DE60123361T2

DE60123361T2 - Brennstoffreformierungssystem und Verfahren zum Abschalten des Systems

Info

Publication number: DE60123361T2
Application number: DE60123361T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Yokohama-shi Ichikawa
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-11-20
Filing date: 2001-11-16
Publication date: 2007-01-04
Anticipated expiration: 2021-11-17
Also published as: DE60123361D1; US20020059753A1; EP1207133A3; US6786942B2; JP3900823B2; EP1207133B1; JP2002158027A; EP1207133A2

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stoppen eines Brennstoffreformsystems entsprechend des Oberbegriffs des unabhängigen Anspruchs 1.
Solch ein Verfahren zum Stoppen eines Brennstoffreformsystems kann dem WO 00 66487 A entnommen werden. Insbesondere lehrt dieses Dokument ein integriertes Kohlenwasserstoff-Reformsystems für den Gebrauch mit einer zugehörigen Brennstoffzelle, wobei das System einen Gasgenerator enthält, der eine Teiloxidationskammer hat, eine Dampfreformkammer und integrierte Verschiebeschicht, einen bevorzugten Oxidationsreaktor, enthält optional einen bevorzugten Oxidationsreaktor und einen Abkühlkühler, eingesetzt in die Linie mit den zwei Oxidationsreaktoren, einen Hilfsreaktor mit Vorerwärmungs-, Verbrennungs- und Dampferzeugungsfähigkeiten und ein integriertes Fluid- System, wodurch Wasser, Dampf, Brennstoff und Luft wirksam zwischen den Systemkomponenten für die Erhöhung der Effektivitäten und des Betriebs aufgeteilt werden können. Der Gasgenerator ist konfiguriert, um wasserstoffreiches Reformat durch Ausführen von zumindest einer der nicht-katalytischen thermischen Teiloxidation, eines Dampfreformens und einer Kombination derselben auszuführen. Innerhalb der Verschiebeschicht wird ein Katalysator zum Unterstützen einer Wassergas-Verschiebereaktion in dem wasserstoffreichen Reformat verwendet, während ein integrierter Wärmetauscher, der eine erste Masse des zwei- Phasenwassers darin hat, konfiguriert ist, um Wärme zwischen dem zwei- Phasen-Wasser und dem wasserstoffreichen Reformat in der Verschiebeschicht auszutauschen. Solch ein System hat das Start oder das Abschalttakten auszuführen. Insbesondere hat solch ein System durch wiederholtes ein-aus-Takten, das eine Bereitschaft enthält, um in relativ kurzer Zeit zurück im Betrieb zu sein, stabil zu sein.
JP-A-H5-275105, veröffentlicht durch das Japanische Patentamt in 1993, zeigt eine Technik, wobei das Abfallen in einer Brennstoffzellen-Anlagentemperatur reduziert wird und die Startzeit der Anlage durch Rückführung von Hochtemperaturgas an dem Auslass einer Kohlenmonoxid-Entfernungsvorrichtung stromauf eines Reformers, wenn das System stoppt, verkürzt wird.
Wenn es jedoch versucht wird, dieses Stoppverfahrens des Standes der Technik auf ein relativ leichtgewichtiges universelles Brennstoffreformsystem für eine Brennstoff zelle, die z. B. in einem Kraftfahrzeug installiert ist, anzuwendenden, ist es notwendig ein spezielles Rohr oder ein Strömungsraten-Umschaltventil zu installieren, um Gas aus der Kohlenmonoxid-Entfernungsvorrichtung stromauf des Reformers zu installieren und die Konstruktion wird komplex, was mit der Kompaktheit und den niedrigen Kosten des Reformsystems stört.
Es ist demzufolge ein Ziel dieser Erfindung ein verfahren des Stoppens eines Brennstoffreformsystems, wie zuvor angezeigt, zu schaffen, das gestattet, die Startzeit des Reformsystems zu verkürzen, ohne das System komplex oder zu groß zu machen.
Entsprechend des Verfahrensaspektes der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Stoppverfahren eines Brennstoffreformsystems gelöst, das die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 hat.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen niedergelegt.
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung in größerer Ausführlichkeit mittels bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen dargestellt und erläutert. In den Zeichnungen, wobei:
1 eine schematische Ansicht eines Brennstoffreformsystems entsprechend eines Ausführungsbeispieles ist,
2 ein Ablaufdiagramm eines Brennstoffreformsystems-Stoppverfahrens ist,
3 ein Ablaufdiagramm ist, das zeigt, wie sich die Brennstoff-, die Wasser-, Luftzuführungs- Strömungsrate und die Katalysator-Schichttemperatur verändern, wenn das Brennstoffreformsystem stoppt,
4 ein zweites Ausführungsbeispiel zeigt,
5 ein Zeitablaufdiagramm ist, das zeigt, wie sich die Brennstoff-, die Wasser-, Luftzuführungs-Strömungsrate und die Katalysator-Schichttemperatur verändern, wenn das Brennstoffreformsystem in dem zweiten Ausführungsbeispiel stoppt,
6 ein drittes Ausführungsbeispiel zeigt,
7 ein Zeitablaufdiagramm ist, das zeigt, wie sich die Brennstoff-, die Wasser-, Luftzuführungs-Strömungsrate und die Katalysator-Schichttemperatur verändern, wenn das Brennstoffreformsystem in dem dritten Ausführungsbeispiel stoppt,
8 ein viertes Ausführungsbeispieles zeigt,
9 ein Zeitablaufdiagramm ist, das zeigt, wie sich die Brennstoff, die Wasser-, Luftzuführungs-Strömungsrate und die Katalysator-Schichttemperatur verändern, wenn das Brennstoffreformsystem in dem vierten Ausführungsbeispiel stoppt,
10 ein Ablaufdiagramm ist, das ein Stoppverfahren eines Brennstoffreformsystem zeigt, wenn die vorliegende Lehre nicht angewandt wird,
11 ein Zeitablaufdiagramm ist, das zeigt, wie sich die Brennstoff-, die Wasser-, Luftzuführungs-Strömungsrate und die Katalysator-Schichttemperatur verändern, wenn das Brennstoffreformsystem stoppt und die vorliegende Lehre nicht angewandt wird.
In Bezug auf die 1 der Zeichnungen ist ein Reformer 1 ein autothermischer Reformer (ATR), in dem eine Teiloxidationsreaktion (eine exothermische Reaktion) und eine Dampfreformreaktion (eine endothermische Reaktion) gleichzeitig vorangehen, um einen Ausgleich zwischen der Wärmeemission und der Wärmeabsorption zu erreichen. Die Außenoberfläche des Reformers 1 wird wärmeisoliert behandelt, um die Wärmefreigabe nach außen zu unterdrücken.
Ein erstes Zuführungsrohr 2, das einen Dampf zuführt, der ein Gemisch von Wasser und Methanol aufweist, ist mit dem Reformer 1 verbunden, und ein zweites Zuführungsrohr 3, das Luft zuführt, ist in der Mitte an dem ersten Zuführungsrohr 2 verbunden. Ein Temperatursensor 4 zum erfassen der Temperatur der Katalysatorschicht in dem Reformer 1 ist in dem Reformer 1 installiert.
Wenn das System in Betrieb ist öffnet eine Steuereinrichtung 5 ein erstes Zuführungsventil 6, das in das erste Zuführungsrohr 2 eingesetzt ist, öffnet ein zweites Zuführungsventil 7, das in das zweite Zuführungsrohr 3 eingesetzt ist, führt Dampf, bestehend aus Wasser und Brennstoff und Luft zu der Katalysatorschicht in dem Reformer 1 ein, und führt die folgende Teiloxidationsreaktion und die Dampfreformreaktion gleichzeitig aus. Das erste Zuführungsventil 6 ist ein Ventil, das das Verhältnis von Brennstoff und Wasser, wie gewünscht nach einem Befehl von der Steuereinrichtung 5 festlegen kann.
(Teiloxidationsreaktion)

CH₃OH + 1/2O₂ → 2H₂ + CO₂

(Dampfreformreaktion)

CH₃OH + H₂O → 3H₂ + CO₂

Die Teiloxidationsreaktion ist eine exothermische Reaktion, die Dampfreformreaktion ist eine endothermische Reaktion, und die Steuereinrichtung 5 steuert die Zuführungsmenge von Wasser und Luft, die zu dem Reformer 1 zugeführt werden, so dass die Wärme, absorbiert durch die Dampfreformreaktion durch die Wärme, die durch die Teiloxidationsreaktion emittiert wird, ausgeglichen wird. Das in dem Reformer 1 erzeugte Gas wird in eine Brennstoffzelle 12 über einen Wärmetauscher 10 und eine Kohlenmonoxid-Entfernungsvorrichtung 11 zugeführt.
Auch stoppt die Steuereinrichtung 5 das System nach einem Stoppsignal von außen (z. B. von einer weiteren Steuereinrichtung). Wenn jedoch die Zuführung von Luft in den Reformer 1, wie in der 10 gezeigt ist, zuerst gestoppt wird (in dem Schritt S91) und die Zuführung von Brennstoff und Wasser danach gestoppt wird (in dem Schritt S92), geht nur die Dampfreformreaktion, die eine endothermische Reaktion ist, infolge des zugeführten Brennstoffs und des Wassers weiter und die Temperatur der Katalysatorschicht fällt, wie in der 11 gezeigt ist, steil ab. Wenn die Zuführung von Luft, Brennstoff und Wasser gleichzeitig gestoppt wird, fällt die Temperatur der Katalysatorschicht unmittelbar danach nicht steil ab, sondern wie die Temperatur während des Stoppens abfällt, ist die Temperatur der Katalysatorschicht, wenn das System erneut gestartet wird, niedrig.
Falls die Temperatur der Katalysatorschicht während des Stoppens abfällt, ist die erforderliche Zeit, um die Temperatur der Katalysatorschicht auf die Aktivierungstemperatur anzuheben, wenn das Reformsystem wieder betrieben wird, d. h., die erforderliche Zeit, um das Reformsystem zu starten, lang. Wenn das System auf ein Kraftfahrzeug mit Brennstoffzellen angewandt wird, kann sich diese Zeit, bis das Fahrzeug in der Lage ist zu fahren, verlängern.
In dem Brennstoffzellensystem entsprechend der vorliegenden Lehre kann diese Temperatur der Katalysatorschicht während des Stoppens durch anwenden des folgenden Verfahrens des Stoppsystems beibehalten werden und die erforderliche Zeit, um das System erneut zu starten, wird verkürzt.
2 ist ein Ablaufdiagramm, dass die Verarbeitung, die durch die Steuereinrichtung 5 ausgeführt wird, zeigt, wenn das Brennstoffzellenreformsystem gestoppt ist, und das ausgeführt wird, wenn ein Stoppsignal in die Steuereinrichtung 5 von außen eingegeben wird.
Es wird ein Beschreiben des Stoppverarbeitens in Bezug auf dieses Ablaufdiagramm vorgenommen, wobei zuerst, in einem Schritt S11, das erste Zuführungsventil 6 geschlossen wird, um die Brennstoffzuführung und die Wasserzuführung zu dem Reformer 1 zu stoppen.
In einem Schritt S12 wird es bestimmt, ob eine vorbestimmte Zeit Δt1 verstrichen ist, oder nicht, von da an, wenn die Zuführung von Brennstoff und Wasser gestoppt wurde, und wenn die vorbestimmte Zeit Δt1 verstrichen ist, geht der Ablauf zu einem Schritt S13 weiter. Die vorbestimmte Zeit Δt1 wird in diesem Fall von ungefähr 0,1 sec bis 90 sec festgelegt.
In dem Schritt S13 ist das zweite Zuführungsventil 7 geschlossen und die Zuführung von Luft zu dem Reformer 1 wird gestoppt.
Die 3 zeigt, wie sich die Brennstoff-, die Wasser-, Luftzuführungs-Strömungsrate und die Katalysator-Schichttemperatur verändern, wenn die zuvor beschriebene Verarbeitung ausgeführt wird.
Wie in dieser Fig. gezeigt, wenn die Zuführung von Brennstoff und Wasser zu dem Reformer 1 zu der Zeit ta1 gestoppt wird, da es vorübergehend ein hohes Verhältnis von Luft in dem Reformer 1 gibt, wird die Teiloxidationsreaktion, die eine exothermische Reaktion ist, aktiviert und die Temperatur der Katalysatorschicht steigt an. Zu derselben Zeit, wie die Zuführung von Wasser gestoppt ist, findet die Dampfreformreaktion, die eine endothermische Reaktion ist, nicht länger statt.
Wenn die Zuführung von Luft gestoppt ist, nachdem die vorbestimmte Zeit Δt1 verstrichen ist, findet die Teiloxidationsreaktion nicht länger statt und der Anstieg der Temperatur der Katalysatorschicht wird auch gestoppt (Zeit ta2), aber da der Reformer 1 wärmeisoliert ist, fällt die anschließende Temperatur der Katalysatorschicht allmählich ab.
Somit kann durch das Ausführen der in der 2 gezeigten Stoppverarbeitung die Temperatur der Katalysatorschicht für eine lange Zeit nach dem Stoppen hoch beibehalten werden. Fall die Temperatur der Katalysatorschicht, wenn das System erneut gestartet wird, hoch ist, wird die Zeit, die für die Temperatur der Katalysatorschicht erforderlich ist, um die Aktivierungstemperatur zu erreichen, viel kürzer sein, und die Zeit, um das System erneut zu starten, wird viel kürzer.
Als nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Konstruktion des Systems ist zu der des ersten Ausführungsbeispiels identisch, nur die Verarbeitung durch die Steuereinrichtung 5 ist verschieden.
4 ist ein Ablaufdiagramm, das die Verarbeitung zeigt, die durch die Steuereinrichtung 5 ausgeführt wird, wenn das Brennstoffreformsystem ausgeführt wird. Diese Verarbeitung wird ausgeführt, wenn ein Stoppsignal in die Steuereinrichtung 5 von außen eingegeben wird.
Entsprechend dazu wird in einem Schritt S21 zuerst das Kraftstoffzuführungsventil 6 geschlossen und die Zuführung von Brennstoff und Wasser zu dem Reformer 1 wird gestoppt.
Als nächstes wird es in einem Schritt S22 auf der Grundlage des Ausgangssignales des Temperatursensors 4 bestimmt, ob die Temperatur der Katalysatorschicht TCAT eine vorbestimmte Temperatur TCAT1 erreicht hat, oder nicht, und wenn die Temperatur der Katalysatorschicht TCAT die vorbestimmte Temperatur TCAT1 erreicht hat, geht der Ablauf zu einem Schritt S23 weiter. Die vorbestimmte Temperatur TCAT1 wird entsprechend der Katalysator- Erwärmungswiderstandtemperatur festgelegt, wird z. B. in dem Fall eines Cu, Cu-Zn-Katalysators von 200 ° C bis 600 ° C festgelegt, und wird in dem Fall eines Pd-Zn-Katalysators von 250 ° C bis 900 ° C festgelegt.
In dem Schritt S23 wird das zweite Zuführungsventil 7 geschlossen und die Zuführung von Luft zu dem Reformer 1 wird gestoppt.
Die 5 ist ein Zeitdiagramm, das zeigt, wie sich die Brennstoff-, die Wasser- und die Luftströmungsraten und die Temperatur der Katalysatorschicht verändern, wenn die zuvor beschriebene Verarbeitung ausgeführt wird.
Zu der Zeit tb1, wenn die Zuführung von Brennstoff und Wasser zu dem Reformer 1 gestoppt wird, gibt es vorübergehend ein hohes Verhältnis von Luft in dem Reformer 1, so dass die Teiloxidationsreaktion aktiviert wird und die Temperatur der Katalysatorschicht ansteigt.
Wenn die Aktivierungstemperatur des Katalysators eine vorbestimmte Temperatur TCAT1 erreicht, wird die Zuführung von Luft gestoppt (Zeit tb2), die Teiloxidationsreaktion, die eine exothermische Reaktion ist, findet nicht länger statt und der Anstieg der Temperatur der Katalysatorschicht stoppt, da aber der Reformer 1 wärmeisoliert ist, fällt die Temperatur der Katalysatorschicht anschließend nur langsam.
Demzufolge wird die Temperatur der Katalysatorschicht hoch beibehalten, wenn das System, wie in dem Fall des vorherigen Ausführungsbeispieles, stoppt. In diesem Ausführungsbeispiel kann die Temperatur der Katalysatorschicht angehoben werden, bis die vorbestimmte Temperatur TCAT1 erreicht, was die Zuführung von Luft am Stoppen bevor die Temperatur der Katalysatorschicht ausreichend ansteigt, verhindert, und den Katalysator infolge der Zuführung von Luft selbst dann hindert, schlechter zu werden, nachdem die Temperatur der Katalysatorschicht die Erwärmungswiderstandtemperatur überschreitet.
Als nächstes wird ein drittes Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Konstruktion des Systems ist zu der des ersten Ausführungsbeispiels identisch, nur die Verarbeitung durch die Steuereinrichtung 5 ist verschieden.
6 ist ein Ablaufdiagramm, die eine Verarbeitung, ausgeführt durch die Steuereinrichtung 5 zeigt, wenn das Brennstoffreformsystem gestoppt ist, und ein Stoppsignal in die Steuereinrichtung von außen eingeben wird.
Zuerst wird in einem Schritt S31 das erste Zuführungsventil 6 geschlossen und die Zuführung von Brennstoff und Wasser zu dem Reformer 1 wird gestoppt. In einem Schritt S32 wird es bestimmt, ob eine vorbestimmte Zeit Δt1 verstrichen ist, oder nicht, und wenn die vorbestimmte Zeit Δt1 verstrichen ist geht der Ablauf zu einem schritt S33. Die vorbestimmte Zeit Δt1 ist hierin von ungefähr 0,1 sec bis 90 sec festgelegt.
In dem Schritt S33 ist das zweite Zuführungsventil 7 geschlossen und die Zuführung von Luft zu dem Reformer 1 ist gestoppt.
In einem Schritt S34 wird es bestimmt, ob eine vorbestimmte Zeit Δt2 verstrichen ist oder nicht, weil die Zuführung von Luft in dem Schritt S33 gestoppt wurde und wenn die vorbestimmte Zeit Δt2 verstrichen ist, geht das Programm zu einem Schritt S35. Die vorbestimmte Zeit Δt2 ist hierin von ungefähr 1 min bis 300 min festgelegt.
In dem Schritt S35 sind das erste Zuführungsventil 6 und das zweite Zuführungsventil 7 geöffnet und Luft und Brennstoff werden für eine vorbestimmte Zeit Δt3 zugeführt. Die vorbestimmte Zeit Δt3 ist hierin von ungefähr 0,1 sec bis 90 sec festgelegt.
In einem Schritt S36 wird es bestimmt, ob eine vorbestimmte Zeit Δt4 verstrichen ist, oder nicht, wenn die Zuführung von Brennstoff und Wasser in dem Schritt S31 gestoppt wurde. Die vorbestimmte Zeit Δt4 ist hierin von ungefähr 1 min bis 300 min festgelegt. Falls die vorbestimmte Zeit Δt4 verstrichen ist, wird es bestimmt, dass der Systemneustart nicht für die vorhandene Zeit ausgeführt wird und die Verarbeitung wird beendet. Wenn die vorbestimmte Zeit Δt4 nicht verstrichen ist, kehrt das Programm zu dem Schritt S34 zurück. Die vorbestimmte Zeit Δt2 in dem Schritt S34 wird kürzer als die vorbestimmte Zeit Δt4 in dem Schritt S36 festgelegt.
7 zeigt, wie sich die Brennstoff, die Wasser- und die Luftzuführungs- Strömungsraten verändern, wenn die zuvor beschriebene Stoppverarbeitung ausgeführt wird.
Wenn die Zuführung von Brennstoff und Wasser zu dem Reformer 1 zu der Zeit tc1 gestoppt wird, gibt es vorübergehend ein hohes Verhältnis von Luft in dem Reformer 1, so dass die Teiloxidationsreaktion aktiviert wird und die Temperatur der Katalysatorschicht ansteigt.
Nachdem die vorbestimmte Zeit Δt1 verstrichen ist, wenn die Zuführung con Luft gestoppt ist (Zeit tc2), findet die Teiloxidationsreaktion, die eine exothermische Reaktion ist, nicht länger statt und der Anstieg der Temperatur der Katalysatorschicht stoppt.
Wenn die Zeit vergeht, fällt die Temperatur der Katalysatorschicht, so dass Luft und Brennstoff bei dem vorbestimmten Zeitintervall Δt3 (von einer Zeit tc3 bis tc4) zugeführt werden, die Teiloxidationsreaktion erneut aktiviert wird und die Temperatur der Katalysatorschicht erhöht wird.
Demzufolge werden Luft und Brennstoff bei dem vorbestimmten Zeitintervall in den Reformer 1 intermittierend zugeführt, wobei die Teiloxidationsreaktion stattfindet und die Katalysatorschicht in dem Reformer 1 durch die Wärme der Reaktion erwärmt wird, so dass selbst dann, wenn die Zeit von dem Stoppen bis zu dem erneuten Starten lang ist, die Temperatur der Katalysatorschicht in dem Reformer 1 hoch beibehalten werden kann und die System-Wiederstartzeit verkürzt werden kann.
Als nächstes wird ein viertes Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Konstruktion des Systems ist zu der des ersten Ausführungsbeispiels identisch, nur die Verarbeitung durch die Steuereinrichtung 5 ist verschieden.
8 ist ein Ablaufdiagramm, dass die Verarbeitung, ausgeführt durch die Steuereinrichtung 5, zeigt, wenn das Brennstoffreformsystem gestoppt ist und das Stoppsignal in die Steuereinrichtung 5 von außen eingegeben wird.
Entsprechend dazu wird zuerst in einem Schritt S41 das erste Zuführungsventil 6 geschlossen und die Zuführung von Brennstoff und Wasser in den Reformer 1 wird gestoppt. In einem Schritt S42wird es bestimmt, ob oder nicht die Temperatur der Katalysatorschicht TCAT eine erste obere Grenztemperatur TCATH1 erreicht hat, und wenn sie die erste obere Grenztemperatur TCATH1 erreicht hat, geht das Programm zu einem Schritt S43 weiter. Die erste obere Grenztemperatur TCATH1 wird entsprechend der Katalysator- Erwärmungswiderstandstemperatur festgelegt, z. B. beträgt sie in dem Fall eines Cu, Cu-Zn-Katalysators von 200 ° C bis 600 ° C und in dem Fall eines Pd-Zn-Katalysators von 250 ° C bis 900 ° C.
In dem Schritt S43 ist das zweite Zuführungsventil 7 geschlossen und die Zuführung von Luft zu dem Reformer 1 wird gestoppt. In einem Schritt S44 wird es bestimmt, ob oder nicht die Temperatur der Katalysatorschicht TCAT unter eine vorbestimmte untere Grenztemperatur TCATL gefallen ist, oder nicht, und wenn sie unter eine vorbestimmte untere Grenztemperatur TCATL gefallen ist, geht das Programm zu einem Schritt S45. Die untere Grenztemperatur TCATL wird unmittelbar zuvor auf die Temperatur der Katalysatorschicht festgelegt, um den Schritt S41 ± 100 ° C auszuführen.
In dem Schritt S45 werden das erste Zuführungsventil 6 und das zweite Zuführungsventil 7 zur Zuführung von Luft und Brennstoff in den Reformer 1 wieder geöffnet. In einem Schritt S47 wird es bestimmt, ob die Temperatur der Katalysatorschicht eine vorbestimmte obere Grenztemperatur TCATH2 überschritten hat, oder nicht. Falls sie die vorbestimmte obere Grenztemperatur TCATH2 überschritten hat, geht das Programm zu einem Schritt S48 weiter und wenn sie die vorbestimmte obere Grenztemperatur TCATH2 noch nicht überschritten hat, verbleibt das Programm in dem Schritt S47. Die zweite obere Grenztemperatur TCATH2 wird festgelegt, um innerhalb eines Temperaturbereiches zu sein, der von ungefähr 0 ° C bis 100 ° C niedriger als die Katalysator-Erwärmungswiderstandtemperatur liegt, die z. B. in dem Fall eines Cu, Cu-Zn-Katalysators von 200 ° C bis 600 ° C und in dem Fall eines Pd-Zn-Katalysators von 250 ° C bis 900 ° C beträgt.
In einem schritt S48 werden das erste Zuführungsventil 6 und das zweite Zuführungsventil 7 geschlossen und die Zuführung von Luft und Brennstoff in den Reformer 1 wird gestoppt.
In einem Schritt S49 wird es bestimmt, ob oder nicht eine vorbestimmte Zeit Δt5 verstrichen ist, seit die Zuführung von Brennstoff und Wasser in dem Schritt S41 gestoppt wurde. Die vorbestimmte Zeit Δt5 ist hierin von ungefähr 1 min bis zu 300 min festgelegt. Falls die vorbestimmte Zeit Δt5 verstrichen ist, wird es bestimmt, dass der Systemneustart nicht in der vorhandenen Zeit ausgeführt wird und das Verarbeiten wird beendet. Wenn die vorbestimmte Zeit Δt5 nicht verstrichen ist, kehrt das Programm zu dem Schritt S44 zurück.
9 zeigt, wie sich die Brennstoff-, die Wasser-, Luftzuführungs-Strömungsrate und die Katalysator-Schichttemperatur verändern, wenn das zuvor beschriebene Verarbeiten ausgeführt wird.
Wenn die Zuführung von Brennstoff und Wasser zu dem Reformer 1 zu der Zeit td1 gestoppt wird, gibt es vorübergehend ein hohes Verhältnis von Luft in dem Reformer 1, die Teiloxidationsreaktion wird aktiviert und die Temperatur der Katalysatorschicht erhöht sich.
Wenn die Temperatur der Katalysatorschicht die erste obere Grenztemperatur TCATH1 erreicht und die Zuführung von Luft zu dem Reformer 1 gestoppt wird, findet die Teiloxidationsreaktion, die eine exothermische Reaktion ist, nicht länger statt und der Anstieg der Temperatur der Katalysatorschicht (Zeit td2).
Anschließend, wenn die Zeit vergeht, fällt die Zeit allmählich und wenn die Temperatur der Katalysatorschicht unter die untere Grenztemperatur TCATL fällt, werden Luft und Brennstoff zugeführt, bis die Temperatur der Katalysatorschicht die zweite obere Grenzwerttemperatur TCATH2 erreicht (Zeit td3 bis td4). Hierin wird die zweite obere Grenzwerttemperatur TCATH2 festgelegt, um innerhalb des Temperaturbereiches zu sein, der von ungefähr 0 ° C bis 100 ° C niedriger als die erste obere Grenzwerttemperatur TCATH1 liegt.
Daher wird die Temperatur der Katalysatorschicht innerhalb eines vorbestimmten Bereiches beibehalten, wenn das System gestoppt hat, wobei die Temperatur der Katalysatorschicht bei einer hohen Temperatur selbst dann beibehalten werden kann, wenn eine lange Zeit bis zum erneuten Starten erforderlich ist und die Wiederstartzeit kann verkürzt werden. Außerdem, wenn die Temperatur der Katalysatorschicht innerhalb eines vorbestimmten Bereiches beibehalten wird, wird nicht nur die Temperatur der Katalysatorschicht am Abfallen vor dem Wiederstarten gehindert, sondern auch die Tempera tur der Katalysatorschicht wird am Ansteigen über die Katalysator-Erwärmungswiderstandtemperatur gehindert.
Diese Lehre ist mittels der zuvor erwähnten Ausführungsbeispiele beschrieben worden und da keine Systemmodifikation oder Zusätze in einem der Ausführungsbeispiele notwendig sind, kann die Wiederstartzeit mit der vorhandenen Systemkonstruktion verkürzt werden.
Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nur als Beispiele gegeben, auf die diese Lehre angewandt werden kann. Z. B. sind in den zuvor erwähnten Ausführungsbeispielen Brennstoff und Methanol verwendet worden, aber es können auch Benzin oder weitere Kohlenwasserstoffe verwendet werden.

Claims

Verfahren zum Stoppen eines Brennstoffreformsystems mit einem Reformer (1), der Wasserstoff erzeugt, zugeführt zu einer Brennstoffzelle (12), wobei Brennstoff, Wasser und Luft zugeführt werden und eine Teiloxidationsreaktion und eine Dampfreformreaktion gleichzeitig ausgeführt werden, gekennzeichnet durch Stoppen der Zuführung von Brennstoff und Wasser zu dem Reformer (1), um die Katalysatorschichttemperatur (TCAT) des Reformers (1) durch Ausführen einer Teiloxidationsreaktion mit dem verbleibenden Brennstoff und Luft in dem Reformer (1) zu erhöhen, und Stoppen der Zuführung von Luft zu dem Reformer (1), nachdem die Katalysatorschichttemperatur (TCAT) angestiegen ist.
Verfahren zum Stoppen eines Brennstoffreformsystems nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung von Luft zu dem Reformer (1) gestoppt wird, nachdem eine vorbestimmte Zeit (Δt1) vom Stoppen der Zuführung von Brennstoff und Wasser vergangen ist.
Verfahren zum Stoppen eines Brennstoffreformsystems nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung von Luft zu dem Reformer (1) gestoppt wird, nachdem die Katalysatorschichttemperatur (TCAT) eine vorbestimmte hohe Temperatur (TCAT1) erreicht hat.
Verfahren zum Stoppen eines Brennstoffreformsystems nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine intermittierende Zuführung von Luft und Brennstoff zu dem Reformer (1), unmittelbar nachdem das System gestoppt worden ist.
Verfahren zum Stoppen eines Brennstoffreformsystems nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Zuführung von Luft und Brennstoff zu dem Reformer (1), so dass die Katalysatorschichttemperatur (TCAT) innerhalb eines vorbestimmten Bereiches (TCATH2 ≥ TCAT ≥ TCATL) ist, wenn das System gestoppt hat.
Verfahren zum Stoppen eines Brennstoffreformsystems nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung von Luft und Brennstoff zu dem Reformer (1) begonnen wird, wenn die Katalysatorschichttemperatur (TCAT) unter eine vorbestimmte niedrige Temperatur (TCATL) fällt, und die Zuführung von Luft und Brennstoff zu dem Reformer (1) gestoppt wird, wenn die Katalysatorschichttemperatur eine vorbestimmte hohe Temperatur (TCATH2) erreicht, wenn das System gestoppt hat.