DE10350039B4 - Brenner für einen Reformer in einem Brennstoffzellensystem - Google Patents

Brenner für einen Reformer in einem Brennstoffzellensystem Download PDF

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Abstract

Brenner für einen Reformer zur Erzeugung der Reaktionstemperatur im Reformer, für die Reformierung von Brennstoff, vorzugsweise für eine Brennstoffzelle, dadurch gekennzeichnet, dass eine wenigstens teilweise Rückführung des Anodenrestgases (8), sowie eine Rückführung (5) für das Brennerabgas an den Brenner (4) vorhanden ist.

Description

  • Brennstoffzellen oder Brennstoffzellensysteme benötigen für ihren Betrieb Wasserstoff, der vorzugsweise aus Kohlenwasserstoff reformiert wird. Für die Reformierung des Kohlenwasserstoffs werden Reformer eingesetzt. Für den darin ablaufenden Reformierungsprozess ist generell Energie erforderlich. Diese Energie kann dem Reformer intern und/oder extern zugeführt werden. Im Fall der externen Wärmezufuhr wird der Reformer durch einen konventionellen Vormischbrenner erwärmt.
  • Im Fall der internen Wärmezufuhr kann diese Energie mittels exothermen Reaktionen, z. B. durch teilweise Oxidation der Reaktanten innerhalb des Reaktors erzeugt werden. Für die Anlaufphase ist jedoch zusätzlich eine externe Zufuhr von Wärme auch bei Reaktoren mit innerer Wärmezufuhr nötig.
  • Um diese zusätzliche Energie dem Reformer zuführen zu können, wird der Brenner mit dem Reformer verbunden, so dass die durch den Brenner erzeugte Wärme den Reformer so weit erwärmt, dass die Reformierungsreaktionen ablaufen können. Die Versorgung des Brenners mit Brennstoff erfolgt vorteilhafterweise mit dem gleichen Brennstoff, mit dem der Reformer gespeist wird.
  • Es handelt sich dabei also um Kohlenwasserstoffe wie beispielsweise Benzin. Der Brenner ist so eingestellt, dass er entsprechend der Flammgeschwindigkeit des zugeführten Kohlenwasserstoffs und der für die Verbrennung benötigten Luft bzw. des in der Luft vorhandenen Sauerstoffs einen stabilen Betrieb mit hohem Wirkungsgrad gewährleistet.
  • In den Anlaufphasen des Brennstoffzellensystems und des Reformers wird bei der Reformierung des Brennstoffs zu Wasserstoff ein Reformatgas erzeugt, welches einen noch verhältnismäßig niedrigen Anteil an Wasserstoff aufweist, und das zusätzlich auch noch hohe Werte an Kohlenmonoxid enthält. Dieses Reformatgas mit geringem Anteil an Wasserstoff und hohem Anteil an Kohlenmonoxid kann der Brennstoffzelle noch nicht zugeführt werden, da diese für den Betrieb mit einem solchen Gemisch nicht geeignet ist.
  • Da der erzeugte Wasserstoff jedoch ein hochwertiger Brennstoff ist, und da angestrebt wird, einen möglichst guten Wirkungsgrad für das System zu erzielen, wird dieses Reformat aus der Warmlaufphase aufgefangen. Es wird versucht, diesen hochwertigen Energieträger dem Reformierungsprozess wiederum zuzuführen, so dass dadurch die Verluste reduziert werden.
  • Zusätzlich ist es vorgesehen, dass das Anodenrestgas der Brennstoffzelle während des Betriebs über einen Brenner ebenfalls dem Reformierungsprozess zugeführt wird.
  • Die DE 3 742 143 A1 offenbart eine Heizkesselanlage, die mit einem Gebläsebrenner und einer Abgasrückführung arbeitet, wobei die Abgasrückführungsleitung stromauf des Verbrennungsluftgebläses in den Unterdruckbereich desselben mündet oder stromab des Verbrennungsluftgebläses in das Ventilationsgehäuse desselben einmündet, sodass an der Mündung ein Unterdruck bewirkt wird, sowie ein entsprechendes Verfahren zur Abgasentgiftung.
  • In der JP 2001 106 506 A wird ein Brenner für einen Reformer offenbart. Der Brenner dient der Erzeugung einer Reaktionstemperatur im Reformer, für die Reformierung von Brennstoff, vorzugsweise für eine Brennstoffzelle, mit wenigstens teilweiser Rückführung des Reformatgases in den Brenner, wobei eine Rückführung für das Brennerabgas an den Brenner vorhanden ist.
  • Bei einem weiteren Betriebszustand, nämlich bei einem starken Lastwechsel, kann es ebenfalls vorkommen, dass Reformatgas erzeugt wird, welches nicht den Anforderungen der Brennstoffzelle genügt, bzw. dass zu viel Reformat erzeugt wird. Auch dieses Reformatgas wird wie in der oben beschriebenen Art und Weise wiederum dem Reformierungsvorgang zugeführt.
  • Aufgrund der Tatsache, dass die Flammgeschwindigkeit des Wasserstoffs wesentlich höher ist als die Flammgeschwindigkeit des Kohlenwasserstoffs können herkömmliche Flammenbrenner nur mit einem ganz bestimmten Anteil von Wasserstoff zusätzlich zum Kohlenwasserstoff betrieben werden. Übersteigt der Anteil an Wasserstoff ein bestimmtes Verhältnis zum Brennstoff, so ergibt sich eine Rückzündung im Brenner, bei der die Flamme erlischt. Der Brenner ist somit nicht mehr betriebsfähig und es müssen Vorkehrungen getroffen werden, die den Brenner entsprechend wieder in Gang setzen.
  • Um solche Ereignisse zu vermeiden, missten für die Nutzung H2-reichen, teilreformierten Gases in der Startphase, zwei Brenner für einen Reformer verwendet werden, so dass ein Brenner Kohlenwasserstoff verbrennt und der zweite Brenner das zusätzlich anfallende, bereits teilreformierte wasserstoffreiche Gas. Dadurch ergibt sich jedoch ein erhöhter Raumbedarf und zusätzlich auch ein erhöhter finanzieller und technischer Aufwand, der die Rentabilität des Brennstoffzellensystems schmälert.
  • Aufgabe und Vorteile der Erfindung
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Brenner nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weiterzubilden, dass bei seinem Betrieb die Gefahr einer Rückzündung vermindert oder ganz behoben wird.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch die technische Lehre des Anspruchs 1.
  • Aus den Unteransprüchen gehen weitere Merkmale für vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung hervor.
  • Erfindungsgemäß wird nun ein Brenner nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weitergebildet, dass eine Rückführung für das Brennerabgas an den Brenner vorgesehen ist. Durch die Rückführung des Brennerabgases kann die Flammgeschwindigkeit des Gemisches im Brenner reduziert werden bzw. ist es möglich, die Strömungsgeschwindigkeit im Brenner so zu erhöhen, dass das Gemisch des zusätzlich beigemengten Wasserstoffgases, welches eine deutlich höhere Flammgeschwindigkeit aufweist als der Kohlenwasserstoff, nicht mehr so rasch verbrennen kann, dass sich eine Rückzündung oder ein sogenannter Rückschlag im Brenner mit den oben angegebenen Nachteilen ergibt.
  • D. h. durch die erfindungsgemäße Rückführung des Brennerabgases ist es möglich, mit einem einzigen Brenner sowohl Kohlenwasserstoffe als auch zusätzlich beigemengte Brennstoffe mit deutlich höherer Flammgeschwindigkeit gleichzeitig zu verbrennen.
  • Dazu kann es in einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass der Brenner mindestens zwei, unterschiedliche Flammgeschwindigkeiten aufweisende Brennstoffe verbrennen kann. Somit kann sowohl das im Anlaufbetrieb des Reformers entstehende, einen hohen, für den Betrieb der Brennstoffzelle aber unzureichenden H2-Anteil aufweisende Reformatgas direkt dem Brenner zugeführt werden, als auch Anodenrestgas, welches am Ausgang der Brennstoffzelle wieder rückgewonnen werden kann. Zum ordnungsgemäßen Betrieb des Brenners kann es daher in einer demgegenüber abgewandelten Ausführung vorgesehen sein, dass eine Mengenregeleinheit für das in den Brenner rückgeführte Abgas und/oder Reformatgas vorhanden ist.
  • In einer solchen Ausführungsform kann es beispielsweise auch vorgesehen sein, dass die Mengenregeleinheit von der Strömungsgeschwindigkeit des in den Brenner rückgeführten Abgases abhängig ist. In einer weiteren Ausführungsform kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass die Mengenregeleinheit von der Flammgeschwindigkeit des in den Brenner rückgeführten Reformatgases und/oder eines Anodenrestgases abhängig ist.
  • Dadurch wird es möglich, die Verbrennung im Brenner entweder über die Regulierung der Strömungsgeschwindigkeit des Brennerabgases oder über die Regulierung der Flammgeschwindigkeit des die höhere Flammgeschwindigkeit aufweisenden, zusätzlich zugeführten Brennstoffs, in der Regel handelt es sich hierbei um den reformierten Wasserstoff, zu beeinflussen.
  • In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Mengenregeleinheit von der im Brenner vorherrschenden Strömungsgeschwindigkeit des in den Brenner rückgeführten Reformatgases und/oder des Anodenrestgases abhängig ist.
  • Dazu kann beispielsweise eine Mengenregeleinheit vorgesehen sein, die direkt die Parameter im Brenner erfasst. Bei den beiden zuvor angegebenen Ausführungsformen ist es beispielsweise möglich, dass die Mengenregeleinheit die Parameter außerhalb des Brenners erfasst.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass eine Sensor- und/oder Aktoreinheit in der Rückführung für das Abgas des Brenners vorhanden ist. Dort kann beispielsweise die Qualität und die Quantität des rückgeführten Abgases des Brenners in Zusammenwirkung mit der Mengenregeleinheit erfasst und beeinflusst werden.
  • Dadurch ist es beispielsweise möglich, dass abhängig von der Zusammensetzung des Abgases und von der im Brenner vorherrschenden Strömungsgeschwindigkeit mehr oder weniger Abgas in den Brenner zugeführt werden kann, um eine möglichst optimale Flammgeschwindigkeit im Brenner zu erreichen.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass eine Sensor- und/oder Aktoreinheit in der Rückführung für das wasserstoffreiche Reformatgas vorgesehen ist. Dadurch kann beispielsweise wiederum eine quantitative und qualitative Überwachung der Zufuhr von Reformatgas an den Brenner durchgeführt werden. Die entsprechenden Parameter können beispielsweise an die Mengenregeleinheit weitergegeben werden bzw. auch von dieser an die entsprechenden Sensor- und Aktoreinheiten für wasserstoffreiches Reformatgas oder für die Rückführung des Abgases vom Brenner übermittelt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass der Brenner als ein Flammbrenner ausgebildet ist. Dabei kann es beispielsweise auch vorgesehen sein, dass für den Betrieb des Brenners eine Brennstoff führende Leitung vorhanden ist. In einer besonderen Ausführungsform kann es dabei vorgesehen sein, dass der Brennstoff Kohlenwasserstoff ist.
  • In der für den Betrieb des Brenners vorgesehenen Brennstoff führenden Leitung kann also wahlweise getrennt von der Versorgung des Reformers Brennstoff zugeführt werden. Es kann aber auch Kohlenwasserstoff zugeführt werden, der über eine mit der Versorgungsleitung für den Reformer verbundenen Leitung zugeführt wird.
  • Durch diese Merkmale ist es möglich, lediglich einen einzigen Brenner für einen Reformer zur Erzeugung der Reaktionstemperatur im Reformer vorzusehen. Für die Reformierung von Brennstoff, vorzugsweise für eine Brennstoffzelle, mit wenigstens teilweiser Rückführung des Reformatgases und/oder eines Anodenrestgases in den Brenner kann somit abhängig von der rückgeführten Menge des wasserstoffhaltigen Reformatgases und/oder des rückgeführten Anodenrestgases mehr oder weniger Brennerabgas in den Brennraum rückgeführt werden, um so die Flammgeschwindigkeit herabzusetzen bzw. die Strömungsgeschwindigkeit im Brenner zu erhöhen, so dass dadurch eine Rückzündung im Brenner, aufgrund der hohen Flammgeschwindigkeit des beigemengten Wasserstoffanteils, erfolgreich verhindert wird.
  • Ausführungsbeispiel der Erfindung
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend anhand der Figurenbeschreibung näher erläutert.
  • Die beiliegende Figur zeigt ein Brennstoffzellensystem 1 mit einer Brennstoffzelle 2, einem Brennstoffreformer 3 und dem erfindungsgemäßen Brenner 4.
  • Der Brenner 4 beheizt den Reformer 3, welcher reformierten Wasserstoff über die Leitung 10 an die Brennstoffzelle 2 abgibt. Der von der Brennstoffzelle 2 nicht umgesetzte Anteil an Wasserstoff wird über die Rückführung 8 als Anodenrestgas wieder rückgewonnen und über die Verbindung 7 und die Rückführung 6 dem Brenner 4 zugeführt.
  • In der Leitung 10 ist eine Abzweigung 9 dargestellt. Von dieser kann über die Rückführung 6 wasserstoffreiches Reformatgas abgefangen und über die Sensor- und/oder Aktoreinheit 18 dem Brenner 4 zugeführt werden. So kann der Brenner 4, welcher zur Grundversorgung über die Leitung 13 mit Brennstoff versorgt wird, zusätzlich mit energiereichem Reformatgas versorgt werden.
  • Dieses energiereiche Reformatgas weist jedoch eine gegenüber dem Grundbrennstoff deutlich höhere Flammgeschwindigkeit auf. Zur Vermeidung von Rückzündungen ist erfindungsgemäß eine Abgasrückführung für den Brenner 4 vorgesehen. Das Abgas des Brenners 4 wird dazu wenigstens teilweise erfasst und entsprechend den betriebsbedingten Situationen diesem selbst wieder zugeführt.
  • Dies kann beispielsweise über eine Sensor- und/oder Aktoreinheit 16 erfolgen, welche sich beispielsweise in der Rückführung 5 für das Abgas vom Brenner 4 befinden kann. In der gezeigten Darstellung ist die Rückführung 5 über eine Abzweigung 11 mit der Abgasleitung 12 des Brenners 4 verbunden.
  • Im Ausführungsbeispiel ist zusätzlich eine Mengenregeleinheit 17 zusammen mit dieser Sensor- und/oder Aktoreinheit 16 dargestellt. Die Mengenregeleinheit 17 kann aber grundsätzlich an jeder beliebigen, dafür geeigneten Stelle des Brennstoffzellensystems 1 angeordnet sein.
  • Die Luft bzw. der Sauerstoff wird dem Brenner 4 über entsprechende Öffnungen zugeführt. Bei beengtem Raum kann es aber auch vorteilhaft sein, dass eine vom Brenner 4 entfernt liegende Stelle zur Erfassung von Luft oder Sauerstoff genutzt wird und diese mittels der Leitung 15 dem Brenner zugeführt wird.
  • Der Reformer 3 wird mittels einer Leitung 14 mit Brennstoff versorgt, um in bekannter Weise Wasserstoff im Reformverfahren zu gewinnen. Der reformierte Wasserstoff wird anschließend über die Leitung 10 an die Brennstoffzelle 2 geführt.
  • Im Anlaufbetrieb des Reformers 3 oder auch bei Lastwechsel wird das für die Brennstoffzelle 2 ungeeignete, wasserstoffreiche Reformatgas über die Rückführung 6 an der Abzweigung 9 abgezweigt und an die Sensor- und/oder Aktoreinheit 18 weitergeleitet. Dabei kann beispielsweise sowohl die Quantität als auch die Qualität des durchgeleiteten Reformatgases bestimmt werden. Zusätzlich kann eine Beeinflussung dieses Volumenstroms durch die Verwendung geeigneter Sensormittel erfolgen.
  • Die Anordnung der Sensor- und/oder Aktoreinheit 18 kann beispielsweise aber auch direkt in der Verbindung 7 für die Zusammenführung der Rückführungen 6 und 8 angeordnet sein. Dabei könnte es beispielsweise auch vorgesehen sein, dass sowohl die Rückführung 8 als auch die Rückführung 6 von dieser Sensor- und/oder Aktoreinheit 18 überwacht bzw. beeinflusst werden.
  • In den Fällen, in welchen das Reformatgas nun nicht die Qualität aufweist, welche die Brennstoffzelle 2 für ihren einwandfreien Betrieb erfordert, wird dieses dem Brenner 4 für die Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades zugeführt. Dazu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, mittels qualitativ und/oder quantitativ kontrollierter Rückführung des Abgases des Brenners 4 diesen so zu betreiben, dass keine Rückzündung im Brenner 4 erfolgen kann.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Brennstoffzellensystem
    2
    Brennstoffzelle
    3
    Reformer
    4
    Brenner
    5
    Rückführung
    6
    Rückführung
    7
    Verbindung
    8
    Rückführung
    9
    Abzweigung
    10
    Leitung
    11
    Abzweigung
    12
    Leitung
    13
    Leitung
    14
    Leitung
    15
    Leitung
    16
    Sensor- und/oder Aktoreinheit
    17
    Mengenregeleinheit
    18
    Sensor- und/oder Aktoreinheit

Claims (11)

  1. Brenner für einen Reformer zur Erzeugung der Reaktionstemperatur im Reformer, für die Reformierung von Brennstoff, vorzugsweise für eine Brennstoffzelle, dadurch gekennzeichnet, dass eine wenigstens teilweise Rückführung des Anodenrestgases (8), sowie eine Rückführung (5) für das Brennerabgas an den Brenner (4) vorhanden ist.
  2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine wenigstens teilweise Rückführung (6) für ein Reformatgas vorhanden ist.
  3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mengenregeleinheit (17) für das in den Brenner (4) rückgeführte Brennerabgas vorgesehen ist.
  4. Brenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mengenregeleinheit (17) in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit des in den Brenner (4) rückgeführten Brennerabgases regelt.
  5. Brenner nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mengenregeleinheit (17) in Abhängigkeit von der Flammgeschwindigkeit des in den Brenner (4) rückgeführten, Reformatgases und/oder des Anodenrestgases regelt.
  6. Brenner nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mengenregeleinheit (17) in Abhängigkeit von der im Brenner (4) vorherrschenden Strömungsgeschwindigkeit des in den Brenner rückgeführten Reformatgases und/oder des Anodenrestgases regelt.
  7. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sensor- und/oder Aktoreinheit (16) in der Rückführung (5) für das Brennerabgas an den Brenner (4) vorgesehen ist.
  8. Brenner nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sensor- und/oder Aktoreinheit (18) in der Rückführung (6) für das wasserstoffreiche Reformatgas vorgesehen ist.
  9. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner (4) ein Flammbrenner ist.
  10. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass für den Betrieb des Brenners (4) eine Brennstoff führende Leitung (13) vorhanden ist.
  11. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Brenner (4) zugeführte Brennstoff ein Kohlenwasserstoff ist.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004049903B4 (de) 2004-10-13 2008-04-17 Enerday Gmbh Brennervorrichtung mit einem Porenkörper
DE102005038733A1 (de) * 2005-08-16 2007-02-22 Webasto Ag Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betreiben eines Reformers
DE102009053839A1 (de) 2009-11-18 2011-06-09 Enymotion Gmbh Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems
ES2433121B1 (es) * 2013-08-07 2015-01-22 Abengoa Hidrogeno, S.A. Quemador integrado en un sistema de reformado de hidrocarburos y alcoholes
JP7082942B2 (ja) * 2018-12-26 2022-06-09 東京瓦斯株式会社 水素製造装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3742143A1 (de) * 1986-12-11 1988-06-30 Dreizler Walter Verfahren zur abgasentgiftung einer heizkesselanlage bzw. heizkesselanlage mit externer abgasrueckfuehrung
CH681479A5 (en) * 1992-03-04 1993-03-31 Landis & Gyr Business Support Exhaust return system for burner with fan - has pneumatic proportion regulator comparing air and exhaust gas pressures
JP2001106506A (ja) * 1999-10-06 2001-04-17 Mitsubishi Electric Corp 改質器用燃焼装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01251561A (ja) * 1988-03-30 1989-10-06 Mitsubishi Electric Corp 燃料電池改質器用燃焼器の制御
JPH03266367A (ja) * 1990-03-14 1991-11-27 Toshiba Corp 燃料電池システムの燃料系統制御装置
JPH06275291A (ja) * 1993-03-23 1994-09-30 Sanyo Electric Co Ltd 溶融炭酸塩型燃料電池システム
JPH0778626A (ja) * 1993-09-10 1995-03-20 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 燃料電池発電装置
JPH09231989A (ja) * 1996-02-20 1997-09-05 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 燃料電池発電設備
JPH1167237A (ja) * 1997-08-18 1999-03-09 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 燃料電池発電装置
JPH1167252A (ja) * 1997-08-26 1999-03-09 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 燃料電池発電装置
JPH11135140A (ja) * 1997-10-28 1999-05-21 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd アノード排ガスをリサイクルする複合発電設備
JP2002319428A (ja) * 2001-04-19 2002-10-31 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 溶融炭酸塩型燃料電池発電設備
JP3861738B2 (ja) * 2002-04-25 2006-12-20 日産自動車株式会社 燃料電池システム

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3742143A1 (de) * 1986-12-11 1988-06-30 Dreizler Walter Verfahren zur abgasentgiftung einer heizkesselanlage bzw. heizkesselanlage mit externer abgasrueckfuehrung
CH681479A5 (en) * 1992-03-04 1993-03-31 Landis & Gyr Business Support Exhaust return system for burner with fan - has pneumatic proportion regulator comparing air and exhaust gas pressures
JP2001106506A (ja) * 1999-10-06 2001-04-17 Mitsubishi Electric Corp 改質器用燃焼装置

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