DE102014218726A1 - Fuel cell device with improved anode gas processor - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenvorrichtung (10) und ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung (10) mit mindestens einer Brennstoffzelleneinheit (12) und mindestens einer Anodenabgasrezirkulation (14). Es wird mindestens ein Anodengasprozessor (16) vorgeschlagen, welcher dazu vorgesehen ist verschiedene Reformierungen während unterschiedlichen Betriebsphasen durchzuführen.The invention relates to a fuel cell device (10) and a method for operating a fuel cell device (10) having at least one fuel cell unit (12) and at least one anode exhaust gas recirculation (14). At least one anode gas processor (16) is proposed, which is intended to carry out various reforms during different operating phases.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenvorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung mit mindestens einer Brennstoffzelleneinheit und mindestens einer Anodenabgasrezirkulation.The invention relates to a fuel cell device and a method for operating a fuel cell device having at least one fuel cell unit and at least one anode exhaust gas recirculation.

Stand der TechnikState of the art

Die DE1393804A1 offenbart einen Katalysator sowie ein Verfahren zur autothermen, katalytischen Dampfreformierung von Kohlenwasserstoffen unter Verwendung des Katalysators.The DE1393804A1 discloses a catalyst and a process for autothermal catalytic steam reforming of hydrocarbons using the catalyst.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs ist demgegenüber durch mindestens einen Anodengasprozessor gekennzeichnet, welcher dazu vorgesehen ist verschiedene Reformierungen während unterschiedlichen Betriebsphasen durchzuführen. Dadurch kann ein zugeführter Brennstoff, wie beispielsweise Erdgas, oder ein zugeführtes Brennstoff-Luft-Gemisch je nach Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung flexibel reformiert werden. Insbesondere können die verschiedenen Reformierungen, wie z.B. eine Reformierung durch partielle Oxidation und eine Dampfreformierung, sowohl zeitlich voneinander getrennt, als auch zeitlich parallel zueinander durchgeführt werden. Dadurch kann die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung besonders effizient betrieben werden.The fuel cell device according to the invention with the features of the main claim is characterized by at least one anode gas processor, which is intended to perform various reforms during different operating phases. Thereby, a supplied fuel such as natural gas or a supplied fuel-air mixture can be flexibly reformed depending on the operation of the fuel cell device. In particular, the various reforms, such as e.g. Reforming by partial oxidation and steam reforming, both temporally separated, and performed in parallel with each other in time. As a result, the fuel cell device according to the invention can be operated particularly efficiently.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung möglich. So ist der mindestens eine Anodengasprozessor strömungstechnisch vor der mindestens einen Brennstoffzelleneinheit geschaltet. Dadurch kann ein durch die verschiedenen Reformierungen entstehendes Reformat der Brennstoffzelleneinheit direkt zugeführt werden.The features listed in the dependent claims advantageous refinements of the fuel cell device according to the invention are possible. Thus, the at least one anode gas processor is connected in terms of flow in front of the at least one fuel cell unit. As a result, a reformate resulting from the various reforms can be fed directly to the fuel cell unit.

Es ist von Vorteil, wenn mindestens eine Sauerstoffzufuhr strömungstechnisch vor dem mindestens einen Anodengasprozessor angeordnet ist. Dadurch kann insbesondere das Sauerstoff-Kohlenstoff-Verhältnis (O/C) des dem Anodengasprozessor zugeführten Brennstoff-Luft-Gemisches für eine gewünschte Reformierung angepasst werden.It is advantageous if at least one oxygen supply is arranged in terms of flow in front of the at least one anode gas processor. As a result, in particular the oxygen-carbon ratio (O / C) of the fuel-air mixture supplied to the anode gas processor can be adapted for a desired reforming.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn der mindestens eine Anodengasprozessor ein Katalysatormaterial umfasst. Durch die Möglichkeit mittels eines Katalysatormaterials verschiedene Reformierungen durchzuführen, erübrigt sich der Einbau von komplexen, mehrteilig ausgestalteten Reformersystemen.Furthermore, it is advantageous if the at least one anode gas processor comprises a catalyst material. Due to the possibility of carrying out various reforms by means of a catalyst material, it is not necessary to install complex, multipartite reformer systems.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Katalysatormaterial mindestens ein Edelmetall, insbesondere Platin und/oder Rhodium, umfasst. So kann eine effiziente Realisierung des Anodengasprozessors gewährlistet werden.It is particularly advantageous if the catalyst material comprises at least one noble metal, in particular platinum and / or rhodium. Thus, an efficient realization of the anode gas processor can be guaranteed.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass mittels mindestens eines Anodengasprozessors verschiedene Reformierungen während unterschiedlichen Betriebsphasen durchgeführt werden. So können verschiedene Reformierungen für einen flexiblen und effizienten Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung gezielt genutzt werden.The invention also relates to a method for operating a fuel cell device. The method is characterized in that by means of at least one anode gas processor various reforms during different operating phases are performed. Thus, various reforms for a flexible and efficient operation of the fuel cell device can be used selectively.

Es ist von Vorteil, dass die verschiedenen Reformierungen während den unterschiedlichen Betriebsphasen mit Hilfe eines Katalysatormaterials durchgeführt werden. So ist der Einbau von zusätzlichen Reformersystemen nicht notwendig, wodurch Kosten gespart werden.It is advantageous that the various reforms are carried out during the different operating phases with the aid of a catalyst material. Thus, the installation of additional reformer systems is not necessary, thereby saving costs.

Es ist bevorzugt, wenn der Anodengasprozessor, insbesondere das Katalysatormaterial, vor einer Reformierung, vorzugsweise lokal, erwärmt wird. So muss lediglich eine Komponente für eine effiziente Reformierung erwärmt werden, wodurch wiederum Energie gespart wird.It is preferred if the anode gas processor, in particular the catalyst material, is heated before being reformed, preferably locally. Thus, only one component needs to be heated for efficient reforming, which in turn saves energy.

Es ist vorteilhaft, wenn stromaufwärts des mindestens einen Anodengasprozessors anodenseitig Sauerstoff zugeführt wird. Durch eine entsprechende Wahl des zugeführten Sauerstoffanteils, kann die gewünschte Reformierung im Anodengasprozessor gezielt beeinflusst werden.It is advantageous if, on the anode side, oxygen is supplied to the anode side of the at least one anode gas processor. By an appropriate choice of the supplied oxygen content, the desired reforming in the anode gas processor can be selectively influenced.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn während einer ersten Betriebsphase, insbesondere einer Start-Phase, eine Reformierung durch partielle Oxidation durchgeführt wird. Durch die dabei entstehende exotherme Wärme kann die Brennstoffzellenvorrichtung auf eine bevorzugte Betriebstemperatur gebracht werden.It is particularly advantageous if reforming by partial oxidation is carried out during a first operating phase, in particular a start-up phase. Due to the resulting exothermic heat, the fuel cell device can be brought to a preferred operating temperature.

Bevorzugterweise, wird während der ersten Betriebsphase anodenseitig Sauerstoff zugeführt. So wird eine Reformierung durch partielle Oxidation ermöglicht und kann zudem durch die zugeführte Menge an Sauerstoff beeinflusst werden.Preferably, oxygen is supplied on the anode side during the first operating phase. Thus, a reforming by partial oxidation is possible and can also be influenced by the amount of oxygen supplied.

Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn während einer zweiten Betriebsphase, insbesondere einer Übergangsphase, eine Reformierung durch partielle Oxidation und eine Dampfreformierung durchgeführt wird. So kann ein stetiger Übergang in einen Normalbetrieb erfolgen.Furthermore, it is advantageous if, during a second operating phase, in particular a transition phase, reforming is carried out by partial oxidation and steam reforming. This allows a steady transition to normal operation.

Wird während der zweiten Betriebsphase anodenseitig Sauerstoff in Abhängigkeit, insbesondere in proportionaler Abhängigkeit, von der Stromerzeugung der Brennstoffzelleneinheit zugeführt, kann die partielle Oxidation in der Übergangsphase gezielt kontrolliert bzw. reduziert werden.If, during the second operating phase, oxygen becomes dependent on the anode side, in particular in proportional dependence, supplied by the power generation of the fuel cell unit, the partial oxidation in the transition phase can be controlled or reduced targeted.

Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn während einer dritten Betriebsphase, insbesondere eines Normalbetriebs, eine Dampfreformierung durchgeführt wird. So kann der Brennstoffzelleneinheit die für einen Normalbetrieb erforderliche Menge an Reformat, vorzugsweise Wasserstoff, zugeführt werden.Furthermore, it is advantageous if a steam reforming is carried out during a third operating phase, in particular a normal operation. Thus, the fuel cell unit can be supplied with the required amount of reformate, preferably hydrogen, for normal operation.

In bevorzugter Weise, wird während der dritten Betriebsphase anodenseitig kein Sauerstoff zugeführt, wodurch eine Reformierung durch partielle Oxidation während des Normalbetriebs vermieden wird.In a preferred manner, no oxygen is supplied to the anode side during the third operating phase, whereby a partial oxidation during reforming during normal operation is avoided.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird mittels mindestens einer weiteren Sauerstoffzufuhr mindestens ein Reformat gekühlt. Dadurch kann ein Reformat, welches beispielsweise bei einer partiellen Oxidation entsteht und eine hohe Temperatur aufweist, gezielt gekühlt werden, so dass temperaturbedingte Schäden insbesondere in der Brennstoffzelleneinheit vermieden werden.In a further embodiment, at least one further reformate is cooled by means of at least one further oxygen supply. As a result, a reformate, which is formed, for example, in the case of a partial oxidation and has a high temperature, can be cooled in a targeted manner, so that temperature-induced damage, in particular in the fuel cell unit, is avoided.

Zeichnungendrawings

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigenIn the drawings, embodiments of the fuel cell device according to the invention are shown schematically and explained in more detail in the following description. Show it

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung; und 1 a schematic representation of an embodiment of the fuel cell device according to the invention; and

2 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung. 2 a schematic representation of another embodiment of the fuel cell device according to the invention.

Beschreibungdescription

In den Figuren sind die Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung 10 im Wesentlichen nur anodenseitig dargestellt, da im Folgenden vorwiegend anodenseitige Prozesse beschrieben werden.In the figures, the embodiments of the fuel cell device according to the invention 10 shown essentially only on the anode side, since in the following predominantly anode-side processes are described.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung 10 mit einer Brennstoffzelleneinheit 12 und einer Anodenabgasrezirkulation 14. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 zeichnet sich durch einen Anodengasprozessor 16 auf, welcher dazu vorgesehen ist verschiedene Reformierungen während unterschiedlichen Betriebsphasen durchzuführen. Dadurch kann ein Brennstoff bzw. ein Brennstoff-Luft-Gemisch je nach Betriebsphase durch eine bestimmte Reformierung, im Ausführungsbeispiel durch eine Reformierung durch partielle Oxidation und/oder durch Dampfreformierung, prozessiert werden. Die verschiedenen Reformierungen unterscheiden sich voneinander und können je nach Betriebsphase der Brennstoffzellenvorrichtung 10 sowohl zeitlich getrennt voneinander, als auch zeitlich parallel zueinander durchgeführt werden. 1 shows a schematic representation of an embodiment of the fuel cell device according to the invention 10 with a fuel cell unit 12 and an anode exhaust gas recirculation 14 , The fuel cell device 10 characterized by an anode gas processor 16 which is intended to carry out various reforms during different operating phases. As a result, a fuel or a fuel-air mixture depending on the operating phase by a specific reforming, in the embodiment by a reforming by partial oxidation and / or by steam reforming, be processed. The various reforms differ from each other and can vary depending on the operating phase of the fuel cell device 10 both temporally separated from each other, as well as temporally parallel to each other are performed.

Die Brennstoffzelleneinheit 12 umfasst eine Brennstoffzelle 13, welche eine Anode 15, eine Kathode 17 und einen dazwischen angeordneten Elektrolyten 19 aufweist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Brennstoffzelleneinheit 12 eine SOFC-Brennstoffzelle 13. Alternativ ist es aber auch denkbar, dass die Brennstoffzelleneinheit 12 einen Brennstoffzellenstack, also eine Mehrzahl von Brennstoffzellen 13, umfasst.The fuel cell unit 12 includes a fuel cell 13 which is an anode 15 , a cathode 17 and an electrolyte disposed therebetween 19 having. In the exemplary embodiment shown, the fuel cell unit comprises 12 an SOFC fuel cell 13 , Alternatively, it is also conceivable that the fuel cell unit 12 a fuel cell stack, that is, a plurality of fuel cells 13 , includes.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird Erdgas als Brennstoff mit Hilfe einer Brennstoffzufuhr 18, welche ein Bestandteil der Brennstoffzellenvorrichtung 10 ist, zugeführt. Mittels einer Pumpe 20 ist der Brennstoff bzw. das Erdgas dem Anodengasprozessor 16 zuführbar. Der Anodengasprozessor 16 ist strömungstechnisch vor der mindestens einen Brennstoffzelleneinheit 12 geschaltet.In the exemplary embodiment shown, natural gas is used as fuel with the aid of a fuel supply 18 which is a component of the fuel cell device 10 is fed. By means of a pump 20 the fuel or natural gas is the anode gas processor 16 fed. The anode gas processor 16 is fluidically before the at least one fuel cell unit 12 connected.

Darüber hinaus ist eine Sauerstoffzufuhr 22 strömungstechnisch vor dem mindestens einen Anodengasprozessor 16 angeordnet, durch welche dem zugeführten Brennstoff Luft bzw. Sauerstoff zugemischt werden kann. Alternativ ist es aber auch denkbar, dass die Sauerstoffzufuhr 22 so angeordnet ist, dass Sauerstoff direkt dem Anodengasprozessor 16 zugeführt wird.In addition, there is an oxygen supply 22 fluidically before the at least one anode gas processor 16 arranged, through which the supplied fuel, air or oxygen can be added. Alternatively, it is also conceivable that the oxygen supply 22 is arranged so that oxygen directly to the anode gas processor 16 is supplied.

Die Zufuhr des Brennstoffes bzw. des Erdgases wird über ein Ventil 24 geregelt, während die Luft- bzw. Sauerstoffzufuhr über ein weiteres Ventil 26 geregelt wird. Alternativ ist es aber auch denkbar, dass die Zufuhr von Brennstoff bzw. Erdgas und/oder von Luft bzw. Sauerstoff über Gebläse geregelt wird.The supply of fuel or natural gas is via a valve 24 regulated while the air or oxygen supply via another valve 26 is regulated. Alternatively, it is also conceivable that the supply of fuel or natural gas and / or air or oxygen is regulated by blowers.

Der Anodengasprozessor 16 umfasst ein Katalysatormaterial 28, durch welches verschiedene Reformierungen durchgeführt werden können. Im gezeigten Ausführungsbeispiel besteht der Anodengasprozessor 16 aus einer Reaktionskammer 30, welche das Katalysatormaterial 28 enthält. Durch das Einbringen des Katalysatormaterials 28 in den Stoffstrom des Brennstoffes bzw. des Brennstoff-Luft-Gemisches kann sowohl eine Reformierung durch partielle Oxidation als auch eine Dampfreformierung des Brennstoffes bzw. des Brennstoff-Luft-Gemisches erfolgen.The anode gas processor 16 includes a catalyst material 28 through which various reforms can be carried out. In the embodiment shown, there is the anode gas processor 16 from a reaction chamber 30 containing the catalyst material 28 contains. By introducing the catalyst material 28 Both reforming by partial oxidation and steam reforming of the fuel or of the fuel-air mixture can take place in the stream of the fuel or the fuel-air mixture.

Das Katalysatormaterial 28 umfasst mindestens ein Edelmetall. Im gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich dabei um Platin und Rhodium. Das Katalysatormaterial 28 ist aus sich in Strömungsrichtung abwechselnden, wabenartigen Schichten aufgebaut, welche jeweils Platin und Rhodium umfassen. Es ist so in den Anodengasprozessor 16 eingebracht, dass es die Reaktionskammer 30 vollständig ausgefüllt. Durch die wabenartige Struktur des Katalysatormaterials 28 kann der zugeführte Brennstoff den Anodengasprozessor 16 so passieren, dass es stets zu einem Kontakt mit dem Katalysatormaterial 28 kommt und somit eine entsprechende Reformierung des Brennstoffes durchgeführt wird.The catalyst material 28 includes at least one precious metal. In the exemplary embodiment shown, these are platinum and rhodium. The catalyst material 28 is made up of alternating, honeycomb layers in the flow direction, each comprising platinum and rhodium. It's like that in the anode gas processor 16 introduced that it is the reaction chamber 30 completed. Due to the honeycomb structure of the catalyst material 28 the supplied fuel may be the anode gas processor 16 so happen that there is always contact with the catalyst material 28 comes and thus a corresponding reforming of the fuel is carried out.

Alternativ ist es auch denkbar, dass das Katalysatormaterial 28 einen planaren Schichtaufbau aufweist und im Anodengasprozessor an der Innenwand der Reaktionskammer angebracht ist. Der Brennstoff bzw. das Brennstoff-Luft-Gemisch kann dann koaxial, vom Katalysatormaterial 28 umschlossen, den Anodengasprozessor 16 bzw. die Reaktionskammer 30 durchströmen.Alternatively, it is also conceivable that the catalyst material 28 has a planar layer structure and is mounted in the anode gas processor to the inner wall of the reaction chamber. The fuel or the fuel-air mixture can then coaxially, from the catalyst material 28 enclosed, the anode gas processor 16 or the reaction chamber 30 flow through.

Die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung 10 wird so betrieben, dass mittels des Anodengasprozessors 16 verschiedene Reformierungen während unterschiedlichen Betriebsphasen durchgeführt werden, wodurch ein flexibler Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung 10 ermöglicht wird.The fuel cell device according to the invention 10 is operated so that by means of the anode gas processor 16 various reforms during different operating phases are performed, whereby a flexible operation of the fuel cell device 10 is possible.

Vor der Inbetriebnahme der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung 10 befindet sich überwiegend Luft bzw. Sauerstoff in den anodenseitigen Leitungen der Brennstoffzellenvorrichtung 10. Dieser Sauerstoff ist vor allem für die Brennstoffzelleneinheit 12 schädlich, da er zu einer Oxidation derer Komponenten führt. Durch die Möglichkeit verschiedene Reformierungen während unterschiedlichen Betriebsphasen durchzuführen, kann dieser Sauerstoff in einer gewünschten Reformierung, beispielsweise durch partielle Oxidation, unschädlich gemacht werden.Before putting the fuel cell device according to the invention 10 there is predominantly air or oxygen in the anode-side lines of the fuel cell device 10 , This oxygen is mainly for the fuel cell unit 12 harmful because it leads to an oxidation of these components. By being able to carry out various reforms during different operating phases, this oxygen can be rendered harmless in a desired reforming, for example by partial oxidation.

Die verschiedenen Reformierungen werden während den unterschiedlichen Betriebsphasen mit Hilfe des Katalysatormaterials 28 durchgeführt. Somit erübrigt sich der Einbau von zusätzlichen Reformern, welche bei bisher bekannten Brennstoffzellenvorrichtungen 10 eingesetzt werden.The various reforms are during the different phases of operation with the aid of the catalyst material 28 carried out. Thus, the installation of additional reformers, which in previously known fuel cell devices is unnecessary 10 be used.

Erfindungsgemäß wird der Anodengasprozessor 16 bzw. das Katalysatormaterial 28 vor einer Reformierung erwärmt. Im Ausführungsbeispiel wird der Anodengasprozessor 16 bzw. das Katalysatormaterial 28 lokal erwärmt. Dies wird über einen Heizdraht 31 bewerkstelligt, welcher mit dem Katalysatormaterial in Kontakt ist.According to the invention, the anode gas processor 16 or the catalyst material 28 warmed up before reforming. In the embodiment, the anode gas processor 16 or the catalyst material 28 locally heated. This is done via a heating wire 31 accomplished, which is in contact with the catalyst material.

Nachdem der Anodengasprozessor 16 bzw. das Katalysatormaterial 28 auf eine zur Einleitung einer Reformierung durch partielle Oxidation geeignete Betriebstemperatur erwärmt ist, wird der Brennstoffzellenvorrichtung 10 über die Brennstoffzufuhr 18 Brennstoff zugeführt.After the anode gas processor 16 or the catalyst material 28 is heated to a suitable for initiating a reforming by partial oxidation operating temperature, the fuel cell device 10 about the fuel supply 18 Fuel supplied.

Gleichzeitig wird stromaufwärts des mindestens einen Anodengasprozessors 16, anodenseitig Sauerstoff zugeführt. Mittels der Ventile 24, 26 wir das Verhältnis zwischen dem zugeführten Sauerstoff bzw. der Luft und dem Brennstoff bzw. dem Erdgas eingestellt.At the same time, upstream of the at least one anode gas processor 16 , oxygen supplied to the anode side. By means of the valves 24 . 26 We set the ratio between the supplied oxygen or the air and the fuel or natural gas.

Das Brennstoff-Luft-Gemisch wird mittels der Pumpe 20 bis zum Anodengasprozessor 16 befördert. Dort wird während einer ersten Betriebsphase bzw. während der Start-Phase eine Reformierung durch partielle Oxidation durchgeführt. The fuel-air mixture is by means of the pump 20 to the anode gas processor 16 promoted. There is a partial phase oxidation carried out during a first phase of operation or during the start-up phase.

Bei der Reformierung durch partielle Oxidation, welche im Ausführungsbeispiel genau genommen eine katalytische partielle Oxidation (engl. „Catalytic Partial Oxidation“, abgekürzt „CPOX“) darstellt, werden die im Brennstoff enthaltenen Kohlenwasserstoffe an dem Katalysator 28 mit Sauerstoff oxidiert und somit im Wesentlichen zu Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff reformiert. Durch das Katalysatormaterial 28 wird die benötigte Reformierungstemperatur gesenkt. Jedoch ist die Reformierungsreaktion exotherm, wodurch im weiteren Verlauf des Reformierungsprozesses im Anodengasprozessor 16 Temperaturen von ca. 800 °C bis 1200 °C entstehen.In the partial oxidation reforming, which in the exemplary embodiment is in fact a catalytic partial oxidation ("catalytic partial oxidation", abbreviated to "CPOX"), the hydrocarbons contained in the fuel become attached to the catalyst 28 oxidized with oxygen and thus reformed substantially to carbon monoxide and hydrogen. Through the catalyst material 28 the required reforming temperature is lowered. However, the reforming reaction is exothermic, which in the further course of the reforming process in the anode gas processor 16 Temperatures of approx. 800 ° C to 1200 ° C arise.

Anders als bei der Dampfreformierung muss bei der Reformierung durch partielle Oxidation kein Wasser bzw. Wasserdampf zugeführt werden. Für die Reformierung durch partielle Oxidation wird während der ersten Betriebsphase bzw. während der Start-Phase anodenseitig Sauerstoff zugeführt. Mittels der Ventile 24, 26 in der Brennstoffzufuhr 18 und der Sauerstoffzufuhr 22 wird das Sauerstoff-Kohlenstoff-Verhältnis (O/C) des dem Anodengasprozessor 16 zugeführten Brennstoff-Luft-Gemisches so geregelt, dass nach der Reformierung durch partielle Oxidation kein Sauerstoff verbleibt.Unlike steam reforming, water or steam does not have to be supplied during partial oxidation reforming. For the partial oxidation reforming, oxygen is supplied on the anode side during the first operating phase or during the start phase. By means of the valves 24 . 26 in the fuel supply 18 and the oxygen supply 22 becomes the oxygen-carbon ratio (O / C) of the anode gas processor 16 supplied fuel-air mixture regulated so that after the reforming by partial oxidation no oxygen remains.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Sauerstoff-Kohlenstoff-Verhältnis (O/C) während der Start-Phase auf einen Wert von ca. 1,2 geregelt. So kann sichergestellt werden, dass es zu keinen nennenswerten Kohlenstoffablagerungen kommt. Alternativ ist es aber auch denkbar, dass das Sauerstoff-Kohlenstoff-Verhältnis über eine λ-Regelung geregelt wird.In the illustrated embodiment, the oxygen-to-carbon ratio (O / C) is controlled during the start-up phase to a value of about 1.2. This ensures that there are no significant carbon deposits. Alternatively, it is also conceivable that the oxygen-carbon ratio is controlled by a λ-control.

Zudem wird die Luft bzw. der Sauerstoff, welcher vor der Inbetriebnahme der Brennstoffzellenvorrichtung 10 anodenseitig in den Leitungen der Brennstoffzellenvorrichtung 10 vorhanden ist, für die partielle Oxidation verwendet und somit für die Komponenten der Brennstoffzelleneinheit 12 ebenfalls unschädlich gemacht.In addition, the air or the oxygen, which before starting the fuel cell device 10 on the anode side in the lines of the fuel cell device 10 is present, used for the partial oxidation and thus for the components of the fuel cell unit 12 also rendered harmless.

Nach der Reformierung des Brennstoff-Luft-Gemisches in dem Anodengasprozessor 18 strömt das gewonnene Reformat durch einen Wärmetauscher 32. Anschließend wird das Reformat der Brennstoffzelleneinheit 12 anodenseitig zugeführt, wobei die Brennstoffzelleneinheit 12 durch die hohe Temperatur des Reformats aufgewärmt wird. After reforming the fuel-air mixture in the anode gas processor 18 the recovered reformate flows through a heat exchanger 32 , Subsequently, the reformate of the fuel cell unit 12 supplied on the anode side, wherein the fuel cell unit 12 is warmed up by the high temperature of the reformate.

Nach Verlassen der Brennstoffzelleneinheit 12 wird das Reformat über die Anodenabgasrezirkulation 14 den Stoffen stromabwärts der Pumpe 20 und des Anodenabgasprozessors 16 wieder zugeführt.After leaving the fuel cell unit 12 the reformate is via the anode exhaust gas recirculation 14 the substances downstream of the pump 20 and the anode exhaust gas processor 16 fed again.

Das Reformat passiert während der Rückführung durch die Anodenabgasrezirkulation 14 den Wärmetauscher 32, welcher Stromabwärts des Anodengasprozessors 16 angeordnet ist, und einen weiteren Wärmetauscher 38, welcher stromaufwärts des Anodengasprozessors angeordnet ist. Durch den Wärmetauscher 32 erfolgt ein Wärmeabgleich zwischen dem Reformat, welches die Brennstoffzelleneinheit 12 verlässt, und dem Reformat, welches der Brennstoffzelleneinheit zugeführt wird. Durch den weiteren Wärmetauscher 38 wird der Stoffstrom, welcher dem Anodengasprozessor 16 zugeführt wird, vorgewärmt.The reformate passes during recycling by the anode exhaust gas recirculation 14 the heat exchanger 32 , which downstream of the anode gas processor 16 is arranged, and another heat exchanger 38 , which is located upstream of the anode gas processor. Through the heat exchanger 32 a heat balance between the reformate, which the fuel cell unit 12 leaves, and the reformate, which is supplied to the fuel cell unit. Through the further heat exchanger 38 becomes the material stream which is the anode gas processor 16 is fed, preheated.

Sobald die Brennstoffzelleneinheit 12 eine ausreichende Betriebstemperatur von ca. 500 °C bis 800 °C aufweist, wird der im Reformat enthaltene Wasserstoff unter Erzeugung von Strom und Wärme elektrochemisch umgesetzt und es wird in einer zweiten Betriebsphase, einer Übergangsphase, eine Reformierung durch partielle Oxidation und eine Dampfreformierung durchgeführt. Da eine Dampfreformierung endotherm abläuft, während eine partielle Oxidation exotherm abläuft, herrscht in dieser Übergangsphase eine gegenüber der Start-Phase im Mittel abgesenkte Temperatur.Once the fuel cell unit 12 has a sufficient operating temperature of about 500 ° C to 800 ° C, the hydrogen contained in the reformate is electrochemically reacted to generate electricity and heat and it is carried out in a second phase of operation, a transition phase, a partial oxidation reforming and steam reforming. Since steam reforming takes place endothermally, while a partial oxidation proceeds exothermically, in this transition phase there is a lower temperature than the start phase on average.

Für die Umsetzung des im Reformat enthaltenen Wasserstoffs wird der Brennstoffzelleneinheit 12 gleichzeitig über eine Luftzufuhrleitung 34 kathodenseitig Luft bzw. Sauerstoff zugeführt.For the implementation of the hydrogen contained in the reformate of the fuel cell unit 12 simultaneously via an air supply line 34 supplied on the cathode side air or oxygen.

Bei der Umsetzung des Reformats in der Brennstoffzelleneinheit 12 entsteht Abgas, welches im Wesentlichen Wasser, Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid enthält. Das Abgas verlässt die Brennstoffzelleneinheit 12 über die Anodenabgasrezirkulation 14 und wird wiederum den Stoffen stromaufwärts der Pumpe 20 und des Anodengasprozessors 16 zugeführt. Die der Brennstoffzelleneinheit 12 kathodenseitig zugeführte Luft wird über eine Luftabführleitung 36 abgeführt.In the implementation of the reformate in the fuel cell unit 12 Exhaust gas is generated which essentially contains water, carbon monoxide and carbon dioxide. The exhaust gas leaves the fuel cell unit 12 via the anode exhaust gas recirculation 14 and in turn becomes the substances upstream of the pump 20 and the anode gas processor 16 fed. The fuel cell unit 12 The air supplied on the cathode side is via an air discharge line 36 dissipated.

Das Abgas passiert während der Rückführung durch die Anodenabgasrezirkulation 14 ebenfalls den Wärmetauscher 32 und den weiteren Wärmetauscher 38. Durch den Wärmetauscher 32 erfolgt ein Wärmeabgleich zwischen dem Abgas, welches die Brennstoffzelleneinheit 12 verlässt, und dem Reformat, welches der Brennstoffzelleneinheit zugeführt wird. Durch den weiteren Wärmetauscher 38 wird der Stoffstrom, welcher dem Anodengasprozessor 16 zugeführt wird, weiterhin vorgewärmt.The exhaust gas passes through the anode exhaust gas recirculation during the recirculation 14 also the heat exchanger 32 and the other heat exchanger 38 , Through the heat exchanger 32 a heat balance between the exhaust gas, which is the fuel cell unit 12 leaves, and the reformate, which is supplied to the fuel cell unit. Through the further heat exchanger 38 becomes the material stream which is the anode gas processor 16 is fed, still preheated.

In der zweiten Betriebsphase bzw. der Übergangsphase erhöht sich die Stromerzeugung in der Brennstoffzelleneinheit 12 und es diffundiert vermehrt Sauerstoff von der Kathode 17 zur Anode 15, wodurch wiederum vermehrt Wasser entsteht. Entsprechend in der zweiten Betriebsphase bzw. der Übergangsphase anodenseitig Sauerstoff in Abhängigkeit von der Stromerzeugung der Brennstoffzelleneinheit 12 zugeführt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Menge des durch die Sauerstoffzufuhr 22 zugeführten Sauerstoffs in proportionaler Abhängigkeit zu der sich erhöhenden Stromerzeugung der Brennstoffzelleneinheit 12 reduziert. Im Wesentlichen handelt es sich hierbei um eine kontinuierliche Anpassung der Menge des durch die Sauerstoffzufuhr 22 zugeführten Sauerstoffs.In the second operating phase or the transition phase, the power generation increases in the fuel cell unit 12 and it diffuses more oxygen from the cathode 17 to the anode 15 , which in turn causes more water. Accordingly, in the second operating phase or the transition phase, anode-side oxygen as a function of the power generation of the fuel cell unit 12 fed. In the embodiment shown, the amount of the oxygen supply 22 supplied oxygen in proportional dependence on the increasing power generation of the fuel cell unit 12 reduced. Essentially, this is a continuous adjustment of the amount of oxygen supply 22 supplied oxygen.

Alternativ ist es aber auch denkbar, dass die Menge des durch die Sauerstoffzufuhr 22 zugeführten Sauerstoffs stufenweise reguliert wird.Alternatively, it is also conceivable that the amount of the oxygen supply 22 supplied oxygen is gradually regulated.

Sobald in der Brennstoffzelleneinheit 12 eine ausreichende Menge an Wasser erzeugt wird, welches für eine Dampfreformierung im Anodengasprozessor 16 über die Anodenabgasrezirkulation 14 zurückgeführt werden kann, bzw. eine entsprechende Menge an Sauerstoff von der Kathode 17 zur Anode 15 diffundiert, wird während einer dritten Betriebsphase, d.h. während des Normalbetriebs, ausschließlich eine Dampfreformierung durchgeführt.Once in the fuel cell unit 12 a sufficient amount of water is generated, which is for steam reforming in the anode gas processor 16 via the anode exhaust gas recirculation 14 can be returned, or a corresponding amount of oxygen from the cathode 17 to the anode 15 diffused, during a third phase of operation, ie during normal operation, only a steam reforming is performed.

Die Dampfreformierung läuft bei einer Reformierungstemperatur von ca. 500 °C bis 550 °C ab. Durch die Anodenabgasrezirkulation 14 wird Wasserdampf für die Dampfreformierung rückgeführt, wodurch keine zusätzliche, externe Wasserzufuhr benötigt wird. Im Normalbetrieb werden durch die Anodenabgasrezirkulation 14 ca. 60 % bis 75 % des Anodenabgaseses rezirkuliert. Die entsprechende Rezirkulationsrate wird durch die Pumpe 20 reguliert.The steam reforming takes place at a reforming temperature of about 500 ° C to 550 ° C. By the anode exhaust gas recirculation 14 Steam is recycled for steam reforming, eliminating the need for additional external water supply. In normal operation, by the anode exhaust gas recirculation 14 about 60% to 75% of the anode exhaust gas recirculated. The corresponding recirculation rate is determined by the pump 20 regulated.

Im Normalbetrieb ist in der Brennstoffzellenvorrichtung 10 anodenseitig kein freier Sauerstoff mehr vorhanden, welcher zu einer schädlichen Oxidation der Komponenten in der Brennstoffzelleneinheit 12 führen kann. Zudem ist eine ausreichende Wasserstoffbereitstellung durch Dampfreformierung vorhanden. So wird der Brennstoffzellenvorrichtung 10 während der dritten Betriebsphase bzw. des Normalbetriebs anodenseitig gezielt auch kein Sauerstoff mehr zugeführt, wodurch auch eine Reformierung durch partielle Oxidation unterbunden wird.In normal operation is in the fuel cell device 10 anode side no more free oxygen present, resulting in a harmful oxidation of the components in the fuel cell unit 12 can lead. In addition, there is sufficient hydrogen supply by steam reforming. So will the fuel cell device 10 During the third phase of operation or normal operation, on the anode side, no more oxygen is selectively supplied, as a result of which reforming by partial oxidation is also prevented.

Unter einem Normalbetrieb ist der planmäßige Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung 10 bei üblicher Beanspruchung zu verstehen. Vor allem ist die Brennstoffzellenvorrichtung 10 im Normalbetrieb auch in der Lage den maximal möglichen Wirkungsgrad zu erreichen. Under normal operation is the scheduled operation of the fuel cell device 10 Under normal stress to understand. Above all, the fuel cell device 10 in normal operation also able to achieve the maximum possible efficiency.

Zusammenfassend wird die Brennstoffzellenvorrichtung 10 durch das erfindungsgemäße Verfahren wie folgt betrieben bzw. hochgefahren. Das Katalysatormaterial 28 wird vor einer Reformierung erwärmt. Daraufhin wird der Brennstoffzellenvorrichtung 10 während der Start-Phase sowohl Brennstoff mittels der Brennstoffzufuhr 18 als auch Sauerstoff mittels der Sauerstoffzufuhr 22 zugeführt, woraufhin eine Reformierung des Brennstoff-Luft-Gemisches durch partielle Oxidation im Anodengasprozessor 16 durchgeführt wird. Während der Start-Phase wird das Sauerstoff-Kohlenstoff-Verhältnis (O/C) mit Hilfe der Ventile 24, 26 auf einen Wert von 1,2 geregelt. Zudem werden die entsprechenden, in der Brennstoffzelleneinheit 10 anodenseitig enthaltenen Stoffe, mit Hilfe der Anodenabgasrezirkulation 14 und der Pumpe 20 rezirkuliert, wodurch unter anderem die Brennstoffzelleneinheit 12, mit der durch die Reformierung durch partielle Oxidation entstehenden Wärme, erwärmt wird. Ist die Brennstoffzelleneinheit auf eine ausreichend hohe Temperatur erwärmt, so wird Wasserstoff unter Erzeugung von Strom und Wämre in der Brennstoffzelleneinheit 12 umgesetzt und es die Übergangsphase eingeleitet. In der Übergangsphase wird sowohl eine Reformierung durch partielle Oxidation, als auch eine Dampfreformierung durchgeführt. Während dieser Übergangsphase wird die Menge des mittels der Sauerstoffzufuhr 22 zugeführten Sauerstoffs in proportionaler Abhängigkeit von der Stromerzeugung der Brennstoffzelleneinheit 12 reduziert, wodurch die Durchführung an Dampfreformierung im Verhältnis zur Reformierung durch partielle Oxidation zunimmt. Wird schließlich eine für einen Normalbetrieb ausreichende Menge an Wasser in der Brennstoffzelleneinheit 12 erzeugt bzw. wird ausreichen Sauerstoff an der Brennstoffzelleneinheit 12 von der Kathode 17 zur Anode 15 diffundiert, so wird die Zufuhr an Sauerstoff unterbunden und der Normalbetrieb ist erreicht. Während des Normalbetriebs wird dann kein Sauerstoff mehr zugeführt und ausschließlich eine Dampfreformierung durchgeführt.In summary, the fuel cell device becomes 10 operated or started up by the method according to the invention as follows. The catalyst material 28 is heated before reforming. Thereafter, the fuel cell device becomes 10 during the start-up phase both fuel by means of the fuel supply 18 as well as oxygen by means of the oxygen supply 22 followed by a reforming of the fuel-air mixture by partial oxidation in the anode gas processor 16 is carried out. During the start-up phase, the oxygen-to-carbon ratio (O / C) is calculated using the valves 24 . 26 regulated to a value of 1.2. In addition, the corresponding, in the fuel cell unit 10 substances contained on the anode side, with the help of anode exhaust gas recirculation 14 and the pump 20 which recirculates, among other things, the fuel cell unit 12 , with which by the reforming by partial oxidation resulting heat, is heated. When the fuel cell unit is heated to a sufficiently high temperature, hydrogen is generated to generate electricity and heat in the fuel cell unit 12 implemented and it initiated the transition phase. In the transition phase, both partial oxidation reforming and steam reforming are carried out. During this transitional phase, the amount of oxygen is added 22 supplied oxygen in proportional dependence on the power generation of the fuel cell unit 12 reduced, whereby the implementation of steam reforming in proportion to the reforming by partial oxidation increases. Finally, a sufficient amount of water in the fuel cell unit for normal operation 12 generates or will suffice oxygen at the fuel cell unit 12 from the cathode 17 to the anode 15 diffused, the supply of oxygen is suppressed and the normal operation is reached. During normal operation then no more oxygen is supplied and carried out only a steam reforming.

Ferner ist an der Anodenabgasrezirkulationsleitung 14 eine Abgasleitung 40 angebracht, durch welche ein Teil des Anodenabgases abgegriffen und aus der Brennstoffzellenvorrichtung 10 abgeführt wird.Further, on the anode exhaust gas recirculation line 14 an exhaust pipe 40 mounted, through which a part of the anode exhaust gas and tapped from the fuel cell device 10 is dissipated.

In 2 ist eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung 10 gezeigt. Im Vergleich zu der in 1 gezeigten Ausführungsform ist eine weitere Sauerstoffzufuhr 42 angeordnet. In 2 is a schematic representation of another embodiment of the fuel cell device according to the invention 10 shown. Compared to the in 1 shown embodiment is another oxygen supply 42 arranged.

Mittels der weiteren Sauerstoffzufuhr 42 wird mindestens ein Reformat gekühlt, welches durch eine Reformierung, während einer der Betriebsphasen, entsteht.By means of the further oxygen supply 42 At least one reformate is cooled, which is formed by a reforming, during one of the operating phases.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Kühlung des Reformats mit Hilfe eines zusätzlichen Wärmetauschers 44 ermöglicht, welcher stromabwärts des Anodengasprozessors 16 und stromaufwärts der Brennstoffzelleneinheit 12 angeordnet ist.In the illustrated embodiment, the cooling of the reformate by means of an additional heat exchanger 44 allows which downstream of the anode gas processor 16 and upstream of the fuel cell unit 12 is arranged.

Die Menge des über die weitere Sauerstoffzufuhr 42 zugeführten Sauerstoffs wird über ein weiteres Ventil 46 geregelt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird Sauerstoff mittels der weiteren Sauerstoffzufuhr 42 während der ersten Betriebsphase bzw. während der Start-Phase zugeführt. Dadurch wird das Reformat gekühlt welches während der Reformierung durch partielle Oxidation entsteht und eine hohe Temperatur von ca. 800 °C bis 1200°C aufweist. Durch die Abkühlung dieses Reformats wird vermieden, dass durch die hohe Temperatur Schäden in der Brennstoffzelleneinheit 12 entstehen.The amount of over the further oxygen supply 42 supplied oxygen is via another valve 46 regulated. In the exemplary embodiment shown, oxygen is produced by means of the further supply of oxygen 42 supplied during the first phase of operation or during the start phase. As a result, the reformate is cooled, which is formed by partial oxidation during the reforming and has a high temperature of about 800 ° C to 1200 ° C. By cooling this reformate is avoided that caused by the high temperature damage in the fuel cell unit 12 arise.

Während der zweiten Betriebsphase bzw. während der Übergangsphase wird die Menge des durch die weitere Sauerstoffzufuhr 42 zugeführten Sauerstoffs reduziert. Sie wird in Abhängigkeit der Stromerzeugung der Brennstoffzelleneinheit 12 reduziert. Somit wird die Menge des durch die weitere Sauerstoffzufuhr 42 zugeführten Sauerstoffs an die während der Übergangsphase abnehmende Reformierung durch partielle Oxidation angepasst, welche wiederum durch die Menge des über die Sauerstoffzufuhr 22 zugeführten Sauerstoffs beeinflusst wird.During the second phase of operation or during the transition phase, the amount of the additional oxygen supply 42 supplied oxygen reduced. It becomes dependent on the power generation of the fuel cell unit 12 reduced. Thus, the amount of the additional oxygen supply 42 supplied oxygen adapted to the decreasing during the transition phase reforming by partial oxidation, which in turn by the amount of the oxygen supply 22 supplied oxygen is influenced.

Alternativ ist es auch denkbar, dass die Sauerstoffzufuhr 22 und die weitere Sauerstoffzufuhr 40 über ein gemeinsames Ventil geregelt werden.Alternatively, it is also conceivable that the oxygen supply 22 and the further supply of oxygen 40 be controlled by a common valve.

Während der dritten Betriebsphase bzw. während des Normalbetriebs wird kein Sauerstoff über die weitere Sauerstoffzufuhr 42 zugeführt, da im Normalbetrieb ausschließlich eine Dampfreformierung durchgeführt wird, welche im Vergleich zur Reformierung durch partielle Oxidation eine geringere Reformierungstemperatur aufweist. Daher ist keine Abkühlung des Reformats notwendig.During the third phase of operation or during normal operation, no oxygen is produced via the further supply of oxygen 42 fed, since in normal operation only a steam reforming is performed, which has a lower reforming temperature compared to reforming by partial oxidation. Therefore, no cooling of the reformate is necessary.

Des Weiteren ist in 2 die Abgasleitung 40 so ausgeführt, dass mittels eines weiteren Wärmetauschers 48 die Luft, welche der Brennstoffzelleneinheit 12 kathodenseitig über die Luftzufuhrleitung 34 zugeführt wird, durch das in der Abgasleitung 40 enthaltene Abgas erwärmt wird. Durch die erwärmte Luft wiederum wird die Brennstoffzelleneinheit 12 zusätzlich kathodenseitig erwärmt.Furthermore, in 2 the exhaust pipe 40 designed so that by means of another heat exchanger 48 the air, which the fuel cell unit 12 on the cathode side via the air supply line 34 is fed through, in the exhaust pipe 40 contained exhaust gas is heated. The heated air in turn turns the fuel cell unit 12 additionally heated on the cathode side.

In einem alternativen Ausführungsbeispiel, welches von den Figuren ausgeht, jedoch nicht bildlich dargestellt ist, wird die Menge des über die Sauerstoffzufuhr 22 und/oder die weitere Sauerstoffzufuhr 42 zugeführten Sauerstoffs zumindest nicht ausschließlich in Abhängigkeit der Stromerzeugung der Brennstoffzelleneinheit 12 reguliert, sondern in Abhängigkeit einer anderen physikalischen Größe, wie beispielsweise einer Temperatur, einer Stoffzusammensetzung und/oder einem Feuchtigkeitsgehalt. Entsprechende Größen können an verschiedenen Stellen der Brennstoffzellenvorrichtung 10 ermittelt werden. So könnte beispielsweise die Temperatur des Reformats durch einen Temperatursensor stromabwärts des Anodengasprozessors 16 und stromaufwärts der Brennstoffzelleneinheit 12 und/oder die Stoffzusammensetzung des Reformats durch einen entsprechenden Sensor stromabwärts des Anodengasprozessors 16 und stromaufwärts der Brennstoffzelleneinheit 12 und/oder der Feuchtigkeitsgehalt im Abgas durch einen Feuchtesensor in der Anodenabgasrezirkulationsleitung 14 ermittelt werden.In an alternative embodiment, which starts from the figures, but not pictured is the amount of oxygen over the supply 22 and / or the further supply of oxygen 42 supplied oxygen, at least not exclusively depending on the power generation of the fuel cell unit 12 but depending on another physical quantity, such as a temperature, a composition of matter and / or a moisture content. Corresponding quantities can be at different locations of the fuel cell device 10 be determined. For example, the temperature of the reformate could be controlled by a temperature sensor downstream of the anode gas processor 16 and upstream of the fuel cell unit 12 and / or the composition of matter of the reformate by a corresponding sensor downstream of the anode gas processor 16 and upstream of the fuel cell unit 12 and / or the moisture content in the exhaust gas through a humidity sensor in the anode exhaust gas recirculation line 14 be determined.

In einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel, welches von den Figuren ausgeht, ist es denkbar, dass die erste, die zweite und die dritte Betriebsphase nicht nacheinander, sondern unabhängig voneinander zu verschiedenen Zeiten während des Betriebs der Brennstoffzellenvorrichtung 10 erfolgen. Ferner ist es denkbar, dass weitere Betriebsphasen mit ggf. weiteren Reformierungen bzw. Reformierungsarten erfolgen.In a further alternative embodiment, which proceeds from the figures, it is conceivable that the first, the second and the third phase of operation not successively but independently at different times during operation of the fuel cell device 10 respectively. Furthermore, it is conceivable that further operating phases take place with possibly further reforms or types of reforming.

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  • DE 1393804 A1 [0002] DE 1393804 A1 [0002]

Claims (16)

Brennstoffzellenvorrichtung (10) mit mindestens einer Brennstoffzelleneinheit (12) und mindestens einer Anodenabgasrezirkulation (14), gekennzeichnet durch mindestens einen Anodengasprozessor (16), welcher dazu vorgesehen ist verschiedene Reformierungen während unterschiedlichen Betriebsphasen durchzuführen.Fuel cell device ( 10 ) with at least one fuel cell unit ( 12 ) and at least one anode exhaust gas recirculation ( 14 ), characterized by at least one anode gas processor ( 16 ), which is intended to perform various reforms during different operating phases. Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Anodengasprozessor (16) strömungstechnisch vor der mindestens einen Brennstoffzelleneinheit (12) geschaltet ist.Fuel cell device ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the at least one anode gas processor ( 16 ) fluidically before the at least one fuel cell unit ( 12 ) is switched. Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Sauerstoffzufuhr (22) strömungstechnisch vor dem mindestens einen Anodengasprozessor (16) angeordnet ist.Fuel cell device ( 10 ) according to one of claims 1 or 2, characterized in that at least one oxygen supply ( 22 ) fluidically before the at least one anode gas processor ( 16 ) is arranged. Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Anodengasprozessor (16) ein Katalysatormaterial (28) umfasst.Fuel cell device ( 10 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the at least one anode gas processor ( 16 ) a catalyst material ( 28 ). Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Katalysatormaterial (28) mindestens ein Edelmetall, insbesondere Platin und/oder Rhodium, umfasst.Fuel cell device ( 10 ) according to claim 4, characterized in that the catalyst material ( 28 ) comprises at least one precious metal, in particular platinum and / or rhodium. Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung (10), insbesondere einer Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mindestens einer Brennstoffzelleneinheit (12) und mindestens einer Anodenabgasrezirkulation (14), dadurch gekennzeichnet, dass mittels mindestens eines Anodengasprozessors (16) verschiedene Reformierungen während unterschiedlichen Betriebsphasen durchgeführt werden. Method for operating a fuel cell device ( 10 ), in particular a fuel cell device ( 10 ) according to one of the preceding claims, with at least one fuel cell unit ( 12 ) and at least one anode exhaust gas recirculation ( 14 ), characterized in that by means of at least one anode gas processor ( 16 ) various reforms during different operating phases are performed. Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Reformierungen während den unterschiedlichen Betriebsphasen mit Hilfe eines Katalysatormaterials (28) durchgeführt werden.Method for operating a fuel cell device ( 10 ) according to claim 6, characterized in that the various reforms during the different phases of operation with the aid of a catalyst material ( 28 ) be performed. Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Anodengasprozessor (16), insbesondere das Katalysatormaterial (28), vor einer Reformierung, vorzugsweise lokal, erwärmt wird.Method for operating a fuel cell device ( 10 ) according to one of claims 6 or 7, characterized in that the anode gas processor ( 16 ), in particular the catalyst material ( 28 ), before reforming, preferably locally. Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts des mindestens einen Anodengasprozessors (16) anodenseitig Sauerstoff zugeführt wird.Method for operating a fuel cell device ( 10 ) according to one of claims 6 to 8, characterized in that upstream of the at least one anode gas processor ( 16 ) is supplied on the anode side oxygen. Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass während einer ersten Betriebsphase, insbesondere einer Start-Phase, eine Reformierung durch partielle Oxidation durchgeführt wird.Method for operating a fuel cell device ( 10 ) according to one of claims 6 to 9, characterized in that during a first operating phase, in particular a start-phase, a reforming by partial oxidation is carried out. Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass während der ersten Betriebsphase anodenseitig Sauerstoff zugeführt wird.Method for operating a fuel cell device ( 10 ) according to claim 10, characterized in that during the first phase of operation oxygen is supplied on the anode side. Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass während einer zweiten Betriebsphase, insbesondere einer Übergangsphase, eine Reformierung durch partielle Oxidation und eine Dampfreformierung durchgeführt wird.Method for operating a fuel cell device ( 10 ) according to one of claims 6 to 11, characterized in that during a second operating phase, in particular a transition phase, a reforming by partial oxidation and steam reforming is performed. Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass während der zweiten Betriebsphase anodenseitig Sauerstoff in Abhängigkeit, insbesondere in proportionaler Abhängigkeit, von der Stromerzeugung der Brennstoffzelleneinheit (12) zugeführt wird. Method for operating a fuel cell device ( 10 ) according to claim 12, characterized in that during the second operating phase on the anode side oxygen as a function, in particular in a proportional dependence, of the power generation of the fuel cell unit ( 12 ) is supplied. Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass während einer dritten Betriebsphase, insbesondere eines Normalbetriebs, eine Dampfreformierung durchgeführt wird.Method for operating a fuel cell device ( 10 ) according to one of claims 6 to 13, characterized in that during a third phase of operation, in particular a normal operation, a steam reforming is performed. Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass während der dritten Betriebsphase anodenseitig kein Sauerstoff zugeführt wird.Method for operating a fuel cell device ( 10 ) according to claim 14, characterized in that during the third phase of operation, no oxygen is supplied on the anode side. Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mittels mindestens einer weiteren Sauerstoffzufuhr (42) mindestens ein Reformat gekühlt wird.Method for operating a fuel cell device ( 10 ) according to any one of claims 6 to 15, characterized in that by means of at least one further oxygen supply ( 42 ) at least one reformate is cooled.
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