DE10393027T5

DE10393027T5 - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Druckluft durch Verwendung von Reformiergas aus einem Kraftstoff-Reformer

Info

Publication number: DE10393027T5
Application number: DE10393027T
Authority: DE
Inventors: Dennis A. Troy Kramer; Navin Columbus Khadiya
Original assignee: Arvin Technologies Inc
Current assignee: Arvin Technologies Inc
Priority date: 2002-08-05
Filing date: 2003-07-07
Publication date: 2005-08-25
Also published as: AU2003261118A1; WO2004013041A1; JP2005534604A; US20040020188A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Systems zum Reformieren von Kraftstoff, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:
Betreiben eines Kraftstoff-Reformers, um ein Reformiergas zu erzeugen,
Befördern des Reformiergases durch eine Turbine eines Turboladers, um Druckluft zu erzeugen, und
Befördern der Druckluft zu einem Lufteinlaß des Kraftstoff-Reformers.

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität aus der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 60/401,095 , die am 5. August 2002 eingereicht wurde und deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme mit aufgenommen ist.
QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Es erfolgt ein Querverweis auf die gleichzeitig anhängige US-Patentanmeldung mit der Anmeldenummer XX/XXX,XXX (Anwalts-Aktenzeichen Nr. 9501-72887) mit dem Titel "Method and Apparatus for Advancing Air into a Fuel Reformer by Use of an Engine Vacuum", zusammen mit der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung mit der Anmeldenummer XX/XXX,XXX (Anwalts-Aktenzeichen Nr. 9501-72886) mit dem Titel "Method and Apparatus for Advancing Air into a Fuel Reformer by Use of a Turbocharger", die beide auf den Inhaber dieser vorliegenden Anmeldung übertragen sind, zeitgleich hierzu eingereicht wurden und hiermit durch Bezugnahme mit aufgenommen sind.
GEBIET DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf bordeigene Systeme zum Reformieren von Kraftstoff und auf Verfahren zum Betreiben von bordeigenen Systemen zum Reformieren von Kraftstoff.
HINTERGRUND DER OFFENBARUNG
Ein Kraftstoff-Reformer wird betrieben, um einen Kraftstoff auf Kohlenwasserstoffbasis in ein Reformiergas aufzuspalten. Im Falle eines bordeigenen Kraftstoff-Reformers wie zum Beispiel eines Kraftstoff-Reformers, der einem Fahrzeug oder ortsgebundenen Stromgenerator zugeordnet ist, kann das vom Kraftstoff-Reformer erzeugte Reformiergas beim Betrieb eines Verbrennungsmotors als Kraftstoff oder Kraftstoffzusatz verwendet werden. Das Reformiergas kann auch dazu verwendet werden, eine einem Verbrennungsmotor zugeordnete Emissionsbeseitigungsvorrichtung zu regenerieren oder anderweitig in einen gewünschten Zustand zu bringen, oder es kann als Brennstoff für eine Brennstoffzelle verwendet werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Gemäß einem Aspekt der Offenbarung umfaßt ein System zum Reformieren von Kraftstoff eine Ausdehnungsvorrichtung, die durch einen aus einem Kraftstoff-Reformer stammenden Strom aus Reformiergas angetrieben wird. Der Ausgang der Ausdehnungsvorrichtung treibt einen Verdichter an, der Druckluft zur Verwendung durch den Kraftstoff-Reformer erzeugt.
Gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung umfaßt ein System zum Reformieren von Kraftstoff einen Turbolader und einen Kraftstoff-Reformer. Der Turbolader hat einen Druckluftauslaß, der mit einem Lufteinlaß des Kraftstoff-Reformers in Strömungsverbindung steht, sowie einen Reformiergaseinlaß, der mit einem Reformiergasauslaß des Kraftstoff-Reformers in Strömungsverbindung steht. Der Turbolader hat eine Turbine, die durch einen aus dem Kraftstoff-Reformer stammenden Strom aus Reformiergas angetrieben wird. Die Turbine treibt einen Verdichter an, um den Kraftstoff-Reformer mit Druckluft zu versorgen. Der Auslaß der Turbine steht mit einer Komponente wie dem Einlaß eines Motors, einer Emissionsbeseitigungsvorrichtung oder einer Brennstoffzelle in Strömungsverbindung.
Gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung umfaßt ein Verfahren zum Betreiben eines Leistungssystems das Befördern von Reformiergas aus einem Kraftstoff-Reformer durch die Turbine eines Turboladers, um Druckluft zu erzeugen. Die Druckluft wird dem Lufteinlaß des Kraftstoff-Reformers zugeführt. Das aus der Turbine des Turboladers austretende Reformiergas wird einer Komponente wie dem Einlaß des Motors, einer Emissionsbeseitigungsvorrichtung oder einer Brennstoffzelle zugeführt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein vereinfachtes Blockschaubild eines Systems zum Reformieren von Kraftstoff, mit einem Kraftstoff-Reformer und einer Baueinheit aus Ausdehnungsvorrichtung/Verdichter;
2 ist ein zu 1 ähnliches, vereinfachtes Blockschaubild, zeigt aber Ausdehnungsvorrichtung/Verdichter in der Ausführung als Turbolader; und die
3 bis 5 sind vereinfachte Blockschaubilder der verschiedenen Komponenten, die das vom Kraftstoff-Reformer erzeugte Reformiergas aufnehmen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Während die Konzepte der vorliegenden Offenbarung verschiedene Abänderungen erfahren und alternative Formen annehmen können, sind bestimmte beispielhafte Ausführungsformen davon beispielhaft in den Zeichnungen gezeigt worden und werden nun nachfolgend im Einzelnen beschrieben. Es sollte jedoch klar sein, daß die Offenbarung nicht auf die besonderen offenbarten Formen beschränkt sein soll, sondern im Gegenteil alle Abänderungen, äquivalenten Lösungen und Alternativen abdecken soll, die innerhalb des Sinngehalts und Umfangs der Erfindung liegen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
Mit nunmehrigem Bezug auf 1 ist ein System 10 zum Reformieren von Kraftstoff gezeigt, das einen Kraftstoff-Reformer 12 und eine Baueinheit 14 aus Ausdehnungsvorrichtung/Verdichter umfaßt. Der hier beschriebene Kraftstoff-Reformer 12 kann in irgendeiner Bauart eines Kraftstoff-Reformers ausgeführt sein, wie zum Beispiel als katalytischer Kraftstoff-Reformer, thermischer Kraftstoff-Reformer, Dampf-Kraftstoff-Reformer, oder in irgendeiner anderen Bauart eines Kraftstoff-Reformers. Der Kraftstoff-Reformer 12 der vorliegenden Offenbarung auch als Plasma-Kraftstoff-Reformer ausgeführt sein. Ein Plasma-Kraftstoff-Reformer verwendet Plasma, um ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff auf Kohlenwasserstoffbasis in ein Reformiergas umzuwandeln, das unter anderem reich an Wasserstoffgas und Kohlenmonoxid ist. Systeme, die Plasma-Kraftstoff-Reformer beinhalten, sind offenbart im US-Patent Nr. 5 425 332 , erteilt an Rabinovich et al.; US-Patent Nr. 5 437 250 , erteilt an Rabinovich et al.; US-Patent 5 409 784 , erteilt an Bromberg et al.; und im US-Patent 5 887 554 , erteilt an Cohn et al., deren jeweilige Offenbarungen hiermit durch Bezugnahme mit aufgenommen sind. Zusätzliche Beispiel für Systeme, die Plasma-Kraftstoff-Reformer beinhalten, sind in der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 10/158,615 und dem Titel "Low Current Plasmatron Fuel Converter Having Enlarged Volume Discharges" offenbart, die am 30. Mai 2002 von A. Rabinovich, N. Alexeev, L. Bromberg, D. Cohn und A. Samokhin eingereicht wurde, zusammen mit der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 10/411,917 und dem Titel "Plasmatron Fuel Converter Having Decoupled Air Flow Control", die am 11. April 2003 von A. Rabinovich, N. Alexeev, L. Bromberg, D. Cohn und A. Samokhin eingereicht wurde, wobei deren beider Offenbarungen hiermit durch Bezugnahme mit aufgenommen sind.
Zu Zwecken der folgenden Beschreibung werden die Konzepte der vorliegenden Offenbarung hier im Hinblick auf einen Plasma-Kraftstoff-Reformer beschrieben. Wie oben beschrieben ist, kann der Kraftstoff-Reformer der vorliegenden Offenbarung jedoch auch in irgendeiner anderen Bauart eines Kraftstoff-Reformers ausgeführt sein, und die hierzu beigefügten Ansprüche sollten nicht so ausgelegt werden, als daß sie auf irgendeine besondere Bauart eines Kraftstoff-Reformers beschränkt wären, es sei denn, dies ist ausdrücklich so angegeben.
Der Plasma-Kraftstoff-Reformer 12 kann in der Konstruktion eines bordeigenen Systems zum Reformieren von Kraftstoff in einem Fahrzeug, oder eines ortsgebundenen Stromgenerators verwendet werden. Das von dem bordeigenen Plasma-Kraftstoff-Reformer 12 erzeugte Reformiergas kann einer Komponente 16 zugeführt werden, die einem Fahrzeug oder einem ortsgebundenen Stromgenerators zugeordnet ist. Beispielsweise kann das vom Kraftstoff-Reformer erzeugte Reformiergas beim Betreiben eines Verbrennungsmotors 18 (siehe 3) als Kraftstoff oder Kraftstoffzusatz verwendet werden, wodurch sich der Wirkungsgrad des Motors erhöht, während gleichzeitig der vom Motor erzeugte Schadstoffausstoß verringert wird. Das vom bordeigenen Plasma-Kraftstoff-Reformer 12 erzeugte Reformiergas kann auch dazu verwendet werden, eine einem Verbrennungsmotor zugeordnete Emissionsbeseitigungsvorrichtung 20 (siehe 4) zu regenerieren oder anderweitig in einen gewünschten Zustand zu bringen. Außerdem kann, wenn das Fahrzeug oder der ortsgebundene Stromgenerator mit einer Brennstoffzelle 22 wie z. B. einer Zusatzstromversorgungseinheit (APU = auxiliary power unit) ausgestattet ist, das vom bordeigenen Plasma-Kraftstoff-Reformer 12 stammende Reformiergas auch als Brennstoff für die Brennstoffzelle 22 (siehe 5) verwendet werden.
Der Plasma-Kraftstoff-Reformer 12 verarbeitet ein Gemisch aus Kraftstoff und Luft, um das Reformiergas zu erzeugen. Der Kraftstoff kann eine beliebige Art von Kraftstoff auf Kohlenwasserstoffbasis wie z. B. Benzin- oder Dieselkraftstoff sein. In einer beispielhaften Ausführungsform ist der vom Plasma-Kraftstoff-Reformer 12 reformierte Kraftstoff von derselben Kraftstoffart, wie sie vom Motor des Fahrzeugs oder vom ortsgebundenen Stromgenerator verbrannt wird.
Die Baueinheit 14 aus Ausdehnungsvorrichtung/Verdichter umfaßt eine Ausdehnungsvorrichtung 24 und einen Verdichter 26. Die Ausdehnungsvorrichtung 24 kann in irgendeiner Bauart einer Ausdehnungsvorrichtung ausgeführt sein, die als Ergebnis eines sie durchströmenden, erhitzten Fluids eine Abgabe mechanischer Energie hervorbringt. Die Ausdehnungsvorrichtung 24 kann beispielsweise als Turbine ausgeführt sein, wie nachstehend im Genaueren mit Bezug auf 2 erläutert wird. In diesem Fall treibt ein Strom aus heißem Reformiergas aus dem Kraftstoff-Reformer 12 die Turbine an, um eine Abgabe mechanischer Energie hervorzubringen.
Alternativ dazu kann die Ausdehnungsvorrichtung 24 als Ausdehnungsvorrichtung in Kolbenbauart ausgeführt sein. In diesem Fall treibt das heiße Reformiergas aus dem Kraftstoff-Reformer 12 eine Anzahl von Kolben an, die wiederum eine Abgebe mechanischer Energie hervorbringen. Beispiel für Ausdehnungsvorrichtungen in Kolbenbauart finden sich in den US-Patenten Nr. 6 283 723 ; 5 114 321 ; 5 004 404 ; und 4 907 950 , die jeweils durch Bezugnahme hierin mit aufgenommen sind. Baueinheiten mit integrierter Ausdehnungsvorrichtung in Kolbenbauart und Verdichter können auch als Ausdehnungsvorrichtung 24 (und Verdichter 26) verwendet werden. Derartige integrierte Baueinheiten sind im US-Patent Nr. 6 283 723 beschrieben und über Vairex Corporation, Boulder, Colorado im Handel erhältlich.
Die Ausdehnungsvorrichtung 24 kann auch in Form anderer Bauarten von Ausdehnungsvorrichtungen ausgeführt sein, wie z. B. als Ausdehnungsvorrichtung in Schneckenbauart, Verdichter/Ausdehnungsvorrichtung in Volutenbauart, hybride Verdichter/Ausdehnungsvorrichtung (z. B. eine Kombination aus Turboverdichter und Verdichter/Ausdehnungsvorrichtung in Volutenbauart), oder als Ausdehnungsvorrichtung in Verdrängerbauart und mit neuartiger Geometrie.
Die von der Ausdehnungsvorrichtung 24 abgegebene mechanische Energie treibt den Verdichter 26 an, um Druckluft zu erzeugen. Insbesondere ist der Ausgang der Ausdehnungsvorrichtung 24 kraftübertragend mit dem Verdichter 26 verbunden, um diesen anzutreiben. So wird die dem Verdichter 26 über einen Lufteinlaß 48 zugeführte Luft mit Druck beaufschlagt und danach dem Plasma-Kraftstoff-Reformer 12 zugeführt.
Der Plasma-Kraftstoff-Reformer 12 umfaßt einen Lufteinlaß 28, um Druckluft in ihn einzulassen und einen Reformiergasauslaß 30, um das Reformiergas aus ihm auszuleiten. Es sollte klar sein, daß der Kraftstoff-Reformer 12 mit einer beliebigen Anzahl von Lufteinlässen – einschließlich einer Anzahl von Lufteinlässen mit entkoppelten Strömungen – verwirklicht werden kann, obwohl der hier beschriebene Kraftstoff-Reformer 12 nur über einen einzigen Lufteinlaß (also den Lufteinlaß 28) verfügt. Der Lufteinlaß 28 steht über eine Fluidleitung 34 mit einem Druckluftauslaß 32 des Verdichters 26 in Strömungsverbindung.
Zur Zufuhr des Reformiergases aus dem Plasma-Kraftstoff-Reformer 12 hat die Ausdehnungsvorrichtung 24 einen Reformiergaseinlaß 36. Eine Fluidleitung 38 verbindet den Reformiergasauslaß 30 des Plasma-Kraftstoff-Reformers 12 mit dem Reformiergaseinlaß 36 der Ausdehnungsvorrichtung 24. Ein Reformiergasauslaß 40 der Ausdehnungsvorrichtung 24 steht über eine Fluidleitung 42 mit der Systemkomponente 16 in Strömungsverbindung. Wie vorstehend schon darauf Bezug genommen wurde, kann die Systemkomponente 16 die Form eines Einlasses eines Motors 18 wie eines Benzinmotors mit Fremdzündung annehmen. In so einem Fall wird das Reformiergas als Kraftstoff oder Kraftstoffzusatz für den Motor 18 verwendet.
Die Systemkomponente 16 kann auch die Form einer Emissionsbeseitigungsvorrichtung 20 annehmen, um den von einem Verbrennungsmotor wie einem Dieselmotor erzeugten Schadstoffausstoß zu behandeln. Die Emissionsbeseitigungsvorrichtung 20 kann als NO_x-Nachbehandlungsvorrichtung wie z. B. als Abscheider oder SCR-Katalysator ausgeführt sein, oder als Beseitigungsvorrichtung anderen Bauart wie z. B. als Rußpartikelfilter. In dieser Weise wird die Vorrichtung 20 dazu verwendet, im vom Verbrennungsmotor ausgestoßenen Abgas vorhandene Verbindungen wie NO_x, SO_x oder Rußpartikel zu entfernen.
Die Systemkomponente 16 kann auch die Form einer Brennstoffzelle 22 annehmen. Die Brennstoffzelle 22 kann in irgendeiner Brennstoffzellenbauart ausgeführt sein. Beispielsweise kann die Brennstoffzelle als Alkalibrennstoffzelle (AFC = alkaline fuel cell), Brennstoffzelle auf Phosphorsäurebasis (PAFC = phosphoric acid fuel cell), Brennstoffzelle mit Protonenaustauschmembran (PEMFC = proton exchange membrane fuel cell), Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC = solid oxide fuel cell), Schmelzcarbonat-Brennstoffzelle (MCFC = molten carbonate fuel cell) oder in beliebiger anderer Brennstoffzellenbauart ausgeführt sein.
Im Betrieb wird das vom Plasma-Kraftstoff-Reformer 12 erzeugte heiße Reformiergas durch die Ausdehnungsvorrichtung 24 geschickt, wodurch der Verdichter 26 angetrieben wird. Das aus der Ausdehnungsvorrichtung 24 austretende Reformiergas wird der Systekomponente 16 (also dem Einlaß des Motors 18, der Emissionsbeseitigungsvorrichtung 20 oder der Brennstoffzelle 22) zugeführt. Die vom Verdichter 26 erzeugte Druckluft wird dem Einlaß des Plasma-Kraftstoff-Reformers 12 zugeführt, wodurch den Anforderungen des Reformers bezüglich der Druckluft Genüge geleistet ist.
Über das Antreiben des Verdichters 26 hinaus kann die Ausdehnungsvorrichtung 24 auch dazu verwendet werden, einen Stromgenerator 44 (in 1 mit unterbrochener Linie gezeigt) anzutreiben. Je nach den Systemerfordernissen kann der Generator 44 kann entweder als Gleichstrom- oder Wechselstromgenerator ausgeführt sein. Die vom Generator 44 erzeugte Energie kann in einer Batterie 46 gespeichert werden, um von Komponenten verwendet zu werden, die dem Fahrzeug oder Stromgenerator zugeordnet sind. Der Generator 44 kann gemeinsam mit dem Verdichter 26 oder alternativ anstelle des Verdichters 26 verwendet werden, in welchem Fall die vom Generator 44 erzeugte elektrische Energie dazu verwendet werden kann, neben anderen Komponenten einen elektrisch angetriebenen Verdichter (nicht gezeigt) zum Zuführen von Druckluft zum Kraftstoff-Reformer 12 zu versorgen.
Zusätzlich kann die Baueinheit 14 aus Ausdehnungsvorrichtung/Verdichter mit einem Antriebsmotor (nicht gezeigt) verwirklicht werden. Der Antriebsmotor kann dazu verwendet werden, der Ausdehnungsvorrichtung 24 eine zusätzliche Eingangsleistung bereitzustellen, um den Verdichter 26 während dieser Perioden anzutreiben, in denen die von der Ausdehnungsvorrichtung abgegebene mechanische Energie alleine nicht dazu ausreicht, den Anforderungen des Kraftstoff-Reformers 12 bezüglich der Druckluft Genüge zu leisten. Es kann eine Regelvorrichtung verwendet werden, um den Antriebsmotor selektiv zu aktivieren oder außer Betrieb zu setzen, je nachdem, ob die Ausdehnungsvorrichtung 24 dem Verdichter 26 ausreichend viel mechanische Energie bereitstellt oder nicht. Außerdem kann durch den Einsatz eines Antriebsmotors ein verbessertes Hochfahren der Baueinheit 14 aus Ausdehnungsvorrichtung/Verdichter ermöglicht werden, was ein schnelles Hochfahren des Kraftstoff-Reformers 12 gestattet. Genauer gesagt kann in bestimmten Fällen der Antriebsmotor dazu verwendet werden, die mechanische Trägheit der Baueinheit 14 aus Ausdehnungsvorrichtung/Verdichter zu überwinden und die Baueinheit 14 mit höherer Drehzahl anzutreiben als nur mittels Fluidkraft allein.
Ein Wärmetauscher (nicht gezeigt) kann zwischen dem Auslaß 30 des Kraftstoff-Reformers 12 und dem Einlaß 36 der Ausdehnungsvorrichtung 24 verwendet werden. Bei bestimmten Systemauslegungen kann es wünschenswert sein, das Reformiergas vor Einleitung in die Ausdehnungsvorrichtung 24 zu kühlen.
Mit Bezug auf 2 ist eine bestimmte, beispielhafte Ausführungsform des Systems 10 zum Reformieren von Kraftstoff gezeigt. Das System von 2 umfaßt Strukturen, die den oben bezüglich 1 beschriebenen Strukturen ähnlich sind. In 2 werden dieselben Bezugszahlen benutzt, um auf dieselben, zuvor in 1 beschriebenen Strukturen Bezug zu nehmen, wobei sich deren wiederholte Erläuterung erübrigt.
Im System von 2 wird als Baueinheit 14 aus Ausdehnungsvorrichtung/Verdichter ein Turbolader 50 verwendet. Der Turbolader 50 umfaßt eine Turbine 52 zum Antreiben des Verdichters 26. Im Einzelnen hat die Turbine 52 eine Ausgangswelle (nicht gezeigt), die mit dem Verdichter 26 kraftübertragend verbunden ist, wodurch der Antrieb des Verdichters 26 durch die Turbine 52 ermöglicht ist.
In entsprechender Weise wie mit Hinblick auf 1 beschrieben steht der Reformiergasauslaß 30 des Plasma-Kraftstoff-Reformers 12 mit dem Einlaß 36 der Turbine 52 in Strömungsverbindung, wobei der Auslaß der Turbine 52 mit der Systemkomponente 16 (also dem Einlaß des Motors 18, der Emissionsbeseitigungsvorrichtung 20 oder der Brennstoffzelle 22) in Strömungsverbindung steht. Das vom Kraftstoff-Reformer 12 erzeugte Reformiergas wird auf seinem Weg vom Kraftstoff-Reformer 12 zur Systemkomponente 16 als solches dazu benutzt, die Turbine 52 anzutreiben.
Über den Auslaß 32 des Verdichters 26 des Turboladers wird dem Einlaß 28 des Plasma-Kraftstoff-Reformers 12 Druckluft zugeführt. Genauer gesagt wird dem Verdichter 26 durch den Lufteinlaß 48 bei Atmosphärendruck zugeführte Luft durch den Verdichter komprimiert, und zur Verwendung durch den Reformer 12 zum Drucklufteinlaß 28 des Kraftstoff-Reformers 12 weitergeleitet.
Das Reformiergas stellt die Energie bereit, die zum Antreiben des Verdichters 26 notwendig ist. Genauer gesagt ist im Reformiergas genügend Energie (Enthalpie) verfügbar (basierend auf einer Reformiertemperatur von 1100°K, die in der Turbine 52 auf 600°K absinkt), um die Luft auf mehr als 20 bar zu verdichten. Dies ist beträchtlich mehr als der tatsächliche Bedarf des Reformers an Druckluft von etwa 3 bar.
Durch Kühlen des Reformiergases fungiert die Turbine 24 im wesentlichen außerdem als Wärmetauscher. Als solches kann die Notwendigkeit des Einsatzes eines separaten Wärmetauschers zum Kühlen des Reformiergases vor Einleitung in eine der Systemkomponenten 16 aus der Welt geschafft werden. In anderen Fällen kann ein solcher Wärmetauscher nun von geringerer Größe oder Komplexität sein. Es ist jedoch festzuhalten, daß es bei bestimmten Konfigurationen wünschenswert sein kann, das Reformiergas vor der Einleitung in die Turbine 52 zu kühlen, um deren Lebensdauer zu verlängern.
So wie hier beschrieben haben die Konzepte der vorliegenden Offenbarung eine Reihe von Vorteilen. Beispielsweise wird dem Kraftstoff-Reformer 12 Druckluft zur Verfügung gestellt, ohne einen angetriebenen Motor oder elektromotorischen Verdichter zu verwenden. Dadurch wird nicht nur der Betriebswirkungsgrad des Systems erhöht, sondern auch das Nachrüsten am Motor des Systems verringert, wenn nicht sogar ganz aus der Welt geschafft. Außerdem wird dem Kraftstoff-Reformer 12 Luft anteilsmäßig nach Bedarf zugeführt, da sich der Strom aus heißem Reformiergas aus dem Kraftstoff-Reformer 12 gleichzeitig mit dem Anstieg seines Bedarfs an Luft erhöht. Noch weiter darüber hinaus kann durch die Verwendung des aus dem Kraftstoff-Reformer stammenden Reformiergases zum Betreiben der Ausdehnungsvorrichtung (im Gegensatz zu beispielsweise dem Abgas aus dem Motor oder dem Kraftstoff-Reformer) das Reformiergas vor der Einleitung in eine Systemkomponente 16 ohne den Einsatz eines Wärmetauschers gekühlt werden.
Während die Konzepte der vorliegenden Offenbarung in den Zeichnungen und der vorangegangenen Beschreibung im Einzelnen dargestellt und beschrieben worden sind, soll eine derartige Darstellung und Beschreibung als beispielhaft und in der Eigenschaft als nicht einschränkend angesehen werden, wobei klar ist, daß nur die darstellenden Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurden und alle Abänderungen und Modifikationen, die innerhalb des Sinngehalts der Offenbarung liegen, geschützt sein sollen.
Es besteht eine Vielzahl von Vorteilen der Konzepte der vorliegenden Offenbarung, die sich aus den verschiedenen Merkmalen der hier beschriebenen Systeme ergeben. Es ist festzuhalten, daß alternative Ausführungsformen jedes einzelnen Systems der vorliegenden Offenbarung eventuell nicht alle beschriebenen Merkmale umfassen, aber dennoch wenigstens einige der Vorteile solcher Merkmale genießen. Durchschnittsfachleute können sich ohne weiteres ihre eigenen Ausführungen eines Systems erdenken, die ein oder mehrere Merkmale der vorliegenden Offenbarung beinhalten und in den Sinngehalt und Umfang der Erfindung fallen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
Zusammenfassung
Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Druckluft durch Verwendung eines Reformiergases aus einem Kraftstoff-Reformer Ein Verfahren zum Betreiben eines Leistungssystems umfaßt das Betreiben eines Kraftstoff-Reformers (12), um ein Reformiergas zu erzeugen. Das Reformiergas wird durch eine Turbine (52) eines Turboladers (50) geschickt, um dadurch den Verdichter (26) des Turboladers (50) anzutreiben. Vom Verdichter (26) erzeugte Druckluft wird dem Lufteinlaß (36) des Kraftstoff-Reformers (12) zugeführt. Das aus der Turbine (52) des Turboladers (50) austretende Reformiergas wird zu einer Komponente (16) wie dem Einlaß eines Motors (18), einer Emissionsbeseitigungsvorrichtung (20) oder einer Brennstoffzelle (22) befördert. Es wird auch ein System zum Reformieren von Kraftstoff, das mittels eines derartigen Verfahrens betrieben wird, offenbart.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Systems zum Reformieren von Kraftstoff, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt: Betreiben eines Kraftstoff-Reformers, um ein Reformiergas zu erzeugen, Befördern des Reformiergases durch eine Turbine eines Turboladers, um Druckluft zu erzeugen, und Befördern der Druckluft zu einem Lufteinlaß des Kraftstoff-Reformers.
Verfahren nach Anspruch 1, darüber hinaus den Schritt umfassend, das aus der Turbine austretende Reformiergas zu einem Einlaß eines Verbrennungsmotors zu befördern.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem: das Reformiergas ein wasserstoffreiches Gas umfaßt, und der Schritt des Beförderns des Reformiergases umfaßt, das wasserstoffreiche Gas durch die Turbine und zu einem Einlaß eines Verbrennungsmotors zu befördern.
Verfahren nach Anspruch 1, darüber hinaus den Schritt umfassend, das aus der Turbine austretende Reformiergas zu einer Emissionsbeseitigungsvorrichtung zu befördern.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem: das Reformiergas ein wasserstoffreiches Gas umfaßt, und der Schritt des Beförderns des Reformiergases umfaßt, das wasserstoffreiche Gas durch die Turbine und zu einer Emissionsbeseitigungsvorrichtung zu befördern.
Verfahren nach Anspruch 1, darüber hinaus den Schritt umfassend, einen Stromgenerator mit einem Ausgang der Turbine anzutreiben.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem: der Turbolader einen an die Turbine angeschlossenen Verdichter aufweist, und der Schritt des Beförderns des Reformiergases umfaßt, den Verdichter mit einem Ausgang der Turbine anzutreiben.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Kraftstoff-Reformer einen Plasma-Kraftstoff-Reformer mit einem Lufteinlaß umfaßt, und der Schritt des Beförderns der Druckluft umfaßt, die Druckluft durch den Lufteinlaß des Plasma-Kraftstoff-Reformers zu befördern.
System zum Reformieren von Kraftstoff, umfassend: einen Turbolader mit (i) einer Turbine mit einem Reformiergaseinlaß, und (ii) einem Verdichter mit einem Druckluftauslaß, und einen Kraftstoff-Reformer mit (i) einem Lufteinlaß, der mit dem Druckluftauslaß des Verdichters in Strömungsverbindung steht, und (ii) einem Reformiergasauslaß, der mit dem Reformiergaseinlaß der Turbine in Strömungsverbindung steht.
System nach Anspruch 9, bei dem der Turbolader einen Reformiergasauslaß hat, der mit einem Einlaß eines Verbrennungsmotors in Strömungsverbindung steht.
System nach Anspruch 9, bei dem der Turbolader einen Reformiergasauslaß hat, der mit einer Emissionsbeseitigungsvorrichtung in Strömungsverbindung steht.
System nach Anspruch 9, darüber hinaus einen Stromgenerator umfassend, dessen Eingang an einen Ausgang der Turbine angeschlossen ist.
System nach Anspruch 9, bei dem der Kraftstoff-Reformer einen Plasma-Kraftstoff-Reformer umfaßt.
System zum Reformieren von Kraftstoff, umfassend: eine Ausdehnungsvorrichtung mit einem Reformiergaseinlaß, einen Verdichter, der kraftübertragend an die Ausdehnungsvorrichtung angeschlossen ist, wobei der Verdichter einen Druckgasauslaß hat, und einen Kraftstoff-Reformer mit (i) einem Lufteinlaß, der mit dem Druckluftauslaß des Verdichters in Strömungsverbindung steht, und (ii) einem Reformiergasauslaß, der mit dem Reformiergaseinlaß der Ausdehnungsvorrichtung in Strömungsverbindung steht.
System nach Anspruch 14, bei dem die Ausdehnungsvorrichtung einen Reformiergasauslaß hat, der mit einem Einlaß eines Verbrennungsmotors in Strömungsverbindung steht.
System nach Anspruch 14, bei dem die Ausdehnungsvorrichtung einen Reformiergasauslaß hat, der mit einer Emissionsbeseitigungsvorrichtung in Strömungsverbindung steht.
System nach Anspruch 14, darüber hinaus einen Stromgenerator umfassend, dessen Eingang kraftübertragend an einen Ausgang der Ausdehnungsvorrichtung angeschlossen ist.
System nach Anspruch 14, bei dem der Kraftstoff-Reformer einen Plasma-Kraftstoff-Reformer umfaßt.
System nach Anspruch 14, bei dem die Ausdehnungsvorrichtung aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Turbine, einer Ausdehnungsvorrichtung in Kolbenbauart, einer Ausdehnungsvorrichtung in Schneckenbauart, einer Ausdehnungsvorrichtung in Volutenbauart, und einer Ausdehnungsvorrichtung in Verdrängerbauart und mit neuartiger Geometrie besteht.