DE102020202875A1

DE102020202875A1 - Brennstoffzellenvorrichtung

Info

Publication number: DE102020202875A1
Application number: DE102020202875.3A
Authority: DE
Inventors: Peter Horstmann; Thomas Danne; Martin Hering; Maxime Carre; Rene Meise; Michael Ziegler; Martin Berens
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-03-06
Filing date: 2020-03-06
Publication date: 2021-09-09

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Brennstoffzellenvorrichtung (10) zur Versorgung zumindest einer Brennstoffzelleneinheit (12), vorzugsweise einer Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit, mit zumindest einem Reformer (14), welcher zumindest einen Gaseinlass (16) zur Versorgung des Reformers (14) mit Rohgas und einen Gasauslass (18) zur Versorgung der Brennstoffzelleneinheit (12) mit reformiertem Gas aufweist.Es wird vorgeschlagen, dass der Reformer (14) zumindest einen weiteren Gasauslass (20) zur Versorgung zumindest einer weiteren Brennstoffzelleneinheit (22) mit reformiertem Gas aufweist.

Description

Stand der Technik
Es ist bereits eine Brennstoffzellenvorrichtung zur Versorgung zumindest einer Brennstoffzelleneinheit, vorzugsweise einer Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit, mit zumindest einem Reformer, welcher zumindest einen Gaseinlass zur Versorgung des Reformers mit Rohgas und einen Gasauslass zur Versorgung der Brennstoffzelleneinheit mit reformiertem Gas aufweist, vorgeschlagen worden.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einer Brennstoffzellenvorrichtung zur Versorgung zumindest einer Brennstoffzelleneinheit, vorzugsweise einer Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit, mit zumindest einem Reformer, welcher zumindest einen Gaseinlass zur Versorgung des Reformers mit Rohgas und einen Gasauslass zur Versorgung der Brennstoffzelleneinheit mit reformiertem Gas aufweist.
Es wird vorgeschlagen, dass der Reformer zumindest einen weiteren Gasauslass zur Versorgung zumindest einer weiteren Brennstoffzelleneinheit mit reformiertem Gas aufweist.
Denkbar wäre, dass der Reformer die Brennstoffzellenvorrichtung vollständig ausbildet. Vorteilhaft weist die Brennstoffzellenvorrichtung weitere Einheiten auf. Denkbar wäre, dass die Brennstoffzellenvorrichtung zumindest eine Pumpeneinheit zur Bereitstellung eines Gasstroms von Rohgas und reformiertem Gas aufweist. Insbesondere weist die Brennstoffzellenvorrichtung zumindest eine Leitungseinheit zu einer Leitung von reformiertem Gas auf. Insbesondere verbindet die Leitungseinheit den Reformer mit der Brennstoffzelleneinheit und/oder der weiteren Brennstoffzelleneinheit. Vorteilhaft weist die Leitungseinheit einen Teilbereich, welcher den Reformer mit der Brennstoffzelleneinheit verbindet und einen weiteren Teilbereich auf, welcher den Reformer mit der weiteren Brennstoffzelleneinheit verbindet. Besonders vorteilhaft sind der Teilbereich und der weitere Teilbereich zueinander identisch und/oder spiegelsymmetrisch ausgebildet. Vorzugsweise umfasst die Leitungseinheit zumindest eine Gasleitung, welche insbesondere als ein Rohrstück ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist die Gasleitung frei von Abzweigungen, insbesondere unterscheidet sich die Gasleitung von verzweigten Gasleitungen, wie beispielsweise T-Stücken. Ferner wäre vorstellbar, dass die Brennstoffzellenvorrichtung frei von Leitungseinheiten und insbesondere in die Brennstoffzelleneinheit und/oder in die weitere Brennstoffzelleneinheit integriert ist. Vorteilhaft weist die Brennstoffzellenvorrichtung eine weitere Leitungseinheit zu einer Leitung von Rohgas von einem Versorgungsnetzwerk und/oder einem Rohgastank zu dem Reformer auf.
Unter einem „Gaseinlass“ soll insbesondere ein Element verstanden werden, welches eine Öffnung definiert, durch welche in einem Betriebszustand Rohgas in den Reformer einströmt. Es wäre möglich, dass der Reformer eine Mehrzahl an Gaseinlässen aufweist, bevorzugt weist der Reformer genau einen Gaseinlass auf. Unter einem „Gasauslass“ soll insbesondere ein Element verstanden werden, welches eine Öffnung definiert, durch welche in dem Betriebszustand reformiertes Gas aus dem Reformer ausströmt. Vorstellbar wäre, dass der Gasauslass zumindest einen Anschluss zur Verbindung des Reformers mit der Gasleitung aufweist. Insbesondere könnte der weitere Gasauslass zumindest einen weiteren Anschluss zur Verbindung des Reformers mit einer weiteren Gasleitung der Leitungseinheit aufweisen. Insbesondere könnte der Gaseinlass zumindest einen weiteren Anschluss zur Verbindung des Reformers mit der weiteren Leitungseinheit aufweisen. Beispielsweise könnten die Anschlüsse jeweils zumindest ein Gewinde und/oder zumindest ein Steckelement und/oder zumindest ein Rohrstück aufweisen. Vorzugsweise ist die Leitungseinheit über zumindest eine Schweißverbindung und/oder Lötverbindung mit dem Gasauslass und/oder weiteren Gasauslass verbunden. Bevorzugt ist die weitere Leitungseinheit über zumindest eine Schweißverbindung und/oder Lötverbindung mit dem Gaseinlass verbunden. Alternativ könnte die Leitungseinheit und/oder die weitere Leitungseinheit an den Gaseinlass und/oder den Gasauslass und/oder den weiteren Gasauslass angeschraubt und/oder angesteckt und/oder angeflanscht sein.
Unter einem „Reformer“ soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, Rohgas durch zumindest eine chemische Reaktion in reformiertes Gas umzuwandeln. Insbesondere ist der Reformer als ein Dampfreformer ausgebildet. Vorzugsweise weist das Rohgas Erdgas und/oder Biogas auf, besonders bevorzugt besteht das Rohgas zu einem Großteil, insbesondere vollständig, aus Erdgas und/oder Biogas. Vorzugsweise weist das Rohgas Methan und insbesondere langkettige Alkane, wie beispielsweise Ethan und/oder Propan und/oder Butan, auf. Vorzugsweise weist das reformierte Gas Synthesegas auf, besonders bevorzugt besteht das reformierte Gas zu einem Großteil, insbesondere vollständig, aus Synthesegas. Unter einem „Synthesegas“ soll insbesondere ein Gasgemisch verstanden werden, welches zu einem Großteil, insbesondere vollständig, aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff besteht. Besonders bevorzugt ist das reformierte Gas, insbesondere bis auf vernachlässigbare Rückstände, frei von langkettigen Alkanen, insbesondere weist das reformierte Gas bezüglich des Rohgases einen reduzierten Anteil an Methan auf, vorteilhaft ist das reformierte Gas, insbesondere bis auf vernachlässigbare Rückstände, frei von Methan. Besonders bevorzugt weist der Reformer zumindest einen Katalysator zur Unterstützung der chemischen Reaktion auf. Beispielsweise könnte der Katalysator Nickeloxid und/oder weitere, dem Fachmann bekannte und zur Unterstützung der chemischen Reaktion geeignete Materialien, besonders bevorzugt ein Platinmetall, aufweisen. Vorzugsweise weist der Katalysator eine Eingangsseite, in welche in dem Betriebszustand Rohgas einströmt, und eine Ausgangsseite, aus welcher in dem Betriebszustand reformiertes Gas ausströmt, auf. Insbesondere weist der Katalysator eine Formgebung auf, welche eine katalytische Oberfläche des Katalysators vergrößert. Beispielsweise könnte der Katalysator eine mäanderartige Gasleitung oder zumindest ein poröses Material zur Leitung von Rohgas aufweisen. Bevorzugt ist der Katalysator als ein Stack von Katalysatorplatten ausgebildet. Vorzugsweise sind die Katalysatorplatten, insbesondere regelmäßig, voneinander beabstandet angeordnet und definieren Zwischenräume, durch die in dem Betriebszustand Rohgas strömt.
Vorzugsweise umfasst die Brennstoffzelleneinheit und/oder die weitere Brennstoffzelleneinheit zumindest eine Brennstoffzelle und besonders bevorzugt zumindest einen Stack aus Brennstoffzellen. Vorzugsweise ist die Brennstoffzelleneinheit und/oder die weitere Brennstoffzelleneinheit dazu vorgesehen, reformiertes Gas unter Zuführung eines Oxidans in einem Wandlungsprozess zu einer elektrischen Energiegewinnung umzusetzen. Vorzugsweise umfasst die Brennstoffzelleneinheit und/oder die weitere Brennstoffzelleneinheit zumindest eine Brennstoffelektrode, welche vorzugsweise während des Wandlungsprozesses zu einem direkten Kontakt mit dem reformierten Gas vorgesehen ist. Vorzugsweise umfasst die Brennstoffzelleneinheit und/oder die weitere Brennstoffzelleneinheit zumindest eine Oxidanselektrode, welche vorzugsweise während des Wandlungsprozesses zu einem direkten Kontakt mit dem Oxidans vorgesehen ist. Ohne darauf beschränkt zu sein, umfasst die Brennstoffzelleneinheit und/oder die weitere Brennstoffzelleneinheit beispielsweise zumindest eine Schmelzkarbonatbrennstoffzelle (MCFC) und/oder zumindest eine Phosphorsäurebrennstoffzelle (PAFC) und/oder besonders bevorzugt zumindest eine Festoxidbrennstoffzelle (SOFC). Alternativ ist die Brennstoffzellenvorrichtung zu einer Versorgung einer Brennstoffzelleneinheit und/oder einer weiteren Brennstoffzelleneinheit mit einer Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle (PEMFC) vorgesehen. Denkbar wäre, dass die weitere Brennstoffzelleneinheit unterschiedlich zu der Brennstoffzelleneinheit ausgebildet ist. Bevorzugt ist die weitere Brennstoffzelleneinheit identisch zu der Brennstoffzelleneinheit ausgebildet.
Unter „vorgesehen“ soll vorzugsweise speziell eingerichtet, speziell ausgelegt und/oder speziell ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll vorzugsweise verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Brennstoffzellenvorrichtung kann insbesondere eine gattungsgemäße Vorrichtung mit verbesserten Eigenschaften bezüglich einer Konstruktion bereitgestellt werden. Vorteilhaft kann auf eine Verwendung von verzweigten Gasleitungen zur Verteilung von reformiertem Gas an die Brennstoffzelleneinheit und die weitere Brennstoffzelleneinheit verzichtet werden. Besonders vorteilhaft kann eine Bauraumeffizienz der Brennstoffzellenvorrichtung gesteigert werden. Insbesondere können Herstellungskosten reduziert werden, da verzweigte Gasleitungen zur Verteilung von reformiertem Gas speziell konstruiert werden müssen und einen Kostenfaktor darstellen.
Ferner wird vorgeschlagen, dass der Reformer dazu vorgesehen ist, an dem Gasauslass und dem weiteren Gasauslass zumindest im Wesentlichen gleiche Molenströme bereitzustellen. Unter einem „Molenstrom“ soll insbesondere eine Stoffmenge an reformiertem Gas verstanden werden, welche in dem Betriebszustand pro Zeiteinheit durch den Gasauslass und/oder den weiteren Gasauslass strömt. Insbesondere weist der Molenstrom die Einheit Nm³/ h oder slpm auf. Darunter, dass zwei Werte „zumindest im Wesentlichen gleich“ sind, soll insbesondere verstanden werden, dass eine Differenz beider Werte höchstens 10 % und vorteilhaft höchstens 5 % des kleineren Werts beträgt. Hierdurch kann insbesondere eine vereinfachte Konstruktion des Reformers erreicht werden. Vorteilhaft können die Brennstoffzelleneinheit und die weitere Brennstoffzelleneinheit zu gleichen Teilen mit reformiertem Gas versorgt werden. Vorteilhaft kann auf zusätzliche, stromabwärts von dem Reformer angeordnete Bauteile zu einer Versorgung der Brennstoffzelleneinheit und der weiteren Brennstoffzelleneinheit zu gleichen Teilen mit reformiertem Gas, wie beispielsweise Gitter und/oder Filter, verzichtet werden.
Denkbar wäre, dass sich ein Strömungsleitwert von dem Gaseinlass zu dem Gasauslass von einem weiteren Strömungsleitwert von dem Gaseinlass zu dem weiteren Gasauslass unterscheidet. Unter einem „Strömungsleitwert“ eines Bauteils und/oder einer Strecke innerhalb eines Bauteils soll insbesondere eine Größe des Bauteils verstanden werden, welche eine Eignung des Bauteils definiert, ein strömendes Fluid durch das Bauteil und/oder entlang der Strecke innerhalb des Bauteils zu leiten. Insbesondere beeinflusst der Strömungsleitwert des Reformers eine Differenz eines durch den Gaseinlass einströmenden Molenstroms zu aus dem Gasauslass und dem weiteren Gasauslass ausströmenden Molenströmen. Insbesondere ist der Strömungsleitwert ein Umkehrwert eines Strömungswiderstands, welcher insbesondere von Reibungseigenschaften des Bauteils abhängig ist. Um eine Konstruktion der Brennstoffzellenvorrichtung weiter zu vereinfachen, wird vorgeschlagen, dass der Strömungsleitwert von dem Gaseinlass zu dem Gasauslass zumindest im Wesentlichen einem weiteren Strömungsleitwert von dem Gaseinlass zu dem weiteren Gasauslass entspricht. Denkbar wäre, dass ein Strömungsleitwert eines Teilbereichs des Katalysators zwischen dem Gaseinlass und dem Gasauslass zu einem weiteren Strömungsleitwert eines weiteren Teilbereichs des Katalysators zwischen dem Gaseinlass und dem weiteren Gasauslass unterschiedlich ausgebildet ist. Vorstellbar wäre, dass sich eine Anzahl von Katalysatoren, welche zwischen dem Gaseinlass und dem Gasauslass angeordnet sind, von einer weiteren Anzahl von Katalysatoren, welche zwischen dem Gaseinlass und dem weiteren Gasauslass angeordnet sind, unterscheidet. Möglich wäre, dass sich eine Länge einer Strecke von dem Gaseinlass zu dem Gasauslass von einer Länge einer weiteren Strecke von dem Gaseinlass zu dem weiteren Gasauslass unterscheidet. Insbesondere entspricht eine Differenz des Strömungsleitwerts des Gasauslasses und des Strömungsleitwerts des weiteren Gasauslasses einer invertierten Differenz des Strömungsleitwerts von dem Gaseinlass bis vor den Gasauslass und des Strömungsleitwerts von dem Gaseinlass bis vor den weiteren Gasauslass, um einen Ausgleich beider Strömungsleitwerte bereitzustellen. Besonders vorteilhaft entspricht der Strömungsleitwert von dem Gaseinlass bis vor den Gasauslass im Wesentlichen dem Strömungsleitwert von dem Gaseinlass bis vor den weiteren Gasauslass. Vorteilhaft weisen der Gasauslass und der weitere Gasauslass denselben Strömungsleitwert auf. Die Katalysatorplatten des Katalysators weisen vorzugsweise einen homogenen Abstand voneinander auf, welcher insbesondere derart gewählt ist, dass ein Strömungsleitwert des Katalysators maximal ist und in dem Betriebszustand reformiertes Gas bis auf Toleranzen gleichmäßig verteilt aus der Ausgangsseite des Katalysators ausströmt. Hierdurch können, insbesondere bei einer gleichmäßigen Versorgung der Brennstoffzelleneinheit und der weiteren Brennstoffzelleneinheit mit reformiertem Gas, Strömungsleitwerte vom Gaseinlass bis zu der Brennstoffzelleneinheit und der weiteren Brennstoffzelleneinheit jeweils maximiert werden. Vorteilhaft kann auf eine Reduzierung des Strömungsleitwerts durch Strömungswiderstände von zusätzlichen Bauteilen zwischen dem Reformer und der Brennstoffzelleneinheit und/oder der weiteren Brennstoffzellen, welche bei ungleichmäßigen Molenströmen des Gasauslasses und des weiteren Gasauslasses zur gleichmäßigen Versorgung der Brennstoffzelleneinheit und der weiteren Brennstoffzelleneinheit notwendig wären, verzichtet werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass der Gasauslass eine Gasauslassfläche definiert und der weitere Gasauslass eine weitere Gasauslassfläche definiert, wobei die Gasauslassflächen zumindest im Wesentlichen zueinander identische Flächeninhalte aufweisen. Unter einer „Gasauslassfläche“ soll insbesondere eine Fläche verstanden werden, durch welche in dem Betriebszustand reformiertes Gas strömt, wobei eine Strömungsrichtung des reformierten Gases zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Fläche verläuft. Darunter, dass die Strömungsrichtung „zumindest im Wesentlichen senkrecht“ zur Fläche verläuft, soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass die Strömungsrichtung und eine senkrecht zur Fläche verlaufende Gerade gemeinsam einen kleinen Winkel von höchstens 10° und vorteilhaft höchstens 5° aufspannen. Denkbar wäre, dass die Gasauslassfläche und die weitere Gasauslassfläche zueinander unterschiedliche Formen aufweisen. Vorzugsweise sind die Gasauslassfläche und/oder die weitere Gasauslassfläche als ebene geometrische Figuren, besonders bevorzugt Kreisflächen, ausgebildet. Hierdurch kann insbesondere eine Konstruktion des Gasauslasses und des weiteren Gasauslasses vereinfacht werden. Vorteilhaft können der Gasauslass und der weitere Gasauslass eine im Wesentlichen gleiche Größe aufweisen und platzsparend angeordnet sein.
Bevorzugt sind die Gasauslassfläche und die weitere Gasauslassfläche zumindest im Wesentlichen zueinander identisch. Darunter, dass die Gasauslassfläche und die weitere Gasauslassfläche „zumindest im Wesentlichen zueinander identisch“ sind, soll in diesem Zusammenhang verstanden werden, dass die Gasauslassfläche und die weitere Gasauslassfläche zumindest zu 80 %, vorteilhaft zumindest zu 85 %, bevorzugt zumindest zu 90 % und besonders bevorzugt zumindest zu 95 % zueinander kongruent sind. Insbesondere ist eine Form der Gasauslassfläche zu einer weiteren Form der Gasauslassfläche bis auf Fertigungstoleranzen identisch. Vorzugsweise sind der Gasauslass und der weitere Gasauslass bis auf eine Anordnung und/oder Ausrichtung zueinander identisch ausgebildet, insbesondere weisen der Gasauslass und der weitere Gasauslass zueinander identische Anschlüsse auf. Hierdurch kann insbesondere eine Konstruktion des Gasauslasses und des weiteren Gasauslasses vereinfacht werden. Vorteilhaft kann ein gleichmäßiger Abstand zwischen dem Gasauslass und dem weiteren Gasauslass erreicht werden.
Denkbar wäre, dass der Gasauslass und der weitere Gasauslass zueinander unterschiedliche Öffnungsrichtungen aufweisen. Unter einer „Öffnungsrichtung“ soll insbesondere eine Richtung verstanden werden, entlang welcher ein gedachter stabförmiger Körper, dessen Querschnitt der Gasauslassfläche und/oder der weiteren Gasauslassfläche entspricht, durch den Gasauslass und/oder den weiteren Gasauslass durchführbar ist. Beispielsweise könnten der Gasauslass und der weitere Gasauslass an zueinander senkrecht ausgerichteten Seiten des Reformers angeordnet sein. Um eine Kompaktheit der Brennstoffzellenvorrichtung zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass der Gasauslass und der weitere Gasauslass zumindest im Wesentlichen dieselbe Öffnungsrichtung aufweisen. Darunter, dass der Gasauslass und der weitere Gasauslass „zumindest im Wesentlichen“ dieselbe Öffnungsrichtung aufweisen, soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass eine Öffnungsrichtung des Gasauslasses und eine weitere Öffnungsrichtung des weiteren Gasauslasses gemeinsam einen kleinen Winkel von höchstens 10° und vorteilhaft höchstens 5° aufspannen. Insbesondere sind der Gasauslass und der weitere Gasauslass auf derselben Seite des Reformers angeordnet, alternativ könnten der Gasauslass und der weitere Gasauslass auf einander gegenüberliegenden Seiten des Reformers angeordnet sein. Hierdurch kann insbesondere die Leitungseinheit platzsparend angeordnet werden.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass der Reformer zumindest ein Gehäuse aufweist, an welchem der Gasauslass und der weitere Gasauslass, insbesondere unmittelbar, angeordnet sind. Insbesondere sind der Gasauslass und der weitere Gasauslass als Öffnungen des Gehäuses ausgebildet. Alternativ könnten der Gasauslass und der weitere Gasauslass in Öffnungen des Gehäuses angeordnet und insbesondere in die Öffnungen eingesteckt und/oder eingeschraubt sein. Denkbar wäre, dass der Gasauslass und der weitere Gasauslass an unterschiedlichen Gehäusewänden des Gehäuses angeordnet sind. Beispielsweise könnten der Gasauslass und der weitere Gasauslass an einander gegenüberliegenden und/oder an gleich ausgerichteten Gehäusewänden des Reformers angeordnet sein. Vorzugsweise sind der Gasauslass und der weitere Gasauslass an derselben Gehäusewand des Gehäuses angeordnet. Hierdurch kann insbesondere eine Konstruktion des Gasauslasses und des weiteren Gasauslasses weiter vereinfacht werden. Vorteilhaft können der Gasauslass und der weitere Gasauslass durch ein Ausstatten des Gehäuses mit Öffnungen auf einfache Weise hergestellt werden.
Vorstellbar wäre, dass der Gasauslass und der weitere Gasauslass bezüglich des Gehäuses asymmetrisch angeordnet sind. Um eine Konstruktion des Gasauslasses und des weiteren Gasauslasses weiter zu vereinfachen, wird vorgeschlagen, dass der Gasauslass und der weitere Gasauslass bezüglich des Gehäuses symmetrisch angeordnet sind. Darunter, dass der Gasauslass und der weitere Gasauslass „bezüglich des Gehäuses symmetrisch“ angeordnet sind, soll insbesondere verstanden werden, dass eine Spiegelung des Gehäuses an zumindest einer Spiegelebene, welche das Gehäuse schneidet, und/oder an zumindest einem Symmetriepunkt innerhalb des Gehäuses den Gasauslass bis auf Fertigungstoleranzen auf den weiteren Gasauslass abbildet. Beispielsweise könnten der Gasauslass und der weitere Gasauslass an einander gegenüberliegenden Seiten des Reformers angeordnet sein. Vorzugsweise sind der Gasauslass und der weitere Gasauslass auf derselben Seite des Reformers angeordnet. Insbesondere ist der Reformer symmetrisch, vorzugsweise spiegelsymmetrisch, ausgebildet. Hierdurch können insbesondere Eigenschaften gängiger Reformer vorteilhaft bei einer Umkonstruktion von gängigen Reformern zu erfindungsgemäßen Reformern genutzt werden. Gängige Reformer weisen genau einen Gasauslass und aus Gründen der Langlebigkeit an der Eingangsseite und der Ausgangsseite des Katalysators eine gleichmäßige Verteilung von Rohgas und reformiertem Gas auf. Ein gängiger Reformer kann insbesondere durch ein einfaches Ersetzen des genau einen Gasauslasses durch den Gasauslass und den weiteren Gasauslass zu einem erfindungsgemäßen Reformer umkonstruiert werden. Vorteilhaft kann durch die symmetrische Anordnung des Gasauslasses und des weiteren Gasauslasses die gleichmäßige Verteilung von reformiertem Gas genutzt werden, um auf konstruktiv einfache Weise eine gleichmäßige Versorgung der Brennstoffzelleneinheit und der weiteren Brennstoffzelleneinheit mit reformiertem Gas zu erreichen.
Zudem wird vorgeschlagen, dass der Gasauslass und der weitere Gasauslass an einer Gehäusewand des Gehäuses angeordnet und bei einer senkrechten Betrachtung auf die Gehäusewand punktsymmetrisch zu einem Mittelpunkt der Gehäusewand angeordnet sind. Vorzugsweise sind der Gasauslass und der weitere Gasauslass bei der senkrechten Betrachtung spiegelsymmetrisch zu einer Spiegelebene, welche die Gehäusewand in zwei gleiche Hälften teilt. Hierdurch kann insbesondere eine Kompaktheit der Brennstoffzellenvorrichtung weiter verbessert werden. Vorteilhaft kann die Leitungseinheit platzsparend an einer Seite des Reformers angeordnet werden.
Denkbar wäre, dass der Gaseinlass, der Gasauslass und der weitere Gasauslass auf derselben Seite des Gehäuses angeordnet sind. Insbesondere könnte der Reformer einen u-förmigen Strömungsverlauf von Rohgas und reformiertem Gas definieren. Um eine Konstruktion der Brennstoffzellenvorrichtung zu vereinfachen, wird vorgeschlagen, dass der Gaseinlass auf einer anderen Seite des Gehäuses angeordnet ist als der Gasauslass und/oder der weitere Gasauslass. Denkbar wäre, dass der Gaseinlass an einer Seite, insbesondere Gehäusewand, des Gehäuses angeordnet ist, welche gegenüberliegend zu einer weiteren Seite, insbesondere weiteren Gehäusewand, des Gehäuses, an welcher der Gaseinlass und/oder der weitere Gaseinlass angeordnet sind, angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Gaseinlass an einer Seite, insbesondere Gehäusewand, des Gehäuses angeordnet, welche senkrecht zu einer weiteren Seite, insbesondere weiteren Gehäusewand, des Gehäuses, an welcher der Gaseinlass und/oder der weitere Gaseinlass angeordnet sind, angeordnet ist. Hierdurch können insbesondere gängige Reformer, welche genau einen an einer Seite des Gehäuses angeordneten Gaseinlass und genau einen an einer anderen Seite des Gehäuses angeordneten Gasauslass aufweisen, auf einfache Weise zu erfindungsgemäßen Reformern umkonstruiert werden. Vorteilhaft können die Leitungseinheit und die weitere Leitungseinheit an unterschiedlichen Seiten des Reformers angeordnet werden, wodurch eine Bauraumeffizienz gesteigert werden kann.
Die Erfindung geht ferner aus von einem System mit der Brennstoffzellenvorrichtung, mit der Brennstoffzelleneinheit, welche mit dem Gasauslass verbunden ist, insbesondere durch die Leitungseinheit, und mit der weiteren Brennstoffzelleneinheit, welche mit dem weiteren Gasauslass verbunden ist, insbesondere durch die weitere Leitungseinheit. Hierdurch kann insbesondere eine Konstruktion verbessert werden.
Die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung und das erfindungsgemäße System sollen hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere können die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung und das erfindungsgemäße System zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen. Zudem sollen bei den in dieser Offenbarung angegebenen Wertebereichen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als offenbart und als beliebig einsetzbar gelten.
Zeichnung
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:

1 ein System mit einer Brennstoffzellenvorrichtung, einer Brennstoffzelleneinheit und einer weiteren Brennstoffzelleneinheit,
2 einen Reformer der Brennstoffzellenvorrichtung in einer Schrägansicht,
3 den Reformer in der Schrägansicht gemäß 2 ohne Abdeckung und
4 eine Schnittdarstellung des Reformers entlang einer in 1 gezeigten Schnittebene A-A in einer weiteren Schrägansicht.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Von mehrfach vorhandenen Objekten ist in den Figuren jeweils lediglich eines mit einem Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein System 38. Das System 38 weist eine Brennstoffzellenvorrichtung 10 auf. Das System 38 weist eine Brennstoffzelleneinheit 12 auf. Die Brennstoffzelleneinheit 12 ist als eine Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit ausgebildet. Die Brennstoffzelleneinheit 12 ist als eine Festoxidbrennstoffzelle ausgebildet. Alternativ könnte die Brennstoffzelleneinheit 12 als eine Schmelzkarbonatbrennstoffzelle oder als eine Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle ausgebildet sein. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 dient einer Versorgung der Brennstoffzelleneinheit 12.
Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 weist einen Reformer 14 auf, welcher in 2 bis 4 näher dargestellt ist. Alternativ könnte die Brennstoffzellenvorrichtung 10 eine beliebige Anzahl weiterer Reformer aufweisen. Der Reformer 14 ist als ein Dampfreformer ausgebildet. Der Reformer weist mehrere Anschlüsse 46 auf. Die Anschlüsse 46 dienen einer Aufnahme von Thermoelementen (nicht dargestellt). Der Reformer 14 weist einen Katalysator 44 auf. Der Katalysator 44 ist als ein Stack von Katalysatorplatten ausgebildet. Die Katalysatorplatten sind voneinander regelmäßig beabstandet. Alternativ könnte der Katalysator 44 als ein beliebiger anderer, dem Fachmann bekannter Katalysator ausgebildet sein.
Der Reformer 14 weist einen Gasauslass 18 auf. Der Gasauslass 18 dient einer Versorgung der Brennstoffzelleneinheit 12 mit reformiertem Gas. Das reformierte Gas besteht aus Synthesegas. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 weist eine Leitungseinheit 34 auf. Die Leitungseinheit 34 dient einem Transport von reformiertem Gas von dem Reformer 14 zu der Brennstoffzelleneinheit 12.
Die Leitungseinheit 34 weist eine Gasleitung 40 auf. Die Gasleitung 40 ist als ein L-Rohrstück ausgebildet. Alternativ könnte die Gasleitung 40 als weitere, beliebig geformte Rohrstücke, welche frei von Verzweigungen sind, ausgebildet sein. Die Gasleitung 40 ist an einem Ende mit dem Gasauslass 18 verbunden. Die Gasleitung 40 ist an den Gasauslass 18 angeflanscht (nicht dargestellt). Alternativ könnte die Gasleitung 40 an den Gasauslass 18 angesteckt oder angeschraubt oder angeschweißt oder angelötet sein. Die Gasleitung 40 ist mit einem weiteren Ende mit der Brennstoffzelleneinheit 12 verbunden.
Das System 38 weist eine weitere Brennstoffzelleneinheit 22 auf. Die weitere Brennstoffzelleneinheit 22 ist zu der Brennstoffzelleneinheit 12 identisch ausgebildet. Alternativ könnte die weitere Brennstoffzelleneinheit 22 zu der Brennstoffzelleneinheit 12 unterschiedlich ausgebildet sein. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 dient einer Versorgung der weiteren Brennstoffzelleneinheit 22. Der Reformer 14 weist einen weiteren Gasauslass 20 auf. Alternativ könnte der Reformer 14 eine Mehrzahl weiterer Gasauslässe aufweisen. Der weitere Gasauslass 20 ist zu dem Gasauslass 18 identisch ausgebildet. Alternativ könnte der weitere Gasauslass 20 zu dem Gasauslass 18 unterschiedlich ausgebildet sein. Der weitere Gasauslass 20 dient einer Versorgung der weiteren Brennstoffzelleneinheit 22 mit reformiertem Gas. Die weitere Brennstoffzelleneinheit 22 ist mit dem weiteren Gasauslass 20 verbunden.
Die Leitungseinheit 34 weist eine weitere Gasleitung 42 auf. Die weitere Gasleitung 42 ist als ein zu der Gasleitung 40 spiegelverkehrt ausgebildetes L-Rohrstück ausgebildet. Die weitere Gasleitung 42 ist an einem Ende mit dem weiteren Gasauslass 20 verbunden. Die weitere Gasleitung 42 ist an den weiteren Gasauslass 20 angeflanscht (nicht dargestellt). Alternativ könnte die weitere Gasleitung 42 an den weiteren Gasauslass 20 angesteckt oder angeschraubt oder angeschweißt oder angelötet sein. Die weitere Gasleitung 42 ist mit einem weiteren Ende mit der weiteren Brennstoffzelleneinheit 22 verbunden.
Der Reformer 14 weist einen Gaseinlass 16 auf. Der Gaseinlass 16 dient einer Versorgung des Reformers 14 mit Rohgas. Das Rohgas besteht aus Erdgas. Alternativ könnte das Rohgas aus Biogas bestehen. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 weist eine weitere Leitungseinheit (nicht dargestellt) auf. Die weitere Leitungseinheit dient einem Transport von Rohgas von einem Versorgungsnetzwerk (nicht dargestellt) zu dem Reformer 14. Alternativ könnte die weitere Leitungseinheit einem Transport von Rohgas von einem Rohgastank zu dem Reformer 14 dienen.
Der Reformer 14 stellt an dem Gasauslass 18 und dem weiteren Gasauslass 20 gleiche Molenströme bereit. Der Gasauslass 18 und der weitere Gasauslass 20 versorgen die Brennstoffzelleneinheit 12 und die weitere Brennstoffzelleneinheit 22 jeweils mit derselben Stoffmenge an reformiertem Gas pro Zeiteinheit. Ein Strömungsleitwert von dem Gaseinlass 16 zu dem Gasauslass 18 entspricht einem weiteren Strömungsleitwert von dem Gaseinlass 16 zu dem weiteren Gasauslass 20. Ein Teilbereich des Katalysators 44, welcher zwischen dem Gaseinlass 16 und dem Gasauslass 18 angeordnet ist, ist identisch zu einem weiteren Teilbereich des Katalysators 44, welcher zwischen dem Gaseinlass 16 und dem weiteren Gasauslass 20 angeordnet ist. Der Reformer 44 ist spiegelsymmetrisch ausgebildet.
Der Gasauslass 18 definiert eine Gasauslassfläche 24. Die Gasauslassfläche 24 ist als eine Kreisfläche ausgebildet. Alternativ könnte die Gasauslassfläche 24 beliebige andere Formen und/oder Flächeninhalte aufweisen. Der weitere Gasauslass 20 definiert eine weitere Gasauslassfläche 26. Die Gasauslassflächen 24, 26 weisen zueinander identische Flächeninhalte auf. Die Gasauslassfläche 24 und die weitere Gasauslassfläche 26 sind zueinander identisch. Der Gasauslass 18 und der weitere Gasauslass 20 weisen eine selbe Öffnungsrichtung 28 auf.
Der Reformer 14 weist ein Gehäuse 30 auf. Das Gehäuse 30 weist sechs Gehäusewände auf. Das Gehäuse 30 ist sich von den Gasauslässen 18, 20 zu dem Gaseinlass 16 hin verjüngend ausgebildet. Alternativ könnte das Gehäuse 30 eine beliebige andere Form und/oder Anzahl von Gehäusewänden aufweisen. Der Gasauslass 18 und der weitere Gasauslass 20 sind an dem Gehäuse 30 angeordnet. Der Gasauslass 18 und der weitere Gasauslass 20 sind bezüglich des Gehäuses 30 symmetrisch angeordnet. Der Gasauslass 18 und der weitere Gasauslass 20 sind an einer Gehäusewand 32 des Gehäuses 30 angeordnet. Alternativ könnten der Gasauslass 18 und der weitere Gasauslass 20 an jeweils anderen Gehäusewänden angeordnet sein, beispielsweise an einander gegenüberliegenden Gehäusewänden. Der Gasauslass 18 und der weitere Gasauslass 20 sind bei einer senkrechten Betrachtung auf die Gehäusewand 32 punktsymmetrisch zu einem Mittelpunkt der Gehäusewand 32 angeordnet. Der Gasauslass 18 und der weitere Gasauslass 20 sind zu dem Gehäuse 30 spiegelsymmetrisch angeordnet.
Der Gaseinlass 16 ist auf einer anderen Seite des Gehäuses 30 angeordnet als der Gasauslass 18 und der weitere Gasauslass 20. Der Gaseinlass 16 ist auf einer senkrecht zu der Gehäusewand 32 ausgerichteten weiteren Gehäusewand 36 angeordnet. Alternativ könnte der Gaseinlass 16 auf einer der Gehäusewand 32 gegenüberliegenden anderen Gehäusewand angeordnet sein. Der Gaseinlass 16, der Gasauslass 18 und der weitere Gasauslass 20 sind als Öffnungen des Gehäuses 30 ausgebildet. Alternativ könnten der Gaseinlass 16 und/oder der Gasauslass 18 und/oder der weitere Gasauslass 20 in Öffnungen des Gehäuses 30 angeordnet sein.

Claims

Brennstoffzellenvorrichtung (10) zur Versorgung zumindest einer Brennstoffzelleneinheit (12), vorzugsweise einer Hochtemperaturbrennstoffzelleneinheit, mit zumindest einem Reformer (14), welcher zumindest einen Gaseinlass (16) zur Versorgung des Reformers (14) mit Rohgas und einen Gasauslass (18) zur Versorgung der Brennstoffzelleneinheit (12) mit reformiertem Gas aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Reformer (14) zumindest einen weiteren Gasauslass (20) zur Versorgung zumindest einer weiteren Brennstoffzelleneinheit (22) mit reformiertem Gas aufweist.
Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reformer (14) dazu vorgesehen ist, an dem Gasauslass (18) und dem weiteren Gasauslass (20) zumindest im Wesentlichen gleiche Molenströme bereitzustellen.
Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strömungsleitwert von dem Gaseinlass (16) zu dem Gasauslass (18) zumindest im Wesentlichen einem weiteren Strömungsleitwert von dem Gaseinlass (16) zu dem weiteren Gasauslass (20) entspricht
Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasauslass (18) eine Gasauslassfläche (24) und der weitere Gasauslass (20) eine weitere Gasauslassfläche (26) definieren, wobei die Gasauslassflächen (24, 26) zumindest im Wesentlichen zueinander identische Flächeninhalte aufweisen.
Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasauslassfläche (24) und die weitere Gasauslassfläche (26) zumindest im Wesentlichen zueinander identisch sind.
Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasauslass (18) und der weitere Gasauslass (20) zumindest im Wesentlichen dieselbe Öffnungsrichtung (28) aufweisen.
Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reformer (14) zumindest ein Gehäuse (30) aufweist, an welchem der Gasauslass (18) und der weitere Gasauslass (20) angeordnet sind.
Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasauslass (18) und der weitere Gasauslass (20) bezüglich des Gehäuses (30) symmetrisch angeordnet sind.
Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasauslass (18) und der weitere Gasauslass (20) an einer Gehäusewand (32) des Gehäuses (30) angeordnet und bei einer senkrechten Betrachtung auf die Gehäusewand (32) punktsymmetrisch zu einem Mittelpunkt der Gehäusewand (32) angeordnet sind.
Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaseinlass (16) auf einer anderen Seite des Gehäuses (30) angeordnet ist als der Gasauslass (18) und/oder der weitere Gasauslass (20).
System (38) mit einer Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit der Brennstoffzelleneinheit (12), welche mit dem Gasauslass (18) verbunden ist, und mit der weiteren Brennstoffzelleneinheit (22), welche mit dem weiteren Gasauslass (20) verbunden ist.