DE60311029T2 - System zur Erzeugung von Wasserstoff und damit betriebene Brennstoffzelle - Google Patents

System zur Erzeugung von Wasserstoff und damit betriebene Brennstoffzelle Download PDF

Info

Publication number
DE60311029T2
DE60311029T2 DE60311029T DE60311029T DE60311029T2 DE 60311029 T2 DE60311029 T2 DE 60311029T2 DE 60311029 T DE60311029 T DE 60311029T DE 60311029 T DE60311029 T DE 60311029T DE 60311029 T2 DE60311029 T2 DE 60311029T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
reformer
evaporator
water
temperature
water supply
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 - Lifetime
Application number
DE60311029T
Other languages
English (en)
Other versions
DE60311029D1 (de
Inventor
Kunihiro Ikoma-shi Ukai
Kiyoshi Osaka-shi Taguchi
Hidenobu Yawata-shi Wakita
Seiji Osaka-shi Fujihara
Akira Ikeda-shi MAENISHI
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.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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 Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Publication of DE60311029D1 publication Critical patent/DE60311029D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE60311029T2 publication Critical patent/DE60311029T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime 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
    • 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
    • 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
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0006—Controlling or regulating processes
    • B01J19/0013—Controlling the temperature of the process
    • 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
    • B01J8/0278—Feeding reactive fluids
    • 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
    • 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
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • 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
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
    • 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
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • 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
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04225—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during start-up
    • 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
    • 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
    • B01J2208/00504—Controlling the temperature by means of a burner
    • 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
    • B01J2208/00548—Flow
    • 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
    • B01J2208/00654—Controlling the process by measures relating to the particulate material
    • B01J2208/00707—Fouling
    • 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
    • B01J2208/00716—Means for reactor start-up
    • 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
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00054—Controlling or regulating the heat exchange system
    • B01J2219/00056—Controlling or regulating the heat exchange system involving measured parameters
    • B01J2219/00058—Temperature measurement
    • B01J2219/00063—Temperature measurement of the reactants
    • 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
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00191—Control algorithm
    • B01J2219/00193—Sensing a parameter
    • B01J2219/00195—Sensing a parameter of the reaction system
    • B01J2219/002—Sensing a parameter of the reaction system inside the reactor
    • 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
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00191—Control algorithm
    • B01J2219/00211—Control algorithm comparing a sensed parameter with a pre-set value
    • B01J2219/00213—Fixed parameter value
    • 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
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00191—Control algorithm
    • B01J2219/00222—Control algorithm taking actions
    • B01J2219/00227—Control algorithm taking actions modifying the operating conditions
    • B01J2219/00238—Control algorithm taking actions modifying the operating conditions of the heat exchange system
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0283—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a CO-shift step, i.e. a water gas shift step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0435—Catalytic purification
    • C01B2203/044—Selective oxidation of carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/047—Composition of the impurity the impurity being carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C01B2203/066—Integration with other chemical processes with fuel cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1288—Evaporation of one or more of the different feed components
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/16—Controlling the process
    • C01B2203/1604—Starting up the process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/16—Controlling the process
    • C01B2203/1614—Controlling the temperature
    • C01B2203/1619—Measuring the temperature
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/16—Controlling the process
    • C01B2203/169—Controlling the feed
    • 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
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • 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
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H01M8/04302—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during start-up
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zur Erzeugung von Wasserstoff, das zur Reformierung eines Brennstoffs ausgelegt ist, der zwecks Erzeugung eines Wasserstoffgases eine Verbindung aus zumindest Kohlenstoff und Wasserstoff als Hauptkomponente umfasst. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein System zur Erzeugung von Wasserstoff, das bei Inbetriebnahme einzigartig arbeitet, und ein Brennstoffzellensystem, das über dasselbe verfügt.
  • 2. Stand der Technik
  • Ein Beispiel für ein Verfahren zur Erzeugung eines wasserstoffreichen Gases stellt ein Dampfreformierungsverfahren dar, bei dem ein auf einer organischen Verbindung basierender Brennstoff und Wasser miteinander in Reaktion gebracht werden, indem ein Reformierungskatalysator mit extern angewandter Wärme eingesetzt wird. Beim Dampfreformierungsverfahren muss das Wasser in Form von Dampf im Reformierungskatalysator vorhanden sein, damit es mit dem Brennstoff reagiert.
  • In einem Wasserstofferzeugungssystem von Anlagenmaßstab, welches das Dampfreformierungsverfahren nutzt, ist typischerweise ein aus einem Boiler oder Ähnlichem bestehender Dampfversorgungsabschnitt außerhalb des Systems vorgesehen; der im Dampfversorgungsabschnitt erzeugte Dampf und der Brennstoff werden einem reformierenden Katalysatorbett zugeführt. Demgegenüber ist in einem Wasserstofferzeugungssystem von geringem Umfang der Dampfversorgungsabschnitt bezeichnenderweise im Innern des Systems angelegt, und der im Dampfversorgungsabschnitt erzeugte Dampf wird verwendet, um den Ablauf der Dampfreformierungsreaktion zu bewirken. In einem Energieerzeugungssystem mit einer Phosphorsäure-Brennstoffzelle, das ein Wasserstoffgas als Brennstoff nutzt und das einen Typ eines verteilten Energieerzeugungssystems darstellt, wird Dampf unter Einsatz von Wärme erzeugt, die aus dem Betrieb einer Brennstoffzelle bei einer Temperatur von 200 bis 250°C resultiert, und dem Wasserstofferzeugungssystem zugeleitet.
  • Da der Reformierungskatalysator während des stetigen Betriebs des Wasserstofferzeugungssystems einer konstanten thermischen Belastung ausgesetzt ist, lässt sich eine Veränderung seiner katalytischen Aktivität einfach überprüfen. Andererseits variiert während des Starts des Systems die thermische Belastung mit Verstreichen der Zeit, was die katalytische Aktivität signifikant schwächen kann.
  • Dementsprechend ist es zum Schutz der katalytischen Aktivität des beim Dampfreformieren einzusetzenden Reformierungskatalysators wünschenswert, dass dem Reformierungskatalysatorbett der Dampf im Voraus zugeführt wird. Zu diesem Zweck wird im Wasserstofferzeugungssystem, das über einen Dampfversorgungsabschnitt, z.B. einen Boiler, verfügt, der Dampf zunächst beständig im Dampfversorgungsabschnitt erzeugt, und dann wird ein zum System gehörender Reformer in Betrieb genommen. Indessen ist in einem Brennstoffzellenenergieerzeugungssystem, das einen Typ des verteilten Energieerzeugungssystems darstellt, das in der japanischen Offenlegung Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr. Hei. 5-275103 offenbart ist, das System intern mit einem Dampfversorgungsmittel ausgestattet, und ein Reformer des Systems wird in Gang gesetzt, während dem Reformer im Dampfversorgungsmittel erzeugter Dampf zugeführt wird, und zwar unter Verwendung eines Stickstoffgases.
  • US 2002/007595 A1 bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reformieren von Kohlenwasserstoffen im niedrigen Kapazitätsbereich. Während der Inbetriebnahme der Vorrichtung werden Brennstoff und Luft oder Sauerstoff, die gegebenenfalls vorgeheizt werden, und wahlweise Dampf in einer Mischkammer auf einen Wabenkörper gesprüht. Dieser Wabenkörper kann mittels einer Heizvorrichtung vorgeheizt werden. Ferner umfasst die Vorrichtung zwei weitere Katalysatorbereiche: einen beschichteten Wabenkörper und ein Katalysatorbett.
  • JP 2000 086203 A offenbart ein System, in welchem Wasser und Brennstoff in einen Verdampfer geleitet werden, der in fluider Verbindung mit einem Reformer steht. Der Verdampfer und der Reformer bilden eine Einheit, die von einer Heizvorrichtung beheizt wird.
  • Allerdings werden bei einem Wasserstofferzeugungssystem von geringem Umfang, z.B. einem häuslichen Heizkraftsystem, das eine Polymerbrennstoffzelle nutzt, die Energieeffizienz, die Betriebskosten und die Kosten für das System gesenkt, wenn das Wasserstofferzeugungssystem gemeinsam mit einer Dampfversorgungseinheit eingesetzt wird, die eine externe Wärmequelle, z.B. einen Boiler, verwendet. Da das Wasserstofferzeugungssystem von geringem Umfang über eine Wärmequelle zur Versorgung mit der für die Reformierungsreaktion erforderlichen Wärme verfügt, wird die aus der Wärmequelle stammende Wärme üblicherweise zur Dampferzeugung eingesetzt. Beispielsweise ist beim Wasserstofferzeugungssystem, das ein Naturgas als Brennstoff nutzt, die Dampfreformierungsreaktion so angepasst, dass sie in einem Reformierungskatalysatorbett bei einer Temperatur von 650 bis 750°C abläuft. Weiterhin wird in dem System, das einen anderen auf Kohlenwasserstoff basierenden Brennstoff verwendet, das Reformierungskatalysatorbett auf eine Temperatur geheizt, die annähernd jener in dem System gleicht, welches das Naturgas nutzt. Zwecks effizienter Nutzung von Wärmeenergie, die aus der Reformierungsreaktion hervorgeht, die bei dieser hohen Temperatur durchgeführt wird, ist ein Wasserstofferzeugungsabschnitt im Allgemeinen so ausgelegt, dass er die aus der Reformierungsreaktion resultierende Wärme zur Dampferzeugung verwendet. Auf diese Weise ermöglicht das mit dem Dampferzeugungsabschnitt ausgestattete Wasserstofferzeugungssystem eine effiziente Verwendung der Wärmeenergie, die während des konstanten Betriebs aus der Reformierungsreaktion hervorgeht.
  • Im Gegensatz zu einem großen (z.B. einem Anlagen-) System muss das Wasserstofferzeugungssystem zur Verwendung im häuslichen System an Betriebsbedingungen angepasst sein, welche häufige Systemein- und -ausschaltvorgänge einschließen. Während des Systemstarts wird die aus der Wärmequelle zugeführte Wärmeenergie zunächst verwendet, um den Reformierungskatalysator zu heizen und dann, um im Dampferzeugungsabschnitt Dampf zu erzeugen. Da die Wärmeenergie während des Systemstarts vorrangig zum Heizen des Reformierungskatalysators eingesetzt wird, ist es möglich, dass im Dampferzeugungsabschnitt keine ausreichende Menge Dampf erzeugt wird und dementsprechend der Reformierungskatalysator zu diesem Zeitpunkt nicht genügend Dampf erhält. Infolgedessen wird der Reformierungskatalysator in Abhängigkeit von der Gestaltung des Systems oder den Heizungsbedingungen über die Maßen geheizt und einer großen thermischen Belastung ausgesetzt, wodurch sich seine katalytische Aktivität verringert.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht des oben erläuterten Problems entwickelt, und ihr liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zur Erzeugung von Wasserstoff zu bieten, das in der Lage ist, die thermische Belastung zu verringern, die auf einen Reformierungskatalysator während des Starts des Systems beaufschlagt wird, und in zufriedenstellender Weise mit wiederholten Ein- und Ausschaltvorgängen umzugehen.
  • Besagtes Problem wird durch das System aus Anspruch 1 gelöst.
  • In Übereinstimmung mit dem darin dargelegten Aufbau besitzt das System zur Erzeugung von Wasserstoff, das die Dampfreformierung des Ausgangsmaterials, z.B. eines auf Kohlenwasserstoff basierenden Brennstoffs, vornimmt, um das reformierte Gas zu erzeugen, welches Wasserstoff als eine Hauptkomponente enthält, einen ersten und gegebenenfalls einen zweiten Wasserversorgungsweg, die angelegt sind, um Wasser jeweils dem Verdampfer und dem Reformer zuzuleiten, wodurch der Dampf dem Reformer während des Systemstarts zugeführt werden kann. Deshalb besteht die Möglichkeit, eine Verschlechterung der katalytischen Aktivität des Reformierungskatalysators im Reformer zu vermeiden, die durch einen Mangel an Dampf beim Systemstart verursacht würde. Als Ergebnis davon wird die Wasserverdampfung bei Betrieb des Systems optimiert, und das System kann mit erhöhter Energienutzungseffizienz arbeiten.
  • Nachdem die Zuführung des Ausgangsmaterials aus dem Materialzuführungsabschnitt zum Reformer begonnen hat, kann das Wasser aus dem Wasserversorgungsabschnitt durch den zweiten Wasserversorgungsweg dem Reformer zugeleitet werden; nach Ablauf eines vorgegebenen Zeitraums im Anschluss an den Beginn der Zuleitung kann das Wasser aus dem Wasserversorgungsabschnitt durch den ersten Wasserversorgungsweg dem Verdampfer zugeleitet werden, und die Zuleitung des Wassers zum Reformer kann angehalten werden.
  • Der Reformer kann über einen Temperaturmessungsabschnitt verfügen, der eine Temperatur des Reformierungskatalysators oder eine Temperatur eines Gases im Innern des Reformers ermittelt; auf Grundlage der Temperaturinformationen, die vom Temperaturmessungsabschnitt des Reformers ermittelt werden, lassen sich die Zuführung des Ausgangsmaterials aus dem Materialzuführungsabschnitt und die Zuleitung des Wassers aus dem Wasserversorgungsabschnitt steuern.
  • Da sich die Wasserversorgung und das dem Reformer und dem Verdampfer zugeführte Ausgangsmaterial basierend auf der Temperatur des Reformers kontrollieren lassen, besteht bei diesem Aufbau die Möglichkeit, ein Wasserstofferzeugungssystem zu erhalten, das in der Lage ist, konstant zu arbeiten und eine gesteigerte Heizeffizienz zu erzielen.
  • Wenn die durch den Temperaturmessungsabschnitt des Reformers ermittelte Temperatur höher ist als ein vorgegebener Referenzwert, kann bei diesem System das Wasser aus dem Wasserversorgungsabschnitt durch den zweiten Wasserversorgungsweg dem Reformer zugeleitet werden, und das Ausgangsmaterial kann aus dem Materialzuführungsabschnitt dem Reformer zugeführt werden.
  • Da sich das Ausgangsmaterial und das Wasser dem Reformer, der zwecks Durchführung der Dampfreformierungsreaktion in ausreichendem Maße geheizt worden ist, zuverlässig zuführen lassen, kann bei diesem Aufbau die Dampfreformierung problemlos ohne Verstopfung in einem Strömungsweg oder Verschlechterung katalytischer Aktivität des Reformierungskatalysators im Innern des Reformers vorgenommen werden.
  • Wenn die durch den Temperaturmessungsabschnitt des Reformers ermittelte Temperatur höher ist als ein zuvor festgelegter erster Referenzwert, kann im System das Wasser aus dem Wasserversorgungsabschnitt dem Reformer durch den zweiten Wasserversorgungsweg zugeleitet werden, und das Ausgangsmaterial kann aus dem Materialzuführungsabschnitt dem Reformer zugeführt werden, und wenn die durch den Temperaturmessungsabschnitt des Reformers ermittelte Temperatur einen vorgegebenen zweiten Referenzwert übertrifft, der größer ist als der erste Referenzwert, kann das Wasser aus dem Wasserversorgungsabschnitt dem Verdampfer durch den ersten Wasserversorgungsweg zugeleitet werden, und die Zuleitung des Wasser zum Reformer kann angehalten werden.
  • Da das Ausgangsmaterial und das Wasser dem Reformer, der in einem zur Durchführung der Reformierungsreaktion ausreichenden Maße geheizt worden ist, zuverlässig zugeführt werden, lässt sich bei diesem Aufbau die Dampfreformierung darin problemlos vornehmen, und zu der Zeit, zu welcher der Verdampfer zwecks Verdampfung von Wasser in ausreichendem Maße geheizt worden ist, wird das Wasser dem Verdampfer zugeleitet, wo das Wasser zu Dampf gewandelt wird. Deshalb kann der Dampf dem Reformer konstant zugeführt und die Heizeffizienz erhöht werden.
  • Der Verdampfer kann über einen Temperaturmessungsabschnitt verfügen, der eine Temperatur des Verdampfers oder eine Temperatur eines Gases im Innern des Verdampfers ermittelt, und auf Grundlage der vom Temperaturmessungsabschnitt des Verdampfers ermittelten Temperaturinformationen lassen sich die Zuleitung des Wassers aus dem Wasserversorgungsabschnitt zum Reformer und die Zuleitung des Wassers aus dem Wasserversorgungsabschnitt zum Verdampfer steuern.
  • Mit diesem Aufbau besteht, da sich die Wasserzuleitung zum Reformer und zum Verdampfer basierend auf der Temperatur des Verdampfers steuern lässt, die Möglichkeit, ein Wasserstofferzeugungssystem zu erzielen, das den Dampf beständig zuführen und erhöhte Heizeffizienz erreichen kann.
  • Wenn die durch den Temperaturmessungsabschnitt des Verdampfers ermittelte Temperatur einen vorgegebenen Referenzwert unterschreitet, kann im System das Wasser aus dem Wasserversorgungsabschnitt dem Reformer durch den zweiten Wasserversorgungsweg zugeleitet werden, und wenn die durch den Temperaturmessungsabschnitt des Verdampfers ermittelte Temperatur den Referenzwert überschreitet, kann das Wasser aus dem Wasserversorgungsabschnitt zum Verdampfer durch den ersten Wasserversorgungsweg geleitet und die Zuleitung des Wassers zum Reformer angehalten werden.
  • Mit diesem Aufbau kann die Wasserverdampfung im Verdampfer problemlos vorgenommen und der Dampf konstant zugeführt werden, weil das Wasser dem Verdampfer, der zwecks Durchführung der Wasserverdampfungsreaktion ausreichend geheizt worden ist, zuverlässig zugeleitet wird.
  • Der Verdampfer besitzt eine Heizvorrichtung zu seiner Beheizung. Die Heizvorrichtung des Verdampfers kann auf Grundlage einer Temperatur des Reformers oder einer Temperatur des Verdampfers gesteuert werden. Insbesondere kann das Wasser, wenn die Temperatur des Reformers oder die Temperatur des Verdampfers einen vorgegebenen Referenzwert unterschreitet, aus dem Wasserversorgungsabschnitt dem Reformer durch den zweiten Wasserversorgungsweg zugeleitet werden, und die Heizvorrichtung des Verdampfers wird betrieben, und wenn die Temperatur des Reformers oder die Temperatur des Verdampfers den Referenzwert überschreitet, kann das Wasser aus dem Wasserversorgungsabschnitt dem Verdampfer durch den ersten Wasserversorgungsweg zugeleitet werden, und der Betrieb der Heizvorrichtung des Verdampfers kann angehalten werden. Außerdem kann das Ausgangsmaterial, wenn die Temperatur des Reformers über einem vorgegebenen ersten Referenzwert liegt, dem Reformer aus dem Materialzuführungsabschnitt zugeführt werden, und das Wasser kann aus dem Wasserversorgungsabschnitt durch den zweiten Wasserversorgungsweg dem Reformer zugeleitet werden, und die Heizvorrichtung des Verdampfers kann betrieben werden, und wenn die Temperatur des Reformers über einem vorgegebenen zweiten Referenzwert liegt, der größer ist als der erste Referenzwert, kann das Wasser aus dem Wasserversorgungsabschnitt durch den ersten Wasserversorgungsweg dem Verdampfer zugeleitet werden, und die Zuleitung des Wasser zum Reformer wird angehalten, und der Betrieb der Heizvorrichtung des Verdampfers kann angehalten werden.
  • Weiterhin kann das System Folgendes umfassen: einen Vaporisator zum Erzeugen des Dampfes aus dem Wasser, wobei der im Vaporisator erzeugte Dampf zumindest entweder dem Reformer oder dem Verdampfer zugeführt wird. Der Vaporisator kann basierend auf einer Temperatur des Reformers oder einer Temperatur des Verdampfers gesteuert werden. Zudem kann das Wasser, wenn die Temperatur des Reformers oder die Temperatur des Verdampfers einen vorgegebenen Referenzwert überschreitet, aus dem Wasserversorgungsabschnitt durch den ersten Wasserversorgungsweg dem Verdampfer zugeleitet werden, und der Betrieb des Vaporisators kann angehalten werden. Überdies kann das Ausgangsmaterial, wenn die Temperatur des Reformers über einem vorgegebenen ersten Referenzwert liegt, aus dem Materialzuführungsabschnitt dem Reformer zugeführt werden, und der Vaporisator kann betrieben werden, um zu ermöglichen, dass der Dampf dem Reformer zugeführt wird, und wenn die Temperatur des Reformers über einem vorgegebenen zweiten Referenzwert liegt, der größer ist als der erste Referenzwert, kann das Wasser aus dem Wasserversorgungsabschnitt durch den ersten Wasserversorgungsweg dem Verdampfer zugeleitet und der Betrieb des Vaporisators angehalten werden.
  • Beim obigen Aufbau erleichtert die Bereitstellung der Verdampferheizvorrichtung oder des Vaporisators die Erzeugung des Dampfes. Dadurch kann der Dampf dem Reformer konstanter zugeführt werden. Zusätzlich kann dadurch, dass der Betrieb der Verdampferheizvorrichtung oder der Betrieb des Vaporisators auf Grundlage der Temperatur des Reformers oder der Temperatur des Verdampfers gesteuert wird, der Dampf stetig zugeführt und die Heizeffizienz erhöht werden.
  • Der Verdampfer kann Folgendes umfassen: einen ersten Verdampfer, welcher in Kontakt mit dem Reformer platziert ist, um mit diesem zu kommunizieren, und welcher mit dem Wasserversorgungsabschnitt zumindest durch den zweiten Wasserversorgungsweg verbunden ist, wobei der erste Verdampfer so gestaltet ist, dass er das Wasser, das dem Reformer zumindest durch den zweiten Wasserversorgungsweg zugeleitet wird, in Dampf umwandelt, der dem Reformer zugeführt wird, und ferner einen zweiten Verdampfer, der mit dem Wasserversorgungsabschnitt durch den ersten Wasserversorgungsweg verbunden ist, wobei der zweite Verdampfer so gestaltet ist, dass er das aus dem Wasserversorgungsabschnitt zugeleitete Wasser in Dampf umwandelt, der dem Reformer zugeführt wird.
  • Mit diesem Aufbau kann der Dampf konstanter erzeugt und zugeführt werden, weil der im ersten Verdampfer erzeugte Dampf dem Reformer zugeführt wird.
  • Der Wasserversorgungsabschnitt kann einen Wasserversorgungsschalter zum Umschalten des Wasserzielorts zwischen dem Reformer und dem Verdampfer aufweisen. Der Wasserversorgungsschalter kann in der Lage sein, eine Flussrate jenes Wassers zu regulieren, das dem Reformer zugeleitet werden soll, und eine Flussrate jenes Wassers, das dem Verdampfer zugeleitet werden soll. Zusätzlich kann der Wasserversorgungsschalter in der Lage sein, den Wasserversorgungsweg zwischen dem ersten Wasserversorgungsweg und dem zweiten Wasserversorgungsweg umzuschalten.
  • Mit diesem Aufbau lässt sich das Umschalten der Wasserversorgung zum Reformer und zum Verdampfer mühelos ausführen.
  • im System kann zu einem Zeitpunkt, zu dem die Zuführung des Ausgangsmaterials zum Reformer beginnt, zumindest entweder das Wasser oder der Dampf in wenigstens dem Reformer oder dem Verdampfer vorhanden sein.
  • Mit diesem Aufbau kann, da beim Start des Systems das Wasser oder der Dampf bereits im Reformer, dem Wasserverdampfungsreaktionsraum des Verdampfers oder dem Weg des Verdampfers vorhanden ist, der Dampf dem Reformer problemlos zugeführt werden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird auch ein Brennstoffzellensystem nach Anspruch 7 geboten.
  • Mit diesem Aufbau lässt sich, da Wasserstoff aus dem Wasserstofferzeugungssystem der Brennstoffzelle beständig und mit hoher Heizeffizienz zugeführt werden kann, eine im hohen Maß zuverlässige und konstante Energieerzeugung mit größer Heizeffizienz ausführen.
  • Die obige und weitere Aufgaben sowie Merkmale der Erfindung gehen klarer aus der folgenden detaillierten Beschreibung mit den begleitenden Zeichnungen hervor.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Darstellung, die einen Aufbau eines Wasserstofferzeugungssystems zeigt;
  • 2 ist eine Darstellung, die einen Aufbau eines Wasserstofferzeugungssystems veranschaulicht;
  • 3 ist eine Darstellung, die einen Aufbau eines Wasserstofferzeugungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abbildet;
  • 4 ist eine Darstellung, die einen Aufbau eines Wasserstofferzeugungssystems zeigt;
  • 5 ist eine schematische Darstellung, die einen Aufbau eines Vaporisators im Wasserstofferzeugungssystem aus 4 wiedergibt;
  • 6A und 6B sind schematische Darstellungen, die einen weiteren Aufbau des Vaporisators des Wasserstofferzeugungssystems aus 4 veranschaulichen;
  • 7 ist eine Darstellung, die einen detaillierten Aufbau eines Reformers wiedergibt; und
  • 8 ist eine schematische Darstellung, die einen Aufbau eines Brennstoffzellensystems zeigt, welches das Wasserstofferzeugungssystem aus 1 umfasst.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben. In der unten erläuterten Ausführungsform kommt ein Wasserstofferzeugungssystem der vorliegenden Erfindung in einem häuslichen Energieerzeugungssystem zum Einsatz, das eine Brennstoffzelle nutzt. Es ist nicht beabsichtigt, dass sich die Verwendung des Wasserstofferzeugungssystems der vorliegenden Erfindung darauf beschränkt.
  • (Erste Ausführungsform)
  • Bei 1 handelt es sich um eine Darstellung, die einen Aufbau eines Wasserstofferzeugungssystems veranschaulicht, das nicht zur vorliegenden Erfindung gehört. Mit Blick auf 1 umfasst das Wasserstofferzeugungssystem einen Reformer 1, eine Heizvorrichtung 3, einen Materialzuführungsabschnitt 5, um dem Reformer 1 ein Ausgangsmaterial zuzuführen, einen Wasserversorgungsabschnitt 6, um den Reformer 1 mit Wasser zu versorgen, einen Verdampfer 4, um das aus dem Wasserversorgungsabschnitt 6 zugeleitete Wasser zwecks Dampferzeugung zu verdampfen, und einen Steuerungsabschnitt 7.
  • Bei diesem Wasserstofferzeugungssystem sind der Reformer 1 und der Verdampfer 4 im Innern eines Körpers 15 angeordnet, und die Heizvorrichtung 3 zum Heizen des Reformers 1 und des Verdampfers 4 ist unterhalb des Körpers 15 platziert. Der Verdampfer 4 ist mit dem Reformer 1 durch einen Zuleitungsweg 16 für Materialgemisch verbunden. Ein Weg 8 für reformiertes Gas ist mit dem Reformer 1 verbunden, um zu ermöglichen, dass ein reformiertes Gas, das mittels Dampfreformierungsreaktion erhalten wird, durch denselben aus dem Reformer 1 nach außen geführt wird. Der Verdampfer 4 ist mit dem Materialzuführungsabschnitt 5, der außerhalb des Körpers 15 vorgesehen ist, durch einen Materialzuführungsweg 5a verbunden und mit dem Wasserversorgungsabschnitt 6 durch einen Versorgungsweg 6c. Der Wasserversorgungsabschnitt 6 ist durch einen Versorgungsweg 6b mit dem Reformer 1 verbunden. Der Materialzuführungsabschnitt 5 und der Wasserversorgungsabschnitt 6 werden jeweils vom Steuerungsabschnitt 7 gesteuert.
  • Im Reformer 1 erfolgt die Dampfreformierungsreaktion hauptsächlich in solch einer Weise, dass ein aus dem Materialzuführungsabschnitt 5 zugeführtes Ausgangsmaterial, z.B. ein Ausgangsmaterial, das eine Verbindung umfasst, die zumindest Kohlenstoff und Wasserstoff als Hauptkomponente enthält und die durch eine auf Kohlenwasserstoff basierende Verbindung vertreten wird, unter Verwendung von Dampf dampfreformiert wird, der durch Verdampfen des aus dem Wasserversorgungsabschnitt 6 zugeleiteten Wassers erhalten wird. Zu den Beispielen für die auf Kohlenwasserstoff basierende Verbindung gehören eine Kohlenwasserstoffkomponente wie Naturgas oder Flüssiggas (LPG), eine Alkoholkomponente wie Methanol oder eine Naphthakomponente. Der Reformer 1 besitzt einen Reformierungsreaktionsabschnitt, der so gestaltet ist, dass er einen Reformierungskatalysator enthält, der den Ablauf der Reformierungsreaktion bewirkt, beispielsweise einen Rutheniumkatalysator, der von einem Aluminiumträger getragen wird. Die Innenstruktur des Reformers 1 wird hierin nicht in ihren Einzelheiten beschrieben und dargestellt. Der Reformer 1 ist mit einem Temperaturmessungsabschnitt 2 zum Messen einer Temperatur eines Inneren des Reformers 1 ausgestattet. Hinsichtlich der Temperatur des Reformers 1 wird hierin auf eine Temperatur des Reformierungskatalysators oder eine Temperatur eines Gases im Innern des Reformers 1 Bezug genommen. Der Temperaturmessungsabschnitt 2 verfügt über ein Thermoelement, einen Wärmewiderstand oder Ähnliches und ist zweckgemäß an einer Stelle und in einer Umgebung vorgesehen, wo sich die Temperatur des Reformers 1 messen lässt. Das reformierte Gas, das ein Wasserstoffgas als Hauptkomponente enthält und das durch die im Reformer 1 durchgeführte Dampfreformierungsreaktion erhalten wird, wird durch den Weg 8 für reformiertes Gas nach außen geleitet. Das Wasserstofferzeugungssystem kann so ausgelegt sein, dass ein Behandlungsabschnitt, der das reformierte Gases entsprechend einer Charakteristik eines Geräts behandelt, dem das reformierte Gas zugeleitet wird, stromab des Reformers 1 in einem Strömungsweg des reformierten Gases platziert ist. Beispielsweise verschlechtert sich in einem Wasserstofferzeugungssystem 150, das ein Wasserstoffgas erzeugt, das einer Brennstoffzelle 151 in einem Brennstoffzellensystem (8) zugeführt wird, die Funktion der Brennstoffzelle 151, falls das Wasserstoffgas, das der Brennstoffzelle 151 zugeführt wird, Kohlenmonooxid enthält; deshalb ist es notwendig, ein Gas zu erzeugen, welches Kohlenmonooxid in nur geringer Konzentration enthält. Zu diesem Zweck können ein Kohlenstoffmonooxid-Shifter 152 zum Verringern von im reformierten Gas enthaltenem Kohlenstoffmonooxid, ein Abschnitt 153 zur selektiven Oxidation von Kohlenstoffmonooxid und Ähnliches stromab des Reformers 1 vorgesehen sein. Bei diesem Aufbau kann dadurch, dass das Wasserstoffgas, das reduziertes Kohlenstoffmonooxid enthält, und ein Sauerstoff enthaltendes Oxidationsmittel verwendet werden, die Brennstoffzelle 151 beständig Energie erzeugen.
  • Bedingt durch den Aufbau des Systems dient die Heizvorrichtung 3 hauptsächlich dazu, dem Reformer 1 Wärme zuzuführen, die für die Dampfreformierungsreaktion erforderlich ist, und ferner dazu, dem Verdampfer 4 Wärme zuzuleiten. Der Reformer 1, der zunächst die Wärme aus der Heizvorrichtung 3 erhält, befindet sich auf der stromauf gelegenen Seite, und der Verdampfer 4 ist auf der stromab gelegenen Seite angeordnet, und zwar in einem Strömungsweg für die Wärme. Die Heizvorrichtung 3 besitzt einen Flammenbrenner, der einen Teil des aus dem Materialzuführungsabschnitt 5 zugeführten Ausgangsmaterials oder ein überschüssiges Gas verbrennt, das von einem Zielort aus rückgefördert wird, dem das durch das Wasserstofferzeugungssystem erhaltene Wasserstoffgas zugeleitet wurde (z.B. ein aus dem Brennstoffzellenenergieerzeugungssystem stammendes Abgas). Der Flammenbrenner nutzt beispielsweise ein (nicht im Einzelnen dargestelltes) „Schirokko-Gebläse" 3a zur Zuführung von Verbrennungsluft.
  • Der Verdampfer 4 ist so gestaltet, dass er das aus dem Wasserversorgungsabschnitt 6 zugeleitete Wasser in Dampf umwandelt, wobei die Wärme aus der Heizvorrichtung 3 eingesetzt wird; der daraus entstandene Dampf wird mit dem Ausgangsmaterial gemischt, das aus dem Materialzuführungsabschnitt 5 zugeführt wird, und dem Reformer 1 durch einen Zuleitungsweg 16 für Materialgemisch zugeleitet. Hierbei ist der Verdampfer 4 in der Lage, sowohl das aus dem Materialzuführungsabschnitt 5 zugeführte Ausgangsmaterial vorzuheizen, als auch das Wasser zu verdampfen.
  • Der Materialzuführungsabschnitt 5 dient dazu, dem Reformer 1 das Ausgangsmaterial zuzuführen. Hierbei wird als Ausgangsmaterial ein Naturgas genutzt. Obwohl dies nicht dargestellt ist, besitzt der Materialzuführungsabschnitt 5 einen Booster, um den Zuströmdruck des Naturgases zu erhöhen, einen Entschwefelungsabschnitt, um den im Naturgas enthaltenen Schwefel zu verringern, und ein Zeolithabsorptionsmittel, um dem Naturgas den Geruch zu nehmen.
  • Der Wasserversorgungsabschnitt 6 ist mit einer Plungerpumpe ausgestattet, die ionenausgetauschtes Wasser in den Reformer 1 und den Verdampfer 4 pumpt. Der Wasserversorgungsabschnitt 6 ist mit einem Flussratenschalter 6a versehen, der die Regulierung des Wassers gestattet, das dem Reformer 1 und dem Verdampfer 4 zugeleitet wird.
  • Der Steuerungsabschnitt 7 ist zur Steuerung des Materialzuführungsabschnitts 5 und des Wasserversorgungsabschnitts 6 ausgelegt, so dass die Ausgangsmaterial- und die Wassermenge dem Reformer 1 und dem Verdampfer 4 regulierbar zugeführt werden. Zwecks Auswahl des Zielorts für das Wasser ist der Steuerungsabschnitt 7 weiterhin zur Steuerung des Flussratenschalters 6a des Wasserversorgungsabschnitts 6 gestaltet. Der Steuerungsabschnitt 7 besitzt einen Temperaturdatenbearbeitungsabschnitt, um einen Zustand des Reformers 1 anhand der durch den Temperaturmessungsabschnitt 2 gemessenen Temperatur zu erkennen, und ist ferner so ausgeführt, dass er den Materialzuführungsabschnitt 5 und den Wasserversorgungsabschnitt 6 auf Grundlage der im Temperaturdatenbearbeitungsabschnitt gewonnenen Informationen steuert, wodurch die Zufuhrmenge von Ausgangsmaterial, Luft und Wasser reguliert wird. Überdies verfügt der Steuerungsabschnitt 7 über einen Speicherabschnitt einschließlich eines (nicht dargestellten) Halbleiters, um darin die Temperatur des Reformers 1 zu speichern.
  • Zwecks gesteigerter Energienutzungseffizienz bei Betrieb des Systems wird das Wasserstofferzeugungssystem dieser Ausführungsform in solch einer Weise betrieben, dass die Heizvorrichtung 3 in Gang gesetzt wird, um den Reformer 1 zu heizen; daraufhin wird unter Verwendung von nach dem Heizen des Reformers 1 überschüssiger Wärme der Verdampfer 4 beheizt. Die Gründe dafür lauten wie folgt: i) Da es sich bei der im Reformer 1 durchgeführten Dampfreformierungsreaktion um eine endotherme Reaktion handelt, und zum Zweck einer hohen Reaktionsrate, muss der Reformer 1 bei Verwendung eines auf Kohlenwasserstoff basierenden Materials auf einer Temperatur von 650°C bis 800°C gehalten werden, wohingegen er bei Gebrauch eines auf Alkohol basierenden Materials auf einer Temperatur von 300°C oder darüber zu halten ist; wünschenswerterweise wird vorrangig aus der Heizvorrichtung 3 stammende qualitativ hohe Wärmeenergie im Reformer 1 verwendet. ii) Bei stetigem Betrieb des Systems wird die Energienutzungseffizienz im gesamten System wünschenswerterweise durch die Ausführung effizienter Wärmerückgewinnung erhöht, indem aus der Heizvorrichtung 3 stammende Wärmeenergie zur Verdampfung des Wassers im Verdampfer 4 genutzt wird.
  • Wenn jedoch das Heizen des Reformers 1 dem Heizen des Verdampfers 4 vorangeht, wie oben beschrieben, verzögert sich während des Starts des Systems die Erzeugung des Dampfes im Verdampfer 4 in Abhängigkeit vom Aufbau des Systems, den Heizbedingungen oder Ähnlichem. Unter dieser Bedingung wird dem Reformer 1 nicht genügend Dampf zugeführt, wodurch eine übermäßige Beheizung des Reformierungskatalysators verursacht wird. Bei übermäßiger Beheizung werden ein spezifischer Oberflächenbereich des Katalysators und dessen katalytische Aktivität verringert. Falls das Ausgangsmaterial (Naturgas) dem Hochtemperaturreformierungskatalysator unter unzureichenden Dampfbedingungen zugeführt wird, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass im Ausgangsmaterial enthaltener Kohlenstoff präzipitiert. Dementsprechend wird im Wasserstofferzeugungssystem dieser Ausführungsform der Dampf, wie im Folgenden dargelegt, während des Systemstarts problemlos erzeugt, wodurch sich eine thermische Belastung verringert, die auf den Reformierungskatalysator beaufschlagt wird und die im herkömmlichen Wasserstofferzeugungssystem auftritt, wie zuvor erwähnt.
  • Nachstehend wird ein Vorgang zur Inbetriebnahme des Wasserstofferzeugungssystems dieser Ausführungsform in Verbindung mit seinen Folgen erläutert.
  • Zunächst wird, um das System im angehaltenen Zustand zu starten, die Heizvorrichtung 3 in Gang gesetzt, um den Körper 15 des Systems zu heizen. Hierbei wird der Reformer 1 vorrangig durch die Wärme aus der Heizvorrichtung 3 geheizt. Dann wird das Naturgas in seiner Eigenschaft als Ausgangsmaterial aus dem Materialzuführungsabschnitt 5 durch den Materialzuführungsweg 5a dem Verdampfer 4 und ferner durch den Zuleitungsweg 16 für Materialgemisch dem Reformer 1 zugeführt. Indessen wird das Wasser, das zu Dampf gewandelt wird, der in der Dampfreformierungsreaktion benutzt wird, dem Reformer 1 aus dem Wasserversorgungsabschnitt 6 zugeführt. Zu diesem Zeitpunkt schaltet der Flussratenschalter 6a den Wasserversorgungsweg, um entweder den Versorgungsweg 6b zum Reformer 1 oder den Versorgungsweg 6c zum Verdampfer 4 zu wählen.
  • Beispielsweise besteht in jenem Fall, wo während des Systemstarts (d.h. in einem Anfangsstadium des Heizens) das Wasser aus dem Wasserversorgungsabschnitt 6 dem Verdampfer 4 durch den Versorgungsweg 6c zugeführt und dann im Verdampfer 4 verdampft wird und der daraus entstehende Dampf und das Ausgangsmaterial dem Reformer 1 durch den Zuleitungsweg 16 für Materialgemisch zugeleitet werden, die Möglichkeit, dass der Prozentanteil des Ausgangsmaterials (Naturgas) höher ist als der Prozentanteil des Dampfes im Ausgangsmaterialgemisch, das dem Reformer 1 zugeführt wird. Der Grund dafür wird nun erläutert. Wird die Heizvorrichtung 3 beim Systemstart in Gang gesetzt, wird vorrangig die Wärme aus der Heizvorrichtung 3 zum Heizen des Reformers 1 verwendet, wie oben beschrieben. Als Ergebnis davon wird der Temperaturanstieg im Verdampfer 4 entsprechend der Wärmekapazität des Reformers 1 verzögert, obwohl dessen Zustand abhängig von der Größe des Systems oder der Anordnung der Systemkomponenten nicht einheitlich ist. Dies bedeutet, dass die Temperatur des Verdampfers 4 noch nicht genügend angestiegen ist. Bei diesem Zustand wird, wenn Wasser dem Reformer 1 durch den Verdampfer 4 zugeleitet wird, Wasser nicht in ausreichendem Maß im Verdampfer 4 verdampft, wodurch keine ausreichende Menge Dampf erhalten wird, so dass dem Reformer 1 lediglich das Naturgas zugeführt wird. Unter diesen Umständen, bei denen das Wasser in unzureichendem Maß verdampft wird, – d.h. jenen Umständen, in denen dem Reformer 1 im Falle seiner Beheizung nicht genügend Dampf zugeführt wird, was bewirkt, dass sich die Temperatur des im Reformer 1 enthaltenen Reformierungskatalysators erhöht –, wird das Naturgas thermisch zersetzt, und Kohlenstoff präzipitiert auf dem Reformierungskatalysator und im Innern des Reformers 1. Dies würde zur Verschlechterung der katalytischen Aktivität des Reformierungskatalysators und zu einer Verstopfung in einem Strömungsweg im Innern des Reformers 1 führen. Zusätzlich handelt es sich bei der Dampfreformierungsreaktion im Innern des Reformers 1 um eine endotherme Reaktion, weshalb die Temperatur des Reformierungskatalysators tendenziell hoch ist bedingt durch die Tatsache, dass die von der Heizvorrichtung 3 abgegebene Wärme ungenutzt bleibt, wenn nicht im Reformierungskatalysator die Dampfreformierungsreaktion abläuft. Als Ergebnis davon würde sich die katalytische Aktivität verschlechtern. Um die Verschlechterung der katalytischen Aktivität des Reformierungskatalysators oder dergleichen zu vermeiden, wird bei dieser Ausführungsform dem Reformer 1 im Anfangsstadium des Heizens genügend Dampf in der folgenden Weise zugeführt:
    In dieser Ausführungsform wird, da der Wasserversorgungsabschnitt 6 mit dem zum Reformer 1 führenden Versorgungsweg 6b und dem zum Verdampfer 4 führenden Versorgungsweg 6c ausgestattet ist, das Wasser dem Reformer 1 und dem Verdampfer 4 zugeleitet, und der Flussratenschalter 6a regelt die Menge des Wassers, das zum Versorgungsweg 6b geleitet wird, und ferner die Menge des Wassers, das zum Versorgungsweg 6c geleitet wird. Auf diese Weise lassen sich die dem Reformer 1 zuzuführende Wassermenge und die dem Verdampfer 4 zuzuführende Wassermenge kontrollieren. Bei dieser Gestaltung wird während eines Zeitraums unmittelbar nach dem Start des Systems, wenn der Verdampfer 4 nicht ausreichend beheizt ist und deshalb das Wasser nicht in ausreichendem Maße im Verdampfer 4 verdampft wird, der Flussratenschalter 6a so eingestellt, dass das Wasser aus dem Wasserversorgungsabschnitt 6 zum Wasserversorgungsweg 6b gefördert und dem Reformer 1 durch den Versorgungsweg 6b direkt zugeführt wird. Dadurch verdampft das Wasser im Reformer 1, der vorrangig geheizt worden ist und deshalb eine erhöhte Temperatur aufweist. Infolgedessen ist nach dem Start des Systems der Dampf in einem stabilen Zustand im Innern des Reformers 1 vorhanden, weshalb eine Präzipitation von Kohlenstoff infolge thermischer Zersetzung des Ausgangsmaterials kaum auftritt. Mit einer Zunahme der Temperatur des Reformierungskatalysators im Reformer 1, wo der Dampf und das Ausgangsmaterial gemeinsam vorhanden sind, läuft die Dampfreformierungsreaktion als endotherme Reaktion auf dem Reformierungskatalysator ab. Dadurch wird einer übermäßigen Beheizung des Reformierungskatalysators vorgebeugt.
  • Wenn allerdings das Wasser dem Reformer 1 direkt zugeleitet wird und die Verdampfung des Wassers (Wasserverdampfungsreaktion) im Reformer 1 stattfindet, wie oben beschrieben, wird die dem Reformer 1 aus der Heizvorrichtung 3 zugeführte Wärme teilweise für die Wasserverdampfungsreaktion genutzt. Deshalb wird im Gegensatz zu jenem Fall, wo die Wärme aus der Heizvorrichtung 3 nicht für die Wasserverdampfungsreaktion verwendet wird, d.h. wo zuvor erzeugter Dampf dem Reformer 1 direkt zugeführt wird, die Temperatur des Reformers 1 aufgrund der benutzten Wärme gesenkt, und zwar bei gleicher Wärmezuführungsmenge. Um den Reformer 1 auf einer für die Dampfreformierungsreaktion geeigneten Temperatur zu halten, ist es notwendig, dem Reformer 1 mehr Wärme aus der Heizvorrichtung 3 zuzuführen als in jenem Fall, wo die Wärme nicht für die Wasserverdampfungsreaktion verwendet wird. Wie anhand des Vorangehenden verständlich sein sollte, zeigt die Heizeffizienz der Dampfreformierungsreaktion die Tendenz, sich zu verringern, wenn das Wasser dem Reformer 1 direkt zugeleitet wird.
  • Dementsprechend wird in dieser Ausführungsform in jenem Zustand, wo eine vorgegebene Zeit nach dem Start des Systems verstreicht und der Verdampfer 4 in ausreichendem Maße beheizt worden ist, um zu ermöglichen, dass das Wasser darin in ausreichendem Maße verdampft (d.h. während stetigen Betriebs), zwecks Abschaffung einer derartigen Verringerung der Heizeffizienz der Flussratenschalter 6a so gesteuert, dass er den Versorgungsweg von Versorgungsweg 6b auf Versorgungsweg 6c schaltet. Daraufhin wird das Wasser dem Verdampfer 4 durch Versorgungsweg 6c zugeleitet. Ein solches Schalten wird durch die Zeitsteuerung des Flussratenschalters 6a ausgeführt, die durch den Steuerungsabschnitt 7 erfolgt. Das dem Verdampfer 4 zugeleitete Wasser wird durch die Wasserverdampfungsreaktion im Verdampfer 4 zu Dampf umgeformt. Dann werden der Dampf und das Ausgangsmaterial durch den Zuleitungsweg 16 für Materialgemisch dem Reformer 1 zugeführt. Indem das System während seines stetigen Betriebs in dieser Art gesteuert wird, findet im Reformer 1 die wirkungsvolle Nutzung der Wärme aus der Heizvorrichtung 3 für die Dampfreformierungsreaktion ohne Wärmeverlust infolge der Wasserverdampfungsreaktion statt. Außerdem wird im Verdampfer 4 der Dampf unter Verwendung der aus der Heizvorrichtung 3 stammenden Wärme effizient erzeugt.
  • So wird im System dieser Ausführungsform im Anfangsstadium des Heizens durch Ausführen der Wasserverdampfungsreaktion im Reformer 1 der Mangel an Dampf im Innern des Reformers 1 vermieden und ferner einer übermäßigen Beheizung und der Präzipitation von Kohlenstoffen im Reformer 1 vorgebeugt. Zusätzlich lässt sich während des stetigen Betriebs des Systems die Wärmeeffizienz der Dampfreformierungsreaktion im Reformer 1 erhöhen, weil die Wärme aus der Heizvorrichtung 3 wirkungsvoll zur Erzeugung des Dampfes im Verdampfer 4 genutzt wird. Folglich besteht die Möglichkeit, ein Wasserstofferzeugungssystem zu erzielen, das die Heizeffizienz steigern und Wasserstoff stabil erzeugen kann.
  • Die Festlegung der Wassermenge, die dem Reformer 1 im Anfangsstadium des Heizens und während des stetigen Betriebs zugeleitet wird, erfolgt im Hinblick auf die Reaktionstemperatur im Reformer 1 und die Nutzungsbedingungen, wie z.B. das Katalysatorvolumen, im Voraus. Ein bevorzugter Betrag für die Wassermenge beläuft sich auf das Doppelte der Anzahl der im Ausgangsmaterial (Naturgas) enthaltenen Kohlenstoffatome oder mehr. In dieser Ausführungsform beläuft sich der Betrag beispielsweise auf das 2.5-fache.
  • In Bezug auf die Anfangszeit für die Zuführung des Ausgangsmaterials und des Wassers während des Systemstarts steuert der Steuerungsabschnitt 7 den Materialzuführungsabschnitt 5 und den Wasserversorgungsabschnitt 6 auf Grundlage der Temperatur des Reformers 1, die vom Temperaturmessungsabschnitt 2 ermittelt wird. Beispielsweise wird hinsichtlich einer vom Temperaturmessungsabschnitt 2 ermittelten Temperatur ein Referenzwert festgelegt, und wenn die ermittelte Temperatur diesen Referenzwert überschreitet, steuert der Steuerungsabschnitt 7 den Materialzuführungsabschnitt 5, den Wasserversorgungsabschnitt 6 und den Flussratenschalter 6a so, dass mit der Zuführung des Ausgangsmaterials und mit der Zuleitung des Wassers begonnen wird. In diesem Fall ist der Referenzwert auf 200°C festgelegt. Dies kann Variationen bei der zeitlichen Koordinierung des Starts der Zuführung des Ausgangsmaterials und des Wassers verringern und die Möglichkeit eröffnen, dass die Wasserverdampfung im Reformer 1 problemlos und stetig abläuft und dass ein übermäßiges Heizen im Reformer 1 wirkungsvoll verhindert wird. Wenn dem Reformer 1 bei niedriger Temperatur eine große Wassermenge zugeleitet wird, kann ein Gasströmungsweg durch Wasser verstopft werden, das unverdampft im Reformer 1 zurückbleibt. Jedoch wird eine derartige Situation dadurch vermieden, dass das Wasser nach einer Überprüfung zugeleitet wird, dass die Temperatur des Reformers 1 den Referenzwert überschritten hat. Es ist notwendig, den Referenzwert auf Grundlage einer Korrelation zwischen der Temperatur des Reformers 1 und der Reaktivität der Dampfreformierungsreaktion oder einer Korrelation zwischen der Temperatur des Reformers 1 und einem Verdampfungszustand des Wassers zu bestimmen. Deshalb variiert der Referenzwert in Abhängigkeit von der Größe des Systems oder den zugrunde gelegten Betriebsbedingungen, und 200°C werden lediglich zur Veranschaulichung angegeben. Im Voraus festgelegt werden vorzugsweise eine Untergrenze für den Referenzwert in Bezug auf eine Temperatur, bei der Wasser verdampft wird, und eine Obergrenze für denselben in Bezug auf eine hitzeresistente Temperatur des Reformierungskatalysators.
  • Beim obigen Aufbau ist der Flussratenschalter 6a so gestaltet, dass er den Wasserversorgungsweg vom Versorgungsweg 6b zum Versorgungsweg 6c durch Zeitsteuerung umschalten kann. Um eine solche Zeitsteuerung durchzuführen, wird zuvor eine Zeit festgelegt, um die Temperatur des Reformierungskatalysators und den Verdampfungszustand des Wassers im Hinblick auf die Größe des Systems oder die Betriebsbedingungen zu optimieren.
  • Alternativ lässt sich das Umschalten der Wasserversorgung auch durch ein beliebiges anderes geeignetes Verfahren als der obenerwähnten Zeitsteuerung vornehmen. Als Modifikation (weiteres Beispiel) dieser Ausführungsform kann zwecks optimierter Wasserverdampfung das Umschalten der Wasserversorgung basierend auf der Temperatur des Reformers 1 erfolgen. Spezifischerweise wird ein (auch als zweiter Referenzwert bezeichneter) Referenzwert, der sich vom oben bestimmten Referenzwert (auch erster Referenzwert genannt) unterscheidet, der mit dem Start der Zuführung des Ausgangsmaterials und des Wassers in Zusammenhang steht, hinsichtlich einer vom Messungsabschnitt 2 ermittelten Temperatur festgelegt, und auf Grundlage des zweiten Referenzwerts steuert der Steuerungsabschnitt 7 den Flussratenschalter 6a. Der zweite Referenzwert wird beruhend auf der Korrelation zwischen der Temperatur des Reformers 1 und einem Heizzustand des Verdampfers 4 festgelegt und ist gleich der Temperatur des Reformers 1, die dem Zustand des Verdampfers 4 entspricht, der in ausreichendem Maß geheizt worden ist, um eine Wasserverdampfungsreaktion zu ermöglichen. Beispielsweise wird der zweite Referenzwert auf 700°C festgesetzt. Der zweite Referenzwert wird zweckgemäß im Voraus festgelegt und variiert entsprechend der Größe des Systems oder der zu Grunde gelegten Betriebsbedingungen.
  • Im Folgenden wird der Schaltvorgang für den Versorgungsweg erläutert. Wenn die vom Messungsabschnitt 2 ermittelte Temperatur den zweiten Referenzwert überschritten hat, d.h. wenn der Verdampfer 4 in für die Wasserverdampfungsreaktion ausreichendem Maße geheizt worden ist, steuert zuallererst der Steuerungsabschnitt 7 den Flussratenschalter 6a, um den Wasserversorgungsweg von Versorgungsweg 6b auf Versorgungsweg 6c umzuschalten. Dadurch wird das Wasser, das dem Reformer 1 durch den Versorgungsweg 6b direkt zugeleitet wurde, dem Reformer 1 durch den Versorgungsweg 6c und den Verdampfer 4 zugeleitet. So kann durch Umschalten der Wasserversorgung basierend auf dem Zustand des Verdampfers 4, der anhand der Temperatur des Reformers 1 beurteilt wird, das Umschalten problemlos ablaufen. Zusätzlich wird zuverlässig vermieden, dass es beim Umschalten im Reformer 1 an Dampf mangelt.
  • Während das Ausgangsmaterial aus dem Materialzuführungsabschnitt 5 dem Reformer 1 durch den Verdampfer 4 zugeführt wird, kann das Gas dem Reformer 1 direkt zugeführt werden, ohne durch den Verdampfer 4 zu strömen. Es sollte berücksichtigt werden, dass das Gas, wenn das Ausgangsmaterial durch den Verdampfer 4 zugeführt wird, durch den Verdampfer 4 vorgeheizt und deshalb die Heizeffizienz gesteigert wird.
  • Bei dieser Ausführungsform wird während des Systemstarts der Reformer 1 zuerst geheizt, und dann werden ihm das Ausgangsmaterial und das Wasser gleichzeitig zugeführt. Anstatt dessen kann zunächst das Wasser dem Reformer 1 zugeleitet werden, und daraufhin kann das Ausgangsmaterial demselben zugeführt werden. Alternativ dazu kann auch das Wasser, das keine nachteiligen Wirkungen, wie ein Verstopfen des Gasströmungswegs, hervorrufen würde, im Voraus einem Wasserverdampfungsbereich des Reformers 1 und dem Verdampfer 4 zugeleitet werden, bevor es in ausreichendem Maße erhitzt wird. Darüber hinaus werden in diesem Fall die Wirkungen der vorliegenden Erfindung erzielt. So lässt sich der Dampf dadurch, dass das Wasser dem Reformer 1 oder dem Verdampfer 4 im Voraus zugeleitet wird, im Anfangsstadium des Heizens problemlos erzeugen. Aufgrund dessen können die thermische Verschlechterung des Reformierungskatalysators, die Präzipitation von Kohlenstoffen, die andernfalls im Anfangsstadium des Heizens im Reformer 1 auftreten würde, und Ähnliches effizient vermieden werden.
  • Bei dieser Ausführungsform lässt sich das Umschalten des Wasserversorgungswegs mittels des Flussratenschalters 6a so steuern, dass die Wassermenge, die dem Versorgungsweg 6b und dem Versorgungsweg 6c aus dem Wasserversorgungsabschnitt 6 zugeleitet wird, reguliert wird, indem beispielsweise eine Betriebsbedingung einer Förderpumpe angepasst wird. Alternativ dazu kann das Umschalten durch Regeln des Öffnens und Schließens elektromagnetischer Ventile gesteuert werden, die in den Wegen 6b und 6c vorgesehen sind. Als weitere Alternative lässt sich das Umschalten schrittweise vornehmen, so dass sich die Wassermenge, die dem Reformer 1 zugeleitet wird, und die Wassermenge, die dem Verdampfer 4 zugeleitet wird, allmählich ändert. Überdies kann alternativ das Umschalten vom Reformer 1 zum Verdampfer 4 durch jeweiliges vollständiges Öffnen und vollständiges Schließen der elektromagnetischen Ventile durchgeführt werden, die in den Wegen 6b und 6c vorgesehen sind.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • Nun erfolgt die Beschreibung einer zweiten Ausführungsform, die nicht zur vorliegenden Erfindung gehört.
  • Bei 2 handelt es sich um eine Darstellung, die einen Aufbau eines Wasserstofferzeugungssystems gemäß dieser zweiten Ausführungsform veranschaulicht, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist. Das Wasserstofferzeugungssystem dieser Ausführungsform verfügt über einen Aufbau, der beinahe identisch mit jenem des Systems aus der ersten Ausführungsform ist, außer dass der Verdampfer 4 mit einem Temperaturmessungsabschnitt 9 ausgestattet ist, um eine Temperatur des Verdampfers 4 oder eine Temperatur eines Gases im Innern des Verdampfers 4 zu ermitteln.
  • Da die Funktionsweise des Systems dieser Ausführungsform jener der ersten Ausführungsform ähnelt, werden ihre Einzelheiten nicht weiter erläutert; dargelegt wird nur der Unterschied zwischen den beiden Ausführungsformen. Im System dieser Ausführungsform mit dem Verdampfer 4, der mit dem Temperaturmessungsabschnitt 9 ausgestattet ist, wird ein Referenzwert hinsichtlich einer vom Temperaturmessungsabschnitt 9 ermittelten Temperatur festgelegt, und wenn die ermittelte Temperatur den Referenzwert überschritten hat, schaltet der Flussratenschalter 6a den Wasserzielort vom Reformer 1 zum Verdampfer 4 in der gleichen Weise um, wie bei der ersten Ausführungsform beschrieben. In Anbetracht des Erzeugungsstadiums des Dampfes im Verdampfer 4, das auf den Betriebsbedingungen des Systems beruht, wird der Referenzwert beispielsweise auf 200°C festgelegt.
  • Der Referenzwert variiert und wird deshalb in Abhängigkeit von der Größe des Systems oder den Betriebsbedingungen, z.B. der Wasserversorgungsmenge, passend festgelegt.
  • Während das Heizstadium des Verdampfers 4 anhand der Temperatur des Reformers 1, die vom Temperaturmessungsabschnitt 2 in der ersten Ausführungsform ermittelt wird, indirekt beurteilt wird, erfolgt die Messung der Temperatur des Verdampfers 4 durch Einsatz des Temperaturmessungsabschnitts 9 direkt. Aus diesem Grund lässt sich Wasser dem Verdampfer 4, der zwecks Wasserverdampfung geheizt wurde, mit einer passenderen zeitlichen Abstimmung zuleiten. Deshalb wird beim Schalten der Wasserversorgung der Dampf problemlos und stetig erzeugt, und die Wasserverdampfung wird optimiert. Als Ergebnis davon kann vermieden werden, dass es im Reformer 1 beim Schalten an Dampf mangelt.
  • (Dritte Ausführungsform)
  • Nun wird eine dritte Ausführungsform erläutert, welche die vorliegende Erfindung darstellt.
  • Bei 3 handelt es sich um eine Darstellung, die einen Aufbau eines Wasserstofferzeugungssystems gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Wasserstofferzeugungssystem dieser Ausführungsform verfügt über einen Aufbau, der beinahe identisch mit jenem des Systems der zweiten Ausführungsform ist, außer dass der Verdampfer 4 mit einer Heizvorrichtung 4a zum Heizen des Verdampfers 4 oder eines Gases im Innern des Verdampfers 4 ausgerüstet ist. Die Heizvorrichtung 4a besteht aus einer Heizvorrichtung mit Ummantelung, die sich auf einer stromab gelagerten Seite des Verdampfers 4 befindet, um zu ermöglichen, dass Wasser, das von einer stromauf gelagerten Seite des Verdampfers 4 zugeleitet wird, im Verdampfer 4 verdampft wird, obwohl dies nicht speziell dargestellt ist.
  • Da die Funktionsweise des Systems dieser Ausführungsform jener der ersten Ausführungsform ähnelt, werden ihre Einzelheiten nicht weiter erläutert; dargelegt wird lediglich der Unterschied zwischen den beiden Ausführungsformen. Insbesondere wird im System der vorliegenden Erfindung die Heizvorrichtung 4a während des Systemstarts in Gang gesetzt, um den Verdampfer 4 problemlos auf jenes Stadium zu heizen, in dem darin die Wasserverdampfung vonstatten gehen kann. Wie zuvor bezüglich der ersten Ausführungsform erwähnt, ist unmittelbar nach dem Systemstart die Wahrscheinlichkeit geringer, dass die Temperatur des Verdampfers 4 gesteigert wird, weshalb es Zeit in Anspruch nimmt, den Verdampfer 4 auf jenes Stadium zu erhitzen, wo Wasser darin verdampft. Jedoch ist bei dieser Ausführungsform die Heizvorrichtung 4a vorgesehen, um den Verdampfer 4 direkt zu heizen. Dies macht es möglich, dass das Wasser problemloser im Verdampfer 4 verdampft. Dadurch wird einfach und stetig Dampf erzeugt, selbst wenn Wasser dem Verdampfer 4 unmittelbar nach dem Systemstart zugeleitet wird. In Übereinstimmung mit dem Aufbau dieser Ausführungsform wird, falls Wasser während des Systemstarts nur dem Verdampfer 4 zugeleitet werden sollte, der Dampf im Verdampfer 4 erzeugt. Deshalb lässt sich ein Mangel an Dampf im Reformer 1 vermeiden.
  • Der Betrieb der Heizvorrichtung 4a wird zu dem Zeitpunkt angehalten, wenn Wasserverdampfung nur durch die Wärme aus der Heizvorrichtung 3 in ausreichendem Maß im Verdampfer 4 stattfindet. Wünschenswerterweise wird beurteilt, ob die Heizvorrichtung 4a auf Grundlage der durch den Temperaturmessungsabschnitt 2 ermittelten Temperatur oder der durch den Temperaturmessungsabschnitt 9 ermittelten Temperatur anzuhalten ist oder nicht. Dadurch wird die Wasserverdampfung bei erhöhter Heizeffizienz optimiert. Insbesondere wird eine Temperatur des Reformers 1 oder eine Temperatur des Verdampfers 4, bei welcher der Verdampfer 4 genügend Dampf erzeugen kann, als Referenzwert hinsichtlich der vom Temperaturmessungsabschnitt 2 ermittelten Temperatur oder der vom Temperaturmessungsabschnitt 9 ermittelten Temperatur im Voraus festgelegt. Hierbei wird der Referenzwert auf 700°C im Temperaturmessungsabschnitt 2 festgelegt. Wenn die ermittelte Temperatur den Referenzwert überschritten hat, hält der Steuerungsabschnitt 7 die Heizvorrichtung 4a an. Der Referenzwert wird in Abhängigkeit von der Größe des Systems oder den Betriebsbedingungen passend festgelegt.
  • (Vierte Ausführungsform)
  • Nun erfolgt die Beschreibung einer vierten Ausführungsform, die nicht zur vorliegenden Erfindung gehört.
  • Bei 4 handelt es sich um eine Darstellung, die einen Aufbau eines Wasserstofferzeugungssystems gemäß der vierten Ausführungsform veranschaulicht. Das Wasserstofferzeugungssystem dieser Ausführungsform verfügt über einen Aufbau, der mit jenem des Systems der zweiten Ausführungsform beinahe identisch ist, außer dass ein Vaporisator 10 an einer Stelle im Versorgungsweg 6c vorgesehen ist, durch den Wasser dem Verdampfer 4 zugeleitet wird. 5 ist eine schematische Querschnittdarstellung, die ein Beispiel eines Aufbaus des Vaporisators 10 dieser Ausführungsform, d.h. einer Vaporisationseinheit 10', zeigt.
  • Wie aus 4 und 5 hervorgeht, ist in dieser Ausführungsform die Vaporisationseinheit 10' im Versorgungsweg 6c vorgesehen, der den Wasserversorgungsabschnitt 6 mit dem Verdampfer 4 verbindet. Die Vaporisationseinheit 10' besitzt einen Körper 10b mit einem Wassereinlass 10g und einem Dampfauslass 10h. Der Körper 10b enthält eine elektrische Heizvorrichtung 10a, z.B. eine Heizvorrichtung mit Ummantelung, einen Wärmespeicher 10c, einen Wasserverdampfer 10d und einen Verdampfungsraum 10f. Der Wassereinlass 10g und der Dampfauslass 10h sind jeweils mit dem Versorgungsweg 6c verbunden. Der Körper 10b ist auf einer Außenwand desselben mit einem Temperaturmessungsabschnitt 10e für den Wärmespeicher ausgestattet.
  • In der Vaporisationseinheit 10' wird das aus dem Wasserversorgungsabschnitt 6 durch den Versorgungsweg 6c zugeleitete Wasser durch den Wassereinlass 10g in den Verdampfungsraum 10f eingelassen. Im Innern der Vaporisationseinheit 10' wird aus der elektrischen Heizvorrichtung 10a stammende Wärme an Wasser im Innern des Verdampfungsraums 10f durch den Wärmespeicher 10c und den Wasserverdampfer 10d (z.B. ein poröses Metall) abgegeben, die vorgesehen sind, um die Wasserverdampfung zu stabilisieren. Die Wärme bewirkt, dass das Wasser zu Dampf gewandelt wird. Aus dem Dampfauslass 10h wird der Dampf durch den Versorgungsweg 6c dem Verdampfer 4 zugeführt. Hierbei wird die Temperatur des Wärmespeichers 10c vom Temperaturmessungsabschnitt 10e für den Wärmespeicher gemessen, und auf Grundlage der ermittelten Temperatur wird die Wasserverdampfung gesteuert. Als Ergebnis davon ist die Vaporisationseinheit 10' in der Lage, Wasser beständig und effizient zu vaporisieren.
  • Da die Funktionsweise des Systems dieser mit dem Vaporisator 10 ausgestatteten Ausführungsform jener der ersten Ausführungsform ähnelt, werden ihre Einzelheiten nicht weiter erläutert; dargelegt wird nur der Unterschied zwischen den beiden Ausführungsformen. Im System dieser Ausführungsform wird der Vaporisator 10 (die Vaporisationseinheit 10') während des Systemstarts in Gang gesetzt, wie oben beschrieben, und der im Vaporisator 10 erhaltene Dampf wird dem Verdampfer 4 zugeführt. Wie hinsichtlich der ersten Ausführungsform dargelegt, nimmt es nach Systemstart Zeit in Anspruch, bis der Verdampfer 4 bis auf jenen Zustand erhitzt ist, wo das Wasser in ihm verdampft. Dadurch, dass der Dampf im Voraus im Vaporisator 10 erzeugt und dem Verdampfer 4 zugeleitet wird, kann der Dampf selbst unmittelbar nach dem Systemstart problemlos und konstant aus dem Verdampfer 4 zum Reformer 1 geleitet werden.
  • Der Betrieb des Vaporisators 10 wird zu dem Zeitpunkt angehalten, wo Wasserverdampfung allein durch die Wärme aus der Heizvorrichtung 3 in ausreichendem Maß im Verdampfer 4 stattfindet. Wünschenswerterweise wird beurteilt, ob der Vaporisator 10 auf Grundlage der vom Temperaturmessungsabschnitt 2 ermittelten Temperatur oder der vom Temperaturmessungsabschnitt 9 ermittelten Temperatur angehalten wird oder nicht. Dadurch wird die Wasserverdampfung bei gesteigerter Heizeffizienz optimiert. Insbesondere wird die Temperatur des Reformers 1 oder die Temperatur des Verdampfers 4, bei der im Verdampfer 4 Dampf in ausreichendem Maße erzeugt wird, als Referenzwert hinsichtlich der vom Temperaturmessungsabschnitt 2 ermittelten Temperatur oder der vom Temperaturmessungsabschnitt 9 ermittelten Temperatur im Voraus festgelegt. Wünschenswerterweise wird der Start- und Stoppvorgang des Vaporisators 10 auf Grundlage des Referenzwerts gesteuert.
  • Der Vaporisator 10 kann stets in Betrieb sein, aber in Anbetracht des für das Vaporisieren von Wasser erforderlichen Energieverbrauchs wird der Betrieb des Vaporisators 10 erwünschterweise angehalten, und der Dampf wird nur im Verdampfer 4 zu dem Zeitpunkt erzeugt, wo der Verdampfer 4 durch die Wärme aus der Heizvorrichtung 3 den Dampf allein erzeugen kann. In diesem Fall ist es notwendig, den Versorgungsweg 6c so zu gestalten, dass die Möglichkeit besteht, Wasser ohne Beeinflussung durch den Vaporisator 10 aus dem Wasserversorgungsabschnitt 6 zum Verdampfer 4 zu leiten.
  • Zwar besteht der Vaporisator 10 aus der in 5 dargestellten Vaporisationseinheit 10', aber eine Einschränkung des Vaporisators 10 auf diesen Aufbau ist nicht beabsichtigt. 6A und 6B sind Darstellungen im Querschnitt, die einen weiteren Aufbau des Vaporisators 10 zum Einsatz im System dieser Ausführungsform schematisch veranschaulichen.
  • Wie aus 6A ersichtlich, kann anstelle der Vaporisationseinheit 10', die unabhängig vorgesehen ist, wie 5 zeigt, der Vaporisator 10 so ausgelegt sein, dass eine Heizquelle 10a', z.B. eine elektrische Heizvorrichtung, außen auf ein Rohr gepasst ist, das den Versorgungsweg 6c bildet. Alternativ dazu kann, wie aus 6B hervorgeht, der Vaporisator 10 so ausgeführt sein, dass er ein Rohr aufweist, das eine eingebaute Heizquelle enthält, so dass das einen Versorgungsweg 6c' formende Rohr über eine interne Doppelstruktur verfügt, die durch sich umlaufend erstreckende Wände begrenzt ist, und eine Wärmequelle 10a, z.B. eine elektrische Heizvorrichtung, enthält, die einen als Wasserströmungsweg dienenden Raum umgibt.
  • Eine Einschränkung der Wärmequelle für den Vaporisator 10 auf die obige elektrische Wärmequelle, z.B. die elektrische Heizvorrichtung, ist nicht beabsichtigt, sondern es können andere geeignete Wärmequellen eingesetzt werden, z.B. Wärmequellen, welche Verbrennungswärme nutzen. Beispielsweise kann der Vaporisator 10 über einen allgemeinen Brenner als Wärmequelle verfügen, einschließlich eines Katalysatorbrenners, eines Flammenbrenners oder dergleichen, der so ausgelegt ist, dass er die Verbrennung unter Verwendung eines Teils von überschüssigem Wasserstoffgas ausführt, das aus dem Zielort abgegeben wird, zu dem das im Wasserstofferzeugungssystem erzeugte Wasserstoffgas geleitet wird (z.B. ein Gas, das bei der Brennstoffzelle an der Anode abgegeben wird), oder eines Teils des in der Reformierungsreaktion verwendeten Ausgangsmaterials.
  • (Fünfte Ausführungsform)
  • Nun erfolgt die Beschreibung einer fünften Ausführungsform, die nicht zur vorliegenden Erfindung gehört.
  • Ein Wasserstofferzeugungssystem dieser Ausführungsform verfügt über einen Aufbau, der beinahe identisch ist mit jenem der ersten Ausführungsform, außer dass der Reformer 1 mit einem Verdampfer 1a ausgestattet ist. Deshalb wird der Aufbau des Systems dieser Ausführungsform nicht in seinen Einzelheiten erläutert; dargelegt werden lediglich der Unterschied zwischen diesem System und dem System der ersten Ausführungsform.
  • Bei 7 handelt es sich um eine Darstellung, die einen Aufbau des Reformers 1 gemäß der fünften Ausführungsform veranschaulicht. Wie aus 7 ersichtlich, ist in dieser Ausführungsform der Verdampfer 1a zwischen dem Versorgungsweg 6b und dem Reformer 1 vorgesehen (spezifischer ausgedrückt, dem Reformierungsreaktionsabschnitt 1b, der einen Reformierungskatalysator enthält). Der Verdampfer 1a ist so gestaltet, dass er das durch den Versorgungsweg 6b zugeleitete Wasser verdampft, wobei die Wärme aus der Heizvorrichtung 3 (1) verwendet wird, wie später erwähnt. Der Verdampfer 1a ist mit dem Versorgungsweg 6b und dem Zuleitungsweg 16 für Materialgemisch verbunden und steht mittels durchgängiger Löcher 17 in kommunikativer Verbindung mit dem Reformer 1. Der Verdampfer 1a muss so ausgeführt sein, dass die Möglichkeit besteht, dass das Heizen eines Reformierungskatalysators im Reformer 1 vorrangig während des steten Betriebs des Systems durchgeführt wird und dass während des Systemstarts zugeleitetes Wasser beständig verdampft wird. Bei dieser Ausführungsform ist der Verdampfer 1a so angeordnet, dass er eine äußere Peripherie des Reformierungsreaktionsabschnitts 1b umgibt und sich, vom Verdampfer 4 aus gesehen, stromauf des Reformierungsreaktionsabschnitts 1b im Zuleitungsweg 16 für Materialgemisch befindet.
  • Da die Funktionsweise des Systems dieser Ausführungsform jener der ersten Ausführungsform ähnelt, wird sie nicht weiter in ihren Einzelheiten erläutert; dargelegt wird lediglich der Unterschied zwischen den beiden Ausführungsformen. Anders als bei der ersten Ausführungsform, in der die Leitung von Wasser zum Reformierungsreaktionsabschnitt 1b durch den Versorgungsweg 6b direkt erfolgt, wird im System dieser Ausführungsform insbesondere Wasser zunächst aus dem Wasserversorgungsabschnitt 6 durch den Versorgungsweg 6b zum Verdampfer 1a geleitet. Dann wird im Verdampfer 1a Wasser zu Dampf gewandelt, der daraufhin durch die durchgängigen Löcher 17 dem Reformierungsreaktionsabschnitt 1b zugeführt wird. Bei diesem Aufbau besitzt der Reformer 1 zwei Teile mit unterschiedlichen Funktionen, nämlich den Reformierungsreaktionsabschnitt 1b, der den Reformierungskatalysator enthält und die Reformierungsreaktion durchführt, und den Verdampfer 1a, der Wasser zu Dampf wandelt, der in der Reformierungsreaktion genutzt wird. Deshalb kann der Dampf unmittelbar nach dem Start des Systems konstanter erzeugt werden. Zusätzlich wird während des stetigen Betriebs des Systems, wenn Wasser, das unverdampft im Verdampfer 1 zurückbleibt, zum Reformer 1 geleitet werden sollte, derartiges Wasser im Verdampfer 1a verdampft und der sich daraus ergebende Dampf wird dem Reformierungsreaktionsabschnitt 1b zuverlässig zugeführt. Folglich kann der Dampf beständig mit geringerer Variation bei der Wasserverdampfung zugeführt werden, wodurch sich die Reformierungsreaktion stabilisieren lässt.
  • Zahlreiche Modifikationen und alternative Ausführungsformen der Erfindung sind für Fachleute auf diesem Gebiet in Anbetracht der vorangehenden Beschreibung offenbar. Dementsprechend ist die Beschreibung lediglich als Veranschaulichung anzusehen und wird gegeben, um Fachleuten auf dem Gebiet den besten Weg zur Ausführung der Erfindung aufzuzeigen. Die Einzelheiten bezüglich Struktur und/oder Funktion lassen sich variieren, und sämtliche Modifikationen, die in die Tragweite der beigefügten Ansprüche fallen, sind vorbehalten.

Claims (7)

  1. System zur Erzeugung von Wasserstoff, umfassend: einen Reformer (1) zum Erzeugen eines reformierten Gases, welches Wasserstoff enthält, durch Reformierungsreaktion aus einem Ausgangsmaterial und Dampf unter Verwendung eines Reformierungskatalysators; einen Verdampfer (4) zum Verdampfen von Wasser zu dem Dampf, der dem Reformer zugeleitet wird; einen Flammenbrenner (3) zum Erhitzen des Reformers (1) und des Verdampfers (4) jeweils zwecks Reformierens und Verdampfens; einen Materialzuführungsabschnitt (5), um das Ausgangsmaterial dem Reformer (1) direkt oder durch den Verdampfer (4) zuzuführen; einen Wasserversorgungsabschnitt (6) zum Bereitstellen des Wassers; und einen Wasserversorgungsweg (6c), durch den das Wasser aus dem Wasserversorgungsabschnitt (6) zum Verdampfer (4) geleitet wird; gekennzeichnet durch eine Heizvorrichtung (4a) zum Erhitzen des Verdampfers (4).
  2. System zur Erzeugung von Wasserstoff nach Anspruch 1, wobei die Heizvorrichtung (4a) des Verdampfers (4) auf Grundlage einer Temperatur des Reformers (1) oder einer Temperatur des Verdampfers (4) gesteuert wird.
  3. System zur Erzeugung von Wasserstoff nach Anspruch 2, wobei, wenn die Temperatur des Reformers (1) oder die Temperatur des Verdampfers (4) niedriger ist als ein zuvor festgelegter Referenzwert, die Heizvorrichtung (4a) des Verdampfers (4) betrieben wird, und wenn die Temperatur des Reformers (1) oder die Temperatur des Verdampfers (4) höher ist als der Referenzwert, der Betrieb der Heizvorrichtung (4a) des Verdampfers (4) angehalten wird.
  4. System zur Erzeugung von Wasserstoff nach Anspruch 2, wobei das System zur Erzeugung von Wasserstoff einen ersten Wasserversorgungsweg (6c) und einen zweiten Wasserversorgungsweg (6b) umfasst, der erste Wasserversorgungsweg (6c) jener Wasserversorgungsweg ist, durch den das Wasser aus dem Wasserversorgungsabschnitt (6) zum Verdampfer (4) geleitet wird, der zweite Wasserversorgungsweg (6b) ein Wasserversorgungsweg ist, durch den das Wasser aus dem Wasserversorgungsabschnitt (6) zum Reformer (1) geleitet wird.
  5. System zur Erzeugung von Wasserstoff nach Anspruch 4, wobei, wenn die Temperatur des Reformers (1) oder die Temperatur des Verdampfers (4) niedriger ist als ein zuvor festgelegter Referenzwert, das Wasser aus dem Wasserversorgungsabschnitt (6) zum Reformer (1) durch den zweiten Wasserversorgungsweg (6b) geleitet wird und die Heizvorrichtung (4a) des Verdampfers (4) betrieben wird, und wenn die Temperatur des Reformers (1) oder die Temperatur des Verdampfers (4) höher ist als der Referenzwert, das Wasser aus dem Wasserversorgungsabschnitt (6) zum Verdampfer (4) durch den ersten Wasserversorgungsweg (6c) geleitet wird und der Betrieb der Heizvorrichtung (4a) des Verdampfers (4) angehalten wird.
  6. System zur Erzeugung von Wasserstoff nach Anspruch 4, wobei, wenn die Temperatur des Reformers (1) höher ist als ein zuvor festgelegter erster Referenzwert, das Ausgangsmaterial dem Reformer (1) aus dem Materialzuführungsabschnitt (5) zugeführt wird und das Wasser aus dem Wasserversorgungsabschnitt zum Reformer (1) durch den zweiten Wasserversorgungsweg (6b) geleitet wird, und die Heizvorrichtung (4a) des Verdampfers (4) angetrieben wird, und wenn die Temperatur des Reformers (1) höher ist als ein zuvor festgelegter zweiter Referenzwert, der höher ist als der erste Referenzwert, das Wasser aus dem Wasserversorgungsabschnitt (6) zum Verdampfer (4) durch den ersten Wasserversorgungsweg (6c) geleitet wird und die Zuleitung des Wassers zum Reformer (1) angehalten wird, und der Betrieb der Heizvorrichtung (4a) des Verdampfers (4) angehalten wird.
  7. Brennstoffzellensystem, umfassend: ein System zur Erzeugung von Wasserstoff nach einem der vorangehenden Ansprüche, und eine Brennstoffzelle (151) zum Erzeugen einer Energie unter Verwendung eines Oxidationsmittels und von Wasserstoff, der aus dem System zur Erzeugung von Wasserstoff zugeleitet wird.
DE60311029T 2002-03-26 2003-03-26 System zur Erzeugung von Wasserstoff und damit betriebene Brennstoffzelle Expired - Lifetime DE60311029T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002085106 2002-03-26
JP2002085106 2002-03-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60311029D1 DE60311029D1 (de) 2007-02-22
DE60311029T2 true DE60311029T2 (de) 2007-05-03

Family

ID=28035835

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60311029T Expired - Lifetime DE60311029T2 (de) 2002-03-26 2003-03-26 System zur Erzeugung von Wasserstoff und damit betriebene Brennstoffzelle

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7195657B2 (de)
EP (1) EP1350760B1 (de)
KR (1) KR20030077426A (de)
CN (1) CN1324748C (de)
DE (1) DE60311029T2 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202015007876U1 (de) 2015-11-12 2015-12-07 Dbi Gas- Und Umwelttechnik Gmbh Kompaktreformer zur Herstellung eines wasserstoffhaltigen Gases aus Flüssiggas

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8318368B2 (en) 2003-06-27 2012-11-27 UltraCell, L.L.C. Portable systems for engine block
EP1639660A4 (de) * 2003-06-27 2009-12-02 Ultracell Corp Effiziente mikro-brennstoffzellen-systeme und -verfahren
US7666539B2 (en) 2003-06-27 2010-02-23 Ultracell Corporation Heat efficient portable fuel cell systems
KR100570697B1 (ko) * 2004-09-24 2006-04-12 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템 및 이에 사용되는 개질기
US7659019B2 (en) * 2005-09-16 2010-02-09 Idatech, Llc Thermally primed hydrogen-producing fuel cell system
JP5140931B2 (ja) * 2006-02-21 2013-02-13 カシオ計算機株式会社 気化装置、気化装置を備えた燃料電池
CN101680680B (zh) * 2007-05-28 2012-07-04 松下电器产业株式会社 热电联供系统
JP5360452B2 (ja) * 2007-07-06 2013-12-04 ソニー株式会社 燃料電池および電子機器
JP4727642B2 (ja) * 2007-11-05 2011-07-20 本田技研工業株式会社 水素製造発電システムの運転方法
US20090199475A1 (en) * 2008-02-12 2009-08-13 Genesis Fueltech, Inc. Reformer and Method of Startup
US8697451B2 (en) * 2010-11-22 2014-04-15 Fuelcell Energy, Inc. Sulfur breakthrough detection assembly for use in a fuel utilization system and sulfur breakthrough detection method
JP5792666B2 (ja) 2012-03-12 2015-10-14 アイシン精機株式会社 燃料電池システム
US9327261B2 (en) * 2013-12-04 2016-05-03 L'Air Liquide Société Anonyme Pour L'Étude Et L'Exploitation Des Procedes Georges Claude Apparatus for decreasing SMR tube temperature
CN108615915A (zh) * 2018-04-08 2018-10-02 江苏理工学院 一种应用于消防车的氢燃料电池供水供能系统
CN113495584A (zh) * 2020-04-01 2021-10-12 北京福田康明斯发动机有限公司 一种水量监测控制系统及氢空一体机
US11316180B2 (en) 2020-05-21 2022-04-26 H2 Powertech, Llc Hydrogen-producing fuel cell systems and methods of operating hydrogen-producing fuel cell systems for backup power operations

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7595A (en) * 1850-08-27 Coal-stove for roasting
US2248A (en) * 1841-09-11 Window-fastening
US5229102A (en) * 1989-11-13 1993-07-20 Medalert, Inc. Catalytic ceramic membrane steam-hydrocarbon reformer
JPH05275103A (ja) 1992-03-27 1993-10-22 Osaka Gas Co Ltd 燃料電池発電装置の起動方法及び起動装置
JPH1064570A (ja) 1996-08-22 1998-03-06 Tokyo Gas Co Ltd リン酸型燃料電池の起動方法
JP3129670B2 (ja) * 1997-02-28 2001-01-31 三菱電機株式会社 燃料改質装置
US20020007595A1 (en) 1997-06-24 2002-01-24 Uli Maier-Roeltgen Method for reforming hydrocarbons autothermally
US6562088B2 (en) 1998-09-09 2003-05-13 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for operating a hydrogen generating apparatus
JP3734966B2 (ja) 1998-09-09 2006-01-11 松下電器産業株式会社 水素発生装置
JP4174869B2 (ja) 1998-09-22 2008-11-05 松下電工株式会社 改質装置
TW496010B (en) * 2000-03-23 2002-07-21 Sanyo Electric Co Solid high molcular type fuel battery
JP3702752B2 (ja) * 2000-05-30 2005-10-05 日産自動車株式会社 移動体用燃料電池システムおよびその制御方法
KR20020048972A (ko) * 2000-08-25 2002-06-24 모리시타 요이찌 수소발생장치
JP3698971B2 (ja) 2000-09-14 2005-09-21 東京瓦斯株式会社 固体高分子型燃料電池用改質器の起動及び停止方法
JP4728475B2 (ja) * 2000-11-06 2011-07-20 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
JP4024470B2 (ja) 2000-11-14 2007-12-19 東京瓦斯株式会社 固体高分子形燃料電池用改質器の停止方法
JP2002179401A (ja) * 2000-12-11 2002-06-26 Toyota Motor Corp 水素ガス生成システムの運転停止方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202015007876U1 (de) 2015-11-12 2015-12-07 Dbi Gas- Und Umwelttechnik Gmbh Kompaktreformer zur Herstellung eines wasserstoffhaltigen Gases aus Flüssiggas

Also Published As

Publication number Publication date
KR20030077426A (ko) 2003-10-01
EP1350760A1 (de) 2003-10-08
DE60311029D1 (de) 2007-02-22
EP1350760B1 (de) 2007-01-10
CN1324748C (zh) 2007-07-04
US7195657B2 (en) 2007-03-27
CN1447471A (zh) 2003-10-08
US20030198844A1 (en) 2003-10-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60311029T2 (de) System zur Erzeugung von Wasserstoff und damit betriebene Brennstoffzelle
EP0831055B1 (de) Zentrale Heizvorrichtung für ein Gaserzeugungssystem
EP1819432B1 (de) Verfahren zum regenerieren eines reformers
EP0924163A2 (de) Verfahren zur Wasserdampfreformierung eines Kohlenwasserstoffs oder Kohlenwasserstoffderivats, damit betreibbare Reformierungsanlage und Brennstoffzellen-Betriebsverfahren
DE19825772A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Umwandeln von Brennstoff und Brennstoffzellensystem mit einer darin vorgesehenen Brennstoffwandlungsvorrichtung
DE60130401T2 (de) Brennstoffzellensystem
DE10062257B4 (de) Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems
DE69935884T2 (de) Steuerungsgerät für Reformer and Verfahren zur Steuerung eines Reformers unter Anwendung eines Steuerungsgeräts
DE19840216A1 (de) Reformierungseinrichtung für eine Brennstoffzelle
DE69933428T2 (de) Kontrolvorrichtung für eine Reformierungsvorrichtung von Kraftstoff
DE69936623T2 (de) Einrichtung und Methode zur Reduktion von Kohlenstoffmonoxid
DE10142578A1 (de) System zum Erzeugen elektrischer Energie und Verfahren zum Betreiben eines Systems zum Erzeugen elektrischer Energie
DE102017001564B4 (de) Verfahren zum Starten einer Brennstoffzellenanordnung und Brennstoffzellenanordnung
DE10393133T5 (de) Brennstoffsteuerung für Brennstoffaufbereitungsdampferzeugung in Niedertemperatur-Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlage
EP1753061B1 (de) Verfahren zum Starten einer Brennstoffzellenanlage
EP2027061A1 (de) Verfahren zum regenerieren eines reformers
AT520976B1 (de) Wärmetauscher für ein Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems
WO2019210346A2 (de) Brennstoffzellensystem sowie verfahren zum betreiben eines brennstoffzellensystems
DE102008027292A1 (de) Brennstoffzellensystem und damit ausgestattetes Kraftfahrzeug
DE102007033150B4 (de) Betriebsverfahren für ein Brennstoffzellensystem
WO2008128510A1 (de) Zweistufiger reformer und verfahren zum betreiben eines reformers
DE102008004291A1 (de) Brennstoffzellenanlage sowie Steuerungsvorrichtung und Betriebsverfahren hierfür
EP1255692A1 (de) Verfahren zum verdampfen und/oder überhitzen eines brennstoffs
DE19717067C2 (de) Reformierungsreaktoranlage, insbesondere zur Wasserdampfreformierung von Methanol
AT524859B1 (de) Brennkraftsystem mit einem Verbrennungsmotor

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: PANASONIC CORP., KADOMA, OSAKA, JP