AT407100B

AT407100B - Brennstoffzellenanordnung

Info

Publication number: AT407100B
Application number: AT0138299A
Authority: AT
Inventors: Thomas Dr Hocker; Reinhold Kehl
Original assignee: Vaillant Gmbh
Priority date: 1999-08-12
Filing date: 1999-08-12
Publication date: 2000-12-27
Also published as: DE10040011A1; ATA138299A

Description


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   Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffzellenanordnung gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1 
Erdgas enthält u.a auch als Odorierungsmittel Schwefelverbindungen, zumeist Tetra-   hydrothiopen     (C4H8S)   oder Mercaptane Wird Erdgas als Brenn- bzw Prozessgas für Brennstoffzellen eingesetzt, so muss das Erdgas entschwefelt werden, damit keine Schädigung des Reformers oder der Brennstoffzelle auftritt Bei Brennstoffzellenblockheizwerken werden zumeist   Zinkoxidfilter   eingesetzt Bei einer Betriebstemperatur zwischen 200 und 300 C wird das Prozessgas durch den Filter geleitet Zinkoxid nimmt Schwefel gemäss der Formel 
 EMI1.1 
 auf.

   Je mehr Zinkoxid auf diese Art reagiert, um so weniger Schwefel kann noch gebunden werden, bis die Kapazität erschöpft ist Nun kann kein Schwefel mehr gebunden werden und gelangt durch den Filter 
Der Filter lässt sich regenerieren, indem bei 200 bis 300 C Sauerstoff durch ihn geschickt wird und somit Schwefel wieder gebunden wird 
 EMI1.2 
 
Ziel der Erfindung ist es, eine Brennstoffzellenanordnung der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, die sich durch einen einfachen Aufbau auszeichnet und auf einfache Weise eine Regenenerung des Schwefelfilters ermöglicht. 



   Erfindungsgemäss wird dies bei einer Brennstoffzellenanordnung der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht 
Durch die vorgeschlagenen Massnahmen ist es auf einfache Weise möglich, sauerstoffhaltiges Gas durch den Schwefelfilter zu leiten, um diesen zu regenerieren, wobei das durch den Schwefel- filter geleitete Gas unmittelbar nach dem Filter aus der Brennstoffzellenanordnung abgeleitet wird. 



  Dadurch wird ein sehr weitgehender Schutz der schwefelempfindlichen Teile der Brennstoffzellen- anordnung erreicht 
Durch die Merkmale des Anspruches 2 kann das Regeneriergas auf einfache Weise auf eine für den vorgesehenen chemischen Prozess optimale Temperatur gebracht wird 
Durch die Merkmale des Anspruches 3 ergibt sich der Vorteil, dass in der Regel eine Nachheizung der Abgase des Brenners, die ausreichend Sauerstoff enthalten, nicht erforderlich ist. 



   Durch die Merkmale des Anspruches 4 ergibt sich der Vorteil, dass eben ein Teil der Leistung des Brenners zur Aufheizung des Regenenergases verwendet werden kann, wobei als Regenener- gas Luft und damit ein Gas mit relativ hohem Sauerstoffgehalt verwendet werden kann Dadurch lässt sich die Regenerierung des Schwefelfilters sehr rasch durchfuhren 
Dabei ist es vorteilhaft, die Merkmale des Anspruches 5 vorzusehen, wodurch ein besonders einfacher Aufbau ermöglicht wird 
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert Dabei zeigen die Fig 1 bis 3 schematisch verschiedene Ausführungsformen der Erfindung 
Eine erfindungsgemasse Brennstoffzellenanordnung 21 weist ein Gebläse 1 für ein Prozessgas auf, dem schwefelresistente Bauteile 2 in Strömungsrichtung des Prozessgases nachgeordnet sind Diesen schwefelresistenten Bauteilen 2 ist ein Dreiwege-Ventil 3 nachgeschaltet,

   das einerseits die schwefelresistenten Bauteile mit einem   Schwefelfilter   4 verbindet und an dessen dritten Anschluss eine Leitung 5 angeschlossen ist, das zur Führung eines sauerstoffhaltigen Regeneriergases dient. 



   Dem Schwefelfilter 4 ist ein weiteres Dreiwege-Ventil 6 nachgeschaltet, das einerseits eine Verbindung zu zu schützenden   Regeneratorteilen   7 herstellt und an dessen drittem Anschluss eine Abgasleitung 8 angeschlossen ist. 



   Den Regeneratorteilen 7 ist eine Brennstoffzelle 9 nachgeschaltet, der ein Nachbrenner 10 und diesem ein Wärmetauscher 11 nachgeordnet ist Dabei ist an den Wärmetauscher 11 eine Abgasleitung 12 angeschlossen 
Bei der Ausfuhrungsform nach der Fig 1 ist in der Leitung 5 zur Führung des Regenenergases ein elektrischer Erhitzer 13 angeordnet, wobei die Leitung 5 an ein Gebläse 14 angeschlossen ist. 



   Bei dieser Ausführungsform wird als Regenenergas Luft verwendet, die über das Gebläse 14 

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 angesaugt und durch den Erhitzer 13 auf eine Temperatur von 200 bis 300 C erhitzt wird bevor sie uber das Dreiwege-Ventil 3 dem Schwefelfilter 4 zugefuhrt wird und dort bewirkt, dass ZnS unter Zugabe von O2 zu ZnO plus S02 umgesetzt wird, wodurch der Schwefelfilter regeneriert wird und danach wieder das schwefelhaltige Prozessgas entschwefeln kann 
Die dabei entstehenden Abgase werden über das Dreiwege-Ventil 6 und die Abgasleitung 8 während der Regenerierung des Schwefelfilters 4 abgeführt 
Wahrend des normalen Betriebs der Brennstoffzellenanordnung 21 wird das Prozessgas uber das Dreiwege-Ventil 3, dem   Schwefelfilter   4 und dem zweiten Dreiwege-Ventil 6 den Reformer- teilen 7 zugeführt und dort bzw.

   in der Brennstoffzelle 9 umgesetzt. 



   Bei der Ausführungsform nach der Fig 2 ist an dem Dreiwege-Ventil 3 eine Leitung 5' angeschlossen, die zur Fuhrung eines Regeneriergases dient und an die ein nicht dargestelltes   Zusatzheizgerät   angeschlossen ist. Dabei dient als Regenenergas das Abgas eines Brenners des Zusatzheizgerätes 
Bei dieser Ausführungsform kann auf einen Erhitzer für das Regenenergas verzichtet werden, da die Abgase eines Brenners in der Regel eine Temperatur von 200 bis 300 C aufweisen. 



   Bei der Ausführungsform nach der Fig 3 ist an das Dreiwege-Ventil 3 eine Leitung 5" angeschlossen, die zur Fuhrung von Luft, die als Regenenergas dient, vorgesehen ist Dabei ist in der Leitung 5" ein Wärmetauscher 15 eingeschleift, der dem Gebläse 14 nachgeordnet ist. 



   Dieser Wärmetauscher 15 bzw dessen Primärzweig 16 ist von einem Brenner 17 bzw dessen Brenngasen, die über eine Abgasleitung 18 geführt werden, beaufschlagt 
Dieser Brenner 15 ist über eine Gasarmatur 19, die uber eine Gasleitung 20 und eine Verbindungsleitung 22 mit der Druckseite des Gebläses 14 mit Gas und Luft versorgbar ist, mit einem Gas-Luft-Gemisch versorgt. Die beim Betneb des Brenners 17 entstehenden Brenngase werden dem Wärmetauscher 15 zugeführt, der das Regeneriergas, im vorliegenden Fall Luft, entsprechend aufheizt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1 Brennstoffzellenanordnung mit einem Schwefelfilter (4), das schwefelempfindlichen Reformerteilen (7) in Strömungsrichtung eines Prozessgases vorgeordnet ist, wobei dem Schwefelfilter (4) schwefelresistente Bauteile (2) vorgeordnet sind, dadurch gekenn- zeichnet, dass dem Schwefelfilter (4) unmittelbar ein Dreiwege-Ventil (3) vorgeordnet ist, dessen dritten Anschluss mit einer ein sauerstoffhaltiges Regeneriergas führende Leitung (5,5', 5") angeschlossen ist und unmittelbar hinter dem Schwefelfilter (4) ein weiteres Dreiwege-Ventil (6) angeordnet ist, an dem eine Abgasleitung (8) angeschlossen ist
2 Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der das sauerstoffhaltige Regenenergas führenden Leitung (5) ein Heizgerät (13) zur Aufheizung des Gases angeordnet ist.
3 Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die das sauerstoffhaltige Regeneriergas führende Leitung (5') mit einem mit einem Brenner versehenen Heizgerät verbunden ist und zur Abgasfuhrung dieses Heizgerätes dient.
4 Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizgerät zur Aufheizung des Regeneriergases durch einen Wärmetauscher (15) gebildet ist, dessen Primärkreis (16) von den Abgasen des Brenners (17) beaufschlagt ist
5. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine dem Brenner (17) vorgeschaltete Gasarmatur (19) von einem dem Wärmetauscher (15) vorgeschaltenen Luftgebläse (14) mit Luft versorgt ist