DE102010050357A1

DE102010050357A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer mit Katalysatorpellets befüllten Reformiereinheit

Info

Publication number: DE102010050357A1
Application number: DE102010050357A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: MTU Onsite Energy GmbH
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2010-11-05
Filing date: 2010-11-05
Publication date: 2012-05-10
Also published as: WO2012059235A1

Abstract

Vorrichtung (1) zur Herstellung einer mit Katalysatorpellets (2) befüllten Reformiereinheit (3) für eine Brennstoffzelle, wobei die Vorrichtung (1) einen Pelletspender (7) zur Abgabe von Katalysatorpellets (2) an ein mit Pellets (2) zu beschickendes Katalysatorplattenelement (4) aufweist, wobei der Pelletspender (7) an einem Auslassende (7b) öffen- und schließbar ist und wobei dessen Auslassende (7b) über einer vorgegebenen Position für ein zu beschickendes Katalysatorplattenelement (4) relativbeweglich zu dieser angeordnet ist, wobei der Pelletspender (7) derart ausgebildet ist, dass darin zur Abgabe anstehende Pellets (2a, 2) mit einer vorgegebenen Ausrichtung stromaufwärts des Auslassendes (7b) unter Bildung eines Staudrucks in Auslassrichtung bei Verschluss des Auslassendes (7b) magazinierbar sind, wobei der Pelletspender (7) eine Auslassrichtung für die staudruckbeaufschlagten Pellets (2) vorgibt, welche im Wesentlichen nach unten weist. Ferner wird ein korrespondierendes Verfahren vorgeschlagen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung einer mit Katalysatorpellets befüllten Reformiereinheit gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer mit Katalysatorpellets befüllten Reformiereinheit gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 6.
Im Stand der Technik sind eine gattungsgemäße Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von mit Katalysatorpellets befüllten Reformiereinheiten aus der Druckschrift WO 2008/141071A1 bekannt. Diese offenbart beispielsweise eine Vorrichtung und ein Verfahren, bei welchen Katalysatorpellets mittels einer Schablone bzw. Lochmaske in ein Katalysatorplattenelement eingebracht werden. Aus derselben Druckschrift sind insbesondere auch eine Vorrichtung und ein Verfahren bekannt, wobei Katalysatorpellets mittels einer Vielzahl nebeneinander angeordneter Zufuhrkanäle korrespondierend mit vorgesehenen Pelleteintragspositionen aus einer Versorgungsvorrichtung abgegeben und mittels den Eintragspositionen zugeordneter Zylinder jeweils einzeln in das Katalysatorplattenelement gedrängt werden.
Problematisch bei den bekannten Vorrichtungen zum Eintrag von Pellets in ein Katalysatorplattenelement ist, dass Fertigungstoleranzen der häufig als Schlitzlochbrückenbleche ausgeführten Katalysatorplattenelemente, welche sich durch unterschiedliche Blechdicken und Fertigungsparameter insbesondere bei längeren Blechen ergeben, während einer Beschickung mit Pellets kaum ausgeglichen werden können, so dass ein Pelleteintrag nicht zu zufrieden stellenden Ergebnissen bei der Herstellung von Reformiereinheiten führt. Ferner wird eine Beschickungsanlage durch die Verwendung einer Vielzahl kleiner Zylinder für einen Pelleteintrag sehr störungsanfällig.
Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer Reformiereinheit für Brennstoffzellen vorzuschlagen, welche vorstehende Nachteile überwinden, und welche eine einfache und zuverlässige Beschickung von Katalysatorplattenelementen mit Katalysatorpellets ermöglichen.
Diese Aufgabe wird bezüglich der Vorrichtung erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 6 gelöst.
Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung zur Herstellung einer mit Katalysatorpellets befüllten bzw. beschickten Reformiereinheit für eine Brennstoffzelle, wobei die Vorrichtung einen Pelletspender zur Abgabe von Katalysatorpellets an ein mit Pellets zu beschickendes Katalysatorplattenelement aufweist, wobei der Pelletspender an einem Auslassende öffen- und schließbar ist und wobei dessen Auslassende über einer vorgegebenen Position für ein zu beschickendes Katalysatorplattenelement relativbeweglich zu dieser angeordnet ist, wobei der Pelletspender derart ausgebildet ist, dass darin zur Abgabe anstehende Pellets mit einer vorgegebenen Ausrichtung stromaufwärts des Auslassendes unter Bildung eines Staudrucks in Auslassrichtung bei Verschluss des Auslassendes magazinierbar sind, wobei der Pelletspender eine Auslassrichtung für die staudruckbeaufschlagten Pellets vorgibt, welche im Wesentlichen nach unten weist.
Vorgeschlagen wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer mit Katalysatorpellets befüllten bzw. beschickten Reformiereinheit für eine Brennstoffzelle, wobei Katalysatorpellets in einem ersten Schritt in einem Pelletspender, welcher über einem Katalysatorplattenelement angeordnet ist, mit vorgegebener Ausrichtung unter Bildung von Staudruck in Richtung eines öffen- und schließbaren Auslassendes des Pelletspenders magaziniert werden, wobei in einem zweiten Schritt aus dem Pelletspender ein magaziniertes und staudruckbeaufschlagtes Katalysatorpellet mittels Schwerkraft an das Katalysatorplattenelement abgegeben wird, wobei die Abgabe in einer Auslassrichtung zum Katalysatorplattenelement hin erfolgt.
Durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung und ein Verfahren mit den vorstehenden Merkmalen kann der Pelleteintrag in ein Katalysatorplattenelement einfach und zuverlässig erfolgen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figur der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 exemplarisch und schematisch eine Vorrichtung zur Herstellung einer mit Katalysatorpellets befüllten Reformiereinheit für eine Brennstoffzelle gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung, welche zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.
In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen entsprechen gleichen Bezugszeichen Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Herstellung einer mit Katalysatorpellets 2 befüllten Reformiereinheit 3 für eine Brennstoffzelle. Eine erfindungsgemäß mittels der Vorrichtung 1 herstellbare Reformiereinheit 3, welche der an sich bekannten internen Reformierung in Brennstoffzellen dient, besteht aus einem plattenförmigen Element bzw. Substrat, i. e. einem Katalysatorplattenelement 4, dessen Oberfläche strukturiert ist und welches zur Beschickung bzw. Befüllung mit Katalysatorpellets 2 vorgesehen ist, wobei die Struktur Aufnahmen in z. B. Form von Kavitäten für die Katalysatorpellets 2 und/oder Abstandselemente bereitstellt. Das Katalysatorplattenelement 4 ist zum Beispiel in Form eines Schlitzlochbrückenblechs, eines Drahtsiebs oder eines Streckmetalls gebildet.
Des weiteren weist eine erfindungsgemäß hergestellte Reformiereinheit 3 Katalysatorpellets 2 auf, welche in den durch die Struktur des Katalysatorplattenelements 4 bereitgestellten Aufnahmen bzw. Kavitäten des Katalysatorplattenelements 4 angeordnet sind, insbesondere dauerhaft. Die Katalysatorpellets 2 weisen vorzugsweise zylindrische Form auf, wobei jedoch auch andere Querschnitte und Formen möglich sind, z. B. Kugelform, quadratische oder rechteckige Querschnitte, etc.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 weist vorzugsweise eine Zufördervorrichtung 5 auf, welche dazu vorgesehen ist, Pellets 2 aus einem Pelletvorrat 6 an einen Pelletspender 7 zu fördern, welcher als Abgabe- und Eintragsvorrichtung zur Pelletabgabe und zu deren Eintrag in das Katalysatorplattenelement 4 vorgesehen ist. Die Zufördervorrichtung 5 umfasst hierzu z. B. einen Pelletvorratsbehälter 8, welcher zur Bevorratung von Katalysatorpellets 2 vorgesehen und in welchem die Katalysatorpellets 2 z. B. als Schüttgut aufgenommen sind. Der Pelletvorratsbehälter 8 weist wenigstens einen Auslass 8a auf, über welchen Pellets 2 abgebbar sind.
Die Zufördervorrichtung 5 weist stromabwärts (Pfeilrichtung 1) des Auslasses 8a des Pelletvorratsbehälters 8 weiterhin insbesondere eine Ausrichtevorrichtung 9 auf, in welche die Pellets 2 förderbar sind, und welche dazu vorgesehen ist, die Pellets 2 mit einer bestimmten Ausrichtung auszurichten und derart ausgerichtet zur Verfügung zu stellen bzw. abzugeben, i. e. an einem Auslass 9a der Ausrichtevorrichtung 9. Die Ausrichtevorrichtung 9 ist vorzugsweise mittels eines Rütteltopfes bzw. eines Vibrationswendelförderers gebildet, an dessen Auslass 9a die Pellets 2 mit vorgegebener Ausrichtung zur weiteren, stromabwärtigen Handhabung zur Verfügung stehen.
Erfindungsgemäß ist mittels der Zufördervorrichtung 5 ein Eintrag der ausgerichteten Pellets 2 in den Pelletspender 7 vorgesehen. Der Eintrag erfolgt z. B. mittels eines Rohrelements 10 der Zufördervorrichtung 5 in z. B. Form eines Fallrohrs, welches mit dem Auslass 9a der Ausrichtevorrichtung 9 verbunden ist, und stromabwärts mit dem Pelletspender 7, i. e. mit dessen Einlass 7a verbunden sein kann, z. B. gelenkig. Der Pelletspender 7 ist vorzugsweise auf einfache Weise röhrchenförmig z. B. als Beschickungs- bzw. als Befüllrohr gebildet, wobei auch andere Spenderausführungen denkbar sind.
Der Pelletspender 7 ist zur Magazinierung bzw. Aufnahme der ausgerichteten Pellets 2 mit vorbestimmter Ausrichtung vorgesehen, wobei dessen Innenquerschnitt z. B. insbesondere dem Querschnitt der aufzunehmenden Pellets 2 angepasst ist. Derart können die Pellets 2 auf einfache Weise mit einer vorgesehenen Ausrichtung magaziniert werden. Eine Magazinierung ist erfindungsgemäß weiterhin insbesondere derart vorgesehen, dass die Gewichtskraft im Pelletspender 7 magazinierter Pellets 2, insbesondere sämtlicher, auf ein abzugebendes Pellet 2a einwirken kann. Die Pellets 2 sind hierzu z. B. übereinander gestapelt magaziniert, z. B. in einer Richtung, welche im Wesentlichen der der Schwerkraft folgt.
Der Pelletspender 7 weist zur Beschickung bzw. zur gesteuerten Abgabe von Pellets 2 an ein Katalysatorplattenelement 4 ein insbesondere gesteuert öffen- und schließbares Auslassende 7b auf, mittels welchem magazinierte Pellets 2 freigebbar sind, i. e. bei Öffnung desselben. Das Auslassende 7b ist erfindungsgemäß über einer vorgegebenen Position für ein zu beschickendes Katalysatorplattenelement 4 relativbeweglich zu dieser angeordnet, wobei eine solche Position z. B. durch eine Positioniervorrichtung 11 für das Katalysatorplattenelement 4 vorgegeben ist. Die Position für ein mit in dem Pelletspender 7 aufgenommenen Pellets 2 zu beschickendes Katalysatorplattenelement 4 ist im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 folglich in Richtung der Schwerkraft unterhalb des Pelletspenderauslassendes 7b vorgesehen.
Erfindungsgemäß ist das Auslassende 7b des Pelletspenders 7 mittels einer Verschlussvorrichtung 12, z. B. in Form eines hydraulisch oder pneumatisch betätigbaren Zylinders oder auf andere geeignete Art und Weise öffen- und verschließbar. Ein Verschließen bzw. ein Verschluss ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung dabei auch als lediglich teilweiser Verschluss zu verstehen, welcher das Abgeben eines Pellets 2 hemmt. Insbesondere ist auch vorgesehen, dass Auslassende 7b mittels einer Klemmung eines Pellets 2 verschließen zu können, z. B. durch Klemmung mittels der vorstehend erwähnten Verschlussvorrichtung 12. Bei Verschluss des Auslassendes 7b sind zur Abgabe anstehende bzw. in den Pelletspender 7 einlassseitig eingetragene Pellets 2 stromaufwärts des Auslassendes 7b magazinierbar, wobei sich durch die Magazinierung der Pellets 2 ein Staudruck bildet, welcher auf das jeweils unmittelbar zur Abgabe anstehende Pellet 2a einwirkt, d. h. die Gewichtskraft weiterer magazinierter Pellets 2 wirkt, wie oben bereits thematisiert, auf das unmittelbar zur Ausgabe anstehende Pellet 2a ein.
Erfindungsgemäß ist hierbei vorteilhaft eine Auslassrichtung für die staudruckbeaufschlagten Pellets 2 in Richtung hin zu einem an der vorgegebenen Position zu beschickenden Katalysatorplattenelement 4 vorgegeben, i. e. eine Auslassrichtung, welche im Wesentlichen nach unten weist, insbesondere nach unten, vorzugsweise in Richtung der Schwerkraft, so dass gewährleistet ist, dass das jeweils auszugebende Pellet 2, welches im allgemeinen äußerst geringes Gewicht aufweist, mit der nötigen Kraft bzw. Eintragskraft in ein Katalysatorplattenelement 4 bzw. eine darin gebildete Kavität eingebracht werden kann, i. e. an der vorgesehenen Position mit der vorgesehenen Positionierung und Ausrichtung.
Durch Bildung eines erfindungsgemäßen Staudrucks in Auslassrichtung, i. e. gegen ein am Auslass 7b anstehendes Pellet 2a, in Verbindung mit der vorgegebenen Auslassrichtung in Richtung des zu beschickenden Katalysatorplattenelements 4 werden aufwändige Hilfsmittels zum zuverlässigen Eintrag der Pellets 2 erfindungsgemäß entbehrlich. Ein Ausbringen bzw. Abgeben aus dem Pelletspender 7 und ein Eintragen der Pellets 2 in das Katalysatorplattenelement 4 erfolgt erfindungsgemäß insofern insbesondere ausschließlich mittels Schwerkraft bei geöffnetem Auslassende 7b und weiterhin insbesondere ausschließlich mittels des Pelletspenders 7. Das Auslassende 7b des Pelletspenders 7 bzw. der Pelletspender 7 ist dabei insbesondere derart ausgebildet, dass die Pellets 2 jeweils ausschließlich vereinzelt nacheinander ausbringbar bzw. abgebbar sind, z. B. durch oben erwähnten angepassten Innenquerschnitt.
Der Pelletspender 7 wirkt erfindungsgemäß mit einer Füllstandsüberwachung 13 der Vorrichtung 1 zusammen, welche dazu vorgesehen ist, den Pelletfüllstand stromaufwärts des Auslasses bzw. Auslassendes 7b zu ermitteln. In Abhängigkeit des ermittelten Füllstands, welcher mit dem gebildeten Staudruck gegen den Auslassverschluss bzw. gegen ein dort unmittelbar zur Abgabe anstehendes Pellet 2a korrespondiert, kann eine mit der Füllstandsüberwachung sowie dem Pelletspender 7 zusammenwirkende Steuervorrichtung 14 der Vorrichtung 1 das Auslassende 7b bei ausreichendem Staudruck öffnen bzw. bei für einen zuverlässigen Pelleteintrag zu geringem Staudruck verschlossen halten bis weitere Pellets 2 aufmagaziniert sind. Die Füllstandsüberwachungsvorrichtung 13 ist z. B. mittels einer Lichtschranke gebildet.
Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung 1 bzw. die Zufördervorrichtung 5 stromaufwärts des Pellet-Einlasses 7a des Pelletspenders 7 und stromabwärts des Auslasses 8a des Pelletsvorratsbehälters 8 weiterhin wenigstens einen Transportabschnitt auf, innerhalb dessen die vorzugsweise vorausgerichteten Katalysatorpellets 2 über eine Schikane 15 gefördert werden. Eine solche Schikane 15 ist z. B. mittels einer Kammstruktur gebildet, derart, dass Verunreinigungen und außerhalb der Toleranz liegende Pellets 2 insbesondere schwerkraftbedingt ausgesondert werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Herstellung einer mit Katalysatorpellets 2 befüllten Reformiereinheit 3 weist darüber hinaus insbesondere eine (Platten-)Positioniervorrichtung 16 auf, mittels derer ein mit Pellets 2 zu beschickendes Katalysatorplattenelement 4 positioniert bzw. ausgerichtet werden kann und welche insbesondere die Beschickungsposition eines Katalysatorplattenelements 4 unterhalb des Pelletspenders 7 definiert. Die Positioniervorrichtung 16 umfasst z. B. eine Transportvorrichtung 16a für das Katalysatorplattenelement 4, vorzugsweise ein Auflageelement 16b bzw. ein Halteelement zum Tragen bzw. Abstützen des Katalysatorplattenelements 4 unterhalb des Pelletspenders sowie z. B. ein oder mehrere Anschlagselemente 16c zur Ausrichtung des zu beschickenden Katalysatorplattenelements 4. Die Positioniervorrichtung 16 ist vorzugsweise kostengünstig mittels eines Transportbandes gebildet, mittels eines X-Y-Tisches, roboterisiert oder auf andere Weise.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 weist weiterhin eine Messvorrichtung 17 auf, mittels welcher die Struktur des Katalysatorplattenelements 4 vor einer Beschickung mit Pellets 2 vermessen werden kann, z. B. in Bezug auf die Kavitäten eines Katalysatorplattenelements 4 reihenweise, z. B. hinsichtlich des Winkels oder der Erstreckung einer Reihe. Die Messvorrichtung 17 ist hierbei wiederum mit der Steuerung 14 verbunden, welche in Abhängigkeit des Messergebnisses einen Beschickungsweg bestimmt. Der Auslass 7b des Pelletspenders 7 wird anschließend unter Beibehaltung der Auslassrichtung bei einer Beschickung der vermessenen Teilstruktur bzw. einer Reihe mit Pellets 2 nachfolgend derart zu der vorgegebenen Beschickungsposition bzw. dem Katalysatorplattenelement 4 gemäß des bestimmten Beschickungswegs relativbewegt, dass Fertigungstoleranzen oder allgemein Normabweichungen bei einer Beschickung ausgeglichen werden können.
Der Pelletspender 7, zumindest dessen Auslassende 7b, ist dazu erfindungsgemäß mittels einer (Spender-)Positioniervorrichtung 18, welche mit der Steuerung 14 zusammenwirkt relativ zu der Beschickungsposition bewegbar bzw. verlagerbar. Mittels der Steuerung 14 und des in Abhängigkeit von Steuerbefehlen verlagerbaren Pelletspenders 7 bzw. dessen Auslassendes 7b können unter ständiger Beibehaltung der Auslassrichtung beliebige Füllmuster von Pellets 2 an dem Katalysatorplattenelement 4 zur Herstellung einer Reformiereinheit 3 gebildet und Toleranzen einfach ausgeglichen werden.
Die Positioniervorrichtung 18 zur Verlagerung des Pelletspenders 7 bzw. dessen Auslassendes 7b ist z. B. mittels eines X-Y-Portals gebildet. Erfindungsgemäß ist daneben denkbar, die Funktionalität der (Spender-)Positioniervorrichtung 18 und der (Platten-)Positioniervorrichtung 16 zum Zwecke eine Relativbewegung des Auslassendes 7b und eines Katalysatorplattenelements 4 während einer Beschickung durch eine einzige Positioniervorrichtung abzubilden.
Die Vorrichtung 1 weist erfindungsgemäß ferner eine Kontrolleinheit 19 auf, welche zur Überprüfung des Pelletfüllgrades in Bezug auf das Katalysatorplattenelement 4 ausgebildet ist, wobei die Kontrolleinheit 19 z. B. zur Mustererkennung ausgebildet ist, z. B. mittels einer Kamera. Sobald die Kontrolleinheit 19 ein Abweichen von einem vorgegebenen Beschickungsmuster erkennt, kann mittels geeigneter Steuerbefehle eine Nachbeschickung eines fehlerhaft befüllten Katalysatorplattenelements 4 auf einfache Weise durch Relativbewegung von Pelletspender 7 bzw. dessen Auslassendes 7b und des Katalysatorplattenelements 4 sowie mittels Öffnen und Schließen des Pelletspenderauslasses 7b zum Zwecke der Abgabe der erforderlichen Anzahl von nachzubeschickenden Pellets 2 erfolgen.
Weiterhin kann die Vorrichtung 1 erfindungsgemäß eine Fixiervorrichtung aufweisen (nicht dargestellt), welche die Pellets 2 an einem beschickten Katalysatorplattenelement 4 fixiert, i. e. dauerhaft. Eine Fixierung bzw. Versiegelung erfolgt entweder mittels Verkleben, z. B. mittels einer kleberbeschichteten Folie (Kunststoff bzw. Metall), mittels einer Kleberapplizierung, auf welche eine unbeschichtete Folie geklebt wird, oder z. B. mittels eines Vergießens der Pellets 2 mittels schnelltrocknender (schnellhärtender) Klebe- oder Vergussmasse.
Wie bereits vorstehend ausgeführt, weist die Vorrichtung 1 zur Vernetzung ihrer Komponenten insbesondere eine Steuer- und/oder Regelvorrichtung 14 auf, mittels derer ein Beschickungsvorgang jeweils durchgeführt wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer mit Katalysatorpellets 2 befüllten bzw. beschickten Reformiereinheit 3 für eine Brennstoffzelle, welches mittels vorstehend beschriebener Vorrichtung 1 durchführbar ist und zu dessen Erläuterung ergänzend auf vorstehende Ausführungen verwiesen wird, werden in einem ersten Schritt die Katalysatorpellets 2 in dem Pelletspender 7, welcher zur Anordnung über einem zu beschickenden Katalysatorplattenelement 4 vorgesehen ist, mit vorgegebener Ausrichtung unter Bildung von Staudruck in Richtung eines öffen- und schließbaren Auslassendes 7b des Pelletspenders 7 magaziniert.
Dazu werden die Pellets 2 mit vorgegebener Ausrichtung über den Pelletspendereinlass 7a in den Pelletspender 7 gefördert und darin aufgenommen. Die Zuförderung an den Pelletspendereinlass 7a erfolgt mittels der Zufördervorrichtung 5. Mängelbehaftete Pellets 2 und Verunreinigungen können entlang des Zuförderwegs über die Schikane 15 ausgesondert werden.
Vor Beginn einer Pelletbeschickung ist das Auslassende 7b des Pelletspenders 7 verschlossen, z. B. via der Verschlussvorrichtung 12, so dass sich ein Staudruck gegen diese aufbauen kann. Das Erreichen des vorgesehenen Pelletfüllstandes wird vor einem Öffnen des Auslassendes 7b vorzugsweise mittels der Pelletfüllstands-Überwachungsvorrichtung 13 überwacht.
Zur Beschickung eines Katalysatorplattenelements 4 mit Pellets 2 wird vor oder während des ersten Schritts ein Katalysatorplattenelement 4 an der zur Beschickung vorgesehenen bzw. vorgegebenen Position unterhalb des Pelletspenderauslasses 7b positioniert, vorzugsweise mittels der (Platten-)Positioniervorrichtung 16 und ausgerichtet, z. B. mittels des wenigstens einen Anschlagselements 16c. Nach Positionierung und Ausrichtung wird das Katalysatorplattenelement 4 erfindungsgemäß vermessen, i. e. die zur Beschickung mit Pellets 2 vorgesehene Teilstruktur, z. B. eine Reihe von Kavitäten, z. B. über die Breite des Katalysatorplattenelements 4. In Abhängigkeit des Messergebnisses wird anschließend der Beschickungsweg festgelegt, entlang dessen im Rahmen einer Relativbewegung von Katalysatorplattenelement 4 und Pelletspenderauslass 7b Pellets 2 an das Katalysatorplattenelement 4 abgegeben werden sollen.
Nach Festlegung des Beschickungswegs wird der Pelletspenderauslass 7b am Anfang des Beschickungswegs positioniert, i. e. über dem Katalysatorplattenelement 4, z. B. einer ersten Kavität. In einem erfindungsgemäßen zweiten Schritt wird nunmehr aus dem Pelletspender 7 ein magaziniertes und staudruckbeaufschlagtes Katalysatorpellet 2a mittels Schwerkraft, insbesondere ausschließlich mittels Schwerkraft, an das – darunter angeordnete – Katalysatorplattenelement 4 abgegeben, wobei die Abgabe in einer Auslassrichtung zum Katalysatorplattenelement 4 hin erfolgt. Dazu wird das Auslassende 7b geöffnet, woraufhin die magazinierten Pellets 2a, 2 abgegeben werden können.
Vorgesehen ist erfindungsgemäß hierbei, dass das Auslassende 7b des Pelletspenders 7 während einer Beschickung entlang des vorgegebenen Beschickungswegs zumindest für die Dauer der Abgabe mehrerer Pellets 2 nach einander ununterbrochen geöffnet ist. Hierbei können Pellets 2 kontinuierlich abgegeben werden, z. B. über den gesamten Beschickungsweg. Nachfolgende Pellets 2 können das jeweils gerade abzugebende Pellet 2a in die vorgesehene Kavität drängen. Bei der Abgabe kann das Pelletauslassende 7b hierbei die Struktur überstreichen oder z. B. mit geringem Abstand überfahren. Alternativ kann das Auslassende 7b zwischen zwei Kavitäten entlang des Beschickungswegs jeweils verschlossen werden, z. B. durch Klemmung des abzugebenden Pellets 2a mittels der Verschlussvorrichtung 12.
Am Ende des Beschickungswegs wird das Auslassende 7b des Pelletspenders 7 erfindungsgemäß erneut verschlossen, insbesondere derart, dass ein Pellet 2a darin geklemmt wird, z. B. mittels der Verschlussvorrichtung 12. Mittels einer erneuten Relativbewegung kann der Pelletspender 7, zumindest dessen Auslassende 7b nunmehr hin zu einem weiteren zu befüllenden Strukturteil, z. B. einer weiteren Reihe von Kavitäten bewegt werden, wobei zumindest einzelnen, vorzugweise jedem weiteren Beschickungsvorgang oben geschilderter Art wiederum ein Vermessen der zu beschickenden Teilstruktur sowie die Bestimmung eines Beschickungswegs wie vorstehend geschildert vorausgeht. Somit können Fertigungstoleranzen mühelos ausgeglichen werden.
Nach einer Beschickung kann der Füllstand der Pellets 2 in dem Katalysatorplattenelement 4 mittels der Kontrolleinheit bzw. Kontrollvorrichtung 19 überprüft werden und ggf. eine Nachbeschickung des Katalysatorplattenelements 4 erfolgen. Erfindungsgemäß kann der erste Schritt vor dem zweiten oder alternativ gleichzeitig mit diesem erfolgen, insbesondere in dem Fall, in welchem bereits Pellets 2 zur Ausgabe magaziniert sind.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, zu einer Beschickung eines Katalysatorplattenelements 4 mehrere Pelletspender 7 gleichzeitig und insbesondere nebeneinander zu betreiben, z. B. vier Pelletspender 7 gleichzeitig, wozu die Vorrichtung 1 mehrere wie vorstehend beschriebene Pelletspender 7 aufweist. Die Mehrzahl von Pelletspendern 7 können über eine gemeinsame Zufördervorrichtung 5 mit Pellets 2 versorgt werden oder mit einer Mehrzahl von Zufördervorrichtungen 5 zusammenwirken. Die Pelletspender 7, zumindest deren Auslassenden 7b, können vorzugsweise unabhängig von einander zu einer vorgegebenen Beschickungsposition bzw. einem Katalysatorplattenelement 4 relativbeweglich sein oder ausschließlich gemeinsam.
Erfindungsgemäß ist z. B. vorgesehen, für jeden Pelletspenderauslass 7b einen eigenen Beschickungsweg zu definieren, wobei die Pelletspenderauslassenden 7b z. B. nebeneinander liegende Reihen von Kavitäten des Katalysatorplattenelements 4 befüllen. Nach Befüllung kann die Mehrzahl von Pelletspendern 7 bzw. deren Auslassenden 7b gemeinsam zu einem weiteren Strukturabschnitt bewegt werden bzw. eine Relativbewegung erfolgen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2008/141071 A1 [0002]

Claims

Vorrichtung (1) zur Herstellung einer mit Katalysatorpellets (2) befüllten Reformiereinheit (3) für eine Brennstoffzelle, wobei die Vorrichtung (1) einen Pelletspender (7) zur Abgabe von Katalysatorpellets (2) an ein mit Pellets (2) zu beschickendes Katalysatorplattenelement (4) aufweist, wobei der Pelletspender (7) an einem Auslassende (7b) öffen- und schließbar ist und wobei dessen Auslassende (7b) über einer vorgegebenen Position für ein zu beschickendes Katalysatorplattenelement (4) relativbeweglich zu dieser angeordnet ist, wobei der Pelletspender (7) derart ausgebildet ist, dass darin zur Abgabe anstehende Pellets (2a, 2) mit einer vorgegebenen Ausrichtung stromaufwärts des Auslassendes (7b) unter Bildung eines Staudrucks in Auslassrichtung bei Verschluss des Auslassendes (7b) magazinierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Pelletspender (7) eine Auslassrichtung für die staudruckbeaufschlagten Pellets (2) vorgibt, welche im Wesentlichen nach unten weist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pelletspender (7) dazu ausgebildet ist, die Pellets (2) nacheinander vereinzelt abzugeben.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) dazu ausgebildet ist, die Pellets (2) aus dem Pelletspender (7) via dessen Auslassende (7b) ausschließlich schwerkraftbedingt abzugeben, insbesondere ausschließlich via des Pelletspenders (7) in ein Katalysatorplattenelement (4) einzutragen.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Positioniervorrichtung (16, 18) aufweist, mittels welcher der Pelletspender (7), zumindest dessen Auslassende (7b), relativ zu der vorgegebenen Position verlagerbar ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Zufördervorrichtung (5) zur Einbringung von Katalysatorpellets (2) in den Pelletspender (7) aufweist, insbesondere mit einer Ausrichtevorrichtung (9) stromaufwärts des Pelletspenders (7).
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei stromaufwärts des Pelletspenders (7) eine Schikane (15) zur Aussonderung von Fremdkörpern und/oder mängelbehafteten Pellets (2) vorgesehen ist.
Verfahren zur Herstellung einer mit Katalysatorpellets (2) befüllten Reformiereinheit (3) für eine Brennstoffzelle, wobei Katalysatorpellets (2) in einem ersten Schritt in einem Pelletspender (7), welcher über einem Katalysatorplattenelement (4) angeordnet ist, mit vorgegebener Ausrichtung unter Bildung von Staudruck in Richtung eines öffen- und schließbaren Auslassendes (7b) des Pelletspenders (7) magaziniert werden, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten Schritt aus dem Pelletspender (7) ein magaziniertes und staudruckbeaufschlagtes Katalysatorpellet (2) mittels Schwerkraft an das Katalysatorplattenelement (4) abgegeben wird, wobei die Abgabe in einer Auslassrichtung zum Katalysatorplattenelement (4) hin erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Schritt eine Abgabe von Pellets (2) via des Auslassendes (7b) des Pelletspenders (7) an das Katalysatorplattenelement (4) entlang eines vorgegebenen Beschickungswegs erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslassende (7b) des Pelletspenders (7) während einer Beschickung entlang des vorgegebenen Beschickungswegs zumindest so lange ununterbrochen geöffnet ist, dass entlang des Beschickungswegs insbesondere mehrere Pellets (2) mittels des Auslassendes (7b) an das Katalysatorplattenelement (4) nacheinander abgegeben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder in dem zweiten Schritt das Katalysatorplattenelement (4) vermessen und basierend auf dem Messergebnis der Beschickungsweg bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Katalysatorplattenelement (4) vor einer erstmaligen Pelletabgabe an dasselbe ausgerichtet und/oder vor einer Abgabe von Pellets (2) ein Pelletfüllstand im Pelletspender (7) ermittelt wird.