图。
图2是图1所示的第一模块的剖面图。
图3是用于说明图1所示的混合器的一个实施例的剖面图。
具体实施方式
下面参照附图，对本发明的实施例进行详细说明。本发明可以施加多样的变更，可以具有多种形态，在附图中示例性图示特定实施例并在正文中详细说明。但是，这并非要针对特定公开形态来限定本发明，而应理解为包括本发明的思想及技术范围内包含的所有变更、均等物及替代物。在说明各附图的同时，针对类似的构成要素，使用了类似的附图标记。在附图中，为了有助于本发明的明确性，结构物的尺寸比实际放大图示。
第一、第二等术语可以用于说明多样的构成要素，但所述构成要素不得由所述术语所限定。所述术语只用于把一种构成要素区别于另一构成要素的目的。例如，在不超出本发明的权利范围的同时，第一构成要素可以命名为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以命名为第一构成要素。
本申请中使用的术语只是为了说明特定的实施例而使用的，并非要限定本发明之意。只要在文理上未明白地表示不同，单数的表现包括复数的表现。在本申请中，“包括”或“具有”等术语应理解为是要指定说明书中记载的特征、步骤、动作、构成要素、部件或其组合的存在，不预先排除一个或其以上的其它特征或步骤、动作、构成要素、部件或其组合的存在或附加可能性。
只要未不同地定义，包含技术性或科学性术语在内，在此使用的所有术语具有与本发明所属技术领域普通技术人员一般理解的内容相同的意义。与一般使用的词典定义的内容相同的术语，应理解为具有与相关技术的文理上所具有的意义一致的意义。只要在本申请中未明白地定义，不得过于或过度地解释为形式上的意义。
图1是用于说明本发明实施例的燃料电池系统的图，图2是图1所示的第一模块的剖面图。
如果参照图1至图3，本发明实施例的燃料电池系统1000可以包括燃料电池模块1100、第一模块1200及第二模块1300。在一个实施例中，所述燃料电池模块1100、第一模块1200及第二模块1300可以配置于使他们之间空间被绝热材料填充的热箱(图上未示出)内部。
所述燃料电池模块1100可以包括利用空气的氧气及重整的燃料气体的氢气来生成电能的多个单体电池。所述单体电池可以包括燃料极(anode)、空气极(cathode)及位于他们之间的电解质，如果分别向所述燃料极及空气极供应包含氢气(H2)的燃料气体及包含氧气(O2)的空气，则在所述空气极被还原的氧离子(O2-)经由所述电解质而移动到所述燃料极，移动到所述燃料极的氧离子(O2-)与提供给所述燃料极的氢气(H2)反应而生成水(H2O)和电子(e-)，所述单体电池可以利用如上所述通过反应而生成的电子来生成电能。所述氧气与氢气的反应为发热反应，因而所述燃料电池模块1100可以在生成电能的发电模式期间释放热。
所述燃料电池模块1100可以包括在约500℃以上温度下运转的固体氧化物燃料电池(SOFC)或熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)。另一方面，所述燃料电池模块1100既可以包括平板型单体电池的堆栈(stack)，也可以包括管型或平管型单体电池的束(bundle)。
所述第一模块1200可以加热空气并供应给所述燃料电池模块1100，可以产生水蒸气并供应给所述第二模块1300的气体混合器1310。
在一个实施例中，所述第一模块1200可以通过连接板(图上未示出)，向所述燃料电池模块1100供应所述加热的空气。此时，所述连接板可以形成有用于使第一配管及第二配管连接于所述燃料电池模块1100内部的空气流路(cathode path)及燃料流路(anodepath)的通道，其中，所述第一配管用于将从所述第一模块1200生成的高温空气供应给所述燃料电池模块1100，所述第二配管用于将从所述第二模块1300生成的重整燃料气体供应给所述燃料电池模块1100。
作为一个实施例，所述连接板也可以配置于所述燃料电池模块1100下部，支撑所述燃料电池模块1100，此时，所述第一及第二模块1200、1300也可以配置于所述连接板下部。
作为另一实施例，所述连接板可以配置于所述燃料电池模块1100上部，此时，所述第一及第二模块1200、1300可以配置于所述连接板上部。
另一方面，作为另一实施例，所述第一及第二配管也可以直接连接于所述燃料电池模块1100。
在一个实施例中，所述第一模块1200可以包括空气加热部1210、燃烧部1220及水蒸气生成部1230。
所述空气加热部1210可以加热从外部空气供应源100供应的空气，供应给所述燃料电池模块1100。
作为一个实施例，所述空气加热部1210可以包括第一收纳容器1211及热交换配管1212。
所述第一收纳容器1211可以具备内部空间，所述热交换配管1212可以配置于所述第一收纳容器1211的内部空间。另一方面，在所述第一收纳容器1211的底面，可以形成使所述第一收纳容器1211的内部空间露出于所述燃烧部1220的第一开口部1211a及使所述第一收纳容器1211的内部空间露出于所述水蒸气生成部1230的第二开口部1211b。
所述热交换配管1212可以具有具备多个直管部及连接他们的弯曲部的蛇行结构，可以具备连接于外部空气供应源100的入口及连接于所述燃料电池模块1100的出口。作为一个实施例，所述热交换配管1212的入口及出口可以配置于所述第一收纳容器1211外部。
所述热交换配管1212可以接受提供所述燃烧部1220生成的火焰及从高温燃烧气体接受提供热能，利用其加热从所述外部空气供应源100供应的空气。
在一个实施例中，所述第一收纳容器1211为了增加从所述燃烧部1220供应的高温燃烧气体在所述第一收纳容器1211内部的滞留时间，可以还包括以从底部凸出至既定高度的方式配置的流体引导板1213。
所述流体引导板1213的高度可以小于所述第一收纳容器1211内部空间的高度，所述流体引导板1213的宽度可以与所述第一收纳容器1211内部空间的宽度相同。此时，所述热交换配管1212的一部分可以以贯通所述流体引导板1213的方式配置。
在配置有这种流体引导板1213的情况下，所述燃烧部1220供应的高温燃烧气体可以在所述第一收纳容器1211内部滞留相对较长时间，向所述热交换配管1212供应更多热能。
所述燃烧部1220可以配置于所述空气加热部1210下部，可以使从所述燃料电池模块1100排出的未反应燃料气体及空气燃烧。
作为一个实施例，所述燃烧部1220可以包括外壳1221、内壳1222、点火装置1223、燃料供应配管1224及空气供应配管1225。
所述外壳1221可以具备向上部开放的内部空间，可以结合于所述第一收纳容器1211的底部，以便所述内部空间通过所述第一收纳容器1211的第一开口部1211a而与所述第一收纳容器1211的内部空间连接。此时，所述第一收纳容器1211的第一开口部1211a可以使所述外壳1221的内部空间全体区域露出。如果具备向上部开放的内部空间并可以结合于所述第一收纳容器1211的底部，则所述外壳1221的结构不特别限制。作为一个实施例，所述外壳1221可以包括：第一底部，所述第一底部与所述第一收纳容器1211的底部隔开地配置；及第一侧壁部，所述第一侧壁部从所述第一底部的边缘部分向上部延长，上部端部结合于所述第一收纳容器1211的底部。
所述内壳1222配置于所述外壳1221的内部，可以具备面积向上部越来越增加并向上部开放的内部空间。作为一个实施例，所述内壳1222可以包括：第二底部，所述第二底部配置于所述第一底部的上部；第二侧壁部，所述第二侧壁部以内部空间的截面积从所述第二底部的边缘部分向上部越来越增加的方式倾斜地延长，在所述第二侧壁部可以形成有贯通孔，以便外部空气能够流入所述内壳1222的内部空间。
所述点火装置1223可以配置于所述内壳1222内部，可以使从所述燃料供应配管1224及所述空气供应配管1225供应的燃料及空气点火。作为所述点火装置1223，可以无限制地应用公知的点火装置。
所述燃料供应配管1224可以结合于所述内壳1222，例如，可以结合于所述第二底部，可以将从所述燃料电池模块1100排出的未反应燃料气体供应到所述内壳1222的内部空间。作为一个实施例，从所述燃料电池模块1100排出的高温未反应燃料气体可以先供应给所述第二模块1300的第一热交换器1320，通过热交换来加热混合燃料气体，所述燃料供应配管1224可以从所述第一热交换器1320接受供应通过热交换而冷却的未反应燃料气体，将其供应给所述内壳1222的内部空间。
所述空气供应配管1225可以结合于所述外壳1221，例如可以结合于所述第一侧壁部，可以将从所述燃料电池模块1100排出的未反应空气，供应到所述外壳1221内部空间中的所述内壳1222外部空间。供应到所述外壳1221内部空间的空气可以通过在所述内壳1222的第二侧壁部形成的贯通孔而流入所述内壳1222的内部空间。作为一个实施例，从所述燃料电池模块1100排出的高温未反应空气可以首先供应给所述第二模块1300的第二热交换器1340，通过热交换来加热重整的燃料气体，所述空气供应配管1225可以从所述第二热交换器1340接受提供通过热交换而被冷却的未反应空气，将其供应到所述外壳1221的内部空间。
另一方面，所述燃烧部1220可以还包括扩散网1226，所述扩散网1226配置于所述燃料供应配管1224的出口侧，使从所述燃料供应配管1224供应的未反应燃料气体扩散。作为一个实施例，所述扩散网1226可以结合于所述内壳1222的第二底部上部面。所述未反应燃料气体包含相对较低含量的燃料，当通过所述扩散网1226使燃料扩散时，可以使燃料扩散到更大面积，其结果，所述燃烧部1220可以生成更大面积的火焰。
如上所述形成燃烧空间的所述内壳1222的内部空间具有其截面积向上部越来越增加的结构，在所述燃料供应配管1224的出口侧配置有所述扩散网1226，因而所述燃烧部1220即使接受供应燃料含量相对较低的未反应燃料气体及氧气含量相对较低的未反应空气，也可以生成大面积的火焰。
所述燃烧部1220生成的火焰及高温的燃烧气体可以通过所述第一收纳容器1211的第一开口部1211a而到达所述热交换配管1212，向所述热交换配管1212供应热能。此时，为了向所述热交换配管1212供应更多热能，所述第一开口部1211a的面积可以与所述外壳1221内部空间的上部面面积相同。
所述水蒸气生成部1230可以在所述空气加热部1210下部，与所述燃烧部1220邻接地配置，通过与借助于所述燃烧部1220而生成的高温燃烧气体的热交换，可以使外部水供应源300供应的水变换成水蒸气。
作为一个实施例，所述水蒸气生成部1230可以包括第二收纳容器1231及气化配管1232。
所述第二收纳容器1231可以以通过所述第一收纳容器1211的第二开口部1211b而使内部空间与所述第一收纳容器1211的内部空间连接的方式结合于所述第一收纳容器1211的底部。所述第二开口部1211b的面积可以小于所述第二收纳容器1231内部空间的上部面面积，以便借助于所述燃烧部1220而生成的高温燃烧气体可以在所述第一收纳容器1211的内部空间长时间滞留。例如，所述第二开口部1211b的面积可以为所述第二收纳容器1231内部空间的上部面面积的约1/5以上、4/5以下。
另一方面，为了使热损失最小化，所述第二收纳容器1231的侧壁部可以与所述燃烧部1220的外壳1221接触。
所述气化配管1232可以配置于所述第二收纳容器1231内部，可以具备与外部水供应源300连接的入口及与所述第二模块1300的混合器1310连接的出口。所述气化配管1232可以从借助于所述燃烧部1220生成后经由所述第一收纳容器1211内部空间供应到所述第二收纳容器1231内部的高温燃烧气体接受供应热能，可以利用其使在内部移动的水变换成水蒸气。
所述水蒸气生成部1230为了减小热损失而可以还包括中心结构物1233，所述中心结构物1233配置于所述第二收纳容器1231内部空间，供所述气化配管1232卷绕。
另一方面，在所述第二收纳容器1231可以形成有燃烧气体排出口1231a，所述燃烧气体排出口1231a向所述气化配管1232供应热能，将冷却的燃烧气体排出到外部。
所述第二模块1300可以将从外部燃料供应源200供应的燃料及从所述第一模块1200供应的水蒸气混合后，执行水蒸气重整反应，将重整的燃料气体提供给所述燃料电池模块1100。此时，从所述外部燃料供应源200供应的燃料可以是甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)、天然气(natural gas)、煤气(coal gas)等在化学上含有氢的碳氢化合物燃料。所述第二模块1300为了使热损失最小化而可以邻接所述第一模块1200配置。
在一个实施例中，所述第二模块1300可以包括混合器1310、第一热交换器1320、重整器1330及第二热交换器1340。
所述混合器1310可以邻接所述第一模块1200中的所述燃烧部1220或所述水蒸气生成部1230配置，分别从外部燃料供应源200及所述水蒸气生成部1230接受供应燃料及水蒸气并将他们混合，可以将混合的燃料气体提供给所述第一热交换器1320。
参照图3，对所述混合器1310的结构进行说明。
所述第一热交换器1320可以配置于所述混合器1310上部，可以从所述混合器1310接受提供由所述燃料及水蒸气混合的燃料气体后对其加热，供应给所述重整器1330。作为一个实施例，所述第一热交换器1320可以从所述燃料电池模块1100接受供应高温的未反应燃料气体，可以通过与所述高温未反应燃料气体的热交换而加热所述燃料气体。所述第一热交换器1320的结构不特别限制，公知的燃料电池用热交换器结构可以无限制地应用。
所述重整器1330可以配置于所述第一热交换器1320上部，通过如下述反应式1所示的水蒸气重整反应，从所述燃料中一部分生成氢气，可以将重整的燃料气体供应给所述第二热交换器1340。
[反应式1]
3CH4+4H2P→10H2+2CO+CO2
所述重整器1330的结构不特别限制，公知的水蒸气重整装置可以无限制地应用。
所述第二热交换器1340可以配置于所述重整器1330上部，加热从所述重整器1330供应的重整的燃料气体，供应给所述燃料电池模块1100。所述第二热交换器1340的结构不特别限制，公知的燃料电池用热交换器可以无限制地应用。作为一个实施例，所述第二热交换器1340可以从所述燃料电池模块1100接受供应高温的未反应空气，可以通过与所述高温未反应空气的热交换，加热所述重整的燃料气体。
另一方面，所述第二模块1300可以还包括分别容纳所述混合器1310、所述第一热交换器1320、所述重整器1330及所述第二热交换器1340中一者以上的一个以上的收纳容器(图上未示出)。
图3是用于说明图1所示的混合器的一个实施例的剖面图。
如果参照图3，所述混合器1310可以包括外壳1311、第一脉动防止板1312a、第二脉动防止板1312b、内壳1313、水蒸气供应配管1314及燃料供应配管1315。
所述外壳1311可以具备内部空间，包括用于使所述内部空间与所述第一热交换器1320连接的排出口1311a。只要提供能够从外部燃料供应源200及所述第一模块1200的水蒸气生成部1230接受提供燃料及水蒸气并将其混合的内部空间，则所述外壳1311的结构不特别限制。
所述第一脉动防止板1312a及所述第二脉动防止板1312b在所述外壳1311的内部相互隔开并平行地配置，可以将所述内部空间分割成第一空间10、第二空间20及位于他们之间的第三空间30。此时，所述外壳1311的排出口1311a可以使所述第二空间20与外部连接，在所述第一及第二脉动防止板1312a、1312b，可以形成有诸如水蒸气、燃料等的气体能够通过的贯通孔。
所述内壳1313可以配置于所述第二脉动防止板1312b的上部，在所述第二空间20内部，可以形成第四空间40。作为一个实施例，所述内壳1313可以包括从所述第二脉动防止板1312b向上部延长的侧壁部及覆盖所述侧壁部的上部端部的盖部，与所述第二脉动防止板1312b一同形成所述第四空间40。在所述内壳1313的盖部，可以形成有诸如水蒸气、燃料等的气体能够通过的贯通孔。
在一个实施例中，所述水蒸气供应配管1314可以以连接于所述第一空间10的方式结合于所述外壳1311，可以从所述第一模块1200的水蒸气生成部1230接受供应水蒸气并将其供应给所述第一空间10。而且，所述燃料供应配管1315可以以连接于所述第四空间40的方式结合于所述外壳1311及所述内壳1313，可以将从所述外部燃料供应源200供应的燃料供应给所述第四空间40。
不同于此，在另一实施例中，所述燃料供应配管1315可以以连接于所述第一空间10的方式结合于所述外壳1311，所述水蒸气供应配管1314可以以连接于所述第四空间40的方式结合于所述外壳1311及所述内壳1313。
如上所述，可以利用形成有贯通孔的脉动防止板1312a、1312b，将外壳1311的内部空间分割成多个空间，当向互不相同的空间供应燃料及水蒸气时，由于供应泵或水气化过程中生成的压力变动，即脉动，会减小燃料气体不规则地向所述第一热交换器1320供应。
为了进一步减小因所述脉动导致的混合燃料气体不规则供应，在所述第一脉动防止板1312a中，所述贯通孔可以在中心区域C1与环绕其的周边区域P1中的所述中心区域C1形成，在所述第二脉动防止板1312b中，所述贯通孔可以在中心区域C2与环绕其的周边区域P2中的所述周边区域P2形成。而且，所述内壳1313可以配置于所述第二脉动防止板1312b的中心区域C2上部，所述第四空间40可以不直接与所述第三空间30连接。
根据本发明的燃料电池系统，将空气加热部、燃烧部及水蒸气生成部集合而实现第一模块化，将混合器、第一热交换器、重整器及第二热交换器集合而实现第二模块化，从而可以使连接他们的配管的长度最小化，其结果，不仅可以使差压的发生及热损失最小化，而且可以简化系统的组装工序，容易维护。
而且，具备利用使未反应燃料气体及空气燃烧的一个燃烧装置来加热空气而生成水蒸气的第一模块，因而可以提高热效率，具备能够降低脉动的气化器，因而可以均一地向燃料电池模块供应燃料气体。另外，将借助于热交换而加热的混合燃料气体供应给重整器，将重整的燃料气体通过再次热交换而加热并供应给燃料电池模块，因而可以提高重整效率及电气生成效率。
以上参照本发明优选实施例进行了说明，但相应技术领域的熟练从业者可以理解，在不超出以下权利要求书记载的本发明的思想及领域的范围内，可以多样地修改及变更本发明。

Claims (15)

1.一种燃料电池系统，包括：
燃料电池模块，所述燃料电池模块包括利用空气的氧气及重整的燃料气体的氢气来生成电能的多个单体电池；
第一模块，所述第一模块包括燃烧部、空气加热部及水蒸气生成部，所述燃烧部使从所述燃料电池模块排出的未反应燃料气体及未反应空气燃烧，所述空气加热部邻接所述燃烧部配置，通过与从所述燃烧部生成的火焰及高温燃烧气体的热交换而加热所述未反应空气，将其供应到所述燃料电池模块，所述水蒸气生成部邻接所述燃烧部配置，通过与所述高温燃烧气体的热交换而使在内部移动的水变换成水蒸气；及
第二模块，所述第二模块邻接所述第一模块配置，将从外部燃料供应源供应的燃料及从所述水蒸气生成部供应的水蒸气混合后，执行水蒸气重整反应，将重整的燃料气体供应给所述燃料电池模块，
其中，所述空气加热部包括：
第一收纳容器，所述第一收纳容器具备第一内部空间，包括形成有使所述第一内部空间露出而相互隔开的第一开口部及第二开口部的底部；及
热交换配管，所述热交换配管配置于所述第一内部空间，具备连接于外部空气供应源的入口及连接于所述燃料电池模块的出口；
所述燃烧部包括：
外壳，所述外壳具备向上部开放并通过所述第一开口部而与所述第一内部空间连接的第二内部空间，结合于所述第一收纳容器的底部；
内壳，所述内壳配置于所述第二内部空间，具备面积向上部越来越增加并向上部开放的第三内部空间，包括形成有贯通孔的侧壁部，所述贯通孔连接所述第二内部空间与所述第三内部空间；
点火装置，所述点火装置配置于所述内壳内部；
燃料供应配管，所述燃料供应配管结合于所述内壳，将从所述燃料电池模块排出的所述未反应燃料气体供应到所述第三内部空间；及
空气供应配管，所述空气供应配管结合于所述外壳，将从所述燃料电池模块排出的所述未反应空气供应到所述第二内部空间；
所述水蒸气生成部包括：
第二收纳容器，所述第二收纳容器具备通过所述第二开口部而与所述第一内部空间连接的第四内部空间，以邻接所述外壳配置的方式结合于所述第一收纳容器的底部；及
气化配管，所述气化配管配置于所述第四内部空间，具备与外部水供应源连接的入口及与所述第二模块连接的出口。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述第一收纳容器还包括以从所述底部凸出至第一高度的方式配置的流体引导板。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述第一高度小于所述第一内部空间的高度，所述流体引导板的宽度与所述第一内部空间的宽度相同。
4.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述热交换配管包括多个直管部及连接所述直管部的弯曲部，所述直管部中至少一部分贯通所述流体引导板。
5.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述燃烧部还包括扩散网，所述扩散网配置于所述燃料供应配管的出口侧，使从所述燃料供应配管排出的所述未反应燃料气体扩散。
6.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述第二开口部的面积小于所述第四内部空间的上部面面积。
7.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述第二收纳容器以与所述外壳接触的方式配置。
8.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述第二收纳容器具备将通过所述第二开口部而从所述第一内部空间供应的燃烧气体排出到外部的燃烧气体排出口。
9.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述第二模块包括：
混合器，所述混合器将从所述外部燃料供应源供应的燃料及从所述水蒸气生成部供应的水蒸气混合；
第一热交换器，所述第一热交换器配置于所述混合器的上部，通过与从所述燃料电池模块供应的高温未反应燃料气体的热交换，加热从所述混合器供应的所述燃料及水蒸气的混合燃料气体；
重整器，所述重整器配置于所述第一热交换器上部，针对从所述第一热交换器供应的所述燃料气体执行水蒸气重整反应而生成重整燃料气体；及
第二热交换器，所述第二热交换器配置于所述重整器上部，通过与从所述燃料电池模块供应的高温未反应空气的热交换而加热从所述重整器供应的所述重整燃料气体后，将其供应给所述燃料电池模块。
10.根据权利要求9所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述第二模块还包括容纳所述混合器、所述第一热交换器、所述重整器及所述第二热交换器中一者以上的收纳容器。
11.一种燃料电池系统，其特征在于，包括：
燃料电池模块，所述燃料电池模块包括利用空气的氧气及重整的燃料气体的氢气来生成电能的多个单体电池；
第一模块，所述第一模块包括燃烧部、空气加热部及水蒸气生成部，所述燃烧部使从所述燃料电池模块排出的未反应燃料气体及未反应空气燃烧，所述空气加热部配置于所述燃烧部的上部，通过与从所述燃烧部生成的火焰及高温燃烧气体的热交换而加热所述未反应空气，将其供应到所述燃料电池模块，所述水蒸气生成部在所述空气加热部下部，邻接所述燃烧部配置，通过与所述高温燃烧气体的热交换而使在内部移动的水变换成水蒸气；及
第二模块，所述第二模块具备混合器和重整器，所述混合器邻接所述第一模块配置，将从外部燃料供应源供应的燃料及从所述水蒸气生成部供应的水蒸气混合后，所述重整器针对所述燃料和水蒸气的混合燃料气体执行水蒸气重整反应，将重整的燃料气体供应给所述燃料电池模块，
其中，所述第二模块包括：
第一热交换器，所述第一热交换器配置于所述混合器的上部，通过与从所述燃料电池模块供应的高温未反应燃料气体的热交换，加热从所述混合器供应的所述燃料及水蒸气的混合燃料气体；及
第二热交换器，所述第二热交换器配置于所述重整器上部，通过与从所述燃料电池模块供应的高温未反应空气的热交换而加热从所述重整器供应的所述重整的燃料气体后，将其供应给所述燃料电池模块，
所述混合器包括：
外壳，所述外壳具备内部空间及用于将所述内部空间与所述第一热交换器连接的排出口；
第一脉动防止板，所述第一脉动防止板配置于所述外壳内部，将所述内部空间分割为第一空间及残余空间，形成有第一贯通孔；
第二脉动防止板，所述第二脉动防止板在所述外壳内部配置于所述第一脉动防止板上部，将所述残余空间分割为通过所述排出口而与所述第一热交换器连接的第二空间及位于所述第一空间与所述第二空间之间的第三空间，形成有第二贯通孔；及
内壳，所述内壳在所述外壳内部配置于所述第二脉动防止板上部，在所述第二空间内部形成第四空间，形成有连接所述第二空间与所述第四空间的第三贯通孔；
向所述第一空间及所述第四空间之一供应所述水蒸气，向其余一者供应所述燃料。
12.根据权利要求11所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述第二模块还包括容纳所述混合器、所述第一热交换器、所述重整器及所述第二热交换器中一者以上的收纳容器。
13.根据权利要求11所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述混合器还包括：水蒸气供应配管，所述水蒸气供应配管以连接于所述第一空间的方式结合于所述外壳，从所述水蒸气生成部接受供应所述水蒸气并将其供应给所述第一空间；及
燃料供应配管，所述燃料供应配管以连接于所述第四空间的方式结合于所述外壳及所述内壳，将从所述外部燃料供应源供应的燃料供应给所述第四空间。
14.根据权利要求11所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述第一脉动防止板及第二脉动防止板分别包括中心区域及环绕所述中心区域的周边区域，
所述第一贯通孔在所述第一脉动防止板的所述中心区域形成，
所述第二贯通孔在所述第二脉动防止板的所述周边区域形成。
15.根据权利要求14所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述第四空间配置于所述第二脉动防止板的所述中心区域上部。
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