DE10147368A1 - Mehrstufiger Verbrennungsprozess zum Erhalt eines regelbaren Reformierungstemperaturprofils - Google Patents

Mehrstufiger Verbrennungsprozess zum Erhalt eines regelbaren Reformierungstemperaturprofils

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DE10147368A1
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William H Pettit
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    • Y02P20/10—Process efficiency

Abstract

Ein Reaktionsgefäß, welches in ausgeglichener Weise ein endothermes Verfahren und mindestens ein exothermes Verfahren des Brennstoffzellensystems integriert. Vorzugsweise wird das exotherme Verfahren in Stufen durchgeführt, um Wärmeerzeugung und Wärmeaustausch einheitlicher und/oder kontrollierbarer zu gestalten, und ein einheitlicheres und/oder kontrollierbares Temperaturprofil in endothermen Reaktionsverfahren zu erhalten. Die Erfindung vermeidet den Arbeitsflüssigkeitskreislauf früherer Systeme, welche unbefriedigende Reaktionszeiten während der Anlaufphase und während zeitveränderlicher Betriebsbedingungen aufweisen, und außerdem ein zusätzliches Gewicht und Volumen des Brennstoffzellensystems verursachten.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung bezieht sich auf Brennstoffzellensysteme und deren Bestandteile, insbesondere auf ein Brennstoffzellensystem, in welchem exotherme und endotherme Verfahren in einem Reaktionsgefäß kombi­ niert werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Alexander Grove erfand die erste Brennstoffzelle 1839. Seit damals haben sich die meisten der Brennstoffzellenentwicklungen vor allem auf Anwen­ dungen beschränkt, welche durch die Regierung unterstützt wurden, wie zum Beispiel der "United States National Aeronautics and Space Administ­ ration (NASA)", oder auf Anwendungen in Kraftwerken. Neuere Material­ entwicklungen oder Entwicklungen in Bezug auf Herstellung und Verfah­ renstechnik haben jedoch die Brennstoffzellenentwicklung näher an rele­ vante wirtschaftliche Anwendungen gebracht. Ein Hauptvorteil von Brennstoffzellen ist, dass Brennstoffzellen gespeicherte Energie mit unge­ fähr 60-70 Prozent Wirkungsgrad in Elektrizität umwandeln können, wobei höhere Wirkungsgrade theoretisch möglich sind. Weiterhin produ­ zieren Brennstoffzellen beinahe keine Umweltverschmutzung. Durch diese Vorteile eignen sich Brennstoffzellen insbesondere, um den Verbren­ nungsmotor in Fahrzeugantrieben zu ersetzen, welcher mit weniger als 30 Prozent Wirkungsgrad arbeitet und ungewünschte Emissionen produziert.
Obwohl Brennstoffzellen wünschenswert für Anwendungen im Fahrzeug­ antrieb sind, muss die Brennstoffzelle in ein kompliziertes System an Bord eingebaut werden, welches den Brennstoffzellenstapel und Zusatzeinrich­ tungen umfasst. Die folgende kurze Erklärung der Funktionsweise und des Zwecks des Brennstoffzellenstapels und seiner Zusatzeinrichtungen wird hilfreich beim Verständnis der Vorteile und Nützlichkeit der vorlie­ genden Erfindung sein.
Funktionsweise der Brennstoffzelle
Eine Brennstoffzelle arbeitet prinzipiell durch Oxidation (das bedeutet chemische Verbindung mit Sauerstoff) eines Elements, einer Verbindung oder eines Moleküls, wobei elektrische und thermische Energie frei wird. Somit arbeiten Brennstoffzellen durch die einfache chemische Reaktion zwischen zwei Materialien, wie zum Beispiel einem Brennstoff und einem Oxidationsmittel. Heutzutage gibt es eine Vielzahl von Funktionsprinzipien von Brennstoffzellen, welche viele verschiedene Brenn­ stoff/Oxidationsmittelkombinationen verwenden. Die am meisten ge­ bräuchliche Brennstoff/Oxidationsmittelkombination ist jedoch Wasser­ stoff und Sauerstoff.
In einer typischen Brennstoffzelle wird Wasserstoff durch die Reaktion des Wasserstoffs mit Sauerstoff aus der Luft verbraucht, um Wasser, elektri­ sche Energie und Wärme zu erzeugen. Dies wird erreicht, indem Wasser­ stoff über eine erste Elektrode (Anode) und Sauerstoff über eine zweite Elektrode (Kathode) geführt wird. Die zwei Elektroden werden durch einen Elektrolyten getrennt, wobei Elektrolyte Materialien sind, durch welche geladene Moleküle oder "Ionen" hindurch geleitet werden können. Ver­ schiedene Arten von Elektrolyten können verwendet werden, zum Beispiel: der Säuretyp, der alkalische Typ, der Karbonatschmelze-Typ und Elektro­ lyte aus festen Oxiden. Die sogenannten PEM-(proton exchange membra­ ne)-Elektrolyten (auch bekannt als feste Polymerelektrolyte) gehören zum Säuretyp und haben hohe Leistungen und niedrige Spannungen, und sind so nutzbar für Anwendungen in Fahrzeugen.
Zur Darstellung der Funktionsweise einer Brennstoffzelle zeigt Fig. 1 eine Brennstoffzelle in vereinfachter Weise. In der dargestellten, auf einer Protonenaustauschmembran basierenden Brennstoffzelle 10 wird ein Wasserstoffgasstrom 12 einer ersten abgeschlossenen Kammer oder einem Zufuhrverteilerrohr (im Falle eines Brennstoffzellenstapels) 14 zugeführt und über eine erste Elektrode (Anode) 24 und auf eine erste Oberfläche 16 (die Anodenseite) einer Protonenaustauschmembranbaugruppe 18 geleitet. Die Protonenaustauschmembranbaugruppe 18 umfasst typischerweise die Elektrolytmembran 19 mit zwei Oberflächen, wobei sich auf jeder Oberflä­ che ein Katalysator, üblicherweise ein Edelmetall, wie beispielsweise Platin, befindet, und sich ein elektrisch leitendes diffusionsdurchlässiges Medium (zum Beispiel eine Matte aus Kohlenstofffasern) über dem Kataly­ sator befindet. Der Katalysator und das Diffusionsmedium sind in Fig. 1 nicht dargestellt. Der Katalysator auf der Anodenseite der Baugruppe fördert die Dissoziation der Wasserstoffmoleküle und der Katalysator auf der Kathodenseite der Baugruppe fördert die Dissoziation von Sauerstoff­ molekülen und eine Reaktion des Sauerstoffs mit den Wasserstoffprotonen zur Herstellung von Wasser. Die Elektrolytmembran 19 erlaubt die Diffu­ sion von Wasserstoffionen 26 von einer Elektrode 24 zu einer anderen Elektrode 34. Fig. 1 ist eine einfache Darstellung, die versucht, die Diffu­ sion dieser Wasserstoffionen von der Anoden- zur Kathodenseite der Elektrolytmembran darzustellen. Die Elektrolytmembran 19, umfasst jedoch keine Kanäle, wie sie in Fig. 1 gezeigt sind.
Ein komprimierter Luftstrom 22 wird einer zweiten Kammer oder einem Verteiler (für einen Brennstoffzellenstapel) 15 so zugeführt, dass die komprimierte Luft über eine zweite Elektrode (Kathode) 34 und auf eine zweite Oberfläche 20 der Protonenaustauschmembranbaugruppe 18 fließt. Die Protonenaustauschmembranbaugruppe 18 ist selektiv und gestattet nur den Wasserstoffprotonen 26 durch die Membranbaugruppe 18 hin­ durchzudringen und blockiert die größeren, zweiatomigen Wasserstoffmo­ leküle 28. Wenn ein einzelnes Wasserstoffproton (oder sein Äquivalent) 26 durch die Membran tritt, lässt es ein Elektron 30 zurück. Die Elektronen 30, die zurückgelassen wurden, können in der Elektrode (Leiter) 24 ge­ sammelt werden. Typischerweise umfassen Brennstoffzellensysteme einen Stapel aus einzelnen Zellen (Brennstoffzellenstapel), wobei benachbarte Zellen sich eine gemeinsame Elektrode teilen. In diesem Fall wären die Elektroden 24, 34 bipolar. Vorzugsweise umfasst jede Elektrode 24, 34 in ihr hergestellte Kanäle 25 durch welche entweder Wasserstoff oder Sauer­ stoff fließt.
Die in der Elektrode 24 konzentrierten Elektronen verursachen ein negati­ ves Spannungspotential auf der Elektrode 24, verursacht durch den E­ lektronenüberschuss (weil die Elektronen negativ geladen sind). Wenn die Sauerstoffmoleküle zur zweiten Oberfläche 20 der Protonenaustausch­ membranbaugruppe 18 geleitet werden, trifft der Sauerstoff auf das Wasserstoffproton 26 sobald das Proton durch die Membran hindurchtritt.
Die chemische Reaktion des Wasserstoffprotons 26 und des Sauerstoffs auf der Kathodenseite der Zelle benötigt Elektronen und daher wird ein Bedarf an Elektronen geschaffen. Die benötigten Elektronen können von einer zweiten Elektrode 34 (der Kathodenelektrode) geliefert werden. Der Sauer­ stoff und das Wasserstoffproton 26 verbinden sich leicht in der Gegenwart der Elektronen 30 von der zweiten Elektrode 34 zu Wasser 32. Die Reakti­ onen an den Elektroden sind wie folgt:
Anode: 2H2 → 4H+ + 4e-Kathode: O2 + 4e- + 4H+ → 2H2O.
Mit zwei Elektroden 24, 34 im Brennstoffzellensystem (die Anode und die Kathode) existiert ein elektrisches Potential zwischen den zwei Elektroden. Das bedeutet, die Wasserstoffelektrode 24 hat einen Elektronenüber­ schuss, und die Sauerstoffelektrode 34 benötigt Elektronen. Das elektri­ sche Potential kann genutzt werden, indem ein elektrischer Verbraucher, zum Beispiel ein Elektromotor 36 (um ein Fahrzeug anzutreiben) zwischen die Anode 24 und die Kathode 34 geschaltet wird. Da die elektrische Energie aus dem Kreislauf verbraucht wird, sind die einzigen Nebenpro­ dukte dieses Brennstoffsystems Wasserdampf und der Wärmeverlust durch die Ineffizienz der Zelle selbst (ungefähr 30 Prozent der Leistung). Mit 70 Prozent Wirkungsgrad ist dieser Prozess zur Extraktion von gespei­ cherter Energie erheblich attraktiver als Verbrennungsmotoren, welche typischerweise nur 20-30 Prozent der im Brennstoff gespeicherten Ener­ gie nützen.
Wasserstoff und Sauerstoff werden beide der Brennstoffzelle im Über­ schuss geliefert, um die größtmögliche Reaktionsrate zu erhalten. Der Wasserstoffgasstrom ist unter einem Druck von ungefähr 3 bar, wenn er von einer Brennstoffreformierungsreaktion kommt, und daher muss der Sauerstoffstrom 22 auf den gleichen Druck gebracht werden, um Schaden an der Protonenaustauschmembran und dem Katalysator der Baugruppe 18 zu vermeiden. Das produzierte Wasser oder das Wasser, das auf den jeweiligen Seiten der Brennstoffzelle verbleibt, wird entfernt oder kann durch eine Wasser/Dampfleitung 38 in einen Wassertank (wie den Tank 46, welcher in Fig. 2 gezeigt ist) geleitet werden, um in anderen Bauteilen oder in der Brennstoffzelle während der Startphase verwendet zu werden. Die Ausfluss- oder Abgasströme 40, 42 von beiden Seiten der Brennstoff­ zelle werden in die Atmosphäre entladen oder bevorzugterweise einer Brennkammer zur Verbrennung und Produktion von Wärme zugeführt, die in anderen Arbeitsschritten, wie zum Beispiel dem im Folgenden be­ schriebenen Brennstoffreformierungsprozess, benötigt wird. Da die Reak­ tionspartner der Brennstoffzelle im Überschuss zugeführt werden, enthält der Abgasstrom 40 von der Anode Wasserstoff und der Abgasstrom 42 von der Kathode Sauerstoff. Beide Abgasströme 40, 42 können in einem kata­ lytischen Brenner verbrannt werden, um Wärme für andere Bauteile im Brennstoffzellensystem zu liefern.
Bevorzugterweise wird die Brennstoffzelle bei einer Temperatur von unge­ fähr 80 Grad Celsius oder darüber gehalten. Das Halten dieser Tempera­ tur kann es notwendig machen, dass Wärme dem Brennstoffzellenstapel zugeführt wird oder dass sie von diesem entfernt wird. In der Startphase muss häufig Wärme der Brennstoffzelle zugeführt werden. Diese Wärme kann durch einen katalytischen Brenner oder Flammenbrenner geliefert werden. Während der auf den Start folgenden Phase oder während des Normalbetriebs der Brennstoffzelle wird jedoch Wärme durch die Brenn­ stoffzelle produziert und die produzierte Wärme kann durch jede einer Vielzahl von Wärmeaustauschmethoden abgeführt werden, vorzugsweise unter Verwendung eines flüssigen Kühlmittels.
Zusatzeinrichtungen
Aus dem Vorhergehenden ist bekannt, dass Brennstoffzellensysteme eine Vielzahl von Zusatzeinrichtungen benötigen, wie beispielsweise Pumpen, Wärmetauscher, Vorrichtungen zur Brennstoffverarbeitung, Brennkam­ mern, Wasserabscheidungs- und Sammeleinrichtungen, Wasserstoffreini­ gungs- oder Aufreinigungssysteme sowie weitere Zusatzeinrichtungen, die den Betrieb der Brennstoffzelle selbst unterstützen. Zusatzeinrichtungen, welche im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung von Interesse sind, werden im Weiteren besprochen.
Obwohl komprimierter oder verflüssigter Wasserstoff verwendet werden könnte um Brennstoffzellen in einem Fahrzeug zu betreiben, ist dies derzeit nicht praktikabel. Die Verwendung von komprimiertem oder verflüssigtem Wasserstoff nützt die ausgedehnte Infrastruktur nicht, die derzeit zur Versorgung von Autos und Lastwagen mit Verbrennungsma­ schinen mit Benzin verwendet wird. Daher ist es wünschenswerter, einen Brennstoff wie Methanol, Benzin, Diesel, Methan oder ähnliches als Wasserstoffquelle für die Brennstoffzelle zu verwenden. Das Methanol, Benzin, Diesel, Methan oder ähnliches muss jedoch reformiert werden, um als Wasserstoffgasquelle zu dienen. Dies wird durch Verwendung von Vorrichtungen zur Methanol- oder Benzin-Brennstoffverarbeitung oder Reformierungseinrichtungen sowie Wasserstoffreinigungs- oder rungseinrichtungen sowie Wasserstoffreinigungs- oder Aufreinigungsein­ richtungen erreicht.
Brennstoffzellensysteme umfassen häufig einen Bereich zur Brennstoff­ verarbeitung, welcher den Brennstoff, wie Methanol, Benzin, Diesel, Me­ than oder ähnliches reformiert, wobei Wasserstoff und verschiedene Ne­ benprodukte entstehen. Diese Reformierungsprozesse sind jedoch endo­ therm und benötigen die Zufuhr von Energie, um die Reformierungsreak­ tion anzutreiben.
Typischerweise wird ein katalytischer Brenner oder Flammenbrenner verwendet, um die Wärme für den Reformierungsprozess zu liefern. In den meisten Fällen wird dies durch Verwendung eines Arbeitsflüssigkeits- (Flüssigkeit oder Gas) -Kreislaufs erreicht, welcher Wärme vom Verbren­ nungsprozess zum Reformierungsprozess überträgt. Die Reaktionszeiten für die Wärmeübertragung, welche während der Startphase und zeitverän­ derlichen Betriebsbedingungen der Brennstoffzelle benötigt werden, sind jedoch nicht optimal, wenn das System eine Flüssigkeit zur Übertragung der Wärme zwischen der Brennkammer und dem Reformierungsgefäß verwendet. Des Weiteren erhöht der Arbeitsflüssigkeits-Kreislauf sowie die zugehörigen Wärmetauscher und Rohre die Gesamtmasse und das Ge­ samtvolumen des Brennstoffzellensystems.
Daher ist es wünschenswert, ein preiswertes und leichtes System zur Verfügung zu stellen, welches Wärme einem Reformierungsprozess einer Brennstoffzelle zuführt, wobei das System auf Veränderungen der Wärme­ belastung des Reformierungsprozesses reagieren kann. Die vorliegende Erfindung überwindet einige der Nachteile des Standes der Technik.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung umfasst ein Reaktionsgefäß, welches einen endothermen Prozess mit mindestens einem exothermen Prozess eines Brennstoffzellen­ systems integriert und aufeinander abstimmt. Der exotherme Prozess wird vorzugsweise in Stufen durchgeführt, um eine einheitlichere und/oder kontrollierbarere Wärmeerzeugung bzw. einen einheitlicheren und/oder kontrollierbareren Wärmeaustausch zu erreichen, und ein einheitlicheres und/oder kontrollierbareres Temperaturprofil im endothermen Reaktions­ prozess zu erzeugen, wenn dies gewünscht wird (abhängig vom verwende­ ten Brennstoff). Die Erfindung vermeidet den Wärmetauscherkreislauf mit der Arbeitsflüssigkeit, welche in den Brennstoffverarbeitungsbereichen im Stand der Technik verwendet wurden, und welche unbefriedigende Reak­ tionszeiten in der Startphase und während zeitveränderlicher Betriebsbe­ dingungen hatten und zusätzlich die gesamte Masse und das Volumen des Brennstoffzellensystems erhöhten.
Eine Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Reaktionsgefäß mit einer äußeren Hülle und einen in der Hülle getragener Katalysator, wel­ cher eine endotherme Reaktion fördert. Das Reaktionsgefäß ist derart aufgebaut und angeordnet, dass endotherme Reaktanden der Hülle zuge­ führt werden können. Eine Mehrzahl von Wärmetauschereinrichtungen ist ebenfalls vorhanden und diese haben getrennt voneinander positionierte Abschnitte, die innerhalb der Hülle getragen werden. Jede Wärmetau­ schereinrichtung wird unabhängig von den anderen Wärmetauscherein­ richtungen geregelt, so dass die Wärme, welche durch das Wärmetau­ schereinrichtung zum Katalysator übertragen wird und die Temperatur des Katalysators in der Hülle an verschiedenen Orten innerhalb des Reak­ tionsgefäßes verändert werden kann. Vorzugsweise ist das Reaktionsgefäß derart aufgebaut und angeordnet, dass jeder Wärmetauschereinrichtung exotherme Reaktanden zugeführt werden können, welche zur Erzeugung von Wärme verbrannt werden, um die endotherme Reaktion, welche in einem anderen Teil des Reaktionsgefäßes abläuft, anzutreiben. Die Reak­ tionspartner der exothermen Reaktion können Abgasströme von der Ano­ de und der Kathode des Brennstoffzellenstapels umfassen.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Reaktionsgefäß bestehend aus einer Vielzahl von endothermen Reaktions­ bereichen und einer Vielzahl von Wärmetauschereinrichtungen. Jedes Wärmetauschereinrichtung ist einem endothermen Reaktionsbereich zugeordnet, so dass genügend Wärme zum endothermen Reaktionsbereich transportiert werden kann, um das Temperaturprofil des endothermen Reaktionsbereiches innerhalb eines vorgegebenen Größenordnungsberei­ ches zu kontrollieren. Die endothermen Reaktionsbereiche können einen Abstand so voneinander haben, dass ein Wärmetauschereinrichtung zwischen benachbarten, mit Abstand versehenen endothermen Reaktions­ bereichen positioniert wird.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein kombiniertes Reaktionsgefäß bestehend aus mehrstufigen katalytischen Brennkammern und einer Vielzahl von endothermen Reaktionskammern. Jede endotherme Reaktionskammer hat eine ihr benachbarte Brennkam­ mer, so dass Wärme, welche in der Brennkammer erzeugt wird, zur be­ nachbarten endothermen Reaktionskammer übertragen wird. Jede kataly­ tische Brennkammer kann eine Vielzahl von Zufuhröffnungen für Reakti­ onspartner besitzen, um mindestens einen Reaktionspartner der katalyti­ schen Brennkammer zuzuführen. Die Zufuhröffnungen können so inner­ halb der katalytischen Brennkammer angeordnet sein, dass eine im We­ sentlichen einheitliche Temperatur entlang der Längsrichtung der kataly­ tischen Brennkammer vorliegt.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Zufuhrverteilerrohr, welches daraus hervorgehend eine Vielzahl von Zu­ fuhrrohren besitzt. Jedes Zufuhrrohr reicht in eine exotherme Reaktions­ kammer. Die Zufuhrrohre haben Löcher entlang der Längsrichtung jedes Zufuhrrohrs, durch welche der Brennstoff oder das Oxidationsmittel durch die Zufuhröffnungen der Brennreaktionskammer zugeführt werden können. Vorzugsweise wird jedem Zufuhrrohr ein Ventil zugeordnet, wobei ein Regler selektiv die Menge des Brennstoffs oder des Oxidationsmittels regelt, welches jeder exothermen Reaktionskammer zugeführt wird. Jedes Zufuhrrohr kann benachbart nebeneinanderliegende exotherme Reakti­ onskammern trennen. Ein flussrichtungsabhängiger Ausflusskopf kann sich am Ende jeder exothermen Reaktionskammer befinden, um die Gase, welche eine exotherme Reaktionskammer verlassen, zum Eingang einer daneben benachbarten exothermen Reaktionskammer zu leiten.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst den Einbau eines Brennstoff/Wasserverdampfers in das kombinierte Reakti­ onsgefäß. Eine Brennstoff/Wassermischung wird in eine Vielzahl von Verdampfungskammern eingespritzt, und wird mittels Wärme verdampft, welche durch die katalytische Verbrennung einer Brennstoffmischung erzeugt wurde, welche in eine Vielzahl exothermer Reaktionskammern eingebracht wurde. In den Verdampfungskammern befindet sich kein Katalysator. Der exothermen Reaktionskammer wird ein Oxidationsmittel und ein Brennstoff zugeführt, welcher katalytisch verbrannt wird, um Wärme zur Verdampfung der Brennstoff/Wassermischung zu erzeugen.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein kombiniertes Reaktionsgefäß, welches eine exotherme und eine endother­ me Reaktion umfasst. Das Reaktionsgefäß umfasst eine Vielzahl von endothermen Reaktionskammerbereichen, welche einen vertikalen und horizontalen Abstand voneinander haben. Eine Vielzahl von exothermen Reaktionskammerbereichen sind ebenfalls in mit Abstand versehener Weise vorhanden, so dass ein Trennungsbereich zwischen lateral mit Abstand versehenen exothermen Reaktionskammerbereichen gegeben ist. Die Trennungsbereiche liefern eine stufenweise adiabatische Reformierung der Brennstoff/Wassermischung. Die Katalysatorbeladung in verschiede­ nen Teilen der endothermen Reaktionskammerbereiche kann nach Wunsch verändert werden.
Diese und andere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden kurzen Beschreibung der Zeich­ nungen, der genauen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen und der angehängten Patentansprüche und Zeichnungen deutlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Fig. 1 stellt eine Brennstoffzelle dar, welche innerhalb der vorlie­ genden Erfindung zweckmäßig verwendbar ist;
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellen­ systems, wie es in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
Fig. 3 ist eine Querschnittszeichnung eines kombinierten Reakti­ onsgefäßes, welches eine endotherme und eine exotherme Reaktion entsprechend der vorliegenden Erfindung beinhal­ tet;
Fig. 4 ist eine Querschnittszeichnung einer alternativen Ausfüh­ rungsform eines kombinierten Reaktionsgefäßes, welches eine endotherme und eine exotherme Reaktion entspre­ chend der vorliegenden Erfindung beinhaltet;
Fig. 5 ist eine Querschnittszeichnung einer alternativen Ausfüh­ rungsform eines kombinierten Reaktionsgefäßes, welches eine endotherme und eine exotherme Reaktion entspre­ chend der vorliegenden Erfindung beinhaltet;
Fig. 6 ist eine perspektivische Darstellung in auseinandergezoge­ ner Form einer alternativen Ausführungsform eines kombi­ nierten Reaktionsgefäßes, welche eine endotherme und eine exotherme Reaktion entsprechend der vorliegenden Erfin­ dung beinhaltet; und
Fig. 7 ist eine Querschnittsdarstellung einer alternativen Ausfüh­ rungsform eines Reaktionsgefäßes, welches eine stufenwei­ se endotherme Reaktion entsprechend der vorliegenden Er­ findung beinhaltet.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Bezugnehmend auf die Fig. 2 umfasst das Brennstoffzellensystem ent­ sprechend der vorliegenden Erfindung umfasst eine Brennstoffzelle (oder einen Brennstoffzellenstapel) 10. Das System kann außerdem die folgen­ den Zusatzeinrichtungen umfassen, welche den Brennstoffzellenstapel 10 unterstützen. Wasser wird in einem Wasserreservoir oder Tank 46 gehal­ ten und zur Verfügung gestellt, welcher mit einem Verdampfer 48 durch die Wasserleitung 44 verbunden ist. Ein Brennstoff wird in einem Tank 52 gehalten und zur Verfügung gestellt, welcher ebenfalls mit dem Verdamp­ fer 48 durch die Leitung 50 verbunden ist. Bevorzugterweise ist der ver­ wendete Brennstoff Methanol, Benzin, Diesel, Methan oder ähnliches. Der Brennstoff und das Wasser können mit beliebigen, dem Fachmann be­ kannten Methoden verdampft werden, vorzugsweise wird aber die Wärme für den Verdampfungsschritt durch einen im Verdampfer enthaltenen Wärmetauscher 39 geliefert, wobei der Verdampfer Wasserstoff 40' und Sauerstoff 42' aus dem Abgas des Brennstoffzellenstapels 10 katalytisch verbrennt. Alternativ kann der Verdampfer, als integraler Bestandteil des Reaktionsgefäßes 54, einbezogen sein, wie im Folgenden beschrieben. Der Brennstoff und das Wasser werden gemeinsam verdampft (oder können getrennt voneinander verdampft werden) und ein sich daraus ergebender verdampfter Brennstoff/Wasserstrom wird durch die Leitung 58 einem endothermen Reaktionsbereich beziehungsweise -abschnitt eines kombi­ nierten Reaktionsgefäßes 54 zugeführt. Vorzugsweise wird ein Brennstoff­ reformierungsprozess in dem endothermen Reaktionsbereich durchge­ führt.
Das kombinierte Reaktionsgefäß 54 beinhaltet auch einen exothermen Reaktionsbereich. Die exotherme Reaktion kann zum Beispiel die katalyti­ sche Verbrennung eines Brennstoffs oder die selektive Oxidation des Abgasstroms aus dem Brennstoffreformierungsbereich sein. Wenn die exotherme Reaktion eine katalytische Verbrennung ist, werden bevorzugterweise der Anodenabgasstrom 40 und der Kathodenabgasstrom 42 von der Brennstoffzelle 10 als Reaktionspartner für die katalytische Verbrennung verwendet. Das Abgas der exothermen Reaktion kann in die Atmosphäre über Leitung 43 entlassen werden.
Der Ausflussstrom 56 des Reformierungsprozesses kann Wasserstoffmole­ küle (H2), CO, CO2, N2, CH4 umfassen. Der Ausflussstrom 56 des Refor­ mierungsprozesses kann einem Wasserstoffreinigungsbereich 59 zuge­ führt werden, um die Konzentration von CO und Kohlenwasserstoffen (oder kohlenstoffbasierten Molekülen) zu verringern. Der Bereich zur Wasserstoffreinigung 59 kann verschiedenste Bestandteile zur Reinigung des Ausflussstroms 56 des Reformierungsprozesses umfassen, und kann Hoch- und Tieftemperaturreaktoren zur Verschiebung des Gleichgewichts der Bestandteile des Stroms 56 (daraus folgend eine Reduktion der Kon­ zentration von CO), selektive Oxidationsreaktor(en), zusätzliche Bauteile zur Kohlenwasserstoffreformierung, Separatoren, Absorber und ähnliche Ausrüstungsgegenstände umfassen. Unter Umständen kann ein wasser­ stoffreicher Strom 60 der Anodenseite der Brennstoffzelle 10 zugeführt werden.
Wie vorher angegeben, wird Luft 22 zur Kathodenseite der Brennstoffzelle 10 gepumpt. Die Anoden- und Kathodenabgasströme aus dem Brennstoff­ zellenstapel enthalten Wasser, welches mit Hilfe eines Separa­ tors/Kondensators dort auskondensiert wird, wo der Strom den Brenn­ stoffzellenstapel verlässt, und das flüssige Wasser kann zum Wasserspei­ cher beziehungsweise Auffangbehälter 46 geleitet werden. Alternativ kann das Wasser nach dem Durchgang des Stapelausflusses durch Abgas­ verbrennungseinrichtungen auskondensiert werden.
Fig. 3 zeigt ein kombiniertes Reaktionsgefäß 54, welches eine endotherme und eine exotherme Reaktion beinhaltet. Das kombinierte Reaktionsgefäß 54 umfasst einen endothermen Reaktionskammerbereich beziehungsweise -abschnitt 62 und einen exothermen Reaktionskammerbereich bezie­ hungsweise -abschnitt 64, welche eine gemeinsame Wand oder ein ge­ meinsames Substrat 66 haben. Jeder endotherme Reaktionskammerbe­ reich 62 und exotherme Reaktionskammerbereich 64 umfasst jeweils eine ihm zugeordnete Außenwand 68, 70. Ein Katalysator 61, welcher die Reformierungsreaktion des Brennstoffs und Wassers fördert, wird im endothermen Reaktionskammerbereich 62 zur Verfügung gestellt. Wie in Fig. 3 dargestellt, kann der Katalysator 61 auf mindestens entweder der Außenwand 68 und/oder dem Substrat 66 aufgebracht sein. Der Kataly­ sator 61 kann direkt an der Außenwand 68 oder auf dem Substrat 66 angebracht sein, oder auch an Zwischenschichten (nicht dargestellt), die dazwischen angebracht werden können. Die verdampfte Brennstoff und Wassermischung kann in den endothermen Reaktionskammerbereich 62 an einem Ende 72 eintreten, oder kann selektiv der endothermen Reakti­ onskammer durch Zufuhrleitungen 74 oder Öffnungen 75, die sich an ausgewählten Stellen entlang der Länge des endothermen Reaktionskam­ merbereiches 62 befinden, zugeführt werden. Die Bezeichnung "endo­ therme Reaktionspartner" beziehungsweise "endotherme Reaktanden", wie sie hier verwendet wird, bedeutet Reaktionspartner einer endothermen Reaktion. In diesem Fall sind zum Beispiel der organische Brennstoff und Wasser die endothermen Reaktionspartner.
Der exotherme Reaktionskammerbereich 64 kann ähnlich aufgebaut sein. Wie in Fig. 3 dargestellt, kann ein Katalysator für eine exotherme Reaktion 65 mindestens entweder auf der Außenwand 70 oder dem Substrat 66 aufgebracht sein. Auf gleiche Weise kann der Katalysator 65 direkt auf der Außenwand 70 oder dem Substrat 66, oder auf Zwischenschichten (nicht gezeigt), welche sich dazwischen befinden, aufgebracht sein. In einer Ausführungsform der Erfindung kann ein Brennstoffverbrennungsprozess in der exothermen Reaktionskammer 64 durchgeführt werden. Ein Oxida­ tionsmittel, wie zum Beispiel Sauerstoff (aus der Luft) kann in den Kam­ merbereich 64 durch ein Ende 76 der Kammer geladen werden, und ein Brennstoff, wie beispielsweise Wasserstoff oder ein Kohlenwasserstoff, kann der Kammer durch eine oder mehrere Zufuhrleitungen 74' oder durch Zufuhröffnungen 75' zugeführt werden, welche sich entlang der Länge des exothermen Reaktionskammerbereiches 64 befinden. Alternativ kann der Brennstoff durch das offene Ende 76 und das Oxidationsmittel durch die Zufuhrleitungen 74' oder Zufuhröffnungen 75', zugeführt wer­ den. In einer anderen Ausführungsform kann eine exotherme Reaktion, wie zum Beispiel eine selektive Oxidationsreaktion zur Reduktion von CO oder Kohlenwasserstoffen im exothermen Reaktionskammerbereich 64 durchgeführt werden. In jedem Fall wird die Wärme, die durch die exo­ therme Reaktion im exothermen Reaktionskammerbereich 64 produziert wird, durch das Substrat 66 geführt, um den endothermen Reaktions­ kammerbereich 62, den Katalysator 61 und Reaktionspartner aufzuwär­ men und so den endothermen Reaktionsprozess anzutreiben (das bedeu­ tet, die Wärme, welche zur Durchführung der Reaktion notwendig ist, zuzuführen). Mit der Bezeichnung "exotherme Reaktionspartner", wie sie hier verwendet wird, sind Reaktionspartner einer exothermen Reaktion gemeint. Die exothermen Reaktionspartner können einen Brennstoff, wie zum Beispiel einen organischen Brennstoff, umfassend zum Beispiel Wasserstoff, Methanol, Benzin, Diesel, Methan und ähnliches, umfassen; sowie ein Oxidationsmittel, wie zum Beispiel Sauerstoff in Form von Luft.
Fig. 4 stellt eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, in welcher entweder der Katalysator für die endotherme oder für die exotherme Reaktion auf einem festen, porösen Substrat 78 oder porösen Kügelchen 80 oder jedem anderen einer Vielzahl von Materialien aufge­ bracht wird beziehungsweise getragen werden, welches eine vergrößerte Oberfläche für den jeweiligen Katalysator bietet. Wenn sich der Katalysa­ tor auf einem Material mit großer Oberfläche befindet, wie zum Beispiel einem porösen Block oder porösen Kügelchen, die sich in der Kammer befinden, wird der Katalysator im Rahmen dieser Erfindung als ebenfalls auf dem Substrat aufgebracht betrachtet.
Fig. 5 stellt eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, wobei eine Zufuhrleitung 82 für Reaktionspartner in eine der Reakti­ onskammern 62, 64 hineinreicht, und diese Leitung eine Vielzahl von Abflussöffnungen 84 entlang der Länge der Reaktionskammer besitzt, um gezielt einen Reaktionspartner an vorgegebenen Stellen in die Kammer einzubringen. Vorzugsweise liefert die Zufuhrleitung 82 einen Brennstoff, wie zum Beispiel Wasserstoff, in die Brennreaktionskammer 64, welche von einem Oxidationsmittel, wie zum Beispiel Sauerstoff oder Luft durch­ strömt wird. Alternativ kann die Zufuhrleitung 82 zum Einbringen von Sauerstoff verwendet werden, um eine stufenweise selektive Oxidation zu erlauben. Die Verwendung der Zufuhrleitung 82 für Reaktionspartner mit Abfuhröffnungen 84 erlaubt es, den Brennstoff oder das Oxidationsmittel in relativ geringen Konzentrationen zuzuführen, so dass sich das Risiko der Selbstzündung reduziert, und dass sich außerdem ein einheitlicheres Wärmeerzeugungsprofil entlang der Länge der exothermen Reaktions­ kammer 64 ergibt. Natürlich können poröse Katalysatorkügelchen oder andere geeignete geträgerte Katalysatoren in der exothermen Reaktions­ kammer 64 verwendet werden.
Das Substrat 66 (in den Fig. 3-5 dargestellt) kann aus verschiedenartigs­ ten Materialien mit geeigneten Wärmeübertragungseigenschaften herge­ stellt werden und können irgendeines von verschiedene Metallen, wie zum Beispiel rostfreien Stahl, Kupfer, Aluminium, oder verschiedenste Ver­ bundwerkstoffe, Keramiken, Verbindungen oder polymerbasierte Materia­ lien umfassen.
Wie vorhergehend beschrieben, wird, wenn die exotherme Reaktion Wärme produziert, diese Wärme durch die Substratwand 66, welche einen be­ nachbarten Satz von Kammern 62, 64 trennt, transportiert. Das kombi­ nierte Reaktionsgefäß liefert als solches einen stufenweisen exothermen Reaktionsprozess (bevorzugterweise die Verbrennung eines Brennstoffs), um ein einheitliches Temperaturprofil und eine einheitliche Wärmeüber­ tragung zur Verfügung zu stellen, und damit eine endotherme Reaktion (vorzugsweise ein Prozess zur Brennstoffreformierung), welcher in der benachbarten Kammer abläuft, anzutreiben.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche sich jetzt auf Fig. 6 bezieht, umfasst ein kombiniertes Reaktionsgefäß 54, mit einer Vielzahl paralleler, mit Abstand versehener endothermer Reaktions­ kammern 62. In diesem Fall sind die endothermen Reaktionskammern 62 vertikal mit Abständen versehen und durch eine exotherme Reaktions­ kammer 64 getrennt, welche eine längsgerichtete Achse und einen längs­ gerichteten Fluss senkrecht zur Richtung der längsgerichteten Achse und des Flusses der endothermen Reaktionskammer 62 hat. Parallele Flüsse mit gleicher oder entgegengesetzter Flussrichtung werden jedoch als Teil der vorliegenden Erfindung betrachtet. Wie vorher beschrieben, wird ein Katalysator für eine endothermer Reaktion in jeder der endothermen Reaktionskammern 62 zur Verfügung gestellt, und die endothermen Reak­ tionspartner, wie Methanol/Wasser, Benzin/Wassermischung oder andere Brennstoff/Wasser Dampfmischungen werden durch ein Ende 72 der endothermen Reaktionskammer zugeführt (siehe auch Fig. 3) und fließen in die durch den dargestellten Pfeil angezeigte Richtung und treten so in die Reaktionskammer 62 in Fig. 6 ein.
Eine Vielzahl von parallel mit Abstand angeordneten exothermen Reakti­ onskammern 64 werden so vorgesehen, dass jede exotherme Kammer 64 zwei endotherme Reaktionskammern 62 trennt, um einen gestaffelten exothermen Reaktionsprozess zu liefern. Die exothermen Kammern 64 können auch in einer lateral benachbart nebeneinanderliegenden Konfigu­ ration angeordnet werden. Ein Einlasskopfstück 86 mit einer darin ausge­ bildeten Einlassöffnung 88 wird vorgegeben, durch welches mindestens eines der exothermen Reaktionspartner in die exothermen Reaktions­ kammern 64 geladen wird. Bevorzugterweise wird Abgas (welches Sauer­ stoff enthält) von der Kathodenseite der Brennstoffzelle durch die Einlass­ öffnung 88 geführt. Das Kathodenabgas fließt einen ersten Satz von exo­ thermen Reaktionskammern hinunter und wird durch einen Verteilerkopf 90 einen zweiten Satz von exothermen Reaktionskammern hinuntergelei­ tet und auf diese Weise serpentinenartig durch das gesamte kombinierte Reaktionsgefäß 54 geführt, und verlässt dieses letztendlich durch eine Abgasöffnung 92, welche in einem Auslassrohr 94 gebildet wird.
Ein zweiter exothermer Reaktionspartner kann in die exothermen Reakti­ onskammern 64 unter Verwendung einer Verteilerleitung 96 geladen werden. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Verteilerlei­ tung 96 eine Vielzahl von Zufuhrleitungen oder Zufuhrrohren 82. Ein Zufuhrrohr 82 wird in jeder der exothermen Reaktionskammern 64 aufge­ nommen. Vorzugsweise hat das Zufuhrrohr 82 eine Vielzahl von Abfluss­ öffnungen 84, welche mit Abstand entlang der Länge der exothermen Reaktionskammer vorhanden sind (wie ebenfalls in Fig. 5 gezeigt). Das kombinierte Reaktionsgefäß 54 kann derart aufgebaut und angeordnet sein, dass die Zufuhrrohre 82 ebenfalls die Aufgabe haben, lateral be­ nachbart nebeneinanderliegende exotherme Reaktionskammer zu trennen. Das bedeutet, dass das Zufuhrrohr 82 als Wand, welche lateral benach­ barte exotherme Reaktionskammern trennt, wirkt. Da die exothermen Reaktionskammern 64 in Bereiche gestaffelt sind und mindestens ein Reaktionspartner gezielt und/oder gleichmäßig verteilt zu jeder Kammer entlang der Längsrichtung der exothermen Kammer eingebracht wird, kann die in der exothermen Reaktionskammer erzeugte Wärme so geregelt werden, dass sie im Wesentlichen einheitlich ist, oder, wenn gewünscht, einen Gradienten aufweist. Daraus folgt, dass die Wärme, die zur endo­ thermen Reaktionskammer sowie den Katalysatoren und Reaktionspart­ nern geleitet wird, derart vorliegt, dass das Temperaturprofil in der endo­ thermen Reaktionskammer im Wesentlichen einheitlich oder, wenn ge­ wünscht, mit einem Gradienten versehen, eingeregelt werden kann. Ein regelbares Temperaturprofil in einem Brennstoffreformierungsprozess zu erhalten ist wichtig, um unerwünschte Nebeneffekte, wie zum Beispiel Degradation des Katalysators oder Methanschlupf, zu vermeiden. Bei geringer Leistung kann das Temperaturprofil derart ausgestaltet sein, dass eine Hochtemperaturreformierung mit einer Hochtemperatur- Konversionsreaktion am Ausgang der Reaktionskammer gefördert wird. Die Temperatur am Ausgangsende der Reaktionskammer sollte hoch genug sein, um die Entstehung von Methan bei einem vorgegebenen Kata­ lysator zu unterdrücken.
Eine Anzahl von Temperatur- oder Konzentrationssensoren 104 können gezielt im kombinierten Reaktionsgefäß angebracht werden, und Ventile 100 können in das Zufuhrverteilerrohr 96 eingebaut werden, um gezielt die Menge von Reaktionspartnern zu regeln, welche der Kammer zugeführt werden, um so die Reaktion wie gewünscht zu regeln. Zugeordnete, an Bord befindliche, computergesteuerte Regler 102, Antriebsvorrichtungen und entsprechende elektrische Einrichtungen können zur Regelung der oben beschriebenen Bauteile und Prozesse in einer Art und Weise zur Verfügung gestellt werden, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Zum Beispiel kann in einer Vorrichtung zur Reformierung von Methanol das Sammelzufuhrrohr 96 derart aufgebaut und angeordnet sein, dass die Reaktionspartner kontrolliert zugeführt werden und damit bei voller Leis­ tung ein einheitliches Temperaturprofil zur Verfügung gestellt wird, wel­ ches das gesamte Volumen des Reaktors nützt. Beim Abschalten jedoch (zum Beispiel, wenn das Fahrzeug angehalten wird) wird weniger Leistung benötigt, und daher wird wegen der geringeren Leistungsanforderung nur ein Teil des Reaktors zur Reformierung des Brennstoffs benötigt. Unter diesen Abschaltbedingungen kann es wünschenswert sein, die exotherme Reaktion, die benachbart zu jedem endothermen Reaktionskammerbereich abläuft, so zu regeln, dass nur ausgewählte endotherme Reaktionskam­ merbereiche oder Teile von ausgewählten endothermen Reaktionskam­ merbereichen mit genügend Wärme versorgt werden, um Brennstoff zu reformieren. Die verbleibenden endothermen Reaktionsbereiche, oder Teile davon, können verwendet werden, um eine Wasser-Gas- Konversionsreaktion durchzuführen, um die Konzentration von CO im Brennstoffreformierungsstrom zu reduzieren. So könnte zum Beispiel die Temperatur in den ersten zwei endothermen Reaktionsbereichen so gere­ gelt werden, dass Brennstoffreformierung bei relativ hohen Temperaturen zur Verfügung steht, und die Temperatur in den verbleibenden endother­ men Reaktionsbereichen (das bedeutet, in den rückwärtigen Teilen des Reaktionsgefäßes) auf einen relativ niedrigen Wert geregelt werden kann um unerwünschte Reformierungsnebenprodukte zu vermindern, so dass eine maximale Konversion während der Brennstoffreformierung erreicht wird, während der Methanschlupf minimiert wird.
In einer anderen Ausführungsform, die in Fig. 7 dargestellt ist, kann der Verdampfer im vorderen Teil des kombinierten Reaktionsgefäßes 54 integ­ riert sein. Das kombinierte Reaktionsgefäß, welches in Fig. 7 dargestellt ist, arbeitet vergleichbar zum Gefäß, welches in Fig. 2 dargestellt ist, allerdings mit einigen Ausnahmen. In dieser Ausführungsform kann eine Brennstoff-Wassermischung durch die Leitung 258 in einen ersten Be­ reich des kombinierten Reaktionsgefäßes 54 geleitet werden, um in einem ersten Wärmetauscherbereich 202 verdampft zu werden. Die Brenn­ stoff/Wassermischung fließt durch eine Anzahl von mit Abstand versehe­ nen Kammern 262', welche keinen Katalysator zur Brennstoffreformierung enthalten. Die endothermen Reaktionskammern 262 danach umfassen einen Katalysator zur Brennstoffreformierung, wie im Vorgehenden erläu­ tert.
Die Brennstoff/Wassermischung, welche in die Kammer 262' eintritt, wird durch Wärme verdampft, die durch eine katalytische Verbrennung einer Brennstoffmischung produziert wird, welche einer Anzahl exothermer Reaktionskammern 264 zugeführt wird. Ein Oxidationsmittel oder Brenn­ stoff, bevorzugterweise ein Oxidationsmittel wie Sauerstoff aus dem Brennstoffzellenstapelausfluss, kann in die exothermen Reaktionskam­ mern 264 durch eine Zufuhrleitung 242 und ein Kopfrohr 243 geladen werden. Ein Oxidationsmittel oder Brennstoff, bevorzugterweise ein Brennstoff, wie zum Beispiel Wasserstoff aus dem Brennstoffzellenstapel­ ausfluss, wird in die exothermen Reaktionskammern 264 durch eine Zufuhrleitung 282 geladen. Eine Brennstoffmischung geht durch die Anzahl von mit Abstand versehenen exothermen Reaktionskammern 264, welche Wärme zur Verdampfung des Brennstoff/Wassergemischs oder der Reformierung des Brennstoff/Wassergemischs produzieren. Bevorzugter­ weise wird entweder das Oxidationsmittel oder der Brennstoff in die exo­ thermen Reaktionskammern 264 durch Zufuhrleitungen 282 in gestaffel­ ter Weise, wie im Vorgehenden erläutert, zugeführt. In dieser Ausfüh­ rungsform sind die exothermen Reaktionskammern 264 jedoch vertikal und horizontal mit Abstand versehen, so dass ein Trennbereich 299 zwi­ schen den lateral mit Abstand versehenen exothermen Reaktionskammern 264 entsteht. Die Trennbereiche 299 sorgen für eine mehrstufige adiabati­ sche Reformierung des Brennstoff/Wassergemisches. Wenn gewünscht, kann die Katalysatorbeladung in verschiedenen Bereichen der endother­ men Reaktionskammer 262 nach Wunsch verändert werden. Das bedeu­ tet, dass die Katalysatorbeladung innerhalb der Reformierungsbereiche abgestuft sein kann. Das kombinierte Reaktionsgefäß 54 kann Leitrohre 190 umfassen, welche den Abgasfluss, welcher den ersten Satz exother­ mer Reaktionskammern 264 verlässt, so zu leiten, dass er in einen zwei­ ten Satz exothermer Reaktionskammern, welcher einen Abstand vom ersten Satz besitzt, eingeleitet wird. Das Abgas der Verbrennungsreaktion verlässt das Gefäß durch die Leitung 245 und das Abgas der Reformie­ rungsreaktion verlässt das Gefäß durch Leitung 256.

Claims (41)

1. Ein Brennstoffzellensystem umfassend: ein Reaktionsgefäß mit einem darin getragenen Katalysator, wel­ cher eine endotherme Reaktion fördert, wobei das Reaktionsgefäß derart aufgebaut und angeordnet ist, dass dem Gefäß endotherme Reaktanden zuführbar sind, und welches weiterhin mindestens eine erste und zweite Wärmetauschereinrichtung umfasst, welche mit Ab­ stand voneinander innerhalb des Gefäßes getragen werden, und wo­ bei die ersten und zweiten Wärmetauschereinrichtungen derart auf­ gebaut und angeordnet sind, dass sie unabhängig voneinander steu­ erbar sind, um die Wärme, welche von den Wärmetauschereinrich­ tungen zum Katalysator übertragen wird, und die Temperatur des Katalysators an verschiedenen Stellen innerhalb des Reaktionsgefä­ ßes entsprechend den Orten der ersten und zweiten Wärmetauscher­ einrichtungen, unterschiedlich variierbar ist.
2. Ein Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass das Reaktionsgefäß derart aufgebaut und angeordnet ist, dass jede Wärmetauschereinrichtung mit exothermen Reaktanden beladen werden kann, dass die exothermen Reaktanden einen Brenn­ stoff und ein Oxidationsmittel umfassen, dass jede der Wärmetau­ schereinrichtungen mindestens eine Brennkammer umfasst, dass je­ de Brennkammer einen Katalysator, welcher eine chemische Verbrennung fördert, trägt, und dass mindestens entweder der Brennstoffe oder das Oxidationsmittel selektiv jeder Brennkammer in kontrollierter Menge zugeführt werden, so dass die durch jeden der Wärmetauschereinrichtungen erzeugte Wärme wie gewünscht variiert werden kann.
3. Ein Brennstoffzellensystem umfassend: ein Reaktionsgefäß umfassend eine Mehrzahl von endothermen Reaktionsbereichen, eine Mehrzahl von Wärmetauschereinrichtun­ gen, wobei jeder endotherme Reaktionsbereich zur Zufuhr von genü­ gend Wärme eine zugeordnete Wärmetauschereinrichtung besitzt, damit das Temperaturprofil des zugeordneten endothermen Reakti­ onsbereiches innerhalb eines vorgegebenen Größenbereichs geregelt werden kann.
4. Ein Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, dass die endothermen Reaktionsbereiche einen Abstand vonein­ ander haben, und dass die Wärmetauschereinrichtung zwischen zwei mit Abstand versehenen endothermen Reaktionsbereichen ange­ bracht ist.
5. Ein Brennstoffzellensystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, dass jede Wärmetauschereinrichtung mindestens eine, einen Ka­ talysator aufweisende katalytische Brennkammer umfasst, um eine Brennstoffmischung in der katalytischen Brennkammer zu verbren­ nen.
6. Ein Brennstoffzellensystem nach Anspruch 5, weiterhin umfassend: einen Brennstoffzellenstapel, wobei die Brennstoffmischung Anoden- und Kathodenabgas vom Brennstoffzellenstapel umfasst.
7. Ein Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, dass jeder endotherme Reaktionsbereich einen Katalysator um­ fasst, welcher von einem keramischen oder metallischen Block getra­ gen wird.
8. Ein Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, dass jeder der endothermen Reaktionsbereiche einen Katalysator umfasst, welcher von einem Schaum getragen wird.
9. Ein Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, dass das Reaktionsgefäß derart aufgebaut und angeordnet ist, dass das Abgas eines ersten endothermen Reaktionsbereichs über ein Wärmetauschereinrichtung fließt, bevor es in einen zweiten endo­ thermen Reaktionsbereich fließt.
10. Ein System umfassend: ein kombiniertes Reaktionsgefäß mit mehrfach gestuft angeordne­ ten katalytischen Brennkammern und einer Mehrzahl endothermer Reaktionskammern, wobei jede endotherme Reaktionskammer eine ihr benachbarte Brennkammer hat, so dass Wärme, welche in der Brennkammer erzeugt wird, zur benachbarten endothermen Reakti­ onskammer übertragen wird.
11. Ein System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jede katalytische Brennkammer eine Mehrzahl von Zufuhröffnungen für Reaktanden besitzt, um der katalytischen Brennkammer mindestens einen Reaktanden zuzuführen, und dass die Zufuhröffnungen für Reaktanden innerhalb der katalytischen Brennkammer so angeord­ net sind, dass eine im Wesentlichen einheitliche Temperatur der Län­ ge der katalytischen Brennkammer entlang entsteht.
12. Ein System nach Anspruch 11, weiterhin umfassend einen Brenn­ stoff, welcher den endothermen Reaktionskammern zugeführt wird, um den Brennstoff in der endothermen Reaktionskammer zu refor­ mieren und Wasserstoff herzustellen.
13. Das System nach Anspruch 10, weiterhin umfassend, ein Substrat, welches benachbarte endotherme und exotherme Reaktionsräume trennt, einen Katalysator für eine endotherme Reaktion im endo­ thermen Reaktionsraum und auf dem Substrat aufliegend (overlying), und einen Katalysator für eine exotherme Reaktion im exothermen Reaktionsraum und auf dem Substrat aufliegend.
14. Ein Brennstoffzellensystem umfassend: ein Reaktionsgefäß, welches eine exotherme Reaktion und eine endotherme Reaktion integriert, wobei das Reaktionsgefäß ein Sub­ strat mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche, einen Katalysator für eine endotherme Reaktion, der auf der ersten Oberfläche aufliegt, und einen Katalysator für eine exotherme Reaktion, der auf der zwei­ ten Oberfläche aufliegt, umfasst, wobei das Substrat so aufgebaut und angeordnet ist, dass Wärme von der zweiten Oberfläche zur ers­ ten Oberfläche übertragen wird.
15. Ein Brennstoffzellensystem nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die erste und zweite Oberfläche sich auf gegenüberlie­ genden Seiten des Substrats befinden.
16. Ein Brennstoffzellensystem nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Substrat im Wesentlichen flach und planar aus­ gestaltet ist.
17. Ein Brennstoffzellensystem umfassend: ein integriertes exothermisches und endothermisches Reaktions­ gefäß mit einer exothermen Reaktionskammer und einer endother­ men Reaktionskammer und einem Substrat, welches die exotherme Reaktionskammer und die endotherme Reaktionskammer trennt, wo­ bei das Substrat eine erste Oberfläche besitzt, welche dem Innen­ raum der exothermen Reaktionskammer zugewandt ist und auf wel­ cher weiterhin ein Katalysator für eine exotherme Reaktion aufliegt, und wobei das Substrat eine zweite Oberfläche besitzt, welche dem Innenraum der endothermen Reaktionskammer zugewandt ist und auf welcher weiterhin ein Katalysator für eine endotherme Reaktion aufliegt, und wobei das integrierte Reaktionsgefäß so aufgebaut und angeordnet ist, dass Reaktanden selektiv der exothermen Reaktions­ kammer zur Herstellung von Reaktionsprodukten und Wärme zuge­ führt werden können, und dass derart mindestens ein Teil der Wär­ me durch das Substrat zur zweiten Oberfläche geleitet wird, um eine endotherme Reaktion, welche in der endothermen Reaktionskammer abläuft, anzutreiben.
18. Ein Brennstoffzellensystem umfassend: ein integriertes chemisches Verbrennungs- und Brennstoffrefor­ mierungsgefäß, umfassend eine chemische Brennkammer und eine Brennstoffreformierungskammer, sowie ein Substrat, welches die chemische Brennkammer von der Brennstoffreformierungskammer trennt, wobei das Substrat eine erste Oberfläche besitzt, welche dem Innenraum der chemischen Brennkammer zugewandt ist und auf welcher weiterhin ein Katalysator für eine Verbrennung aufliegt, und wobei das Substrat eine zweite Oberfläche besitzt, welche dem Innen­ raum der Brennstoffreformierungskammer zugewandt ist und auf welcher weiterhin ein Reformierungskatalysator aufliegt, und wobei das integrierte chemische Verbrennungs- und Brennstoffreformie­ rungsgefäß derart aufgebaut und angeordnet ist, dass Reaktanden für die Verbrennung der chemischen Verbrennungskammer zuge­ führt werden können um darin zu reagieren und Verbrennungspro­ dukte und Wärme zu produzieren, so dass mindestens ein Teil der Wärme durch das Substrat in genügender Menge zu der zweiten O­ berfläche geleitet wird, um selektiv eine gewünschte Menge des Brennstoffs, welcher der Brennstoffreformierungskammer zugeführt wurde, zu reformieren.
19. Ein System umfassend:
ein kombiniertes Reaktionsgefäß umfassend:
eine Mehrzahl von mit Abständen versehenen endothermen Reak­ tionskammern, wobei jede endotherme Reaktionskammer einen Kata­ lysator für eine endotherme Reaktion in ihrem Inneren umfasst;
eine Mehrzahl von mit Abstand versehenen exothermen Reakti­ onskammern, wobei jede exotherme Reaktionskammer in ihrem Inne­ ren einen Katalysator für eine exotherme Reaktion umfasst;
wobei jede der exothermen Reaktionskammern sich zwischen zwei endothermen Reaktionskammern befindet und derart aufgebaut und angeordnet ist, dass die Wärme, welche durch eine exotherme Reak­ tion in der exothermen Reaktionskammer produziert wird, zu einer benachbarten endothermen Reaktionskammer geleitet wird.
20. Ein System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass jede exotherme Reaktionskammer teilweise durch eine gemeinsame Wand mit einer benachbarten endothermen Reaktionskammer definiert wird.
21. Ein System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator für die exotherme Reaktion auf der Wand aufliegt.
22. Ein System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator für die endotherme Reaktion auf der Wand aufliegt.
23. Ein System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator für die exotherme Reaktion ein Katalysator ist, welcher die Verbrennung eines Brennstoffs für eine exotherme Reaktion mit Sauerstoff, welcher der exothermen Reaktionskammer zugeführt wird, fördert.
24. Ein System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator für die endotherme Reaktion ein Katalysator ist, welcher die Reformierung eines Reformierungsbrennstoffs, welcher der endo­ thermen Reaktionskammer zugeführt wird, fördert.
25. Ein System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Zufuhröffnungen vorgesehen sind, welche entlang einer Länge jeder exothermen Reaktionskammer angeordnet sind, und dass entweder der Brennstoff für die exotherme Reaktion oder das Oxidationsmittel in die exotherme Reaktionskammer unter Verwen­ dung der Zufuhröffnungen eingebracht wird.
26. Ein System nach Anspruch 25, weiterhin umfassend, ein Zufuhrver­ teilerrohr mit einer Mehrzahl von daraus hervorgehenden Zufuhrroh­ ren, wobei jede exothermen Reaktionskammer eines der Zufuhrrohre beinhaltet, und wobei die genannten Zufuhröffnungen entlang der Länge jedes Zufuhrrohrs ausgebildet sind, und wobei ein Brennstoff für eine exotherme Reaktion in das kombinierte Reaktionsgefäß durch die Zufuhröffnungen eingebracht wird.
27. Ein System nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff für die exotherme Reaktion Wasserstoff umfasst, und dass die Zufuhröffnungen in jeder der exothermen Reaktionskammern so angeordnet und ausgebildet sind, dass die Wasserstoffkonzentration und die Temperatur in jeder exothermen Reaktionskammer so ist, dass eine Flammenverbrennung verhindert wird.
28. Ein System nach Anspruch 26, weiterhin umfassend, ein jedem Zufuhrrohr zugeordnetes Ventil, und weiterhin umfassend einen Ven­ tilregler um selektiv die Brennstoffmenge, mit welcher jede exotherme Reaktionskammer beladen wird, zu regeln.
29. Ein System nach Anspruch 28, weiterhin umfassend, Sensoren, die in den exothermen Reaktionskammern angebracht sind, um die Be­ dingungen der exothermen Reaktion darin zu überwachen und wel­ che wirksam so mit dem Ventilregler verbunden sind, dass die Menge der Reaktanden, mit welchen die exotherme Reaktionskammer bela­ den wird, selektiv geregelt werden kann.
30. Ein System nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von exothermen Reaktionskammern benachbart nebenein­ ander angeordnet sind, und dass jedes der Rohre zur Zufuhr be­ nachbart nebeneinander liegende exotherme Reaktionskammern trennt.
31. Ein System nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl exothermer Reaktionskammern benachbart nebeneinander liegend angeordnet sind, und dass weiterhin einen Ausflusskopf am Ende jeder exothermen Reaktionskammer umfasst, welcher Gase, welche eine exotherme Reaktionskammer verlassen, zum Eingang der angrenzend danebenliegenden exothermen Reaktionskammer leitet.
32. Ein System nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das kombinierte Reaktionsgefäß eine Einlassöffnung umfasst, welche mit einer Mehrzahl exothermer Reaktionsbrennkammern in Verbindung steht, und dass das System weiterhin einen Brennstoffzellenstapel mit einem Anodenabgasrohr umfasst, welches mit dem Verteilerrohr verbunden ist, um Wasserstoff durch das Verteilerrohr zuzuführen, und eine Kathodenabgasleitung, welche mit der Einlassöffnung des kombinierten Reaktionsgefäßes verbunden ist, um Sauerstoff durch die Einlassöffnung zuzuführen.
33. Ein mehrstufiger Verbrennungsprozess um ein Reformierungstemperaturprofils aufrechtzuerhalten, umfassend:
zur Verfügungstellung eines Reaktionsgefäßes mit mindestens zwei mit Abstand versehenen Brennkammern, sowie einer dazwi­ schen angeordneten Reformierungsreaktionskammer, welche die zwei mit Abstand versehenen Brennkammern trennt,
Zufuhr von Reaktanden zur Reformierungsreaktionskammer, wo­ bei die Reaktanden in der Reformierungsreaktionskammer in einer endothermen Reaktion reformiert werden,
Zufuhr eines Oxidationsmittels zu jeder der Brennkammern und Zufuhr eines Brennstoffs zu jeder Brennkammer an mehreren Stellen in genügender Menge, um Wärme für die endotherme Reaktion, wel­ che in der benachbarten Reformierungsreaktionskammer abläuft, zu liefern, und derart, dass ein im Wesentlichen einheitliches Tempera­ turprofil in der Reformierungsreaktionskammer erhalten bleibt.
34. Ein mehrstufiger Verbrennungsprozess um ein kontrollierbares Re­ formierungstemperaturprofils aufrechtzuerhalten, umfassend:
zur Verfügungstellung eines Reaktionsgefäßes mit mindestens zwei mit Abstand versehenen Brennkammern, sowie einer dazwi­ schen angeordneten Reformierungsreaktionskammer, welche die be­ nachbarten Brennkammern trennt,
Zufuhr von Reaktanden zur Reformierungsreaktionskammer, wo­ bei die Reaktanden in der Reformierungsreaktionskammer in einer endothermen Reaktion reformiert werden,
Zufuhr eines Oxidationsmittels zu jeder der Verbrennungskam­ mern und Zufuhr eines Brennstoffs zu jeder der Verbrennungskam­ mern an mehreren Stellen und in genügender Menge, um Wärme für die endotherme Reaktion, welche in der benachbarten Reformie­ rungsreaktionskammer abläuft, zu liefern, so dass ein kontrollierba­ res Temperaturprofil in der Reformierungsreaktionskammer erhalten wird.
35. Ein Brennstoffzellensystem umfassend:
ein Reaktionsgefäß mit einem Verdampferbereich beziehungswei­ se -abschnitt zur Verdampfung einer Brennstoff und Wassermi­ schung, eine an den Verdampferbereich angrenzende Einrichtung zur Wärmeübertragung um eine genügende Wärmemenge zu liefern um die Mischung zu verdampfen, und eine Mehrzahl endothermer Reak­ tionsbereiche beziehungsweise -Abschnitte und eine Mehrzahl zusätz­ licher Wärmeübertragungseinrichtungen, wobei jeder endotherme Reaktionsbereich eine zugeordnete Einrichtung zur Wärmeübertra­ gung hat, um genügend Wärme zuzuführen, damit das Temperatur­ profil des zugeordneten endothermen Reaktionsbereichs innerhalb eines vorgegebenen Bereichs geregelt werden kann.
36. Ein Brennstoffzellensystem umfassend: ein Reaktionsgefäß umfassend eine Mehrzahl von endothermen Reaktionsbereichen und eine Mehrzahl von exothermen Reaktionsbe­ reichen, wobei jeder endotherme Reaktionsbereich einen zugeordne­ ten exothermen Reaktionsbereich hat, damit genügend Wärme zuge­ führt wird, um das Temperaturprofil des zugeordneten endothermen Reaktionsbereiches innerhalb eines vorgegebenen Größenordnungs­ bereiches zu regeln.
37. Ein Brennstoffzellensystem nach Anspruch 36, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der exotherme Reaktionsbereich einen Katalysator zur Verbrennung eines Brennstoffs in seinem Inneren umfasst.
38. Ein Brennstoffzellensystem nach Anspruch 36, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der exotherme Reaktionsbereich so aufgebaut und an­ geordnet ist, dass der exothermen Reaktionskammer Wasserstoff und Sauerstoff zugeführt wird.
39. Ein Brennstoffzellensystem nach Anspruch 36, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die exotherme Reaktionskammer derart aufgebaut und angeordnet ist, um darin eine selektive Oxidationsreaktion durchzu­ führen.
40. Ein mehrstufiger Prozess zur Wärmeproduktion um ein kontrollierba­ res Reformierungstemperaturprofil zu erhalten, umfassend:
zur Verfügungstellung eines Reaktionsgefäßes mit mindestens zwei mit Abstand versehenen Wärmeerzeugungskammern und einer dazwischen angebrachten Reformierungskammer, die benachbarte Wärmeerzeugungskammern trennt,
Zufuhr einer ersten Gruppe von Reaktanden zur Reformierungs­ reaktionskammer, wobei die erste Gruppe von Reaktanden in der Re­ aktionskammer in einer endothermen Reaktion reformiert wird,
Zufuhr einer zweiten Gruppe von Reaktanden zu der Wärmeer­ zeugungskammer, wobei in einer exothermen Reaktion der zweiten Gruppe von Reaktanden genügend Wärme erzeugt wird, um Wärme für die endotherme Reaktion, welche in der benachbarten Reformie­ rungsreaktionskammer abläuft, so zu liefern, dass ein im Wesentli­ chen einheitliches Temperaturprofil in der benachbarten Reformie­ rungsreaktionskammer erhalten wird.
41. Ein Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktanden, welcher der Wärmeerzeugungskammer zugeführt wird, Reaktanden für eine selektive Oxidation umfassen.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005060658A1 (en) * 2003-12-18 2005-07-07 Velocys, Inc. In situ mixing in microchannels
WO2005102511A1 (en) * 2004-04-20 2005-11-03 Compactgtl Plc Plate-type reactor with a removable catalytic structure

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7081312B1 (en) * 2000-09-26 2006-07-25 General Motors Corporation Multiple stage combustion process to maintain a controllable reformation temperature profile
US7967878B2 (en) * 2002-01-04 2011-06-28 Meggitt (Uk) Limited Reformer apparatus and method
US7220390B2 (en) * 2003-05-16 2007-05-22 Velocys, Inc. Microchannel with internal fin support for catalyst or sorption medium
US7306868B2 (en) * 2003-10-02 2007-12-11 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Integrated fuel cell stack and catalytic combustor apparatus, assembly, and method of use
JP2006265007A (ja) * 2005-03-22 2006-10-05 Toyota Motor Corp 燃料改質装置
JP4405432B2 (ja) * 2005-05-23 2010-01-27 本田技研工業株式会社 改質装置
JP2007091565A (ja) * 2005-09-30 2007-04-12 Nissan Motor Co Ltd 燃料改質反応器
US20070122667A1 (en) * 2005-11-28 2007-05-31 Kelley Richard H Fuel cell system with integrated fuel processor
US20080292922A1 (en) * 2007-05-22 2008-11-27 Fischer Bernhard A Method and apparatus for fueling a solid oxide fuel cell stack assembly
JP5214230B2 (ja) * 2007-12-04 2013-06-19 Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 燃料電池システムの起動方法
US7745667B2 (en) * 2008-04-07 2010-06-29 Velocys Microchannel apparatus comprising structured walls, chemical processes, methods of making formaldehyde
KR20090128974A (ko) * 2008-06-12 2009-12-16 현대자동차주식회사 연료전지 스택용 분리판 및 그 제조 방법
US20100143755A1 (en) * 2009-06-24 2010-06-10 Fischer Bernhard A Multi-Channel Fuel Reformer with Augmented Heat Transfer
KR101035663B1 (ko) * 2009-07-21 2011-05-19 한국에너지기술연구원 매체 순환식 연소기 및 이를 이용한 매체 순환식 연소 방법
BR112017016898A2 (pt) * 2015-02-05 2018-03-27 Casale Sa queimador para a produção de gás de síntese e circuito de refrigeração relacionado
CN114824386B (zh) * 2022-03-25 2024-02-23 清华大学 一种燃料前处理装置及燃料电池系统

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US962802A (en) * 1908-04-20 1910-06-28 Sakichi Toyoda Picker-check for looms.
US962651A (en) * 1910-03-24 1910-06-28 F K De Borde Sea power-generator.
US4877693A (en) * 1985-12-23 1989-10-31 Energy Research Corporation Fuel cell apparatus for internal reforming
US4650727A (en) 1986-01-28 1987-03-17 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Fuel processor for fuel cell power system
US4781241A (en) 1987-08-27 1988-11-01 International Fuel Cells Corporation Heat exchanger for fuel cell power plant reformer
US5043232A (en) 1990-05-10 1991-08-27 International Fuel Cells Corporation Fuel Preheating for a fuel processing system of a fuel cell power plant
US5175062A (en) 1991-01-30 1992-12-29 Energy Research Corporation Reforming unit for fuel cell stack
US5272017A (en) 1992-04-03 1993-12-21 General Motors Corporation Membrane-electrode assemblies for electrochemical cells
JPH06260189A (ja) 1993-03-01 1994-09-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd 燃料電池
JPH0812303A (ja) 1994-07-05 1996-01-16 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd プレートリフォーマ
US5763114A (en) * 1994-09-01 1998-06-09 Gas Research Institute Integrated reformer/CPN SOFC stack module design
JP3553210B2 (ja) 1995-06-26 2004-08-11 本田技研工業株式会社 燃料電池を搭載した移動体における燃料電池システム
US5858314A (en) * 1996-04-12 1999-01-12 Ztek Corporation Thermally enhanced compact reformer
CN1094465C (zh) * 1996-06-28 2002-11-20 松下电工株式会社 改性装置
US7066973B1 (en) * 1996-08-26 2006-06-27 Nuvera Fuel Cells Integrated reformer and shift reactor
US5997594A (en) * 1996-10-30 1999-12-07 Northwest Power Systems, Llc Steam reformer with internal hydrogen purification
US5851689A (en) 1997-01-23 1998-12-22 Bechtel Corporation Method for operating a fuel cell assembly
JP2000034102A (ja) * 1998-07-17 2000-02-02 Toyota Motor Corp 改質器の制御装置
US6238815B1 (en) * 1998-07-29 2001-05-29 General Motors Corporation Thermally integrated staged methanol reformer and method
US6472092B1 (en) * 1998-08-12 2002-10-29 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Fuel-reforming apparatus comprising a plate-shaped reforming catalyst
US6797244B1 (en) * 1999-05-27 2004-09-28 Dtc Fuel Cells Llc Compact light weight autothermal reformer assembly
US6969506B2 (en) * 1999-08-17 2005-11-29 Battelle Memorial Institute Methods of conducting simultaneous exothermic and endothermic reactions
US7081312B1 (en) 2000-09-26 2006-07-25 General Motors Corporation Multiple stage combustion process to maintain a controllable reformation temperature profile
US20020071797A1 (en) * 2000-10-06 2002-06-13 Loffler Daniel G. Catalytic separator plate reactor and method of catalytic reforming of fuel to hydrogen

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005060658A1 (en) * 2003-12-18 2005-07-07 Velocys, Inc. In situ mixing in microchannels
US7470408B2 (en) 2003-12-18 2008-12-30 Velocys In situ mixing in microchannels
WO2005102511A1 (en) * 2004-04-20 2005-11-03 Compactgtl Plc Plate-type reactor with a removable catalytic structure
US7235218B2 (en) 2004-04-20 2007-06-26 Compactgtl Plc Catalytic reactors

Also Published As

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