DE102006043350B3 - Verfahren und System zur Regelung/Steuerung einer Gesamtluftverhältniszahl eines Reformers - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung/Steuerung einer Gesamtluftverhältniszahl eines Reformers (10), der zumindest eine Verbrennungszone (12) und eine mit der Verbrennungszone (12) verbundene Verdampfungszone (14) umfasst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zur Regelung/Steuerung der Gesamtluftverhältniszahl eine Luftverhältniszahl der Verbrennungszone (12) geregelt und eine jeweils der Verbrennungszone (12) und der Verdampfungszone (14) zugeführte Brennstoffleistung gesteuert wird. Weiterhin betrifft die Erfindung ein System mit einem Reformer (10), der zumindest eine Verbrennungszone (12) und eine mit der Verbrennungszone (12) verbundene Verdampfungszone (14) umfasst, und mit einem Controller (26), um eine Gesamtluftverhältniszahl des Reformers (10) regeln/steuern. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Controller (26) geeignet ist, zur Regelung/Steuerung der Gesamtluftverhältniszahl eine Luftverhältniszahl der Verbrennungszone (12) zu regeln und eine jeweils der Verbrennungszone (12) und der Verdampfungszone (14) zugeführte Brennstoffleistung zu steuern.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung/Steuerung einer Gesamtluftverhältniszahl eines Reformers, der zumindest eine Verbrennungszone und eine mit der Verbrennungszone verbundene Verdampfungszone umfasst.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung ein System mit einem Reformer, der zumindest eine Verbrennungszone und eine mit der Verbrennungszone verbundene Verdampfungszone umfasst, und mit einem Controller, um eine Gesamtluftverhältniszahl des Reformers zu regeln/steuern.
  • In Brennstoffzellensystemen, insbesondere in SOFC-Brennstoffzellensystemen, werden üblicherweise Reformer eingesetzt, die aus ihnen zugeführtem Oxidationsmittel, insbesondere Luft, und Brennstoff wasserstoffreiche Gasgemische beziehungsweise Reformate bilden. Beispielsweise kann ein derartiger Reformer eine Verbrennungs- beziehungsweise Oxidationszone und eine mit der Verbrennungszone verbundene Verdampfungs- beziehungsweise Gemischbildungszone umfassen. In der Verbrennungszone wird üblicherweise Luft und Brennstoff eingeführt, wodurch eine Umsetzung von dem Gasgemisch aus dem Brennstoff und der Luft in einer exothermen Reaktion stattfindet. In der Verdampfungszone hingegen erfolgt eine weitere Einspritzung von Brennstoff, die eine Verdampfung des Gasgemischs unterstützt. Darüber hinaus umfassen derartige Reformer üblicherweise eine Katalysator- beziehungsweise Reformierungszone, die zumindest über die Verdampfungszone mit der Verbrennungszone verbunden ist. Dort wird das Gasgemisch in einer endothermen Reaktion umgesetzt. Insbesondere wird der Verbrennungszone Brennstoff von einer Brennstoffpumpe und Verbrennungsluft von einem Gebläse zugeführt, wobei der Verdampfungszone über eine weitere Brennstoffpumpe Brennstoff zuführbar ist. Die Steuerung der beiden Pumpen und des Gebläses erfolgt meist dergestalt, dass in einem Reformierbetrieb des Reformers eine Gesamtluftverhältniszahl von 0,385 bis 0,465 und Betriebstemperaturen von 850° bis 900°C in der Katalysatorzone aufrechterhalten werden. Ein Reformierbetrieb außerhalb des vorgenannten Gesamtluftverhältniszahlbereichs kann zu einer Russbildung, beispielsweise wenn die Luftverhältniszahl zu klein ist, oder zu geringen Gaskonzentrationen beziehungsweise hohen Bauteiltemperaturen führen. Dadurch kann der Wirkungsgrad des Reformers stark sinken, wodurch ebenso der Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems verrin gert wird. Darüber hinaus kann sich unter Umständen auch eine verkürzte Lebensdauer der Bauteile beziehungsweise Komponenten und damit auch des Brennstoffzellensystems ergeben. Daher wird üblicherweise die Gesamtluftverhältniszahl während des Betriebs des Reformers je nach Art des Betriebs (Anfahr- beziehungsweise Startup-, Normalbetrieb etc.) geeignet geregelt. Gemäß dem Stand der Technik wird zur Regelung der Gesamtluftverhältniszahl eine Breitbandlambdasonde eingesetzt, um die geeignete Regelung anhand einer Messung der in dem Reformer vorliegenden Gesamtluftverhältniszahl vornehmen zu können. Der Einsatz einer solchen Breitbandlambdasonde ist jedoch eine sehr kostspielige Lösung zur Regelung der Gesamtluftverhältniszahl des Reformers.
  • Ein Verfahren zur Regelung/Steuerung einer Gesamtluftverhältniszahl gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein System gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 10 ist beispielsweise aus der DE 103 59 205 A1 bekannt.
  • Weiterhin sind aus der DE 199 41 978 A1 ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erzeugung eines Synthesegases bekannt. Bei diesem Verfahren zur Erzeugung des Synthesegases, insbesondere zum Betrieb einer Brennstoffzelle, wird ein Brennstoff partiell oxidiert. Die Verbrennung soll geräuscharm gestartet werden können. Hierfür wird die Verbrennung des Brennstoffs in einem Brenner von einer Regeleinrichtung derart geregelt, dass zum Starten des Verbrennungsvorgangs das Brennstoff-Luftgemisch auf eine Luftzahl größer 1 eingestellt wird und dass nach dem Star ten des Verbrennungsvorgangs das Brennstoff-Luftgemisch auf eine Luftzahl kleiner 1 geregelt wird.
  • Ferner ist aus der DE 100 06 006 A1 ein Kraft-Wärme-Kopplungsapparat bekannt, der eine Brennstoffzelle und einen Brenner umfasst. Bei dem Kraft-Wärme-Kopplungsapparat soll entsprechend den jeweiligen Bedarfsverhältnissen elektrische Energie und/oder Wärme als Nutzenergie erzeugt werden. Die Brennstoffzelle ist im Abgasstrom des Brenners angeordnet, wobei der Brenner mit einer Steuereinrichtung auf einen überstöchiometrischen Betrieb oder unterstöchiometrischen Betrieb einstellbar ist.
  • Darüber hinaus ist aus der DE 103 48 637 A1 eine Verdampferanordnung bekannt. Die Verdampferanordnung dient dabei zur Erzeugung eines in einem Reformer zur Wasserstoffgewinnung zersetzbaren Kohlenwasserstoff/Luft- und/oder Wasserdampf-Gemisches und umfasst einen Brenner-/Verdampfer-Bereich. Der Brenner-/Verdampfer-Bereich umfasst eine Brenn-/Misch-Kammer, in welche Luft und/oder Wasserdampf über eine Eintrittsöffnungsanordnung eintritt, eine Kohlenwasserstoffverdampfungseinrichtung, die ein poröses Verdampfermedium und diesem zugeordnet eine erste Heizeinrichtung und ein Glühzündorgan umfasst. Mittels beispielsweise einer Lambdasonde kann ein Lambda-Wert in dem Reformer überwacht werden, wobei die von der Lambdasonde erfassten Werte einem Verdampfer-Steuergerät zuführbar sind, um eine Steuerung des dem Reformer zuzuführenden Brennstoff/Luftgemischs durchzuführen.
  • Des Weiteren ist aus der EP 1 348 481 A1 ein Verfahren zur Regelung von Reaktionen zwischen mindestens zwei gasförmigen Edukten bekannt. Insbesondere kann ein Lambda-Regler zur Regelung einer Luftzahl vorgesehen sein.
  • Weiterhin sind aus der WO 2006/061 228 A1 ein Verfahren zur Bestimmung einer Luftzahl bei einem Brenner für ein Brennstoffzellengerät sowie ein Brennstoffzellenheizgerät bekannt. Der Brenner umfasst einen Ionisationssensor im Flammbereich, wobei dem Brenner zwei unterschiedliche Gase zur Verbrennung zugeführt werden, von denen ein Gas aus einer Gasaufbereitung stammt. Dabei wird ein Messsignal des Ionisationssensors abhängig von einer oder mehreren Zustandsgrößen der Gasaufbereitung in einen Ist-Wert für die Luftzahl umgewandelt.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäßen Verfahren und Systeme zur Regelung/Steuerung einer Gesamtluftverhältniszahl eines Reformers derart weiterzubilden, dass eine im Hinblick zum Stand der Technik kostengünstigere Regelung/Steuerung der Gesamtluftverhältniszahl vorgenommen werden kann.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass zur Regelung/Steuerung der Gesamtluftverhältniszahl eine Luftverhältniszahl der Verbrennungszone geregelt und eine jeweils der Verbrennungszone und der Verdampfungszone zugeführte Brennstoffleistung gesteuert wird. Ebenso ist aber denkbar, dass die zugeführten Brennstoffleistungen auch geregelt werden, anstatt eine Steuerung vorzunehmen. Die Regelung/Steuerung beziehungsweise Überwachung der Gesamtluftverhältniszahl des Reformers basierend auf der Regelung der Luftverhältniszahl von lediglich der Verbrennungszone und basierend auf der Steuerung beziehungsweise Vorsteuerung der Brennstoffleistungen lässt sich anhand der folgenden Beziehungen durchführen:
    Figure 00070001
  • Dabei stellt λRef die Gesamtluftverhältniszahl des Reformers, λ oxi / Ref die Luftverhältniszahl der Verbrennungszone des Reformers, kp das Verhältnis aus der Brennstoffleistung Pvap, die von einer der Verdampfungszone zugeordneten Brennstoffpumpe zugeführt wird, zu einer Brennstoffleistung Poxi, die von einer der Verbrennungskammer zugeordneten Brennstoffpumpe zugeführt wird, und Pref die gesamte Brennstoffleistung des Reformers dar. Wird nun anhand obiger Beziehungen die Luftverhältniszahl der Verbrennungszone geregelt, beispielsweise indem die in der Verbrennungszone vorliegende Luftverhältniszahl gemessen wird, und ist das Verhältnis beider Brennstoffleistungen vorgegeben, so kann dementsprechend auf die Gesamtluftverhältniszahl des Reformers geschlossen werden. Dies erfolgt dabei jedoch ohne Messung der Gesamtluftverhältniszahl des Reformers, wodurch auf eine Breitbandlambdasonde verzichtet werden kann. Dementsprechend wird durch das erfindungsgemäße Verfahren eine kostengünstige Regelung/Steuerung zur Verfügung gestellt. Insbesondere für SOFC-Brennstoffzellensysteme in der auto mobilen Anwendung ist diese kostengünstige Lösung zu bevorzugen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann in vorteilhafterweise derart weitergebildet werden, dass die Luftverhältniszahl der Verbrennungszone durch Erfassung einer vorliegenden Luftverhältniszahl der Verbrennungszone und durch Einstellung einer Verbrennungsluftzufuhr in die Verbrennungszone geregelt wird. Vorzugsweise wird die vorliegende beziehungsweise erfasste Luftverhältniszahl der Verbrennungszone durch einen einfachen Sensor, beispielsweise eine Lambdasonde, ermittelt.
  • Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren so ausgebildet sein, dass die Verbrennungsluftzufuhr durch ein der Verbrennungszone zugeordnetes Verbrennungsluftgebläse vorgenommen wird. Das Verbrennungsluftgebläse bläst dabei direkt Luft in die Verbrennungszone ein, die anschließend in die Verdampfungszone gelangt.
  • Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Verfahren derart verwirklicht werden, dass die Luftverhältniszahl der Verbrennungszone durch einen PID-Controller geregelt wird. Der PID-Controller (PID-Übertragungsglied) fungiert damit als Regeleinrichtung für die Luftverhältniszahl der Verbrennungszone und nimmt durch Ansteuerung beziehungsweise Einstellung des Verbrennungsluftgebläses die Regelung vor.
  • Ebenso ist es vorteilhaft, das erfindungsgemäße Verfahren so weiterzubilden, dass die Zufuhr der jeweils der Verbren nungszone und der Verdampfungszone zugeführten Brennstoffleistung durch jeweils eine der Verbrennungszone und der Verdampfungszone zugeordnete Brennstoffpumpe vorgenommen wird. Die der Verbrennungszone und der Verdampfungszone zugeführte Brennstoffleistung können dabei beispielsweise anhand der spezifischen Ansteuerung der Brennstoffpumpen und der anhand der Ansteuerung geförderten Brennstoffmenge bestimmt werden. Beispielsweise wird die Brennstoffleistung durch Ermittlung des Heizwerts Hu (Hi) des Brennstoffs festgelegt, so dass sich durch Verwendung eines bestimmten Heizwerts der Zusammenhang von der Ansteuerung der Pumpe und geförderter Brennstoffleistung ergibt.
  • In diesem Zusammenhang kann das erfindungsgemäße Verfahren so realisiert werden, dass die der Verbrennungszone zugeordnete Brennstoffpumpe und die der Verdampfungszone zugeordnete Brennstoffpumpe jeweils auf der Grundlage von Kennlinien gesteuert werden. Diese Kennlinien umfassen beispielsweise Angaben über die Art der Ansteuerung und die aufgrund der Ansteuerung geförderte Brennstoffmenge. Die Überführung der Ansteuerung in die gewünschte Brennstoffleistung kann dabei durch auf Kennlinien basierenden Übertragungsgliedern vorgenommen werden. Dabei können die Kennlinien im Vorfeld messtechnisch beziehungsweise empirisch ermittelt werden oder beispielsweise von einem entsprechenden Pumpenhersteller erfragt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner so ausgebildet werden, dass eine Führungsgröße zur Regelung der Luftverhältniszahl der Verbrennungszone und entsprechende Vorgabegrößen für die Steuerung der Zufuhr der jeweiligen Brenn stoffleistung durch eine Berechnungseinrichtung festgelegt werden. Dabei kann es sich bei der Berechnungseinrichtung im informationstechnischen Sinne um einen Sollwert- beziehungsweise Führungsgrößen- und Vorgabegrößengenerator handeln.
  • In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, das erfindungsgemäße Verfahren so zu verwirklichen, dass die Berechnungseinrichtung die Führungsgröße und die jeweiligen Vorgabegrößen zumindest basierend auf Messdaten berechnet. Dabei können die von der Berechnungseinrichtung bezogenen Messdaten beziehungsweise Messwerte mit Betriebszuständen des Reformer und/oder des Brennstoffzellensystems korrelieren. Beispielsweise rühren die Messdaten von unterschiedlichen Komponenten des Brennstoffzellensystems her, die für den Betrieb des Reformers relevant sind. Ebenso können die Messdaten aber auch weitere in dem Reformer gemessene Größen umfassen, die den Betriebszustand des Reformers beeinflussen können.
  • Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren so umgesetzt werden, dass die Berechnungseinrichtung basierend auf einem Verhältnis aus der der Verbrennungszone und der Verdampfungszone zugeführten Brennstoffleistung und basierend auf der Luftverhältniszahl der Verbrennungszone auf die Gesamtluftverhältniszahl schließt und auf der Grundlage der Messdaten und/oder der Gesamtluftverhältniszahl die Führungsgröße und die Vorgabegrößen festlegt.
  • Das erfindungsgemäße System baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass der Controller geeignet ist, zur Regelung/Steuerung der Gesamtluftverhältniszahl eine Luftverhältniszahl der Verbrennungszone zu regeln und eine jeweils der Verbrennungszone und der Verdampfungszone zugeführte Brennstoffleistung zu steuern. Dadurch ergeben sich die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläuterten Eigenschaften und Vorteile in gleicher oder ähnlicher Weise, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf die entsprechenden Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen wird.
  • Gleiches gilt sinngemäß für die folgenden bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Systems, wobei zur Vermeidung von Wiederholungen auch diesbezüglich auf die entsprechenden Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen wird.
  • Das erfindungsgemäße System kann in vorteilhafterweise derart weitergebildet sein, dass der Controller geeignet ist, die Luftverhältniszahl der Verbrennungszone durch Erfassung einer vorliegenden Luftverhältniszahl der Verbrennungszone und durch Einstellung einer Verbrennungsluftzufuhr in die Verbrennungszone zu regeln.
  • Weiterhin kann das erfindungsgemäße System so ausgebildet sein, dass der Controller geeignet ist, die Verbrennungsluftzufuhr durch ein der Verbrennungszone zugeordnetes Verbrennungsluftgebläse vorzunehmen.
  • Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße System so verwirklicht werden, dass der Controller einen PID-Controller um fasst, der geeignet ist, die Luftverhältniszahl der Verbrennungszone zu regeln.
  • Das erfindungsgemäße System kann in vorteilhafterweise derart vorgesehen sein, dass der Controller geeignet ist, die Zufuhr der jeweils der Verbrennungszone und der Verdampfungszone zugeführten Brennstoffleistung durch jeweils eine der Verbrennungszone und der Verdampfungszone zugeordnete Brennstoffpumpe vorzunehmen.
  • In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, das erfindungsgemäße System derart weiterzubilden, dass der Controller geeignet ist, die der Verbrennungszone zugeordnete Brennstoffpumpe und die der Verdampfungszone zugeordnete Brennstoffpumpe jeweils auf der Grundlage von Kennlinien zu steuern.
  • Weiterhin kann das erfindungsgemäße System so realisiert werden, dass der Controller eine Berechnungseinrichtung umfasst, die geeignet ist, eine Führungsgröße zur Regelung der Luftverhältniszahl der Verbrennungszone und entsprechende Vorgabegrößen für die Steuerung der Zufuhr der jeweiligen Brennstoffleistung festzulegen.
  • In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, das erfindungsgemäße System derart weiterzubilden, dass die Berechnungseinrichtung geeignet ist, die Führungsgröße und die jeweiligen Vorgabegrößen zumindest basierend auf Messdaten zu berechnen.
  • Weiterhin kann vorgesehen sein, das erfindungsgemäße System so auszubilden, dass die Berechnungseinrichtung geeignet ist, basierend auf einem Verhältnis aus der der Verbrennungszone und der Verdampfungszone zugeführten Brennstoffleistung und basierend auf der Luftverhältniszahl der Verbrennungszone auf die Gesamtluftverhältniszahl zu schließen und auf der Grundlage der Messdaten und/oder der Gesamtluftverhältniszahl die Führungsgröße und die Vorgabegrößen festzulegen.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren beispielhaft erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines dem erfindungsgemäßen System angehörenden Reformers; und
  • 2 eine Darstellung eines Blockschaltbilds zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines dem erfindungsgemäßen System angehörenden Reformers 10. Das erfindungsgemäße System kann weiterhin nicht näher interessierende und daher nicht dargestellte Komponenten umfassen, wie beispielsweise eine dem Reformer 10 nachgeschaltete Brennstoffzelle oder einen Brennstoffzellenstapel, einen Nachbrenner etc. Im in 1 dargestellten Fall umfasst der Reformer 10 eine Verbrennungszone 12, der über eine der Verbrennungszone 12 zugeordnete Brennstoffpumpe 20 Brennstoff, vorzugsweise Diesel, zuführbar und der über ein Verbrennungsluftgebläse 18 ein Oxidationsmittel beziehungsweise Verbrennungsluft zuführbar ist. Ein Sensor 30, vorzugsweise eine Lambdasonde, ist zur Erfassung einer Luftverhältniszahl der Verbrennungszone 12 vorgesehen und erstreckt sich zumindest teilweise in die Verbrennungszone 12. Weiterhin umfasst der Reformer 10 eine mit der Verbrennungszone 12 verbundene Verdampfungszone 14, der ein Gemisch aus Brennstoff und Verbrennungsluft aus der Verbrennungszone 12 zuführbar ist. Der Sensor 30 befindet sich dabei nahe einem Übergang zwischen der Verbrennungszone 12 und der Verdampfungszone 14. Dementsprechend kann der Sensor 30 auch so vorgesehen sein, dass die Erfassung der Luftverhältniszahl der Verbrennungszone 12 zumindest teilweise oder auch zusätzlich von der in der Verdampfungszone 14 vorliegenden Luftverhältniszahl beeinflusst wird. Der Verdampfungszone 14 und/oder zumindest teilweise der Verbrennungszone 12 ist darüber hinaus zusätzlich Brennstoff über eine weitere der Verdampfungszone 14 zugeordnete Brennstoffpumpe 22 zuführbar. Ferner umfasst der Reformer 10 eine unmittelbar mit der Verdampfungszone 14 und damit mit der Verbrennungszone 12 über die Verdampfungszone 14 verbundene Katalysatorzone 28, der das Gemisch von der Verdampfungszone zuführbar ist und die letztlich das in dem Reformer 10 erzeugte Reformat zur nicht gezeigten Brennstoffzelle oder dem Brennstoffzellenstapel abführt. Weiterhin ist ein Controller 26 zur Regelung/Steuerung einer Gesamtverhältniszahl des Reformers 10 vorgesehen. Der Controller 26 ist unter anderem zur Ansteuerung der Brennstoffpumpen 20, 22 und des Verbrennungsluftgebläses 18 mit Letztgenannten gekoppelt. Weiterhin verfügt der Controller 26 über eine Kopplung mit dem Sensor 30, der somit dem Controller 26 erfasste Messdaten über die in der Verbrennungszone 12 vorliegende beziehungsweise erfasste Luftverhältniszahl zur Verfügung stellen kann. Der Controller umfasst in diesem Fall einen PID-Controller 16 zur Durchführung der Regelung der Luftverhältniszahl der Verbrennungszone 12 und eine Berechnungseinrichtung 24 zur Berechnung von Führungsgrößen und Vorgabegrößen für die Regelung der Luftverhältniszahl der Verbrennungszone 12 und für die Steuerung der Brennstoffpumpen 20, 22, wie nachstehend im Zusammenhang mit 2 ausführlich erläutert wird.
  • 2 zeigt eine Darstellung eines Blockschaltbilds zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, das von dem Controller 26 ausgeführt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren beginnt zunächst damit, Messdaten 32 der Berechnungseinrichtung 24 zur Verfügung zu stellen. Aus diesen zur Verfügung gestellten Messdaten 32 werden beispielsweise Betriebszustände des Reformers 10 und/oder weiteren dem Brennstoffzellensystem angehörenden Komponenten ermittelt. Daraus kann die Berechnungseinrichtung 24 unter anderem Sollwertberechnungen anstellen, die zumindest einen Sollwert (Führungsgröße) für die Luftverhältniszahl λ oxi_SOLL / Ref der Verbrennungszone 12, eine Vorgabegröße wie das Sollverhältnis
    Figure 00150001
    aus den Brennstoffleistungen der der Verdampfungszone 14 zugeordneten Brennstoffpumpe 22 und der der Verbrennungszone 12 zugeordneten Brennstoffpumpe 20 und eine Vorgabegröße wie der Sollwert für die gesamte Brennstoffleistung P SOLL / ref des Reformers 10 umfassen. Der Führungsgröße für die Luftverhältniszahl λ oxi_SOLL / Ref der Verbren nungszone 12 wird einem Vergleicherglied beziehungsweise einem Subtraktionsglied 36 über einen Signalpfad 34 zugeführt, um eine Regeldifferenz zwischen der Führungsgröße für die Luftverhältniszahl λ oxi_SOLL / Ref der Verbrennungszone 12 und einer von einem Rückkopplungspfad 38 zugeführten, vorliegenden beziehungsweise erfassten Luftverhältniszahl λ oxi_REAL / Ref der Verbrennungszone 12 zu bilden. Die Regeldi renz wird dem PID-Controller 16, der eine PID-Regeleinrichtung (PID-Übertragungsglied) ist, zugeführt. Entsprechend der Regeldifferenz stellt der PID-Controller 16 das Verbrennungsluftgebläse 18, das dadurch einen Luftvolumenstrom V .REALLuft in die Verbrennungszone 12 des Reformers 10 einbringt. Weiterhin werden der Sollwert für die gesamte Brennstoffleistung P SOLL / ref des Reformers 10 und das Sollwerhältnis k SOLL / p durch die Beziehungen
    Figure 00160001
    und Pvap = Pref – Poxi anhand entsprechender Umformungen und Substitutionen (die durch nicht näher interessierende Summierer-, Subtrahierer-, Multiplizier-, Dividiererglieder vorgenommen werden) jeweils in eine Sollbrennstoffleistung P SOLL / oxi der Verbrennungszone 12 in einen Signalpfad 42 und in eine Sollbrennstoffleistung P SOLL / vap der Verdampfungszone 14 in einen Signalpfad 44 übergeführt. Durch auf Kennlinien basierende Übertragungsglieder 40 in den Signalpfaden 42 und 44 werden die Sollbrennstoffleistung P SOLL / oxi der Verbrennungszone 12 und die Sollbrennstoffleistung P SOLL / vap der Verdampfungszone 14 in Ansteuerungssignale u für jeweils die der Verbrennungszone 12 zugeordnete Brennstoffpumpe 20 und der Verdampfungszone 14 zugeordnete Brennstoffpumpe 22 übergeführt. Beispielsweise ergibt sich allgemein durch Verwendung eines Heizwerts des Brennstoffs der Zusammenhang zwischen der Ansteuerung u der Brennstoffpumpen 20, 22 und der geförderten Brennstoffleistung. Insbesondere wird anhand der Ansteuerung u ein Brennstoffmassenstrom der entsprechenden Brennstoffpumpe 20, 22 gefördert, aus dem durch Hinzuziehung des Heizwerts, beispielsweise der Multiplikation des Brennstoffmassenstrom mit dem zugehörigen Heizwert, die zugeführte beziehungsweise geförderte Brennstoffleistung hergeleitet werden kann. Basierend auf diesen Ansteuerungssignalen u fördern die jeweiligen Brennstoffpumpen 20, 22 dann tatsächliche Brennstoffleistungen P REAL / oxi und P REAL / vap in die Verbrennungszone 12 und in die Verdampfungszone 14. Anhand des vorgenannten Rückkopplungspfads 38 wird zur Regelung der Luftverhältniszahl der Verbrennungszone 12 die vorliegende Luftverhältniszahl λ oxi_REAL / Ref durch den Sensor 30 rückgekoppelt, wobei der PID-Controller 16 erneut basierend auf der festgestellten Regeldifferenz in dem Subtraktionsglied 36 regelt. Weiterhin werden durch die Berechnungseinrichtung 24 basierend auf den Beziehungen
    Figure 00170001
    durch Vorgabe der jeweiligen Brennstoffleistungen der Brennstoffpumpen 20, 22 und durch Messung der Luftverhältniszahl der Verbrennungszone 12 die Gesamtluftverhältnis zahl des Reformers 10 ermittelt und darauf basierend und/oder auf den gelieferten Messdaten 32 erneut Sollwerte berechnet, wodurch die Gesamtluftverhältniszahl insgesamt geregelt/gesteuert werden kann.
  • Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
    • 10
    Reformer
    12
    Verbrennungszone
    14
    Verdampfungszone
    16
    PID-Controller
    18
    Verbrennungsluftgebläse
    20
    Brennstoffpumpe
    22
    Brennstoffpumpe
    24
    Berechnungseinrichtung
    26
    Controller
    28
    Katalysatorzone
    30
    Sensor
    32
    Messdaten
    34
    Signalpfad
    36
    Subtraktionsglied
    38
    Rückkopplungspfad
    40
    Übertragungsglied
    42
    Signalpfad
    44
    Signalpfad

Claims (18)

  1. Verfahren zur Regelung/Steuerung einer Gesamtluftverhältniszahl eines Reformers (10), der zumindest eine Verbrennungszone (12) und eine mit der Verbrennungszone (12) verbundene Verdampfungszone (14) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung/Steuerung der Gesamtluftverhältniszahl eine Luftverhältniszahl der Verbrennungszone (12) geregelt und eine jeweils der Verbrennungszone (12) und der Verdampfungszone (14) zugeführte Brennstoffleistung gesteuert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftverhältniszahl der Verbrennungszone (12) durch Erfassung einer vorliegenden Luftverhältniszahl der Verbrennungszone (12) und durch Einstellung einer Verbrennungsluftzufuhr in die Verbrennungszone (12) geregelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsluftzufuhr durch ein der Verbrennungszone (12) zugeordnetes Verbrennungsluftgebläse (18) vorgenommen wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftverhältniszahl der Verbrennungszone (12) durch einen PID-Controller (16) geregelt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr der jeweils der Verbrennungszone (12) und der Verdampfungszone (14) zugeführten Brennstoffleistung durch jeweils eine der Verbrennungszone (12) und der Verdampfungszone (14) zugeordnete Brennstoffpumpe (20, 22) vorgenommen wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die der Verbrennungszone (12) zugeordnete Brennstoffpumpe (20) und die der Verdampfungszone (14) zugeordnete Brennstoffpumpe (22) jeweils auf der Grundlage von Kennlinien gesteuert werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Führungsgröße zur Regelung der Luftverhältniszahl der Verbrennungszone (12) und entsprechende Vorgabegrößen für die Steuerung der Zufuhr der jeweiligen Brennstoffleistung durch eine Berechnungseinrichtung (24) festgelegt werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinrichtung (24) die Führungsgröße und die jeweiligen Vorgabegrößen zumindest basierend auf Messdaten berechnet.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinrichtung (24) basierend auf einem Verhältnis aus der der Verbrennungszone (12) und der Verdampfungszone (14) zugeführten Brennstoffleistung und basierend auf der Luftverhältniszahl der Verbrennungszone (12) auf die Gesamtluftverhältniszahl schließt und auf der Grundlage der Messdaten und/oder der Gesamtluftverhältniszahl die Führungsgröße und die Vorgabegrößen festlegt.
  10. System mit einem Reformer (10), der zumindest eine Verbrennungszone (12) und eine mit der Verbrennungszone (12) verbundene Verdampfungszone (14) umfasst, und mit einem Controller (26), um eine Gesamtluftverhältniszahl des Reformers (10) zu regeln/steuern, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (26) geeignet ist, zur Regelung/Steuerung der Gesamtluftverhältniszahl eine Luftverhältniszahl der Verbrennungszone (12) zu regeln und eine jeweils der Verbrennungszone (12) und der Verdampfungszone (14) zugeführte Brennstoffleistung zu steuern.
  11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (26) geeignet ist, die Luftverhältniszahl der Verbrennungszone (12) durch Erfassung einer vorliegenden Luftverhältniszahl der Verbrennungszone (12) und durch Einstellung einer Verbrennungsluftzufuhr in die Verbrennungszone (12) zu regeln.
  12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (26) geeignet ist, die Verbrennungsluftzufuhr durch ein der Verbrennungszone (12) zugeordnetes Verbrennungsluftgebläse (18) vorzunehmen.
  13. System nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (26) einen PID-Controller (16) umfasst, der geeignet ist, die Luftverhältniszahl der Verbrennungszone (12) zu regeln.
  14. System nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (26) geeignet ist, die Zufuhr der jeweils der Verbrennungszone (12) und der Verdampfungszone (14) zugeführten Brennstoffleistung durch jeweils eine der Verbrennungszone (12) und der Verdampfungszone (14) zugeordnete Brennstoffpumpe (20, 22) vorzunehmen.
  15. System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (26) geeignet ist, die der Verbrennungszone (12) zugeordnete Brennstoffpumpe (20) und die der Verdampfungszone (14) zugeordnete Brennstoffpumpe (22) jeweils auf der Grundlage von Kennlinien zu steuern.
  16. System nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (26) eine Berechnungseinrichtung (24) umfasst, die geeignet ist, eine Führungsgröße zur Regelung der Luftverhältniszahl der Verbrennungszone (12) und entsprechende Vorgabegrößen für die Steuerung der Zufuhr der jeweiligen Brennstoffleistung festzulegen.
  17. System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinrichtung (24) geeignet ist, die Führungsgröße und die jeweiligen Vorgabegrößen zumindest basierend auf Messdaten zu berechnen.
  18. System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinrichtung (24) geeignet ist, basierend auf einem Verhältnis aus der der Verbrennungszone (12) und der Verdampfungszone (14) zugeführten Brennstoffleistung und basierend auf der Luftverhältniszahl der Verbrennungszone (12) auf die Gesamtluftverhältniszahl zu schließen und auf der Grundlage der Messdaten und/oder der Gesamtluftverhältniszahl die Führungsgröße und die Vorgabegrößen festzulegen.
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