DE10054437A1 - System for fine cleaning of process gas for fuel line with 1st and 2nd reactors also CO-H2 sensor with its measurement values supplied to computer for controlling air supply in 2nd reactor - Google Patents
System for fine cleaning of process gas for fuel line with 1st and 2nd reactors also CO-H2 sensor with its measurement values supplied to computer for controlling air supply in 2nd reactorInfo
- Publication number
- DE10054437A1 DE10054437A1 DE10054437A DE10054437A DE10054437A1 DE 10054437 A1 DE10054437 A1 DE 10054437A1 DE 10054437 A DE10054437 A DE 10054437A DE 10054437 A DE10054437 A DE 10054437A DE 10054437 A1 DE10054437 A1 DE 10054437A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- air supply
- reactor
- air
- sensor
- process gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Feinreinigung des Brennstoffgases für eine Brennstoffzelle.The invention relates to a device and a method for fine cleaning the Fuel gas for a fuel cell.
In einer Brennstoffzelle wird Wasserstoff mit dem Sauerstoff aus der Luft katalytisch verbrannt, wobei Energie in Form von Wärme und elektrischem Strom frei wird.In a fuel cell, hydrogen becomes catalytic with the oxygen in the air burned, releasing energy in the form of heat and electricity.
In diesem Zusammenhang sind sogenannte PEM-Brennstoffzellen bekannt, bei denen protonenleitende Membranen als Elektrolyt und Platin als Anodenkatalysator vorgesehen sind. PEM-Brennstoffzellen werden im Vergleich zu sogenannten SOFC- Brennstoffzellen bei geringen Temperaturen von etwa 100°C betrieben.In this context, so-called PEM fuel cells are known, in which proton-conducting membranes as electrolyte and platinum as anode catalyst are provided. PEM fuel cells are compared to so-called SOFC Fuel cells operated at low temperatures of around 100 ° C.
Mehrere Brennstoffzellen werden in der Regel zur Erzielung großer Leistungen seriell miteinander zu einem sogenannten Brennstoffzellenstapel verbunden. Das verbindende Element zweier Brennstoffzellen ist unter der Bezeichnung Interkonnektor oder aber bipolare Platte bekannt.Several fuel cells are usually serial to achieve great performance connected together to form a so-called fuel cell stack. The connecting element of two fuel cells is under the name interconnector or known bipolar plate.
Die für den Betrieb der Brennstoffzelle als Oxidationsmittel benötigte Luft wird aus der Umgebung angesaugt, der als Brennstoff benötigte Wasserstoff muß hergestellt werden.The air required to operate the fuel cell as an oxidizing agent is extracted from the Aspirated environment, the hydrogen required as fuel must be produced become.
Wasserstoff kann beispielsweise durch Reformierung von Kohlenwasserstoffen wie Methanol oder Methan gewonnen werden. Bei der Reformierungsreaktion entstehen neben Wasserstoff und Kohlendioxid auch Kohlenmonoxid (CO) in Konzentrationen von etwa 0,5 bis 2 Vol.-%.Hydrogen can be reformed by hydrocarbons such as Methanol or methane can be obtained. Arise in the reforming reaction In addition to hydrogen and carbon dioxide, carbon monoxide (CO) in concentrations from about 0.5 to 2% by volume.
Anodenkatalysatoren wie Platin oder dergleichen werden schon bei geringsten Kohlenmonoxidkonzentrationen vergiftet. d. h. es treten schon bei Kohlenmonoxidkonzentrationen im Wasserstoff oberhalb von etwa 10 ppm hohe Spannungs- und Leistungsverluste auf. Dieses Kohlenmonoxid muß auf Brennstoffzellen-verträgliche Werte gesenkt werden.Anode catalysts such as platinum or the like are even at the slightest Poisoned carbon monoxide concentrations. d. H. already join Carbon monoxide concentrations in hydrogen above about 10 ppm high Voltage and power losses. This carbon monoxide must be on Fuel cell compatible values can be reduced.
Der Leistungsverlust einer Membranbrennstoffzelle bei CO-Anteilen zwischen 10 ppm und 250 ppm liegt beispielsweise, je nach Anodenkatalysator und abhängig von der Belastung, zwischen 20 und 90%.The loss of performance of a membrane fuel cell with CO contents between 10 ppm and 250 ppm, for example, depending on the anode catalyst and depending on the Load, between 20 and 90%.
Da somit die Reinheit des Gases, das durch die Brennstoffzelle geleitet wird, maßgeblich für die Haltbarkeit und Lebensdauer der Brennstoffzelle ist.Thus, since the purity of the gas that is passed through the fuel cell is decisive for the durability and lifespan of the fuel cell.
Es ist bekannt, zur Lösung des Problems im Anschluß an die Reformierung des Brenngases die CO-Konzentration im Wasserstoff mittels nachgeschalteter Reinigungsstufen zu verringern.It is known to solve the problem following the reform of the Fuel gas the CO concentration in the hydrogen by means of downstream Reduce cleaning levels.
Es ist ferner bekannt, zur Lösung des Problems CO-resistente Anodenkatalysatoren einzusetzen. Zu diesem Zweck wurden Platin-Ruthenium-Legierungen als Katalysator verwendet.It is also known to solve the problem of CO-resistant anode catalysts use. For this purpose, platinum-ruthenium alloys were used as the catalyst used.
Allerdings tritt auch bei diesen verbesserten Katalysatoren noch ein deutlicher Spannungsverlust aufgrund von im Wasserstoff auftretendem CO auf. Ferner sind die Legierungen teuer und müssen aufwendig verarbeitet werden.However, even with these improved catalysts, there is still a clear one Voltage loss due to CO occurring in hydrogen. Furthermore, the Alloys are expensive and have to be processed with great effort.
Aus den Druckschriften DE 44 08 962 A1 sowie WO 94/09523 A1 geht hervor, daß CO aus dem Brenngas durch Carbonisieren bzw. durch Umsetzung mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasgemischen im isothermischen Reaktor aus dem Brennstoff entfernbar ist.From documents DE 44 08 962 A1 and WO 94/09523 A1 it is apparent that CO from the fuel gas by carbonization or by reaction with oxygen or oxygen-containing gas mixtures in the isothermal reactor from the fuel is removable.
Es ist also bekannt, zur Lösung des Problems geringe Mengen Sauerstoff oder Luft zum Wasserstoffgas (Prozeßgas) hinzuzugeben. Vergiftungseffekte aufgrund von CO lassen sich so eliminieren. Bei Zusatz von etwa 1% Sauerstoff zum Wasserstoff wurden die gleichen Leistungsdaten (Strom-Spannungs-Kurven) wie bei reinem, CO- freiem Wasserstoff erreicht.So it is known to solve the problem with small amounts of oxygen or air to add to the hydrogen gas (process gas). Poisoning effects due to CO can be eliminated in this way. When about 1% oxygen is added to the hydrogen the same performance data (current-voltage curves) as for pure CO free hydrogen reached.
Ein mögliches Verfahren zur Reinigung des Prozeßgases besteht in einer zweistufigen Behandlung, bei der das Prozeßgas zunächst in einer ersten Stufe, der sogenannten Shiftstufe, durch eine homogene Wassergasreaktion vorgereinigt wird.One possible method for cleaning the process gas is a two-stage process Treatment in which the process gas is initially in a first stage, the so-called Shift stage, is pre-cleaned by a homogeneous water gas reaction.
In einer zweiten Stufe, der sogenannten präferentiellen Oxidation (PROX-Stufe) wird das Prozeßgas durch die Zufuhr von Sauerstoff feingereinigt, indem das Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid oxidiert wird. Das so gereinigte Prozeßgas wird der Anode der Brennstoffzelle zugeführt.In a second stage, the so-called preferential oxidation (PROX stage) the process gas is finely cleaned by the supply of oxygen by the Carbon monoxide is oxidized to carbon dioxide. The process gas purified in this way becomes the Anode supplied to the fuel cell.
Die genaue Bemessung der Menge des in der PROX-Stufe zudosierten Sauerstoffs (Luft) ist sehr wichtig, dabei einer zu hohen Zufuhr von Luft ein totaler Ausbrand stattfindet und somit auch Wasserstoff verbraucht wird, d. h. es ist bei der Zugabe von Sauerstoff oder Luft darauf zu achten, daß die auftretenden Sauerstoffkonzentrationen im Wasserstoff bei jedem H2-Durchfluß, d. h. für jede Brennstoffzellen-Leistung unter der Zündgrenze liegen. Es müssen daher genau arbeitende Durchflußregler (auch Mass-Flow-Controller genannt) oder spezielle Düsen etc. zur Gasdosierung installiert werden, die technisch aufwendig und teuer sind. Zudem muß eine hohe Betriebssicherheit geschaffen werden, um niemals Gasmischungen im zündfähigen Bereich herzustellen.The exact measurement of the amount of oxygen (air) metered in in the PROX stage is very important, in the event of an excessive supply of air there is a total burnout and thus hydrogen is also consumed, ie it is added when oxygen or air is added ensure that the oxygen concentrations in the hydrogen are below the ignition limit for every H 2 flow, ie for each fuel cell output. Precisely working flow controllers (also called mass flow controllers) or special nozzles etc. for gas metering must therefore be installed, which are technically complex and expensive. In addition, a high level of operational safety must be created in order to never produce gas mixtures in the ignitable area.
Bei zu geringer Sauerstoffzufuhr kann das nach der PROX-Stufe im Prozeßgas noch enthaltene CO die Brennstoffzelle schädigen, während sich bei zu starker Sauerstoffzufuhr der Wasserstoffgehalt des feingereinigten Prozeßgases durch Ausbrand verringert, wodurch die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle vermindert wird.If the oxygen supply is too low, this can still occur in the process gas after the PROX stage CO contained damage the fuel cell, while if too strong Oxygen supply through the hydrogen content of the purified process gas Burnout reduced, which reduces the performance of the fuel cell becomes.
Aus der JP 08-329969 A ist ein Brennstoffzellensystem bekannt, dem zur Brennstofferzeugung ein Reaktor zur Dampfreformierung von Kohlenwasserstoffen vorgeschaltet ist, wobei der Ausgang des Dampfreformers mit einem Shift-Reaktor zur Durchführung einer homogenen Wassergasreaktion verbunden ist, dessen Ausgang seinerseits zu einem Reaktor zur Durchführung einer präferentiellen Oxidation zur CO- Eliminierung führt. In die von der präferentiellen Oxidationsstufe zur Brennstoffzelle führenden Leitung, durch die das gereinigte, d. h. von CO befreite wasserstoffreiche Gas geführt wird, ist ein Sensor eingebaut, der laufend die Konzentration von CO in dem wasserstoffreichen Gas ermittelt. Die Meßwerte werden einem Rechner zugeführt, der in Abhängigkeit von der festgestellten CO-Konzentration die Luftzufuhr in die Stufe der präferentiellen Oxidation regelt, um die CO-Konzentration auf einem unkritischen Wert zu halten. An das Stellglied für die Regelung der Luftzufuhr (Proportionalventil) werden hierbei hohe Anforderungen zur Gewährleistung einer exakt bemessenen Luftzufuhr gestellt, so daß dieser Teil der Gesamtanlage relativ kostenaufwendig ist.From JP 08-329969 A a fuel cell system is known, which for Fuel generation a reactor for steam reforming of hydrocarbons is connected upstream, the output of the steam reformer with a shift reactor Carrying out a homogeneous water gas reaction is connected to its output in turn to a reactor to carry out a preferential oxidation for CO Elimination leads. In from the preferential oxidation stage to the fuel cell leading line through which the cleaned, d. H. CO-free hydrogen-rich Gas is led, a sensor is installed, which continuously the concentration of CO in determined the hydrogen-rich gas. The measured values are fed to a computer, depending on the CO concentration found, the air supply in the stage The preferential oxidation regulates the CO concentration to an uncritical one Hold value. To the actuator for regulating the air supply (proportional valve) there are high requirements to ensure a precisely dimensioned Air supply provided, so that this part of the overall system is relatively expensive.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Reinigung des Prozeßgases für eine Brennstoffzelle zur Verfügung zu stellen, welche die oben erwähnten Nachteile des Standes der Technik überwinden. Es soll eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung gestellt werden, die eine einfache und genaue Steuerung der Luftzufuhr in der PROX-Stufe ohne großen Hauaufwand ermöglichen, um so Schäden an der Brennstoffzelle und unerwünschten Ausbrand von Wasserstoff zu vermeiden.It is an object of the present invention, an apparatus and a method for To provide cleaning of the process gas for a fuel cell, which overcome the above-mentioned disadvantages of the prior art. It should be one Apparatus and a method are provided that are simple and precise control of the air supply in the PROX stage without much effort allow to damage the fuel cell and undesirable burnout of Avoid hydrogen.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.The object is achieved by a device and a method with the features of independent claims solved. Advantageous configurations are in the dependent Labeled claims.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Feinreinigung des Prozeßgases für eine Brennstoffzelle mit einem ersten Reaktor, in dem eine Reinigung des Prozeßgases durch eine homogene Wassergasreaktion erfolgt und einem zweiten Reaktor, in dem eine Feinreinigung des Prozeßgases mittels präferentieller Oxidation (PROX-Stufe) erfolgt, wobei hinter dem zweiten Reaktor ein CO/H2-Sensor angeordnet ist, dessen Meßwerte einem Rechner zugeführt werden, der zur genauen Steuerung der Luftzufuhr für die PROX-Stufe anhand der Meßwerte dieses CO/H2-Sensors einen Luftzufuhrregler (Stellglied) beeinflußt. Erfindungsgemäß ist diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner die jeweils benötigte Luftmenge als Sollmenge exakt ermittelt, ferner in der Luftzufuhr zum zweiten Reaktor ein Luftmassensensor, der die tatsächlich zugeführte Luftmenge exakt ermittelt und dessen Meßwerte ebenfalls dem Rechner zugeführt werden, vorgesehen wird und der Rechner die Betätigung des Luftzufuhrreglers in unmittelbarer Abhängigkeit von den Meßwerten des Luftmassensensors entsprechend dem jeweils vorliegenden Wert der Sollmenge vornimmt. Dadurch wird es möglich, als Luftzufuhrregler ein besonders einfaches und daher sehr kostengünstiges Ventil, beispielsweise ein Ventil, das lediglich die beiden Stellungen "auf" und "zu" aufweist, einzusetzen. Die Genauigkeit der Luftmengenzuführung wird dabei durch einen hochgenauen Luftmassensensor, dessen Kosten vergleichsweise gering sind, gewährleistet. Die Kombination von sehr einfachem Stellglied und sehr genauem Luftmassensensor liefert im Ergebnis die gleiche Qualität in Bezug auf die genaue Luftmengenbemessung wie ein übliches, aber erheblich kostenaufwendigeres hochgenaues Stellglied (z. B. Proportionalventil) als Luftmengenregler. Gleichzeitig wird dabei eine sehr schnelle Regelung ermöglicht.The object is achieved by a device for fine cleaning of the process gas for a fuel cell with a first reactor in which the process gas is cleaned by a homogeneous water gas reaction and a second reactor in which the process gas is cleaned by means of preferential oxidation (PROX stage) , behind the second reactor a CO / H 2 sensor is arranged, the measured values of which are fed to a computer which, for precise control of the air supply for the PROX stage, influences an air supply controller (actuator) on the basis of the measured values of this CO / H 2 sensor , According to the invention, this device is characterized in that the computer exactly determines the amount of air required as the desired amount, and in the air supply to the second reactor there is an air mass sensor which exactly determines the actually supplied air amount and whose measured values are also fed to the computer, and the computer actuates the air supply regulator in direct dependence on the measured values of the air mass sensor in accordance with the respectively present value of the target quantity. This makes it possible to use a particularly simple and therefore very inexpensive valve, for example a valve which has only the two positions "open" and "closed", as the air supply controller. The accuracy of the air supply is ensured by a highly accurate air mass sensor, the cost of which is comparatively low. The combination of a very simple actuator and a very precise air mass sensor results in the same quality in terms of the exact air volume measurement as a conventional, but considerably more expensive, highly precise actuator (e.g. proportional valve) than an air volume controller. At the same time, very quick regulation is made possible.
Unter einem Luftmassensensor wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch ein Sensor verstanden, der lediglich die Luftmenge, d. h. das Luftvolumen ermittelt, welches unter vergleichbaren Bedingungen (Druck, Temperatur) proportional zur Luftmasse ist. Ein Mengensensor ist im Allgemeinen noch kostengünstiger als ein Massensensor.Within the scope of the present invention, an air mass sensor also includes a Understand sensor that only the amount of air, d. H. the air volume is determined, which, under comparable conditions (pressure, temperature), is proportional to the Air mass is. A quantity sensor is generally even cheaper than one Mass sensor.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird weiterhin durch ein Verfahren zur Feinreinigung des Prozeßgases für eine Brennstoffzelle gelöst, in der das Prozeßgas mittels eines ersten Reaktors durch eine homogene Wassergasreaktion vorgereinigt und in einem zweiten Reaktor mittels präferentieller Oxidation (PROX-Stufe) feingereinigt wird, wobei für die exakte Steuerung der Luftzufuhr zur PROX-Stufe die Meßwerte eines hinter dem zweiten Reaktor angeordneten CO/H2-Sensors verwendet werden. Erfindungsgemäß wird anhand der Meßwerte des CO/H2-Sensors ein Wert für die Sollmenge der jeweils benötigten Luftzufuhr ermittelt; ferner wird die tatsächliche Menge (Istmenge) der jeweils zugeführten Luft exakt ermittelt und der Wert der Istmenge zur Betätigung eines Stellglieds für die Einstellung der Luftzufuhr herangezogen. Vorzugsweise wird für das erfindungsgemäße Verfahren ein kostengünstiges, einfaches Stellglied mit nur mäßiger Genauigkeit verwendet und die tasächlich zugeführte Luftmenge über einen hochgenau arbeitenden Luftmassensensor ermittelt.The object of the present invention is further achieved by a method for fine cleaning of the process gas for a fuel cell, in which the process gas is pre-cleaned by means of a first reactor by means of a homogeneous water gas reaction and is finely cleaned in a second reactor by means of preferential oxidation (PROX stage), whereby for the exact control of the air supply to the PROX stage the measured values of a CO / H 2 sensor arranged behind the second reactor are used. According to the invention, a value for the target quantity of the air supply required in each case is determined on the basis of the measured values of the CO / H 2 sensor; Furthermore, the actual quantity (actual quantity) of the air supplied in each case is determined exactly and the value of the actual quantity is used to actuate an actuator for adjusting the air supply. An inexpensive, simple actuator with only moderate accuracy is preferably used for the method according to the invention, and the amount of air actually supplied is determined by means of a high-precision air mass sensor.
Vorteilhaft wird als CO/H2-Sensor zur Steuerung der Luftzufuhr für die PROX-Stufe eine preisgünstig erhältliche Lambda-Sonde verwendet.An inexpensive lambda probe is advantageously used as a CO / H 2 sensor for controlling the air supply for the PROX stage.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.The invention will now be described using an exemplary embodiment with reference to the attached drawing explained in more detail.
Die einzige Figur zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Feinreinigung des Brennstoffgases (Prozeßgas) für eine Brennstoffzelle 6. In einem ersten Reaktor 1 wird das Prozeßgas durch eine homogene Wassergasreaktion vorgereinigt. Anschließend wird das Prozeßgas in einem als präferentielle Oxidationsstufe ausgebildeten zweiten Reaktor 2 feingereinigt. Im Anschluß an den zweiten Reaktor 2 ist in der Prozeßgaszuleitung zur Brennstoffzelle 6 ein CO/H2-Sensor 3 angebracht, dessen Meßwerte einem Rechner 10 zugeführt werden. Ein Luftzufuhrregler 4 steuert die Luftzufuhr zum Reaktor 2. Die tatsächlich jeweils zugeführte Luftmenge wird über einen Luftmassensensor 5 gemessen (Istwert), wobei auch diese Istwerte dem Rechner 10 zugeführt werden. Der Rechner 10 ermittelt jeweils anhand der Meßwerte des CO/H2-Sensors 3 den Sollwert für die zuzuführende Luftmenge und betätigt das Stellglied (Luftmassenregler 4) in unmittelbarer Abhängigkeit von dem jeweils festgestellten Istwert des Luftmassensensors 5 bis zum Erreichen dieses Sollwerts. Das feingereinigte Prozeßgas wird anschließend zur Anode 7 der Brennstoffzelle 6 geleitet. Eine weitere Luftzufuhr 8 versorgt die Kathode 9 der Brennstoffzelle 6 mit Luft (Sauerstoff). Auf der Grundlage der Messungen des CO/H2-Sensors 3 und des Luftmassensensors 5 kann die Luftzufuhr zum Reaktor 2 stets in einem optimalen Bereich gehalten werden. Befindet sich zuviel Kohlenmonoxid im Abgas der PROX 2, wird die Luftzufuhr unverzüglich erhöht. Enthält das Abgas kein Kohlenmonoxid und zu wenig Wasserstoff, wird die Luftzufuhr entsprechend verringert. Dabei ermöglicht der erfindungsgemäße Einsatz eines Luftmassensensors 5 die Verwendung einfacher, nur mäßig genauer, aber kostengünstiger Steilglieder 4 für eine exakte Bemessung der Luftzufuhr. Um ein Schwingen des Regelungssystems zu vermeiden, sollten die Messwerte eines der beiden Sensoren, vorzugsweise des Luftmassensensors, vom Rechner mit Priorität berücksichtigt werden.The single figure schematically shows a preferred embodiment of the device according to the invention for the fine cleaning of the fuel gas (process gas) for a fuel cell 6 . In a first reactor 1 , the process gas is pre-cleaned by a homogeneous water gas reaction. The process gas is then finely cleaned in a second reactor 2 designed as a preferential oxidation stage. Following the second reactor 2 , a CO / H 2 sensor 3 is attached in the process gas feed line to the fuel cell 6 , the measured values of which are fed to a computer 10 . An air supply controller 4 controls the air supply to the reactor 2 . The amount of air actually supplied is measured via an air mass sensor 5 (actual value), these actual values also being supplied to the computer 10 . The computer 10 uses the measured values of the CO / H 2 sensor 3 to determine the setpoint for the air volume to be supplied and actuates the actuator (air mass controller 4 ) in direct dependence on the respectively determined actual value of the air mass sensor 5 until this setpoint is reached. The finely cleaned process gas is then passed to the anode 7 of the fuel cell 6 . Another air supply 8 supplies the cathode 9 of the fuel cell 6 with air (oxygen). On the basis of the measurements of the CO / H 2 sensor 3 and the air mass sensor 5 , the air supply to the reactor 2 can always be kept in an optimal range. If there is too much carbon monoxide in the exhaust gas of the PROX 2 , the air supply is increased immediately. If the exhaust gas contains no carbon monoxide and too little hydrogen, the air supply is reduced accordingly. The use of an air mass sensor 5 according to the invention enables the use of simple, only moderately accurate, but inexpensive steep sections 4 for an exact measurement of the air supply. In order to prevent the control system from oscillating, the measured values of one of the two sensors, preferably the air mass sensor, should be taken into account by the computer with priority.
In weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die Reaktoren 1 und 2 auch in anderer geeigneter Weise angeordnet sein. Derartige Anordnungen sind dem Fachmann bekannt. So kann insbesondere die PROX-Stufe 2 einstufig, zweistufig oder in noch mehr Stufen betrieben werden. Dabei können auch zwei oder mehrere Reaktoren zur Anwendung kommen. Ebenso können auch zwei oder mehr parallel geschaltete Stellglieder für die Luftzufuhr verwendet werden. In further embodiments of the present invention, the reactors 1 and 2 can also be arranged in another suitable manner. Such arrangements are known to the person skilled in the art. In particular, PROX level 2 can be operated in one, two or even more stages. Two or more reactors can also be used. Likewise, two or more actuators connected in parallel can also be used for the air supply.
11
erster Reaktor
first reactor
22
zweiter Reaktor
second reactor
33
CO/H2 CO / H 2
-Sensor
-Sensor
44
Luftzufuhrregler
Air Controls
55
Luftmassensensor
Air mass sensor
66
Brennstoffzelle
fuel cell
77
Anode
anode
88th
Luftzufuhr
air supply
99
Kathode
cathode
1010
Rechner
computer
Claims (5)
daß der Rechner (10) die jeweils benötigte Luftmenge als Sollmenge ermittelt,
daß in der Luftzufuhr zum zweiten Reaktor (2) ein Luftmassensensor (5) angeordnet ist, dessen Meßwerte ebenfalls dem Rechner (10) zugeführt werden, und
daß der Rechner die Betätigung des Luftzufuhrreglers (4) in unmittelbarer Abhängigkeit von den Meßwerten des Luftmassensensors (4) entsprechend dem jeweils vorliegenden Wert der Sollmenge vornimmt.1. Device for fine cleaning of the process gas for a fuel line ( 6 ) with a first reactor ( 1 ) in which the process gas is cleaned by a homogeneous water gas reaction and a second reactor ( 2 ) in which fine cleaning of the process gas by means of preferential oxidation ( PROX stage) takes place, a CO / H 2 sensor ( 3 ) being arranged behind the second reactor ( 2 ), the measured values of which are fed to a computer ( 10 ) which is used to control the air supply to the second reactor ( 2 ) the measured values of the CO / H 2 sensor ( 3 ) influence an air supply controller ( 4 ), characterized in that
that the computer ( 10 ) determines the required air volume as the target volume,
that an air mass sensor ( 5 ) is arranged in the air supply to the second reactor ( 2 ), the measured values of which are also fed to the computer ( 10 ), and
that the computer actuates the air supply controller ( 4 ) in direct dependence on the measured values of the air mass sensor ( 4 ) in accordance with the respectively present value of the target quantity.
daß anhand der Meßwerte des CO/H2-Sensors (3) ein Wert für die Sollmenge der jeweils benötigten Luftzufuhr ermittelt wird,
daß die tatsächliche Menge (Istmenge) der jeweils zugeführten Luft durch einen Luftmassensensor (5) ermittelt wird und
daß der Wert der Istmenge zur Betätigung eines Stellglieds (Luftmengenregler 4) für die Einstellung der Luftzufuhr herangezogen wird.4. Process for fine cleaning of the process gas for a fuel cell ( 6 ), in which the process gas is pre-cleaned in a first reactor ( 1 ) by a homogeneous water gas reaction and in a second reactor ( 2 ) by means of preferential oxidation (PROX stage), where the measured value ( 2 ) of a CO / H 2 sensor ( 3 ) fitted after the second reactor is used for the exact control of the air supply, characterized in that
that on the basis of the measured values of the CO / H 2 sensor ( 3 ) a value for the target quantity of the air supply required in each case is determined,
that the actual amount (actual amount) of the air supplied is determined by an air mass sensor ( 5 ) and
that the value of the actual quantity for actuating an actuator (air quantity regulator 4 ) is used for adjusting the air supply.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10054437A DE10054437A1 (en) | 2000-10-26 | 2000-10-26 | System for fine cleaning of process gas for fuel line with 1st and 2nd reactors also CO-H2 sensor with its measurement values supplied to computer for controlling air supply in 2nd reactor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10054437A DE10054437A1 (en) | 2000-10-26 | 2000-10-26 | System for fine cleaning of process gas for fuel line with 1st and 2nd reactors also CO-H2 sensor with its measurement values supplied to computer for controlling air supply in 2nd reactor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE10054437A1 true DE10054437A1 (en) | 2002-05-08 |
Family
ID=7661989
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE10054437A Ceased DE10054437A1 (en) | 2000-10-26 | 2000-10-26 | System for fine cleaning of process gas for fuel line with 1st and 2nd reactors also CO-H2 sensor with its measurement values supplied to computer for controlling air supply in 2nd reactor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE10054437A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10236845B4 (en) * | 2002-08-08 | 2006-02-16 | Reinz-Dichtungs-Gmbh | Fuel cell with integrated sensor |
-
2000
- 2000-10-26 DE DE10054437A patent/DE10054437A1/en not_active Ceased
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10236845B4 (en) * | 2002-08-08 | 2006-02-16 | Reinz-Dichtungs-Gmbh | Fuel cell with integrated sensor |
| DE10236845B8 (en) * | 2002-08-08 | 2006-07-06 | Reinz-Dichtungs-Gmbh | Fuel cell with integrated sensor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE112005002853B4 (en) | Fuel cell energy system and method | |
| DE69732993T2 (en) | Apparatus and method for reducing carbon monoxide concentration and fuel cell containing generator system with such apparatus | |
| EP0958629B1 (en) | Device and method for combined purification and compression of hydrogen containing co and the use thereof in fuel cell assemblies | |
| DE19825772A1 (en) | Converting hydrocarbons in fuel gas into hydrogen | |
| DE10025108A1 (en) | High temperature material | |
| EP1817814B1 (en) | Method for determining an air ratio in a burner for a fuel cell heater, and fuel cell heater | |
| DE102006007077A1 (en) | Method for operating a fuel cell | |
| DE102006005175A1 (en) | Device and method for controlling the differential pressure in a fuel cell | |
| DE10221146A1 (en) | Method for operating a fuel cell system having at least one discontinuously operated fuel cell | |
| DE19847211C1 (en) | Method for operating a reformer / CO oxidation unit | |
| EP0813263B1 (en) | Process for operating a device for steam reforming of methanol | |
| DE19620501C1 (en) | Fuel cell device operating method | |
| AT523373B1 (en) | Sensor device for a fuel cell system | |
| DE10163539A1 (en) | Control of the supply of oxidizing agents | |
| EP2061585A1 (en) | Reformer | |
| EP1575113A2 (en) | Fuel cell assembly and method of operating a fuel cell assembly | |
| DE10054437A1 (en) | System for fine cleaning of process gas for fuel line with 1st and 2nd reactors also CO-H2 sensor with its measurement values supplied to computer for controlling air supply in 2nd reactor | |
| EP2033255A1 (en) | Fuel cell system | |
| DE19646354C1 (en) | Fuel cell with oxygen supply in the fuel | |
| EP2033252A1 (en) | Determination of the lambda value of reformate with the aid of a fuel cell | |
| WO2019048173A1 (en) | Method for operating a fuel cell device | |
| AT521838B1 (en) | Fuel cell system and method of operating the same | |
| DE10358933A1 (en) | Determination of lambda value of reformate | |
| DE10348698B4 (en) | Apparatus and method for generating electrical energy and water from CO-containing hydrogen | |
| DE10296673T5 (en) | Fuel cell power plant |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: P21 - POWER FOR THE 21ST CENTURY GMBH, 85649 BRUNN |
|
| 8131 | Rejection |