DE112013002758T5 - Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung mit einem schwebenden Katalysator - Google Patents

Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung mit einem schwebenden Katalysator Download PDF

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Abstract

Eine Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung mit einem schwebenden Katalysator hat einen Reaktandgas-Durchgang und einen Produktgas-Durchgang, die durch eine Trennwand getrennt sind, die an einem Ende befestigt und an dem anderen Ende frei ist, um eine unterschiedliche thermische Ausdehnung zu ermöglichen. Der Katalysator ist innerhalb der Trennwand nahe des freien Endes aufgenommen. Eine äußere Wand umgibt die Trennwand zumindest teilweise, und das feste Ende der Trennwand kann mit der äußeren Wand verbunden sein. Die Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung kann mehrere konzentrische Rohre aufweisen und kann ein drittes Rohr enthaften, das sich innerhalb der Trennwand befindet. Die Gasdurchgänge sind mit gasdurchlässigen Stützstrukturen wie Turbulenzerzeugungsvorrichtung oder Rippen versehen, die die Trennwand relativ zu der äußeren Wand stützen, aber die Stützstrukturen sind nur mit einem Rohr verbunden, um eine unterschiedliche thermische Ausdehnung der Wände zu ermöglichen.

Description

  • QUERVERWEIS AUF BEZOGENE ANMELDUNG
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und den Nutzen der US-Patentanmeldung Nr. 13/484 626, die am 31. Mai 2012 eingereicht wurde und deren Inhalt hier einbezogen wird,
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung bezieht sich auf katalytische Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtungen mit einer vereinfachten Konstruktion.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Brennstoffzellensysteme enthalten allgemein eine Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung zum Umwandeln von leicht verfügbaren, Wasserstoff enthaltenden Brennstoffen wie Kohlenwasserstoffen und Alkoholen mit niedrigem Molekulargewicht, in ein Reforming-Erzeugnis umzuwandeln, das molekularen Wasserstoff enthält, der in der Brennstoffzelle mit Sauerstoff reagiert. Bekannte Prozesse zum Erzeugen von molekularem Wasserstoff aus Wasserstoff enthaltenden Brennstoffen enthalten Dampfreformierung (SR), Teiloxidation und autothermische Reformierung (ATR). Bei diesen Prozessen reagiert der Wasserstoff enthaltende Brennstoff mit Dampf und/oder Sauerstoff in Anwesenheit eines Katalysators. Die katalytische Reaktion wird bei einer erhöhten Temperatur durchgeführt und kann in Abhängigkeit von dem verwendeten Prozess endothermisch oder exothermisch sein.
  • Um den Katalysator bei seiner optimalen Betriebstemperatur zu halten, ist es wünschenswert, die Reaktionsmittel vorzuerwärmen, bevor sie den Katalysator kontaktieren. Bei einigen Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtungen wird das Vorerwärmen der gasförmigen Reaktionsmittel zumindest teilweise durch Wärmeaustausch mit dem heißen gasförmigen Reforming-Erzeugnis, das durch die katalytische Reaktion erzeugt wurde, erreicht. Daher enthalten Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtungen dieses Typs einen Wärmeaustauschabschnitt und einen Katalysatorabschnitt.
  • Ein Beispiel für eine bekannte katalytische Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung ist in der internationalen Veröffentlichung Nr. WO 2004/059232 (Rong et al.) gezeigt. Die Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung von Rong et al. enthält einen Schale-und-Rohr-Wärmetauscher zum Vorerwärmen der gasförmigen Reaktionsmittel durch Wärmeaustausch mit dem heißen Reforming-Erzeugnis. Der Wärmetauscher hat einen schwebenden Verteiler, der den Wärmetauscherrohren ermöglicht, sich axial zu dehnen, wodurch die potentiell schädigenden Wirkungen von thermischen Beanspruchungen, die durch unterschiedliche thermische Ausdehnung der Rohre und der Schalen erzeugt werden, verringert werden. Jedoch erfordert die Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung mit der Schale-und-Rohr-Konstruktion v an Rong et al. eine große Anzahl von Teilen und hat daher relativ hohe Material- und Montagekosten. Auch bedeutet die große Anzahl von Teilen, dass es viele Verbindungen gibt, an denen sich Undichtigkeiten entwickeln können.
  • Es besteht eine Notwendigkeit für eine Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung, die einfacher und kostengünstiger zu erzeugen ist, während die Fähigkeit zum Minimieren thermischer Beanspruchungen erhalten bleibt.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß einem Aspekt ist eine Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung vorgesehen, welche enthält:
    • (a) einen Reaktandgas-Durchgang;
    • (b) einen Produktgas-Druchgang;
    • (c) eine Trennwand, die den Reaktandgas-Durchgang von dem Produktgas-Durchgang trennt, wobei die Trennwand ein festes Ende und ein freies Ende hat, und das feste Ende nahe einer Reaktandgasöffnung und einer Produktgasöffnung ist;
    • (d) einen Katalysator, der innerhalb der Trennwand nahe ihres freien Endes aufgenommen ist, wobei sich der Reaktandgas-Durchgang von der Reaktandgasöffnung zu dem Katalysator erstreckt und sich der Produktgas-Durchgang von dem Katalysator zu der Produktgasöffnung erstreckt;
    • (e) eine äußere Wand, die die Trennwand über zumindest einen Teil ihrer Länge umgibt; und
    • (f) eine erste Schicht einer gasdurchlässigen Stützstruktur, die zwischen der Trennwand und der äußeren Wand vorgesehen und in Kontakt mit diesen ist, wobei die erste Schicht der gasdurchlässigen Stützstruktur sich zwischen dem festen Ende und dem freien Ende der Trennwand befindet;
    wobei die Trennwand sich kontinuierlich von ihrem festen Ende zu dem Katalysator erstreckt, und wobei der Produktgas-Durchgang in Wärmeaustauschkontakt mit dem Reaktandgas-Durchgang zwischen dem festen Ende und dem freien der Trennwand ist.
  • Gemäß einem anderen Aspekt kann das feste Ende der Trennwand mit der äußeren Wand verbunden sein.
  • Gemäß einem anderen Aspekt kann sich zumindest ein Bereich des Reaktandgas-Durchgangs zwischen der Trennwand und der äußeren Wand befinden.
  • Gemäß noch einem anderen Aspekt kann sich zumindest ein Bereich des Produktgas-Durchgangs zwischen der Trennwand und der äußeren Wand befinden.
  • Gemäß noch einem anderen Aspekt kann die äußere Wand ein Gehäuse mit einer Endwand aufweisen, und die Endwand kann im Abstand von dem freien Ende der Trennwand so angeordnet sein, dass ein Einlassraum gebildet wird, in welchem das Reaktandgas auf den Katalysator trifft.
  • Gemäß noch einem anderen Aspekt können die Trennwand und die äußere Wand jeweils zylindrische Wände aufweisen, die sich parallel zu einer Gasströmungsachse erstrecken und konzentrisch zueinander angeordnet sind, derart, dass zumindest ein Bereich von einem von dem Reaktandgas-Durchgang und dem Produktgas-Durchgang sich in einem ringförmigen Raum zwischen der Trennwand und der äußeren Wand befindet.
  • Gemäß noch einem anderen Aspekt weist der ringförmige Raum zwischen der Trennwand und der äußeren Wand den Reaktandgas-Durchgang auf. Gemäß diesem Aspekt kann sich die Reaktandgasöffnung in der äußeren Wand befinden und/oder die erste Schicht der gasdurchlässigen Stützstruktur kann sich in dem ringförmigen Raum befinden und umgibt die Trennwand entlang zumindest eines Teils ihrer Länge. Die erste Schicht der gasdurchlässigen Stützstruktur kann eine gewellte Rippe oder eine Turbulenzerzeugungsvorrichtung sein.
  • Gemäß noch einem anderen Aspekt befindet sich ein drittes zylindrisches Rohr innerhalb der Trennwand, wobei das dritte zylindrische Rohr zumindest ein geschlossenes Ende hat, und wobei das dritte zylindrische Rohr parallel zu der Gasströmungsachse derart ist, dass ein innerer ringförmiger Raum zwischen dem dritten Rohr und der Trennwand vorgesehen ist. Gemäß diesem Aspekt ist eine zweite Schicht der gasdurchlässigen Stützstruktur in dem inneren ringförmigen Raum vorgesehen und umgibt das dritte Rohr entlang zumindest eines Teils seiner Länge, wobei die zweite Schicht der gasdurchlässigen Stützstruktur in dem ringförmigen Raum eine gewellte Rippe oder eine Turbulenzerzeugungsvorrichtung ist. Das dritte zylindrische Rohr kann ein erstes geschlossenes Ende in der Nähe des Katalysators und ein zweites Ende mit einem Loch in der Nähe des festen Endes der Trennwand haben, wobei die Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung weiterhin ein Einlassrohr aufweist, das sich von der Reaktandgasöffnung, die in der äußeren Wand gebildet ist, zu einem hohlen Inneren des dritten Rohrs durch das Loch erstreckt. Auch kann zumindest eine/eines von der Trennwand und dem dritten zylindrischen Rohr mit sich radial erstreckenden Vertiefungen versehen sein, entlang denen die Trennwand und das dritte Rohr miteinander verbunden sind, wobei Öffnungen in Bereichen der Trennwand und des dritten zylindrischen Rohrs, die durch die Vertiefungen miteinander verbunden sind, derart vorgesehen sind, dass ein hohles Inneres des dritten Rohrs in Strömungsverbindung mit dem sich zwischen der Trennwand und der äußeren Wand befindenden Reaktandgas-Durchgang ist.
  • Gemäß noch einem anderen Aspekt können der Reaktandgas-Durchgang und der Produktgas-Durchgang im Wesentlichen parallel zu einer Gasströmungsachse orientiert sein, und jeweils der Reaktandgas-Durchgang und der Produktgas-Durchgang können zumindest einer Änderung in der Richtung von etwa 180 Grad entlang ihrer Länge unterzogen werden. Beispielsweise können jeweils der Reaktandgas-Durchgang und der Produktgas-Durchgang zumindest zwei Änderungen in der Richtung entlang ihrer Länge unterzogen werden. Die äußere Wand kann ein Gehäuse mit einer Endwand aufweisen, wobei die Endwand einen Abstand von dem freien Ende der Trennwand so aufweist, dass ein Einlassraum gebildet wird, in welchem das Reaktandgas auf den Katalysator trifft, und wobei eine der Änderungen in der Richtung in dem Reaktandgas-Durchgang sich in dem Einlassraum befindet.
  • Gemäß noch einem anderen Aspekt ist der Katalysator in einem zylindrischen Katalysatorbehälter enthalten, und der Katalysatorbehälter wird reibschlüssig mit der Trennwand gehalten. Eine Schicht aus komprimierbarem Material kann zwischen dem Katalysatorbehälter und der Trennwand vorgesehen sein.
  • Gemäß noch einem anderen Aspekt hat die Trennwand eine Serpentinenform und ist vollständig von der äußeren Wand umschlossen. Gemäß diesem Aspekt kann die Trennwand zumindest eine äußere zylindrische Wand, eine mittlere zylindrische Wand und eine innere zylindrische Wand aufweisen, die in einem radialen Abstand voneinander angeordnet sind, wobei die Unterseite der äußeren zylindrischen Wand mit der Unterseite der mittleren zylindrischen Wand durch eine äußere ringförmige Wand verbunden sind, und wobei eine Oberseite der mittleren zylindrischen Wand und eine Oberseite der inneren zylindrischen Wand durch eine innere ringförmige Wand verbunden sind. Das feste Ende der Trennwand kann nahe einer Oberseite der äußeren zylindrischen Wand sein, und das freie Ende der Trennwand kann auf einer Unterseite der inneren zylindrischen Wand distal von der inneren ringförmigen Wand vorgesehen sein, und der Katalysator kann innerhalb der inneren zylindrischen Wand aufgenommen sein. Auch kann das feste Ende an einer oberen Wand der äußeren Wand durch eine starre Verbindung befestigt sein.
  • Gemäß noch einem anderen Aspekt erstreckt sich eine erste zylindrische Ablenkwand abwärts von der oberen Wand in einen ringförmigen Raum zwischen der äußeren zylindrischen Wand und der mittleren zylindrischen Wand der Trennwand, um einen U-förmigen Durchgang für die Strömung des Reaktandgases vorzusehen. Gemäß diesem Aspekt kann die äußere Wand weiterhin eine untere Wand entgegengesetzt zu der oberen Wand aufweisen, und eine zweite zylindrische Ablenkwand kann sich von der unteren Wand aufwärts in einen ringförmigen Raum zwischen der mittleren zylindrischen Wand und der inneren zylindrischen Wand der Trennwand erstrecken, um einen U-förmigen Durchgang für die Strömung des Produktgases vorzusehen. Auch kann gemäß diesem Aspekt die erste Schicht der gasdurchlässigen Stützstruktur zwischen der äußeren zylindrischen Wand der Trennwand und der äußeren Wand angeordnet sein, und die Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung kann weiterhin eine zweite Schicht der gasdurchlässigen Stützstruktur zwischen der äußeren zylindrischen Wand und der ersten Ablenkwand, eine dritte Schicht der gasdurchlässigen Stützstruktur zwischen der ersten Ablenkwand und der mittleren zylindrischen Wand der Trennwand, und eine vierte Schicht der gasdurchlässigen Stützstruktur zwischen der mittleren zylindrischen Wand der Trennwand und der zweiten Ablenkwand aufweisen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Erfindung wird nun lediglich beispielhaft mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
  • 1 eine perspektivische Ansicht einer Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
  • 2 ein Längsschnitt entlang der Linie 2-2' in 1 ist;
  • 3 ein Querschnitt entlang der Linie 3-3' in 1 ist;
  • 4 eine perspektivische Seitenansicht der Trennwand und der äußeren Stützstruktur der Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung nach 1 ist;
  • 5 eine perspektivische Ansicht von oben auf die Trennwand und die äußere Stützstruktur der Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung nach 1 ist;
  • 6 eine perspektivische Ansicht einer Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
  • 7 ein erster Längsschnitt entlang der Linie 7-7' in 6 ist;
  • 8 ein zweiter Querschnitt entlang der Linie 8-8' in 6 ist;
  • 9 eine perspektivische Ansicht eines unteren Bereichs der unteren Schale hiervon ist;
  • 10 ein Querschnitt entlang der Linie 10-10' in 9 ist;
  • 11 eine perspektivische Ansicht der Trennwand hiervon ist;
  • 12 ein Querschnitt entlang der Linie 12-12' in 11 ist;
  • 13 eine perspektivische Ansicht eines oberen Bereichs der äußeren Schale hiervon ist;
  • 14 ein Querschnitt entlang der Linie 14-14' in 13 ist; und
  • 15 ein Längsschnitt durch eine Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Spezifische Ausführungsbeispiele der Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtungen gemäß der Erfindung können verwendet werden, ein Wasserstoff enthaltendes Reforming-Erzeugnis aus jedem geeigneten Kohlenwasserstoff oder Alkohol mit niedrigem Molekulargewicht zu erzeugen, wobei ein katalytischer Brennstoff-Transformationsprozess wie Dampfreformierung, Teiloxidation oder autothermische Reformierung angewendet wird.
  • Beispielsweise kann der Wasserstoff enthaltende Brennstoff einen Kohlenwasserstoff-Brennstoff aufweisen, der aus einer oder mehreren Erdölfraktionen wie Benzin, Naphtha, Kerosin, Dieselbrennstoff, usw.; Erdgas oder einer oder mehreren Komponenten von diesen, enthaltend Methan, Ethan, Propan, usw. ausgewählt ist. Alternativ kann der Wasserstoff enthaltende Brennstoff einen oder mehrere Alkohole wie Methanol und Ethanol aufweisen.
  • In der Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung wird der Wasserstoff enthaltende Brennstoff einer katalytischen Reaktion mit Wasser (Dampf) und/oder molekularem Sauerstoff unterzogen. Der Sauerstoff wird üblicherweise als Luft zugeführt. Der Wasserstoff enthaltende Brennstoff kann der Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung oder stromaufwärts der Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung gemischt werden, und die Mischung aus Wasserstoff enthaltendem Brennstoff und Dampf und/oder Sauerstoff wird hier als das ”Reaktandgas” oder einfach ”Reaktand” bezeichnet. Das durch die katalytische Reaktion gebildete heiße Reforming-Produkt wird hier allgemein als das ”Reforming-Produkt”, das ”Produktgas” oder einfach das ”Produkt” bezeichnet.
  • Die hier verwendeten Begriffe ”innere” und ”äußere” sind Bezugsbegriffe, um die relativen radialen Orte von bestimmten Elementen von Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtungen mit Bezug auf eine mittlere Längsachse zu beschreiben.
  • Eine Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 10 nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den 1 bis 5 illustriert. Die Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 10 ist aus mehreren konzentrischen, zylindrischen Rohren gebildet, die eine Längsachse A definieren und die eine Strömungsrichtung sowohl für die Reaktand- als auch die Produktgase definieren.
  • Die Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 10 enthält eine äußere Wand 12 mit einem offenen Ende 14 und einem entgegengesetzten geschlossenen Ende 16. Das offene Ende 14 kann mit einem sich axial erstreckenden Kragenbereich 38 versehen sein, der relativ zu dem Rest der äußeren Wand 12 im Durchmesser reduziert ist aus Gründen, die nachfolgend ersichtlich werden. Eine Reaktandgasöffnung 30 zum Empfangen des gasförmigen Reaktands ist in der äußeren Wand 12 nahe des offenen Endes 14 vorgesehen. Die Reaktandgasöffnung 30 ist mit einem Reaktandgas-Einlassanschluss 34 versehen, durch den die Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 10 das Reaktandgas von einer externen Quelle (nicht gezeigt) empfängt. An dem geschlossenen Ende 16 der äußeren Wand 12 ist eine Endwand 18 vorgesehen. Die äußere Wand 12, die Endwand 18 und der Reaktandgas-Einlassanschluss 34 können zusammen ein äußeres Gehäuse der Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 10 aufweisen.
  • In einer Öffnung der äußeren Wand 12 ist ein elektrisches Heizelement 36 aufgenommen, dessen Zweck nachfolgend beschrieben wird. Das Heizelement 36 ist mit einer externen Elektrizitätsquelle (nicht gezeigt) verbunden. Statt durch eine Öffnung in der äußeren Wand 12 aufgenommen zu sein, kann das Heizelement 36 durch eine Öffnung in der Endwand 18 aufgenommen sein.
  • Die Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 10 weist weiterhin eine Trennwand 20 auf, die einen Reaktandgas-Durchgang 22 von einem Produktgas-Durchgang 24 trennt. Die Trennwand 20 ist an beiden Enden offen und ist innerhalb des offenen Endes 14 der äußeren Wand 12 aufgenommen, derart, dass die äußere Wand 12 die Trennwand 20 entlang zumindest eines Teils ihrer Länge umgibt. Bei diesem Ausführungsbeispiel befindet sich der Reaktandgas-Durchgang 22 zwischen der äußeren Wand 12 und der Trennwand 20, und befindet sich radial außerhalb des Produktgas-Durchgangs 24, der sich innerhalb der Trennwand befindet.
  • Die Trennwand 20 hat ein festes Ende 26, das in der Nähe einer starren Verbindung 28 ist, an der das offene Ende 14 der äußeren Wand 12 an der Trennwand 20 befestigt ist. Wie aus den Zeichnungen ersichtlich ist, schließt die starre Verbindung 28 einen ringförmigen Spalt zwischen der äußeren Wand 12 und der Trennwand 20, wodurch ein Ende des Reaktandgas-Durchgangs 22 abgedichtet ist. Bei dem in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Spalt durch Verringern des Durchmessers der äußeren Wand 12 an ihrem offenen Ende 14 und Vorsehen eines sich axial erstreckenden Kragens 38, der starr an der äußeren Oberfläche der Trennwand 20 beispielsweise durch Hartlöten oder Schweißen befestigt ist, geschlossen. Jedoch ist darauf hinzuweisen, dass es andere Wege gibt, um den ringförmigen Spalt zwischen der äußeren Wand 12 und der Trennwand 20 zu schließen. Beispielsweise kann die Trennwand 20 an dem festen Ende 26 im Durchmesser vergrößert werden, wobei die äußere Wand 12 einen reduzierten Durchmesser hat oder nicht. Alternativ können das offene Ende 14 der äußeren Wand 12 und das feste Ende 26 der Trennwand 20 einen konstanten Durchmesser haben, wobei der ringförmige Spalt durch einen ringförmigen Abdichtungsring (nicht gezeigt) gefüllt ist. Alternativ kann die Trennwand 20 an ihrem festen Ende 26 geschlossen sein, wobei die Produktgasöffnung 32 in der Seite der Trennwand 20 vorgesehen ist, oder eine kleinere Öffnung kann für die Produktgasöffnung 32 an dem festen Ende der Trennwand vorgesehen sein.
  • Das feste Ende 26 der Trennwand 20 befindet sich nahe einer Reaktandgasöffnung 30 (bereits vorstehend genannt) und einer Produktgasöffnung 32, durch die das Reforming-Erzeugnis ausgegeben wird. Die Produktgasöffnung 32 ist bei diesem Ausführungsbeispiel durch das offene feste Ende 26 der Trennwand 20 gebildet, das von dem offenen Ende 24 des äußeren Rohrs 12 vorsteht und für eine direkt oder indirekte Verbindung mit einer Komponente des Brennstoffzellensystems (nicht gezeigt), in der das Reforming-Erzeugnis weiter verarbeitet oder verbraucht wird, angepasst. Obgleich das feste Ende 26 der Trennwand 20 über das offene Ende 14 des äußeren Rohrs 12 hinaussteht, ist darauf hinzuweisen, dass diese Anordnung nicht wesentlich ist. Stattdessen ist es möglich, das offene Ende 14 des äußeren Rohrs 12 über das feste Ende 26 der Trennwand 20 hinaus zu erstrecken, beispielsweise durch Beenden der Trennwand 20 an der starren Verbindung 28 und Erstrecken des Kragenbereichs 38 über die starre Verbindung 28 hinaus. Der Kragenbereich 38 wäre dann angepasst für eine Verbindung mit einer anderen Komponente des Brennstoffzellensystems, entweder direkt oder indirekt durch eine Leitung wie einen Schlauch oder ein Rohr (nicht gezeigt). Es ist auch möglich, dass die äußere Wand 12 die Trennwand 20 vollständig umschließt, und die Produktgasöffnung 32 durch die äußere Wand 12 vorzusehen.
  • Die Trennwand 20 hat auch ein freies Ende 40, das sich in der Nähe des geschlossenen Endes 16 der äußeren Wand 12 befindet. Das freie Ende 40 hat einen Abstand sowohl von der äußeren Wand 12 als auch der Endwand 18, und die Endwand 18 hat einen ausreichenden Abstand von dem freien Ende 40 der Trennwand 20, um einen Einlassraum 42 zu bilden, in welchem das Reaktandgas in das freie Ende 40 der Trennwand 20 eintritt. Wie in 2 gezeigt ist, kann die Trennwand 20 mit mehreren getrennt gebildeten Vertiefungen 45 versehen sein, die sich nach außen in den Reaktandgas-Durchgang 22 zu der äußeren Wand 12 hin erstrecken. Diese Vertiefungen 45 sind vorgesehen, die Trennwand 20 zentriert innerhalb der äußeren Wand 12 zu halten. Zwei Vertiefungen 45 sind in 2 gezeigt (es ist zu beachten, dass die Vertiefungen in 5 nicht gezeigt sind), aber es können mehr als zwei Vertiefungen sein, die in Umfangsrichtung um die Trennwand 20 angeordnet sind. Obgleich Vertiefungen 45 als Abstandshalter zwischen den Wänden 12 und 20 verwendet werden, ist darauf hinzuweisen, dass abwechselnde Abstandshalter vorgesehen sein können. Beispielsweise kann die äußere Wand 12 mit sich nach innen erstreckenden Vertiefungen gebildet sein, oder ein getrenntes Abstandshalterelement kann zwischen den Wänden 12 und 20 vorgesehen sein. Ungeachtet des Typs der Abstandshalter ist darauf hinzuweisen, dass die Abstandshalter keine starre Verbindung zwischen den Wänden 12 und 20 bilden.
  • Innerhalb der Trennwand 20 befindet sich nahe des freien Endes 40 ein Katalysatorbett 44. Das Katalysatorbett 44 weist einen Katalysator für eine katalytische Hochtemperaturreaktion wie eine Dampfreformierung (SR), Teiloxidation oder autothermische Reformierung (ATR) auf. Das Katalysatorbett 44 weist ein Katalysatormaterial auf, das auf einer porösen Stützstruktur gestützt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel hat das Katalysatorbett die Form eines Zylinders, der so bemessen ist, dass er bequem in das freie Ende 40 der Trennwand 20 passt. Wie in 2 gezeigt ist, kann das freie Ende 40 der Trennwand 20 nach innen gefaltet sein, wie bei 49 gezeigt ist, um das Zurückhalten des Katalysators innerhalb der Trennwand 20 zu verbessern. Das Einwärtsfalten des freien Endes 40 kann erleichtert werden durch Vorsehen von sich axial erstreckenden Schlitzen 51, die in gegenseitigen Abständen um die Kante des freien Endes 40 herum angeordnet sind, und das Falten kann weiterhin erleichtert werden durch Vorsehen eines vergrößerten Bereichs an der Basis jedes Schlitzes 51, wie in 2 gezeigt ist. Die gefaltete Kante 49 und die Schlitze 51 sind in 5 nicht gezeigt.
  • Die Stützstruktur kann ein oder mehrere korrosions- und wärmebeständige Materialien wie Keramik oder feuerfeste Materialien aufweisen, und hat eine Form, die den Kontakt zwischen den strömenden Gasen und dem Katalysatormaterial innerhalb der Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung fördert. Beispiele für Stützmaterialien enthalten Magnesiumoxid, Aluminiumoxid, Siliziumoxid und Zirkonoxid sowie Mischungen hiervon, und die Stützstruktur kann die Form von Perlen oder Gittern haben, beispielsweise extrudierten monolithischen Keramikgittern. Alternativ können die Katalysatorstütze oder der Katalysator selbst eine gewellte, gerollte Metallfolie aufweisen, die beispielsweise eine geschlitzte und gerollte Form hat, wie eine Turbulenzerzeugungsvorrichtung. Ungeachtet der Form des Katalysatormaterial oder der Stützstruktur ist das Katalysatormaterial so angeordnet, dass es nicht übermäßig die Strömung des Reaktandgases und des Reforming-Produkts beschränkt.
  • Das Katalysatorbett 44 und die Trennwand 20 sind nicht in irgendeiner Weise aneinander befestigt, und damit werden thermische Beanspruchungen, die durch eine unterschiedliche thermische Ausdehnung des Katalysatorbetts 44 und der Trennwand 20 bewirkt werden, vermieden. Zwischen dem Katalysatorbett 44 und der Trennwand 20 befindet sich eine dünne Schicht 46 aus wärmeresistentem, komprimierbarem Material wie einem keramischen Faserfilz. Die Filzschicht 46 dient zum Stützen des Katalysatorbetts 44 und zum Verhindern einer starken Gasströmung an den Kanten des Katalysatorbetts 44.
  • Bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel wird das Katalysatorbett 44 auch durch eine nach innen geneigte Schulter 48 in seiner Lage gehalten und gestützt, die in der Trennwand gebildet ist und die den Durchmesser der Trennwand 20 zu dem festen Ende 26 hin verringert.
  • Nachdem die äußere Wand 12 und die Wand 20 beschrieben wurden, ist ersichtlich, dass der Reaktandgas-Durchgang 22 durch den ringförmigen Raum zwischen der Trennwand 20 und der äußeren Wand 12 definiert ist. Der Reaktandgas-Durchgang 22 erstreckt sich von der Reaktandgasöffnung 30 zu dem Einlassraum 42 zwischen der Endwand 18 und dem freien Ende 40 der Trennwand 20. In diesem Einlassraum 42 ändert das Reaktandgas seine Richtung tritt in das Katalysatorbett 44 ein.
  • Das Reaktandgas wird innerhalb des Katalysatorbetts 44 einer katalytischen Reaktion unterzogen und in das Reforming-Produkt umgewandelt, das da Katalysatorbett 44 verlässt und in den Produktgas-Durchgang 24 eintritt. Der Durchgang 24 erstreckt sich von dem Katalysatorbett 44 zu der Produktgasöffnung 32, wobei das Reforming-Produkt und das Reaktandgas im Gegen-Strom sind, d. h. in ihren jeweiligen Strömungsdurchgängen 24, 22 in entgegengesetzten Richtungen strömen. Während die Gase durch die Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 10 strömen, wird Wärme von dem relativ heißen Reforming-Produkt durch die Trennwand 20 zu dem relativ kühlen Reaktandgas übertragen, wodurch das Reaktandgas vorgewärmt wird. Das Heizelement 36 kann wie benötigt verwendet werden, um dem Reaktandgas zusätzliche Wärme zuzuführen, so dass der Katalysator bei oder nahe seiner optimalen Betriebstemperatur gehalten wird.
  • Die Wärmeübertragung zwischen dem Reforming-Produkt und dem Reaktandgas kann erhöht werden durch Vorsehen des Produktgas-Durchgangs 24 in der Form eines ringförmigen Durchgangs, um zu bewirken, dass das heiße Reforming-Produkt entlang der Trennwand 20 strömt. Dies wird erreicht durch Vorsehen einer dritten Wand 50 innerhalb der Trennwand 20. Die dritte Wand 50 ist in der Form eines zylindrischen Rohrs, das mit der Achse A ausgerichtet ist und konzentrisch mit der Trennwand 20 und der äußeren Wand 12 ist. Die dritte Wand 50 ist ein ”totes” oder ”blindes” Rohr, was bedeutet, dass es an einem oder beiden Enden so geschlossen ist, dass es die Strömung des Reforming-Produkts durch sein hohles Inneres Verhindert. Die in den Zeichnungen gezeigte dritte Wand 50 ist an beiden Enden geschlossen.
  • Die Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 10 weist weiterhin eine äußere gasdurchlässige Stützstruktur 52 in dem Reaktandgas-Durchgang 22 zwischen der Trennwand 20 und der äußeren Wand 12 auf. Auch ist, wenn der Produktgas-Durchgang 24 ringförmig ist, eine innere gasdurchlässige Stützstruktur 54 in dem Produktgas-Durchgang 24 vorgesehen, die sich zwischen der Trennwand 20 und dem dritten Rohr 50 befindet. Die gasdurchlässige Stützstruktur 52, 54 hat zwei Funktionen: erstens, die Wände 12, 20 und 50 zu stützen und ihre konzentrische Anordnung aufrechtzuerhalten; und zweitens, die Turbulenz in dem Reaktandgas und dem Reforming-Produkt zu erhöhen, wodurch die Wärmeübertragung durch die Trennwand 20 verbessert wird.
  • Die gasdurchlässigen Stützstrukturen 52, 54 können die Form von turbulenzerhöhenden Einsätzen wie Rippen oder Turbulenzerzeugungsvorrichtung haben. Die hier verwendeten Begriffe ”Rippe” und ”Turbulenzerzeugungsvorrichtung” sollen sich auf gewellte, turbulenzerhöhende Einsätze mit mehreren sich axial erstreckenden Kämmen oder Graten, die durch Seitenwände verbunden sind, beziehen, wobei die Kämme abgerundet oder flach sind. Wie hier definiert ist, hat eine ”Rippe” durchgehende Kämme, während eine ”Turbulenzerzeugungsvorrichtung” Kämme hat, die entlang ihrer Länge unterbrochen sind, so dass eine axiale Strömung durch die Turbulenzerzeugungsvorrichtung gewunden ist. Turbulenzerzeugungsvorrichtung werden manchmal als versetzte oder durchbohrte Streifenrippen bezeichnet, und Beispiele für derartige Turbulenzerzeugungsvorrichtung sind in den US-Patenten Nrn. Re. 35 890 (So) und 6 273 183 (So et al.) beschrieben. Die Patente für So und So et al. werden hier in ihrer Gesamtheit einbezogen.
  • Die gasdurchlässigen Stützstrukturen 52, 54 sind innerhalb jeweiliger Durchgänge 22, 24 so aufgenommen, dass die Niederdruckabfallrichtung der Stützstrukturen 52, 54 (d. h. bei denen das Fluid auf die vorderen Kanten der Wellen trifft) parallel zu der Richtung der Gasströmung in den Durchgängen 22 und 24 orientiert ist. Mit den Stützstrukturen 52, 54 in dieser Orientierung ergibt sich ein relativ geringer Druckabfall in der Strömungsrichtung.
  • Die in den Zeichnungen gezeigten, gasdurchlässigen Stützstrukturen 52, 54 weisen einfache gewellte Rippen mit geneigten Seitenwänden auf. Obgleich die Kämme der Stützstrukturen 52, 54 in den Zeichnungen als scharf abgewinkelt oder spitz gezeigt sind, ist darauf hinzuweisen, dass die Wellen durch Biegen von Blech gebildet sind, und daher haben die Kämme eine abgerundete Oberfläche mit einen kleinen Radius, und diese abgerundeten Oberflächen an den Kämmen sind in Kontakt mit den Wänden 12, 20 oder 50, wie nachstehend weiter beschrieben wird.
  • Die äußere gasdurchlässige Stützstruktur 52 hat die Form eines gewellten Blatts, das um die Trennwand 20 gewickelt ist, wobei die inneren Kämme der Stützstruktur 52 in Kontakt mit der äußeren Oberfläche der Trennwand 20 sind und die äußeren Kämme der Stützstruktur 52 in Kontakt mit der inneren Oberfläche der äußeren Wand 12 sind. In gleicher Weise hat die innere gasdurchlässige Stützstruktur 54 die Form eines gewellten Blatts, das um die dritte Wand 50 gewickelt ist, wobei die inneren Kämme der Stützstruktur 54 in Kontakt mit der äußeren Oberfläche der dritten Wand 50 sind und die äußeren Kämme der Stützstruktur 54 in Kontakt mit der inneren Oberfläche der Trennwand 20 sind. Dies ist am besten aus dem Querschnitt der 3 ersichtlich.
  • Die gasdurchlässigen Stützstrukturen 52, 54 können sich durch die gesamte Länge von jeweiligen Strömungsdurchgängen 22, 24 erstrecken, oder sie können nur in solchen Bereichen der Durchgänge 22, 24 vorgesehen sein, wo sie die nützlichste Wirkung haben. In dieser Hinsicht ist die äußere gasdurchlässige Stützstruktur 52 in den Zeichnungen so gezeigt, dass sie sich von einem Punkt, der leicht stromabwärts (in der Richtung der Strömung des Reaktandgases) von der Reaktgasöffnung 30 liegt, bis zu einem Punkt, der nahe der Schulter 48 der Trennwand 20 liegt, erstreckt. In diesem Bereich ist das Reaktandgas in Wärmaustauschkontakt mit dem heißen, das Katalysatorbett 44 verlassenden Reforming-Produkt. Die Stützstruktur 52 erstreckt sich nicht in den Bereich der Reaktandgasöffnung 30, um einen ungestörten Verteilungsumfangsraum 56 zu verlassen, in welchem das eintreffende Reaktandgas gleichmäßig verteilt ist, wenn es in die Stützstruktur 52 eintritt.
  • Die innere gasdurchlässige Stützstruktur 54 ist so gezeigt, dass sie sich entlang der gesamten Länge der dritten Wand 50 erstreckt, und sie hat eine axiale Länge, die im Wesentlichen dieselbe ist wie die der äußeren gasdurchlässigen Stützstruktur 52. Diese genaue Anordnung ist nicht wesentlich, jedoch ist darauf hinzuweisen, dass die dritte Wand 50 entweder länger oder kürzer als in den Zeichnungen gezeigt sein kann, und/oder die Stützstruktur 54 braucht sich nicht notwendigerweise entlang der gesamten Länge der dritten Wand 50 zu erstrecken.
  • Um eine unterschiedliche thermische Ausdehnung der Wände 12, 20 und 50 aufzunehmen und hierdurch die thermischen Beanspruchungen innerhalb der Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 10 zu minimieren, können die inneren und/oder äußeren Kämme der Wellen der Stützstrukturen 52, 54 nicht mit den Oberflächen der Rohre, mit denen sie in Kontakt sind, nicht verbunden sein. Beispielsweise können die inneren Kämme der äußeren gasdurchlässigen Stützstruktur 52 mit der äußeren Oberfläche der Trennwand 20 beispielsweise durch Hartlöten oder Schweißen verbunden sein, während die äußeren Kämme der äußeren gasdurchlässigen Stützstruktur 52 in Kontakt mit der inneren Oberfläche der äußeren Wand 12, aber nicht mit dieser verbunden sein können. In gleicher Weise können die äußeren Kämme der inneren gasdurchlässigen Stützstruktur 54 mit der inneren Oberfläche der Trennwand 20 beispielsweise durch Hartlöten oder Schweißen verbunden sein, während die inneren Kämme der inneren gasdurchlässigen Stützstruktur 54 in Kontakt mit der äußeren Oberfläche der dritten Wand 50, aber nicht mit dieser verbunden sein können. Das Verbinden der Stützstrukturen 52, 54 mit der Trennwand 20 erhöht die Wärmeübertragung zwischen dem Produktgas- und dem Reaktandgasstrom. Jedoch sehen die Stützstrukturen 52, 54 keine zusätzliche starre Verbindung zwischen den drei Wänden 12, 20 und 50 vor, und daher behindern sie keine unterschiedliche thermische Ausdehnung der Wände.
  • In dem illustrierten Ausführungsbeispiel ist die äußere gasdurchlässige Stützstruktur 52 in direktem Kontakt mit der inneren Oberfläche der äußeren Wand 12, jedoch ist dies nicht bei allen Ausführungsbeispielen der Erfindung der Fall. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist eine Schicht aus wärmebeständigem, isolierendem Material (nicht gezeigt) zwischen der äußeren gasdurchlässigen Stützstruktur 52 und der inneren Oberfläche der äußeren Wand 12 vorgesehen, um ein Durchblasen zu verhindern und den Wärmeübertragungsverlust in die Umgebung zu verringern.
  • Eine Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 60 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den 6 bis 14 illustriert. Die Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 60 ist eine kompaktere Version der vorbeschriebenen Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 10, bei der die Gasströmung mehreren Richtungsänderungen unterworfen ist, um die verringerte Höhe der Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 60 zu kompensieren. Jedoch sind die grundsätzliche Ausbildung und die Arbeitsweise der Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 60 ähnlich denen der Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 10, und die Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtungen 10 und 60 teilen viele gleiche Komponenten, die in der folgenden Beschreibung mit gleichen Bezugszahlen identifiziert werden.
  • Die Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 60 ist aus mehreren konzentrischen zylindrischen Wänden gebildet, wobei eine mittlere Längsachse B die mittlere Achse jeder der Wände ist. Die Achse B definiert die Strömungsrichtung sowohl für das Reaktand- als auch das Produktgas.
  • Die Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 60 enthält eine äußere Wand 12 (hier auch als die äußere Schale 12 bezeichnet), die ein äußeres Gehäuse der Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 60 bildet und alle Seiten der Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 60 umschließt. Die äußere Schale 12 enthält eine äußere zylindrische Seitenwand 62, eine obere Wand 64, die das obere Ende der äußeren zylindrischen Seitenwand 62 bedeckt, und eine untere Wand 66, die das untere Ende der äußeren zylindrischen Seitenwand 62 bedeckt. Sowohl die obere als auch die untere Wand 64, 66 können getrennte Komponenten sein, die abdichtend durch Hartlöten oder Schweißen an der äußeren zylindrischen Seitenwand 62 befestigt sind, oder die äußere zylindrische Seitenwand 62 kann einstückig mit entweder der oberen oder der unteren Wand 64 oder 66 gebildet sein. Beispielsweise sind in den 11 und 12 die äußere zylindrische Seitenwand 62 und die untere Wand 66 der äußeren Schale 12 isoliert gezeigt, wobei die zylindrische Seitenwand 62 und die untere Wand 66 wahlweise als eine einstückige Einheit gebildet sind.
  • Wie in den Zeichnungen gezeigt ist, ist eine erste zylindrische Umlenkwand 68 auf der inneren Oberfläche der oberen Wand 64 vorgesehen, und eine zweite zylindrische Umlenkwand 70 ist auf der inneren Oberfläche der unteren Wand 66 vorgesehen. Die Umlenkwände 68, 70 sind abdichtend an der oberen bzw. der unteren Wand 64, 66 befestigt und erstrecken sich parallel zu der Achse B. Wie gezeigt ist, haben die Umlenkwände 68, 70 eine Höhe, die geringer als die Höhe der äußeren zylindrischen Seitenwand 62 der äußeren Schale 12 ist, aus Gründen, die nachfolgend erläutert werden. Die erste Umlenkwand 68 hat einen größeren Durchmesser als die zweite Umlenkwand 70, und daher befindet sich die erste Umlenkwand 68 radial weiter auswärts zu der äußeren zylindrischen Seitenwand 62 hin, während die zweite Umlenkwand 70 sich radial weiter innen zu der mittleren Längsachse B der Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 60 hin befindet, derart, dass ein ringförmiger Spalt zwischen den beiden Umlenkwänden 68, 70 vorgesehen ist. Die Gründe für diese Anordnung werden ebenfalls nachfolgend diskutiert.
  • Eine Reaktandgasöffnung 30 und eine Produktgasöffnung 32 sind in der äußeren Wand 12 vorgesehen. Bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel ist die Reaktandgasöffnung 30 in der oberen Wand 64 vorgesehen, und die Produktgasöffnung 32 ist in der äußeren zylindrischen Seitenwand 62 vorgesehen. Die Reaktandgasöffnung 30 ist mit einem Reaktandgas-Einlassanschluss 34 versehen, durch die Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 60 das Reaktandgas empfängt, und die Produktgasöffnung 32 ist mit einem Produktgas-Auslassanschluss 35 versehen, durch den das Produktgas aus der Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 60 herausgeführt wird. Es ist darauf hinzuweisen, dass die genauen Orte der Einlass- und der Auslassöffnung etwas gegenüber den in den Zeichnungen gezeigten Orten verändert werden können. Beispielsweise sind die Produktgasöffnung 32 und der Produktgas-Auslassanschluss 35 so gezeigt, dass sie sich in der äußeren zylindrischen Seitenwand 62 der äußeren Schale 12 befinden. Jedoch ist aus 7 ersichtlich, dass die Produktgasöffnung 32 und der Anschluss 35 stattdessen nahe der äußeren Kante der oberen Wand 64 irgendwo entlang ihres Umfangs angeordnet sein können.
  • Ein elektrisches Heizelement 36 ist in einer Öffnung 37 (13 und 14) der äußeren Wand 12 aufgenommen, um eine zusätzliche Erwärmung des Reaktandgases zu liefern, wenn dies erforderlich ist, und ist mit einer externen Elektrizitätsquelle (nicht gezeigt) verbunden. In dem in den Zeichnungen gezeigten spezifischen Ausführungsbeispielen ist das Heizelement 36 durch die obere Wand 64 aufgenommen und befindet sich zentral entlang der Achse B, obgleich der Ort der Heizelements 36 gegenüber dem in den Zeichnungen gezeigten verändert werden kann.
  • Die Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 60 weist weiterhin eine Trennwand 20 auf, die einen Reaktandgas-Durchgang 22 von einem Produktgas-Durchgang 24 trennt. Die Trennwand 20 hat einen zickzack- oder serpentinenförmigen Querschnitt und weist drei konzentrische zylindrische Wände, nämlich eine äußere zylindrische Wand 72, eine mittlere zylindrische Wand 74 und eine innere zylindrische Wand 76 auf. Diese zylindrischen Wände 72, 74 und 76 sind durch zwei konzentrische, ringförmige radiale oder Querwände verbunden, nämlich eine äußere ringförmige Wand 78, die die unteren Seiten der äußeren und der mittleren zylindrischen Wand 72, 74 verbindet, und eine innere ringförmige Wand 80, die die oberen Seiten der mittleren und der inneren zylindrischen Wand 74, 76 verbindet.
  • Die Trennwand 20 hat ein festes Ende 26 an der oberen Seite der äußeren zylindrischen Wand 72. Das feste Ende 26 befindet sich nahe der Reaktandgasöffnung 30 und der Produktgasöffnung 32. Die äußere zylindrische Wand 72 hat eine größere Höhe als die mittlere und die innere zylindrische Wand 74, 76, und das feste Ende 26 ist abdichtend durch eine starre Verbindung 28 an der oberen Wand 64 der äußeren Schale 12 befestigt, wodurch der Reaktandgas-Durchgang 22 gegenüber dem Produktgas-Durchgang 24 abgedichtet ist.
  • Die Trennwand 20 hat auch ein freies Ende 40, das sich auf der unteren Seite der inneren zylindrischen Wand 76 befindet. Innerhalb der Trennwand 20 berindet sich nahe des freien Endes 40 ein Katalysatorbett 44. Das Katalysatorbett 44 weist einen Katalysator für eine katalytische Hochtemperaturreaktion wie vorstehend definiert auf, und weist ein Katalysatormaterial auf, das auf einer porösen Stützstruktur gestützt wird, wie vorstehend definiert ist. Das Katalysatorbett 44 hat die Form eines Zylinders, der so bemessen ist, dass er anschmiegsam in das freie Ende 40 der Trennwand 20 passt, wobei es innerhalb der inneren zylindrischen Wand 76 aufgenommen ist und sich zwischen der oberen und der unteren Seite der inneren zylindrischen Wand 76 erstreckt.
  • Das Katalysatorbett 44 und die Trennwand 20 sind nicht in irgendeiner Weise aneinander befestigt, und daher werden thermische Beanspruchungen, die durch eine unterschiedliche thermische Ausdehnung des Katalysatorbetts 44 und der Trennwand 20 bewirkt werden, vermieden. Zwischen dem Katalysatorbett 44 und der Trennwand 20 befindet sich eine Schicht 46 aus einem wärmebeständigen, komprimierbarem Material wie keramischem Faserfilz. Die Filzschicht 46 dient zum Stützen des Katalysatorbetts 44 und zum Verhindern einer Durchblas-Gasströmung an den Kanten des Katalysatorbetts 44.
  • Das freie Ende 40 der Trennwand 20 weist einen Abstand von der äußeren Schale 12 auf, und insbesondere einen ausreichenden Abstand von der unteren Wand 66, um einen Auslassraum 43 zu bilden, in welchem das Produktgas das Katalysatorbett 44 und das freie Ende 40 der Trennwand 20 verlässt. Auch hat die obere Seite der inneren zylindrischen Wand 76 einen ausreichenden Abstand von der oberen Wand 64, um einen Einlassraum für das in das Katalysatorbett 44 eintretende Reaktandgas zu bilden. Das Heizelement 36 befindet sich in dem Einlassraum 42, um zusätzliche Wärme zu dem Reaktandgas zu liefern, wenn dies erforderlich ist, wenn dieses in das Katalysatorbett 44 eintritt.
  • In der montierten Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 60 ist ersichtlich, dass sich die erste zylindrische umlenkwand 68 abwärts in den ringförmigen Raum zwischen der äußeren und der mittleren zylindrischen Wand 72, 74 der Trennwand 20 erstreckt, wodurch ein U-förmiger Strömungspfad für das Reaktandgas definiert wird. In gleicher Weise erstreckt sich die zweite zylindrische Umlenkwand 70 aufwärts in den ringförmigen Raum zwischen der mittleren und der inneren zylindrischen Wand 74, 76, wodurch ein U-förmiger Strömungspfad für das Produktgas definiert wird.
  • Nachdem die individuellen Komponenten der Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 60 beschrieben wurden, ist ersichtlich, dass der Reaktandgas-Durchgang 22 an der Reaktandgasöffnung beginnt, von der aus das Reaktandgas abwärts und dann aufwärts durch den U-förmigen Strömungspfad, der durch die zylindrischen Wände 72, 74 und die Umlenkwand 68 definiert ist, strömt. Das Reaktandgas strömt dann zwischen der inneren ringförmigen Wand 80 und der oberen Wand 64 nach innen und tritt in den Einlassraum 42 ein. Der Produktgas-Durchgang 24 beginnt am Auslassraum 43, aus dem das Produktgas durch den U-förmigen Strömungspfad, der durch die zylindrischen Wände 74, 76 und die Umlenkwand 70 definiert ist, aufwärts und dann abwärts strömt, und dann die Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 60 durch die Produktgasöffnung 32 verlässt. Es ist aus den Pfeilen in 7 ersichtlich, das das Reaktandgas und das Produktgas in einer Gegenströmungskonfiguration sind und in einem Wärmeaustauschkontakt miteinander durch die Trennwand 20 von dem Katalysatorbett 44 zu dem festen Ende 26 der Trennwand 20 sind.
  • Die Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 60 weist weiterhin mehrere gasdurchlässige Stützstrukturen sowohl in dem Reaktandgas-Durchgang 22 als auch in dem Produktgas-Durchgang 24 auf. Insbesondere können die gasdurchlässigen Stützstrukturen in allen Bereichen des Reaktandgas- und des Produktgasdurchgangs 22, 24 vorgesehen sein, in denen das Reaktandgas und das Produktgas axial strömen und Wärme durch die Trennwand 20 austauschen. Aufgrund der Serpentinenform der Trennwand 20 gibt es mehr Schichten von gasdurchlässigen Stützstrukturen in der Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 60 als in der Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 10. Jedoch sind die Funktion und die Struktur der gasdurchlässigen Stützstrukturen in der Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 60 identisch mit denjenigen der gasdurchlässigen Stützstrukturen in der Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 10.
  • Insbesondere können die gasdurchlässigen Stützstrukturen der Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 60 die Form von turbulenzerhöhenden Einsätzen wie Rippen oder Turbulenzerzeugungsvorrichtungen haben, wie vorstehend definiert ist, und sind innerhalb der jeweiligen Durchgänge 22, 24 so aufgenommen, dass die Niedrigdruckabfallrichtung der Stützstrukturen parallel zu der Richtung der Gasströmung in den Durchgängen 22 und 24 orientiert ist. Die gasdurchlässigen Stützstrukturen der Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 60 sind so gezeigt, dass sie einfache gewellte Rippen mit geneigten Seitenwänden aufweisen. Obgleich die Kämme der Stützstrukturen in den Zeichnungen als scharf abgewinkelt oder spitz gezeigt sind, ist darauf hinzuweisen, dass die Wellen durch Biegen eines Blechs gebildet sind, und daher haben die Kämme eine abgerundete Oberfläche mit einem kleinen Radius, und diese abgerundeten Oberflächen an den Kämmen sind in Kontakt mit den zylindrischen Wänden der Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 60, wie nachfolgend weiter beschrieben wird.
  • Wie am besten aus den 7 und 8 ersichtlich ist, gibt es vier Schichten der gasdurchlässigen Stützstruktur in der Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 60, und diese sind von der Außenseite zu der Innenseite der Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 60 hin durch die Bezugszahlen 82, 84, 86 und 88 identifiziert.
  • Eine erste Schicht der gasdurchlässigen Stützstruktur 82 ist in einem äußeren Bereich des Produktgas-Durchgangs 24 zwischen der äußeren zylindrischen Wand 72 der Trennwand 20 und der äußeren zylindrischen Seitenwand 62 der äußeren Schale 12 vorgesehen. Wie in 8 gezeigt ist, hat die Schicht 22 die Form eines gewellten Blatts, das um die äußere zylindrische Wand 72 der Trennwand 20 herumgelegt ist, wobei ihre inneren Kämme die äußere Oberfläche der zylindrischen Wand 72 kontaktieren und ihre äußeren Kämme die innere Oberfläche der äußeren Wand 12 kontaktieren. Die inneren Kämme können mit der äußeren Oberfläche der äußeren zylindrischen Wand 72 verbunden sein, z. B. durch Hartlöten oder Schweißen, während die äußeren Kämme in Kontakt mit der inneren Oberfläche der äußeren Wand 12, aber nicht mit dieser verbunden sind. Wie in 7 gezeigt ist, hat die erste Schicht der Stützstruktur 82 eine untere Seite, die im Wesentlichen koplanar mit der äußeren ringförmigen Wand 78 ist, um nicht einen unteren ringförmigen Raum 90, der sich zwischen der ringförmigen Wand 78 und der unteren Wand 66 befindet, zu blockieren, in welchem das Produktgas seine Richtung ändert und zu der Produktgasöffnung 32 nach außen strömt. Die erste Schicht der Stützstruktur 82 hat eine obere Seite, die sich unter der Produktgasöffnung 32 so befindet, dass die Produktgasöffnung 32 nicht blockiert wird, und ein ringförmiger Auslassverteilerraum 92 verlassen wird, in welchem eine Strömung des Produktgases in Umfangsrichtung zu der Produktgasöffnung 32 hin unbehindert ist.
  • Eine zweite Schicht der gasdurchlässigen Stützstruktur 84 ist in einem äußeren Bereich des Reaktandgas-Durchgangs 22 zwischen der ersten zylindrischen Umlenkwand 68 und der äußeren zylindrischen Wand 72 der Trennwand 20 vorgesehen. Wie in 8 gezeigt ist, hat die Schicht 84 die Form eines gewellten Blatts, das um die erste Umlenkwand 68 gewickelt ist, wobei ihre inneren Kämme die äußere Oberfläche der ersten Umlenkwand 68 kontaktieren und ihre äußeren Kämme die innere Oberfläche der äußeren zylindrischen Wand 72 der Trennwand 20 kontaktieren. Die äußeren Kämme können mit der inneren Oberfläche der äußeren zylindrischen Wand 72 der Trennwand 20 verbunden sein, beispielsweise durch Hartlöten oder Schweißen, während die inneren Kämme der äußeren Oberfläche der ersten Umlenkwand 68 in Kontakt, aber nicht verbunden sein können. Wie in 7 gezeigt ist, hat die zweite Schicht der Stützstruktur 84 eine untere Seite, die im Wesentlichen koplanar mit der Unterseite der ersten Umlenkwand 68 sein kann, so dass ein unterer ringförmiger Raum 94, der sich zwischen der Unterseite der ersten Umlenkwand 68 und der äußeren ringförmigen Wand 78 befindet, in welchem das Reaktandgas seine Richtung ändert und nach innen zu dem Katalysatorbett 44 hin strömt, nicht blockiert wird. Die zweite Schicht der Stützstruktur 84 hat eine obere Seite, die im Wesentlichen koplanar mit der inneren ringförmigen Wand 80 der Trennwand 20 sein kann, um einen ringförmigen Einlassverteilerraum 96 vorzusehen, in welchem die Strömung des durch die Reaktandgasöffnung 30 in die Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 60 eintretenden Reaktandgases in Umfangsrichtung verteilt wird, wenn sie in den Reaktandgas-Durchgang 22 eintritt.
  • Eine dritte Schicht der gasdurchlässigen Stützstruktur 86 ist in einem inneren Bereich des Reaktandgas-Durchgangs 22 zwischen der ersten zylindrischen Umlenkwand 68 und der mittleren zylindrischen Wand 74 der Trennwand 20 vorgesehen. Wie in 8 gezeigt ist, hat die Schicht 86 die Form eines gewellten Blatts, das um die mittlere zylindrische Wand 74 gelegt ist, wobei ihre inneren Kämme die äußere Oberfläche der mittleren zylindrischen Wand 74 kontaktieren und ihre äußeren Kämme die innere Oberfläche der ersten Umlenkwand 68 kontaktieren. Die inneren Kämme können mit der äußeren Oberfläche der mittleren zylindrischen Wand 74 verbunden sein, z. B. durch Hartlöten oder Schweißen, während die äußeren Kämme in Kontakt mit der inneren Oberfläche der ersten Umlenkwand 68, aber nicht mit dieser verbunden sein können. Wie in 7 gezeigt ist, hat die dritte Schicht der Stützstruktur 86 eine untere Seite, die im Wesentlichen koplanar mit der unteren Seite der ersten Umlenkwand 68 ist, um nicht den unteren ringförmigen Raum 94 zu blockieren. Die dritte Schicht der Stützstruktur 86 hat auch eine obere Seite, die im Wesentlichen koplanar mit der inneren ringförmigen Wand 80 der Trennwand 20 sein kann, um nicht einen radialen Strömungsdurchgang 98 zwischen der inneren ringförmigen Wand 80 und der oberen Wand 64 der äußeren Schale 12 zu blockieren, wodurch eine radiale Einwärtsströmung des Produktgases zu dem Einlassraum 42 benachbart dem Katalysatorbett 44 ermöglicht wird.
  • Eine vierte Schicht der gasdurchlässigen Stützstruktur 88 ist in einem inneren Bereich des Produktgas-Durchgangs 24 zwischen der mittleren zylindrischen Wand 74 der Trennwand 20 und der zweiten zylindrischen Umlenkwand 70 vorgesehen. Wie in 8 gezeigt ist, weist die Schicht 88 ein gewelltes Blatt auf, das um die zweite Umlenkwand 70 gelegt ist, wobei ihre inneren Kämme die äußere Oberfläche der zweiten Umlenkwand 70 kontaktieren und ihre äußeren Kämme die innere Oberfläche der mittleren zylindrischen Wand 74 kontaktieren. Die äußeren Kämme können mit der inneren Oberfläche der mittleren zylindrischen Wand 74 verbunden sein, beispielsweise durch Hartlöten oder Schweißen, während die inneren Kämme in Kontakt mit der äußeren Oberfläche der zweiten Umlenkwand 70, aber nicht mit dieser verbunden sein können. Wie in 7 gezeigt ist, hat die vierte Schicht der Stützstruktur 88 eine untere Seite, die im Wesentlichen koplanar mit der äußeren ringförmigen Wand 78 sein kann, um nicht den unteren ringförmigen Raum 90, der sich zwischen der ringförmigen Wand 78 und der unteren Wand 66 befindet und in welchem das Produktgas seine Richtung ändert und nach außen zu der Produktgasöffnung 32 strömt, zu blockieren. Die vierte Schicht der Stützstruktur 88 hat eine obere Seite, die im Wesentlichen koplanar mit der oberen Seite der zweiten Umlenkwand 70 sein kann, um nicht einen oberen ringförmigen Raum 100, der sich zwischen der oberen Seite der zweiten Umlenkwand 70 und der inneren ringförmigen Wand 80 befindet und in welchem das Produktgas seine Richtung ändert und nach außen zu der Produktgasöffnung 32 hin strömt, zu blockieren.
  • Wie aus den Zeichnungen ersichtlich ist, sehen die Schichten der Stützstruktur 82, 84, 86, 88 eine Stützung der Trennwand relativ zu der äußeren Schale 12 und den Umlenkwänden 86, 70 vor, wodurch sie dazu beitragen, die konzentrische Anordnung der zylindrischen Wände, die die 'Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 60 bilden, aufrechtzuerhalten. Zusätzlich ermöglicht das Verbinden der Kämme der Stützstrukturen 82, 84, 86, 88 nur mit der Trennwand 20, während sie mit den Umlenkwänden 68, 70 und der äußeren Schale 12 unverbunden bleiben, dass die Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung unterschiedliche thermische Ausdehnungen der Wände 12 und 20 aufnimmt und hierdurch thermische Beanspruchungen innerhalb der Brennstoff Verarbeitungsvorrichtung 60 minimiert werden. Weiterhin erhöht eine Verbindung der Stützstrukturen 82, 84, 86, 88 mit der Trennwand 20 eine Wärmeübertragung zwischen dem Produktgas- und dem Reaktandgasstrom.
  • Bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel ist die erste Schicht der gasdurchlässigen Stützstruktur 82 in direktem Kontakt mit der inneren Oberfläche der äußeren Wand 12, jedoch ist dies nicht bei allen Ausführungsbeispielen der Erfindung der Fall. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist eine Schicht aus wärmebeständigem isolierendem Material (nicht gezeigt) zwischen der äußeren gasdurchlässigen Stützstruktur 52 und der inneren Oberfläche der äußeren Wand 12 vorgesehen, um ein Durchblasen zu verhindern und den Wärmeübertragungsverlust in die Umgebung zu verringern.
  • Wie in den Zeichnungen gezeigt ist, können der Bereich des Produktgas-Durchgangs 24 zwischen der zweiten zylindrischen Umlenkwand 70 und der inneren zylindrischen Wand 76 der Trennwand 20 ohne eine Schicht der gasdurchlässigen Stützstruktur sein, da das durch diesen Bereich des Durchgangs 24 strömende Produktgas im Wesentlichen dieselbe Temperatur wie das Katalysatorbett 44 hat, und ist nicht in Wärmeaustauschkontakt mit dem Produktgas. Die zusätzliche, durch das Katalysatorbett 44 erhaltene Stützung kann nicht den zusätzlichen Druckabfall wettmachen, der durch das Anordnen einer zusätzlichen Schicht der gasdurchlässigen Stützstruktur in diesem Bereich des Produktgas-Durchgangs 24 bewirkt wird, und daher kann dieser Bereich des Durchgangs 24 leer bleiben.
  • 15 illustriert eine Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 120 mit einer geringfügig unterschiedlichen Konfiguration gegenüber der vorbeschriebenen Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 10. Dieses Ausführungsbeispiel teilt viele derselben Elemente mit der Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 10, und diese Elemente sind in der folgenden Beschreibung und/oder in der 15 durch dieselben Bezugszahlen identifiziert, und die vorstehende Beschreibung dieser Elemente in der Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 10 gilt in gleicher Weise für das vorliegende Ausführungsbeispiel. Daher ist die folgende Beschreibung auf die Unterschiede zwischen der Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung und der Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 120 beschränkt.
  • Anstatt das Reaktandgas direkt in den Reaktandgas-Durchgang 22 einzuführen, ist die Reaktandgasöffnung 32 mit einem Einlassrohr 122 versehen, das das Reaktandgas von der Öffnung 32 in das Innere des dritten Rohrs 50 liefert, wobei das Einlassrohr 122 durch eine Öffnung 124 in das dritte Rohr 50 eintritt, die in seinem geschlossenen unteren Ende vorgesehen ist. Bei dem in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Einlassrohr 122 eine nach innen gewandte Verlängerung des Reaktandgas-Einlassanschlusses 34 auf, obgleich sie getrennt gebildet sein können, falls dies erwünscht ist.
  • Das dritte Rohr 50 ist mit mehreren sich auswärts erstreckenden ”Blasen” oder Vertiefungen 126 versehen, die in gegenseitigem Abstand um seinen Umfang herum angeordnet sind, und die Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 120 hat vier derartige Vertiefungen 126 in dem dritten Rohr 50, von denen nur zwei in 15 sichtbar sind. Die Vertiefungen 126 haben Öffnungen 128, um dem Reaktandgas zu ermöglichen, das dritte Rohr 50 zu verlassen. Die Vertiefungen 126 des dritten Rohrs 50 sind in Kontakt und abdichtend mit der Trennwand 20 verbunden. Die Trennwand ist mit Öffnungen 132 versehen, die mit den Öffnungen 128 des dritten Rohrs 50 ausgerichtet sind, wodurch das Reaktandgas mit einem Strömungspfad von dem Inneren des dritten Rohrs 50 zu dem äußeren Strömungsdurchgang 18, in welchem Wärme zwischen dem Reaktandgas und dem Produktgas durch die Wand des dritten Rohrs 50 ausgetauscht wird, versehen wird. Bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel hat die Trennwand 20 auch sich nach innen ersteckende Blasen oder Vertiefungen 130, in denen Öffnungen 132 gebildet sind. Die Vertiefungen 126, 130 kontaktieren einander in dem Raum 24 zwischen der Trennwand 20 und dem dritten Rohr 50. Alternativ können sich Vertiefungen 126 des dritten Rohrs 50 über einen ausreichenden Abstand nach außen erstrecken, um die zylindrische Wand der Trennwand 20 zu kontaktieren, wodurch in diesem Fall die Vertiefungen 130 der Trennwand 20 nicht erforderlich sind. Als eine weitere Alternativ ist es möglich, dass die Vertiefungen 130 der Trennwand 20 sich über einen ausreichenden Abstand nach innen erstrecken, um die zylindrische Wand des dritten Rohrs 50 zu kontaktieren, wobei in diesem Fall die Vertiefungen 126 des dritten Rohrs 50 nicht erforderlich sind.
  • Eine Schicht der Turbulenzerzeugungsvorrichtung der Rippe 134 kann in dem ringförmigen Raum zwischen dem dritten Rohr 50 und dem Einlassrohr 122 vorgesehen sein, um den Wärmeaustausch zwischen dem Reaktandgas und dem Produktgas zu verbessern. Die Schicht oder die Turbulenzerzeugungsvorrichtung oder die Rippe 134 können eine identische Konstruktion wie die vorbeschriebenen Stützstrukturschichten 52, 54 haben und in der Niedrigdruckabfallkonfiguration orientiert sein. Die Schicht der Turbulenzerzeugungsvorrichtung oder Rippe 134 kann mit ihren äußeren Kämmen mit der inneren Oberfläche des dritten Rohrs 50 verbunden und mit ihren äußeren Kämmen mit dem Einlassrohr 122 unverbunden sein.
  • Nachdem das Reaktandgas in den Reaktandgas-Durchgang 22 eingetreten ist, sind die Konstruktion und die Arbeitsweise der Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 120 im Wesentlichen dieselben wie bei der vorbeschriebenen Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung 10.
  • Die Brennstoffreformierer nach der Erfindung bestehen aus einem Blech, das einen ausreichend hohen Schmelzpunkt, eine erhöhte Temperaturfestigkeit und eine Oxidationsbeständigkeit hat, um die erforderliche Dauerhaftigkeit zu erzielen. Typische Materialien, die verwendet werden können, um diesen Reformierer zu bilden, enthalten austenitischen oder ferritischen rostfreien Stahl, Inconel (eingetragene Marke) und andere Nickel- oder Legierungsstahlmaterialien. Die Dicke des Blechs hängt von der Ausgestaltung des bestimmten Reformierersystems ab, aber kann typischerweise im Bereich von 0,5 mm bis 4 mm für niedrige oder mäßige Lebensanforderungen liegen, oder sie kann über diesen Bereich hinaus verdoppelt werden für große oder erweiterte Lebensanwendungen (z. B. stationäre Energie). Die Größe des Brennstoffreformierers nach dieser Erfindung kann in Abhängigkeit von seiner beabsichtigten Verwendung variieren, wobei darauf hinzuweisen ist, dass es allgemein erwünscht ist, das Gewicht und die Raumanforderungen des Reformierers herabzusetzen, während die gewünschte Dauerhaftigkeit erhalten bleibt.
  • Obgleich die Erfindung in Beziehung auf bestimmte Ausführungsbeispiele von dieser beschrieben wurde, ist sie nicht hierauf beschränkt. Stattdessen enthält die Erfindung alle Ausführungsbeispiele, die in den Bereich der folgenden Ansprüche fallen können.

Claims (20)

  1. Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung, welche aufweist: a) einen Reaktandgas-Durchgang; b) einen Produktgas-Durchgang; c) eine Trennwand, die den Reaktandgas-Durchgang von dem Produktgas-Durchgang trennt, wobei die Trennwand ein festes und ein freies Ende hat und wobei das feste Ende nahe einer Reaktandgasöffnung und einer Produktgasöffnung ist; d) einen Katalysator, der innerhalb der Trennwand nahe ihres freien Endes aufgenommen ist, wobei der Reaktandgas-Durchgang sich von der Reaktandgasöffnung zu dem Katalysator hin erstreckt und der Produktgas-Durchgang sich von dem Katalysator zu der Produktgasöffnung hin erstreckt; e) eine äußere Wand, die die Trennwand über zumindest einen Teil ihrer Länge umgibt; und f) eine erste Schicht einer gasdurchlässigen Stützstruktur, die zwischen der Trennwand und der äußeren Wand vorgesehen und in Kontakt mit diesen ist, wobei die erste Schicht der gasdurchlässigen Stützstruktur sich zwischen dem festen Ende und dem freien Ende der Trennwand befindet; wobei sich die Trennwand kontinuierlich von ihrem festen Ende zu dem Katalysator erstreckt und wobei der Produktgas-Durchgang in Wärmeaustauschkontakt mit dem Reaktandgas-Durchgang zwischen dem festen Ende und dem freien Ende der Trennwand ist.
  2. Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das feste Ende der Trennwand mit der äußeren Wand verbunden ist.
  3. Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der zumindest ein Bereich des Reaktandgas-Durchgangs sich zwischen der Trennwand und der äußeren Wand befindet.
  4. Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der zumindest ein Bereich des Produktgas-Durchgangs sich zwischen der Trennwand und der äußeren Wand befindet.
  5. Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die äußere Wand ein Gehäuse mit einer Endwand aufweist, wobei die Endwand einen Abstand von dem freien Ende der Trennwand derart aufweist, dass ein Einlassraum gebildet wird, in dem das Reaktandgas in den Katalysator eintritt.
  6. Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Trennwand und die äußere Wand jeweils zylindrische Wände aufweisen, die sich parallel zu einer Gasströmungsachse erstrecken und konzentrisch zueinander angeordnet sind, derart, dass zumindest ein Bereich von einem von dem Reaktandgas-Durchgang und dem Produktgas-Durchgang sich in einem ringförmigen Raum zwischen der Trennwand und der äußeren Wand befindet.
  7. Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 6, bei der der ringförmige Raum zwischen der Trennwand und der äußeren Wand den Reaktandgas-Durchgang aufweist.
  8. Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Reaktandgasöffnung sich in der äußeren Wand befindet.
  9. Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, bei der die erste Schicht der gasdurchlässigen Stützstruktur sich in dem ringförmigen Raum befindet und die Trennwand entlang zumindest eines Teils ihrer Länge umgibt.
  10. Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 9, bei der die erste Schicht der gasdurchlässigen Stützstruktur eine gewellte Rippe oder eine Turbulenzerzeugungsvorrichtung ist.
  11. Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei der ein drittes zylindrisches Rohr innerhalb der Trennwand angeordnet ist, wobei das dritte zylindrische Rohr zumindest ein geschlossenes Ende hat und wobei das dritte zylindrische Rohr parallel zu der Gasströmungsachse derart ist, dass ein innerer ringförmiger Raum zwischen dem dritten Rohr und der Trennwand vorgesehen ist.
  12. Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 11, bei der eine zweite Schicht der gasdurchlässigen Stützstruktur in dem inneren ringförmigen Raum vorgesehen ist und das dritte Rohr entlang zumindest eines Teils ihrer Länge umgibt, und wobei die zweite Schicht der gasdurchlässigen Stützstruktur in dem inneren ringförmigen Raum eine gewellte Rippe oder eine Turbulenzerzeugungsvorrichtung ist.
  13. Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, bei der das dritte zylindrische Rohr ein erstes geschlossenes Ende nahe des Katalysators und ein zweites Ende mit einem Loch nahe des festen Endes der Trennwand hat, wobei die Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung weiterhin ein Einlassrohr aufweist, das sich von der Reaktandgasöffnung, die in der äußeren Wand gebildet ist, zu einem hohlen Inneren des dritten Rohrs durch das Loch erstreckt; und wobei zumindest eine (eines) von der Trennwand und dem dritten zylindrischen Rohr sich mit radial erstreckenden Vertiefungen versehen ist, entlang denen die Trennwand und das dritte Rohr miteinander verbunden sind, und wobei Öffnungen in Bereichen der Trennwand und des dritten zylindrischen Rohrs vorgesehen sind, die durch die Vertiefungen miteinander verbunden sind, derart, dass ein hohles Inneres des dritten Rohrs in Strömungsverbindung mit dem Reaktandgas-Durchgang, der sich zwischen der Trennwand und der äußeren Wand befindet, ist.
  14. Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der der Reaktandgas-Durchgang und der Produktgas-Durchgang im Wesentlichen parallel zu einer Gasströmungsachse orientiert sind, wobei jeweils der Reaktandgas-Durchgang und der Produktgas-Durchgang zumindest einer Richtungsänderung von etwa 180 Grad entlang ihrer Länge unterzogen werden; und wobei jeweils der Reaktandgas-Durchgang und der Produktgas-Durchgang zumindest zwei der Richtungsänderungen entlang ihrer Länge unterzogen werden.
  15. Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der der Reaktandgas-Durchgang und der Produktgas-Durchgang im Wesentlichen parallel zu einer Gasströmungsachse orientiert sind, wobei jeweils der Reaktandgas-Durchgang und der Produktgas-Durchgang zumindest einer Richtungsänderung von etwa 180 Grad entlang ihrer Länge unterzogen werden; und wobei die äußere Wand ein Gehäuse mit einer Endwand aufweist, wobei die Endwand einen Abstand von dem freien Ende der Trennwand derart hat, dass ein Einlassraum gebildet wird, in welchem das Reaktandgas in den Katalysator eintritt, und wobei eine der Richtungsänderungen in dem Reaktandgas-Durchgang sich innerhalb des Einlassraums befindet.
  16. Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei der der Katalysator in einem zylindrischen Katalysatorbehälter enthalten ist, wobei der Katalysatorbehälter reibschlüssig innerhalb der Trennwand gehalten wird; und wobei eine Schicht aus komprimierbarem Material zwischen Katalysatorbehälter und der Trennwand vorgesehen ist.
  17. Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei der die Trennwand eine Serpentinenform hat und vollständig von der äußeren Wand umschlossen ist.
  18. Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 17, bei der die Trennwand zumindest eine äußere zylindrische Wand, eine mittlere zylindrische und eine innere zylindrische Wand aufweist, die in radialer Richtung einen gegenseitigen Abstand aufweisen, wobei eine untere Seite der äußeren zylindrischen Wand mit einer unteren Seite der mittleren zylindrischen Wand durch eine äußere ringförmige Wand verbunden ist, und wobei eine obere Seite der mittleren zylindrischen Wand mit einer oberen Seite der inneren zylindrischen Wand durch eine innere ringförmige Wand verbunden ist.
  19. Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, bei der das feste Ende der Trennwand nahe einer oberen Seite der äußeren zylindrischen Wand ist und das freie Ende der Trennwand nahe einer unteren Seite der inneren zylindrischen Wand distal von der inneren ringförmigen Wand vorgesehen ist, und wobei der Katalysator innerhalb der inneren zylindrischen Wand aufgenommen ist; und wobei das feste Ende an einer oberen Wand der äußeren Wand durch eine starre Verbindung befestigt ist.
  20. Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 19, bei der eine erste zylindrische Umlenkwand sich von der oberen Wand in einen ringförmigen Raum zwischen der äußeren zylindrischen Wand und der mittleren zylindrischen Wand der Trennwand abwärts erstreckt, um einen U-förmigen Durchgang für die Strömung des Reaktandgases vorzusehen; wobei die äußere Wand weiterhin eine untere Wand gegenüber der oberen Wand aufweist, und wobei eine zweite zylindrische Umlenkwand sich von der Bodenwand in einen ringförmigen Raum zwischen der mittleren zylindrischen Wand und der inneren zylindrischen Wand der Trennwand aufwärts erstreckt, um einen U-förmigen Durchgang für die Strömung des Produktgases vorzusehen; und wobei die erste Schicht der gasdurchlässigen Stützstruktur sich zwischen der äußeren zylindrischen Wand der Trennwand und der äußeren Wand befindet, und wobei die Brennstoff-Verarbeitungsvorrichtung weiterhin eine zweite Schicht der gasdurchlässigen Stützstruktur zwischen der äußeren zylindrischen Wand und der ersten Umlenkwand, eine dritte Schicht der gasdurchlässigen Stützstruktur zwischen der ersten Umlenkwand und der mittleren zylindrischen Wand der Trennwand, und eine vierte Schicht der gasdurchlässigen Stützstruktur zwischen der mittleren zylindrischen Wand der Trennwand und der zweiten Umlenkwand aufweist.
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