DE60005756T2

DE60005756T2 - Brenstoffverarbeitung, Temperaturüberwachung und -kontrolle

Info

Publication number: DE60005756T2
Application number: DE60005756T
Authority: DE
Inventors: Donald H. Webster Keskula; Tien M. Columbia Doan; Bruce J. Palmyra Clingerman
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1999-07-06
Filing date: 2000-05-24
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2020-05-25
Also published as: DE60005756D1; EP1066876B1; JP3739636B2; US6391484B1; CA2310193A1; EP1066876A1; JP2001023658A

Description

Rechte der Regierung
Die Regierung der Vereinigten Staaten von Amerika besitzt Rechte an dieser Erfindung aufgrund des Vertrags Nr. DE-AC02-90CH10435 vom U.S.-Department of Energy.
Querverweis auf ebenfalls anhängige Anmeldungen
Diese Anmeldung offenbart Merkmale, die auch in der anhängigen U.S.-Patentanmeldung Seriennummer 9/187,125, die am 5. November 1998, Glenn W. Skala et al. eingereicht wurde, offenbart und beansprucht sind.
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft die Verarbeitung eines Kohlenwasserstoff-Brennstoffes, um Wasserstoff für eine Brennstoffzelle zu erzeugen, und insbesondere ein Verfahren und ein System, um während der Brennstoffverarbeitung eine Temperatursteuerung und -kontrolle aufrechtzuerhalten.
Hintergrund der Erfindung
Brennstoffzellen sind bisher bei vielen Anwendungen als Energiequelle verwendet worden. Brennstoffzellen sind auch zur Verwendung in elektrischen Fahrzeugantriebsanlagen als Ersatz für Verbrennungsmotoren vorgeschlagen worden. Bei Brennstoffzellen mit Protonenaustauschmemb ran (PEM) wird Wasserstoff an die Anode der Brennstoffzelle und Sauerstoff als das Oxidationsmittel an die Kathode geliefert. PEM-Brennstoffzellen umfassen eine "Membranelektrodenanordnung" (MEA) mit einem dünnen, protonendurchlässigen, nicht elektrisch leitenden Festpolymermembranelektrolyten, der auf einer seiner Seiten die Anode und auf der entgegengesetzten Seite die Kathode aufweist. Die MEA ist schichtartig zwischen einem Paar elektrisch leitfähiger Elemente angeordnet, die (1) als Stromkollektoren für die Anode und die Kathode dienen und (2) geeignete Kanäle und/oder Öffnungen darin enthalten, um die gasförmigen Reaktanden der Brennstoffzelle über die Oberflächen der jeweiligen Anoden- und Kathodenkatalysatoren zu verteilen. Eine typische PEM-Brennstoffzelle und ihre Membranelektrodenanordnung (MEA) ist in den U.S.-Patenten Nrn. 5,272,017 und 5,316,871 offenbart, die am 21. Dezember 1993 bzw. am 31. Mai 1994 erteilt und auf die General Motors Corporation, die Anmelder der vorliegenden Erfindung ist, übertragen wurden, wobei als Erfinder Swathirajan et al. genannt sind. Gewöhnlich werden mehrere einzelne Zellen miteinander gebündelt, um einen PEM-Brennstoffzellenstapel bzw. -stack zu bilden. Der Begriff "Brennstoffzelle" wird typischerweise dazu verwendet, um abhängig von dem Zusammenhang entweder eine einzelne Zelle oder eine Vielzahl von Zellen (Stack) zu bezeichnen. Eine Gruppe von Zellen innerhalb des Stapels wird als ein Cluster oder eben als Gruppe bezeichnet. Typische Anordnungen von mehreren Zellen in einem Stapel sind in dem U.S.-Patent Nr. 5,763,113 beschrieben, das auf die General Motors Corporation übertragen ist.
Bei PEM-Brennstoffzellen ist Wasserstoff (H₂) der Anodenreaktand (d. h. Brennstoff) und Sauerstoff ist der Kathodenreaktand (d. h. Oxidationsmittel). Der Sauerstoff kann entweder in reiner Form (O₂) oder als Luft (eine Mischung aus O₂ und N₂) vorliegen. Die Festpolymerelektrolyte bestehen typischerweise aus Ionentauscherharzen, wie beispielsweise perfluorierter Sulfonsäure. Die Anode bzw. Kathode umfassen typischerweise fein geteilte katalytische Partikel, die oftmals auf Kohlenstoffpartikeln getragen und mit einem protonenleitenden Harz gemischt sind. Die katalytischen Partikel sind typischerweise teure Edelmetallpartikel. Diese Membranelektrodenanordnungen, die die mit Katalysator versehenen Elektroden umfassen, sind relativ teuer herzustellen und erfordern bestimmte gesteuerte und kontrollierte Bedingungen, um deren Schädigung abzuwenden.
Bei Fahrzeuganwendungen ist es erwünscht, einen flüssigen Brennstoff, bevorzugt einen Kohlenwasserstoff oder Alkohol, wie beispielsweise Methanol (MeOH) oder Benzin als Quelle des Wasserstoffs für die Brennstoffzelle zu verwenden. Derartige flüssige Brennstoffe für das Fahrzeug sind leicht an Bord zu speichern, und es existiert eine breite Infrastruktur zur Lieferung flüssiger Brennstoffe. Jedoch müssen derartige Brennstoffe aufgespalten werden, um deren Wasserstoffgehalt zur Belieferung der Brennstoffzelle freizugeben. Die Aufspaltungsreaktion wird heterogen in einem chemischen Brennstoffprozessor erreicht, der als ein Reformer bekannt ist, Wärmeenergie über eine Katalysatormasse bereitstellt und ein Reformatgas erzeugt, das hauptsächlich Wasserstoff und Kohlendioxid umfasst. Beispielsweise werden bei dem Wasserdampf-Methanol-Reformierungsprozess Methanol und Wasser (als Wasserdampf) idealerweise reagiert, um Wasserstoff und Kohlendioxid gemäß dieser Gleichung zu erzeugen: CH₃OH + H₂O → CO₂ + 3H₂. Die Reformierungsreaktion ist eine endotherme Reaktion, was bedeutet, dass sie, damit die Reaktion stattfinden kann, Wärme von außen benötigt.
Brennstoffzellensysteme, die einen Kohlenwasserstoff-Brennstoff verarbeiten, um ein wasserstoffreiches Reformat zum Verbrauch durch PEM-Brennstoffzellen zu erzeugen, sind bekannt und in den ebenfalls anhängigen U.S.-Patentanmeldungen mit den Seriennummern 08/975,442 und 08/980,087, die im Namen von William Pettit im November 1997 eingereicht wurden, und im U.S.-Patent Seriennummer 09/187,125 von Glenn W. Skala et al., das am 5. November 1998 eingereicht wurde, beschrieben, wobei alle der aufgezählten auf die General Motors Corporation übertragen sind, die auch Anmelder der vorliegenden Erfindung ist. In dem U.S.-Patent Nr. 4,650,722, das am 17. März 1987 erteilt wurde, beschreibt Vanderborgh et al. einen Brennstoffprozessor mit einer Katalysatorkammer, die durch eine Brennkammer umgeben ist, welche in indirekter Wärmeaustauschbeziehung mit organischem Brennstoff steht, der dadurch erwärmt wird und in der Katalysatorkammer reagiert.
Die Reaktion in dem Brennstoffprozessor (Reformer) muss unter kontrollierten Temperaturen ausgeführt werden, um die Intaktheit des Katalysators in der katalytischen Kammer zu schützen. Die Temperatur der Katalysatorkammer muss niedrig genug sein, um eine Katalysatorschädigung zu verhindern, muss jedoch dennoch hoch genug sein, um die Mengen an Brennstoff liefern zu können, die bei einer hohen Lastanforderung von der Brennstoffzelle benötigt werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist auf ein verbessertes Verfahren und System zum Schützen der Intaktheit von Katalysatormaterial in einer Kammer für katalytische Reaktion gerichtet, die einen Teil eines Brennstoffprozessors bildet. Das Verfahren der Erfindung ist in einem Brennstoffprozessor anwendbar, der eine oder mehrere katalytische Kammern und eine Heizeinrichtung umfasst, die in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind. Gase reagieren in den Reaktoren, um ein Produkt zu bilden, das zur Verwendung in einer Brennstoffzelle geeignet ist. Die Gase zirkulieren in einem Strom durch die Heizeinrichtung und durch einen oder mehrere Reaktoren in dem gemeinsamen Gehäuse. Jeder katalytische Reaktor ist unterstromig der Heizeinrichtung angeordnet. Die Temperatur des Gasstromes wird an einem Ort in dem Gehäuse überwacht, der in der Nähe des Auslasses der Heizeinrichtung liegt. Bevorzugt sind die Heizeinrichtung und der katalytische Reaktor so positioniert, dass der katalytische Reaktor unterstromig der Heizeinrichtung positioniert ist, so dass das Austragsende der Heizeinrichtung in Fluiddurchflussverbindung mit einem Einlass des katalytischen Reaktors angeordnet ist. Bevorzugt rezirkuliert ein Anteil des Gasstromes in dem Gehäuse in einer Wärmeaustauschbeziehung mit einem oder mehreren der Reaktoren. Der Brennstoffprozessor umfasst auch ein Mittel, um Kohlenwasserstoff-Brennstoff in den Strom der rezirkulierenden bzw. umgewälzten Gase einzuspritzen. Ein Gebläse oder andere Mittel sind vorgesehen, um Gase durch den katalytischen Reaktor wie auch die Heizeinrichtung (Wärmetauscher) zu rezirkulieren bzw. umzuwälzen.
Die Temperatur wird zwischen dem Austragsende der Heizeinrichtung und dem Einlass eines katalytischen Reaktors überwacht, und die überwachte Temperatur wird mit einem oder mehreren vorgewählten Werten verglichen. Bei einer Ausführungsform überwacht das Verfahren der Erfindung einen oder mehrere der folgenden Bedingungen: einen relativ niedrigen Temperaturwert des Gasstromes; einen relativ hohen Temperaturwert des Gasstromes; wie auch eine Änderungsrate der überwachten Temperatur. Ein Zustand mit relativ niedriger überwachter Temperatur gibt an, dass die Temperatur in einer oder mehreren der katalytischen Kammern des Brennstoffprozessors nicht ausreichend ist, um die gewünschte Qualität von wasserstoffhaltigem Gas für die Brennstoffzelle vorzusehen. Eine relativ hohe überwachte Temperatur gibt an, dass die Temperatur möglicherweise die katalytischen Betten in dem Brennstoffprozessor beschädigen kann. Eine Änderungsrate der Temperatur ist nützlich, um anzugeben, dass eine nicht akzeptable Temperatur bald erreicht werden kann, sofern keine Korrektur durchgeführt wird, um dies zu verhindern.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Rate der Temperaturänderung überwacht, um das Auftreten eines Zustandes mit nicht akzeptabel hoher oder niedriger Temperatur zu verhindern. Hierzu werden zumindest zwei Temperaturen des rezirkulierenden Gasstromes über eine Zeitdauer überwacht. Die Änderungsrate der Temperatur gegenüber der Zeit wird bestimmt. Anschließend wird die überwachte Änderungsrate der Temperatur mit einem vorgewählten Änderungsratenwert verglichen. Die Überwachung der Änderungsrate der Temperatur sieht ein proaktives bzw. ein die Initiative ergreifendes Mittel vor, um das Auftreten einer unakzeptabel hohen Temperatur in dem katalytischen Reaktor zu verhindern.
Im Wesentlichen sieht das Verfahren der Erfindung indirekt eine Anzeige erheblicher Schäden, wie beispielsweise gerissenen Schweißnähten, Leckagen sowie Problemen mit Katalysatorbetten, durch seine Messung der Temperatur wie auch der Änderungsrate der Temperatur vor. Die Anordnung der Temperaturüberwachungsvorrichtung in dem Gasstrom zwischen dem Auslass des Wärmetauschers und dem Einlass eines Reaktors schützt die Katalysatorbetten wirksam, die sehr temperaturempfindlich sind. Daher ist es eine sehr kosteneffektive Methode, Probleme des Gesamtsystems zu diagnostizieren, während auch Schlüsselsystemkomponenten geschützt werden.
Vorteilhafterweise ist das vorliegende Überwachungsverfahren auf existierende Brennstoffzellensysteme, die einen Brennstoffprozessor umfassen, anpassbar und kann in diesen leicht implementiert werden. Das vorliegende Verfahren kann in existierende Prozess-Controller implementiert werden. Zusätzlich ist das vorliegende Überwachungsverfahren mit einer Vielzahl von Brennstoffprozessoren für ein Brennstoffzellensystem verwendbar.
Zeichnungskurzbeschreibung
Die verschiedenen Merkmale, Vorteile und anderen Anwendungen der vorliegenden Erfindung werden durch Bezugnahme auf die nun folgende Beschreibung wie auch die Zeichnungen offensichtlich, in welchen:
1 ein Schema einer Ausführungsform des Prozesses der vorliegenden Erfindung ist und einen Brennstoffprozessor zeigt, der einen Reformer zur Umwandlung eines Kohlenwasserstoffes in ein H₂-reiches Gas umfasst.
2 ein Schema einer bevorzugten Ausführungsform des Prozesses der vorliegenden Erfindung ist und einen Brennstoffprozessor zeigt, der einen Reformer wie auch einen PrOx-Reaktor umfasst, die so angeordnet sind, dass sie in einem gemeinsamen Gehäuse enthalten sind;
3 ein Schema eines Systems zur Implementierung eines Prozesses gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Bei einem Aspekt sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren und ein System vor, um die Intaktheit von Reformerkatalysatorbetten in einem Brennstoffprozessor zu schützen, indem die Temperatur in der Katalysatorkammer des Reformers eines Brennstoffprozessors überwacht wird. Bei einem anderen Aspekt befinden sich eine Heizeinrichtung und zumindest ein katalytischer Reaktor eines Reformers in einem gemeinsamen Gehäuse. Jeder katalytische Reaktor befindet sich unterstromig der Heizeinrichtung. Gase reagieren in den Reaktoren, um ein Produkt zu bilden, das zur Verwendung in einer Brennstoffzelle geeignet ist. Die Gase zirkulieren in einem Strom durch die Heizeinrichtung und das Gehäuse und durch die ersten und zweiten Reformerreaktoren. Der Gasstrom wird eine gewünschte Anzahl von Durchgängen umgewälzt. Die Temperatur des Gasstromes wird an einer Stelle in dem Gehäuse überwacht, die neben dem Auslass der Heizeinrichtung liegt. Bevorzugt rezirkuliert ein Anteil des Gasstromes in dem Gehäuse in einer Wärmeaustauschbeziehung mit einem oder mehreren Reaktoren. Ein anderer Anteil des Gasstromes zirkuliert durch einen oder mehrere Reaktoren, um das Produkt zur Verwendung in einer Brennstoffzelle zu erzeugen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden zwei oder mehr Reaktoren verwendet, wobei die Gase die Heizeinrichtung verlassen, durch den ersten Reaktor und anschließend durch einen nachfolgenden Reaktor bzw. nachfolgende Reaktoren zirkulieren und dann den Brennstoffprozessor zum Transport an die Brennstoffzelle verlassen.
1 zeigt schematisch eine Ausführungsform des Brennstoffprozessors und Prozesses der vorliegenden Erfindung sowie die bevorzugte Positionierung der Grundkomponenten (d. h. Heizeinrichtung und Reaktoren) der Erfindung. Genauer zeigt 1 ein Rezirkuliergebläse 2 zur Rezirkulation eines gasförmigen Stroms 4 in dem Brennstoffprozessor, so dass der Gasstrom 4, der das Gebläse 2 verlässt, in einen Gas-Gas-Wärmetauscher 6 eintritt, der durch Abgase 8 von einem Brenner 10 aufgeheizt wird, der bevorzugt durch entweder Methanol 12 von einem Methanol-Brennstofftank und/oder durch nicht verwendeten Wasserstoff 14 beliefert wird, der die Anodenkammern eines Brennstoffzellenstapels (nicht gezeigt) verlässt. Der Wärmetauscher 6 umfasst eine heiße Seite, die Durchgänge 16 definiert, durch die die heißen Verbrennungsgase 8 strömen, wie auch eine kalte Seite, die Durchgänge 18 definiert, durch die der Gasstrom 4 strömt und Wärme von den Verbrennungsgasen aufnimmt. Alternativ dazu könnte der Wärmetauscher 6 durch eine elektrische Heizeinrichtung ersetzt werden, die während der Startphase oder des Systemleerlaufs von außerhalb des Brennstoffzellensystems (beispielsweise von einer Haus-Steckdose) während der Startphase mit Strom versorgt wird. Nachdem das System angefahren und läuft, wird die Heizeinrichtung mit Strom von der Brennstoffzelle versorgt, obgleich auf Kosten der Energie, die ansonsten von der Brennstoffzelle zu nützlicheren Zwecken verfügbar wäre (beispielsweise dem Antrieb eines Elektrofahrzeugs).
Der erhitzte Gasstrom 4 verlässt den Wärmetauscher 6 und tritt in einen ersten Reaktor 20 ein, der bevorzugt ein isothermer Plug-Flow-Reaktor ist. Wie weiter unten beschrieben ist, wird der Gasstrom 4 dazu verwendet, Wärme an den Reaktor 20 zu übertragen, und ein Anteil der Reaktanden des Gasstromes 4 gelangt durch die Katalysatorseite des Reaktors 20. Ein Anteil (beispielsweise bis zu 25%) des zirkulierenden Reaktandenstromes wird als Strom 28 zur Weiterverarbeitung abgezogen, während der Rest zu einem anderen Reaktor 30 fortfährt. Anschließend werden Zusatzreaktanden zu den rezirkulierenden Reaktanden hinzugesetzt, um diejenigen zu kompensieren, die als Strom 28 abgezogen wurden.
Der Reaktor 20 umfasst einen Wärmetauscher mit einer heißen Seite, die erste Durchgänge 22 definiert, durch die der erhitzte zirkulierende Gasstrom 4 strömt, und einer kalten Seite, die zweite Durchgänge 24 definiert, die einen geeigneten ersten Katalysator (nicht gezeigt) enthalten. Ein kleiner Anteil (beispielsweise bis zu etwa 25 Vol.-% und bevorzugt etwa 5 Vol.-%) des Gasstromes 4 wird durch den ersten Katalysator umgeleitet, um Restwasser sowie Methanoldampf darin in Wasserstoff und Kohlendioxid umzuwandeln, die den Reaktor 20 als einen Reformatstrom 28 verlassen. Die Menge an Medium, die durch den ersten Katalysator umgeleitet wird, wird bestimmt durch die Menge an Zusatzreaktanden (d. h. Methanol und Wasser), die dem zirkulierenden Gasstrom zugesetzt werden, und ist direkt proportional zu dieser. Der Reformatstrom 28 kann anschließend weiter einer Wasser-Gas-Shift-Reaktion und/oder einer Reaktion mit selektiver bzw. bevorzugter Oxidation (PrOx) unterzogen werden, wie es Fachleuten gut bekannt ist, um überschüssiges Kohlenmonoxid, das im Reformatstrom enthalten ist, zu entfernen. Der Gasstrom 4 verlässt den ersten Reaktor 20 und tritt in einen zweiten Reaktor 30 ein, der im Wesentlichen ein zweites Katalysatorbett (auch bekannt als Rezirkulationskatalysatorbett) umfasst, durch das der Gasstrom 4 in direktem Kontakt mit dem zweiten Katalysator strömt, um einen Anteil des Wasserdampfes und Methanoldampfes, die in dem Gasstrom 4 enthalten sind, zu reagieren und damit Kohlendioxid und Wasserstoff in dem zirkulierenden Gasstrom 4 zu bilden. Flüssiges Methanol 32 und Wasser 34 werden in das Gehäuse und bevorzugter in das Gebläse 2 eingespritzt, um einen Zusatz für die Gase vorzusehen, die das Gehäuse als Reformatstrom 28 verlassen.
In dem Gasstrom 4 zwischen dem Auslass 17 des Wärmetauschers 6 und dem Einlass 19 des ersten Reaktors 20 ist ein Thermoelement 15 angeordnet. Bevorzugt ist das Thermoelement 15 benachbart des Auslasses 17 des Wärmetauschers 6 angeordnet, so dass das Thermoelement 15 die Temperatur des Gasstromes 4 kurz nach der Erhitzung indirekt durch Verbrennungsgase 8 erfasst. Der Wärmetauscher 6 besitzt erste Durchgänge 16, die einen Weg für heiße Verbrennungsgase 8 definieren, und zweite Durchgänge 18, die einen Weg für einen Gasstrom 4 definieren. Die jeweiligen Durchgänge sind schematisch in den 1 und 2 gezeigt.
Die Verbrennungsgase 8, die durch die Durchgänge 16 der heißen Seite des Wärmetauschers 6 strömen, heizen den rezirkulierenden Gasstrom 4 in den Durchgängen 18 auf eine Temperatur auf, die geeignet ist, damit der zirkulierende Gasstrom 4 den Reaktor 20 ausreichend aufheizen kann, so dass dieser die Methanol-Wasser-Reaktion ausführen kann, wie oben beschrieben ist. Daher steht der Gasstrom 4 in indirekter Wärmeübertragungsbeziehung zu dem heißen Verbrennungsgasstrom 8 in dem Wärmetauscher 6. Die Verbrennungsgase 8 von dem Brenner 10 treten in den Wärmetauscher 6 mit etwa 600 bis 700°C ein und verlassen diesen mit etwa 210 bis 275°C. Die Temperatur des Gasstromes 4, der den Wärmetauscher 6 verlässt, hängt von der Beschaffenheit und daher den Anforderungen des Katalysators, der in den Reaktoren 20 und 30 verwendet wird, und von dem Verhältnis der Methanol-Wasser-Reaktion ab, die in dem Reaktor 20 ausgeführt werden soll. Bevorzugt liegt die Temperatur des Gasstromes 4, der den Wärmetauscher 6 verlässt und in den ersten Reaktor 20 eintritt, bei etwa 260°C in einem System, bei dem eine Umwandlung von Methanol von etwa 50% in jedem Reaktor 20 und 30 erfolgt, die jeweils einen herkömmlichen Kupfer-Zink-Katalysator verwenden. Die Methanol-Wasser-Reaktion, die in dem Reaktor 20 stattfindet, ist endotherm, was zur Folge hat, dass die Temperatur des zirkulierenden Gasstromes 4 auf etwa 250°C abfällt, wenn dieser den Reaktor 20 verlässt und in den zweiten Reaktor 30 eintritt, was ausreichend ist, um das zweite Katalysatorbett darin ausreichend zu erhitzen, damit dieses die Methanol- und Wasser-Reaktion unterstützen kann. Bevorzugt ist der zweite Reaktor so bemessen, um etwa 50% des Methanol- und Wassergehaltes des Gasstromes 4 zur reagieren, und minimiert die Menge an Katalysator, die von dem gesamten System benötigt wird. Die Temperatur des Gasstromes 4, der den zweiten Katalysator 30 verlässt, beträgt etwa 240°C.
Ein Anteil des rezirkulierenden Gasstromes 4 wird in die kalte Seite 24 des ersten Reaktors 20 umgeleitet oder abgezweigt, an der das verbleibende Wasser wie auch Methanol, die darin enthalten sind, an dem ersten Katalysator reagiert werden. Der Anteil 26 des zirkulierenden Gasstromes 4, der in den ersten Reaktor 20 umgeleitet bzw. kurzgeschlossen wird, umfasst bis zu etwa 25 Vol.-% des rezirkulierenden Gasstromes 4 und bevorzugt etwa 5 Vol.-% des rezirkulierenden Gasstromes 4. An dem bevorzugten 5%-Niveau wird die zweistufige Reformierungsreaktion sehr effizient unter Verwendung des Minimums an Gesamtsystemkatalysator bewirkt.
Der den zweiten Reaktor 30 verlassende Gasstrom 4 wird in das Gebläse 2 gezogen und davon um den Wärmetauscher 6, den ersten Reaktor 20 wie auch den zweiten Reaktor 30 herum ausgestoßen, bevor er in den Wärmetauscher 6 eintritt, um so den Wärmetauscher 6 wie auch die Reaktoren 20 und 30 mit heißem Gas zu bespülen. Der Gasstrom 4 tritt in den Wärmetauscher 6 mit einer Temperatur von etwa 200 bis 220°C ein. Zur optimalen Zerteilung und Zerstäubung des Methanols 32 und Wassers 34 in den Gasstrom 4 wird jeder derselben in das Gehäuse an dem Gebläse 2 eingespritzt, und zwar bevorzugt so, dass sie auf das Flügelrad des Gebläses 2 auftreffen, das die Tröpfchen zerstäubt und ihre Verdampfung in den gasförmigen Strom 4 beschleunigt.
Von dem den Brennstoffprozessor als Strom 28 verlassenden Reformat wird anschließend das Kohlenmonoxid darin im Wesentlichen entfernt (beispielsweise durch Wasser-Gas-Shift-Reaktion wie auch PrOx-Reaktion) und das Reformat anschließend in die Anodenzwischenräume einer Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle zugeführt. Nicht verbrauchter Wasserstoff 14, der den Anodenzwischenraum der Brennstoffzelle verlässt, kann als Brennstoff zum Befeuern des Brenners 10 entweder allein oder in Kombination mit Methanol von einem Methanolspeichertank verwendet werden. Alternativ dazu kann der Brenner 10 ausschließlich mit dem Methanol insbesondere während der Startphase des Prozessors beliefert werden.
2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des Brennstoffprozessorsystems und -verfahrens der vorliegenden Erfindung. 2 ist ähnlich zu 1, umfasst aber auch einen Reaktor 36 für selektive Oxidation (d. h. PrOx-Reaktor) in dem Brennstoffprozessorgehäuse in der Nähe des Wärmetauschers 6. In dem PrOx-Reaktor 36 reagiert das Reformat 28, das den ersten Reaktor 20 verlässt, mit Sauerstoff bzw. Luft unter gesteuerten Bedingungen, um das restliche Kohlenmonoxid in dem Reformatstrom 28 selektiv zu oxidieren, ohne wesentliche Mengen an Wasserstoff in der Reaktion zu verbrauchen. PrOx-Reaktoren sind in der Technik bekannt und sind für sich gesehen demgemäß nicht Teil der vorliegenden Erfindung. Die PrOx-Reaktion ist eine exotherme Reaktion und trägt Wärme zu dem Gasstrom 4 in dem Gehäuse bei. Am bevorzugtesten arbeitet der PrOx-Reaktor bei einer niedrigeren Temperatur als der Wärmetauscher und ist oberstromig des Wärmetauschers 6 positioniert, so dass der Gasstrom 4 zunächst in den PrOx-Reaktor und anschließend in den Wärmetauscher 6 strömt, damit die Wärme, die in dem PrOx-Reaktor erzeugt wird, dazu verwendet werden kann, die Wärmelast an dem Wärmetauscher 6 zu verringern.
Wie aus der obigen Beschreibung offensichtlich ist, wirkt der Gasstrom 4 als Wärmeübertragungsmedium. Dieser wird durch den Wärmetauscher 6 erwärmt und zirkuliert dann zu einem oder mehreren, bevorzugt zwei, Reaktoren 20 und 30, die den Reformer umfassen, an den der Strom 4 Wärme liefert. Zusätzlich dazu absorbiert der Strom 4 Wärme von dem PrOx-Reaktor 36. Der rezirkulierende Strom 4 verlässt schließlich den Prozess als ein Produktstrom, der auch als Reformat bezeichnet wird.
Optional dazu kann ein Wasser-Gas-Shift-Reaktor 38 in Reihe vor dem PrOx-Reaktor 36 positioniert sein, um das Reformat 28, das von dem ersten Reaktor 20 ausgetragen wird, vorzubehandeln. Wasser-Gas-Shift-Reaktoren sind in der Technik gut bekannt und sind für sich gesehen nicht Teil der vorliegenden Erfindung. Durch richtige Steuerung der Reaktion, die in den ersten bzw. zweiten Reaktoren 20 und 30 auftritt, kann bewirkt werden, dass die Wasser-Gas-Shift-Reaktion in den ersten und zweiten Reaktoren stattfindet, und beseitigt daher den Bedarf nach einem separaten Wasser-Gas-Shift-Reaktor 38.
Weitere Hintergrunddetails betreffend den Aufbau wie auch den Betrieb des oben beschriebenen Brennstoffprozessors und des zugehörigen Brennstoffzellensystems können der ebenfalls anhängigen U.S. Patentanmeldung Seriennummer 09/358,080 (Anwaltsnummer H-202971), die am 21. Juli 1999 im Namen von David. J. Hart-Predmore und William H. Pettit und den ebenfalls anhängigen U.S. Patentanmeldungen Seriennummern 08/975,442 und 08/989,087, die im Namen von William H. Pettit im November 1997 eingereicht wurden, und der U.S. Seriennummer 09/187,125, Glenn W. Skala et al. entnommen werden, die am 5. November 1998 eingereicht wurde, wobei alle erwähnten Anmeldungen auf die General Motors Corporation, die Anmelder der vorliegenden Erfindung ist, übertragen sind.
Übergänge, die durch variierende Brennstoffanforderungen der Brennstoffzelle, die von dem Brennstoffprozessor versorgt wird, erzeugt werden, werden bevorzugt gesteuert durch: (1) Erhöhung oder Verringerung der Wärmemenge, die durch den Wärmetauscher vorgesehen wird; (2) Erhöhung oder Verringerung der Durchflussrate und des Verhältnisses von Methanol zu Wasser, die in das Gehäuse eingespritzt werden; und (3) Änderung der Menge an Luft, die an den PrOx-Reaktor geliefert wird. Überdies kann die Drehzahl des Gebläses entweder variiert oder konstant gehalten werden, wenn der Methanol- und Wasserdurchsatz des Reformers variiert. Diesbezüglich erleichtert eine Änderung der Gebläsedrehzahl proportional zu dem Wasser/Methanol-Durchsatz eine Temperatursteuerung in den beiden Reaktoren. Andererseits resultiert eine konstante Gebläsedrehzahl in einem variablen Temperaturprofil unter Übergangslastbedingungen. In jedem Fall ist das Erzielen einer gewünschten Temperatur schwierig zu erreichen. Daher ist es notwendig, dass das Verfahren und System, das in 3 gezeigt ist, die Intaktheit des Katalysators vor einer Schädigung durch höhere Temperatur schützt, wie auch eine niedrige Temperatur erfasst, die einen nicht ausreichenden Wärmeübergang wie auch eine nicht ausreichende Temperatur zur Umwandlung von Kohlenwasserstoff in Reformat angibt.
Bei dem Verfahren und der Konfiguration der Erfindung ist ein Reformertemperatursensor 15 zwischen dem Plug-Flow-Reaktor 20 und dem Wärmetauscher 6 in dem Brennstoffprozessor der 1 und 2 angeordnet. Durch diese Anordnung wird die Temperatur des rezirkulierenden Gasstromes 4 an seinem heißesten Punkt überwacht, gerade wenn dieser den Wärmetauscher 6 verlässt und bevor dieser in den ersten Reformerreaktor 20 eintritt. Dies ist der bevorzugte Ort für die Temperaturüberwachung, da in dem Reformerreaktor die chemische Reaktion endotherm verläuft und Wärme benötigt. Wenn die Temperatur des Gasstromes zu hoch oder zu niedrig ist, beeinflusst dies die Qualität des an die Brennstoffzelle gelieferten Reformatstromes. Wenn die Rate des Temperaturanstiegs des rezirkulierenden Stromes zu hoch ist, ist dies ein Hinweis dafür, dass eine Komponente für die Gasverarbeitung nicht steuerbar ist. Das System ist komplex und umfasst eine Anzahl von Komponenten, die zusammenarbeiten, um das gewünschte Ergebnis zu erzeugen. Wenn die Gebläsedrehzahl zu schnell oder zu langsam ist, wird die Temperatur der Reaktoren in dem Brennstoffprozessor entweder zu niedrig oder zu hoch. Wenn sich beispielsweise die Methanol- oder Wassereinspritzung in das System unerwartet geändert hat, beispielsweise die Lieferung von Methanol unterbrochen ist, dann wird die Wärme, die an die Reformerreaktoren für den Reformierungsprozess geliefert wird, für den endothermen Reformierungsprozess zu groß. Die Reformerkatalysatorbetten sind selbst durch eine Zeitkonstante gekennzeichnet, die für eine bestimmte Reaktorkonstruktion spezifisch ist. Wenn ein Problem in dem Brennstoffprozessor vorhanden ist, kann sich der Reformerreaktor schneller aufheizen, als es normalerweise der Fall wäre, wenn sich das System im Gleichgewicht befindet, was möglicherweise in einem überhitzten und beschädigten Katalysatorbett resultiert. Eine andere Komplexität besteht darin, dass das Gesamtsystem so arbeitet, um die Anforderung nach Wasserstoff, der von dem Stapel benötigt wird, dem überschüssigen Wasserstoff von dem Stapel und der Menge an Methanol, die an den Reformer und den Brenner geliefert wird, auszugleichen. Wenn eine dieser Komponenten nicht im Gleichgewicht steht, können Übergangszustände auftreten, von denen einige temporär und tolerierbar sein können, jedoch andere in einem Übertemperaturzustand resultieren können, der verschlimmert werden kann, wenn die Komponenten von einer gewünschten Betriebsart zunehmend abweichen.
Unter normalen Bedingungen ist infolge der thermischen Masse der Reformerbetten wie auch der Wärmeverteilung von dem Rezirkuliergebläse in dem Brennstoffprozessor die Zunahmerate der Temperatur der Reformer reaktorbetten relativ langsam. Wenn die Rate dieser Temperaturzunahme größer als ein vorbestimmter, in einem Speicher gespeicherter Wert ist, wird angenommen, dass ein Problem besteht, und es wird ein Diagnoseflag gesetzt, und es wird eine Aufforderung zum Handeln oder eine Antwort ausgegeben. Eine Antwort bzw. eine Korrekturhandlung kann viele Formen umfassen, einschließlich eines Alarms, einer zunehmenden Wassereinspritzung in dem Reformer, einer zunehmenden Gebläsedrehzahl, einem Wärmeaustrag an die Atmosphäre, einer Verringerung der Brennerleistung, einer Verringerung der PrOx-Luft, verringerter Reformerdruck wie auch eine Systemabschaltung. Eine schnelle Abschaltung umfasst, dass der Wasserstoffstrom durch Austrag an die Atmosphäre entfernt wird. Alternativ dazu wird der Wasserstoffstrom an eine Speichereinrichtung umgelenkt.
3 zeigt ein Schema eines Systems zur Ausführung eines Prozesses gemäß der vorliegenden Erfindung. 3 zeigt, dass zwei Zustände des Brennstoffzellensystembetriebs überwacht werden. Der erste ist durch einen ersten Eingang 40 bezeichnet, der als REFORM-Temperatur 40 bezeichnet ist. Der zweite wird als ein zweiter Eingang 41 bezeichnet und entspricht der Überwachung des Reformats, oder der Luft und des Reformats, die an den Brennstoffzellenstapel geliefert werden. Es sei angemerkt, dass zur Vereinfachung der Darstellung den Gasstrom überwachende Temperaturwerte und Kalibrierungswerte in 3 mit der Kurzbezeichnung REFORM bezeichnet werden. Die überwachten Temperaturwerte kennzeichnen den Gasstrom 4, der durch das Brennstoffprozessorsystem der 1 und 2 rezirkuliert wird.
Wie in 3 gezeigt ist, wird die als Reform 40 bezeichnete Temperatur gegenüber einem Niedertemperatur-Kalibrierungswert 42, einen Hochtemperatur-Kalibrierungswert 43 wie auch einen Kalibrierungswert 44 in Verbindung mit der Änderungsrate überprüft. Der Niedertemperaturzustand resultiert, wenn er mit einem Zustand, wenn Reformat an den Stapel geliefert wird, gekoppelt wird, in einem Diagnoseflag. Der Hochtemperaturzustand resultiert ebenfalls in einem Diagnoseflag. Wenn bestimmt wird, dass die Rate der Temperaturänderung, insbesondere ein Temperaturanstieg, einen Kalibrierungswert überschreitet, hat dies einen Diagnoseflag zur Folge. Daher umfasst 3 drei Diagnosen, nämlich eine Niedertemperaturdiagnose, eine Hochtemperaturdiagnose wie auch eine Änderungsratendiagnose. Die Temperaturänderungsrate wird als eine Funktion der Zeit bestimmt. Das System von 3 umfasst eine Temperaturvergleichslogik, die durch Software oder Hardware, um Eingänge von der Temperaturüberwachungseinrichtung 15 zu empfangen; Software oder äquivalente Vorrichtungen zur Berechnung einer Rate der Temperaturänderung; einen Softwarekomparator oder eine äquivalente Vorrichtung zum Vergleichen der Rate der Temperaturänderung mit vorgewählten Werten; und einen Signalgenerator ausgeführt wird, um ein Ausgangssignal zu liefern, wenn die überwachte Rate der Temperaturänderung größer oder gleich dem vorgewählten Änderungsratenwert ist. Bevorzugt umfasst die Logik, Software oder Schaltung auch eine Zeitverzögerung oder eine äquivalente Einrichtung, um das Signal für eine gewählte Zeitperiode zu blockieren. Das System umfasst ebenfalls Vorrichtungen für Hoch- und Niedertemperaturvergleiche, wie nachfolgend detaillierter beschrieben ist.
Die Hoch- und Niedertemperaturüberwachungen sind, während sie nütlich sind, nur reaktiv bzw. reaktionsfähig. Daher ist die proaktive (eine Initiative ergreifende) Überwachung der Änderungsrate der Temperatur bevorzugter. Die proaktive Überwachung der Änderungsrate der Temperaturzunahme ist zum Schutz der Katalysatorbetten am bevorzugtesten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Rate der Temperaturänderung diskontinuierlich über kurze Zeitintervalle bestimmt, um eine proaktive Überwachung vorzusehen. Eine derartige Änderungsratenüberwachung ist am bevorzugtesten mit einer Hoch- und Niedertemperaturzustandsdetektion wie auch jeweiligen Diagnoseflags gekoppelt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sieht die vorliegende Erfindung einen relativ optimierten Ort in dem Brennstoffprozessor zur effektiven Temperaturüberwachung vor. Der bevorzugte Ort sieht vor, dass eine Temperatur überwacht werden kann, die in etwa der Temperatur von einem oder beiden Reformerkatalysatorbetten in den Reaktoren 20 und 30 entspricht. Am bevorzugtesten ist der Ort so ausgewählt, dass die Temperatur des Stromes 4 oberstromig des Reaktors 20 überwacht wird. Der ausgewählte Ort zur Überwachung der Temperatur des Gasstromes 4 in dem Brennstoffprozessor erzielt verschiedene Vorteile, wie z. B. dem Schutz der Katalysatorbetten in den Reaktoren 20 und 30 vor einem Hochtemperaturzustand wie auch einem Vermeiden einer Lieferung von Reformat an den Stapel während des Niedertemperaturzustandes. Es hat sich bei der bevorzugten Ausführungsform herausgestellt, dass sie von einem Ausstattungs-Standpunkt effektiv, effizient wie auch anpassbar ist, um die Temperaturüberwachung benachbart zu und unterstromig des Auslasses des Brennerwärmetauschers 6 durchzuführen. Die Temperatur benachbart zu und unterstromig des Auslasses des Brennerwärmetauschers 6 ist repräsentativ für die Temperatur des Gasstromes 4, der durch den Einlass des Reaktors 20 geliefert wird. Da die Reaktion, die in dem Reaktor 20 ausgeführt wird, endotherm ist, ist die Auslasstemperatur des Stromes 4 von dem Reaktor 20 kleiner als die Einlasstemperatur. Daher liegt der heißeste Zustand des Prozessgasstromes 4 der vorliegenden Erfindung neben dem Auslass des Brennerwärmetauschers 6.
Die Kalibrierungswerte für Hochtemperaturzustand, Niedertemperaturzustand wie auch Änderungsrate können in Nachschlagetabellen enthalten sein oder auf Ausdrucken, Kurven, empirischen Daten oder einem mathematischen Modell basieren. Geeigneterweise kann der Niedertemperaturwert wie auch der Hochtemperaturwert als eine Funktion der Last oder einer anderen Systemvariablen eingestellt und unverändert sein bzw. bleiben. Es ist bevorzugt, dass der Kalibrierungswert für die Temperaturänderungsrate eine Funktion der überwachten Temperatur ist. Mit anderen Worten ist es, wenn die überwachte Temperatur ansteigt, bevorzugt, dass der Kalibrierungswert für die Änderungsrate abnimmt. Daher nimmt die kalibrierte Änderungsratentemperatur bevorzugt ab, wenn die überwachte Temperatur des Gasstroms heißer wird.
Wie in 3 gezeigt ist, vergleicht bei Schritt 50 ein erster Softwarekomparator (C1) zwei Temperaturwerte, wobei der erste die überwachte Reform-Temperatur 40 des Gasstromes 4 und die zweite ein Niedertemperatur-Kalibrierungswert 42 ist. Ein Ausgangssignal von dem Komparator, der einen Niedertemperaturzustand angibt, wird bei Schritt 52 einer ersten Zeitverzögerung unterzogen. Wenn der Niedertemperaturzustand für eine Zeitdauer auftritt, die die Zeitverzögerung 45 überschreitet, wird ein Signal an eine AND-Funktion (Gatter) bei Schritt 54 gesendet. Das AND empfängt auch ein Signal, wenn Reformat an den Stapel geliefert wird. Sie stellt sicher, dass diese Diagnose nur aktiviert wird, wenn der Reformer arbeitet. Wenn sowohl ein Niedertemperaturzustand wie auch ein Zustand einer Lieferung von Reformat an den Stapel erfüllt sind, wird ein LO-Temperaturdiagnoseflag angezeigt.
Bei einer anderen Folge vergleicht bei Schritt 60 ein zweiter Komparator (C2) die überwachte Reform-Temperatur 40 des Gasstromes 4 mit einem Hochtemperatur-Kalibrierungswert 43. In dem Fall, wenn ein Hochtemperaturzustand erfasst wird, d. h. die überwachte Temperatur gleich einem Hochtemperatur-Kalibrierungswert ist oder diesen überschreitet, wird ein Signal erzeugt. Jedoch wird das Signal, das einen Hochtemperaturzustand anzeigt, bei Schritt 62 einer Zeitverzögerung 45 unterzogen. Wenn der Hochtemperaturzustand für eine Zeitdauer, die die zweite Zeitverzögerung überschreitet, auftritt, wird ein HI-Diagnoseflag angezeigt.
Die letzte Diagnosefolge von 3 wird dazu verwendet, um zu überwachen, ob die Rate der Temperaturänderung des Gasstromes 4 einen Kalibrierungswert für die Änderungsrate überschreitet. Bei dieser Situation überwacht ein Thermoelement (15 der 1 und 2) oder eine ähnliche Vorrichtung zumindest zwei Temperaturen über zumindest zwei Zeitpunkte. Die Rate der Temperaturänderung (du/dt) über die Zeitdauer wird dann durch Hardware oder Software und bevorzugt durch Software bei Schritt 64 berechnet. Diese Rate wird dann mit einem Kalibrierungswert 44 für maximale Änderungsrate durch einen dritten Softwarekomparator (C3) bei Schritt 66 verglichen. Wenn die Temperaturänderungsrate den Kalibrierungswert für eine Zeitdauer, die größer als die angezeigte dritte Zeitverzögerung 46 ist, bei Schritt 68 überschreitet, dann wird ein Signal für einen RATE-Diagnoseflag gesendet. Die ersten, zweiten und dritten Zeitverzögerungen können gleiche oder unterschiedliche Werte sein.
Es ist offensichtlich, dass durch das Verfahren dieser Erfindung Einstellungspunkte zur Auslösung eines Ansprechens oder einer Handlung entweder reaktiv oder proaktiv sein können, da die Kalibrierungswerte vorgewählt sind. Die Erfindung vermeidet Probleme in dem Brennstoffprozessor, die in einer permanenten Systemverschlechterung bzw. Systemschädigung resultieren können. Bei einer Alternative schaltet der Diagnosealgorithmus das System ab, bevor eine derartige Schädigung auftreten kann, aber es sind auch andere Abhilfemaßnahmen möglich. Das Verfahren der Erfindung kann indirekt eine Anzeige erheblicher Schäden, wie beispielsweise gerissene Schweißnähte, Leckagen wie auch Katalysatorbettprobleme durch seine Messung der Hochtemperatur, Niedertemperatur, wie auch Temperaturänderungsrate vorsehen, wodurch es zu einer sehr kosteneffektiven Methode wird, um die Systemprobleme global zu diagnostizieren.
Obwohl andere alternative Methoden möglich sind, werden das Verfahren und der Prozess der Erfindung aus den folgenden Gründen als bevorzugt angenommen.
Eine Alternative besteht darin, eine direkte Rückkopplung von dem Brennstoffprozessorgebläse einzurichten, um zu verifizieren, dass sich das Gebläse mit einer ausreichend hohen Drehzahl dreht. Wenn die Gebläsedrehzahl des Brennstoffprozessors zu gering ist, resultiert dies in einer schlechten Wärmeverteilung in dem Reformerkatalysatorbett, was in heißen Stellen resultieren kann, die zur Folge haben können, dass die Temperatur des Reformatstromes schneller als normal ansteigt, was einen Zustand darstellt, den die vorliegende Erfindung detektiert. Diese Alterna tive würde eine zusätzliche Schaltung wie auch Software erfordern, um zu bestimmen, ob die Gebläsedrehzahl des Brennstoffprozessors zu niedrig ist.
Eine andere Methode besteht darin, einen Durchflussmesser und/oder Drucksensor an der Methanol- und Wasserversorgung zu den Reformereinspritzeinrichtungen vorzusehen. Wenn eine oder beide der Wasser- und Methanoleinspritzraten zu niedrig ist, steigt die Temperatur in dem Reform mit einer höheren Rate als der Normalrate. Dies ist derselbe Zustand, den der Algorithmus der vorliegenden Erfindung detektieren kann, ohne dass zusätzliche Sensoren wie auch Schaltungen für die Methanol- und Wassereinspritzeinrichtungen erforderlich werden.
Eine andere Methode verwendet den Temperaturabfall über den Reformerwärmetauscher, um potentiell denselben Schadenstyp wie die Kalibrierungsüberprüfung der Änderungsrate zu detektieren, die durch einen einzelnen Temperatursensor ausgeführt wird. Jedoch erfordert der Temperaturabfall über den Reformer den Zusatz eines anderen Temperatursensors.
Jede der obigen Alternativen ist teurer. Um denselben Nutzen wie den der vorliegenden Erfindung zu erzielen, müssten die Alternativen gemeinsam ausgeführt werden.
Während dieser Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist diese nicht auf die obige Beschreibung beschränkend anzusehen, sondern ist nur durch den in den folgenden Ansprüchen angegebenen Schutzumfang definiert.
Die Ausführungsformen der Erfindung, in denen ein ausschließliches Recht oder Privileg beansprucht ist, sind in den folgenden Ansprüchen definiert.

Claims

Verfahren zum Umwandeln eines Kohlenwasserstoff-Brennstoffes in einen gasförmigen Produktstrom, der Wasserstoff zur Verwendung in einem Brennstoffzellenstapel umfasst, mit den Schritten, dass: (a) ein Mittel vorgesehen wird, um einen Kohlenwasserstoff-Brennstoff in einen Strom von rezirkulierenden Gasen einzuspritzen; (b) ein Heizer und ein katalytischer Reaktor derart positioniert werden, dass sich der katalytische Reaktor unterstromig des Heizers befindet, wobei ein Austragsende des Heizers in Fluidströmungsverbindung mit einem Einlass des Reaktors steht; (c) ein Mittel vorgesehen wird, um Gase durch den katalytischen Reaktor und den Heizer zu rezirkulieren; (d) die Gase durch den Heizer und den katalytischen Reaktor rezirkuliert werden; (e) die rezirkulierenden Gase in dem Heizer erhitzt werden; und (f) die Temperatur der rezirkulierenden Gase zwischen dem Austragsende des Heizers und dem Einlass des katalytischen Reaktors überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (f) durch Überwachung von zumindest zwei Temperaturen zu unterschiedlichen Zeitpunkten durchgeführt wird; die Änderungsrate der Temperaturen über die Zeit berechnet wird; und die Änderungsrate der Temperatur mit einem vorgewählten Änderungsratenwert verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner mit dem Schritt, dass ein Ausgangssignal erzeugt wird, wenn die berechnete Änderungsrate größer als der vorgewählte Wert ist.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner mit dem Schritt, dass ein Betrieb des Brennstoffzellenstapels beendet wird, wenn das Ausgangssignal erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner mit dem Schritt, dass das Signal für eine Zeitperiode blockiert wird und ein Betrieb des Brennstoffzellenstapels beendet wird, wenn die Zeitdauer des Signals die Zeitperiode überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Überwachungsschritt durch Überwachen der Temperatur des Stromes von rezirkulierenden Gasen benachbart des Austragsendes des Heizers durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt, dass ein Ausgangssignal erzeugt wird, wenn zumindest eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: (i) die überwachte Temperatur ist kleiner als ein erster vorgewählter Temperaturwert und das wasserstoffhaltige Gas wird an den Brennstoffzellenstapel geliefert; (ii) die überwachte Temperatur ist größer als ein zweiter vorgewählter Temperaturwert; (iii) die Änderungsrate der überwachten Temperatur ist größer als ein dritter vorgewählter Wert.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner mit dem Schritt, dass ein Betrieb des Brennstoffzellenstapels beendet wird, wenn das Ausgangssignal erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner mit dem Schritt, dass das Signal für eine Zeitperiode blockiert wird und ein Betrieb des Brennstoffzellenstapels beendet wird, wenn die Zeitdauer des Signals die Zeitperiode überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt, dass die überwachte Temperatur mit einem vorgewählten Temperaturwert verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner mit dem Schritt, dass ein Ausgangssignal erzeugt wird, wenn die überwachte Temperatur größer als der vorgewählte Temperaturwert ist.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner mit dem Schritt, dass ein Ausgangssignal erzeugt wird, wenn die überwachte Temperatur kleiner als der vorgewählte Temperaturwert ist.