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Die Erfindung bezieht sich auf einen Verdampfer für einen Reformer einer Brennstoffzelle gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Zur Gasaufbereitung wird bei Brennstoffzellen ein Reformer verwendet, in dem Wasserdampf benötigt wird, um Erdgas in Wasserstoff und Kohlendioxid umzuwandeln. Der Reformer benötigt dazu einen Verdampfer, in dem entsprechende Mengen Wasser und Wärme benötigt werden. Bei bekannten derartigen Verdampfern ist es meist erforderlich, demineralisiertes Wasser zu verwen- den. Zur Gewinnung von demineralisiertem Wasser ist jedoch eine sehr aufwendige Wasserauf- bereitung erforderlich.
Aus der DE 44 38 624 A1 ist eine indirekt beheizte Gasturbine bekannt geworden, bei der die von der Gasturbine abgegebene erwärmte Luft direkt der Kathode der Brennstoffzelle zugeführt wird, um dort in eine elektrochemische Reaktion der Brennstoffzelle einzutreten. Dieses heisse Kathodenrückführgas liefert einen wesentlichen Teil der Wärme, die für die indirekte Erwärmung der der Gasturbine zugeführten Druckluft benötigt wird. Der Rest der benötigten Wärme wird von einer separaten Brennkammer geliefert.
Aus der US 5 432 710 A ist ein Energieversorgungssystem mit einer Brennstoffzelle und einem Verbraucher bekannt geworden, der von der Brennstoffzelle sowohl mit elektrischem Strom wie auch mit Wärme beliefert wird. Es ist ein Rechner vorgesehen, um den Bedarf des Verbrauchers an elektrischer und Wärmeenergie optimal bereitzustellen.
Ziel der Erfindung ist es, einen Verdampfer der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei dem übliches Leitungswasser problemlos verwendet werden kann.
Erfindungsgemäss wird dies bei einem Verdampfer der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht.
Durch die vorgeschlagenen Massnahmen ist sichergestellt, dass sich bei der Verdampfung von Leitungswasser an den Innenwänden des Verdampfers anlegenden Kalkschichten aufgrund von thermischen Spannungen zwischen den Wänden des Hohlraumes des Verdampfers und den Kalkschichten die letzteren abschnittsweise Abplatzen und nach unten fallen und sich im Bereich des abgeschlossenen unteren Endes des Hohlraumes sammeln. Von dort können diese im Zuge von Wartungsarbeiten entfernt werden.
Durch die Merkmale des Anspruches 2 ergibt sich der Vorteil, dass die im Abgas der Brenn- stoffzelle enthaltene Wärme zur Verdampfung von Wasser genutzt werden kann.
Durch die Merkmale des Anspruches 3 ist es auf einfache Weise möglich, die gesammelten Ablagerungen zu entfernen. Dazu genügt es, den Sammelbehälter im Zuge von Wartungsarbeiten abzunehmen und zu entleeren und danach wieder an dem Verdampfer zu befestigen.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert, die schematisch einen erfin- dungsgemässen Verdampfer zeigt.
Ein Verdampfer 6 besteht im wesentlichen aus einem in seiner Längsrichtung vertikal ange- ordneten Hohlraum, der z. B durch ein Rohr oder auch durch einen quaderförmigen Hohlraum 9 gebildet sein kann. In diesen Hohlraum 9 ragen Düsen 7, die an Wasserzuleitungen 2 ange- schlossen sind, die in der Zeichnung durch Pfeile angedeutet sind.
Der Verdampfer 6 selbst ist einem Strom eines wärmeabgebenden Mediums 1, z. B. dem Abgas einer nicht dargestellten Brennstoffzelle ausgesetzt.
Der durch das Verdampfen des eingedüsten Wassers entstehende Wasserdampf 3 tritt über die obere Öffnung 8 des Verdampfers 6 aus und wird einem Reformer zur Erzeugung von Wasserstoff zugeführt.
An seiner Unterseite 10 ist der Verdampfer 6 durch einen abnehmbaren Sammelbehälter 4 abgeschlossen.
Beim Betrieb des Verdampfers 6 wird Wasser über die Düsen 7 im Bereich einer Verdamp- fungszone 5 eingespritzt und verdampft an der den Düsen 7 gegenüberliegenden Wand 11des Verdampfers 6, die durch das wärmeabgebende Medium 1 erhitzt wird.
Das im Wasser gelöste Kalziumkarbonat und andere Inhaltsstoffe lagern sich dabei an dieser Wand 11ab. Bei fortgesetzter Wärmezufuhr und steigender Dicke dieser Kalkschicht bricht diese aufgrund der entstehenden Wärmespannungen auf und bricht abschnittsweise ab. Die abgelösten Partikel sammeln sich im Sammelbehälter 4 und können nach Abnahme desselben leicht entfernt werden.
Durch das regelmässige Abplatzen der abgelagerten Kalkschicht ist eine ungestörte Funktion
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des Verdampfers sichergestellt.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Verdampfer für einen Reformer einer Brennstoffzelle zur Erzeugung von Wasserdampf, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (6) durch einen im wesentlichen vertikal stehenden oben offenen und unten geschlossenen Hohlraum gebildet ist, in den Wasser- düsen (7) hineinragen und der im Strömungsweg eines heissen Gases angeordnet ist.
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The invention relates to an evaporator for a reformer of a fuel cell according to the preamble of claim 1.
For gas processing, a reformer is used in fuel cells, in which water vapor is required to convert natural gas into hydrogen and carbon dioxide. To do this, the reformer needs an evaporator in which appropriate amounts of water and heat are required. In known evaporators of this type, it is usually necessary to use demineralized water. However, very complex water treatment is required to obtain demineralized water.
An indirectly heated gas turbine has become known from DE 44 38 624 A1, in which the heated air emitted by the gas turbine is fed directly to the cathode of the fuel cell in order to enter into an electrochemical reaction of the fuel cell. This hot cathode return gas supplies a substantial part of the heat which is required for the indirect heating of the compressed air supplied to the gas turbine. The rest of the heat required is supplied by a separate combustion chamber.
From US 5 432 710 A an energy supply system with a fuel cell and a consumer has become known, which is supplied by the fuel cell with both electrical current and heat. A computer is provided to optimally provide the consumer's need for electrical and thermal energy.
The aim of the invention is to propose an evaporator of the type mentioned in the introduction, in which normal tap water can be used without problems.
According to the invention, this is achieved in an evaporator of the type mentioned at the outset by the characterizing features of claim 1.
The proposed measures ensure that in the evaporation of tap water on the inner walls of the evaporator layers of lime due to thermal stresses between the walls of the cavity of the evaporator and the layers of lime, the latter flake off in sections and fall down and in the area of the closed lower one Collect the end of the cavity. From there, these can be removed as part of maintenance work.
The features of claim 2 result in the advantage that the heat contained in the exhaust gas of the fuel cell can be used to evaporate water.
Due to the features of claim 3, it is easily possible to remove the collected deposits. It is sufficient to remove and empty the collection container during maintenance work and then to reattach it to the evaporator.
The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing, which schematically shows an evaporator according to the invention.
An evaporator 6 essentially consists of a cavity which is arranged vertically in its longitudinal direction and which, for. B can be formed by a tube or by a cuboid cavity 9. In this cavity 9 protrude nozzles 7, which are connected to water supply lines 2, which are indicated in the drawing by arrows.
The evaporator 6 itself is a stream of a heat-emitting medium 1, for. B. exposed to the exhaust gas of a fuel cell, not shown.
The water vapor 3 resulting from the evaporation of the injected water emerges through the upper opening 8 of the evaporator 6 and is fed to a reformer for generating hydrogen.
On its underside 10, the evaporator 6 is closed off by a removable collecting container 4.
When the evaporator 6 is operating, water is injected via the nozzles 7 in the region of an evaporation zone 5 and evaporates on the wall 11 of the evaporator 6 opposite the nozzles 7, which is heated by the heat-emitting medium 1.
The calcium carbonate dissolved in the water and other ingredients are deposited on this wall 11. With continued supply of heat and increasing thickness of this layer of lime, it breaks up due to the thermal stresses generated and breaks off in sections. The detached particles collect in the collecting container 4 and can be easily removed after removing the same.
Regular chipping of the deposited lime layer is an undisturbed function
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of the evaporator ensured.
PATENT CLAIMS:
1. Evaporator for a reformer of a fuel cell for generating water vapor, characterized in that the evaporator (6) is formed by an essentially vertically standing cavity open at the top and closed at the bottom, projecting into the water nozzles (7) and in the flow path a hot gas is arranged.