DE102009040552A1

DE102009040552A1 - Heizsysteme für Wasserstoffspeichermaterialien

Info

Publication number: DE102009040552A1
Application number: DE102009040552A
Authority: DE
Inventors: Terry A. Livermore Johnson; Daniel E. Oakland Dedrick; Michael P. Livermore Kanouff
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-09-11
Filing date: 2009-09-08
Publication date: 2010-04-22
Also published as: US20100061926A1; CN101852333B; CN101852333A

Abstract

Es sind zusätzliche Heizsysteme, die Wärme zu einem Wasserstoffspeichermaterial zuführen können, das zumindest ein hydrierbares Material umfasst, das innerhalb eines Wasserstoffspeichertanks angeordnet ist, entwickelt worden. Diese zusätzlichen Heizsysteme betreffen die katalytische Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff in einem katalytischen Heizer, um Wärme und Verbrennungsprodukte zu erzeugen. Die aus der katalytischen Verbrennung erzeugte Wärme kann dann entweder indirekt oder direkt an das Wasserstoffspeichermaterial übertragen werden, um die Freisetzung zusätzlichen desorbierbaren Wasserstoffs anzuregen, der in dem zumindest einen hydrierbaren Material gespeichert sein kann.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen U.S.-Anmeldung Nr. 61/096,019, die am 11. September 2008 eingereicht wurde.
TECHNISCHES GEBIET
Das technische Gebiet betrifft allgemein Wasserstoffspeicher- und -liefersysteme für eine Wasserstoff verbrauchende Vorrichtung.
HINTERGRUND
Die Verwendung von Wasserstoff als eine mögliche Brennstoffquelle für eine Wasserstoff verbrauchende Vorrichtung, wie ein Fahrzeug, hat zur Forschung bezüglich Wasserstoffspeicher- und -liefertechnologien veranlasst. Ein bestimmter Bereich eines Fokus betrifft den Wunsch, nutzbare Mengen an Wasserstoff in einem Speichertank zu speichern, der in einem relativ gemäßigten Temperatur- und Druckbereich arbeitet. Um eine derartige Herausforderung anzugehen und zu erreichen, ist die Aufmerksamkeit signifikant auf Wasserstoffspeichermaterialien gerichtet worden, die hydrierbare Materialien aufweisen, die in der Lage sind, in der Anwesenheit von Wasserstoffgas reversibel Hydridverbindungen zu bilden. Diese hydrierbaren Materialien, von denen viele vorhanden sind, sind in der Lage, gasförmigen Wasserstoff nahe bei Umgebungsdruck- und -temperaturbedingungen reversibel zu sorbieren und zu desorbieren. Der Zusatz derartiger Materialien zu einem Inneren eines Wasserstoffspeichertanks kann somit dessen Wasserstoffspeicherkapazität merklich steigern.
Hydrierbare Schüttmaterialien können jedoch, wenn sie in einem Speichertank angeordnet sind, einen signifikanten Wärmeeingang erfordern, um eine schnelle Desorption einer merklichen Menge an Wasserstoff zur Lieferung an die Wasserstoff verbrauchende Vorrichtung zu unterstützen. Diese Wärmeeingangsanforderung kann viele Probleme zur Folge haben. Beispielsweise kann es in Bezug auf ein Fahrzeug sein, dass die Wärmequelle, die erforderlich ist, um eine Wasserstoffdesorption zu bewirken und zu verwalten, an Bord mitgeführt werden muss, ohne dem Fahrzeug unnötiges Gewicht und mechanische Komplexität hinzuzufügen.
Ein möglicher Weg, um das Problem einer an Bord befindlichen Wärmequelle zu berücksichtigen, betrifft das Rückführen der Abwärme, die durch die an Bord befindliche Brennstoffzellenenergieanlage erzeugt wird, wie beispielsweise Wärme, die an den Kathoden eines Brennstoffzellenstapels mit Protonenaustauschmembran erzeugt wird. Jedoch macht eine Fehlanpassung bezüglich der Menge und/oder Qualität der Wärme, die von einem Austrag einer Brennstoffzellenenergieanlage erzeugt wird und die tendenziell bei einer Temperatur von etwa 80°C oder weniger liegt, und derjenigen, die erforderlich ist, um eine Wasserstoffdesorption von verschiedenen hydrierbaren Materialien zu bewirken und aufrechtzuerhalten, und die bei Temperaturen um 100°C und darüber liegen kann, diese Option etwas anspruchsvoll. Eine andere Option umfasst die Verwendung eines elektrischen Heizers, wie eines Widerstandsheizers, der durch einen Anteil des elektrischen Ausgangs der Brennstoffzellenenergieanlage betrieben wird. Jedoch besteht die Schwierigkeit mit dieser Vorgehensweise darin, dass der Wirkungsgrad des elektrischen Heizers inhärent durch den Gesamtwirkungsgrad der Brennstoffzellenenergieanlage beschränkt ist.
Somit besteht ein Bedarf, verbesserte Produkte und Verfahren zur Zufuhr von Wärme zu einem in einem Wasserstoffspeichertank enthaltenen Wasserstoffspeichermaterial zu entwickeln.
ZUSAMMENFASSUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine beispielhafte Ausführungsform umfasst ein Verfahren, das umfasst, dass ein Wasserstoffspeichertank bereitgestellt wird, der ein Wasserstoffspeichermaterial umschließt, das zumindest ein hydrierbares Material umfasst, das desorbierbaren Wasserstoff umfasst. Eine erste Wasserstoffströmung kann von dem Wasserstoffspeichertank zugeführt werden. Zumindest ein Anteil der ersten Wasserstoffströmung kann umgeleitet werden, um eine zweite Wasserstoffströmung zu bilden. Die zweite Wasserstoffströmung und eine Sauerstoffströmung können an einen katalytischen Heizer geliefert werden, der einen Katalysator umfasst, der eine Verbrennung zumindest eines Teils der zweiten Wasserstoffströmung und der Sauerstoffströmung unterstützt, um Wärme zu erzeugen. Zumindest ein Teil der Wärme kann an das Wasserstoffspeichermaterial übertragen werden, um zumindest einen Teil des desorbierbaren Wasserstoffs von dem zumindest einen hydrierbaren Material zu desorbieren.
Eine andere beispielhafte Ausführungsform umfasst ein Verfahren, das umfasst, dass ein Wasserstoffspeichertank bereitgestellt wird, der derart aufgebaut ist, um eine erste Wasserstoffströmung an eine Wasserstoff verbrauchende Vorrichtung und eine zweite Wasserstoffströmung an einen katalytischen Heizer zuzuführen. Der Wasserstoffspeichertank kann ein Tankinneres definieren, das ein Wasserstoffspeichermaterial umfasst, das ein komplexes Metallhydrid umfasst, das desorbierbaren Wasserstoff umfasst. Der katalytische Heizer kann einen Katalysator umfassen, der eine Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff unterstützen kann. Die zweite Wasserstoffströmung kann mit einer Sauerstoffströmung in der Form von Umgebungsluft gemischt werden, um eine Reaktandengasmischung zu bilden. Die Reaktandengasmischung kann an den katalytischen Heizer geliefert werden, so dass die Reaktandengasmischung mit dem Katalysator wechselwirkt und zumindest teilweise verbrennt, um Wärme zu erzeugen. Zumindest ein Teil der Wärme kann von dem katalytischen Heizer an das Wasserstoffspeichermaterial entweder direkt oder indirekt übertragen werden, um zumindest einen Teil des desorbierbaren Wasserstoffs von dem zumindest einen komplexen Metallhydrid zu desorbieren.
Eine noch weitere beispielhafte Ausführungsform umfasst ein System, das einen Wasserstoffspeichertank, der ein Wasserstoffspeichermaterial umschließt, das zumindest ein hydrierbares Material umfasst, das desorbierbaren Wasserstoff umfasst, eine Wasserstoff verbrauchende Vorrichtung, die eine erste Wasserstoffströmung von dem Wasserstoffspeichertank aufnimmt, sowie einen katalytischen Heizer umfasst, der eine zweite Wasserstoffströmung von dem Wasserstoffspeichertank und eine Sauerstoffströmung aufnimmt. Der katalytische Heizer kann einen Katalysator umfassen, der eine Verbrennung der zweiten Wasserstoffströmung und der Sauerstoffströmung unterstützt, um Wärme zu erzeugen. Zumindest ein Teil der Wärme, die durch die Verbrennung der zweiten Wasserstoffströmung und der Sauerstoffströmung erzeugt wird, kann an das Wasserstoffspeichermaterial übertragen werden, um zumindest einen Teil des desorbierbaren Wasserstoffs von dem zumindest einen hydrierbaren Material zu desorbieren.
Andere beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich. Es sei zu verstehen, dass die detaillierte Beschreibung und spezifische Beispiele, während sie beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung offenbaren, nur zu Zwecken der Veranschaulichung und nicht dazu bestimmt sind, den Schutzumfang der Erfindung zu beschränken.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden aus der detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen besser verständlich, in welchen:
1 eine schematische Darstellung eines zusätzlichen Heizsystems zur Zufuhr von Wärme an ein Wasserstoffspeichermaterial, bei dem indirekte Erwärmung verwendet wird, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
2 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines katalytischen Heizers, der indirekt Wärme an ein Wasserstoffspeichermaterial zuführen kann, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
3 eine vergrößerte, ausgeschnittene und isolierte bruchstückhafte Ansicht eines Abschnitts einer Wärmeübertragungsschicht des in 2 gezeigten Reaktors ist;
4 eine vergrößerte, ausgeschnittene sowie isolierte bruchstückhafte Ansicht eines Abschnitts einer Wär meübertragungsschicht des in 2 gezeigten Gasrekuperators ist;
5 eine schematische Darstellung eines zusätzlichen Heizsystems zur Zufuhr von Wärme an ein Wasserstoffspeichermaterial, bei dem ein direktes Erwärmen verwendet wird, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
6 eine perspektivische Ansicht eines katalytischen Heizers, der direkt Wärme an ein Wasserstoffspeichermaterial zuführen kann, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
7 eine Aufzeichnung von Daten darstellt, die von dem in Beispiel 1 beschriebenen katalytischen Heizer 16' gesammelt wurden, und die den Prozentsatz an Wasserstoff zeigt, der infolge einer Funktion des Prozentsatzes an maximaler Betriebsleistung des katalytischen Heizers 16' verbraucht wird;
8 eine Aufzeichnung von Daten ist, die von dem in Beispiel 1 beschriebenen katalytischen Heizer 16' gesammelt wurden, und die den Gesamtwirkungsgrad – d. h. den Prozentsatz der Verbrennungsenergie des an das Wärmeübertragungsfluid übertragenen Wasserstoffs – als eine Funktion der Temperatur und des Gesamtreaktandengasdurchflusses zeigt;
9 eine Aufzeichnung von Daten ist, die von dem in Beispiel 1 beschriebenen katalytischen Heizer 16' gesammelt wurden, und die die Wärmeverteilung als eine Funktion des Leistungspegels des katalytischen Heizers 16' zeigt;
10 eine Aufzeichnung von Daten ist, die von dem in Beispiel 1 beschriebenen katalytischen Heizer 16' gesammelt wurden, und die den Wirkungsgrad des katalytischen Heizers 16' bei niedrigen Temperaturen während der Inbetriebnahme zeigt; und
11 eine Aufzeichnung von Daten ist, die von dem in Beispiel 1 beschriebenen katalytischen Heizer 16' gesammelt wurden, und die die Ansprechzeit des katalytischen Heizers 16' zeigt, wobei der Durchfluss von Wasserstoffgas sowie die Einlass- und Auslasstemperaturen der Wärmeübertragungsfluide gegenüber der Zeit aufgezeichnet sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Beschreibung der Ausführungsform(en) ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Erfindung, ihre Anwendung bzw. ihren Gebrauch zu beschränken.
Es sind verschiedene Systeme entwickelt worden, die zusätzliche Wärme einem Wasserstoffspeichermaterial zuführen können, das in einem Wasserstoffgasspeichertank bereitgestellt sein kann. Diese zusätzlichen Heiz systeme betreffen die katalytische Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff in einem katalytischen Heizer, um Wärme (etwa 242 kJ/mol H₂) und Wasserdampf zu erzeugen. Der Wasserstoff kann dem katalytischen Heizer durch Umlenken eines kleinen Bruchteils des in dem Wasserstoffspeichertank enthaltenen Wasserstoffs zugeführt werden. Der Sauerstoff kann dem katalytischen Heizer als Luft von der Umgebung oder einer anderen geeigneten Quelle zugeführt werden.
Die aus der katalytischen Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff erzeugte Wärme kann dann an das Wasserstoffspeichermaterial entweder indirekt oder direkt übertragen werden, um die Freisetzung von mehr Wasserstoffgas anzuregen. Der Begriff ”indirekte Erwärmung” sowie seine grammatischen Variationen sind hier dazu verwendet, um anzugeben, dass die aus der katalytischen Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff erzeugte Wärme an das Wasserstoffspeichermaterial über ein zirkulierendes Wärmeübertragungsfluid übertragen wird. Beispiele geeigneter Wärmeübertragungsfluide umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Wasser, ein Mineralöl, ein synthetisches Öl sowie Kombinationen daraus. Der Begriff ”direkte Erwärmung” sowie seine grammatischen Variationen sind hier dazu verwendet, um anzugeben, dass die aus der katalytischen Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff erzeugte Wärme direkt an das Wasserstoffspeichermaterial übertragen wird, ohne zunächst an ein Wärmeübertragungsfluid übertragen zu werden.
Diese zusätzlichen Heizsysteme stellen eine massen-, volumen- sowie energieeffiziente Wärmequelle für Wasserstoffspeichermaterialien bereit, die signifikante Wärmeeingänge erfordern können, um zu helfen, Wasserstoffgas zu desorbieren und zu liefern. Der Energiewirkungsgrad dieser zusätzlichen Erwärmungstechniken, der sich bei der Umwandlung von Wasserstoffgas und Wärmeenergie etwa 100% annähern kann, kann den Gesamtbrennstoffwirkungsgrad einer Wasserstoff verbrauchenden Vorrichtung durch Reduzierung der Energielast verbessern, die erforderlich ist, um Wasserstoff von einem Wasserstoffspeichertank zu liefern.
Nun Bezug nehmend auf 1 ist gemäß einer Ausführungsform ein schematisches Flussdiagramm eines zusätzlichen Heizsystems 10 zum indirekten Heizen eines Wasserstoffspeichermaterials 14 gezeigt. Das System 10 kann einen Wasserstoffspeichertank 12, der das Wasserstoffspeichermaterial 14 umschließt, einen katalytischen Heizer 16, in dem Wasserstoff und Sauerstoff katalytisch verbrennen, um Wärme zu erzeugen, sowie eine Zirkulationspumpe 18 oder einen anderen ähnlichen Mechanismus zur Bewegung des Wärmeübertragungsfluides zwischen dem katalytischen Heizer 16 und dem Wasserstoffspeichertank 12 bei einem geeigneten Durchfluss aufweisen.
Im Betrieb des zusätzlichen Heizsystems 10 gibt ein Wasserstoffauslassstutzen 20 Wasserstoff von dem Wasserstoffspeichertank 12 zur Lieferung an eine Brennstoff verbrauchende Vorrichtung 22 frei. Ein Anteil des von dem Auslassstutzen 20 freigesetzten Wasserstoffs kann dann an einem Umleitpunkt 24 umgeleitet und mit Sauerstoff in der Form von Luft gemischt werden, die durch ein Gebläse oder einen Lüfter 26 von der externen Umgebung zugeführt wird.
Die Reaktandengasmischung aus Wasserstoff und Sauerstoff kann dann an den katalytischen Heizer 16 an einem Reaktandengaseinlass 28 geliefert werden. Nach Einführung in den katalytischen Heizer 16 verbrennt zumindest ein Anteil der Reaktandengasmischung aus Wasserstoff und Sauerstoff katalytisch, um Verbrennungsprodukte und Wärme zu erzeugen. Die Verbrennungsprodukte, die hauptsächlich aus Wasserdampf bestehen, der durch Sauerstoff abgereicherte Luft getragen wird, kann von dem katalytischen Heizer 16 durch einen Auslass 30 für Verbrennungsprodukte ausgestoßen werden. Die erzeugte Wärme kann jedoch an das Wärmeübertragungsfluid übertragen werden, wenn sich dieses durch den katalytischen Heizer 16 von dem Wärmeübertragungsfluideinlass 32 zu dem Wärmeübertragungsfluidauslass 34 bewegt.
Das Wärmeübertragungsfluid kann dann an einen Einlassstutzen 36 für Wärmeübertragungsfluid an dem Wasserstoffspeichertank 12 geliefert werden. Der Einlassstutzen 36 für Wärmeübertragungsfluid kann in Fluidkommunikation mit einer Leitung 40 (in gestrichelten Linien gezeigt) stehen, die durch das Innere des Wasserstoffspeichertanks 12 verläuft und in Kontakt mit oder in der Nähe des Wasserstoffspeichermaterials 14 ist, so dass Wärme angemessen und effizient von dem Wärmeübertragungsfluid an das Wasserstoffspeichermaterial 14 übertragen werden kann. Nach Erwärmung des Wasserstoffspeichermaterials 14 kann das Wärmeübertragungsfluid den Wasserstoffspeichertank 12 durch einen Auslassstutzen 38 für Wärmeübertragungsfluid verlassen, der ebenfalls in Fluidkommunikation mit der Leitung 40 steht. Das Wärmeübertragungsfluid kann dann zurück in Richtung des Einlasses 32 für Wärmeübertragungsfluid an dem katalytischen Heizer 16 zur Wiedererwärmung zirkuliert werden. Die Strömung von Wärmeübertragungsfluid durch das gesamte Zusatzheizsystem 10, wie vorher erwähnt ist, kann durch die Zirkulationspumpe 18 erreicht werden.
Der Wasserstoffspeichertank 12 kann eine beliebige bekannte Konstruktion besitzen, die zum Speichern und Liefern von Wasserstoffgas geeignet ist. In einigen Fällen kann der Wasserstoffspeichertank 12 in der Lage sein, Wasserstoffgas bei Temperaturen und Drücken zu speichern, die allgemein im Bereich von etwa –80°C bis etwa 300°C bzw. etwa 10 bar bis etwa 875 bar liegen.
Das innerhalb des Wasserstoffspeichertanks 12 enthaltene Wasserstoffspeichermaterial 14 kann zumindest ein hydrierbares Material umfassen, das in der Lage ist, Wasserstoffgas reversibel zu sorbieren und zu desorbieren. Ein derartiges Attribut des Wasserstoffspeichermaterials 14 ermöglicht, dass der Wasserstoffspeichertank 12 eine größere gravimetrische wie auch volumetrische Energiedichte erreichen kann, da das zumindest eine hydrierbare Material nützliche Mengen an desorbierbarem Wasserstoff darin speichern kann, ohne das verfügbare freie Volumen des Tanks 12, in dem freier gasförmiger und unmittelbar austragbarer Wasserstoff enthalten ist, zu reduzieren. Das hydrierbare Material kann bei einer Ausführungsform ein komplexes Metallhydrid sein, das Wasserstoffgas am reichlichsten freisetzt, wenn es Temperaturen ausgesetzt ist, die größer sind, als diejenigen, die normalerweise von einem PEM-Brennstoffzellenstapel erhalten werden können. Beispielhafte komplexe Metallhydride umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, die verschiedenen bekannten Alanate, Borhydride sowie Amide, die Temperaturen in der Höhe von 200°C erfordern können, um nützliche Mengen an Wasserstoffgas freizusetzen. Einige spezifische komplexe Metallhydride umfassen Natriumalanat (NaAlH₄), Lithiumalanat (LiAlH₄), Lithiumborhydrid (LiBH₄) mit oder ohne MgH₂, Kalziumborhydrid (CaBH₄) mit oder ohne MgH₂ und Lithiumamid (LiNH₂). Es existieren selbstverständlich Dutzende anderer komplexer Metallhydride sowie andere hydrierbare Materialien, die in der Literatur berichtet worden sind und in dem Wasserstoffspeichermaterial 14 enthalten sein können. Gegebenenfalls können auch andere Materialien in dem Wasserstoffspeichermaterial 14 zusammen mit dem zumindest einen hydrierbaren Material enthalten sein. Ein Beispiel eines derartigen Materials ist ein Absorptionsmittel, das helfen kann, Unreinheiten von Wasserstoffgas zu entfernen.
Der katalytische Heizer 16, von dem eine Ausführungsform in 2 gezeigt ist, kann einen Reaktor 42 aufweisen, der derart ausgebildet ist, um die Reaktandengasmischung aus Wasserstoff und Sauerstoff katalytisch zu verbrennen. Der Reaktor 42 kann auch derart ausgebildet sein, um die von der katalytischen Verbrennungsreaktion erzeugte Wärme gleichzeitig an das Wärmeübertragungsfluid zu übertragen. Mit anderen Worten kann der Reaktor 42 sowohl als ein katalytischer Reaktor als auch als ein Wärmetauscher dienen. Der katalytische Heizer 16 kann auch einen Gasrekuperator 44 aufweisen, der derart ausgebildet ist, um die Reaktandengasmischung vor Eintritt in den Reaktor 42 mit den relativ heißen Verbrennungsprodukten, die den Reaktor 42 verlassen, zu erwärmen. Diese Vorerwärmung kann helfen, eine energieeffizientere katalytische Verbrennungsreaktion in dem Reaktor 42 zu unterstützen, da die Reaktionsgeschwindigkeit für eine derartige Wasserstoffoxidationsreaktion mit der Temperatur steigt. Eine spezifische und beispielhafte Ausführungsform eines Prototyps von katalytischem Heizer 16' ist zusammen mit einigen Leistungsdaten in BEISPIEL 1 beschrieben.
Der Reaktor 42 kann eine oder mehrere Wärmeübertragungszellen oder -schichten 46 aufweisen, die jeweils aufgebaut sind, um sowohl eine Strömung der Reaktandengasmischung als auch eine Strömung des Wärmeübertragungsfluids gleichzeitig aufzunehmen. Die Wärmeübertragungsschicht 46 kann aus einem thermisch stark leitenden und korrosionsbeständigen Material aufgebaut sein, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, Aluminium, Kupfer, Silber sowie deren verschiedene Legierungen. Bei einer Ausführungsform, wie am besten in 3 gezeigt ist, kann die Wärmeübertragungsschicht 46 einen Gasströmungskanal 46A und einen Flüssigkeitsströmungskanal 46B aufweisen. Der Gasströmungskanal 46A kann die Reaktandengasmischung übermitteln und die katalytische Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff unterstützen, und der Flüssigkeitsströmungskanal 46B kann das Wärmeübertragungsfluid übermitteln. Die gleichzeitige Strömung der verbrennenden, Wärme erzeugenden Reaktandengasmischung und des Wärmeübertragungsfluides durch ihre jeweiligen Kanäle 46A, 46B in einer thermisch sehr aktiven Wärmeübertragungsschicht 46 hat signifikante Wärmeverstärkungen durch Wärmeübertragungsfluid zur Folge, wenn dieses entlang des Flüssigkeitsströmungskanals 46B fortschreitet.
Der Gasströmungskanal 46A kann katalysatorhaltige Rippen 48 aufweisen, um zu helfen, die Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff in der Reaktandengasmischung zu unterstützen und eine erhöhte Oberfläche bereitzustellen, damit eine Wärmeübertragung stattfindet. Die Rippen 48 können, wie gezeigt ist, eine rechtwinklige Form besitzen. Jedoch können selbstverständlich andere Formen, wie diagonale Rippen, kreisförmige Rippen oder sogar Rippen, die Erhebungen oder Vorsprüngen ähneln, verwendet werden. Der von den Rippen 48 getragene Katalysator kann ein beliebiger geeigneter Katalysator sein, der dem Fachmann bekannt ist. Beispielhafte Katalysatoren umfassen Platin und Palladium. Jedoch können auch andere kostengünstigere Katalysatoren verwendet werden, wenn deren Reaktivität als ausreichend erachtet wird. Der Katalysator oder die Katalysatoren können auf die Oberfläche der Rippen 48 auf eine Vielzahl von Arten aufgetragen werden. Beispielsweise kann bei einer Ausführungsform eine reine, dünne Katalysatorfilmbeschichtung durch einen Prozess, wie chemische Abscheidung aus der Dampfphase (”Chemical Vapor Deposition”), Plasmadampfabscheidung oder Elektroabscheidung, abgeschieden werden. Bei einer anderen Ausführungsform kann der Katalysator oder können die Katalysatoren in der Form einer kohlenstoffgeträgerten Katalysatormatrix aufgetragen sein, bei der Katalysatorpartikel in einem Kohlenstoffträgerpulver suspendiert sind. Die kohlenstoffgeträgerte Katalysatormatrix kann auf die Oberfläche der Rippen 48 durch ein Klebstoffmaterial aufgetragen werden, wie ein Epoxyd bzw. Epoxydharz oder eine Haftfarbe. Wenn sie jedoch aufgetragen ist, kann sie nützlich sein, um die Katalysatorkonzentration entlang des Gasströmungskanals 46A von einer oder mehreren der Wärmeübertragungsschichten 48 zu variieren, um zu helfen, die Menge an Wärme, die durch die Verbrennungsreaktion erzeugt wird, zu steuern und/oder zu erreichen, wie dem Fachmann allgemein bekannt ist.
Der Flüssigkeitsströmungskanal 46B kann Rippen 50 aufweisen, ähnlich denen in dem Gasströmungskanal 46A, um eine erhöhte Oberfläche für eine effizientere Wärmeübertragung bereitzustellen. Die Rippen 50 können beispielsweise eine rechtwinklige Form besitzen, wie gezeigt ist, oder die anderen Rippenformen verkörpern, wie vorher erwähnt wurde. Die Oberfläche der Rippen 50 muss jedoch keinen Katalysator aufweisen, da in dem Flüssigkeitsströmungskanal 46B keine Verbrennungsreaktion stattfindet. Die Rippen 50 können auch enger zueinander beabstandet sein und eine höhere Dichte entlang der Breite W des Fluidströmungskanals 46B im Vergleich zu den Rippen 48 in dem Gasströmungskanal 46A aufweisen.
Der Gasströmungskanal 46A und der Flüssigkeitsströmungskanal 46B der Wärmeübertragungsschicht 46 können so orientiert sein, dass die Reaktandengasmischung und das Wärmeübertragungsfluid gleichstromig (in derselben Richtung) durch die Schicht 46 strömen. Diese Strömungsanordnung kann nützlich sein, da erstens die Wärme, die aus der katalytischen Verbrennung der Reaktandengasmischung erzeugt wird, am größten ist, wenn sie anfänglich in die Wärmeübertragungsschicht 46 eingeführt wird, und zweitens die Temperatur des Wärmeübertragungsfluids am geringsten ist, wenn es anfänglich in die Wärmeübertragungsschicht 46 eingeführt wird. Die gleichstromige Strömungsanordnung hat daher einen maximalen Wärmefluss zwischen der verbrennenden Reaktandengasmischung und dem Wärmeübertragungsfluid an dem Ende der Wärmeübertragungsschicht 46 zur Folge, wo sowohl die Reaktandengasmischung als auch das Wärmeübertragungsfluid gemeinsam in ihre jeweiligen Kanäle 46A, 46B eintreten. Dieser hohe anfängliche Wärmefluss, der in der Wärmeübertragungsschicht 46 auftritt, hilft, die Wärmemenge, die an das Wärmeübertragungsfluid übertragen wird, zu maximieren, während die Gesamttemperatur in dem Reaktor 42 minimiert wird. Jedoch sind andere Strömungsanordnungen in der Wärmeübertragungsschicht 46 möglich, wie gegenstromig und kreuzstromig, und können nach Bedarf leicht in dem Reaktor 42 verwendet werden.
Bei einer Ausführungsform und zurück Bezug nehmend auf 2 kann der Reaktor 42 eine Vielzahl der eben beschriebenen Wärmeübertragungsschichten 46 umfassen. Die Wärmeübertragungsschichten 46 können miteinander hart verlötet oder anderweitig miteinander verbunden sein, so dass der Reaktor 42 abwechselnde Gasströmungs- und Flüssigkeitsströmungskanäle 46A, 46B umfasst, um zu helfen, die Gesamtwärmeübertragung von der verbrennenden Reaktandengasmischung an das Wärmeübertragungsfluid innerhalb des Reaktors 42 zu maximieren.
Der Gasrekuperator 44, wie vorher erwähnt wurde, kann dazu verwendet werden, die Reaktandengasmischung vorzuerwärmen, bevor sie in den Reaktor 42 eintritt. Bei einer Ausführungsform kann, wie am besten in 4 gezeigt ist, der Gasrekuperator 44 eine oder mehrere Wärmeübertragungszellen oder -schichten 52 mit einem Einlassgasströmungskanal 52A und einem Auslassgasströmungskanal 52B umfassen. Der Einlassgasströmungskanal 52A kann die Reaktandengasmischung an den Reaktor 42 übermitteln, und der Auslassgasströmungskanal 52B kann die Verbrennungsprodukte von dem Reaktor 42 übermitteln. Ähnlich der Wärmeübertragungsschicht 46, die in dem Reaktor 42 verwendet ist, kann diese Wärmeübertragungsschicht 52 auch aus einem thermisch stark leitenden und korrosionsbeständigen Material ausgebildet sein, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, Aluminium, Kupfer, Silber sowie deren verschiedene Legierungen.
Sowohl der Einlassgasströmungskanal 52A als auch der Auslassgasströmungskanal 52B kann Rippen 54 aufweisen, um die Oberfläche zu erhöhen, an der die Wärmeübertragung stattfinden kann. Die Größe und die Form der Rippen 54, die in dem Einlassgasströmungskanal 52A und dem Auslassgasströmungskanal 52B angeordnet sind, können allgemein gleich sein, obwohl eine Ähnlichkeit der Rippen 54 in den beiden Kanälen 52A, 52B nicht verpflichtend ist. Zusätzlich können, wie gezeigt ist, der Einlassgasströmungskanal 52A und der Auslassgasströmungskanal 52B rechtwinklig zueinander orientiert sein, um eine Kreuzstromanordnung herzustellen. Es können jedoch auch andere Strömungsanordnungen in dem Gasrekuperator 44 verwendet werden.
Bei einer Ausführungsform und zurück Bezug nehmend auf 2 kann der Gasrekuperator 44 eine Vielzahl der Wärmeübertragungsschichten 52 aufweisen, wie eben beschrieben wurde. Die Wärmeübertragungsschichten 52 können miteinander hartverlötet oder anderweitig miteinander verbunden sein, so dass der Gasrekuperator 44 abwechselnde Einlassgasströmungs- und Auslassgasströmungskanäle 52a, 52b umfasst, um zu helfen, die Gesamtwärmeübertragung von den Verbrennungsprodukten an die Reaktandengasmischung innerhalb des Gasrekuperators 44 zu maximieren.
Der katalytische Heizer 16 kann auch andere herkömmliche Komponenten, wie eine Ablenkkappe 56 für Reaktandengas, eine Ablenkkappe 58 für Verbrennungsprodukte, einen Gasströmungsdiffusor 60, einen Einlassgasverteiler 62, einen Auslassgasverteiler 64, einen Einlassdurchgang 66 für Wärmeübertragungsfluid sowie einen Auslassdurchgang 68 für Wärmeübertragungsfluid, die alle in 2 gezeigt sind, sowie andere Komponenten oder Teile aufweisen, die nicht gezeigt sind, wie eine Strömungssteuerausstattung und Gehäuse, um nur einige zu nennen.
Die Ablenkkappe 56 für Reaktandengas kann in Fluidkommunikation mit den Einlassgasströmungskanälen 52A des Gasrekuperators 44 und dem Gasströmungsdiffusor 60 stehen und kann gegebenenfalls an dem Reaktor 42 montiert sein, wie gezeigt ist. Eine Funktion der Ablenkkappe 56 für Reaktandengas kann darin bestehen, die Reaktandengasmischung bei Austritt aus dem Gasrekuperator 44 an den Gasströmungsdiffusor 60 zu liefern. Die Ablenkkappe 58 für Verbrennungsprodukte kann in Fluidkommunikation mit den Gasströmungskanälen 46A der einen oder der mehreren Wärmeübertragungsschichten 46 des Reaktors 42 und den Auslassgasströmungskanälen 52B der einen oder der mehreren Wärmeübertragungsschichten 52 des Gasrekuperators 44 stehen. Eine Funktion der Ablenkkappe 58 für Verbrennungsprodukte kann darin bestehen, die Verbrennungsprodukte bei Austritt aus dem Reaktor 42 an den Gasrekuperator 44 zu liefern.
Der Gasströmungsdiffusor 60 kann eine Abdeckung 70 sowie eine Gasdiffusionslage 72 umfassen. Die Abdeckung 70 kann aus einem gasimpermeablen Material bestehen und derart aufgebaut sein, um die eintretende Reaktandengasmischung zu enthalten. Die Gasdiffusionslage 72 kann aus einer bekannten Vielfalt bestehen, die in der Lage ist, die Reaktandengasmischung gleichmäßig und gleichförmig an die Gasströmungskanäle 46A in der einen oder den mehreren Wärmeübertragungsschichten 46 des Reaktors 42 zu verteilen. Die Strömung der Reaktandengasmischung durch die Gasdiffusionslage 72 kann zumindest teilweise durch den Gasdruckaufbau in dem durch die Abdeckung 70 umschlossenen Volumen angetrieben werden.
Der Einlassgasverteiler 62, der die Reaktandengasmischung zu den Einlassgasströmungskanälen 52A der einen oder der mehreren Wärmeübertragungsschichten 52 des Gasrekuperators 44 einführt, und der Auslassgasverteiler 64, der die Verbrennungsprodukte von den Auslassgasströmungskanälen 52B des einen oder der mehreren Wärmeübertragungsschichten 52 des Gasrekuperators 44 aufnimmt, sind herkömmlicher Natur und können an dem Gasrekuperator 44 über Dichtungen und Schrauben angebracht sein. Gleichermaßen können auch der Einlassdurchgang 66 für Wärmeübertragungsfluid sowie der Auslassdurchgang 68 für Wärmeübertragungsfluid, die das Wärmeübertragungsfluid zu und von den Fluidströmungskanälen 46B der einen oder mehreren Wärmeübertragungsschichten 46 des Reaktors 42 übermitteln, ebenfalls herkömmlicher Natur sein und an dem Reaktor 42 über Dichtungen und Schrauben angebracht sein.
Der katalytische Heizer 16 kann durch eine bekannte Steuerausstattung gesteuert werden, um eine gewünschte Menge an Wärme zu erzeugen wie auch einen hohen Wirkungsgrad durch Verbrennung von so viel Wasserstoff wie möglich sicherzustellen. Beispielsweise können der Wirkungsgrad des katalytischen Heizers 16 sowie auch die Gesamtwärmemenge, die dieser erzeugt, durch richtiges Einstellen des Gesamtwasserstoffdurchflusses zu dem katalytischen Heizer 16, des Verhältnisses von Wasserstoff zu Sauerstoff in der Reaktandengasmischung, die in den katalytischen Heizer 16 eintritt, der Katalysatorformulierung und/oder der Konzentration in dem katalytischen Heizer 16 sowie der Temperatur der Reaktandengasmischung, die in den katalytischen Heizer 16 eintritt, gesteuert wer den. Der Fachmann besitzt Kenntnis darüber und versteht, wie diese und andere Prozessparameter gesteuert werden sollen, und kennt und versteht die Typen der Steuerausstattung, die verwendet werden kann, so dass eine vollständigere Diskussion über dieses Thema hier nicht vorgesehen ist.
Wenn der katalytische Reaktor 16 in dem in 1 gezeigten zusätzlichen Heizsystem 10 verwendet ist, kann eine Strömung der Reaktandengasmischung von Wasserstoff und Luft (von dem Umleitpunkt 24 und dem Gebläse 26) in dem Einlassgasverteiler 62 (allgemein und schematisch in 1 als der Reaktandengaseinlass 28 dargestellt) aufgenommen und in den Gasrekuperator 44 gelenkt werden. Dort kann die Reaktandengasmischung in die Einlassgasströmungskanäle 52A auf einer Seite der einen oder mehreren Wärmeübertragungsschichten 52 eintreten, während heiße Verbrennungsprodukte rechtwinklig durch die Auslassgasströmungskanäle 52B auf der entgegengesetzten Seite der einen oder der mehreren Schichten 52 strömen. Die Reaktandengasmischung fängt eine signifikante Wärmemenge von der Strömung von Verbrennungsprodukten ab, wenn sich diese entlang der Einlassgasströmungskanäle 52A und in Richtung des entgegengesetzten Endes des Gasrekuperators 44 bewegt.
Bei Austritt aus den Einlassgasströmungskanälen 52A kann die Reaktionsgasmischung in die Gasablenkkappe 56 eintreten, in der sie entlang der Rückseite des Reaktors 42 und in Richtung des Gasströmungsdiffusors 60 hoch geführt wird. Die Abdeckung 70 und die Gasdiffusionslage 72 des Gasströmungsdiffusors 60 können dann die Reaktionsgasmischung an den Reaktor 42 verteilen.
An diesem Punkt kann nach Austritt von dem Gasströmungsdiffusor 60 die Reaktandengasmischung gleichmäßig und gleichförmig in die Gas strömungskanäle 46A der einen oder mehreren Wärmeübertragungsschichten 46 des Reaktors 42 strömen. Die katalysatorhaltigen Rippen 48, die in und entlang der Gasströmungskanäle 46A angeordnet sind, können helfen, die Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff in der Reaktandengasmischung zu unterstützen, um Wärme wie auch Verbrennungsprodukte zu erzeugen. Gleichzeitig kann, während die Reaktandengasmischung entlang der Gasströmungskanäle 46A strömt und verbrennt, der Einlassdurchgang 66 für Wärmeübertragungsfluid (allgemein und schematisch in 1 als der Wärmeübertragungsfluideinlass 32 dargestellt) das Wärmeübertragungsfluid in die Fluidströmungskanäle 46B der einen oder mehreren Wärmeübertragungsschichten 46 des Reaktors 42 einführen. Das Wärmeübertragungsfluid kann gleichstromig zu der Strömung der Reaktandengasmischung strömen. Das Wärmeübertragungsfluid kann durch die thermisch stark leitenden Wärmeübertragungsschichten 46 erhebliche Mengen der erzeugten Wärme vor Austritt aus den Fluidströmungskanälen 46B an dem Auslassdurchgang 68 für Wärmeübertragungsfluid (allgemein und schematisch in 1 als der Wärmeübertragungsfluidauslass 34 dargestellt) entnehmen. Von dort kann das Wärmeübertragungsfluid zu dem Wasserstoffspeichertank 12 zirkuliert werden, um dem Wasserstoffspeichermaterial 12 Wärme zuzuführen, und kann dann an den katalytischen Heizer 16 zurückgeführt werden. Die Verbrennungsprodukte, die Wasserdampf und möglicherweise einigen überschüssigen Wasserstoff und Luft enthalten können, können die Gasströmungskanäle 46A als eine relativ heiße und feuchtere Gasströmung verlassen.
Nach dem Verlassen der Gasströmungskanäle 46A der einen oder der mehreren Wärmeübertragungsschichten 46 können die Verbrennungsprodukte durch die Ablenkkappe 58 für Verbrennungsprodukte und in die Auslassgasströmungskanäle 52B der einen oder mehreren Wärmeübertragungsschichten 52 des Gasrekuperators 44 strömen. Die Verbrennungs produkte können, wie vorher angemerkt wurde, eine eintretende Kreuzströmung der Reaktandengasmischung beim Strömen entlang der Auslassgasströmungskanäle 52B in Richtung des Auslassgasverteilers 64 (allgemein und schematisch in 1 als der Auslass 30 für Verbrennungsprodukte dargestellt) vorerwärmen. Bei Aufnahme in dem Auslassgasverteiler 64 können die Verbrennungsprodukte an die Umgebung als Abgasstrom ausgestoßen oder anderweitig rückgeführt werden.
Nun Bezug nehmend auf 5 ist gemäß einer anderen Ausführungsform ein schematisches Flussdiagramm eines zusätzlichen Heizsystems 100 zum direkten Heizen eines Wasserstoffspeichermaterials 102 gezeigt. Das System 100 kann einen Wasserstoffspeichertank 104 aufweisen, der sowohl das Wasserstoffspeichermaterial 102 als auch einen katalytischen Heizer 106 umschließt, in dem Wasserstoff und Sauerstoff katalytisch zur Erzeugung von Wärme verbrennen. Der katalytische Heizer 106 kann direkt mit dem Wasserstoffspeichermaterial 102 in Kontakt stehen oder kann in sehr enger Nähe zu dem Wasserstoffspeichermaterial 102 angeordnet sein. Diese enge räumliche Anordnung erlaubt eine direkte Übertragung von Wärme des katalytischen Heizers 106 an das Wasserstoffspeichermaterial 102 auf eine effektive Weise ohne die Verwendung eines zirkulierenden Wärmeübertragungsfluides.
Während des Betriebs des zusätzlichen Heizsystems 100 setzt ein Wasserstoffauslassstutzen 108 Wasserstoff von dem Wasserstoffspeichertank 104 zur Lieferung an eine Wasserstoff verbrauchende Vorrichtung 112 frei. Ein Anteil des von dem Auslassstutzen 108 freigesetzten Wasserstoffs kann dann an einem Umleitpunkt 110 umgeleitet und mit Sauerstoff in der Form von Luft gemischt werden, die von der externen Umgebung durch ein Gebläse oder einen Lüfter 114 geliefert wird.
Die Reaktandengasmischung aus Wasserstoff und Sauerstoff kann dann dem katalytischen Heizer 106 an einem Reaktandengaseinlass 116 zugeführt werden. Nach Einführung in den katalytischen Heizer 106 verbrennt zumindest ein Anteil der Reaktandengasmischung aus Wasserstoff und Sauerstoff katalytisch, um Verbrennungsprodukte und Wärme zu erzeugen. Die Verbrennungsprodukte, die hauptsächlich aus Wasserdampf bestehen, der durch Sauerstoff abgereicherte Luft getragen ist, können von dem katalytischen Heizer 106 durch einen Auslass 118 für Verbrennungsprodukte ausgestoßen werden. Die erzeugte Wärme kann von dem katalytischen Heizer 106 an das eng angeordnete Wasserstoffspeichermaterial 102 übertragen werden.
Der Wasserstoffspeichertank 104 kann einen beliebigen bekannten Aufbau besitzen, der zum Speichern und Liefern von Wasserstoffgas geeignet ist, ganz wie der Wasserstoffspeichertank 12, der in dem zusätzlichen Heizsystem 10, das vorher beschrieben wurde, verwendet ist. Das Wasserstoffspeichermaterial 102, das innerhalb des Wasserstoffspeichertanks 104 enthalten ist, kann auch das gleiche sein, wie das Wasserstoffspeichermaterial 14, das vorher bei der Diskussion des zusätzlichen Heizsystems 10 beschrieben wurde.
In einigen Fällen kann es jedoch geeigneter sein, dass der Wasserstoffspeichertank 104 dieses zusätzlichen Heizsystems 100 eine längliche zylindrische Form besitzt. Ein Wasserstoffspeichertank 104, der eine derartige Form besitzt, kann den katalytischen Heizer 106 besser anpassen, wie nachfolgend beschrieben ist. Überdies können, wenn der Wasserstoffspeichertank 104 eine zylindrische Form besitzt, eine Vielzahl ähnlicher Wasserstoffspeichertanks 104 gemeinsam verwendet werden, um eine zusätzliche Wasserstoffspeicherkapazität bereitzustellen, wenn dies erforderlich ist.
Der katalytische Heizer 106, von dem eine Ausführungsform in 6 gezeigt ist, kann ein Gasverteilungselement 120 sowie eine katalysatorhaltige Ummantelung 122 aufweisen, die derart ausgebildet sind, um die Reaktandengasmischung aus Wasserstoff und Sauerstoff katalytisch zu verbrennen. Der Heizer 106 kann auch derart ausgebildet sein, um die von der katalytischen Verbrennungsreaktion erzeugte Wärme gleichzeitig an das umliegende und in Kontakt stehende Wasserstoffspeichermaterial 102 zu übertragen. Mit anderen Worten kann der katalytische Heizer 106 sowohl als ein katalytischer Reaktor als auch als ein Wärmetauscher arbeiten.
Das Gasverteilungselement 120 kann ein längliches hohles Rohr sein, das eine im Wesentlichen gleichförmige Verteilung von perforierter Löcher 124 entlang seiner axialen Länge aufweist. Das Gasverteilungselement 120 kann auch einen Reaktandengaseinlass 126 an einem Ende aufweisen und an dem entgegengesetzten Ende geschlossen oder verstopft sein. Eine derartige Konstruktion verteilt die Reaktandengasmischung gleichmäßig von dem Gasverteilungselement 120 durch die perforierten Löcher 124, um zu helfen, dass der katalytische Heizer 106 einen gleichförmigen Wärmefluss bildet und beibehält. Das Gasverteilungselement 120 kann aus einem beliebigen geeigneten Material geformt sein, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, einem Hochtemperaturpolymer, wie einem Polyetheretherketon (PEEK), einem Polyamidimid (PAI) oder einem Hochtemperatursulfon.
Die katalysatorhaltige Ummantelung 122 kann ein hohles längliches Rohr sein, das das Gasverteilungselement 120 aufnimmt. Die katalysatorhaltige Ummantelung 122 kann eine Innenfläche 128, die den Katalysator trägt, und eine Außenfläche 130 besitzen, die mit dem umgebenden Wasser stoffspeichermaterial 102 in Kontakt steht oder eng benachbart dazu angeordnet ist. Sowohl die Innenfläche 128 als auch die Außenfläche 130 der katalysatorhaltigen Ummantelung 122 können relativ glatt sein oder Rippen, Erhebungen oder andere Vorsprünge enthalten, die die Wärmeströmung über und durch die Ummantelung 122 manipulieren können. Die Größe und die Form der katalysatorhaltigen Ummantelung 122 können grob komplementär zu denen des Gasverteilungselements 120 sein, während sie einen größeren Durchmesser besitzt, so dass ein Ring 132 zwischen der Innenfläche 128 der katalysatorhaltigen Ummantelung 122 und dem Gasverteilungselement 120 gebildet wird. Ein derartiger Ring 132 kann den notwendigen Raum bereitstellen, damit die Reaktandengasmischung mit dem an der Innenfläche 128 der katalysatorhaltigen Ummantelung 122 getragenen Katalysator in Wechselwirkung tritt und schließlich verbrennt, um Wärme und Verbrennungsprodukte zu erzeugen. Die katalysatorhaltige Ummantelung 122 kann auch einen Auslass 134 für Verbrennungsprodukte an einem Ende enthalten und an dem entgegengesetzten Ende geschlossen oder verstopft sein. Um zu helfen, eine effektive Wärmeübertragung zu unterstützen, kann die katalysatorhaltige Ummantelung 122 aus einem thermisch stark leitenden und korrosionsbeständigen Material aufgebaut sein, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, Aluminium, Kupfer, Silber und deren verschiedene Legierungen.
Der von der Innenfläche 128 der katalysatorhaltigen Ummantelung 122 getragene Katalysator kann denselben Katalysator oder dieselben Katalysatoren umfassen und kann/können auf dieselbe Weise aufgebracht sein, wie vorher bei der Diskussion des zusätzlichen Heizsystems 10 beschrieben wurde. Der Katalysator kann bei einigen Ausführungsformen auf die Innenfläche 128 als Streifen oder andere diskrete Formen in regelmäßigen oder unregelmäßigen Intervallen aufgebracht werden, um zu helfen, eine im Wesentlichen gleichförmige Wärmeverteilung durch die katalysatorhaltige Ummantelung 122 zu steuern und aufrechtzuerhalten und ”heiße Stellen” zu vermeiden. Dieselbe Wirkung kann auch durch Änderung der Katalysatorkonzentration entlang der Innenfläche 128 der katalysatorhaltigen Ummantelung 122 erreicht werden, wie dem Fachmann bekannt ist.
Der katalytische Heizer 106 kann durch eine bekannte Steuerausstattung gesteuert werden, um eine gewünschte Menge und Verteilung von Wärme zu erzeugen wie auch einen hohen Wirkungsgrad durch die Verbrennung von soviel Wasserstoff wie möglich sicherzustellen. Beispielsweise können der Wirkungsgrad des katalytischen Heizers 106, die Gesamtwärmemenge, die der katalytische Heizer 106 erzeugt, wie auch die Verteilung von Wärme zu dem Wasserstoffspeichermaterial 102 durch die katalysatorhaltige Ummantelung 122 jeweils durch richtiges Einstellen zumindest eines von verschiedenen Prozessparametern gesteuert werden. Einige Prozessparameter, die gesteuert werden können, umfassen den Gesamtwasserstoffdurchfluss zu dem katalytischen Heizer 106, das Verhältnis von Wasserstoff zu Sauerstoff in der Reaktandengasmischung, die in den katalytischen Heizer 106 eintritt, die Katalysatorformulierung und/oder die Konzentration in dem katalytischen Heizer 106, sowie die Temperatur der Reaktandengasmischung, die in den katalytischen Heizer 106 eintritt. Fachleute erkennen und verstehen, wie diese und andere Prozessparameter zu steuern sind, und kennen und verstehen auch die Typen von Steuerausstattung, die verwendet werden kann, so dass hier keine vollständigere Diskussion für dieses Thema vorgesehen ist.
Wenn der katalytische Reaktor 106 in dem in 5 gezeigten zusätzlichen Heizsystem 100 verwendet ist, kann eine Strömung der Reaktandengasmischung von Wasserstoff und Luft (von dem Umleitpunkt 110 und dem Gebläse 114) in dem Gasverteilungselement 120 durch den Reaktanden gaseinlass 126 (allgemein und schematisch in 5 als der Reaktandengaseinlass 116 dargestellt) aufgenommen werden. Dort kann die Reaktandengasmischung das hohle Gasverteilungselement 120 füllen und gleichförmig in den Ring 132 durch die perforierten Löcher 124 diffundieren. Innerhalb des Rings 132 treten der Wasserstoff und Sauerstoff, die in der Reaktandengasmischung enthalten sind, mit dem Katalysator an der Innenfläche 128 der katalysatorhaltigen Ummantelung 122 in Wechselwirkung und beginnen zu verbrennen, um Wärme und Wasserdampf zu erzeugen. Die aus der katalytischen Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff in dem Ring 132 erzeugte Wärme kann dann an die Außenfläche 130 der katalysatorhaltigen Ummantelung 122 und schließlich an das Wasserstoffspeichermaterial 102 übertragen werden, um die Freisetzung von zusätzlichem Wasserstoff anzuregen.
Die Verbrennungsprodukte, die Wasserdampf und möglicherweise einigen überschüssigen Wasserstoff und Luft enthalten können, können in Richtung des Auslasses 134 für Verbrennungsprodukte strömen (allgemein und schematisch in 5 als der Auslass 118 für Verbrennungsprodukte dargestellt), da neue Reaktandengasmischung in den Ring 132 eingeführt wird. Die Verbrennungsprodukte können dann von dem Wasserstoffspeichertank 104 ausgestoßen und in die Umgebung als ein Abgasstrom freigesetzt oder zur Verwendung an einer beliebigen Stelle rückgeführt werden.
BEISPIEL 1 – KATALYTISCHER HEIZER (INDIREKTE WÄRME)
Es ist eine spezifische Ausführungsform eines katalytischen Heizers 16', die hier mit einer Zahl mit Strichindex bezeichnet ist, die gleichen Bezugszeichen in den 1–3 entspricht, entwickelt worden, die mehr als 30 kW Wärme aus der katalytischen Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff an ein Wärmeübertragungsfluid übertragen kann. Die Größen, Formen wie auch Konfigurationen eines Reaktors 42' und eines Gasrekuperators 44' sind in einem Bestreben eingestellt und optimiert worden, um eine Wärmeübertragung an das Wärmeübertragungsfluid zu maximieren, während die Masse und das Volumen des katalytischen Heizers 16' minimiert werden.
Bei dieser Ausführungsform umfasst der Reaktor 42' zehn Wärmeübertragungsschichten 46' ähnlich denen, die in den 2–3 gezeigt und beschrieben sind. Die zehn Schichten 46' wurden miteinander hartverlötet, so dass abwechselnde und parallele Gasströmungskanäle 46A' und Flüssigkeitsströmungskanäle 46B', die eine gleichstromige Strömung ermöglichen, gebildet wurden. Jede der Schichten 46' besitzt eine Länge L (entlang der die Reaktandengasmischung und das Wärmeübertragungsfluid strömen) von etwa fünf Zoll und eine Breite W (rechtwinklig zu der Strömung der Reaktandengasmischung) von etwa acht Zoll. Die katalysatorhaltigen Rippen 48' in dem Gasströmungskanal 46A' von jeder Wärmeübertragungsschicht 46' besitzen eine Höhe H von etwa 0,375 Zoll und eine Wanddicke von etwa 0,032 Zoll. Die Dichte der katalysatorhaltigen Rippen 48' ist grob sechs Rippen pro Zoll entlang der Breite W jeder Schicht 46'. Die Rippen 50', die in dem Flüssigkeitsströmungskanal 46B' jeder Wärmeübertragungsschicht 46' angeordnet sind, besitzen andererseits dieselbe Höhe (etwa 0,375 Zoll) wie die katalysatorhaltigen Rippen 48', jedoch eine dünnere Wanddicke von etwa 0,010 Zoll. Überdies beträgt die Dichte der Rippen 50' in den Fluidströmungskanälen 46B' etwa 25 Rippen pro Zoll entlang der Breite W jeder Schicht 46'. Jede der Wärmeübertragungsschichten 46' – einschließlich der Rippen 48', 50', die jeweils in den Gasströmungskanälen 46A' und dem Fluidströmungskanal 46B' angeordnet sind – wurden aus Aluminium hergestellt und sind kom merziell von Robinson Fin Machines mit Sitz in Kenton, Ohio kommerziell erhältlich.
Die katalysatorhaltigen Rippen 48' wurden mit einem Palladiumkatalysator beschichtet, nachdem jede der zehn Wärmeübertragungsschichten 46' miteinander hartverlötet wurden. Um die Rippen 48' mit dem Palladiumkatalysator zu beschichten, wurden Palladiumpartikel in einem Kohlenstoffpulver suspendiert und in eine Hochtemperaturfarbe gemischt. Anschließend wurde ein Lösemittel verwendet, um die Viskosität der resultierenden Mischung zu steuern. Die zehn Wärmeübertragungsschichten 46' wurden, wobei die Fluidströmungskanäle 46B' blockiert waren, dann in der Katalysator/Farbenmischung tauchbeschichtet und gebacken, um flüchtige Bestandteile zu entfernen. Nach dem Backen blieb eine Beschichtung von kohlenstoffgeträgertem Palladium an den Oberflächen der Rippen 48' zurück.
Der Gasrekuperator 44' dieser Ausführungsform umfasst drei Wärmeübertragungsschichten 52' ähnlich denen, die in 4 gezeigt und beschrieben sind. Die drei Wärmeübertragungsschichten 52' wurden so aneinander hartgelötet, dass abwechselnde und rechtwinklige Einlassgasströmungskanäle 52A' und Auslassgasströmungskanäle 52B', die eine Kreuzstromanordnung verleihen, ausgebildet wurden. Jede der Wärmeübertragungsschichten 52' besitzt eine Größe von etwa acht Zoll mal acht Zoll. Die Rippen 54', die sowohl in den Einlassgasströmungskanälen 52A' als auch den Auslassgasströmungskanälen 52B' jeder Wärmeübertragungsschicht 52' angeordnet sind, besitzen eine Höhe HE von etwa 0,375 Zoll sowie eine Wanddicke von etwa 0,010 Zoll. Die Dichte der Rippen 54' in sowohl den Einlassgasströmungskanälen 52A' als auch den Auslassgasströmungskanälen 52B' ist ebenfalls gleich – etwa 25 Rippen pro Zoll. Ganz wie der Reaktor 42' kann jede der Wärmeübertragungs schichten 52' aus Aluminium ausgebildet und von Robinson Fin Machines erhalten werden.
Der katalytische Heizer 16' wurde zu Datensammelzwecken betrieben und variierenden Betriebsbedingungen ausgesetzt. 7 zeigt z. B. den Prozentsatz von Wasserstoff, der als eine Funktion des Prozentsatzes der maximalen Betriebsleistung des katalytischen Heizers 16' verbraucht wurde. Die Daten in 7 demonstrieren, dass ein hoher Prozentsatz nahe 100% des den Reaktor 42' zugeführten Wasserstoffs bei Betriebstemperaturen von sowohl 100°C als auch 150°C und variablen Wasserstoffdurchflüssen in Wärmeenergie umgewandelt werden kann.
8 zeigt den Gesamtwirkungsgrad des Reaktors 42' – d. h. den Prozentsatz der an das Wärmeübertragungsfluid übertragenen Verbrennungsenergie des Wasserstoffs – als eine Funktion der Temperatur als auch des Gesamtreaktandengasdurchflusses. Die Daten in 8 lassen erkennen, dass über 75% der thermischen Energie, die durch die katalytische Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff in dem Reaktor 42' erzeugt wird, an das Wärmeübertragungsfluid übertragen wurden.
9 zeigt die Verteilung von Wärme als eine Funktion des Leistungspegels des katalytischen Heizers 16'. Die Daten in 9 lassen erkennen, dass bei einer Betriebsleistung von 100% der Reaktor 42' etwa 30 kW und etwa 28 kW an thermischer Energie an das Wärmeübertragungsfluid bei 100°C bzw. 150°C übertragen hat.
10 zeigt den Wirkungsgrad des katalytischen Heizers 16' bei geringen Temperaturen während der Inbetriebnahme. Hier wurde in 10 der katalytische Heizer 16' bei 50 Sekunden eingeschaltet, und es wurde ein anfänglicher Wirkungsgrad von etwa 20% beobachtet. Der Wirkungsgrad des katalytischen Heizers 16' stieg jedoch in der Zeit, in der die Auslasstemperatur des Wärmeübertragungsfluides etwa 60°C erreichte, auf über 70%, was bei etwa 275 Sekunden stattfand.
11 zeigt die Ansprechzeit des katalytischen Heizers 16', bei der der Durchfluss von Wasserstoffgas sowie die Einlass- als auch Auslasstemperaturen der Wärmeübertragungsfluide gegenüber der Zeit aufgetragen sind. Die Daten in 11 lassen erkennen, dass die Auslasstemperatur des Wärmeübertragungsfluides innerhalb weniger Sekunden des Starts der Wasserstoffströmung zu dem Reaktor 42' zu steigen begann.
Überdies hatte, obwohl es in einer Datenaufzeichnung nicht gezeigt ist, die Verwendung des Gasrekuperators 44' zur Vorerwärmung der in den Reaktor 42' eintretenden Reaktandengasmischung eine Wirkungsgradverstärkung von etwa 20 bis 25% in dem Reaktor 42' zur Folge, wenn der Rekuperator 44' bei 150°C betrieben wurde.
Die obige Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, den Schutzumfang der Erfindung, ihre Anwendung bzw. ihren Gebrauch zu beschränken.

Claims

Verfahren, umfassend, dass: ein Wasserstoffspeichertank bereitgestellt wird, der ein Wasserstoffspeichermaterial umschließt, das zumindest ein hydrierbares Material umfasst, das desorbierbaren Wasserstoff umfasst; eine erste Wasserstoffströmung von dem Wasserstoffspeichertank geliefert wird; zumindest ein Anteil der ersten Wasserstoffströmung umgeleitet wird, um eine zweite Wasserstoffströmung zu bilden; die zweite Wasserstoffströmung und eine Sauerstoffströmung an einen katalytischen Heizer geliefert werden, der einen Katalysator umfasst, der eine Verbrennung von zumindest einem Teil der zweiten Wasserstoffströmung und der Sauerstoffströmung unterstützt, um Wärme zu erzeugen; zumindest ein Teil der Wärme an das Wasserstoffspeichermaterial übertragen wird, um zumindest einen Teil des desorbierbaren Wasserstoffs von dem zumindest einen hydrierbaren Material zu desorbieren.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass die zweite Wasserstoffströmung und die Sauerstoffströmung vor Lieferung der zweiten Wasserstoffströmung und der Sauerstoffströmung an den katalytischen Heizer in eine Reaktandengasmischung gemischt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Liefern der Reaktandengasmischung an einen katalytischen Heizer umfasst, dass die Reaktandengasmischung an einen katalytischen Heizer geliefert wird, der einen Gasrekuperator und einen Reaktor umfasst, wobei der Gasrekuperator derart aufgebaut und angeordnet ist, um die Reaktandengasmischung vorzuerwärmen, bevor die Reaktandengasmischung in den Reaktor eintritt, wobei der Reaktor den Katalysator umfasst und derart aufgebaut und angeordnet ist, um die Reaktandengasmischung zu übermitteln und zu verbrennen und ferner ein Wärmeübertragungsfluid derart zu übermitteln, dass zumindest ein Teil der Wärme an das Wärmeübertragungsfluid übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Liefern der Reaktandengasmischung an einen katalytischen Heizer umfasst, dass die Reaktandengasmischung an einen katalytischen Heizer geliefert wird, der einen Reaktor umfasst, der eine oder mehrere Wärmeübertragungsschichten umfasst, die einen Gasströmungskanal zur Übermittlung und zum Verbrennen der Reaktandengasmischung und einen Flüssigkeitsströmungskanal zur Übermittlung des Wärmeübertragungsfluides umfassen, wobei der Gasströmungskanal Rippen umfasst, die den Katalysator umfassen.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Liefern der Reaktandengasmischung an einen katalytischen Heizer umfasst, dass die Reaktandengasmischung an einen katalytischen Heizer geliefert wird, der einen Gasrekuperator umfasst, der eine oder mehrere Wärmeübertragungsschichten umfasst, die einen Einlassgasströmungskanal zum Übermitteln der Reaktandengasmischung und einen Auslassgasströmungskanal zum Übermitteln von Verbrennungsprodukten von dem Reaktor umfassen.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Übertragen zumindest eines Teils der Wärme an das Wasserstoffspeichermaterial umfasst, dass zumindest ein Teil der Wärme indirekt an das Wasserstoffspeichermaterial durch Zirkulation des Wärmeübertragungsfluids zwischen dem katalytischen Reaktor und dem Wasserstoffspeichertank übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Liefern der Reaktandengasmischung an einen katalytischen Heizer umfasst, dass die Reaktandengasmischung an einen katalytischen Heizer geliefert wird, der in dem Wasserstoffspeichertank angeordnet ist und mit dem Wasserstoffspeichermaterial in Kontakt steht oder sich in enger Nähe zu diesem befindet.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Liefern der Reaktandengasmischung an einen katalytischen Heizer umfasst, dass die Reaktandengasmischung an einen katalytischen Heizer geliefert wird, der ein Gasverteilungselement und eine katalysatorhaltige Ummantelung umfasst, wobei das Gasverteilungselement perforierte Löcher umfasst und die katalysatorhaltige Ummantelung eine Innenfläche, die den Katalysator umfasst, und eine Außenfläche umfasst, wobei die katalysatorhaltige Ummantelung das Gasverteilungselement derart aufnimmt, dass zwischen dem Gasdiffusionselement und der Innenfläche der katalysatorhaltigen Ummantelung ein Ring zur Übermittlung und zum Verbrennen der Reaktandengasmischung geformt wird, um die Wärme zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Liefern der Reaktandengasmischung an einen katalytischen Heizer umfasst, dass die Reaktan dengasmischung an einen katalytischen Heizer geliefert wird, der ein Gasverteilungselement umfasst, das ein längliches hohles Rohr umfasst, das eine im Wesentlichen gleichförmige Verteilung der perforierten Löcher entlang einer axialen Länge des länglichen hohlen Rohres aufweist, um die Reaktandengasmischung gleichmäßig in den Ring zu verteilen.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Übertragen zumindest eines Teils der Wärme an das Wasserstoffspeichermaterial umfasst, das zumindest ein Teil der Wärme direkt von der Außenfläche der katalysatorhaltigen Ummantelung an das Wasserstoffspeichermaterial übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bereitstellen eines Wasserstoffspeichertanks umfasst, dass ein Wasserstoffspeichertank bereitgestellt wird, der ein Wasserstoffspeichermaterial umschließt, das zumindest ein komplexes Metallhydrid umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Bereitstellen eines Wasserstoffspeichermaterials umfasst, dass ein Wasserstoffspeichermaterial bereitgestellt wird, das ein Alanat, ein Borhydrid und/oder ein Amid umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Bereitstellen eines Wasserstoffspeichermaterials umfasst, dass ein Wasserstoffspeichermaterial bereitgestellt wird, das NaAlH₄, LiAlH₄, LiBH₄, CaBH₄ und/oder LiNH₂ umfasst.
Verfahren, umfassend, dass: ein Wasserstoffspeichertank bereitgestellt wird, der derart aufgebaut ist, um eine erste Wasserstoffströmung an eine Wasserstoff verbrauchende Vorrichtung und eine zweite Wasserstoffströmung an einen katalytischen Heizer zuzuführen, wobei der Wasserstoffspeichertank ein Tankinneres definiert, das ein Wasserstoffspeichermaterial umfasst, das ein komplexes Metallhydrid umfasst, das desorbierbaren Wasserstoff umfasst, wobei der katalytische Heizer einen Katalysator umfasst, der eine Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff unterstützen kann; die zweite Wasserstoffströmung mit einer Sauerstoffströmung in der Form von Umgebungsluft gemischt wird, um eine Reaktandengasmischung zu bilden; die Reaktandengasmischung an den katalytischen Heizer geliefert wird, so dass die Reaktandengasmischung mit dem Katalysator wechselwirkt und zumindest teilweise verbrennt, um Wärme zu erzeugen; zumindest ein Teil der Wärme von dem katalytischen Heizer entweder direkt an das Wasserstoffspeichermaterial oder indirekt an das Wasserstoffspeichermaterial mittels eines Wärmeübertragungsfluides übertragen wird, das zwischen dem Wasserstoffspeichertank und dem katalytischen Heizer zirkuliert, um zumindest einen Teil des desorbierbaren Wasserstoffs von dem zumindest einen komplexen Metallhydrid zu desorbieren.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Liefern der Reaktandengasmischung an den katalytischen Heizer umfasst, dass die Reaktandengasmischung an einen Gasrekuperator und einen Reaktor geliefert wird, wobei der Gasrekuperator derart aufgebaut und angeordnet ist, um die Reaktandengasmischung vorzuerwärmen, bevor die Reaktandengasmischung in den Reaktor eintritt, wobei der Reaktor den Katalysator umfasst und derart aufgebaut und angeordnet ist, um die Reaktandengasmischung zu übermitteln und zu verbrennen und damit die Wärme und Verbrennungsprodukte zu erzeugen und um ferner ein Wärmeübertragungsfluid zu übermitteln, so dass zumindest ein Teil der Wärme an das Wärmeübertragungsfluid übertragen wird, und wobei das Übertragen von zumindest einem Teil der Wärme an das Wasserstoffspeichermaterial umfasst, dass zumindest ein Teil der Wärme indirekt an das Wasserstoffspeichermaterial durch Zirkulation des Wärmeübertragungsfluides zwischen dem katalytischen Reaktor und dem Wasserstoffspeichertank übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Liefern der Reaktandengasmischung an den katalytischen Heizer umfasst, dass die Reaktandengasmischung an einen Gasrekuperator geliefert wird, der eine oder mehrere Wärmeübertragungsschichten umfasst, die einen Einlassgasströmungskanal zur Übermittlung der Reaktandengasmischung und einen Auslassgasströmungskanal zur Übermittlung der Verbrennungsprodukte von dem Reaktor umfassen, und einen Reaktor geliefert wird, der eine oder mehrere Wärmeübertragungsschichten umfasst, die einen Gasströmungskanal zur Übermittlung und zur Verbrennung der Reaktandengasmischung und einen Flüssigkeitsströmungskanal zur Übermittlung des Wärmeübertragungsfluides umfassen, wobei der Gasströmungskanal Rippen umfasst, die den Katalysator umfassen.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Liefern der Reaktandengasmischung an den katalytischen Heizer umfasst, dass die Reaktandengasmischung an den katalytischen Heizer in dem Tankinne ren des Wasserstoffspeichertanks geliefert wird, so dass der katalytische Heizer in Kontakt mit dem Wasserstoffspeichermaterial steht oder in nächster Nähe dazu angeordnet ist, wobei der katalytische Heizer ein Gasverteilungselement und eine katalysatorhaltige Ummantelung umfasst, wobei das Gasverteilungselement perforierte Löcher umfasst und die katalysatorhaltige Ummantelung eine Innenfläche, die den Katalysator umfasst, und eine Außenfläche umfasst, wobei die katalysatorhaltige Ummantelung das Gasverteilungselement aufnimmt, so dass zwischen dem Gasverteilungselement und der Innenfläche der katalysatorhaltigen Ummantelung ein Ring zur Übermittlung und Verbrennung der Reaktandengasmischung geformt wird, und wobei das Übertragen zumindest eines Teils der Wärme an das Wasserstoffspeichermaterial ein direktes Übertragen von zumindest einem Teil der Wärme von der Außenfläche der katalysatorhaltigen Ummantelung an das Wasserstoffspeichermaterial umfasst.
System, umfassend: einen Wasserstoffspeichertank, der ein Wasserstoffspeichermaterial umschließt, das zumindest ein hydrierbares Material umfasst, das desorbierbaren Wasserstoff umfasst; eine Wasserstoff verbrauchende Vorrichtung, die eine erste Wasserstoffströmung von dem Wasserstoffspeichertank aufnimmt; einen katalytischen Heizer, der eine zweite Wasserstoffströmung von dem Wasserstoffspeichertank und eine Sauerstoffströmung aufnimmt, wobei der katalytische Heizer einen Katalysator umfasst, der eine Verbrennung der zweiten Wasserstoffströmung und der Sauerstoffströmung unterstützt, um Wärme zu erzeugen; wobei zumindest ein Teil der durch die Verbrennung der zweiten Wasserstoffströmung und der Sauerstoffströmung erzeugten Wärme an das Wasserstoffspeichermaterial übertragen wird, um zumindest einen Teil des desorbierbaren Wasserstoffs von dem zumindest einen hydrierbaren Material zu desorbieren.
System nach Anspruch 18, wobei der katalytische Heizer Wärme indirekt an das Wasserstoffspeichermaterial mittels eines Wärmeübertragungsfluides überträgt, das zwischen dem katalytischen Heizer und dem Wasserstoffspeichertank zirkuliert, wobei der katalytische Heizer einen Gasrekuperator und einen Reaktor umfasst, wobei der Gasrekuperator eine oder mehrere Wärmeübertragungsschichten umfasst, die derart aufgebaut und angeordnet sind, um die Reaktandengasmischung vorzuerwärmen, wobei die eine oder die mehreren Wärmeübertragungsschichten des Gasrekuperators einen Einlassgasströmungskanal zur Übermittlung der Reaktandengasmischung und einen Auslassgasströmungskanal zur Übermittlung von Verbrennungsprodukten von dem Reaktor umfassen, wobei der Reaktor eine oder mehrere Wärmeübertragungsschichten umfasst, den Katalysator umfasst und derart aufgebaut und angeordnet ist, um die Reaktandengasmischung zu übermitteln und zu verbrennen und ferner das Wärmeübertragungsfluid derart zu übermitteln, dass zumindest ein Teil der Wärme an das Wärmeübertragungsfluid übertragen wird, wobei die eine oder die mehreren Wärmeübertragungsschichten des Reaktors einen Gasströmungskanal zur Übermittlung und zum Verbrennen der Reaktandengasmischung und einen Flüssigkeitsströmungskanal zur Übermittlung des Wärmeübertragungsfluides umfassen, wobei der Gasströmungskanal Rippen umfasst, die den Katalysator umfassen.
System nach Anspruch 18, wobei der katalytische Heizer Wärme direkt an das Wasserstoffspeichermaterial überträgt, wobei der ka talytische Heizer innerhalb des Wasserstoffspeichertanks angeordnet ist und in Kontakt mit dem Wasserstoffspeichermaterial steht oder sich in nächster Nähe dazu befindet, wobei der katalytische Heizer ein Gasverteilungselement und eine katalysatorhaltige Ummantelung umfasst, wobei das Gasverteilungselement perforierte Löcher umfasst und die katalysatorhaltige Ummantelung eine Innenfläche, die den Katalysator umfasst, und eine Außenfläche umfasst, wobei die katalysatorhaltige Ummantelung das Gasverteilungselement aufnimmt, um einen Ring zwischen dem Gasverteilungselement und der Innenfläche der katalysatorhaltigen Ummantelung zur Übermittlung und zum Verbrennen der Reaktandengasmischung zu bilden, so dass zumindest ein Teil der Wärme direkt an das Wasserstoffspeichermaterial von der Außenfläche der katalysatorhaltigen Ummantelung übertragen wird.