AT513932A1 - Catalyst unit for a high temperature fuel cell system - Google Patents

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AT513932A1
AT513932A1 ATA85/2013A AT852013A AT513932A1 AT 513932 A1 AT513932 A1 AT 513932A1 AT 852013 A AT852013 A AT 852013A AT 513932 A1 AT513932 A1 AT 513932A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Katalysatoreinheit (10) für ein Hochtemperatur­ Brennstoffzellensystem mit einem Reformerkatalysator (11) zur Aufbereitung eines Kraftstoffs für die Brennstoffzelle und einen Oxidationskatalysator (12) für die Abgasnachbehandlung der Brennstoffzelle, wobei der Oxidationskatalysator (12) ringförmig um den zylindrisch ausgeführten Reformerkatalysator (11) angeordnet ist. Erfindungsgemäß sind die Gaspfade des Oxidationskatalysators (12) und des Reformerkatalysators (11) durch ein den Reformerkatalysator (11) aufnehmendes Metallrohr (13) getrennt, wobei das Metallrohr (13) eine Hülse (14) aufweist, dieein Gehäuse für den Reformerkatalysator (11) bildet, sowie ein Innenrohr (15), das die Innenwand des ringförmigen Oxidationskatalysators (12) bildet.The invention relates to a catalyst unit (10) for a high-temperature fuel cell system with a reforming catalyst (11) for processing a fuel for the fuel cell and an oxidation catalyst (12) for the exhaust gas aftertreatment of the fuel cell, wherein the oxidation catalyst (12) is annular around the cylindrically designed reformer catalyst (11). 11) is arranged. According to the invention, the gas paths of the oxidation catalytic converter (12) and of the reforming catalytic converter (11) are separated by a metal tube (13) accommodating the reforming catalyst (11), the metal tube (13) having a sleeve (14) comprising a housing for the reforming catalytic converter (11). and an inner tube (15) forming the inner wall of the annular oxidation catalyst (12).

Description

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Die Erfindung betrifft eine Katalysatoreinheit für ein Hochtemperatur-Brennstoffzellensystem mit einem Reformerkatalysator zur Aufbereitung eines Kraftstoffs für die Brennstoffzelle und einen Oxidationskatalysator für die Abgasnachbehandlung der Brennstoffzelle, wobei der Oxidationskatalysator ringförmig um den zylindrisch ausgeführten Reformerkatalysator angeordnet ist.The invention relates to a catalyst unit for a high-temperature fuel cell system with a reforming catalyst for processing a fuel for the fuel cell and an oxidation catalyst for the exhaust gas aftertreatment of the fuel cell, wherein the oxidation catalyst is arranged annularly around the cylindrically designed reforming catalyst.

Die oben beschriebene Katalysatoreinheit kann beispielsweise in einer kompakten Energieerzeugungseinheit (Auxiliary Power Unit APU) eines Kraftfahrzeuges zum Einsatz kommen, wo sie zur Bereitstellung von elektrischer und thermischer Energie dient.The catalyst unit described above can be used, for example, in a compact power unit (APU) of a motor vehicle, where it serves to provide electrical and thermal energy.

So ist beispielsweise aus der AT 502 131 Bl eine Katalysatoreinheit für ein Hochtemperatur-Brennstoffzellensystem bekannt, bei welchem ein zylindrischer Reformerkatalysator in einen Oxidationskatalysator eingebaut ist. Dabei ist in einer Brennkammer für einen Flammenbrenner ein zylindrischer Reformerkatalysator angeordnet, der von einem Oxidationskatalysator ringförmig umfasst wird. Die nicht verbrauchten Brennstoffbestandteile des Anodenabgases werden zusammen mit dem Kathodenabgas in die Brennkammer geführt und im Oxidationskatalysator nachbehandelt. Die gasförmigen Produkte nach der katalytischen Umsetzung gelangen über randseitige Öffnungen des Oxidationskatalysators in eine Ringkammer und verlassen unter Abgabe von Wärme an einem Plattenwärmetauscher die Energieerzeugungseinheit.Thus, for example, from AT 502 131 Bl a catalyst unit for a high-temperature fuel cell system is known, in which a cylindrical reforming catalyst is incorporated in an oxidation catalyst. In this case, a cylindrical reforming catalyst is arranged in a combustion chamber for a flame burner, which is annularly surrounded by an oxidation catalyst. The unused fuel components of the anode exhaust gas are fed together with the cathode exhaust gas into the combustion chamber and post-treated in the oxidation catalyst. The gaseous products after the catalytic conversion reach via peripheral openings of the oxidation catalyst in an annular chamber and leave with the release of heat to a plate heat exchanger, the power generation unit.

Aus der EP 2 255 872 A2 ist ein Oxidationskatalysator mit mehreren Reaktionszonen bekannt. Die zu behandelnden Gase strömen zunächst durch einen zylindrischen, inneren Katalysator, werden dann umgelenkt und im Gegenstrom in einen ringförmigen, äußeren Katalysatorbereich geführt. Die beiden Bereiche sind durch eine zylindrische Trennwand getrennt. Sowohl der innere Katalysator, als auch der äußere Katalysator weisen ein metallisches Trägersubstrat (mash layer bzw. honeycomb layer) für die katalytische Substanz auf. Die dargestellte, serielle Hintereinanderschaltung mehrerer Oxidationsstufen eines Oxidationskatalysators soll den Wirkungsgrad der Vorrichtung erhöhen.From EP 2 255 872 A2, an oxidation catalyst having a plurality of reaction zones is known. The gases to be treated initially flow through a cylindrical, inner catalyst, are then deflected and passed in countercurrent to an annular, outer catalyst region. The two areas are separated by a cylindrical partition. Both the inner catalyst and the outer catalyst have a metallic carrier (mash) layer for the catalytic substance. The illustrated, series connection of several oxidation stages of an oxidation catalyst to increase the efficiency of the device.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Katalysatoreinheit für ein Hochtemperatur-Brennstoffzellensystem der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass eine kompakte Baueinheit, insbesondere für die Anwendung in einer APU gegeben 2/20 ist, wobei Verbesserungen beim Wärm£öbeY£jeng»s0wie* ßei'der Wartung und Pflege der Einheit erzielt werden sollen.The object of the invention is to develop a catalyst unit for a high-temperature fuel cell system of the type mentioned above such that a compact structural unit, in particular for use in an APU, is 2/20, wherein improvements in the heat output are as good as possible Maintenance and care of the unit should be achieved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Gaspfade des Oxidationskatalysators und des Reformerkatalysators durch ein den Reformerkatalysator aufnehmendes Metallrohr getrennt sind, wobei das Metallrohr eine Hülse aufweist, die ein Gehäuse für den Reformerkatalysator bildet, sowie ein Innenrohr, das die Innenwand des ringförmigen Oxidationskatalysators bildet. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Reformerkatalysator austauschbar in den ringförmigen Oxidationskatalysator einsetzbar ist. Trotz kompakter Bauform sind somit beide Katalysatoren in voneinander unabhängigen Gehäusen fixiert. Der Reformerkatalysator kann somit bei Bedarf auf einfache Weise ausgewechselt werden.This object is achieved in that the gas paths of the oxidation catalyst and the reforming catalyst are separated by a metal catalyst receiving the reformer catalyst, wherein the metal tube has a sleeve which forms a housing for the reforming catalyst, and an inner tube which forms the inner wall of the annular oxidation catalyst , In particular, it is provided that the reforming catalyst is exchangeable used in the annular oxidation catalyst. Despite their compact design, both catalysts are thus fixed in independent housings. The reforming catalyst can thus be easily replaced if necessary.

Um den Wärmeaustausch innerhalb der Katalysatoreinheit zu beschleunigen und zu optimieren ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Oxidationskatalysator und/oder der Reformerkatalysator einen metallischen Katalysatorträger aufweisen, wobei die Hülse mit dem Katalysatorträger des Reformerkatalysators und das Innenrohr mit dem Katalysatorträger des Oxidationskatalysators in thermischem Kontakt stehen.In order to accelerate and optimize the heat exchange within the catalyst unit, it is provided according to the invention that the oxidation catalyst and / or the reforming catalyst have a metallic catalyst carrier, the sleeve being in thermal contact with the catalyst carrier of the reforming catalyst and the inner tube with the catalyst carrier of the oxidation catalyst.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Katalysatorträger des Oxidationskatalysators und der Katalysatorträger des Reformerkatalysators durch Schweißen mit den jeweils benachbarten Teilen des Metallrohrs verbunden sind. Durch direktes Anschweißen der Substrate im Gehäuse des Reformerkatalysators bzw. des Oxidationskatalysators kann eine sonst übliche Dichtmatte entfallen, die den Wärmeaustausch behindert. Ein besonderer Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass durch die verbesserte Wärmeleitfähigkeit das Temperaturprofil der Katalysatoreinheit (axial und radial) homogenisiert werden kann. Durch die verbesserte Wärmeableitung können insbesondere heiße Zonen (hot spots) in den beiden Katalysatoren verhindert werden.It is particularly advantageous if the catalyst support of the oxidation catalyst and the catalyst support of the reforming catalyst are connected by welding to the respectively adjacent parts of the metal pipe. By directly welding the substrates in the housing of the reforming catalyst or the oxidation catalyst can be omitted a conventional sealing mat, which hinders the heat exchange. A particular advantage of this embodiment is that the temperature profile of the catalyst unit (axial and radial) can be homogenized by the improved thermal conductivity. The improved heat dissipation in particular hot zones (hot spots) can be prevented in the two catalysts.

Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung kann das eingangs des Reformerkatalysators angeordnete Gasverteilergehäuse (Reformermanifold) einen Ringraum aufweisen, in welchen die Zuleitung für das aufzubereitende Kraftstoff-Gas-Gemisch einmündet, wobei ausgehend vom Ringraum radiale Zugangsöffnungen vom Ringraum zur Eintrittsfläche des Reformerkatalysators 3/20 .-..-3..-..-..-..-. • ·· ·· ·· · · ··· • · · · · · ·· ··· · · angeordnet sind. Durch diese Maßna^rrie*wVd*eir>e*H®m0genisierung des Gasstroms durch den Katalysator erreicht.According to one embodiment variant of the invention, the gas distributor housing arranged at the beginning of the reforming catalyst (reformermanifold) can have an annular space into which the supply line for the fuel-gas mixture to be treated opens, starting from the annular space radial access openings from the annular space to the inlet surface of the reforming catalyst 3/20. ..- 3 ..-..-..-..-. •. By this measure, the gas flow through the catalyst is achieved.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante des Gasverteilergehäuses kann der axiale Abstand a des tangentialen Einlasses der Zuleitung für das Kraftstoff-Gas-Gemisch von der Eintrittsfläche des Reformerkatalysators zum Durchmesser D des Reformerkatalysators ein Verhältnis a : D im Bereich von 0,2 bis 1, vorzugsweise von 0,3 bis 0,6, aufweisen, wodurch sich eine gewünschte Ringströmung eingangsseitig des Reformerkatalysators etabliert. Der tangentiale Einlass kann in einen zylindrischen oder kegelstumpfförmigen Bereich des Gasverteilergehäuses einmünden.According to a further embodiment of the gas distributor housing, the axial distance a of the tangential inlet of the supply line for the fuel-gas mixture from the inlet surface of the reforming catalyst to the diameter D of the reforming catalyst, a ratio a: D in the range of 0.2 to 1, preferably from 0 , 3 to 0.6, whereby a desired ring flow on the input side of the reforming catalyst established. The tangential inlet may open into a cylindrical or frusto-conical region of the gas distributor housing.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von zum Teil schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to partly schematic drawings. Show it:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Katalysatoreinheit für ein Hochtemperatur-Brennstoffzellensystem in einer dreidimensionalen, teilweise aufgeschnittenen Darstellung,1 shows a catalyst unit according to the invention for a high-temperature fuel cell system in a three-dimensional, partially cutaway representation,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Funktionsprinzips und der Einbaulage der Katalysatoreinheit gemäß Fig. 1,2 shows a schematic representation of the operating principle and the installation position of the catalyst unit according to FIG. 1, FIG.

Fig. 3 eine Schnittdarstellung der Katalysatoreinheit gemäß Fig. 1,3 is a sectional view of the catalyst unit of FIG. 1,

Fig. 4 eine Ausführungsvariante der Katalysatoreinheit gemäß Fig. 1 in einer dreidimensionalen Darstellung.Fig. 4 shows a variant of the catalyst unit of FIG. 1 in a three-dimensional representation.

Fig. 5 eine erste Ausführungsvariante eines Gasverteilergehäuses (Reformermanifold) für den Reformerkatalysator der Katalysatoreinheit in einer Schnittdarstellung gemäß Linie V-V in Fig. 6,5 shows a first embodiment variant of a gas distributor housing (reformer manifold) for the reformer catalyst of the catalyst unit in a sectional view along the line V-V in FIG. 6, FIG.

Fig. 6 das Gasverteilergehäuse gemäß Fig. 5 in einer axialen Draufsicht, sowieFig. 6, the gas distributor housing of FIG. 5 in an axial plan view, as well

Fig. 7 eine zweite Ausführungsvariante eines Gasverteilergehäuses (Reformermanifold) für den Reformerkatalysator der Katalysatoreinheit in einem Axialschnitt. 4/20 4Fig. 7 shows a second embodiment of a gas distributor housing (Reformermanifold) for the reformer catalyst of the catalyst unit in an axial section. 4/20 4

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße katalysal»feif>Keit»lö*fijr ein hier nicht weiter dargestelltes Hochtemperatur-Brennstoffzellensystem mit einem zylindrischen Reformerkatalysator 11 und einen den Reformerkatalysator ringförmig umschließenden Oxidationskatalysator 12 skizziert. Der Reformerkatalysator 11 dient zur Aufbereitung des Kraftstoffs für die Brennstoffzelle BZ (siehe Fig. 2), der mit einem Oxidationsmittel über die Zuleitung 23 zugeführt und mit einem kegelstumpfförmigen Gasverteilergehäuse bzw. Reformermanifold 24 möglichst homogen über die Eintrittsfläche des Reformerkatalysators 11 verteilt wird. Der Oxidationskatalysator 12 dient der Abgasnachbehandlung eines Starterbrenners und des Brennstoffzellensystems.FIG. 1 shows a catalactic inventive method for a high-temperature fuel cell system (not further described here) with a cylindrical reforming catalyst 11 and an oxidation catalytic converter 12 annularly surrounding the reforming catalyst. The reforming catalyst 11 is used to treat the fuel for the fuel cell BZ (see Fig. 2), which is supplied with an oxidizing agent via the supply line 23 and distributed as homogeneously as possible over the entry surface of the reforming catalyst 11 with a frusto-conical gas distributor housing or reformer manifold 24. The oxidation catalyst 12 is used for exhaust aftertreatment of a starter burner and the fuel cell system.

In der dargestellten Ausführungsvariante sind die Gaspfade des Oxidationskatalysators 12 und des Reformerkatalysators 11 durch ein den Reformerkatalysator 11 aufnehmendes Metallrohr 13 getrennt, das zweiteilig gestaltet ist und eine Hülse 14 aufweist, die ein Gehäuse für den Reformerkatalysator 11 bildet, sowie ein Außenrohr 15, das die Innenwand des ringförmigen Oxidationskatalysators 12 bildet. Der Reformerkatalysator 11 kann somit austauschbar in den ringförmigen Oxidationskatalysator 12 eingesetzt werden.In the illustrated embodiment, the gas paths of the oxidation catalyst 12 and the reforming catalyst 11 are separated by a reforming catalyst 11 receiving metal tube 13 which is designed in two parts and a sleeve 14 which forms a housing for the reforming catalyst 11, and an outer tube 15, the Inner wall of the annular oxidation catalyst 12 forms. The reforming catalyst 11 can thus be used interchangeably in the annular oxidation catalyst 12.

Der Oxidationskatalysator 12 und/oder der Reformerkatalysator 11 weisen bevorzugt einen metallischen Katalysatorträger 16, 17 auf, wobei die Hülse 14 des Metallrohrs 13 mit dem Katalysatorträger 16 des Reformerkatalysators 11 und das Außenrohr 15 mit dem Katalysatorträger 17 des Oxidationskatalysators 12 in thermischem Kontakt steht. Damit können für den Wärmeübergang weit bessere Werte erzielt werden, als bei der Verwendung keramischer Substrate, die üblicherweise mit einer Dichtmatte zum Gehäuse abgedichtet werden.The oxidation catalyst 12 and / or the reforming catalyst 11 preferably have a metallic catalyst carrier 16, 17, wherein the sleeve 14 of the metal tube 13 is in thermal contact with the catalyst carrier 16 of the reforming catalyst 11 and the outer tube 15 with the catalyst carrier 17 of the oxidation catalyst 12. Thus, far better values for the heat transfer can be achieved than with the use of ceramic substrates, which are usually sealed with a sealing mat to the housing.

Bevorzugt besteht der Katalysatorträger 17 des Oxidationskatalysators 12 und der Katalysatorträger 16 des Reformerkatalysators 11 aus einem metallischen Drahtgeflecht oder einer metallischen Lamellenstruktur, die durch Schweißen mit den jeweils benachbarten Teilen 14, 15 des Metallrohrs 13 verbunden sind.Preferably, the catalyst support 17 of the oxidation catalyst 12 and the catalyst support 16 of the reforming catalyst 11 of a metallic wire mesh or a metallic lamellar structure, which are connected by welding to the respective adjacent parts 14, 15 of the metal tube 13.

Die Hülse 14 des Reformerkatalysators 11 kann mittels einer Spielpassung, beispielsweise im Bereich von 0,2 mm bis 1,5 mm, auswechselbar in das Innenrohr 15 bzw. die Innenwand des ringförmigen Oxidationskatalysators 12 eingefügt werden. 5/20 ·· -5The sleeve 14 of the reforming catalyst 11 can be interchangeable inserted into the inner tube 15 and the inner wall of the annular oxidation catalyst 12 by means of a clearance, for example in the range of 0.2 mm to 1.5 mm. 5/20 ·· -5

Erfindungsgemäß weist die Hülse 14*des*Rfefwmerk’atel ysators 11 oder das Innenrohr 15 des Oxidationskatalysators 12 einen Dichtflansch 18 auf, wobei zwischen dem Dichtflansch 18 und dem Ende des Innenrohrs 15 in einer entsprechenden Ausnehmung eine Ringdichtung 19, beispielsweise eine Quellmatte, vorgesehen ist. Für Montage- und Demontagezwecke können an der Hülse 14 des Reformerkatalysators 11 Eingriffselemente oder Eingriffsöffnungen 20 für ein Abzugwerkzeug ausgebildet sein.According to the invention the sleeve 14 * of the * Rfefwmerk'atel ysators 11 or the inner tube 15 of the oxidation catalyst 12 has a sealing flange 18, wherein between the sealing flange 18 and the end of the inner tube 15 in a corresponding recess a ring seal 19, for example, a swelling mat is provided , For assembly and disassembly purposes may be formed on the sleeve 14 of the reforming catalyst 11 engaging elements or engagement holes 20 for a trigger tool.

Fig. 2 zeigt in einer schematischen Übersichtsdarstellung die Anordnung der erfindungsgemäßen Katalysatoreinheit 10 samt zylindrischem Reformerkatalysator 11 und ringförmigem Oxidationskatalysator 12 im Verbund mit einem Hochtemperatur-Brennstoffzellensystem BZ mit der Anodenseite A und der Kathodenseite K.2 shows a schematic overview of the arrangement of the catalyst unit 10 according to the invention, including cylindrical reforming catalyst 11 and annular oxidation catalyst 12 in combination with a high-temperature fuel cell system BZ with the anode side A and the cathode side K.

Der Kraftstoff F wird während des Startzyklus mit Hilfe einer Kraftstoffpumpe 35 einem Starterbrenner 26 zugeführt, dessen Abgase in den ringförmigen Oxidationskatalysator 12 geführt werden und den zentral angeordneten Reformerkatalysator 11 aufheizen. Weiters wird der Kraftstoff F mittels Kraftstoffpumpe 36 der Verdampfungseinheit 37 zugeführt und in das Anodenabgas der Rezirkulationsleitung 27 eingebracht, sowie zusammen mit dem benötigten Oxidationsmittel, beispielweise Luft L, mittels Verdichter 28 dem Gasverteilergehäuse bzw. Reformermanifold 24 des Reformerkatalysators 11 zugeführt.The fuel F is supplied during the starting cycle by means of a fuel pump 35 to a starter burner 26, the exhaust gases are fed into the annular oxidation catalyst 12 and heat the centrally located reforming catalyst 11. Furthermore, the fuel F is supplied by means of fuel pump 36 of the evaporation unit 37 and introduced into the anode exhaust gas of the recirculation 27, and fed together with the required oxidant, for example air L, by means of compressor 28 to the gas distributor housing or Reformermanifold 24 of the reforming catalyst 11.

Der Verdichter 29 dient für die Zufuhr des Oxidationsmittels (z.B. Luft L) zur Kathodenseite K des Brennstoffzellensystems BZ, wobei das Oxidationsmittel über einen Wärmetauscher 38 geführt wird, der von den Abgasen des Oxidationskatalysators 12 mit Abwärme beaufschlagt wird. In der Startphase wird auch der Starterbrenner 26 über den Verdichter 29 mit der benötigten Luft versorgt.The compressor 29 serves to supply the oxidizing agent (e.g., air L) to the cathode side K of the fuel cell system BZ, the oxidizer being passed through a heat exchanger 38 which is exhausted by the exhaust gases of the oxidation catalyst 12. In the starting phase, the starter burner 26 is supplied via the compressor 29 with the required air.

Fig. 3 zeigt eine Variante der erfindungsgemäßen Katalysatoreinheit 10 in einer vergrößerten Schnittdarstellung. Das Metallrohr 13, das die Gaspfade des Oxidationskatalysators 12 und des Reformerkatalysators 11 trennt, besteht im Wesentlichen aus der Hülse 14, die ein Gehäuse für den Reformerkatalysator 11 bildet, sowie aus dem Innenrohr 15, das die Innenwand des ringförmigen 6/20Fig. 3 shows a variant of the catalyst unit 10 according to the invention in an enlarged sectional view. The metal tube 13, which separates the gas paths of the oxidation catalyst 12 and the reforming catalyst 11, consists essentially of the sleeve 14, which forms a housing for the reforming catalyst 11, as well as the inner tube 15, the inner wall of the annular 6/20

Oxidationskatalysators 12 bildet. Der»öMl€>ufen9e»EJichtflaf>3ch 18 weist hier eine Dichtung 25 zur Stirnseite des Innenrohrs 15 auf.Oxidation catalyst 12 forms. The "oil jet" EJichtflaf> 3ch 18 here has a seal 25 to the end face of the inner tube 15.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsvariante der Vorrichtung gemäß Fig. 1, bei welcher sowohl der Oxidationskatalysator 12, als auch der Reformerkatalysator 11 einen metallischen Katalysatorträger 16, 17 aufweisen, wobei die Gaspfade der beiden Katalysatoren 11, durch ein den Reformerkatalysator 11 aufnehmendes Metallrohr 13 getrennt sind, welches mit dem Katalysatorträger 17 des Oxidationskatalysators 12 und dem Katalysatorträger 16 des Reformerkatalysators 11, beispielsweise durch Schweißen, in thermischem Kontakt steht.1, in which both the oxidation catalytic converter 12 and the reforming catalytic converter 11 have a metallic catalyst carrier 16, 17, the gas paths of the two catalytic converters 11 being separated by a metal tube 13 accommodating the reforming catalyst 11 are, which is in thermal contact with the catalyst support 17 of the oxidation catalyst 12 and the catalyst support 16 of the reforming catalyst 11, for example by welding.

In den Fig. 5 bis Fig. 7 sind zwei Ausführungsvarianten für das Gasverteilergehäuse 24 dargestellt, das eingangsseitig des Reformerkatalysators 11 angeordnet ist. Es dient dazu, das aufzubereitende Kraftstoff-Gas-Gemisch über die gesamte Eintrittsfläche 30 des Reformerkatalysators 11 zu verteilen, wobei die Zuleitung 23 für das Kraftstoff-Gas-Gemisch radial oder tangential in Bezug auf die Achse 11' des Reformerkatalysators 11 in das Gasverteilergehäuse 24 einmündet.FIGS. 5 to 7 show two alternative embodiments for the gas distributor housing 24, which is arranged on the input side of the reforming catalytic converter 11. It serves to distribute the fuel-gas mixture to be treated over the entire inlet surface 30 of the reforming catalyst 11, wherein the feed line 23 for the fuel-gas mixture radially or tangentially with respect to the axis 11 'of the reforming catalyst 11 in the gas distributor housing 24th opens.

Bei der in den Fig. 5 und Fig. 6 dargestellten Ausführungsvariante weist das Gasverteilergehäuse 24 einen Ringraum 32 auf, in welchen die Zuleitung 23 für das Kraftstoff-Gas-Gemisch beispielsweise radial einmündet, wobei ausgehend vom Ringraum 32 radiale Zugangsöffnungen 33 in Form eines Lochkranzes vom Ringraum 32 zur Eintrittsfläche 30 des Reformerkatalysators 11 angeordnet sind, sodass der Reformerkatalysators 11 möglichst gleichmäßig mit dem Gemisch aus Anodenabgas, verdampftem Kraftstoff und Oxidationsmittel beaufschlagt wird. Das Reformermanifold gemäß Fig. 5 und Fig. 6 zeichnet sich durch eine kompakte Bauweise mit geringer axialer Bauhöhe aus. Im Rohr 34 kann eine Messeinrichtung, z.B. ein Temperatursensor, in den Ringraum 32 eingebracht werden (siehe Fig. 6).In the embodiment variant shown in FIGS. 5 and 6, the gas distributor housing 24 has an annular space 32, into which the supply line 23 for the fuel-gas mixture opens, for example, radially, starting from the annular space 32 radial access openings 33 in the form of a perforated ring are arranged from the annular space 32 to the entrance surface 30 of the reforming catalyst 11, so that the reforming catalyst 11 is applied as uniformly as possible with the mixture of anode exhaust gas, vaporized fuel and oxidant. The Reformermanifold of FIG. 5 and Fig. 6 is characterized by a compact design with low axial height. In tube 34, a measuring device, e.g. a temperature sensor, are introduced into the annulus 32 (see Fig. 6).

In der Ausführungsvariante gemäß Fig. 7 weist der axiale Abstand a des tangentialen Einlasses 31 der Zuleitung 23 für das Kraftstoff-Gas-Gemisch von der Eintrittsfläche 30 des Reformerkatalysators 11 zum Durchmesser D des Reformerkatalysators 11 ein Verhältnis a : D im Bereich von 0,2 bis 1, vorzugsweise von 0,3 bis 0,6, auf, sodass sich eine optimale Ringströmung im Inneren des Reformermanifolds 24 ausbilden kann, die eine homogene Gasverteilung an der Eintrittsfläche 30 des Reformerkatalysators 11 erzeugt. Vorteile sind ein kompaktes Design und geringe Druckverluste. 7/20 • ·· ·· · · ·· ··· • · · · · · ··· ··· · ·7, the axial distance a of the tangential inlet 31 of the supply line 23 for the fuel-gas mixture from the inlet surface 30 of the reforming catalyst 11 to the diameter D of the reforming catalyst 11 has a ratio a: D in the range of 0.2 to 1, preferably from 0.3 to 0.6, so that an optimal annular flow can form in the interior of the Reformermanifolds 24, which generates a homogeneous gas distribution at the inlet surface 30 of the reforming catalyst 11. Advantages are a compact design and low pressure losses. 7/20 • ·· ···················································

Bevorzugt kann das Gasverteilergeha«se**34Vwistö(?kigi mit-Öer Innenwand 15 des ringförmigen Oxidationskatalysators 12 hergestellt oder durch Schweißen mit dieser verbunden sein. 8/20Preferably, the gas distributor housing may be made or connected to the inner wall of the annular oxidation catalytic converter by means of welding

Claims (16)

• ·· ·· ·· ·· ··« * · · · · · ··· ··· · · ······ · · · · PATENTANSPRÜCHE 1. Katalysatoreinheit (10) für ein Hochtemperatur-Brennstoffzellensystem mit einem Reformerkatalysator (11) zur Aufbereitung eines Kraftstoffs für die Brennstoffzelle und einen Oxidationskatalysator (12) für die Abgasnachbehandlung der Brennstoffzelle, wobei der Oxidationskatalysator (12) ringförmig um den zylindrisch ausgeführten Reformerkatalysator (11) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaspfade des Oxidationskatalysators (12) und des Reformerkatalysators (11) durch ein den Reformerkatalysator (11) aufnehmendes Metallrohr (13) getrennt sind, wobei das Metallrohr (13) eine Hülse (14) aufweist, die ein Gehäuse für den Reformerkatalysator (11) bildet, sowie ein Innenrohr (15), das die Innenwand des ringförmigen Oxidationskatalysators (12) bildet.1. Catalyst unit (10) for a high-temperature fuel cell system with a A reformer catalyst (11) for treating a fuel for the fuel cell and an oxidation catalyst (12) for the exhaust gas aftertreatment of the fuel cell, wherein the oxidation catalyst (12) is arranged annularly around the cylindrical reformer catalyst (11), characterized in that the gas paths of the oxidation catalyst ( 12) and the reforming catalyst (11) are separated by a metal pipe (13) receiving the reforming catalyst (11), the metal pipe (13) having a sleeve (14) forming a housing for the reforming catalyst (11) and an inner pipe (15) forming the inner wall of the annular oxidation catalyst (12). 2. Katalysatoreinheit (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reformerkatalysator (11) austauschbar in den ringförmigen Oxidationskatalysator (12) einsetzbar ist.Second catalyst unit (10) according to claim 1, characterized in that the reforming catalyst (11) is interchangeable in the annular oxidation catalyst (12) can be used. 3. Katalysatoreinheit (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Oxidationskatalysator (12) und/oder der Reformerkatalysator (11) einen metallischen Katalysatorträger (16, 17) aufweisen, wobei die Hülse (14) mit dem Katalysatorträger (16) des Reformerkatalysators (11) und das Innenrohr (15) mit dem Katalysatorträger (17) des Oxidationskatalysators (12) in thermischem Kontakt stehen.3. Catalyst unit (10) according to claim 1 or 2, characterized in that the oxidation catalyst (12) and / or the reforming catalyst (11) comprises a metallic catalyst carrier (16, 17), wherein the sleeve (14) with the catalyst carrier (16 ) of the reforming catalyst (11) and the inner tube (15) with the catalyst support (17) of the oxidation catalyst (12) are in thermal contact. 4. Katalysatoreinheit (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorträger (17) des Oxidationskatalysators (12) und der Katalysatorträger (16) des Reformerkatalysators (11) durch Schweißen mit den jeweils benachbarten Teilen des Metallrohrs (13) verbunden sind.4. catalyst unit (10) according to claim 3, characterized in that the catalyst support (17) of the oxidation catalyst (12) and the catalyst support (16) of the reforming catalyst (11) are connected by welding to the respective adjacent parts of the metal tube (13). 5. Katalysatoreinheit (10) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorträger (17) des Oxidationskatalysators (12) und der Katalysatorträger (16) des Reformerkatalysators (11) aus einem metallischen Drahtgeflecht oder einer metallischen Lamellenstruktur bestehen. 9/20 • ·· ·· I · · · ··· • · · ·· · ··· ···· ·5. Catalyst unit (10) according to claim 3 or 4, characterized in that the catalyst support (17) of the oxidation catalyst (12) and the catalyst support (16) of the reforming catalyst (11) consist of a metallic wire mesh or a metallic lamellar structure. 9/20 • ···· I · · · ··· · · · ······································· 6. Katalysatoreinheit (10) nach einem cter Ansprache·! Ws *j/»cladurch gekennzeichnet, dass die Hülse (14) des Reformerkatalysators (11) mittels einer Spielpassung, beispielsweise im Bereich von 0,2 mm bis 1,5 mm, in das Innenrohr (15) des Oxidationskatalysators (12) eingefügt ist.6. Catalyst unit (10) after a cter response ·! Ws * j / »characterized in that the sleeve (14) of the reforming catalyst (11) by means of a clearance, for example in the range of 0.2 mm to 1.5 mm, in the inner tube (15) of the oxidation catalyst (12) is inserted , 7. Katalysatoreinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (14) des Reformerkatalysators (11) oder das Innenrohr (15) des Oxidationskatalysators (12) einen Dichtflansch (18) aufweist, und zwischen dem Dichtflansch (18) und dem Ende des Innenrohrs (15) eine Ringdichtung (19), beispielsweise eine Quellmatte, vorgesehen ist.7. catalyst unit (10) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the sleeve (14) of the reforming catalyst (11) or the inner tube (15) of the oxidation catalyst (12) has a sealing flange (18), and between the sealing flange (18) and the end of the inner tube (15) an annular seal (19), for example, a swelling mat, is provided. 8. Katalysatoreinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der Hülse (14) des Reformerkatalysators (11) Eingriffselemente oder Eingriffsöffnungen (20) für ein Abzugwerkzeug ausgebildet sind.8. catalyst unit (10) according to one of claims 1 to 7, characterized in that on the sleeve (14) of the reforming catalyst (11) engaging elements or engagement openings (20) are formed for a trigger tool. 9. Katalysatoreinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Oxidationskatalysator (12) eine rohrförmige Außenwand (21) mit Abgas-Auslassöffnungen (22) in einem über den Katalysatorträger (17) ragenden Bereich aufweist.9. catalyst unit (10) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the oxidation catalyst (12) has a tubular outer wall (21) with exhaust outlet openings (22) in an over the catalyst carrier (17) projecting region. 10. Katalysatoreinheit (10) für ein Hochtemperatur-Brennstoffzellensystem mit einem Reformerkatalysator (11) zur Aufbereitung eines Kraftstoffs für die Brennstoffzelle und einen Oxidationskatalysator (12) für die Abgasbehandlung der Brennstoffzelle, wobei der Oxidationskatalysator (12) ringförmig um den zylindrisch ausgeführten Reformerkatalysator (11) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Oxidationskatalysator (12), als auch der Reformerkatalysator (11) einen metallischen Katalysatorträger (16, 17) aufweisen, wobei die Gaspfade des Oxidationskatalysators (12) und des Reformerkatalysators (11) durch ein den Reformerkatalysator (11) aufnehmendes Metallrohr (13) getrennt sind, welches mit dem Katalysatorträger (17) des Oxidationskatalysators (12) und dem Katalysatorträger (16) des Reformerkatalysators (11) in thermischem Kontakt steht.10. A high temperature fuel cell system catalyst unit (10) comprising a fuel cell reforming catalyst (11) and an oxidation catalyst (12) for the fuel cell exhaust gas treatment, wherein the oxidation catalyst (12) is annularly formed around the cylindrically shaped reformer catalyst (11 ), characterized in that both the oxidation catalyst (12), and the reforming catalyst (11) have a metallic catalyst carrier (16, 17), wherein the gas paths of the oxidation catalyst (12) and the reforming catalyst (11) by a reforming catalyst (11) receiving metal tube (13) are separated, which is in thermal contact with the catalyst carrier (17) of the oxidation catalyst (12) and the catalyst carrier (16) of the reforming catalyst (11). 11. Katalysatoreinheit (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Oxidationskatalysator (12) und/oder der Reformerkatalysator (11) einen 10/20 10* metallischen Katalysatorträger (16, 1-7^ aufwetsenj’wetfehdas Metallrohr (13) mit dem Katalysatorträger (16) des Reformerkatalysators (11) dem Katalysatorträger (17) des Oxidationskatalysators (12) in thermischem Kontakt steht.11. catalyst unit (10) according to claim 10, characterized in that the oxidation catalyst (12) and / or the reforming catalyst (11) a 10/20 10 * metallic catalyst carrier (16, 1-7 ^ waetsenj'wetfehdas metal tube (13) the catalyst support (16) of the reforming catalyst (11) is in thermal contact with the catalyst support (17) of the oxidation catalyst (12). 12. Katalysatoreinheit (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorträger (17) des Oxidationskatalysators (12) und der Katalysatorträger (16) des Reformerkatalysators (11) durch Schweißen mit dem Metallrohr (13) verbunden sind.12. catalyst unit (10) according to claim 11, characterized in that the catalyst carrier (17) of the oxidation catalyst (12) and the catalyst carrier (16) of the reforming catalyst (11) are connected by welding to the metal tube (13). 13. Katalysatoreinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Reformerkatalysator (11) eingangsseitig ein Gasverteilergehäuse (24) aufweist, das das aufzubereitende Kraftstoff-Gas-Gemisch über die gesamte Eintrittsfläche (30) des Reformerkatalysators (11) verteilt, wobei die Zuleitung (23) für das Kraftstoff-Gas-Gemisch radial oder tangential in Bezug auf die Achse (11') des Reformerkatalysators (11) in das Gasverteilergehäuse (24) einmündet.13. catalyst unit (10) according to one of claims 1 to 12, characterized in that the reforming catalyst (11) on the input side a gas distributor housing (24) which the fuel-gas mixture to be treated over the entire inlet surface (30) of the reforming catalyst (11 ), wherein the supply line (23) for the fuel-gas mixture opens radially or tangentially with respect to the axis (11 ') of the reforming catalyst (11) in the gas distributor housing (24). 14. Katalysatoreinheit (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasverteilergehäuse (24) einen Ringraum (32) aufweist, in welchen die Zuleitung (23) für das Kraftstoff-Gas-Gemisch einmündet, wobei ausgehend vom Ringraum (32) radiale Zugangsöffnungen (33) vom Ringraum (32) zur Eintrittsfläche (30) des Reformerkatalysators (11) angeordnet sind.14. Catalyst unit (10) according to claim 13, characterized in that the gas distributor housing (24) has an annular space (32) into which the supply line (23) opens for the fuel-gas mixture, starting from the annular space (32) radial Access openings (33) from the annular space (32) to the inlet surface (30) of the reforming catalyst (11) are arranged. 15. Katalysatoreinheit (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Abstand a des tangentialen Einlasses (31) der Zuleitung (23) für das Kraftstoff-Gas-Gemisch von der Eintrittsfläche (30) des Reformerkatalysators (11) zum Durchmesser D des Reformerkatalysators (11) ein Verhältnis a : D im Bereich von 0,2 bis 1, vorzugsweise von 0,3 bis 0,6, aufweist.15. Catalyst unit (10) according to claim 13, characterized in that the axial distance a of the tangential inlet (31) of the feed line (23) for the fuel-gas mixture from the inlet surface (30) of the reforming catalyst (11) to the diameter D. of the reforming catalyst (11) has a ratio a: D in the range of 0.2 to 1, preferably 0.3 to 0.6. 16. Katalysatoreinheit (10) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasverteilergehäuse (24) mit der Innenwand des ringförmigen Oxidationskatalysators (12) einstückig hergestellt oder durch Schweißen verbunden ist. 2013 02 04; Lu öipl.-lnq A-mti V·;16. catalyst unit (10) according to any one of claims 13 to 15, characterized in that the gas distributor housing (24) with the inner wall of the annular oxidation catalyst (12) is made in one piece or connected by welding. 2013 02 04; Lu ipl-lnq A-mti V ·; 11/20 i £ fctertahiitar &*jtrte:11/20 i £ fctertahiitar & * jtrte:
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