DE10151393B4 - Reactor for a gas generating system and its use in a motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Reaktor (1) für ein Gaserzeugungssystem zum Erzeugen eines wasserstoffhaltigen Gases für eine Brennstoffzelle, welcher in Plattenbauweise ausgeführt ist, wobei durch die Platten erste, zweite und dritte Medienräume (2, 3, 5) gebildet sind und in den ersten Medienräumen (2) endotherme Reaktionen und in den dritten Medienräumen (5) exotherme Reaktionen durchführbar sind, wobei die Medienräume (2, 3, 5) in wärmeleitendem Kontakt zueinander stehen, und wobei jeder der ersten Medienräume (2) zwischen zwei dritten Medienräumen (5) angeordnet ist und die Medien zumindest zu einigen der dritten Medienräume (5) über einen der zweiten Medienräume (3) zuführbar sind, welcher jeweils zwischen zwei der dritten Medienräume (5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Medienräume (3) Vliese (4) oder Drahtgestricke aufweisen.reactor (1) for a gas generating system for generating a hydrogen-containing gas for one Fuel cell, which is designed in plate construction, wherein through the plates first, second and third media spaces (2, 3, 5) are formed and in the first media spaces (2) endothermic reactions and in the third media rooms (5) exothermic reactions are feasible, being the media rooms (2, 3, 5) in thermally conductive contact each other, and wherein each of the first media spaces (2) between two third media rooms (5) is arranged and the media at least some of the third media rooms (5) about one of the second media rooms (3) supplied which are in each case between two of the third media spaces (5) is arranged, characterized in that the second media spaces (3) Nonwovens (4) or knitted fabrics have.

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Description

Die Erfindung betrifft einen Reaktor für ein Gaserzeugungssystem nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.The The invention relates to a reactor for a gas generating system the type defined in the preamble of claim 1 in more detail.

Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind zahlreiche Reaktoren für einen vergleichbaren Einsatzzweck, wie durch den Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben, bekannt. Viele dieser Reaktoren sind dabei in Plattenbauweise ausgeführt, beispielsweise der durch die DE 199 20 786 A1 beschriebene Reaktor.Numerous reactors for a comparable purpose as described by the preamble of claim 1 are known from the general state of the art. Many of these reactors are designed in plate construction, for example by the DE 199 20 786 A1 described reactor.

Zum Eintrag von Wärme in den Reaktor ist es sehr häufig üblich, dass Wärme benötigende Reaktionen, wie beispielsweise eine Dampfreformierung von Wasser und einem Kohlenstoff sowie Wasserstoff aufweisenden Ausgangsstoff zur Erzeugung eines wasserstoffhaltigen Gases mit wärmeerzeugenden Reaktionen, beispielsweise einer selektiven Oxidation von in dem entstehenden wasserstoffhaltigen Gas enthaltenem Kohlenmonoxid, in einem Reaktor untergebracht sind, so dass die bei der einen Reaktion entstehende Wärme zum Ablauf der anderen Reaktionen genutzt werden kann. Probleme treten bei derartigen Reaktoren insbesondere in der Kaltstartphase auf, wenn für die wärmeerzeugende Reaktion noch kein Edukt zur Verfügung steht oder dieses nicht die erforderliche Qualität hinsichtlich Trockenheit und Temperatur mitbringt.To the Entry of heat It is very common in the reactor for that Heat-requiring Reactions, such as steam reforming of water and a carbon and hydrogen-containing starting material for producing a hydrogen-containing gas with heat-generating Reactions, for example, a selective oxidation of in the resulting hydrogen-containing gas contained carbon monoxide, housed in a reactor, so that in the one reaction resulting heat to the expiration of the other reactions can be used. issues occur in such reactors, especially in the cold start phase on when for the heat-producing reaction still no starting material available or this is not the required quality in terms of dryness and temperature.

Um diese Problematik zu lösen, sind separate Kaltstartkomponenten bekannt, welche gegebenenfalls auch thermisch an den Reaktor angekoppelt sein können, wie dies beispielsweise in der älteren DE 101 26 665 A1 beschrieben ist.To solve this problem, separate cold start components are known, which may optionally also be thermally coupled to the reactor, as for example in the older DE 101 26 665 A1 is described.

Bei derartigen Reaktoren kommt es im Kaltstartfall jedoch durch die vergleichsweise hohe thermische Masse beim ersten Kontakt von katalytisch beschichteten Medienräumen mit heißen Gasströmen zu einer Kondensation von in diesen Gasströmen transportierter Feuchtigkeit. Die Feuchtigkeit setzt als Flüssigkeit die katalytischen Zentren zu und verzögert den Start des Reaktors weiter.at However, such reactors occur in the cold start case by the comparatively high thermal mass at the first contact of catalytically coated media rooms with hot gas streams to a condensation of moisture transported in these gas streams. The moisture sets as a liquid the catalytic centers and delays the start of the reactor further.

Werden dagegen Brenner eingesetzt, um über deren Abgase den Reaktor vorzuwärmen, so kommt es aufgrund der sehr hohen Temperaturen in diesen Bauteilen zu einer Reaktion des eben erst erzeugten Wasserstoffs oder von anderen kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffresten in dem Medienstrom, so dass sich sehr viel Wasserdampf in den Abgasen bildet. Auch hier entsteht dann die oben bereits genannte Problematik, dass der in heißen Abgasen enthaltene Wasserdampf an den vergleichsweise kalten Wänden des Reaktors auskondensieren kann und den im allgemeinen dort angeordneten Katalysator zusetzt, so dass die katalytische Reaktion bzw. der Start der katalytischen Reaktion weiter verzögert wird.Become however, burners used to over whose exhaust gases preheat the reactor, This is due to the very high temperatures in these components to a reaction of the newly generated hydrogen or of other hydrocarbon-containing fuel residues in the media stream, so that a lot of water vapor forms in the exhaust gases. Here too Then arises the problem already mentioned above that the in be called Exhaust gases contained water vapor on the relatively cold walls of the Reactor can condense and arranged generally there Catalyst is added, so that the catalytic reaction or the Start of the catalytic reaction is further delayed.

Die DE 199 48 221 C1 beschreibt ein Verdampfer/Reformer/Brenner-Modul für ein Gaserzeugungssystem einer Brennstoffzellenanlage, das in Form eines aus mehreren Schichten bestehenden Plattenstapels aufgebaut ist. In dem Modul sind aufeinanderfolgend eine erste Verdampferschicht, eine erste katalytische Brennerschicht, eine zweite Verdampferschicht, eine zweite katalytische Brennerschicht, eine Reformerschicht zur Durchführung einer meist endotherm ablaufenden Reformierungsreaktion und eine dritte katalytische Brennerschicht angeordnet. Im Betrieb des Verdampfer/Reformer/Brenner-Moduls werden in den Verdampferschichten aufbereitete Einsatzstoffe der Reformerschicht zugeführt, die ihrerseits mit einer separat ausgebildeten Gasreinigungsanlage des Gaserzeugungssystems in Verbindung steht.The DE 199 48 221 C1 describes an evaporator / reformer / burner module for a gas generating system of a fuel cell system, which is constructed in the form of a multi-layer plate stack. In the module, a first evaporator layer, a first catalytic burner layer, a second evaporator layer, a second catalytic burner layer, a reformer layer for carrying out a usually endothermic reforming reaction and a third catalytic burner layer are arranged successively. During operation of the evaporator / reformer / burner module, recycled feedstocks are fed to the reformer layer in the evaporator layers, which in turn is connected to a separately formed gas purification system of the gas generating system.

Aus der DE 197 54 012 A1 ist ein Plattenstapelreaktor für eine Wasserdampfreformierungsanlage eines Brennstoffzellensystems bekannt. In dem Plattenreaktor sind zunächst abwechselnd Verdampferschichten und erste katalytische Brennerschichten und dann abwechselnd erste Vorreformierungsschichten und CO-Oxidationsschichten angeordnet. Daran anschließend sind abwechselnd CO-Shiftschichten und zweite Vorreformierungsschichten und schließlich abwechselnd zweite katalytische Brennerschichten und Hauptreformierungsschichten angeordnet. Ein Kanal mit einem verdampferseitigen Sammelkanal und einem vorreformierungsseitigen Verteilerkanal verbindet die Verdampferschichten mit den ersten Vorreformierungsschichten.From the DE 197 54 012 A1 a plate-stack reactor for a steam reforming plant of a fuel cell system is known. In the plate reactor, first alternately evaporator layers and first catalytic burner layers and then alternately first pre-reforming layers and CO oxidation layers are arranged. Subsequently, alternating CO shift layers and second pre-reforming layers and finally alternately second catalytic burner layers and main reforming layers are arranged. A channel having an evaporator-side header channel and a pre-reforming side header channel connects the evaporator layers to the first pre-reforming layers.

Die JP 11 021 104 A offenbart einen Plattenreaktor, in dem aufeinanderfolgend eine erste Heizkammer, eine erste Reformierungskammer, eine Wassergas-Shiftreaktionskammer, eine zweite Reformierungskammer und eine zweite Heizkammer angeordnet sind.The JP 11 021 104 A discloses a plate reactor in which a first heating chamber, a first reforming chamber, a water gas shift reaction chamber, a second reforming chamber and a second heating chamber are sequentially arranged.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, diese oben genannten Nachteile zu vermeiden und einen Reaktor zu schaffen, welcher bei kleinstmöglichem Aufbau eine optimale Wärmeausnutzung sowohl im Kaltstartfall als auch im stationären Betrieb ermöglicht und welcher als kompaktes und leichtes Bauteil realisiert werden kann.It is therefore an object of the invention, these disadvantages mentioned above to avoid and to create a reactor which with the smallest possible structure optimal heat utilization both in cold start as well as in stationary operation allows and which can be realized as a compact and lightweight component.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Reaktor mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.According to the invention this Task by a reactor having the features mentioned in claim 1 solved.

Durch die Anordnung der ersten Medienräume, in denen die endotherme Reaktion durchführbar ist, jeweils zwischen zwei dritten Medienräumen, in denen die exotherme Reaktion durchführbar ist, wird erreicht, dass die Wärme der einen Reaktion zum Betreiben der anderen Reaktion in idealer Weise genutzt werden kann. Des Weiteren wird durch den Zustrom zu den beiden dritten Medienräumen, in denen die exotherme Reaktion durchführbar ist, durch die zweiten Medienräume erreicht, dass der in dem Bereich der exothermen Reaktion eintretende Medienstrom bereits entsprechend vorgewärmt und getrocknet ist, so dass die Bedingungen für die Reaktion ideal sind.By the arrangement of the first media rooms, in which the endothermic reaction is feasible, each between two third media rooms, in which the exothermic reaction is feasible, it is achieved that the heat the one reaction to operate the other reaction in ideal Way can be used. Furthermore, the influx will increase the two third media rooms, in which the exothermic reaction is feasible, by the second media rooms reaches that entering in the region of the exothermic reaction Media stream already preheated and dried accordingly, so that the conditions for the reaction is ideal.

Der erfindungsgemäße Aufbau erlaubt es damit in vorteilhafter Weise einen Reaktor zu konstruieren, welcher bei idealer Wärmeausnutzung ein sehr kompaktes Bauteil darstellt und aufgrund seiner Plattenbauweise hinsichtlich der erforderlichen Leistung sehr leicht zu dimensionieren ist, da die Anzahl der Medienräume variiert werden kann, ohne den Aufbau des Reaktors an sich verändern zu müssen.Of the inventive structure allows it to advantageously construct a reactor, which with ideal heat utilization represents a very compact component and due to its plate construction in terms of the required performance very easy to dimension is because the number of media rooms can be varied without changing the structure of the reactor itself have to.

Erfindungsgemäß sind in den zweiten Medienräumen Vliese oder Drahtgestricke angeordnet.According to the invention are in the second media rooms Fleeces or knitted fabrics arranged.

Tröpfchen, welche sich in dem Medienstrom befinden, der in die zweiten Medienräume gelangt, werden im Bereich der Vliese oder Drahtgestricke abgeschieden. Im Falle des Kaltstarts wird außerdem die hohe thermische Masse des Reaktors als Kondensator ausgenutzt um in den zweiten Medienräumen die Feuchtigkeit aus dem zugeführten Medienstrom zu kondensieren. Neben der sinnvollen Nutzung der Kondensationswärme zum Aufheizen des Reaktors wird damit außerdem verhindert, dass die Kondensation in den dritten Medienräumen für die exotherme Reaktion abläuft und dort gegebenenfalls den Katalysator in seiner Wirksamkeit hemmt.Droplet, which are in the media stream entering the second media spaces deposited in the field of nonwovens or wire mesh. In the event of the cold start is also the high thermal mass of the reactor exploited as a condenser in the second media rooms the moisture from the supplied Condense media stream. In addition to the sensible use of condensation heat for Heating the reactor is thereby prevented, moreover, that the Condensation in the third media spaces for the exothermic reaction takes place and where appropriate, inhibits the effectiveness of the catalyst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen und dem anhand der Zeichnung nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiel.Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the remaining dependent claims and the embodiment illustrated below with reference to the drawing.

Die einzige beigefügte Figur zeigt einen Reaktor gemäß der Erfindung in einer stark schematisierten Darstellung.The only attached Figure shows a reactor according to the invention in a highly schematic representation.

Ein in der einzigen beigefügten Figur dargestellter Reaktor 1 ist in einer Plattenbauweise ausgeführt, wobei sich zwischen den Platten in an sich bekannter Weise einzelne Medienräume bilden, welche hier prinzipmäßig angedeutet sind.An illustrated in the single attached figure reactor 1 is designed in a plate design, with individual media spaces form between the plates in a conventional manner, which are indicated here in principle.

Der Aufbau des Reaktors 1 ist dabei so gewählt, dass in erste Medienräume 2, in welchen eine endotherme Reaktion durchführbar ist, ein Medienstrom über eine hier nicht dargestellte Dosier- und Fördereinrichtung eingebracht wird. Der Medienstrom durchströmt dann die ersten Medienräume 2. In den ersten Medienräumen 2 läuft dabei die endotherme Reaktion ab. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem der Reaktor 1 Teil eines Gaserzeugungssystems zum Erzeugen eines wasserstoffhaltigen Gases für eine Brennstoffzelle ist, wird in den ersten Medienräumen 2 eine Dampfreformierung eines Gemischs aus Wasser und einer kohlenwasserstoffhaltigen Verbindung, beispielsweise einem Kohlenwasserstoffderivat, stattfinden. Das in den ersten Medienräumen 2 erzeugte Reformat gelangt danach, gegebenenfalls über weitere an sich bekannte dazwischen geschaltete Elemente, in zweite Medienräume 3, in welchen der Medienstrom je ein prinzipmäßig angedeutetes Vlies bzw. Drahtgestrick 4 durchströmt.The structure of the reactor 1 is chosen so that in the first media rooms 2 in which an endothermic reaction is feasible, a media stream is introduced via a dosing and conveying device, not shown here. The media stream then flows through the first media spaces 2 , In the first media rooms 2 while the endothermic reaction takes place. In the embodiment shown here, in which the reactor 1 Part of a gas generating system for generating a hydrogen-containing gas for a fuel cell is in the first media spaces 2 steam reforming of a mixture of water and a hydrocarbon-containing compound, for example, a hydrocarbon derivative, take place. That in the first media rooms 2 produced reformate then passes, optionally via other known intervening elements, in the second media rooms 3 , in which the media flow ever a principle indicated nonwoven or knitted wire 4 flows through.

In dem Vlies bzw. Drahtgestrick 4 werden gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in dem Medienstrom enthaltene Tröpfchen abgeschieden und enthaltene Feuchtigkeit gegebenenfalls auskondensiert. Diese Auskondensation von Feuchtigkeit im Bereich der zweiten Medienräume 3 erfolgt dabei insbesondere im Kaltstartfall eines derartigen Reaktors, wenn aufgrund der sehr großen thermischen Masse des Reaktors 1 ein entsprechendes Temperaturgefälle zwischen dem zu diesem Zeitpunkt gegebenenfalls noch nicht reformierten Medienstrom und dem Drahtgestrick 4 vorliegt und die Feuchtigkeit an denselben auskondensiert. Die dabei entstehende Kondensationsenthalpie wird den weiteren Bereichen des Reaktors 1 zugeführt und hilft, diesen aufzuheizen, so dass durch eine derartige Anordnung das Kaltstartverhalten des Reaktors 1 entscheidend verbessert werden kann.In the fleece or wire mesh 4 According to a first embodiment, droplets contained in the media stream are deposited and any moisture contained is optionally condensed out. This condensation of moisture in the area of the second media spaces 3 takes place in particular in the cold start case of such a reactor, if due to the very large thermal mass of the reactor 1 a corresponding temperature gradient between the possibly not yet reformed at this time media stream and the wire mesh 4 is present and the moisture condenses on the same. The resulting condensation enthalpy becomes the other areas of the reactor 1 fed and helps to heat this, so that by such an arrangement, the cold start behavior of the reactor 1 can be decisively improved.

Nach dem Durchströmen der zweiten Medienräume 3 gelangt der Medienstrom in dritte Medienräume 5. In diesen dritten Medienräumen 5 ist dann eine exotherme Reaktion durchführbar, welche in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel eine katalytische Verbrennung oder eine selektive Oxidation sein kann. Der für diese selektive Oxidation, beispielsweise die selektive Oxidation von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid, benötigte Zusatzstoff ist im allgemeinen ein sauerstoffhaltiges Medium, z.B. Luft, das dabei in einem Bereich zwischen den zweiten und den dritten Medien räumen 3 und 5 dem Medienstrom zugeführt wird, was hier durch die Dosierstellen 6 für sauerstoffhaltiges Medium (O2) angedeutet ist.After flowing through the second media rooms 3 the media stream enters third media rooms 5 , In these third media rooms 5 is then an exothermic reaction feasible, which may be a catalytic combustion or a selective oxidation in the embodiment shown here. The additive required for this selective oxidation, for example the selective oxidation of carbon monoxide to carbon dioxide, is generally an oxygen-containing medium, eg air, which thereby evacuates in a region between the second and the third media 3 and 5 the media stream is supplied, which here by the metering 6 for oxygen-containing medium (O 2 ) is indicated.

Um nun die Wärmeausnutzung in dem Reaktor 1 ideal zu gestalten, sind die einzelnen Medienströme so geführt, dass sie zwischen den zweiten Medienräumen 3 und den dritten Medienräumen 5, in welchen die exotherme Reaktion durchführbar ist, im Gegenstrom geführt sind, während sie zu den dritten Medienräumen 5 und den ersten Medienräumen 2, in welchen die endotherme Reaktion durchführbar ist, im Gleichstrom geführt werden. Von Beginn des Einströmens des Medienstroms steht dadurch der endothermen Reaktion ein sehr hohes Temperaturniveau zu Verfügung. Die für die endotherme Reaktion benötigte Lauflänge des Mediums in den ersten Medienräumen 2 und der erforderliche Bauraum kann also minimiert werden. In den zweiten Medienräumen 3 ist dagegen im Kaltstartfall der Bereich des Einströmens noch recht kalt, während sich die zweiten Medienräume 3 dann im weiteren Verlauf der Strömung stärker erwärmen. Die Vorgänge aus Kondensation, Trocknung und einer gegebenenfalls auftretenden katalytischen Reaktion, was in weiteren Verlauf bei einem zweiten Ausführungsbeispiel noch näher erläutert wird, können damit ideal ablaufen. Im bestimmungsgemäßen Betrieb herrscht dann in dem Bereich des Einströmens des Medienstroms eine vergleichsweise hohe Temperatur, so dass auskondensierte Feuchtigkeit wieder verdampft werden kann.Now to the heat utilization in the reactor 1 Ideally, the individual media streams are guided so that they are between the second media spaces 3 and the third media rooms 5 in which the exothermic reaction is feasible, in Counterflow while they are to the third media rooms 5 and the first media rooms 2 , in which the endothermic reaction is feasible, are conducted in cocurrent. From the beginning of the inflow of the media flow is thus the endothermic reaction, a very high temperature level available. The run length of the medium required for the endothermic reaction in the first media spaces 2 and the required space can therefore be minimized. In the second media rooms 3 on the other hand, in the cold start case, the area of the inflow is still quite cold, while the second media rooms 3 then heat up more in the course of the flow. The processes of condensation, drying and an optionally occurring catalytic reaction, which will be explained in more detail in the course of a second embodiment, can thus be carried out ideally. During normal operation, a comparatively high temperature prevails in the region of the inflow of the medium flow, so that condensed moisture can be evaporated again.

Ein derartiger Reaktor 1 erlaubt daher einen sehr kompakten Aufbau und eine ideale Verschaltung der einzelnen Medienräume 2, 3, 5 zueinander. Des Weiteren ist der Aufbau, wie in der einzigen beigefügten Figur erkennbar, so gestaltet, dass immer zwei der dritten Medienräume 5, in welchen die exotherme Reaktion durchführbar ist, so angeordnet sind, dass sie einen der ersten Medienräume 2, in welchem die endotherme Reaktion durchführbar ist, einschließen. Im Bereich der dritten Medienräume 5 entstehende Wärme kann so durch die Platten des Plattenaufbaus zu den ersten Medienräumen 2 weitergeleitet werden und die für die dort ablaufende Reaktion benötigte Energie liefern. Der Zustrom des Mediums in die dritten Medienräume 5 erfolgt dabei durch einen der zweiten Medienräume 3, welcher zwischen zwei dritten Medienräumen 5 angeordnet ist. Damit können vor dem Eintritt des Medienstroms, im Allgemeinen der aus den ersten Medienräumen 2 stammende Reformatstrom, die oben bereits erwähnten Abläufe erfolgen.Such a reactor 1 therefore allows a very compact design and an ideal interconnection of the individual media rooms 2 . 3 . 5 to each other. Furthermore, as shown in the single appended figure, the structure is designed such that always two of the third media spaces 5 in which the exothermic reaction is practicable, are arranged to be one of the first media spaces 2 in which the endothermic reaction is feasible. In the field of third media rooms 5 resulting heat can thus through the plates of the plate assembly to the first media spaces 2 be forwarded and provide the energy required for the reaction occurring there. The inflow of the medium into the third media rooms 5 takes place through one of the second media rooms 3 , which is between two third media rooms 5 is arranged. Thus, before the entry of the media stream, generally from the first media rooms 2 originating Reformatstrom, the above-mentioned processes take place.

In einer weiteren Ausführungsform des Aufbaus können die Vliese bzw. Drahtgestricke 4, welche sich in den zweiten Medienräumen 3 befinden, auch mit einer entsprechenden katalytischen Beschichtung versehen sein, so dass es gegebenenfalls auch im Bereich der zweiten Medienräume 3 zu einer katalytischen, wärmeabgebenden Reaktion kommen kann, welche zur Erwärmung des Reaktors 1 beiträgt. Dafür kann es dann sinnvoll sein, an den beiden optionalen Dosierstellen 6' zwischen den ersten Medienräumen 2 und den zweiten Medienräumen 3 einen weiteren Zusatzstoff, insbesondere Sauerstoff bzw. Luft, zu dosieren. Nach erfolgtem Start kann diese Dosierung gegebenenfalls wieder abgestellt werden, da diese Reaktion insbesondere zur schnellen Aufwärmung des Reaktors 1 im Kaltstartfall sinnvoll ist.In a further embodiment of the construction, the nonwovens or wire knits 4 , which are in the second media rooms 3 may also be provided with a corresponding catalytic coating, so that it may also be in the range of the second media spaces 3 can come to a catalytic, heat-emitting reaction, which for heating the reactor 1 contributes. For this it may be useful, at the two optional dosing points 6 ' between the first media rooms 2 and the second media rooms 3 to meter in a further additive, in particular oxygen or air. After the start of this dosage may optionally be turned off again, as this reaction in particular for rapid warming of the reactor 1 makes sense in a cold start case.

Beim Kaltstart einer derartigen Vorrichtung wird nun aufgrund der hohen thermischen Masse des Reaktors 1 im Bereich der Vliese bzw. Drahtgestricke 4 in den zweiten Medienräumen 3 zuerst ein Abscheiden von Tröpfchen und ein Auskondensieren der in dem Medienstrom enthaltenen Feuchtigkeit stattfinden. Je weiter ein zweiter Medienraum 3 durchströmt ist und je trockener das Gas wird, desto besser werden die Bedingungen für den Start einer Reaktion, welche durch den Katalysator begünstigt wird. Die dann entstehende Wärme breitet sich in Richtung der kälteren Bereiche der Vliese bzw. Drahtgestricke 4 aus, so dass das dort kondensierte Wasser wieder verdampfen kann. Der Reaktor 1 steht dann für den nächsten Kaltstart wieder in der oben genannten Art zur Verfügung.When cold starting such a device is now due to the high thermal mass of the reactor 1 in the field of nonwovens or wire knits 4 in the second media rooms 3 first, droplet deposition and condensation of moisture contained in the media stream take place. The further a second media room 3 is passed through and the drier the gas, the better the conditions for the start of a reaction, which is favored by the catalyst. The resulting heat then spreads in the direction of the colder areas of the nonwovens or wire mesh 4 out, so that the condensed water can evaporate again. The reactor 1 is then available for the next cold start again in the above manner.

Damit ein idealer Kaltstart im Bereich der Vliese 4 erfolgen kann, sind diese zumindest teilweise von dem Rest des Reaktors 1 thermisch entkoppelt, so dass in ihnen entstehende Wärme zuerst genutzt wird, um die in ihnen planmäßig ablaufende Reaktion zu starten, und erst dann aufgrund der Wärme dieser Reaktionen die umliegenden Bereiche erwärmt werden. Da eine solche Entkopplung zum Nutzen der Kondensationsenthalpie nicht unbedingt gewünscht ist, kann sie beispielsweise so ausgebildet sein, dass die Vliese bzw. Drahtgestricke 4 im Bereich des einströmenden Gases thermisch in den Reaktor 1 eingebunden und im Bereich der ausströmenden Gase thermisch von den Platten entkoppelt sind. Damit wird im Kaltstartfall ein sehr schnelles Aufwärmen des in Strömungsrichtung ersten angeströmten Bereichs des Vlieses bzw. Drahtgestrickes 4 erreicht, ohne dass die Wärme zu schnell an den Reaktor 1 abgeleitet wird. Sobald die Reaktion im in Strömungsrichtung weiter vorne liegenden Bereich des Vlieses bzw. Drahtgestrickes 4 startet, liegt so viel Wärme vor, dass diese dem Reaktor 1 bzw. den dritten Medienräumen 5 zur Verfügung gestellt werden kann. In diesem Bereich kann und muss dann auf eine thermische Entkopplung verzichtet werden.This is an ideal cold start in the area of nonwovens 4 can be done, these are at least partially from the rest of the reactor 1 thermally decoupled, so that heat generated in them is first used to start the scheduled reaction in them, and only then heated due to the heat of these reactions, the surrounding areas. Since such a decoupling for the benefit of condensation enthalpy is not necessarily desired, it may for example be designed so that the nonwovens or Drahtgestricke 4 in the region of the incoming gas thermally into the reactor 1 integrated and are thermally decoupled from the plates in the area of the outflowing gases. This is in the cold start case, a very rapid warming of the first flowed in the flow direction of the web or wire mesh 4 achieved without the heat too fast to the reactor 1 is derived. As soon as the reaction takes place in the region of the nonwoven or wire knitted fabric which is located further forward in the direction of flow 4 starts, there is so much heat that this is the reactor 1 or the third media rooms 5 can be made available. In this area can and must be dispensed with a thermal decoupling.

Die weiteren Abläufe in den ersten und dritten Medienräumen 2 und 5 sind an sich bekannt und sollen daher nicht näher erläutert werden. Sie können dabei beispiels weise an katalytischen Materialien, welche insbesondere im Falle der dritten Medienräume 5 als Beschichtung auf die Platten aufgebracht sind, ablaufen. Für die ersten Medienräume 2 bieten sich dagegen mit dem katalytischen Material beschichtete Pellets an, welche als Schüttung eingebracht werden können.The further processes in the first and third media rooms 2 and 5 are known per se and should therefore not be explained in detail. You can example as to catalytic materials, which in particular in the case of the third media rooms 5 are applied as a coating on the plates, drain. For the first media rooms 2 On the other hand, pellets coated with the catalytic material, which can be introduced as a charge, are available.

Um einen Austrag von katalytischem Material aus dem Bereich derartiger Schüttungen, Vliese bzw. Drahtgestricke 4 oder katalytisch beschichteter Schäume zu verhindern, können entsprechende Filterelemente vorgesehen sein. Bei einem Aufbau, in dem die ersten Medienräume 2 mit Schüttungen und die zweiten Medienräume 3 mit Vliesen bzw. Drahtgestricken oder Schäumen, in welchen sich gegebenenfalls Teilchen lösen können, versehen sind, kann in idealer Weise ein Filterelement vor dem Eintritt des Medienstroms in die dritten Medienräume 5 vorgesehen werden.To a discharge of catalytic material from the range of such beds, nonwovens or Drahtgestricke 4 or catalytically coated To prevent foams, appropriate filter elements may be provided. In a construction in which the first media rooms 2 with dumps and the second media rooms 3 With nonwovens or wire mesh or foams, in which optionally particles can be solved, are provided, can ideally a filter element before the entry of the media stream in the third media spaces 5 be provided.

Aufgrund der Möglichkeit den Reaktor sehr klein, sehr kompakt und dabei sowohl im stationären Betrieb als auch im Kaltstartfall sehr effektiv aufzubauen, ist er für Anwendungen prädestiniert, welche kleine, kompakte, leichte, billige und gut arbeitende Komponenten benötigen, beispielsweise Brennstoffzellenanlagen in Kraftfahrzeugen.by virtue of The possibility the reactor is very small, very compact and both in stationary operation as well as in the cold start case very effectively build, he is for applications predestined which are small, compact, lightweight, cheap and well working components need, For example, fuel cell systems in motor vehicles.

Claims (11)

Reaktor (1) für ein Gaserzeugungssystem zum Erzeugen eines wasserstoffhaltigen Gases für eine Brennstoffzelle, welcher in Plattenbauweise ausgeführt ist, wobei durch die Platten erste, zweite und dritte Medienräume (2, 3, 5) gebildet sind und in den ersten Medienräumen (2) endotherme Reaktionen und in den dritten Medienräumen (5) exotherme Reaktionen durchführbar sind, wobei die Medienräume (2, 3, 5) in wärmeleitendem Kontakt zueinander stehen, und wobei jeder der ersten Medienräume (2) zwischen zwei dritten Medienräumen (5) angeordnet ist und die Medien zumindest zu einigen der dritten Medienräume (5) über einen der zweiten Medienräume (3) zuführbar sind, welcher jeweils zwischen zwei der dritten Medienräume (5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Medienräume (3) Vliese (4) oder Drahtgestricke aufweisen.Reactor ( 1 ) for a gas generating system for generating a hydrogen-containing gas for a fuel cell, which is designed in plate-like construction, wherein through the plates first, second and third media spaces ( 2 . 3 . 5 ) and in the first media rooms ( 2 ) endothermic reactions and in the third media spaces ( 5 ) exothermic reactions are feasible, the media spaces ( 2 . 3 . 5 ) are in heat-conducting contact with each other, and wherein each of the first media spaces ( 2 ) between two third media rooms ( 5 ) is arranged and the media at least to some of the third media spaces ( 5 ) via one of the second media rooms ( 3 ), which in each case between two of the third media spaces ( 5 ), characterized in that the second media spaces ( 3 ) Nonwovens ( 4 ) or knitted wire. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Medienströme in den ersten Medienräumen (2) im Gleichstrom zu den Medienströmen in den dritten Medienräumen (5) führbar sind.Reactor according to claim 1, characterized in that the media streams in the first media spaces ( 2 ) in cocurrent to the media streams in the third media spaces ( 5 ) are feasible. Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Medienströme in den zweiten Medienräumen (3) im Gegenstrom zu den Medienströmen in den dritten Medienräumen (5) führbar sind.Reactor according to claim 1 or 2, characterized in that the media streams in the second media spaces ( 3 ) in countercurrent to the media streams in the third media spaces ( 5 ) are feasible. Reaktor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (6) zur eines Zusatzstoffes für die exotherme Reaktion in einem Bereich zwischen den zweiten Medienräumen (3) und den dritten Medienräumen (5) vorgesehen ist.Reactor according to claim 1, 2 or 3, characterized in that a device ( 6 ) to an additive for the exothermic reaction in an area between the second media spaces ( 3 ) and the third media rooms ( 5 ) is provided. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vliese (4) oder Drahtgestricke mit einem katalytisch wirksamen Material beschichtet sind. Reactor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the nonwovens ( 4 ) or wire knits are coated with a catalytically active material. Reaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Einrichtung (6') zur Dosierung eines Zusatzstoffes in einem Bereich vor den zweiten Medienräumen (3) vorgesehen ist.Reactor according to claim 5, characterized in that a further device ( 6 ' ) for metering an additive in an area in front of the second media spaces ( 3 ) is provided. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vliese (4) oder Drahtgestricke thermisch von den Platten weitergehend entkoppelt sind.Reactor according to one of claims 1 to 6, characterized in that the nonwovens ( 4 ) or knitted wire are thermally decoupled from the plates further. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die dritten Medienräume (5) eine katalytische Beschichtung im Bereich der Platten aufweisen.Reactor according to one of claims 1 to 7, characterized in that the third media spaces ( 5 ) have a catalytic coating in the region of the plates. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die exotherme Reaktion eine selektive Oxidation und die endotherme Reaktion eine Dampfreformierung ist.Reactor according to one of Claims 1 to 8, characterized that the exothermic reaction is a selective oxidation and the endothermic Reaction is a steam reforming. Reaktor nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzstoff ein sauerstoffhaltiges Medium, insbesondere Luft ist.Reactor according to claim 4 or 6, characterized that the additive is an oxygen-containing medium, in particular Air is. Verwendung des Reaktors (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in einem Gaserzeugungssystem für eine Brennstoffzellenanlage in einem Kraftfahrzeug.Use of the reactor ( 1 ) according to one of claims 1 to 10 in a gas generating system for a fuel cell system in a motor vehicle.
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