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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fahrzeug-Reformer, insbesondere einen Reformer eines Kraftfahrzeugs, mit einem länglich geformten Gehäuse sowie ein Verfahren zum Reformieren einer Dieselkraftstoffeinspritzung mit einem Fahrzeug-Reformer.
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Aus der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2009 016 097 A1 ist eine Abgasanlage eines Fahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine bekannt. Die Abgasanlage ist mit einem Katalysator, beispielsweise SCR- und/oder NOx-Speicher-Katalysatoren, insbesondere so genannte LNT-Katalysatoren (LNT = Lean NOx Trap) ausgestattet. Durch eine solche Abgasanlage gelingt es eine Regenerierung mittels eines aus dem Fluidstrang gewonnenen Reduktionsmittels oder Reformats zu ermöglichen beziehungsweise zu unterstützen.
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Es besteht daher ständig die Aufgabe einen Fahrzeug-Reformer mit guten Eigenschaften und einer geringen Systemkomplexität zur Verfügung zu stellen.
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Diese Aufgabe wird mit einem Fahrzeug-Reformer, insbesondere mit einem Reformer für ein Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der Figurenbeschreibung hervor, welche jeweils einzeln oder in Kombination untereinander weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung darstellen können.
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Es wird ein Fahrzeug-Reformer mit einem länglich geformten Gehäuse vorgeschlagen, wobei in dem Gehäuse ein Reformer-Katalysator und eine Umlenkung angeordnet sind, wobei in dem Gehäuse ein Strömungspfad für ein durchströmendes Fluid über eine im Inneren des Gehäuses angeordnete Einspritzstrecke durch einen inneren Durchströmungskanal entlang einer Gehäuseachse bis zur Umlenkung verläuft und nach der Umlenkung entgegengesetzt nach Außen versetzt, vorzugsweise entlang einer Umfangsfläche des inneren Durchströmungskanals als Spaltströmung in einem, um den inneren Durchströmungskanal vorzugsweise vollständig umlaufenden Spalt, innerhalb des Gehäuses bis zu einem Reformatabfluss verläuft, wobei die Einspritzstrecke mittels einer sich vorzugsweise erweiternden Ummantelung von einer Injektoraufnahme in den inneren Durchströmungskanal übergeht, wobei der innere Durchströmungskanal durch ein Inneres des Reformer-Katalysators verläuft, wobei der Reformer-Katalysator das nach der Umlenkung entgegengesetzt nach Außen versetzt innerhalb des Gehäuses durchströmende Fluid exotherm umsetzt und die entstandene Wärme an das den im Inneren des Reformer-Katalysator angeordneten inneren Durchströmungskanal durchströmende Fluid weiterleitet, wobei in dem Strömungspfad ein elektrisch beheizbarer Heizkörper angeordnet ist.
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Der Bergriff Fluid beschreibt hierbei ein Fluidgemisch, beispielsweise ein Edukt-Abgas-Gemisch. Das Edukt kann über einen Injektor, welcher an der Injektoraufnahme angeordnet werden kann, in die Einspritzstrecke injiziert werden. Das Edukt kann beispielsweise ein Reformat oder ein Kraftstoff, wie Diesel, sein. Das Abgas kann zu dem Edukt-Abgas-Gemisch in der Einspritzstrecke über eine weitere Öffnung oder ebenfalls über den Injektor eingeführt werden.
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Das Gehäuse kann aus einem metallischen Material beispielsweise Edelstahl, beschichtetes Blech oder unbeschichtetes Blech ausgebildet sein.
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Der Heizkörper kann eine elektrische Heizung sein, welche an die Kontur des Gehäuses angepasst sein kann. Der Heizkörper kann beispielsweise eine Heizspirale oder ein Drahtgeflecht sein um das durchströmende Fluid aufzuheizen. Weiterhin kann der Heizkörper einen wabenförmigen Körper, wie ein Reformer oder Katalysator, aufweisen. Der Reformer-Katalysator kann aus mehreren Komponenten aufgebaut sein. Als Trägermaterial kann ein temperaturstabiler Wabenkörper, beispielsweise aus Keramik oder eine Metallfolie, verwendet werden. Das Trägermaterial weist eine Vielzahl dünnwandiger Kanäle auf. Auf dem Trägermaterial kann sich der so genannte Washcoat befinden, welcher beispielsweise poröses Aluminiumoxid (Al2O3) sowie Sauerstoffspeicherkomponenten, beispielsweise Cer(IV)-oxid aufweist. Der Washcoat kann der Vergrößerung der Oberfläche dienen. Durch die hohe Rauheit kann eine große Oberfläche von bis zu hunderten Quadratmetern pro Gramm realisiert werden. In dem Washcoat können die katalytisch aktiven Edelmetalle beispielsweise Platin, Rhodium und/oder Palladium eingelagert sein. Der Reformer-Katalysator kann weiterhin eine Öffnung aufweisen, welche einen Teil des inneren Durchströmungskanals ausbilden kann oder den inneren Durchströmungskanal aufnehmen kann.
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Der innere Durchströmungskanal kann dabei im Wesentlichen entlang einer Mittelachse des Heizkörpers und/oder des Reformer-Katalysators verlaufen, wobei der Heizkörper und der Reformer-Katalysator eine Öffnung in Form eines hohlen Kerns aufweisen können. Die Öffnung kann dabei eine mehreckige, runde und/oder ovale Form aufweisen. Die Durchmesser der Öffnung im Heizkörper und im Reformer-Katalysator können dabei gleich groß sein. Weiterhin ist es auch möglich, dass der innere Durchströmungskanal nicht durch die Mittelachsen des Heizkörpers und/oder des Reformer-Katalysators verläuft, sondern von der Mittelachse in radialer Richtung versetzt angeordnet ist. Der innere Durchströmungskanal kann dabei direkt durch die Öffnungen des Heizkörpers und des Reformer-Katalysators ausgebildet werden oder durch die Öffnungen verlaufen.
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Die Umlenkung kann beispielsweise aus einem halbkreisförmigen Bauteil ausgebildet sein, welche eine kuppelähnliche Form aufweist. Weiterhin kann die Umlenkung auch aus einem Führungssystem beispielsweise aus Rohren bestehen. Mit Hilfe der Umlenkung kann das Fluid nach der Umlenkung entgegengesetzt nach Außen versetzt, vorzugsweise entlang einer Umfangsfläche des inneren Durchströmungskanals als Spaltströmung in einem, um den inneren Durchströmungskanal vorzugsweise vollständig umlaufenden Spalt, innerhalb des Gehäuses bis zu einem Reformatabfluss verlaufen. Die Umlenkung kann dabei das Fluid von dem inneren Durchströmungskanal in einen äußeren Durchströmungskanal ungelenken. Durch die Umlenkung kann sichergestellt werden, dass das Fluid nach der Umlenkung im äußeren Durchströmungskanal im Gegenstrom zum Fluid im inneren Durchströmumgskanal durch das Gehäuse des Fahrzeug-Reformers strömen kann.
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Durch die Erfindung kann eine kompakte Ausgestaltung eines Fahrzeug-Reformers ausgestaltet werden. Der elektrische Heizkörper kann direkt mit dem Reformer-Katalysator verbunden sein. Weiterhin kann das Edukt, beispielsweise Diesel, mit dem Abgas vermischt und im inneren Durchströmkanal durch den Refomer-Katalysators vorgewärmt und verdampft werden. Das bis dahin nicht verdampfte Edukt kann in dem Heizkörper zum Verdampfen gebracht werden. Die Richtung des Dampfstroms kann sodann über die Umlenkung umgekehrt werden und das Edukt-Abgas-Gemisch im zweiten Durchgang am Reformer-Katalysator reformiert werden und das Reformat kann dann vor einer zu regenerierenden Abgasreinigungskomponente, beispielsweise ein NOx-Katalysator, über den Reformatabfluss in den Abgasstrom eingedüst werden.
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Zum Zwecke der Eduktverdampfung, beispielsweise eine Verdampfung eines Kraftstoffs wie Diesel, sind vorzugsweise keine zusätzlichen Systemkomponenten erforderlich. Der heiße und letzte Prozessschritt, d. h. eine Reformierungsreaktion, ist direkt mit dem ersten, bevorzugt kalten, Prozessschritt, zum Beispiel in Form einer Einspritzung und Verdampfung des kalten Edukts, örtlich gekoppelt und stehen im Wärmeaustausch. Beispielsweise kann bei einer katalytisch geführten Reformierung der Reformer-Katalysator zwischen 700°C und 1000°C heiß werden. Diese Temperatur kann zur Eduktverdampfung genutzt werden. Durch den durch den Reformer-Katalysator umgebenen inneren Durchströmungskanal kann das eingespritzte aber noch nicht verdampfte Edukt nahezu vollständig verdampft werden. Der Reformer-Katalysator kann nach der Umlenkung vom Edukt-Abgas-Gemisch im Gegenstromprinzip durchströmt werden. Die bei der exothermen Reformierung freiwerdende Enthalpie kann der Aufrechterhalten der Wärmeübertragung durch den Reformer-Katalysator an den inneren Durchströmungskanal dienen.
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Durch die Reformierung des Fluids, beispielsweise eines Edukt-Abgas-Gemisches, kann beispielsweise Wasserstoff als Reformat produziert werden. Der Wasserstoff ist besonders tiefentemperaturaktiv und besonders im Warmlauf bei niedrigen Abgastemperaturen nutzbar. Dadurch kann sich ein Abgasreinigungssystem mit guten Umsatzraten, beispielsweise bei der Regenerierung von Abgasreinigungskomponenten wie NOx-Katalysatoren, beispielsweise DE-NOx- oder Speicher-Katalysatoren, ergeben. Weiterhin kann der Wasserstoff auch als Kraftstoff, beispielsweise in einer Brennstoffzelle, dienen.
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Durch die vorliegende Erfindung kann somit ein Fahrzeug-Reformer mit guten Eigenschaften und einer geringen Systemkomplexität zur Verfügung gestellt werden. Durch die Integration der Verdampfung des Edukts in dem Fahrzeug-Reformer kann zusätzlicher Bauraum für einen externen Verdampfer zum Verdampfen eines Edukts eingespart werden.
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Vorzugsweise ist der Heizkörper in dem inneren Durchströmungskanal angeordnet und/oder der innere Durchströmungskanal verläuft durch ein Inneres des Heizkörpers, wobei der Heizkörper zwischen dem Reformer-Katalysator und der Umlenkung angeordnet ist. Auf diese Weise kann das Fluid nach dem Aufheizen beim Durchströmen des inneren Durchströmungskanals im Inneren des Reformer-Katalysators zusätzlich durch den Heizkörper entweder vor und/oder nach der Umlenkung zusätzlich aufgeheizt werden, wodurch sichergestellt werden kann, dass das Fluid vollständig verdampft ist, bevor das Fluid den Reformer-Katalysator erreicht um exotherm umgesetzt zu werden. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass der Heizkörper im inneren Durchströmungskanal vor dem inneren Durchströmungskanal im Inneren des Reformer-Katalysators angeordnet ist, so dass das Fluid zuerst durch den Heizkörper aufgeheizt werden kann, bevor das Fluid durch beim Durchströmen des inneren Durchströmungskanals im Innern des Reformer-Katalysators weiter aufgeheizt wird. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass sowohl ein Heizkörper vor als auch nach dem Durchströmen des Fluids durch den inneren Durchströmungskanals im Inneren des Reformer-Katalysators angeordnet wird.
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Insbesondere sind der Heizkörper und/oder der Reformer-Katalysator jeweils vollflächig mit durchströmendem Fluid beaufschlagt. Durch das vollflächige beaufschlagen des Heizkörpers und/oder Reformer-Katalysators kann sichergestellt werden, dass das Fluid, beispielsweise ein Edukt-Abgas-Gemisch, vollständig durch den Heizkörper und/oder Reformer-Katalysator verdampft werden kann, weiterhin kann dadurch an dem äußeren Durchströmungskanal sichergestellt werden, dass die gesamte zur Verfügung stehende Fläche des Reformer-Katalysators im äußeren Durchströmungskanals für den Reformierungsprozess verwendet werden kann. Beispielsweise kann der Heizkörper und/oder der Reformer-Katalysator jeweils eine ringförmige Gestaltweisen aufweisen, deren Ringkörper vollflächig mit durchströmendem Fluid beaufschlagbar ist.
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Vorzugsweise sind die Ummantelung, der Heizkörper, der Reformer-Katalysator und die Umlenkung zum Gehäuse beabstandet und gasdicht in dessen Innerem angeordnet. Durch eine beabstandete Anordnung kann eine Isolationsschicht zur Verfügung gestellt werden, so dass die durch den Heizkörper und durch die exotherme Reaktion in dem Reformer-Katalysator zur Verfügung gestellte Wärme in verringertem Maße oder gar nicht an die Außenwand des Fahrzeug-Reformers übertragen werden kann. Dadurch kann sichergestellt werden, dass das Fluid, beispielsweise ein Edukt-Abgas-Gemisch, im inneren Durchströmungskanal vollständig aufgeheizt werden kann, und nach der Umlenkung im äußeren Durchströmungskanal vollständig im Reformer-Katalysator umgesetzt werden kann. Als Isolationsmaterial für die Isolationsschicht kann beispielsweise Luft oder ein wärmeisolierendes Polymer, wie Polyethylen oder Polyurethan verwendet werden. Vorzugsweise können in dem durch die beabstandete Anordnung entstandenen Hohlraum weitere Komponenten, beispielsweise Kabel für den Stromanschluss des Heizkörpers oder Überwachungsmittel angeordnet werden. Insbesondere kann der durch die beabstandete Anordnung der Ummantelung, des Heizkörpers, des Reformer-Katalysators und die Umlenkung zum Gehäuse entstandene Hohlraum als Auffangraum für das Edukt-Abgas-Gemisch verwendet werden, wenn eine Verbindung zwischen der Ummantelung, des Heizkörpers, des Reformer-Katalysators und/oder der Umlenkung untereinander undicht sein sollte und das Edukt-Abgas-Gemisch austreten sollte. Weiterhin kann durch die gasdichte Ausgestaltung sichergestellt werden, dass kein verdampftes Edukt-Abgas-Gemisch von dem inneren Durchströmungskanal in den äußeren Durchströmungskanal und kein verdampftes Edukt-Abgas-Gemisch von dem äußeren Durchströmungskanal in den inneren Durchströmungskanal eindringen kann, wodurch der Reformierungsprozess im Reformer-Katalysator gestört werden könnte. Weiterhin kann durch ein gasdichtes Gehäuse sichergestellt werden, dass kein verdampftes Edukt-Abgas-Gemisch außer an den vorgesehenen Stellen aus dem Gehäuse entweichen kann.
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Insbesondere ist das Gehäuse mehrteilig, wobei das Gehäuse zumindest eine stirnseitig angebrachte Injektoraufnahmeplatte aufweist und das Gehäuse in Längsrichtung zumindest einen ersten und einen zweiten Teilabschnitt aufweist. Durch eine mehrteilige Ausgestaltung des Gehäuses kann die Herstellung des Gehäuses vereinfacht werden. Insbesondere kann beispielsweise die Umlenkung ein Teil eines ersten Teilabschnittes des Gehäuses sein, und der Heizkörper und der Reformer-Katalysator können außerhalb des Gehäuses zusammen gesetzt werden, bevor der Heizkörper und der Reformer-Katalysator in einen zweiten Teilabschnitt des Gehäuses eingesetzt werden. Durch das Zusammenfügen des ersten und zweiten Teilabschnittes kann dann der Fahrzeug-Reformer hergestellt werden. Dabei können die verschiedenen Teile des mehrteiligen Gehäuses stoffschlüssig, beispielsweise durch Schweißen, Löten oder Kleben, oder über Verbindungsmittel, beispielsweise Nieten oder Schrauben miteinander verbunden werden, wobei bei der Verwendung eines Verbindungsmittels eine Dichtung zwischen den Gehäuseteilen und den Verbindungsmitteln benötigt wird, um eine gasdichte Ausgestaltung des Gehäuses zu ermöglichen. Weiterhin kann durch die Injektoraufnahmeplatte ein Anschluss für den Injektor zum Einspritzen von Edukt, beispielsweise Diesel oder Reformat, in den Fahrzeug-Reformer zur Verfügung gestellt werden. Insbesondere können die Teilabschnitte des Gehäuses zylinderförmig ausgestaltet sein.
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In einer bevorzugten Ausgestaltungsform weist der Heizkörper zumindest zwei Aufhängungen auf, die einen elektrischen Anschluss ermöglichen und den Heizköper am Gehäuse abstützen. Auf diese Weise kann eine Installation von Kabeln innerhalb des Gehäuses eingespart werden, wodurch sich der Aufbau des Fahrzeug-Reformers vereinfachen lassen kann. Weiterhin können durch die zwei Aufhängungen zusätzliche Befestigungsmittel, beispielsweise eine Befestigungsvorrichtung, zum Platzieren und/oder Befestigen des Heizkörpers im Gehäuse eingespart werden. Dadurch können zusätzliche Arbeitsschritte und Material eingespart werden.
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Vorzugsweise ist die Abgaszufuhr und der Reformatabfluss seitlich am Gehäuse konzentrisch zueinander angeordnet. Durch eine konzentrische Anordnung der Abgaszufuhr und des Reformatabflusses kann auf einfache Weise eine kompakte Ausgestaltungsform eines Fahrzeug-Reformers ausgebildet werden. Dadurch, dass sich die Abgaszufuhr und der Reformatabfluss an derselben Stelle des Gehäuses befinden, kann Platz eingespart werden, wodurch Bauraum im Fahrzeug zur Installation des Fahrzeug-Reformers eingespart werden kann.
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Insbesondere ist zumindest ein Temperatursensor im Gehäuse vorgesehen, der mit einer Kontrollvorrichtung des elektrisch beheizbaren Heizkörpers gekoppelt ist. Durch den zumindest einen Temperatursensor kann der Heizkörper bei Bedarf abgeschaltet werden, wodurch sich elektrische Energie zum Aufheizen des Heizkörpers einsparen lassen kann. Dadurch kann das die elektrische Energie zur Verfügung stellende Bauteil, beispielsweise die Batterie oder Lichtmaschine des Fahrzeugs, geschont werden. Beispielsweise kann der Reformer-Katalysator über eine exotherme Reaktion genügend Energie zum Verdampfen des Edukts in dem inneren Durchströmungskanal zur Verfügung stellen, so dass das Edukt-Abgas-Gemisch bei Erreichen des Heizkörpers in verdampfter Form vorliegt und somit der Heizkörper nicht mit elektrischer Energie versorgt zu werden braucht, um das Edukt-Abgas-Gemisch zu verdampfen. Weiterhin kann durch den zumindest einen Temperatursensor festgestellt werden, ob Fehlfunktionen im Fahrzeug-Reformer vorliegen. Beispielsweise kann durch den zumindest einen Temperatursensor festgestellt werden, dass aufgrund eines Defekts der Reformer-Katalysator nicht genügend Energie zur Verfügung stellen kann oder dass der Heizkörper defekt sein kann. Dadurch kann dem Fahrzeuginhaber beispielsweise über ein Signal in einem Display und/oder durch einen Ton mitgeteilt werden eine Werkstatt aufzusuchen, um den Reformer zu überprüfen. Somit kann durch den zumindest einen Temperatursensor auch die Sicherheit des Fahrzeugs erhöht werden.
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Vorzugsweise haben der Heizkörper und/oder der Reformer-Katalysator jeweils eine ringförmige Gestalt und der innere Durchströmungskanal verläuft durch das Innere der ringförmigen Gestalt. Durch die ringförmige Ausgestaltung des Heizkörpers und/oder Reformer-Katalysators kann eine größtmögliche Fläche zur Wärmeübertragung zur Verfügung gestellt werden. Ferner kann durch eine ringförmige Ausgestaltungsform eine gleichmäßige Wärmeverteilung erreicht werden. Weiterhin können der Heizkörper und/oder der Reformer-Katalysator jeweils eine sternförmige, mehreckige, runde oder ovale Gestalt aufweisen. Die Gestaltung des Heizkörpers und/oder Reformer-Katalysators kann dabei der Gestalt des Gehäuses angepasst werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltungsform ist das Gehäuse zylinderförmig gestaltet. Insbesondere können die Umlenkung, der Heizkörper und der Reformer-Katalysator in das Gehäuse eingesetzt sein. Durch eine zylinderförmige Ausgestaltungsform des Gehäuses kann sichergestellt werden, dass das Gehäuse an eine ringförmige Ausgestaltung der Umlenkung, des Heizkörpers und des Reformer-Katalysators anpasst werden kann. Dadurch können Toträume in dem Gehäuse vermieden werden, welche extra beheizt werden müssten und somit zu einem höheren Energieverbrauch beispielsweise beim Verdampfen des Edukts führen würden. Weiterhin kann das Gehäuse sternförmig, mehreckig, rund oder oval gestaltet sein. Die Gestalt des Gehäuses kann dabei dem verfügbaren Bauraum im Fahrzeug zur Installation des Fahrzeug-Reformers angepasst werden.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Reformieren einer Dieselkraftstoffeinspritzung mit einem Fahrzeug-Reformer, wobei der Fahrzeug-Reformer ein Gehäuse aufweist, wobei im Inneren des Gehäuses ein Reformer-Katalysator, ein elektrisch beheizbarer Heizkörper und eine Umlenkung angeordnet sind, mit den folgenden Schritten: stirnseitiges Einspritzen von Dieselkraftstoff in eine Einspritzstrecke im Gehäuse, Beimischung von Abgas vom Fahrzeug zum eingespritzten Dieselkraftstoff in die Einspritzstrecke, Aufheizen eines Fluidgemischs, enthaltend den eingespritzten Dieselkraftstoff und das Abgas, durch Führen des Fluidgemischs entlang einer Gehäuseachse des Gehäuses, wobei die Gehäuseachse durch ein Inneres des Reformer-Katalysators verläuft und von dem Reformer-Katalysator beabstandet umgeben ist, stirnseitiges Umlenken des Fluidgemischs im Fahrzeug-Reformer entgegen der vorherigen Strömungsrichtung im Gehäuse und Führen des Fluidgemischs als äußere Strömung um die Gehäuseachse und dem im Inneren entlangströmenden Fluidgemischs, exotherme Umsetzung des Fluidgemischs im Reformer-Katalysator bei gleichzeitiger Wärmeabgabe an das entlang der Gehäuseachse im Inneren des Reformer-Katalysators strömenden Fluidgemischs, Ausströmen des reformierten Fluids aus dem Gehäuse. Durch ein solches Verfahren, kann auf einfache Weise ein Edukt, beispielsweise ein Kraftstoff wie Diesel, ohne komplexe und zusätzliche Systemkomponenten verdampft werden. Der heiße und letzte Prozessschritt (Reformierungsreaktion) ist direkt mit dem kalten und ersten Prozessschritt (Einspritzung und Verdampfung des kalten Edukts) örtlich gekoppelt und stehen im Wärmeaustausch. Beispielsweise kann bei einer katalytisch geführten Reformierung der Reformer-Katalysator zwischen 700°C und 1000°C heiß werden. Diese Temperatur kann zur Eduktverdampfung genutzt werden. Durch den durch den Reformer-Katalysator umgebenen inneren Durchströmungskanal kann das eingespritzte aber noch nicht verdampfte Edukt nahezu vollständig verdampft werden. Der Reformer-Katalysator kann nach der Umlenkung des Fluidgemischs, enthaltend das Edukt und das Abgas, im Gegenstromprinzip durchströmt werden. Die bei der exothermen Reformierung freiwerdende Enthalpie kann der Aufrechterhalten der Wärmeübertragung durch den Reformer-Katalysator an den inneren Durchströmungskanal dienen. Durch die vorliegende Erfindung kann somit ein Fahrzeug-Reformer mit guten Eigenschaften und einer geringen Systemkomplexität zur Verfügung gestellt werden. Durch die Integration der Verdampfung des Edukts in dem Fahrzeug-Reformer kann zusätzlicher Bauraum für einen externen Verdampfer eingespart werden.
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Vorzugsweise umfasst das Verfahren zusätzlich das Aufheizen des Fluidgemischs beim Führen durch einen entlang der Gehäuseachse angeordnetem Heizkörper. Der Heizkörper kann dabei in und/oder um den inneren Durchströmungskanal angeordnet sein. Weiterhin kann der Heizkörper vor und/oder hinter dem inneren Durchströmungskanal im Inneren des Reformer-Katalysators angeordnet sein, wobei bei einer Anordnung vor dem inneren Durchströmungskanal im Inneren des Reformer-Katalysators der Heizkörper in dem inneren Durchströmungskanal angeordnet ist. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass das Fluidgemisch vollständig verdampft ist, bevor das Fluidgemisch in dem Reformer-Katalysator exotherm umgesetzt werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren das Aufheizen des Fluidgemischs nach dem stirnseitigen Umlenken des Fluidgemischs beim Führen durch den Heizkörper, wobei der Heizkörper strömungspfadseitig nach dem Umlenken des Fluidgemischs vor dem Reformer-Katalysator angeordnet ist und wobei die Gehäuseachse des Gehäuses durch ein Inneres des Heizkörpers verläuft. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass das Fluidgemisch vollständig verdampft ist, bevor das Fluidgemisch in dem Reformer-Katalysator exotherm umgesetzt werden kann.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung sind in den nachfolgenden Figuren dargestellt. Die aus den Figuren hervorgehenden einzelnen Merkmale sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Vielmehr können ein oder mehrere Merkmale aus ein oder mehreren Figuren mit ein oder mehreren Merkmalen aus ein oder mehreren anderen Figuren und/oder aus der obigen Beschreibung zu weiteren Ausgestaltungen geknüpft werden. Es zeigen:
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1: eine isometrische Ansicht eines Fahrzeug-Reformers,
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2: eine Schnittansicht des Fahrzeug-Reformers aus 1,
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3: eine Schnittansicht entlang der Linie A-A der 2, und
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4 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform.
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In 1 ist eine isometrische Ansicht eines Fahrzeug-Reformers mit einem länglich geformten Gehäuse 10 dargestellt. Das Gehäuse 10 ist zylinderförmig und mehrteilig ausgestaltet, wobei das Gehäuse 10 in diesem Ausführungsbeispiel in Längsrichtung drei Teilabschnitte aufweist. Das Gehäuse 10 ist gasdicht ausgestaltet, damit kein Gas und/oder Gasgemisch aus dem Gehäuse 10 austreten kann. An einer Stirnseite des Gehäuses 10 ist an dem Gehäuse 10 eine Injektoraufnahmeplatte 32 angebracht. Die Injektoraufnahmeplatte 32 weist eine Injektoraufnahme 20 auf. Durch die Injektoraufnahme 20 wird das Edukt, beispielsweise Diesel, in den Fahrzeug-Reformer über einen nicht dargestellten Injektor eingeführt. Weiterhin sind eine Abgaszufuhr 26 und ein Reformatabfluss 28 seitlich am Gehäuse 10 konzentrisch zueinander angeordnet. An dem Gehäuse 10 sind zwei Aufhängungen 34 angeordnet, welche einen elektrischen Anschluss für einen Heizkörper 12 im Inneren des Gehäuses 10 ermöglichen und den Heizköper 12 am Gehäuse 10 abstützen.
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2 zeigt eine schematische Schnittansicht des Fahrzeug-Reformers aus 1. Der Fahrzeug Reformer weist einen in dem Gehäuse 10 angeordneten elektrisch beheizten Heizkörper 12 auf. Der elektrisch beheizte Heizkörper 12 soll in diesem Ausführungsbeispiel aus einem Wabenkörper ausgebildet sein, wie ein Reformer oder Katalysator. Durch das Innere des Heizkörpers 12 verläuft ein innerer Durchströmungskanal 18 für ein aufzuheizendes Fluid, beispielsweise ein Fluidgemisch, enthaltend Edukt, beispielsweise Diesel, und Abgas. Somit wird der Heizkörper 12 durch ein aufzuheizendes Fluid durchströmt. Weiterhin ist in dem Gehäuse 10 ein Reformer-Katalysator 14 angeordnet, wobei der Reformer-Katalysator 14 zumindest in unmittelbarer Nähe zum Heizkörper 14 angeordnet ist und wobei durch ein Inneres des Reformer-Katalysators 14 der innere Durchströmungskanal 18 ebenfalls verläuft. In dem Gehäuse 10 ist in einer Strömungsrichtung des Fluids durch den inneren Durchströmungskanal 18 betrachtet nach dem Reformer-Katalysator 14 und dem Heizkörper 12 nachfolgend eine Umlenkung 30 angeordnet. Die Umlenkung 30 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine halbkreisförmige Ausgestaltung auf. Mit Hilfe der Umlenkung 30 wird das Fluid innerhalb des Gehäuses 10 umgelenkt, so dass das durch die Umlenkung 30 umgelenkte Fluid entgegengesetzt nach Außen versetzt, vorzugsweise entlang einer Umfangsfläche des inneren Durchströmungskanals 18 als Spaltströmung in einem den inneren Durchströmungskanal 18 vorzugsweise umlaufenden Spalt innerhalb des Gehäuses 10 bis zu dem Reformatabfluß 28 strömen kann. Das Fluid wird aus dem inneren Durchströmungskanal 18 nach der Umlenkung 30 in einen äußeren Durchströmungskanal 16 umgelenkt. Das umgelenkte und aufgeheizte Fluid durchströmt somit nach der Umlenkung 30 zuerst den Heizkörper 12 bevor das Fluid in den Reformer-Katalysator 14 exotherm umgesetzt wird. Weiterhin ist in 2 die Injektoraufnahme 20 an einer Stirnseite des Gehäuses 10 erkennbar. Die Injektoraufnahme 20 ist im Inneren des Gehäuses 10 an eine Einspritzstrecke 22 angeordnet, die in diesem Ausführungsbeispiel mittels einer sich erweiternden Ummantelung 24 in den inneren Durchströmungskanal 18 übergeht. Die Abgaszufuhr 26 und der Reformatabfluss 28 sind in 2 nicht dargestellt. Das durch den Fahrzeug-Reformer strömende Fluid folgt einem Strömungspfad, welcher über die Einspritzstrecke 22 durch den inneren Durchströmungskanal 18 zu der Umlenkung 30 entlang einer Längsachse des Gehäuses 10 verläuft und nach der Umlenkung 30 entgegengesetzt radial nach Außen versetzt innerhalb des Gehäuses 10 durch den Heizkörper 12 und den Reformer-Katalysator 14 zu dem Reformatabfluss 28 verläuft. Der Heizkörper 12 und/oder der Reformer-Katalysator 14 weisen in diesem Ausführungsbeispiel jeweils eine ringförmige Gestalt auf und der innere Durchströmungskanal 18 verläuft durch das Innere der ringförmigen Gestalt. Der Ringkörper der ringförmigen Gestalt des Heizkörper 12 und/oder des Reformer-Katalysator 14 werden jeweils vollflächig mit durchströmendem Fluid beaufschlagt. Die Ummantelung 24 der Einspritzstrecke 22, der Reformer-Katalysator 14, der Heizkörper 12 und die Umlenkung 30 sind beabstandet und gasdicht im Inneren des Gehäuses 10 angeordnet. Weiterhin sind in diesem Ausführungsbeispiel im Gehäuse 10 sechs Temperatursensoren 36 vorgesehen, die mit einer nicht dargestellten Kontrollvorrichtung des elektrisch beheizbaren Heizkörpers 12 gekoppelt sind.
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Die 3 stellt eine Ansicht eines Schnitts entlang der Schnittlinie A-A aus 2 dar. Es ist erkennbar, dass die Abgaszufuhr mit der Einspritzstrecke 22 verbunden ist und der Reformatabfluss 28 ist mit dem äußeren Durchströmungskanal 16 verbunden.
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Die 4 stellt eine Ansicht eines Schnitts eines weiteren Ausführungsbeispiels dar. Die Ansicht der 4 entspricht dabei der Ansicht der 3. Im Unterschied zur 3 ist erkennbar, dass das Gehäuse 10 anstelle einer zylinderförmigen Gestalt eine viereckige Gestalt aufweist. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist die Abgaszufuhr mit der Einspritzstrecke 22 verbunden und der Reformatabfluss 28 ist mit dem äußeren Durchströmungskanal 16 verbunden. Nicht dargestellt ist, dass der innere Durchströmungskanal 18, der Reformer-Katalysator 14, der Heizkörper 12 und der äußere Durchströmungskanal 16 ebenfalls viereckig ausgestaltet sein sollen.
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Nicht dargestellt ist ein Verfahren zum Reformieren einer Dieselkraftstoffeinspritzung mit einem Fahrzeug-Reformer, wobei der Fahrzeug-Reformer ein Gehäuse 10 aufweist, wobei im Inneren des Gehäuses 10 ein Reformer-Katalysator 14, ein elektrisch beheizbarer Heizkörper 12 und eine Umlenkung 30 angeordnet sind. Das Verfahren kann die Schritte stirnseitiges Einspritzen von Dieselkraftstoff in eine Einspritzstrecke 22 im Gehäuse 10, Beimischung von Abgas vom Fahrzeug zum eingespritzten Dieselkraftstoff in die Einspritzstrecke 22, Aufheizen eines Fluidgemischs, enthaltend den eingespritzten Dieselkraftstoff und das Abgas, durch Führen des Fluidgemischs entlang einer Gehäuseachse des Gehäuses 10, wobei die Gehäuseachse durch ein Inneres des Reformer-Katalysators 14 verläuft und von dem Reformer-Katalysator 14 umgeben ist, stirnseitiges Umlenken des Fluidgemischs im Fahrzeug-Reformer entgegen der vorherigen Strömungsrichtung im Gehäuse 10 und Führen des Fluidgemischs als äußere Strömung um die Gehäuseachse und dem im Inneren entlangströmenden Fluidgemischs, exotherme Umsetzung des Fluidgemischs im Reformer-Katalysator 14 bei gleichzeitiger Wärmeabgabe an das entlang der Gehäuseachse im Inneren des Reformer-Katalysators 14 strömenden Fluidgemischs, Ausströmen des reformierten Fluids aus dem Gehäuse 10 umfassen.
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Weiterhin kann das Verfahren noch die Schritte zusätzliches Aufheizen des Fluidgemischs beim Führen durch einen entlang der Gehäuseachse angeordnetem Heizkörper 12, und Aufheizen des Fluidgemischs nach dem stirnseitigen Umlenken des Fluidgemischs beim Führen durch den Heizkörper 12, wobei der Heizkörper 12 strömungspfadseitig nach dem Umlenken des Fluidgemischs vor dem Reformer-Katalysator 14 angeordnet ist und wobei die Gehäuseachse des Gehäuses 10 durch ein Inneres des Heizkörpers 12 verläuft, umfassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009016097 A1 [0002]
