DE102019133717B4 - Integrierte Hocheffizienz-Brennstoffzellenstapelanordnung - Google Patents

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Abstract

Integrierte Hocheffizienz-Brennstoffzellenstapelanordnung umfassend- einen Dampfreformer-Wärmeübertrager (3);- einen Reformer für die CPOX-Reaktion;- einen ersten mit CPOX-Reformat betriebenen Brennstoffzellenstapel (1);- einen zweiten mit Dampfreformat betriebenen Brennstoffzellenstapel (2); wobei der Dampfreformer-Wärmeübertrager (3) zwischen den beiden Brennstoffzellenstapeln (1, 2) angeordnet ist und eine Abgasführung vom ersten Brennstoffzellenstapel (11) zum zweiten Brennstoffzellenstapel (2) vorgesehen ist, wobei der Dampfreformer-Wärmeübertrager (3) und die beiden Brennstoffzellenstapel in einer gemeinsamen Stapelanordnung angeordnet sind dadurch gekennzeichnet, dass der Reformer für die CPOX-Reaktion als Wärmeübertrager ausgestaltet ist und CPOX-Reformer-Wärmeübertrager (9) und Dampfreformer-Wärmeübertrager (3) ineinander integriert in Form eines integrierten Wärmeübertragers (10), in welchem CPOX- und Dampfreformierungsabschnitte übereinandergestapelt sind, ausgebildet sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine integrierte Hocheffizienz-Brennstoffzellenstapelanordnung umfassend einen Dampfreformer-Wärmeübertrager, einen Reformer für die CPOX-Reaktion, einen ersten mit CPOX-Reformat betriebenen Brennstoffzellenstapel und einen zweiten mit Dampfreformat betriebenen Brennstoffzellenstapel, wobei der Dampfreformer-Wärmeübertrager zwischen den beiden Brennstoffzellenstapeln angeordnet ist und eine Abgasführung vom ersten Brennstoffzellenstapel zum zweiten Brennstoffzellenstapel vorgesehen ist.
  • Brennstoffzellensysteme als Systeme zur Umwandlung chemischer Energie in elektrische Energie zur Erzeugung von Strom sind weithin bekannt. Zentraler Bestandteil eines Brennstoffzellensystems ist zumindest ein Brennstoffzellenstapel. Neben den Brennstoffzellenstapeln enthalten Brennstoffzellensysteme weitere Bestandteile wie Reformer, Wärmeübertrager, Nachverbrenner und auch die Leistungselektronik, die notwendig sind, um ein Brennstoffzellensystem zu betreiben.
  • Der Betrieb von Brennstoffzellensystemen ist aus dem Stand der Technik bekannt. Für einen möglichst einfachen, effektiven und platzsparenden Betrieb der Brennstoffzellensysteme, wurden verschiedene Ansätze gefunden und dementsprechende Anordnungen realisiert. Es sind erste Veröffentlichungen zur direkten Kombination von einzelnen sich in einem Brennstoffzellensystem befindlichen Bauteilen und auch die dementsprechend angepassten Betriebsverfahren vorhanden.
  • So gibt es Offgrid-Geräte bei denen der Reformer für die CPOX-Reaktion den Brennstoffzellenstapeln in der Brenngaszuleitung vorgeschaltet ist und auch Veröffentlichungen zu einer kompakten Integration des Reformers für die CPOX-Reaktion in die unmittelbare Brenngaszuführung des Brennstoffzellenstapels.
  • Die Druckschrift DE 10 2008 033 986 A1 offenbart zudem ein Brennstoffzellensystem mit einem ersten exotherm betriebenen Brennstoffzellenstapel und einem zweiten nicht exotherm betriebenen Brennstoffzellenstapel, wobei dem zweiten Brennstoffzellenstapel Wassermoleküle enthaltendes Anodenabgas des ersten Brennstoffzellenstapel zuführbar ist und wobei über eine Zuleitung dem Anodenabgas Kohlenwasserstoffe beimischbar sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Anodenabgas des ersten Brennstoffzellenstapels dem zweiten Brennstoffzellenstapel ungekühlt zuführbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenstapels.
  • Aus der Druckschrift EP 1 602 141 B1 ist ein Hochtemperatur-Brennstoffzellensystem umfassend einen Hochtemperatur-Brennstoffzellenstapel sowie weitere damit in Zusammenhang stehende Bauteile, nämlich einen Nachverbrenner, einen Reformer und einen Wärmetauscher, wobei diese Bauteile jeweils eine sehr kompakte Bauart aufweisen, bekannt.
  • Die Probleme im Stand der Technik sind im Wesentlichen, dass beispielsweise die Offgrid-Geräte sowie die Geräte mit einer kompakten Integration des Reformers für die CPOX-Reaktion aufgrund eines reinen CPOX-Betriebs nur einen geringen elektrischen Wirkungsgrad aufweisen.
  • Bei der Nutzung des Abgases aus einem ersten Brennstoffzellenstapel in einem zweiten Brennstoffzellenstapel unter Zumischung von Kohlenwasserstoffen wie in Druckschrift DE 10 2008 033 986 A1 beschrieben ergeben sich verschiedene Nachteile. Da sich beide Brennstoffzellenstapel in getrennten Einhausungen befinden, liegt nur eine geringe thermische Kopplung der beiden Brennstoffzellenstapel vor. Die bei der CPOX-Reaktion mit höherem Lambda freiwerdende Wärme wird nicht für die endotherme Dampfreformierung genutzt. Beide Brennstoffzellenstapel haben komplett getrennte elektrische Anschlüsse. Hierdurch ist eine aufwendige Leistungselektronik bedingt, da pro Brennstoffzellenstapel eine eigene Leistungselektronik benötigt wird. Da viele voneinander getrennte Bauteile vorliegen, sind hohe Investitionskosten sowie ein hoher Platzbedarf durch die einzelnen Bauteile und die zugehörige Verrohrung sowie der damit verbundenen Notwendigkeit von Schüttdämmungen und deren Einhausung erforderlich.
  • JP 2007/103 343 A betrifft eine schichtweise aufgebaute Brennstoffzellenstapelanordnung. Die Brennstoffzellenanordnung besteht aus einer Zelle 1 und einem Separator, in dem der Brennstoffpfad und das Oxidationsmittel fließt. Ein interner Reformer mit einem Katalysator ist zwischen zwei Brennstoffzellen angeordnet. Weiteren Stand der Technik bildet die Druckschrift JP 2004 - 22 380 A .
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein effizientes und kompaktes Brennstoffzellensystem mit einer thermischen Kopplung der Brennstoffzellenstapel und mit einem hohen elektrischen Wirkungsgrad bereitzustellen.
  • Gelöst wird diese Aufgabe mit einer integrierten Hocheffizienz-Brennstoffzellenstapelanordnung gemäß Hauptanspruch.
  • Die integrierte Hocheffizienz-Brennstoffzellenstapelanordnung umfasst einen Dampfreformer-Wärmeübertrager, einen Reformer für die CPOX-Reaktion, einen ersten mit CPOX-Reformat betriebenen Brennstoffzellenstapel und einen zweiten mit Dampfreformat betriebenen Brennstoffzellenstapel, wobei der Dampfreformer-Wärmeübertrager zwischen den beiden Brennstoffzellenstapeln angeordnet ist und eine Abgasführung vom ersten Brennstoffzellenstapel zum zweiten Brennstoffzellenstapel vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfreformer-Wärmeübertrager und die beiden Brennstoffzellenstapel in einer gemeinsamen Stapelanordnung angeordnet sind. Durch die gemeinsame Stapelanordnung der beiden Brennstoffzellenstapel und des Dampfreformer-Wärmeübertragers können diese miteinander thermisch gekoppelt werden und auch der Platzbedarf und somit die Investitionskosten sinken.
  • Der Reformer für die CPOX-Reaktion ist erfindungsgemäß als Wärmeübertrager ausgestaltet und mit dem Dampfreformer-Wärmeübertrager zusammen zwischen den beiden Brennstoffzellenstapeln angeordnet. Zudem sind CPOX-Reformer- Wärmeträger und Dampfreformer-Wärmeübertrager ineinander integriert in Form eines integrierten Wärmeübertragers ausgebildet, in welchem CPOX- und Dampfreformierungsabschnitte übereinandergestapelt sind. Dies ermöglicht die Nutzung der Abwärme der CPOX-Reformierung mit erhöhtem Lambda zur Speisung der endothermen Dampfreformierung. Eine wärmemengenneutrale Gesamtreformierung ist bei entsprechender Auslegung möglich.
  • Dadurch, dass die Brenngaszuführung und / oder die Abgasabführung für den ersten Brennstoffzellenstapel und / oder für den zweiten Brennstoffzellenstapel zwischen den beiden Brennstoffzellenstapeln erfolgen kann, ist eine Erdung möglich. Anschlüsse für Brenngas und Abgas, die sich nicht zwischen den Brennstoffzellenstapeln befinden, können nicht mit der gemeinsamen Erdung verbunden werden.
  • Die elektrische Anordnung der beiden Brennstoffzellenstapel kann so erfolgen, dass entweder beide Pluspole (Erdung am Pluspol beider Brennstoffzellenstapel) oder beide Minuspole (Erdung am Minuspol beider Brennstoffzellenstapel)) zu dem sich im gemeinsamen Stapel befindlichen Wärmeübertrager oder jeweils ein Plus- und ein Minuspol (Erdung auf den gemischten Polen der Brennstoffzellenstapel) zu dem Wärmeübertrager zeigen.
  • Wenn jeweils ein Plus- und ein Minuspol der beiden Brennstoffzellenstapel zu dem Wärmeübertrager zeigen, so können die beiden Brennstoffzellenstapel in einer elektrischen Reihenschaltung betrieben werden.
  • Wenn die beiden Brennstoffzellenstapel in einer elektrischen Reihenschaltung betrieben werden, so liegen alle sich zwischen den Brennstoffzellenstapeln befindlichen Brenngas und Abgas führenden Leitungen auf einem gemeinsamen elektrischen Potential. In diesem Fall kann die Isolation zwischen den Brenngas und Abgas führenden Leitungen oder auch in den Leitungen entfallen, was wiederum eine einfache Erdung für den Personenschutz bedingt. Zudem ist es dann möglich die Brennstoffzellenstapelanordnung mit nur einer Leistungselektronik zu betreiben. Dies führt zu einer vereinfachten Anlagenanordnung und geringeren Investitionskosten. Ein Betrieb der beiden Brennstoffzellenstapel mit getrennter Leistungselektronik, beispielsweise zur Optimierung des Wirkungsgrades, ist weiterhin möglich.
  • So kann der Reformer für die CPOX-Reaktion als Reformerwabe mit anschließender Zuführung des CPOX-Reformats zwischen den beiden Brennstoffzellenstapeln oder mit anschließendem Wärmeübertrager zwischen den beiden Brennstoffzellenstapeln oder auch mit anschließendem Dampfreformer-Wärmeübertrager derart, dass eine Wärmeübertragung zwischen den beiden Reformaten möglich ist, ausgebildet sein.
  • Der Wärmeaustausch des Dampfreformer-Wärmeübertragers, des CPOX-Reformer-Wärmeübertragers oder des integrierten Wärmeübertragers kann mit der zur Brennstoffzellenstapeltemperierung verwendeten Luft und / oder mit Abgasen einer Verbrennungseinrichtung mit dem jeweiligen Reformat und / oder mit den beiden Reformaten untereinander erfolgen. Eine Kombination der verschiedenen Varianten untereinander ist möglich und kann je nach Anwendungsfall sinnvoll sein. Der Wärmeaustausch kann bei allen Varianten im Gegenstrom und im Gleichstrom durchgeführt werden.
  • Da die gesamte Anordnung in einem Gehäuse integriert vorliegen kann, ist eine kompakte Bauweise mit kurzen Verrohrungen möglich. Auch die Anordnung eines keramischen Nachverbrenners an den zweiten Brennstoffzellenstapel kann durchgeführt werden.
  • Wenn der Dampfreformer-Wärmeübertrager und / oder der CPOX-Reformer-Wärmeübertrager und / oder der integrierte Wärmeübertrager aus den Interkonnektorplatten der Brennstoffzellenstapel bestehen, so vereinfacht dies den Anlagenaufbau, da ohnehin vorhandenes Material verbaut wird und unerwünschte Wechselwirkungen verschiedener Materialien untereinander und auch unerwünschte Materialänderungen durch beispielsweise Temperatureinflüsse ausgeschlossen werden können. Zudem können so höhere Stückzahlen an Interkonnektorplatten abgenommen werden, was wiederum zu Kosteneinsparungen im Einkauf pro Stück führt.
  • Dadurch, dass Mittel zur Umlenkung der Abluft aus dem ersten Brennstoffzellenstapel in den zweiten Brennstoffzellenstapel direkt im Gehäuse vorgesehen sind, kann die zur Temperierung des ersten Brennstoffzellenstapels genutzte Abluft zur Temperierung des zweiten Brennstoffzellenstapels genutzt werden. Zudem kann so der Verrohrungsaufwand deutlich verringert werden und somit auch der Platzbedarf reduziert werden.
  • Da jeweils eine Frischluftzufuhrvorrichtung vor dem ersten und dem zweiten Brennstoffzellenstapel angeordnet sein kann, ist eine Zumischung frischer Luft zwischen dem ersten und dem zweiten Brennstoffzellenstapel möglich. Die Frischluft kann zur Temperatureinstellung und / oder zur Erhöhung des Sauerstoffgehaltes und / oder zur Erhöhung der Luftmenge der Abluft aus dem ersten Brennstoffzellenstapel dienen.
  • Die Anordnung der beiden Brennstoffzellenstapel in Bezug auf die Medienführung (Brenngas, Luft) in dem Gehäuse kann derart gewählt werden, dass für jeden Brennstoffzellenstapel individuell eine Durchströmung von Brenngas und Luft im Gleichstrom oder im Gegenstrom möglich ist.
  • Je nach Gesichtspunkt wie Kosten, Betriebsführung oder auch Wirkungsgrad können verschiedene Ausführungen der Brennstoffzellenstapelanordnung vorteilhaft sein.
  • Insgesamt können mit der erfindungsgemäßen Hocheffizienz-Brennstoffzellenstapelanordnung verschiedene positive Aspekte kombiniert werden. So kann mit der erfindungsgemäßen Anordnung ein hoher elektrischer Wirkungsgrad durch die Kombination der beiden Brennstoffzellenstapel erreicht werden. Die Integration der Reformer in die Brennstoffzellenstapel über einen gemeinsamen Stapel ermöglicht zudem eine sehr platzsparende Bauform, da sämtliche Rohre zwischen den Komponenten entfallen. Auch wird so eine einfache Erdung aller Anschlüsse für Brenngas und Abgas, die sich zwischen den Brennstoffzellenstapeln befinden, möglich. Bei Betrieb der Brennstoffzellenstapel in einer Reihenschaltung, können diese in nur einer Leistungselektronik verschaltet werden. Zudem kann eine thermische Kopplung der beiden Brennstoffzellenstapel bei Nutzung der zuvor beschriebenen integrierten Anordnung erwirkt werden.
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen in der Abbildungsbeschreibung detailliert beschrieben, wobei diese die Erfindung erläutern sollen und nicht beschränkend zu werten sind:
    • Es zeigen:
      • eine schematische Darstellung der Brenngasaufbereitung und -zuführung einer Brennstoffzellenstapelanordnung umfassend zwei Brennstoffzellenstapel und einen Dampfreformer-Wärmeübertrager;
      • eine schematische Darstellung der Brenngasaufbereitung und -zuführung einer Brennstoffzellenstapelanordnung umfassend zwei Brennstoffzellenstapel, einen Dampfreformer-Wärmeübertrager und eine CPOX-Reformerwabe;
      • eine schematische Darstellung der Brenngasaufbereitung und -zuführung einer Brennstoffzellenstapelanordnung umfassend zwei Brennstoffzellenstapel, einen Dampfreformer-Wärmeübertrager, eine CPOX-Reformerwabe und einen Wärmeübertrager;
      • eine schematische Darstellung der Brenngasaufbereitung und -zuführung einer Brennstoffzellenstapelanordnung umfassend zwei Brennstoffzellenstapel, einen Kombi-Dampfreformer-Wärmeübertrager und eine CPOX-Reformerwabe;
      • eine schematische Darstellung der Brenngasaufbereitung und -zuführung einer Brennstoffzellenstapelanordnung umfassend zwei Brennstoffzellenstapel, einen Dampfreformer-Wärmeübertrager und einen CPOX-Reformer-Wärmeübertrager;
      • eine schematische Darstellung der Brenngasaufbereitung und -zuführung einer Brennstoffzellenstapelanordnung umfassend zwei Brennstoffzellenstapel und einen Kombi-CPOX-Dampfreformer-Wärmeübertrager;
      • eine schematische Darstellung der Abgasführung einer Brennstoffzellenstapelanordnung mit Brenngasaufbereitung und -zuführung gemäß den Varianten der ;
      • eine schematische Darstellung der Erdung der Brenngas und Abgas führenden Leitungen einer Brennstoffzellenstapelanordnung mit Brenngasaufbereitung und - zuführung gemäß den Varianten der und Abgasführung gemäß der Variante der an den Pluspolen der Brennstoffzellenstapel;
      • eine schematische Darstellung der Erdung der Brenngas und Abgas führenden Leitungen einer Brennstoffzellenstapelanordnung mit Brenngasaufbereitung und - zuführung gemäß den Varianten der und Abgasführung gemäß der Variante der an den Minuspolen der Brennstoffzellenstapel;
      • eine schematische Darstellung der Erdung der Brenngas und Abgas führenden Leitungen einer Brennstoffzellenstapelanordnung mit Brenngasaufbereitung und - zuführung gemäß den Varianten der und Abgasführung gemäß der Variante der an den gemischten Polen der Brennstoffzellenstapel
      • eine schematische Darstellung der elektrischen Anbindung einer Brennstoffzellenstapelanordnung mit Brenngasaufbereitung und -zuführung gemäß den Varianten der und Abgasführung gemäß der Variante der an eine Leistungselektronik und
      • eine schematische Darstellung der Luftführung einer Brennstoffzellenstapelanordnung mit Brenngasaufbereitung und -zuführung gemäß den Varianten der und Abgasführung gemäß der Variante der
  • Die Darstellungen aus den 1 bis 4 zeigen keine Ausführungsformen der Erfindung. In ist eine schematische Darstellung der Brenngasaufbereitung und -zuführung 5 einer Brennstoffzellenstapelanordnung umfassend einen ersten Brennstoffzellenstapel 1, einen zweiten Brennstoffzellenstapel 2 und einen Dampfreformer-Wärmeübertrager 3 in einem gemeinsamen Stapel, wobei der Dampfreformer-Wärmeübertrager 3 zwischen dem ersten Brennstoffzellenstapel 1 und dem zweiten Brennstoffzellenstapel 2 angeordnet ist, dargestellt.
  • Die Brenngaszuführung 5 für den ersten Brennstoffzellenstapel 1 und den zweiten Brennstoffzellenstapel 2 erfolgt über den Dampfreformer-Wärmeübertrager 3.
  • zeigt eine schematische Darstellung der Brenngasaufbereitung und -zuführung 5 einer Brennstoffzellenstapelanordnung umfassend einen ersten Brennstoffzellenstapel 1, einen zweiten Brennstoffzellenstapel 2, einen Dampfreformer-Wärmeübertrager 3, eine Zuführung für das CPOX-Reformat 6 und eine CPOX-Reformerwabe 4. Die Brennstoffzellenstapel 1, 2, der Dampfreformer-Wärmeübertrager 3 und die Zuführung für das CPOX-Reformat 6 sind in einem gemeinsamen Stapel ausgebildet. Die zwischen dem ersten Brennstoffzellenstapel 1 und dem zweiten Brennstoffzellenstapel 2 liegenden Schichten des Dampfreformer-Wärmeübertragers 3 und der Zuführung für das CPOX-Reformat 6 können in der Reihenfolge variabel angeordnet werden. Das in der CPOX-Reformerwabe 4 gebildete CPOX-Reformat wird über die Zuführung für das CPOX-Reformat 6 in die Brennstoffzellenstapelanordnung eingeführt. Die Brenngaszuführung 5 erfolgt über den Dampfreformer-Wärmeübertrager 3.
  • In ist eine schematische Darstellung der Brenngasaufbereitung und -zuführung 5 einer Brennstoffzellenstapelanordnung gemäß dargestellt. Es ist lediglich anstelle der Zuführung für das CPOX-Reformat 6 ein Wärmeübertrager 7 in die Brennstoffzellenanordnung integriert. Die zwischen dem ersten Brennstoffzellenstapel 1 und dem zweiten Brennstoffzellenstapel 2 liegenden Schichten des Dampfreformer-Wärmeübertragers 3 und des Wärmeübertragers 7 können in der Reihenfolge variabel aufgeschichtet werden.
  • zeigt eine schematische Darstellung der Brenngasaufbereitung und -zuführung 5 einer Brennstoffzellenstapelanordnung umfassend einen ersten Brennstoffzellenstapel 1, einen zweiten Brennstoffzellenstapel 2, einen Kombi-Dampfreformer-Wärmeübertrager 8 und eine CPOX-Reformerwabe 4. Die Brenngaszuführung 5 und die Zuführung des CPOX-Reformats erfolgen über den Kombi-Dampfreformer-Wärmeübertrager 8.
  • zeigt eine schematische Darstellung der Brenngasaufbereitung und -zuführung 5 einer Brennstoffzellenstapelanordnung umfassend einen ersten Brennstoffzellenstapel 1, einen zweiten Brennstoffzellenstapel 2, einen Dampfreformer-Wärmeübertrager 3 und einen CPOX-Reformer-Wärmeübertrager 9. Die Brenngaszuführung 5 erfolgt über den Dampfreformer-Wärmeübertrager 3 und den CPOX-Reformer-Wärmeübertrager 9. Die beiden Wärmeübertrager können in ihrer Reihenfolge in der Brennstoffzellenanordnung variabel in dem gemeinsamen Stapel angeordnet werden
  • In ist eine schematische Darstellung der Brenngasaufbereitung und -zuführung 5 einer Brennstoffzellenstapelanordnung dargestellt, in der ein erster Brennstoffzellenstapel 1, ein zweiter Brennstoffzellenstapel 2 und dazwischen ein Kombi-CPOX-Dampfreformer-Wärmeübertrager 10 angeordnet sind. Die Brenngaszuführung 5 erfolgt über den Kombi-CPOX-Dampfreformer-Wärmeübertrager 10.
  • In ist eine schematische Darstellung der Abgasführung einer Brennstoffzellenstapelanordnung mit Brenngasaufbereitung und -zuführung gemäß den Varianten der dargestellt. Zwischen dem ersten Brennstoffzellenstapel 1 und dem zweiten Brennstoffzellenstapel 2 befinden sich die Brenngasaufbereitung und -zuführung entsprechend den Varianten der 13, die Abgasabführung des ersten Brennstoffzellenstapels 11 und die Abgasabführung des zweiten Brennstoffzellenstapels 12. Die zwischen den beiden Brennstoffzellenstapeln 1, 2 angeordneten zuvor aufgezählten Elemente können in ihrer Reihenfolge in dem Stapel beliebig variiert werden.
  • zeigt eine schematische Darstellung der Erdung der Brenngas und Abgas führenden Leitungen einer Brennstoffzellenstapelanordnung mit Brenngasaufbereitung und -zuführung gemäß den Varianten der und Abgasführung gemäß der Variante der zwischen dem ersten Brennstoffzellenstapel 1 und dem zweiten Brennstoffzellenstapel 2. Die Erdung der Leitungen erfolgt an den Pluspolen des ersten Brennstoffzellenstapels 1 und des zweiten Brennstoffzellenstapels 2.
  • zeigt eine schematische Darstellung der Erdung der Brenngas und Abgas führenden Leitungen einer Brennstoffzellenstapelanordnung mit Brenngasaufbereitung und -zuführung gemäß den Varianten der und Abgasführung gemäß der Variante der . Die Erdung der Leitungen erfolgt an den Minuspolen des ersten Brennstoffzellenstapels 1 und des zweiten Brennstoffzellenstapels 2.
  • In ist eine schematische Darstellung der Erdung der Brenngas und Abgas führenden Leitungen einer Brennstoffzellenstapelanordnung mit Brenngasaufbereitung und -zuführung gemäß den Varianten der und Abgasführung gemäß der Variante der dargestellt. Die Erdung der Leitungen erfolgt an den gemischten Polen des ersten Brennstoffzellenstapels 1 und des zweiten Brennstoffzellenstapels 2.
  • zeigt eine schematische Darstellung der elektrischen Anbindung einer Brennstoffzellenstapelanordnung mit Brenngasaufbereitung und -zuführung gemäß den Varianten der und Abgasführung gemäß der Variante der an eine Leistungselektronik 15. Der erste Brennstoffzellenstapel 1 ist mit dem zweiten Brennstoffzellenstapel 2 in Reihe geschaltet.
  • In ist eine schematische Darstellung der Luftführung einer Brennstoffzellenstapelanordnung mit Brenngasaufbereitung und -zuführung gemäß den Varianten der und Abgasführung gemäß der Variante der dargestellt. Luft zur Temperierung des ersten Brennstoffzellenstapels 16 wird dem ersten Brennstoffzellenstapel 1 zugeführt. Die Abluft des ersten Brennstoffzellenstapels 17 und eventuell zuzuführende Frischluft für den zweiten Brennstoffzellenstapel 18 werden anschließend als Luft zur Temperierung des zweiten Brennstoffzellenstapels 19 dem zweiten Brennstoffzellenstapel 2 zugeführt. Die Abluft des zweiten Brennstoffzellenstapels 20 wird anschließend über den zweiten Brennstoffzellenstapel 2 wieder abgeführt.
  • Je nach Gesichtspunkt wie Wirkungsgrad, Kosten, Betriebsführung oder Anderes können verschiedene der Ausführungsbeispiele oder auch eine Kombination dieser das wirkungsvollste Ergebnis liefern.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    erster Brennstoffzellenstapel
    2
    zweiter Brennstoffzellenstapel
    3
    Dampfreformer Wärmeübertrager
    4
    CPOX-Reformerwabe
    5
    Brenngaszuführung
    6
    Zuführung CPOX-Reformat
    7
    Wärmeübertrager
    8
    Kombi-Dampfreformer-Wärmeübertrager
    9
    CPOX-Reformer-Wärmeübertrager
    10
    Kombi-CPOX-Dampfreformer-Wärmeübertrager
    11
    Abgasführung erster Brennstoffzellenstapel
    12
    Abgasführung zweiter Brennstoffzellenstapel
    13
    Brenngasaufbereitung und -zuführung gemäß den Varianten der
    14
    Brenngasaufbereitung und -zuführung gemäß den Varianten der und Abgasabführung gemäß der Variante der
    15
    Leistungselektronik
    16
    Luft zur Temperierung des ersten Brennstoffzellenstapels
    17
    Abluft des ersten Brennstoffzellenstapels
    18
    Frischluft für den zweiten Brennstoffzellenstapel
    19
    Luft zur Temperierung des zweiten Brennstoffzellenstapels
    20
    Abluft des zweiten Brennstoffzellenstapels

Claims (7)

  1. Integrierte Hocheffizienz-Brennstoffzellenstapelanordnung umfassend - einen Dampfreformer-Wärmeübertrager (3); - einen Reformer für die CPOX-Reaktion; - einen ersten mit CPOX-Reformat betriebenen Brennstoffzellenstapel (1); - einen zweiten mit Dampfreformat betriebenen Brennstoffzellenstapel (2); wobei der Dampfreformer-Wärmeübertrager (3) zwischen den beiden Brennstoffzellenstapeln (1, 2) angeordnet ist und eine Abgasführung vom ersten Brennstoffzellenstapel (11) zum zweiten Brennstoffzellenstapel (2) vorgesehen ist, wobei der Dampfreformer-Wärmeübertrager (3) und die beiden Brennstoffzellenstapel in einer gemeinsamen Stapelanordnung angeordnet sind dadurch gekennzeichnet, dass der Reformer für die CPOX-Reaktion als Wärmeübertrager ausgestaltet ist und CPOX-Reformer-Wärmeübertrager (9) und Dampfreformer-Wärmeübertrager (3) ineinander integriert in Form eines integrierten Wärmeübertragers (10), in welchem CPOX- und Dampfreformierungsabschnitte übereinandergestapelt sind, ausgebildet sind.
  2. Brennstoffzellenstapelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenngaszuführung und / oder die Abgasabführung für den ersten Brennstoffzellenstapel (1) und / oder für den zweiten Brennstoffzellenstapel (2) zwischen den beiden Brennstoffzellenstapeln erfolgt.
  3. Brennstoffzellenstapelanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Brennstoffzellenstapel in einer elektrischen Reihenschaltung angeordnet sind.
  4. Brennstoffzellenstapelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Anordnung in einem Gehäuse integriert vorliegt.
  5. Brennstoffzellenstapelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfreformer-Wärmeübertrager (3) und / oder der integrierte Wärmeübertrager (10) aus den Interkonnektorplatten der Brennstoffzellenstapel bestehen.
  6. Brennstoffzellenstapelanordnung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Umlenkung der Abluft (17) aus dem ersten Brennstoffzellenstapel in den zweiten Brennstoffzellenstapel (2) direkt im Gehäuse vorgesehen sind.
  7. Brennstoffzellenstapelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Frischluftzufuhrvorrichtung vor dem ersten und dem zweiten Brennstoffzellenstapel (1, 2) angeordnet sind.
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