DE19716470C1 - Integriertes Brennstoffaufbereitungsmodul für eine Brennstoffzellenanlage - Google Patents

Integriertes Brennstoffaufbereitungsmodul für eine Brennstoffzellenanlage

Info

Publication number
DE19716470C1
DE19716470C1 DE19716470A DE19716470A DE19716470C1 DE 19716470 C1 DE19716470 C1 DE 19716470C1 DE 19716470 A DE19716470 A DE 19716470A DE 19716470 A DE19716470 A DE 19716470A DE 19716470 C1 DE19716470 C1 DE 19716470C1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fuel
processing module
module according
fuel processing
fuel gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE19716470A
Other languages
English (en)
Inventor
Gerhard Huppmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rolls Royce Solutions Augsburg GmbH
Original Assignee
MTU Friedrichshafen GmbH
MTU Motoren und Turbinen Union Friedrichshafen GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MTU Friedrichshafen GmbH, MTU Motoren und Turbinen Union Friedrichshafen GmbH filed Critical MTU Friedrichshafen GmbH
Priority to DE19716470A priority Critical patent/DE19716470C1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE19716470C1 publication Critical patent/DE19716470C1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0625—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
    • H01M8/0631—Reactor construction specially adapted for combination reactor/fuel cell
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01B—BOILING; BOILING APPARATUS ; EVAPORATION; EVAPORATION APPARATUS
    • B01B1/00—Boiling; Boiling apparatus for physical or chemical purposes ; Evaporation in general
    • B01B1/005—Evaporation for physical or chemical purposes; Evaporation apparatus therefor, e.g. evaporation of liquids for gas phase reactions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/0207—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid flow within the bed being predominantly horizontal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/0285—Heating or cooling the reactor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00265—Part of all of the reactants being heated or cooled outside the reactor while recycling
    • B01J2208/00274—Part of all of the reactants being heated or cooled outside the reactor while recycling involving reactant vapours
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00477—Controlling the temperature by thermal insulation means
    • B01J2208/00495—Controlling the temperature by thermal insulation means using insulating materials or refractories
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/0053—Controlling multiple zones along the direction of flow, e.g. pre-heating and after-cooling
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Description

Die Erfindung betrifft ein integriertes Brennstoffaufbereitungsmodul zur Aufbereitung des den Brennstoffzellen einer Brennstoffzellenanlage zuzuführenden Brenngases.
Für den Betrieb von Brennstoffzellen bedarf es einer besonderen Aufbereitung des den Brennstoffzellen zuzuführenden Brenngases. Diese Aufbereitung des Brenngases ist eine der wesentlichen Funktionen der Peripherie einer Brennstoffzellenanlage. Sie umfaßt die Schritte der Reinigung, Entschwefelung, Vorheizung, Befeuchtung, Vorreformierung des Brenngases und dessen Aufheizung auf die Eintrittstemperatur der Brennstoffzellen. Diese einzelnen Schritte werden bisher bei Brennstoffzellenanlagen in jeweils separat vorgesehenen Einrichtungen vorgenommen und erfordern einen vergleichsweise hohen Aufwand hinsichtlich der Verrohrung dieser Einrichtungen sowie eine aufwendige und damit kostspielige Regelung und gegenseitige Abstimmung der einzelnen Komponenten. Durch diesen komplizierten anlagetechnischen Aufbau sind die Investitionskosten für die Brenngasaufbereitung sehr hoch und tragen einen wesentlichen Teil dazu bei, daß die Anlagenperipherie von Brennstoffzellenanlagen - obwohl es sich um konventionelle Verfahrenstechnik handelt - etwa zwei Drittel der Gesamtinvestition erreicht, während der eigentliche innovative Anteil der Brennstoffzelle nur ein Drittel beträgt.
Bei Brennstoffzellenanlagen mit Brennstoffzellen des Schmelzkarbonattyps (MCFC) sind Vorwärmung und Befeuchtung, Vorreformierung und Aufheizung des Brenngases auf die Brennstoffzelleneintrittstemperatur die wesentlichen Schritte der Aufbereitung des Brenngases.
Aus der DE 44 25 186 C1 geht die Anordnung eines Brennstoffzellenstapels in einem Schutzgehäuse als bekannt hervor, wobei verbrauchtes Kathoden- und Anodengas in das Innere des Schutzgehäuses ausströmt und zur Rückführung in Zirkulation versetzt wird. Im Inneren des Schutzgehäuses kann ferner ein Wärmetauscher angeordnet sein, der zur Auskopplung von Nutzwärme aus dem zirkulierenden Kathodengas vorgesehen ist. Ferner kann eine katalytische Verbrennungseinheit im Gasstrom vorgesehen sein.
Wie in der EP 0741 428 A1 gezeigt, beinhaltet das Versorgungssystem für eine Brennstoffzellenanordnung, die zum Einsatz in Fahrzeugen vorgesehen ist, Kühl-, Heiz- und Befeuchtungseinrichtungen für die Aufbereitung der Gasströme. Die entsprechenden Anlagenteile sind so zusammengefaßt, daß sich möglichst kompakte, kleinbauende Komponenten ergeben.
Die EP 0 654 838 A1 betrifft Hochtemperaturbrennstoffzellen, die in einem zylinderischen Behälter mit einer mehrschichtigen Hülle angeordnet sind. In der Hülle sind Kanalsysteme für Luft, Brenngas und Abgas integriert. Ferner sind ein Nachverbrennungsraum und ein Prereformer enthalten. Die Kanalsysteme stehen jeweils in wärmeübertragender Verbindung miteinander.
In der EP 0 580 918 A1 ist ein zentralsymmetrischer Zellenstapel mit einer wärmedämmenden Hülle dargestellt. Die Hülle ist mehrschichtig ausgebildet und weist ein Kanalsystem für den Luftstrom auf. In einem äußeren Bereich erfolgt in einem ersten Hohlraum eine Kühlung der Hülle durch Luft. Das an den ersten Hohlraum anschließende Kanalsystem dient zur Erwärmung der Luft. Zwischen der zylindrischen Oberfläche des Zellenstapels und der Hülle befindet sich ein Nachverbrennungsraum.
Aus der WO 96/20506 A1 geht ein Brennstoffzellenmodul als bekannt hervor, bei dem der Zellenstapel, eine katalytische Verbrennungseinrichtung und ein Reformer in einem isolierenden Schutzgehäuse zusammengefaßt sind.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein integriertes Brennstoffaufbereitungsmodul zur Aufbereitung des den Brennstoffzellen einer Brennstoffzellenanlage zuzuführenden Brenngases zu schaffen, welches einen geringen Aufwand hinsichtlich Aufbau und Regelung erfordert.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein integriertes Brennstoffaufbereitungsmodul mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Das integrierte Brennstoffaufbereitungsmodul zur Aufbereitung des den Brennstoffzellen einer Brennstoffzellenanlage zuzuführenden Brenngases enthält erfindungsgemäß eine Vorwärmungs- und Befeuchtungszone, eine Vorreformierungszone und eine Brenngasaufheizungszone, die in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, sowie Mittel, um diese Zonen nacheinander mit dem Brenngas zu durchströmen.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Vorwärmungs- und Befeuchtungszone mit Mitteln zur Zuführung von Dampf versehen ist.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Vorreformierungszone ein Katalysatormaterial aufweist.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Brenngasaufheizungszone mit einer Wärmetauschereinrichtung versehen ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, daß die Vorwärmungs- und Befeuchtungszone, die Vorreformierungszone und Brenngasaufheizungszone in der genannten Reihenfolge von dem Brenngas durchströmt werden.
Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, daß das gemeinsame Gehäuse mit von einem Wärmetauschermedium durchströmbaren Strömungswegen versehen ist, die zur Übertragung von Wärme zumindest mit der Vorwärmungs- und Befeuchtungszone und der Brenngasaufheizungszone thermisch in Kontakt stehen.
Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, daß das Wärmetauschermedium im Gegenstrom zu dem Brenngasstrom durch das Brennstoffaufbereitungsmodul fließt.
Vorteilhafterweise ist das Wärmetauschermedium ein heißes Gas, insbesondere das heiße Abgas der Brennstoffzellenanlage.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, daß die von dem Brenngas durchströmten Zonen in dem gemeinsamen Gehäuse übereinander angeordnet sind und von dem Brenngas von oben nach unten durchströmt werden, und daß das Heißgas im Gegenstrom dazu von unten nach oben durch das Brennstoffaufbereitungsmodul strömt.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, daß die von dem Brenngas durchströmten Zonen in einem aufrecht stehenden Zylinder mit kreisringförmigem Querschnitt übereinander angeordnet sind, und daß die von dem Heißgas durchströmten Strömungswege im Inneren und um den Zylinder herum vorgesehen sind.
Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, daß der Kreisringzylinder Mittel aufweist, durch die das Brenngas auf einer spiralförmigen Bahn durch diesen geführt wird.
Diese Mittel zum Führen des Brenngases sind vorteilhafterweise durch spiralförmige Gasleitbleche gebildet.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, daß in den von dem als Heizmedium dienenden Wärmetauschermedium durchströmbaren Strömungswegen Einrichtungen zum Erzeugen von der Vorwärmungs- und Befeuchtungszone zuzuführendem Dampf vorgesehen sind.
Diese Verdampfungseinrichtungen können durch in den Strömungswegen des Wärmetauschermediums angeordnete Siederohre gebildet sein.
Vorteilhafterweise verfügen die Siederohre über jeweils im Inneren und um den Kreisringzylinder angeordnete Abschnitte, die von unten nach oben durchströmt werden.
Dies wird vorteilhafterweise dadurch weitergebildet, daß die Siederohre einen im Inneren des Kreisringzylinders aufsteigenden Abschnitt, einen im Inneren des Kreisringzylinders absteigenden Abschnitt und einen auf der Außenseite des Kreisringzylinders aufsteigenden Abschnitt aufweisen, wobei das obere Ende des auf der Außenseite aufsteigenden Abschnitts mit den Mitteln zur Zuführung von Dampf in die Vorwärmungs- und Befeuchtungszone verbunden ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, daß in dem den Kreisringzylinder umgebenen Strömungsweg für das Warmetauschermedium Regelklappen zur Drosselung des Stroms des Wärmetauschermedium vorgesehen sind.
Vorteilhafterweise hat der den Kreisringzylinder umgebende Strömungsweg einen kreisringförmigen Querschnitt, und die Regelklappen sind durch Öffnungen in zwei übereinander angeordneten, gegeneinander verschiebbaren kreisringförmigen Elementen gebildet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist es vorgesehen, daß das gemeinsame Gehäuse kreiszylinderförmig ist, und daß der Kreisringzylinder zentrisch in dem gemeinsamen Gehäuse angeordnet ist.
Gemäß einer Ausbildung der Erfindung hat das Brennstoffaufbereitungsmodul an der Unterseite einen Einlaß und an der Oberseite einen Auslaß für das Wärmetauschermedium.
Vorteilhafterweise ist das gemeinsame Gehäuse nach außen wärmeisoliert.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematisierte Darstellung eines Querschnitts durch ein integriertes Brennstoffaufbereitungsmodul gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 eine geschnittene Draufsicht auf das in Fig. 1 gezeigte integrierte Brennstoffaufbereitungsmodul entlang der Linie A-A';
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines in dem integrierten Brennstoffaufbereitungsmodul gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel verwendeten Kreisringzylinders, welcher einzelne Zonen zur Aufbereitung des Brennstoffs enthält; und
Fig. 4 eine perspektivische fragmentarische Ansicht einer Regelklappenanordnung, wie sie bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zur Regelung des Strom eines Wärmetauschermediums verwendet wird.
Wie aus den Fig. 1, 2 und 3 zu sehen ist, ist in einem zylindrischen gemeinsamen Gehäuse 1 ein kreisringzylinderförmiges Element 7 angeordnet, welches das Hauptbestandteil des integrierten Brennstoffaufbereitungsmoduls bildet. Dieser Kreisringzylinder 7 verfügt in seinem oberen Bereich über eine Vorwärmungs- und Befeuchtungszone 2, an die sich im mittleren Bereich eine Vorreformierungszone 3 und im unteren Bereich schließlich eine Brenngasaufheizungszone 4 anschließt. Das aufzubereitende Brenngas, welches in Einrichtungen, die in der Figur nicht dargestellt sind, bereits von Staub und Schwefelverbindungen gereinigt worden ist, tritt über einen Brenngaseinlaß 18 an der Oberseite in die Vorwärmungs- und Befeuchtungszone 2 ein. An der Unterseite der Brenngasaufheizungszone 4 befindet sich ein Brenngasauslaß 19, über welchen das aufbereitete Brenngas das integrierte Brennstoffaufbereitungsmodul verläßt und den Brennstoffzellen der Brennstoffzellenanlage zugeführt wird. In dem Kreisringzylinder 7 sind spiralförmige Gasleitbleche 8 vorgesehen, welche besonders in Fig. 3 dargestellt sind, und welche dazu dienen für das aufzubereitende Brenngas einen spiralförmigen Strömungsweg durch die einzelnen Zonen 2, 3, 4 zu bilden, welcher in dem Kreisringzylinder 7 von oben nach unten verläuft. An der Oberseite der Vorwärmungs- und Befeuchtungszone 2 befinden sich Dampfdüsen 22, welche als Mittel zur Zuführung von Dampf dienen, mit dessen Hilfe das Brenngas in der Vorwärmungs- und Befeuchtungszone 2 vorgewärmt und befeuchtet wird. Die sich anschließende Vorreformierungszone 3 ist mit einem Katalysatormaterial versehen, welches dazu dient höhere Kohlenwasserstoffe im Brenngas zu reformieren, die sonst in der Brennstoffzelle zur Rußbildung führen könnten. In der sich an der Vorreformierungszone 3 anschließenden Brenngasaufheizungszone 4 wird das Brenngas auf die erforderliche Eintrittstemperatur der Brennstoffzellen aufgeheizt.
Das Vorerwärmen und Aufheizen des den Kreisringzylinder 7 durchströmenden Brenngases erfolgt durch Wärmetausch mit einem das gemeinsame Gehäuse von unten nach oben durchströmenden Wärmetauschermedium. Dieses Wärmetauschermedium ist das heiße Abgas der Brennstoffzellen der Brennstoffzellenanlage. Zum Eintritt des heißen Abgases ist an der Unterseite des gemeinsamen Gehäuses 1 ein Heißgaseinlaß 15 vorgesehen; an der Oberseite des Gehäuses 1 befindet sich ein Heißgasauslaß 16. Der Strömungsweg des am Heißgaseinlaß 15 eintretenden Gases verzweigt sich in einen Strömungsweg 5, welcher das Innere des Kreisringzylinders 7 durchläuft, und einen Strömungsweg 6, welcher um das Äußere des Kreisringzylinders 7 herum verläuft. Die beiden Strömungswege 5 und 6 vereinigen sich an der Oberseite des gemeinsamen Gehäuses 1 wieder, um über den Auslaß 16 aus dem gemeinsamen Gehäuse 1 zu führen. Diese Strömungswege 5, 6 stehen zumindest mit der Vorwärmungs- und Befeuchtungszone 2 und der Brenngasaufheizungszone 4 des Kreisringzylinders 7 thermisch in Kontakt, so daß ein Wärmeübergang von dem den Kreisringzylinder 7 umströmenden Heißgas auf das in dem Kreisringzylinder 7 durch die einzelnen Zonen 2, 3, 4 strömende Brenngas ermöglicht wird.
Durch weiterhin im Inneren des gemeinsamen Gehäuses angeordnete Siederohre 9, 10, 11, welche zusammen eine Verdampfereinrichtung 20 bilden, wird über Speisewasserpumpen 17 zugeführtes Speisewasser verdampft und in überhitzten Dampf verwandelt, welcher über die Dampfdüsen 22 an der Oberseite in die Vorwärmungs- und Befeuchtungszone 2 geführt wird. Die Siederohre umfassen zunächst einen im Inneren des Kreisringzylinders 7 von unten nach oben führenden Hauptabschnitt in Form des Siederohrs 9, in welchem das Speisewasser verdampft wird. Von der Oberseite des Rohrabschnitts führt mit Siederohr 10 ein Rohrabschnitt im Inneren des Kreisringzylinders 7 wieder nach unten und ist mit einem auf der Außenseite des Kreisringzylinders 7 nach oben führenden weiteren Siederohrabschnitt 11 verbunden. Dieser lange Rohrleitungsweg über die Abschnitte 9, 10, 11 dient der sicheren Überhitzung des Dampfes und dazu, Dampfschläge durch spontane Verdampfung in den Siederohren zu verhindern, so daß Dampf gleichmäßig hoher Temperatur und ohne Tröpfchen in das Brenngas in der Vorwärmungs- und Befeuchtungszone 2 einströmt.
Das aufzubereitende Brenngas wird dem Brenngaseinlaß 18 bei Umgebungstemperatur zugeführt und beim Durchlaufen der Vorwärmungs- und Befeuchtungszone 2 durch Aufnahme der in dem über die Dampfdüsen 22 zugeführten Dampf enthaltenen Wärme und durch Wärmetausch mit dem die Strömungswege 5 und 6 durchströmenden Heißgas auf eine Temperatur von etwa 480°C am unteren Ende der Vorwärmungs- und Befeuchtungszone 2 erhitzt. Durch Maßnahmen zur Verhinderung des Wärmeübergangs von den Strömungswegen 5 und 6 in die Vorreformierungszone 3 verläuft die Vorreformierungsreaktion in der Vorreformierungszone 3 im wesentlichen adiabatisch, wobei der Umstand, daß die Vorreformierungsreaktion endotherm verläuft, dazu führt, daß das Brenngas die Vorreformierungszone 3 mit einer niedrigeren Temperatur, etwa 360°C verläßt. In der sich anschließenden Brenngasaufheizungszone 4 wird das Brenngas dann schließlich auf eine Temperatur von etwa 550°C erwärmt, wie sie zum Betrieb der Brennstoffzelle als erforderlich angesehen wird. Das über den Einlaß 15 in das gemeinsame Gehäuse 1 eintretende Heißgas hat eine Temperatur von etwa 650°C und tritt nach dem Wärmetausch mit einer Temperatur von etwa 450°C am Auslaß 16 wieder aus dem gemeinsamen Gehäuse 1 aus.
Das gemeinsame Gehäuse 1 ist an seiner Außenseite mit einer Wärmeisolierung 21 versehen.
Zur Steuerung bzw. Regelung der Temperaturen in den der Aufbereitung des Brenngases dienenden Zonen 2, 3, 4 sind in dem zwischen dem Kreisringzylinder 7 und der Innenseite des gemeinsamen Gehäuses 1 vorhandenen kreiszylindrischen Raum Regelklappen 12 vorgesehen, welche durch Öffnungen in zwei übereinander angeordneten und gegeneinander verschiebbaren kreisringförmigen Elementen 13, 14 gebildet sind. Da dem den Kreisringzylinder 7 umgebenden äußeren Strömungsweg 6 eine wesentlich größere Wärmetauscherfläche verglichen mit dem das Innere des Kreisringzylinders 7 durchlaufenden Strömungsweg 5 zur Verfügung steht, genügt eine Drosselung des den äußeren Strömungsweg 6 durchlaufenden Brenngases, um eine ausreichende Möglichkeit zur Beeinflussung des Temperaturverlaufs in den Brenngasaufbereitungszonen 2, 3, 4, insbesondere zur Kontrolle der Eintrittstemperatur in den Katalysatorbereich der Vorreformierungszone 3 zu haben.
Bezugszeichenliste
1
gemeinsames Gehäuse
2
Vorwärmungs- und Befeuchtungszone
3
Vorreformierungszone
4
Brenngasaufheizungszone
5
Strömungsweg innen
6
Strömungsweg außen
7
Kreisringzylinder
8
Gasleitbleche
9
Siederohre
10
Siederohre
11
Siederohre
12
Regelklappen
13
kreisförmige Elemente
14
kreisförmige Elemente
15
Heißgas Einlaß
16
Heißgas Auslaß
17
Speisewasserpumpe
18
Brenngaseinlaß
19
Brenngasauslaß
20
Verdampfer
21
Wärmeisolierung
22
Dampfdüsen

Claims (21)

1. Integriertes Brennstoffaufbereitungsmodul zur Aufbereitung des den Brennstoffzellen einer Brennstoffzellenanlage zuzuführenden Brenngases, dadurch gekennzeichnet, daß in einem gemeinsamen Gehäuse (1) eine Vorwärmungs- und Befeuchtungszone (2), eine Vorreformierungszone (3) und eine Brenngasaufheizungszone (4) vorgesehen sind, und daß Mittel vorgesehen sind, um diese Zonen nacheinander mit dem Brenngas zu durchströmen.
2. Brennstoffaufbereitungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmungs- und Befeuchtungszone (2) mit Mitteln (22) zur Zuführung von Dampf versehen ist.
3. Brennstoffaufbereitungsmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorreformierungszone (3) ein Katalysatormaterial aufweist.
4. Brennstoffaufbereitungsmodul nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenngasaufheizungszone (4) mit einer Wärmetauschereinrichtung versehen ist.
5. Brennstoffaufbereitungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Brenngas die Vorwärmungs- und Befeuchtungszone (2), die Vorreformierungszone (3) und die Brenngasaufheizungszone (4) in der genannten Reihenfolge durchströmt.
6. Brennstoffaufbereitungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das gemeinsame Gehäuse (1) mit von einem Wärmetauschermedium durchströmbaren Strömungswegen (5, 6) versehen ist, die zur Übertragung von Wärme zumindest mit der Vorwärmungs- und Befeuchtungszone (2) und der Brenngasaufheizungszone (4) thermisch in Kontakt stehen.
7. Brennstoffaufbereitungsmodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmetauschermedium im Gegenstrom zu dem Brenngasstrom durch das Brennstoffaufbereitungsmodul fließt.
8. Brennstoffaufbereitungsmodul nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmetauschermedium ein heißes Gas, insbesondere das heiße Abgas der Brennstoffzellenanlage ist.
9. Brennstoffaufbereitungsmodul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Brenngas durchströmten Zonen (2, 3, 4) in dem gemeinsamen Gehäuse (1) übereinander angeordnet sind und von dem Brenngas von oben nach unten durchströmt werden, und daß das Heißgas im Gegenstrom dazu von unten nach oben durch das Brennstoffaufbereitungsmodul strömt.
10. Brennstoffaufbereitungsmodul nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Brenngas durchströmten Zonen (2, 3, 4) in einem aufrecht stehenden Zylinder (7) mit kreisringförmigem Querschnitt übereinander angeordnet sind, und daß die von dem Heißgas durchströmten Strömungswege im Inneren und um den Zylinder herum vorgesehen sind.
11. Brennstoffaufbereitungsmodul nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreisringzylinder (7) Mittel aufweist, die das Brenngas auf einer spiralförmigen Bahn durch diesen führen.
12. Brennstoffaufbereitungsmodul nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Führen des Brenngases durch spiralförmige Gasleitbleche (8) gebildet sind.
13. Brennstoffaufbereitungsmodul nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in den von dem Wärmetauschermedium durchströmbaren Strömungswegen (5, 6) Einrichtungen (20) zum Verdampfen von der Vorwärmungs- und Befeuchtungszone (2) zuzuführendem Dampf vorgesehen sind.
14. Brennstoffaufbereitungsmodul nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfungseinrichtungen (20) durch in den Strömungswegen (5, 6) des Wärmetauschermediums angeordnete Siederohre (9, 10, 11) gebildet sind.
15. Brennstoffaufbereitungsmodul nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Siederohre von unten nach oben durchströmte Abschnitte aufweisen, die im Inneren des Gehäuses um den Kreisringzylinder angeordnet sind.
16. Brennstoffaufbereitungsmodul nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Siederohre einen im Inneren des Kreisringzylinders (7) aufsteigenden Abschnitt (9), einen im Inneren des Kreisringzylinder (7) absteigenden Abschnitt (10) und einen auf der Außenseite des Kreisringzylinders (7) aufsteigenden Abschnitt (11) aufweisen, wobei das obere Ende des an der Außenseite aufsteigenden Abschnitts (11) mit den Mitteln (22) zur Zuführung von Dampf in die Vorwärmungs- und Befeuchtungszone (2) verbunden ist.
17. Brennstoffaufbereitungsmodul nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß in dem den Kreisringzylinder (7) umgebenden Strömungsweg (6) für das Wärmetauschermedium Regelklappen (12) zur Drosselung des Stroms des Wärmetauschermediums vorgesehen sind.
18. Brennstoffaufbereitungsmodul nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der den Kreisringzylinder (7) umgebende Strömungsweg (6) einen kreisringförmigen Querschnitt aufweist, und daß die Regelklappen (12) durch Öffnungen in zwei übereinander angeordneten, gegeneinander verschiebbaren kreisringförmigen Elementen (13, 14) gebildet sind.
19. Brennstoffaufbereitungsmodul nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das gemeinsame Gehäuse (1) kreisringförmig ist, und daß der Kreisringzylinder (7) zentrisch in dem gemeinsamen Gehäuse angeordnet ist.
20. Brennstoffaufbereitungsmodul nach einem der Ansprüche 6 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffaufbereitungsmodul an der Unterseite einen Einlaß (15) und an der Oberseite einen Auslaß (16) für das Wärmetauschermedium aufweist.
21. Brennstoffzellenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das gemeinsame Gehäuse (1) wärmeisoliert ist.
DE19716470A 1997-04-19 1997-04-19 Integriertes Brennstoffaufbereitungsmodul für eine Brennstoffzellenanlage Expired - Fee Related DE19716470C1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19716470A DE19716470C1 (de) 1997-04-19 1997-04-19 Integriertes Brennstoffaufbereitungsmodul für eine Brennstoffzellenanlage

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19716470A DE19716470C1 (de) 1997-04-19 1997-04-19 Integriertes Brennstoffaufbereitungsmodul für eine Brennstoffzellenanlage

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE19716470C1 true DE19716470C1 (de) 1998-10-01

Family

ID=7827059

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19716470A Expired - Fee Related DE19716470C1 (de) 1997-04-19 1997-04-19 Integriertes Brennstoffaufbereitungsmodul für eine Brennstoffzellenanlage

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE19716470C1 (de)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19903168A1 (de) * 1999-01-27 2000-08-10 Dbb Fuel Cell Engines Gmbh Spiralwärmetauscher, sowie Brennstoffzellensystem mit einem gasbeheizten Verdampfer
WO2001002204A1 (de) * 1999-07-01 2001-01-11 Vodafone Ag Anordnung und verfahren zum erzeugen und/oder aufbereiten eines brennstoffs, insbesondere eines brennstoffs für eine brennstoffzelle
DE10247710A1 (de) * 2002-10-12 2004-05-13 Volkswagen Ag Brennstoffzellensystem, insbesondere eines Kraftfahrzeugs
WO2005097310A1 (en) * 2004-04-05 2005-10-20 Modine Manufacturing Company Actively cooled reactor for exothermic reaktions
WO2006066545A1 (de) * 2004-12-22 2006-06-29 Webasto Ag Reformer für eine brennstoffzelle
DE102007050799B3 (de) * 2007-10-24 2008-10-23 Cfc Solutions Gmbh Einrichtung zur Befeuchtung und Erhitzung eines zu reformierenden Brenngases für eine Brennstoffzellenanlage
US7666237B2 (en) 2003-02-28 2010-02-23 Modine Manufacturing Company Reformate cooling system and method for use in a fuel processing subsystem

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0580918A1 (de) * 1992-07-27 1994-02-02 Sulzer Innotec Ag Vorrichtung mit Hochtemperatur-Brennstoffzellen
EP0654838A1 (de) * 1993-11-24 1995-05-24 Sulzer Innotec Ag Einrichtung mit Hochtemperatur-Brennstoffzellen und Verfahren zum Anfahrbetrieb der Einrichtung
DE4425186C1 (de) * 1994-07-16 1996-03-07 Mtu Friedrichshafen Gmbh Brennstoffzellenanordnung und Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung
WO1996020506A1 (de) * 1994-12-27 1996-07-04 Mtu Motoren- Und Turbinen-Union Friedrichshafen Gmbh Brennstoffzellenmodul, bei dem zellenstapel, katalytische verbrennungseinrichtung und reformer in einem isolierenden schutzgehäuse zusammengefasst sind
EP0741428A1 (de) * 1995-05-04 1996-11-06 FINMECCANICA S.p.A. AZIENDA ANSALDO Zuführungssystem für Brennstoffzellen der Art SPE (Festpolymerelektrolyt) für Hybridfahrzeugen

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0580918A1 (de) * 1992-07-27 1994-02-02 Sulzer Innotec Ag Vorrichtung mit Hochtemperatur-Brennstoffzellen
EP0654838A1 (de) * 1993-11-24 1995-05-24 Sulzer Innotec Ag Einrichtung mit Hochtemperatur-Brennstoffzellen und Verfahren zum Anfahrbetrieb der Einrichtung
DE4425186C1 (de) * 1994-07-16 1996-03-07 Mtu Friedrichshafen Gmbh Brennstoffzellenanordnung und Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung
WO1996020506A1 (de) * 1994-12-27 1996-07-04 Mtu Motoren- Und Turbinen-Union Friedrichshafen Gmbh Brennstoffzellenmodul, bei dem zellenstapel, katalytische verbrennungseinrichtung und reformer in einem isolierenden schutzgehäuse zusammengefasst sind
EP0741428A1 (de) * 1995-05-04 1996-11-06 FINMECCANICA S.p.A. AZIENDA ANSALDO Zuführungssystem für Brennstoffzellen der Art SPE (Festpolymerelektrolyt) für Hybridfahrzeugen

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19903168A1 (de) * 1999-01-27 2000-08-10 Dbb Fuel Cell Engines Gmbh Spiralwärmetauscher, sowie Brennstoffzellensystem mit einem gasbeheizten Verdampfer
DE19903168C2 (de) * 1999-01-27 2002-06-20 Xcellsis Gmbh Spiralwärmetauscher
WO2001002204A1 (de) * 1999-07-01 2001-01-11 Vodafone Ag Anordnung und verfahren zum erzeugen und/oder aufbereiten eines brennstoffs, insbesondere eines brennstoffs für eine brennstoffzelle
DE10247710A1 (de) * 2002-10-12 2004-05-13 Volkswagen Ag Brennstoffzellensystem, insbesondere eines Kraftfahrzeugs
US7666237B2 (en) 2003-02-28 2010-02-23 Modine Manufacturing Company Reformate cooling system and method for use in a fuel processing subsystem
GB2427836A (en) * 2004-04-05 2007-01-10 Modine Mfg Co Actively cooled reactor for exothermic reaktions
GB2427836B (en) * 2004-04-05 2008-07-23 Modine Mfg Co Actively cooled exothermic reactor
US7648686B2 (en) 2004-04-05 2010-01-19 Modine Manufacturing Company Actively cooled exothermic reactor
WO2005097310A1 (en) * 2004-04-05 2005-10-20 Modine Manufacturing Company Actively cooled reactor for exothermic reaktions
WO2006066545A1 (de) * 2004-12-22 2006-06-29 Webasto Ag Reformer für eine brennstoffzelle
EA010329B1 (ru) * 2004-12-22 2008-08-29 Энердей Гмбх Установка риформинга топливного элемента
DE102007050799B3 (de) * 2007-10-24 2008-10-23 Cfc Solutions Gmbh Einrichtung zur Befeuchtung und Erhitzung eines zu reformierenden Brenngases für eine Brennstoffzellenanlage
WO2009053034A2 (de) * 2007-10-24 2009-04-30 Mtu Onsite Energy Gmbh Einrichtung zur befeuchtung und erhitzung eines zu reformierenden brenngases für eine brennstoffzellenanlage
WO2009053034A3 (de) * 2007-10-24 2009-11-05 Mtu Onsite Energy Gmbh Einrichtung zur befeuchtung und erhitzung eines zu reformierenden brenngases für eine brennstoffzellenanlage

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2952216C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Rückgewinnung und Wiederverwertung von Wärme aus den Abgasen metallurgischer Prozesse
EP1939412B1 (de) Wärmetauscher zur Kühlung von Spaltgas
DE112005000390B4 (de) Integrierte Brennstoffverarbeitungsanlage für eine dezentrale Wasserstoffproduktion
EP1153214B1 (de) Einrichtung zur treibstoffzufuhr für ein raketentriebwerk und wärmetauscher zur verwendung in der einrichtung
WO1996020506A1 (de) Brennstoffzellenmodul, bei dem zellenstapel, katalytische verbrennungseinrichtung und reformer in einem isolierenden schutzgehäuse zusammengefasst sind
DE19716470C1 (de) Integriertes Brennstoffaufbereitungsmodul für eine Brennstoffzellenanlage
DE102007050799B3 (de) Einrichtung zur Befeuchtung und Erhitzung eines zu reformierenden Brenngases für eine Brennstoffzellenanlage
DE3100074A1 (de) Rekuperativer waermetauscher mit zyklusumschaltung und verwendung desselben zur waermerueckgewinnung aus den rauchgasen von flammoefen
EP0160161A1 (de) Wärmetauscher zum Kühlen von Gasen
DE102017001564B4 (de) Verfahren zum Starten einer Brennstoffzellenanordnung und Brennstoffzellenanordnung
DE2109825B2 (de) Dampferzeuger mit in einem vertikalen Druckbehälter angeordneten Rohrbündel
DE69724960T2 (de) Integriertes einschlusssystem für flüchtige organische stoffe für die regenerative oxidation
DE3142993C2 (de)
EP3516179A1 (de) Verfahren und anordnung zur wärmeenergierückgewinnung in anlagen umfassend wenigstens einen reformer
AT520976B1 (de) Wärmetauscher für ein Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems
AT521206B1 (de) Verdampfer für ein Brennstoffzellensystem sowie Brennstoffzellensystem
EP0876201B1 (de) Verfahren zur durchführung einer endothermen reaktion und reaktor zur durchführung des verfahrens
WO2004014790A1 (de) Abhitzekessel für eine claus-anlage
DE1922949A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Verbrennung oxidierbarer Bestandteile in Abgasen
DE19650086C1 (de) Wärmeübertrager
WO2012085258A1 (de) Verfahren zum betreiben eines ofens in einer anlage zur metallverarbeitung und anlage zur metallverarbeitung
AT406718B (de) Blockheizkraftwerk
EP1273553B1 (de) Verfahren zum Betrieb eines Apparats zur Erzeugung von Wasserstoff und Apparate zur Durchführung der Verfahren
DE19717067C2 (de) Reformierungsreaktoranlage, insbesondere zur Wasserdampfreformierung von Methanol
EP0464586B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur katalytischen Abluftreinigung

Legal Events

Date Code Title Description
8100 Publication of the examined application without publication of unexamined application
D1 Grant (no unexamined application published) patent law 81
8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: MTU FRIEDRICHSHAFEN GMBH, 88045 FRIEDRICHSHAFEN, D

8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: MTU CFC SOLUTIONS GMBH, 88045 FRIEDRICHSHAFEN, DE

8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: CFC SOLUTIONS GMBH, 88045 FRIEDRICHSHAFEN, DE

8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: MTU ONSITE ENERGY GMBH, 88045 FRIEDRICHSHAFEN, DE

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20131101