DE10130945B4 - Kraftstoffreformiervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Kraftstoffreformiervorrichtung (20) mit einem Reformierkatalysator (38, 48), der Kohlenwasserstoffkraftstoff enthaltendes Ausgangsgas in wasserstoffhaltiges Reformatgas reformiert,
gekennzeichnet durch
ein Filterelement (34, 34B), das sich aus einem Filtermaterial zusammensetzt, das eine Vielzahl von Lücken enthält, die einen vorbestimmten effektiven Durchmesser von 10 bis etwa 100 µm haben, um beim Durchgang des Ausgangsgases durch die Lücken Ruß (12) einzufangen, der in dem Ausgangsgas wegen des Kohlenwasserstoffkraftstoffs erzeugt wird,
wobei der Reformierkatalysator (38, 48) von zumindest einer der Stirnflächen des Filterelements (34, 34B) getragen wird.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffreformiervorrichtung zum Reformieren von Kohlenwasserstoffkraftstoff in wasserstoffreiches Kraftstoffgas.
  • Es ist eine herkömmliche Kraftstoffreformiervorrichtung bekannt, die etwa die Hälfte eines Kohlenwasserstoffkraftstoffs vollständig verbrennt und die andere Hälfte einer Teiloxidationsreaktion unterzieht. Eine solche Kraftstoffreformiervorrichtung ist beispielsweise in der JP 7-215702 A offenbart. Bei dieser Vorrichtung werden aus einer vollständigen Verbrennung stammende Wasserdämpfe und aus der Teiloxidationsreaktion stammendes Kohlenmonoxid mittels einer Konvertierungsreaktion in Wasserstoff und Kohlendioxid überführt, wodurch die Wasserstoffausbeute gesteigert und die Rußerzeugung eingedämmt wird. Unter dem Begriff "Wasserstoffausbeute" ist das Verhältnis der tatsächlich erzeugten Wasserstoffmenge zu der Wasserstoffmenge zu verstehen, die sich in einem chemischen Prozess theoretisch aus den Ausgangsstoffen erzielen lässt.
  • Diese Kraftstoffreformiervorrichtung hat jedoch Schwierigkeiten, die Rußerzeugung vollständig einzudämmen. Selbst wenn der Kohlenwasserstoffkraftstoff vollständig unter einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis verbrannt wird, ist es nicht möglich, den Kohlenwasserstoffkraftstoff ganz mit Luft zu mischen und in dem gesamten Gemisch eine vollständige Verbrennung herbeizuführen, wobei es abgesehen davon aufgrund von Eich- bzw. Messfehlern bei der Zuführung von Kohlenwasserstoffkraftstoff und Luft schwierig ist, stets einen Zustand mit einem präzisen stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis beizubehalten. Wegen des Kohlenstoffs in dem Kohlenwasserstoffkraftstoff wird daher eine kleine Menge Ruß erzeugt.
  • Bei der obigen Kraftstoffreformiervorrichtung wird die Rußerzeugung durch Zufuhr von Kohlenwasserstoffkraftstoff eingedämmt, der vollständig mit einer Luftmenge zu verbrennen ist, die geringfügig größer als die dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis entsprechende Menge ist. Allerdings tritt auch in diesem Fall das Problem auf, dass es schwierig ist, einen Zustand vollständiger Mischung zu erzielen und in dem gesamten Gemisch eine vollständige Verbrennung zu realisieren.
  • Darüber hinaus ist aus der DE 198 04 286 A1 eine Methanolreformierungsvorrichtung bekannt, bei der in einem Reaktionsraum mit einer Katalysatorschichtung Hohlfasern eingebracht sind. Die Hohlfasern dienen als Membranen zur selektiven Abtrennung von Wasserstoff, der durch eine Reformierreaktion des Methanols im Reaktionsraum entsteht.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffreformiervorrichtung zur Verfügung zu stellen, die Ruß einfängt, der aus Kohlenstoff in einem Kohlenwasserstoffkraftstoff erzeugt wird.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Kraftstoffreformiervorrichtung gelöst, wie sie in Anspruch 1 und Anspruch 16 definiert ist.
  • Bei einer Kraftstoffreformiervorrichtung mit einem solchen Aufbau kann Ruß, der beim Reformieren von Ausgangsgas in Reformatgas erzeugt wird, und Ruß, der aufgrund einer Temperaturerhöhung des Ausgangsstoffes erzeugt wird, während seines Durchgangs durch das Filterelement eingefangen werden.
  • Diese und weitere Aufgaben, Merkmale, Vorteile und die technische und industrielle Bedeutung der Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, die auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt. Es zeigen:
  • 1 ein Blockschaltbild des Gesamtaufbaus einer Kraftstoffreformiervorrichtung gemäß einem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 2 in Vergrößerung eine schematische Darstellung eines Wabenfilterabschnitts beim ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 3 ein Beispiel für ein Flussdiagramm einer Rußentfernungsroutine, die beim ersten und zweiten Ausführungsbeispiel durch eine elektronische Steuerungseinheit der Kraftstoffreformiervorrichtung ausgeführt wird; und
  • 4 in Vergrößerung eine schematische Darstellung eines Wabenfilterabschnitts beim zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird zunächst das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
  • 1 zeigt in Blockdarstellung den Gesamtaufbau einer Kraftstoffreformiervorrichtung 20 dieses Beispiels. Wie in 1 gezeigt ist, umfasst die Kraftstoffreformiervorrichtung 20 einen Gasifizier-/Mischabschnitt 28 (oder Ausgangsstoffvorbereitungsabschnitt), einen Reformierabschnitt 30, einen Konvertierungsabschnitt 52 und eine elektronische Steuerungseinheit 60. Der Gasifizier-/Misch abschnitt 28 wird durch eine Kraftstoffpumpe 24 von einem Kraftstofftank 22 aus mit Kohlenwasserstoffkraftstoff (z. B. Benzin oder dergleichen), von einem Gebläse 26 mit Luft und von einer Wasserdampfquelle 50 aus mit Wasserdampf versorgt. Der Gasifizier-/Mischabschnitt 28 gasifiziert den Kohlenwasserstoffkraftstoff und mischt ihn mit der Luft und dem Wasserdampf, wodurch Ausgangsgas erzeugt wird. Der Reformierabschnitt 30 reformiert das Ausgangsgas zu wasserstoff- und kohlenmonoxidhaltigem Reformatgas. Der Konvertierungsabschnitt 52 überführt Wasserdampf und Kohlenmonoxid in dem Reformatgasgemisch und von der Wasserdampfquelle 50 aus zugeführten Wasserstoff zu Wasserstoff und Kohlendioxid. Die elektronische Steuerungseinheit 60 steuert die gesamte Vorrichtung.
  • Ein Aspekt der Erfindung betrifft den Aufbau des Reformierabschnitts 30 und die Vorbereitung des dem Reformierabschnitt 30 zuzuführenden Ausgangsgases. Es folgt daher eine ausführliche Beschreibung des Aufbaus des Reformierabschnitts 30 und der Ausgangsgasvorbereitung. Bei der Kraftstoffreformiervorrichtung 20 dieses Ausführungsbeispiels wird als Kohlenwasserstoffkraftstoff Benzin verwendet. Der Reformierabschnitt 30 wird bei einer Temperatur von etwa 600 bis etwa 1000°C betrieben, bei der ein Reformierkatalysator aktiviert ist, während der Konvertierungsabschnitt 52 bei einer Temperatur von etwa 200 bis etwa 600°C betrieben wird, bei der ein Konvertierungsreaktionskatalysator aktiviert ist.
  • Der Reformierabschnitt 30 weist einen Wabenfilter 32 auf. Der Wabenfilter 32 weist Wabenröhren mit einer Vielzahl von Zellen auf. Durch Verschließen eines Gasauslasses bei jeweils der Hälfte der Zellen (in 1 auf der rechten Seite) mit einem Stöpsel 41 wird ein Ausgangsstoffversorgungsdurchgang 40 gebildet, während durch Verschließen eines Gaseinlasses bei jeweils der anderen Hälfte dieser Zellen (in 1 auf der linken Seite) mit einem Stöpsel 43 ein Aufbereitungsgasdurchgang 42 gebildet wird. Die Wabenröhre besteht aus einem geeigneten Material, etwa einem Sintermaterial, einem Vliesstoff, einem aufgeschäumten Material, einem Geflechtmaterial oder einem porösen Material, das eine Vielzahl von Spalten mit einem Durchmesser von kleiner oder gleich etwa 100 μm aufweist. Obwohl dieser Träger einen einheitlichen Aufbau hat, d. h. obwohl er ein monolithisches Substrat ist, ist er mit regelmäßigen Löchern (in Form von z. B. einem Viereck, einem Dreieck oder einem Sechseck) perforiert und wird daher als Wabenröhre bezeichnet. Die Ausgangsstoffversorgungsdurchgänge 40 und die Aufbereitungsgasdurchgänge 42 grenzen aneinander an, wobei zwischen ihnen ein Filterelement 34 gelegen ist (das eine Trennwand definiert und daher nachstehend als "Trennwand" bezeichnet wird). Von dem Ausgangsstoffversorgungsdurchgang 40 zugeführtes Ausgangsgas dringt in die Trennwand 34 ein und wird von dem Aufbereitungsgasdurchgang 42 ausgegeben.
  • 2 zeigt im vergrößerten Maßstab die Trennwand 34 des Wabenfilters 32. Wie in 2 gezeigt ist, ist eine Oberfläche der Trennwand 34 des Wabenfilters 32 mit einer Überzugsschicht 36 aus einem inaktiven Material wie Aluminiumoxid oder dergleichen beschichtet. Von einer Oberfläche auf der Seite des Aufbereitungsgasdurchgangs 42 und in einer Vielzahl von Spalten auf der Seite des Aufbereitungsgasdurchgangs 42 wird ein Reformierkatalysator 38 (aus z. B. Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh), Nickel (Ni) oder dergleichen) getragen, der Kohlenwasserstoffkraftstoff in wasserstoff- und kohlenmonoxidhaltiges Reformatgas reformiert. Beim Eintritt in die als Filterelement dienende Trennwand 34 ruft daher von dem Ausgangsstoffversorgungsdurchgang 40 zugeführtes Ausgangsgas auf dem in den Spalten der Trennwand 34 getragenen Reformierkatalysator 38 und auf dem auf der Seite des Aufbereitungsgasdurchgangs 42 getragenen Reformierkatalysator 38 eine Reformierreaktion hervor. Wie in 1 gezeigt ist, sind die Ausgangsstoffversorgungsdurchgänge 40 und die Aufbereitungsgasdurchgänge 42 mit der dazwischen gelegenen Trennwand 34 entlang der Trennwand 34 parallel zueinander angeordnet. Daher kann auch dann, wenn nicht in Reaktion getretener Kohlenwasserstoff in dem in die Trennwand 34 eindringenden Gas vorhanden ist, der nicht in Reaktion getretene Kohlenwasserstoffkraftstoff auf der Seite des Aufbereitungsgasdurchgangs 42 mit dem von der Trennwand 34 getragenen Reformierkatalysator 38 in Kontakt kommen, während er durch den Aufbereitungsgasdurchgang 42 strömt, was eine Reformierreaktion hervorruft und ihn in wasserstoff- und kohlenmonoxidhaltiges Reformatgas umwandelt.
  • Die Lücken in der Trennwand 34 weisen in diesem Fall einen effektiven Durchmesser auf, der kleiner oder gleich etwa 100 μm ist. Dieser effektive Durchmesser gewährleistet, dass von der Trennwand 34 Ruß 12 eingefangen wird, der einen Teilchendurchmesser von etwa mehreren Dutzend Mikrometern hat und der sich aus Benzin bildet, wenn das als Kohlenwasserstoffkraftstoff dienende Benzin mit Luft gemischt und auf eine Temperatur von 600 bis etwa 1000°C erhitzt wird. Der effektive Durchmesser der Lücken in der Trennwand 34 kann mit Blick auf die zu verwendende Kohlenwasserstoffkraftstoffart, den durch den Gasifizier-/Mischabschnitt 28 erzielten Gemischzustand, die Betriebsbedingungen des Reformierabschnitts 30 und andere Faktoren ausgewählt werden. Der effektive Durchmesser kann mehrere verschiedene Werte einnehmen, beispielsweise etwa 1000 μm, etwa 500 µm, etwa 100 µm, etwa 70 µm, etwa 50 µm, etwa 30 µm, etwa 20 µm, etwa 10 µm und andere geeignete Werte.
  • Die elektronische Steuerungseinheit 60 setzt sich aus einem Mikroprozessor zusammen, der eine Zentraleinheit (CPU) 62 umfasst und einen Festspeicher (ROM) 64, in dem Verarbeitungsprogramme gespeichert werden, einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 66 zur vorübergehenden Speicherung von Daten und einen (nicht gezeigten) E/A-Anschluss aufweist. In die elektronische Steuerungseinheit 60 werden über Eingangsanschlüsse Temperatursignale, Strömungsgeschwindigkeitssignale und andere Signale eingegeben, die die Betriebszustände des Gasifizier-/Mischabschnitts 28, des Reformierabschnitts 30 und des Konvertierungsabschnitts 52 angeben. Über Ausgangsanschlüsse werden von der elektronischen Steuerungseinheit 60 ein Ansteuerungssignal für die Kraftstoffpumpe 24, ein Ansteuerungssignal für das Gebläse 26, Steuerungssignale für den Gasifizier-/Mischabschnitt 28, den Reformierabschnitt 30 und den Konvertierungsabschnitt 52, ein Ansteuerungssignal für die Wasserdampfquelle 50 und andere Signale ausgegeben.
  • Im Folgenden wird nun beschrieben, wie die auf diese Weise aufgebaute Kraftstoffreformiervorrichtung 20 des ersten Ausführungsbeispiels funktioniert, und insbesondere, wie der Ruß 12 von dem Reformierabschnitt 30 eingefangen wird, wie die Reformierreaktion stattfindet und wie der eingefangene Ruß 12 entfernt wird. Bei der Beschreibung des Aufbaus des Reformierabschnitts 30 wurde bereits erwähnt, wie der Ruß 12 von dem Reformierabschnitt 30 eingefangen wird und wie die Reformierreaktion stattfindet. Und zwar wird beim Filtern des Ausgangsgases durch den Wabenfilter 32 der in dem Ausgangsgas enthaltene Ruß auf den Oberflächen der in den Trennwänden 34 ausgebildeten Lücken oder in den Lücken eingefangen und wird in dem Ausgangsgas enthaltener Kohlenwasserstoffkraftstoff auf dem Reformierkatalysator, der von den Oberflächen der in der Trennwand 34 gebildeten Lücken und von der Oberfläche der Trennwand 34 auf der Seite des Aufbereitungsgasdurchgangs 42 getragen wird, zu wasserstoff- und kohlenmonoxidhaltigem Reformatgas reformiert. Auch dann, wenn in dem in die Trennwand 34 eingedrungen Gas nicht in Reaktion getretener Kohlenwasserstoffkraftstoff vorhanden ist, kommt der nicht in Reaktion getretene Kohlenwasserstoffkraftstoff mit dem von der Trennwand 34 getragenen Reformierkatalysator 38 auf der Seite des Aufbereitungsgasdurchgangs 42 in Kontakt, während er durch den Aufbereitungsgasdurchgang 42 strömt, was zu einer Reformierreaktion führt und ihn zu wasserstoff- und kohlenmonoxidhaltigem Reformatgas reformiert.
  • Der Ruß 12, der von der Trennwand 34 des Wabenfilters 32 eingefangen wurde, wird entfernt, indem eine wie in 3 gezeigte Rußentfernungsroutine ausgeführt wird. Diese Routine wird in gewählten Zeitabständen (z. B. 2 Stunden) wiederholt. Bei Ausführung der Rußentfernungsroutine gibt die CPU 62 der elektronischen Steuerungseinheit 60 in Schritt S100 zunächst ein Ansteuerungssignal an das Gebläse aus, damit die von dem Gebläse 26 in den Gasifizier-/Mischabschnitt 28 eingeleitete Luftmenge um eine gewählte oder vorbestimmte Menge erhöht wird. Die CPU 62 fährt dann mit Schritt S102 fort, um zu bestimmen, ob eine gewählte oder vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist oder nicht. Falls das Ergebnis in Schritt S102 JA ist, fährt die CPU 62 mit Schritt S104 fort, nimmt Verarbeitungsvorgänge vor, um die erhöhte Menge an eingebrachter Luft auf die ursprüngliche Menge zurückzusetzen, und beendet diese Routine. Wenn das Ergebnis in Schritt S102 NEIN ist, kehrt die CPU 62 erneut zu Schritt S102 zurück. Wenn die Menge an eingeleiteter Luft erhöht wird, wird dem Wabenfilter 32 Ausgangsgas mit einem höheren Luftanteil zugeführt. Der von der Oberfläche der Trennwand 34 des Wabenfilters 32 oder in den in der Trennwand 34 des Wabenfilters 32 gebildeten Lücken eingefangene Ruß 12 besteht aus Kohlenstoffteilchen. Der Ruß 12 wird daher durch den Sauerstoff in der Luft verbrannt, wandelt sich zu Kohlendioxid um, erreicht die Seite des Aufbereitungsgasdurchgangs 42 und wird entfernt. Die vorbestimmte Zeitdauer in Schritt S102 wird demnach unter Berücksichtigung der Zeitdauer eingestellt, die zur Zuführung einer Luftmenge erforderlich ist, mit der sich die Gesamtmenge oder der größte Teil des von der Trennwand 34 eingefangenen Rußes 12 unter wiederholter Ausführung der Rußentfernungsroutine durch Abbrand entfernen und der Ruß 12 verbrennen lässt.
  • Bei der Kraftstoffreformiervorrichtung 20 des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels filtert der Wabenfilter 32, der eine Vielzahl von Lücken mit einem effektiven Durchmesser aufweist, der kleiner oder gleich etwa 100 µm ist, und der den Reformierkatalysator 38 trägt, Ausgangsgas, wodurch der in dem Ausgangsgas enthaltene Ruß 12 eingefangen und das Ausgangsgas effizient zu wasserstoff- und kohlenmonoxidhaltigem Reformatgas reformiert werden kann. Darüber hinaus sind der Ausgangsstoffversorgungsdurchgang 40 und der Aufbereitungsgasdurchgang 42 mit dazwischen liegender Trennwand 34 entlang der Trennwand 34 parallel zueinander ausgebildet. Daher kann auch dann, wenn in dem Gas nach der Filtration nicht in Reaktion getretener Kohlenwasserstoffkraftstoff vorhanden ist, durch Kontakt mit dem Reformierkatalysator 38 auf der Trennwand 34, der stromabwärts im Aufbereitungsgasdurchgang 42 getragen wird, eine Reformierreaktion herbeigeführt werden. Da bei dem Wabenfilter 32 darüber hinaus eine große Filtrationsfläche zum Einsatz kommt, können der Reformierabschnitt 30 und daher auch die gesamte Vorrichtung kompakt gehalten werden.
  • Bei der Kraftstoffreformiervorrichtung 20 des ersten Ausführungsbeispiels lässt sich des Weiteren der von der Trennwand 34 des Wabenfilters 32 eingefangene Ruß 12 durch Verbrennung entfernen, indem die Rußentfernungsroutine zu vorbestimmten Zeitabständen ausgeführt wird. Da der Ruß 12 durch Erhöhen des Luftanteils im Ausgangsgas entfernt wird, muss der Betrieb der Vorrichtung nicht unterbrochen werden, um den Ruß 12 zu entfernen.
  • Bei der Kraftstoffreformiervorrichtung 20 des ersten Ausführungsbeispiels wird der Reformierkatalysator 38 von den Oberflächen der in der Trennwand 34 des Wabenfilters 32 gebildeten Lücken auf der Seite des Aufbereitungsgasdurchgangs 42 und von den Oberflächen der Trennwand 34 auf der Seite des Aufbereitungsgasdurchgangs 42 getragen. Allerdings kann der Reformierkatalysator 38 auch von der gesamten Oberfläche der Lücken oder auch von der Oberfläche der Trennwand 34 auf der Seite des Ausgangsstoffversorgungsdurchgangs 40 getragen werden.
  • Bei der Kraftstoffreformiervorrichtung 20 des ersten Ausführungsbeispiels ist die Oberfläche der Trennwand 34 des Wabenfilters 32 auf der Seite des Ausgangsstoffversorgungsdurchgangs 40 mit einer Überzugsschicht 36 aus inaktivem Material wie Aluminiumoxid oder dergleichen beschichtet. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Oberfläche der Trennwand 34 allerdings wahlweise auch ohne die Überzugsschicht 36 sein.
  • Als nächstes folgt eine Beschreibung des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung. 4 zeigt eine Trennwand 34B eines Wabenfilters 32B beim zweiten Ausführungsbeispiel. Das zweite Ausführungsbeispiel ist ansonsten mit dem ersten Ausführungsbeispiel identisch. Das heißt, dass sich die in 1 gezeigte Blockdarstellung auch auf das zweite Ausführungsbeispiel übertragen lässt und dass auch die in 3 gezeigte Rußentfernungsroutine ohne Abänderungen übertragbar ist. Daher kann auf eine ausführliche Beschreibung verzichtet werden. Wie in 4 gezeigt ist, wird bei dem zweiten Ausführungsbeispiel von einer Oberfläche der Trennwand 34B des Wabenfilters 32B auf der Seite des Ausgangsstoffversorgungsdurchgangs 40 ein Teiloxidationskatalysator 46 (z. B. Platin (Pt), Palladium (Pd) oder dergleichen) getragen, der bei einer Teiloxidationsreaktion hochaktiv ist, und wird von der Trennwand 34B auf der Seite des Aufbereitungsgasdurchgangs 42 ein Reformierkatalysator 48 (z. B. Rhodium (Rh), Nickel (Ni) und dergleichen) getragen, der bei einer Wasserdampfreformierreaktion des Kohlenwasserstoffkraftstoffs hochaktiv ist.
  • In dem Wabenfilter 32B wird dem Reformierkatalysator 48, der unmittelbar an den Teiloxidationskatalysator 46 angrenzt, durch die fühlbare Gaswärme und durch Ausbreitung in der Trennwand 34B Reaktionswärme zugeführt, die infolge einer Teiloxidation auf dem Teiloxidationskatalysator 46 erzeugt wird. Diese Reaktionswärme wird für eine Wasserdampfreformierreaktion genutzt, die auf dem Reformierkatalysator 48 herbeigeführt wird. Das heißt, dass die von der Teiloxidation stammende Reaktionswärme für eine Wasserdampfreformierreaktion genutzt werden kann, die auf dem Reformierkatalysator 48 herbeigeführt wird, ohne beispielsweise durch Wärmeabstrahlung aus dem Reaktionsbehälter verloren zu gehen.
  • Bei der Kraftstoffreformiervorrichtung 20 des vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsbeispiels fängt der Wabenfilter 32 den Ruß 12 ein und führt eine Reformierreaktion herbei. Der Wabenfilter 32 kann jedoch auch so gestaltet werden, dass er lediglich eine Reformierreaktion herbeiführt. In diesem Fall wird stromaufwärts vom Wabenfilter 32 ein Rußentfernungsfilter zum Einfangen des Rußes 12 angeordnet. Dies erlaubt einen größeren Freiheitsgrad bei der Bestimmung des effektiven Durchmessers der Lücken in der Trennwand 34.
  • Bei der Kraftstoffreformiervorrichtung 20 des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels wird der Wabenfilter 32 eingesetzt. Allerdings kann auch ein beliebig anderes Element zum Einsatz kommen, solange es eine Filterfunktion hat. So ist es zum Beispiel möglich, einen mehrlagigen Aufbau zu übernehmen, bei dem jede Lage eine Trennwand aufweist, die aus einem porösen Material besteht und die zwischen einem lagenartigen Ausgangsstoffversorgungsdurchgang und einem lagenartigen Aufbereitungsgasdurchgang gelegen ist.
  • Bei der Kraftstoffreformiervorrichtung 20 des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels wird darüber hinaus die Rußentfernungsroutine zu gewählten Zeitabständen (z. B. 2 Stunden) ausgeführt, um den von der Trennwand 34 eingefangenen Ruß 12 durch Abbrand zu entfernen. Die Rußentfernungsroutine kann jedoch auch dann ausgeführt werden, wenn bei einem Startvorgang seit Beendigung des Aufwärmens der Kraftstoffreformiervorrichtung 20 eine ausgewählte oder vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist.
  • Abgesehen davon führt die elektronische Steuerungseinheit 60 bei der Kraftstoffreformiervorrichtung 20 des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels als Verarbeitungsprogramm die Rußentfernungsroutine aus, um die durch das Gebläse 26 eingeleitete Luftmenge zu erhöhen und dadurch den von der Trennwand 34 eingefangenen Ruß 12 zu entfernen. Der Ruß 12 kann jedoch auch dadurch entfernt werden, dass der Reformierabschnitt 30 mit einer gewählten Luftmenge versorgt wird, wenn ein Zeitgeber das Verstreichen einer vorbestimmten Zeitdauer gemessen hat.
  • Bei der Kraftstoffreformiervorrichtung 20 des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels wird Benzin als Kohlenwasserstoffkraftstoff verwendet. Die Erfindung kann jedoch auch bei einer Kraftstoffreformiervorrichtung Anwendung finden, die einen anderen Kohlenwasserstoffkraftstoff als Benzin verwendet, d. h. bei verschiedenen gasförmigen und flüssigen Kohlenwasserstoffkraftstoffen, die gesättigte Kohlenwasserstoffe wie Methan, Ethan oder dergleichen; ungesättigte Kohlenwasserstoffe wie Ethylen, Propylen oder dergleichen; und Alkoholgruppen wie Methanol, Ethanol oder dergleichen enthalten. In diesem Fall kann die Erfindung sowohl bei einer Kraftstoffreformiervorrichtung Anwendung finden, die ein rußfreies Ausgangsgas verwendet, als auch bei einer Kraftstoffreformiervorrichtung, die ein rußhaltiges Ausgangsgas verwendet.
  • Bei der Kraftstoffreformiervorrichtung 20 der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele wird wie gesagt als Kohlenwasserstoffkraftstoff Benzin verwendet und findet nach der Reformierreaktion eine Konvertierungsreaktion statt. Für den Fall, dass gasförmiger Kohlenwasserstoffkraftstoff verwendet wird, ist jedoch keine Gasifizierung in dem Gasifizier-/Mischabschnitt 28 notwendig. Außerdem ist bei einer Kraftstoffreformiervorrichtung einer Bauart, bei der gleichzeitig eine Reformierreaktion und eine Konvertierungsreaktion stattfinden, kein Konvertierungsabschnitt 52 notwendig.
  • Die Erfindung wurde zwar unter Bezugnahme auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben, jedoch ist sie nicht darauf beschränkt. Die Erfindung kann weitere Abwandlungen und äquivalente Anordnungen umfassen, sofern sie in den Schutzbereich der Patentansprüche fallen.

Claims (16)

  1. Kraftstoffreformiervorrichtung (20) mit einem Reformierkatalysator (38, 48), der Kohlenwasserstoffkraftstoff enthaltendes Ausgangsgas in wasserstoffhaltiges Reformatgas reformiert, gekennzeichnet durch ein Filterelement (34, 34B), das sich aus einem Filtermaterial zusammensetzt, das eine Vielzahl von Lücken enthält, die einen vorbestimmten effektiven Durchmesser von 10 bis etwa 100 µm haben, um beim Durchgang des Ausgangsgases durch die Lücken Ruß (12) einzufangen, der in dem Ausgangsgas wegen des Kohlenwasserstoffkraftstoffs erzeugt wird, wobei der Reformierkatalysator (38, 48) von zumindest einer der Stirnflächen des Filterelements (34, 34B) getragen wird.
  2. Kraftstoffreformiervorrichtung (20) nach Anspruch 1, mit einem Ausgangsstoffversorgungsdurchgang (40), der das Ausgangsgas entlang einer ersten Stirnfläche des Filterelements (34, 34B) strömen lässt und dem Filterelement (34, 34B) zuführt, und einem Aufbereitungsgasdurchgang (42), der das reformierte und gefilterte Gas entlang einer zweiten Stirnfläche des Filterelements (34, 34B) strömen lässt.
  3. Kraftstoffreformiervorrichtung (20) nach Anspruch 2, bei der der Ausgangsstoffversorgungsdurchgang (40), das Filterelement (34, 34B) und der Aufbereitungsgasdurchgang (42) unter Verwendung eines aus dem Filtermaterial gefertigten monolithischen Trägers aufgebaut sind.
  4. Kraftstoffreformiervorrichtung (20) nach Anspruch 3, bei der der Ausgangsstoffversorgungsdurchgang (40) und der Aufbereitungsgasdurchgang (42) zueinander parallel sind.
  5. Kraftstoffreformiervorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der der Reformierkatalysator (38, 48) von der zweiten Stirnfläche des Filterelements (34, 34B) auf der Seite des Aufbereitungsgasdurchgangs (42) getragen wird.
  6. Kraftstoffreformiervorrichtung (20) nach Anspruch 5, bei der die erste Stirnfläche des Filterelements (34) auf der Seite des Ausgangsstoffversorgungsdurchgangs (40) inaktiviert ist.
  7. Kraftstoffreformiervorrichtung (20) nach Anspruch 6, bei der die erste Stirnfläche des Filterelements (34) auf der Seite des Ausgangsstoffversorgungsdurchgangs (40) unter Verwendung von Aluminiumoxid (36) inaktiviert ist.
  8. Kraftstoffreformiervorrichtung (20) nach Anspruch 5, bei der von der ersten Stirnfläche des Filterelements (34B) auf der Seite des Ausgangsstoffversorgungsdurchgangs (40) ein Teiloxidationskatalysator (46) getragen wird, der den Kohlenwasserstoffkraftstoff teilweise oxidiert.
  9. Kraftstoffreformiervorrichtung (20) nach Anspruch 5, bei der der Reformierkatalysator (38) zusätzlich auch von der ersten Stirnfläche des Filterelements (34) auf der Seite des Ausgangsstoffversorgungsdurchgangs (40) getragen wird.
  10. Kraftstoffreformiervorrichtung (20) nach Anspruch 5, bei der der Reformierkatalysator (38) zusätzlich auch von sämtlichen Oberflächen der Lücken des Filterelements (34) getragen wird.
  11. Kraftstoffreformiervorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit einem Ausgangsstoffvorbereitungsabschnitt (28) zur Vorbereitung des Ausgangsgases durch Gasifizieren von Kohlenwasserstoffkraftstoff und Mischen des gasifizierten Kraftstoffs mit Luft und Wasserdampf.
  12. Kraftstoffreformiervorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der das das Filterelement (34, 34B) bildende Filtermaterial aus entweder einem porösen Material, einem Geflechtmaterial, einem aufgeschäumten Material, einem Vliesstoff oder einem gesinterten Material gebildet ist.
  13. Kraftstoffreformiervorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit einer Rußentfernungseinrichtung zum Entfernen von Ruß (12), der von dem Filterelement (34, 34B) eingefangen wurde.
  14. Kraftstoffreformiervorrichtung (20) nach Anspruch 13, bei der die Rußentfernungseinrichtung dazu ausgelegt ist, den Ruß (12) zu entfernen, indem sie das Filterelement (34, 34B) mit sauerstoffhaltigem Gas versorgt.
  15. Kraftstoffreformiervorrichtung (20) nach Anspruch 11 und 13, bei der die Rußentfernungseinrichtung dazu ausgelegt ist, den Ruß (12) zu entfernen, indem sie die Luftmenge in dem Ausgangsstoffvorbereitungsabschnitt (28) bezogen auf das Ausgangsgas zu bestimmten Zeitabständen um eine bestimmte Menge erhöht.
  16. Kraftstoffreformiervorrichtung (20) mit einem Reformierkatalysator (38, 48), der Kohlenwasserstoffkraftstoff enthaltendes Ausgangsgas in wasserstoffhaltiges Reformatgas reformiert, gekennzeichnet durch ein Filterelement (34, 34B), das sich aus einem Filtermaterial zusammensetzt, das eine Vielzahl von Lücken enthält, um beim Durchgang des Ausgangsgases durch die Lücken Ruß (12) einzufangen, der in dem Ausgangsgas wegen des Kohlenwasserstoffkraftstoffs erzeugt wird; einen entlang einer ersten Stirnfläche des Filterelements (34, 34B) ausgebildeten Ausgangsstoffversorgungsdurchgang (40), in dem das Ausgangsgas strömt und der ein offenes Ende, in das das Ausgangsgas eingespeist wird, und ein geschlossenes Ende hat; und einen entlang einer zweiten Stirnfläche des Filterelements (34, 34B) ausgebildeten Aufbereitungsgasdurchgang (42), in dem das gefilterte Gas strömt und der ein geschlossenes Ende und ein offenes Ende hat, durch das das gefilterte Gas aus dem Aufbereitungsgasdurchgang (42) abgegeben wird, wobei der Reformierkatalysator (38, 48) von der zweiten Stirnfläche des Filterelements (34, 34B) getragen wird.
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