DE69105392T2 - Elektrochemische Zellen enthaltender Apparat mit Wärmeaustausch von verbranntem Abgas und Ventilen um die Zusammensetzung des reformierbaren Brennstoffes mengenmässig zu regeln. - Google Patents

Elektrochemische Zellen enthaltender Apparat mit Wärmeaustausch von verbranntem Abgas und Ventilen um die Zusammensetzung des reformierbaren Brennstoffes mengenmässig zu regeln.

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Description

  • Diese Erfindung bezieht sich auf eine elektrochemische Vorrichtung, die eine Vielzahl von elektrochemischen Zellen enthält, die je eine äußere Brennstoffelektrode haben, die von einer Mischung aus frischem Zufuhrbrennstoff und rezirkuliertem verbrauchten Brennstoff kontaktiert werden kann, wobei die Mischung Wasserdampf enthält und durch ein reformierendes Material gehen kann, bevor sie die Brennstoffelektroden kontaktiert, wo rezirkuliertes, verbranntes Auslaßgas das Reformierungsmaterial umgibt und erhitzt, und frischer Zufuhrbrennstoff und und rezirkulierter verbrauchter Brennstoff durch Ventilsystemsteuerungen vor dem Kontakt mit den Zellen genau gemischt werden kann.
  • Festoxidelektrolyten-Brennstoffzel lengeneratorvorrichtungen und Brennstoffzellenkonfigurationen hoher Temperatur sind wohlbekannt. Zufuhrbrennstoff, entweder H&sub2;+CO, oder vorher reformiertes natürliches Gas wird dort an einem Ende in die Vorrichtung gebracht, und fließt parallel zu den äußeren Brennstoffelektrodenoberflächen der langgestreckten Brennstoffzellen. Verbrauchter Brennstoff wird mit verbrauchtem Oxidationsmittel in einer getrennten Kammer verbrannt, und verläßt die Vorrichtung dann.
  • Andere Gestaltungen von Brennstoffzellengeneratorvorrichtungen hoher Temperatur sind bekannt, in denen verbrauchter Brennstoff rezirkuliert wird, und in frischen, vorgewärmten Zufuhrbrennstoff in der Mitte der Vorrichtung abgesaugt wird, bei anscheinenden Temperaturen von ungefähr 600ºC bis 800ºC, wobei die Mischung durch die Brennstoffzellen gebracht wird, wie in U.S. Patent Nr. 3718506 (Fischer et al.) gelehrt wird. Dort wird verbrauchter Brennstoff, der die Brennstoffzellen verläßt, mit frischem Zufuhrbrennstoff wie Propan bei einer Strahlpumpendüse gemischt, um vom einen Ende zum anderen der in Reihe geschalteten Brennstoffzellen zu fliessen. Diese Kombination aus verbrauchtem Brennstoff mit frischem Brennstoff verhindert Rußbildung innerhalb der Zellen. Zusätzlicher verbrauchter Brennstoff mischt sich mit verbrauchter Luft und fließt um und durch eine katalytische Nachbrennerstruktur, die die Brennstoffzellen zur vollständigen Verbrennung umgibt, die die Brennstoffzellen erhitzt, was wirksamen Betrieb bei ungefähr 800ºC gestattet. In U.S. Patent Nr. 4729931 (Grimble) werden verbrauchter Brennstoff und verbrannter Brennstoff gemischt, und dann in frischen Zufuhrbrennstoff bei einer Auswurfsvorrichtungsdüse in einer inneren Kammer der Generatorvorrichtung gezogen. Die ganze Mischung durchquert dann ein Reformierungsmaterial, das in derselben Kammer wie die Auswurfvorrichtung angeordnet ist, um ein reformiertes Gas zu bilden, das zu Kontaktbrennstoffzellen in der Vorrichtung gebracht wird.
  • Um Abkühlung der Brennstoffzellen zu verhindern, wird in U.S. 4808491 (Reichner) eine andere Generatorgestalt gelehrt, in der ein verbranntes Auslaßgas von verbrauchtem Brennstoff und verbrauchtem Oxidationsmittel Eckenerhitzung in der Generatorvorrichtung liefert. Frischer Zufuhrbrennstoff wird dort in ein Verteilerrohr am Boden der Vorrichtung gebracht, wobei der Boden des Verteilerrohrs einen reformierenden Katalysator enthalten kann und von dem verbrannten Auslaß erhitzt werden kann. Der Zufuhrbrennstoff flieht dann parallel zu den äußeren Brennstoffelektrodenoberflächen der langgestreckten Brennstoffzellen. Der frische Zufuhrbrennstoff wird nicht mit irgendwelchen verbrauchten Gasen gemischt.
  • Natürliches Gas (Methan plus Ethan, Propan, Butan und Stickstoff) sind geeignete Brennstoffe für viele dieser Brennstoffzellenvorrichtungen. Dieses natürliche Gas muß reformiert werden, das heißt, in Kohlenmonoxid und Wasserstoff durch Benutzung eines Katalysators und überschüssigen Wasserdampfes umgewandelt werden, bevor es in der Brennstoffzelle benutzt wird. Die reformierende Reaktion ist endotherm, benötigt einen Wärmevorrat, und wird am besten bei Temperaturen in der Nähe von 900ºC durchgeführt. Die zur Reformierung benötigte Wärme ist ein bedeutender Bruchteil der überschüssigen Wärme, die sich vom Brennstoffzellenbetrieb ergibt.
  • Die Benutzung von rezirkuliertem verbrauchten Brennstoff, um Wasserdampf und CO&sub2; für frischen Zufuhrbrennstoff mittels einer Auswurfvorrichtung zu liefern, die von dein Eingangsdruck des frischen Brennstoffs betrieben wird, kann sich in mehreren Problemen ergeben. In vielen Fällen kann sich die Zusammensetzung des frischen Zufuhrbrennstoffs ändern, was Steuerung der Menge erfordert, die durch die Auswurfvorrichtung geht, und auch Steuerung der Menge des mit Wasserdampf beladenen verbrauchten Brennstoffs. Ein zu hoher Entzug von verbrauchtem Brennstoff bei der Auswurfvorrichtung wird auch das Nernst- Potential in einem bedeutenden Anteil der Erzeugungskammer der Vorrichtung reduzieren, und wird eine geringere Betriebsspannung oder schlechter als erwünschte Brennstoffnutzung ergeben.
  • Man benötigt daher eine Vorrichtung, die wirksamere Erhitzung von internem Refomierungsmaterial gestattet, und die Einschluß von verbrauchtem Brennstoff in dem frischen Zufuhrbrennstoff steuert.
  • BBC Nachrichten, Vol. 54, Nr 1/2, Januar 1972, pp. 4-12, 'High Temperature Fuel Cell Battery for The Conversion of Hydrocarbons' (Fischer et al) beschreibt eine axial langgestreckte Brennstoffzellenvorrichtung, wo verarmter Brennstoff, der aus H&sub2;O-Dampf und CO&sub2; besteht, von der Batteriekammer direkt an einer Mischungsdüse mit frischem Brennstoff gemischt wird, und die Mischung durch axial langgestreckte Rohre gegeben wird, die einen Katalysator enthalten, um die Mischung zu reformieren, wobei die Rohre, die den Katalysator enthalten, von dem Ausgangsrohr für verarmten Brennstoff beabstandet sind. Ein Oxidationsmittel wird durch Zufuhrrohre in das Innere der Brennstoffzellen gegeben, wo es verarmt wird, bevor es in das Wärmetauscherteil der Vorrichtung geht und dann austritt. Die Batteriekammer ist an dem Ende der Vorrichtung angeordnet, das von der Wärmetauschkammer und die den Katalysator reformierenden Rohren entfernt liegt.
  • Proceedings Electrochemical Society (Symposium on Fuel Cells, 6- 7 November 1989), Vol. 89, Nr. 14, pp. 106-117, 'Developments of a Commercially Practical Natural Gas Fueled SOFC Generator' (Shockling et al) beschreibt äußere und innere Reformierer für Brennstoffzellengeneratoren, wo Wasserdampffür die Reformierungsreaktion wesentlich ist. Verarmter Brennstoff, der Wasserdampf enthält, wird in einer inneren Reformierungsausführungsform zum Reformierer mit 56% des natürlichen Gases rezirkuliert, was den Bedarf nach einem getrennten Dampfgenerator überflüssig macht. Die verbleibenden 44% des verarmten Brennstoffs werden mit Oxidationsmittel reagiert und verlassen das System. Der Wärmegehalt des rezirkulierten Gases bedeckt den Wärmebedarf der Reformierung. Das Mischgerät und das Auswurfgerät liegen in der Vorrichtung.
  • Daher besteht die Erfindung aus einer axial langgestreckten elektrochemischen Vorrichtung mit folgendem: einem Einlaß für frischen gasförmigen Zufuhrbrennstoff; einem Einlaß für gasförmiges Oxidationsmittel; einem Rezirkulationskanal für gasförmigen verbrauchten Brennstoff, einem getrennten Ausgangskanal für heißes verbranntes Gas; einer Verbrennungskammer; einer Generatorkammer, die zwischen der Verbrennungskammer und einer Reformierungskammer angeordnet ist und eine Vielzahl von axial langgestreckten elektrochemischen Zellen enthält, wobei jede Zelle ein äußere Brennstoffelektrode und ein innere Brennstoffelektrode hat; und einer Reformierungskammer, die ein Reformierungsmaterial enthält; dadurch gekennzeichnet, dar der Rezirkulationskanal für verbrauchten Brennstoff von der Generatorkammer geht, um sich mit dem Einlaß für frischen Zufuhrbrennstoff bei einer Zirkulations- und Mischungsvorrichtung zu kombinieren, ein reformierbarer Brennstoffmischungskanal die Zirkulations- und Mischungsvorrichtung und eine getrennte Reformierungskammer miteinander verbindet, wobei die getrennte Reformierungskammer an die Generatorkammer angeschlossen ist, eine getrennte Verbrennungskammer geliefert wird, um verbrauchten Brennstoff und verbrauchtes Oxidationsmittel zu verbrennen, um heile verbrannte Gase zu liefern, und der getrennte Ausgangskanal für heißes verbranntes Gas an die Verbrennungskammer angeschlossen ist, und ein Teil des Ausgangskanals für heißes verbrauchtes Auslaßgas die Reformierungskammer umgibt, was gestattet, daß heißes Gas quer zur mittleren Achse der Reformierungskammer und der Vorrichtung fließt, und der Einlaß für frischen Zufuhrbrennstoff einen Umgehungskanal in den Rezirkulationskanal für gasförmigen verbrauchten Brennstoff hat, wobei der Umgehungskanal ein Ventilsystem hat, um Fluß von frischem Zufuhrbrennstoff zum Rezirkulationskanal für gasförmigen verbrauchten Brennstoff zu steuern.
  • Der hier benutzte Ausdruck "Brennstoffelektrode" meint die Elektrode in Kontakt mit Brennstoff, der hier benutzte Ausdruck "Luftelektrode" meint die Elektrode in Kontakt mit Luft oder Sauerstoff, und der hier benutzte Ausdruck "verbrauchter" Brennstoff, Oxidationsmittel oder Luft meint reagierten, verarmten Brennstoff oder reagiertes, verarmtes Oxidationsmittel oder Luft, die ungefähr 5% bis 18% Sauerstoff enthält. Der Ausdruck "verbrauchter" Brennstoff schliesst die Mischung von verbrauchtem Brennstoff, der mit verbrauchtem Oxidationsmittel oder Luft verbrannt wird, nicht ein, diese Mischung wird hier als "verbranntes Auslaßgas" definiert. Der hier benutzte Ausdruck "umgibt" meint wenigstens Umgehung und in Kontakt mit einem größeren Teil der Seite eines Behälters.
  • Benutzung von verbranntem Auslaßgas mit einer Temperatur von ungefähr 1000ºC als Hauptquelle thermischer Energie für die endotherme Reformierungsreaktion optimiert sich wieder herstellenden Wärmetausch in der Vorrichtung. Benutzung einer Ventilsystemsteuerung und Umgehung von frischer Zufuhrbrennstoffgasströmung gestattet Regulierung der Menge des verbrauchten Brennstoffs, der an der Zirkulations- und Mischvorrichung abgesaugt wird, und daher des Wasserdampfes und des Kohlenstoffdioxids in dem verbrauchten Brennstoff, das rezirkuliert wird. Der Rezirkulationsbruchteil wird von dem gewünschten Verhältnis von Sauerstoff zu Kohlenstoff in dem gemischten Brennstoffstrom vor Eingang in den Reformierer bestimmt. Die Kanäle, die das verbrannte Auslaßgas und die reformierbare Brennstoffmischung tragen, können mit der Reformierungskammer konzentrisch sein, wobei wärmeleitende Rippen einen sich wieder herstellenden Wärmetausch zwischen den beiden Gasströmen liefern.
  • Es werden nun, so daß die Erfindung deutlicher verstanden werden kann, konventionelle Ausführungsformen davon mit einem Beispiel beschrieben, mit Bezug auf die begleitende Zeichnung, die eine Seitenansicht im Schnitt einer Ausführungsform einer elektrochemischen Zellenvorrichtung nach dieser Erfindung ist, die Rezirkulation von verbranntem Auslaßgas zeigt, Mischung von verbrauchtem Brennstoff mit einkommendem frischen Zufuhrbrennstoff, und einen Umgehungskanal, um frischen Zufuhrbrennstoff direkt in den Rezirkulationskanal für gasförmigen verbrauchten Brennstof zu leiten.
  • Wenn man nun auf Figur 1 Bezug nimmt, dann wird eine elektrochemische Zellenvorrichtung oder -generator 10 gezeigt, der zwei Zellenbündel 12 und 14 enthält, wobei jedes Bündel eine Vielzahl von parallelen, axial langgestreckten elektrochemischen Zellen 16 wie Festoxidbrennstoffzellen enthält. Die Zellen sind in dem Generatorabteil oder -abschnitt 22 angeordnet. Jede Zelle hat eine äußere Brennstoffelektrode 18, die ihre axial langgestreckte Oberfläche bedeckt, zur Klarheit punktiert gezeigt, eine innere Luftelektrode, und einen Festoxidelektrolyten zwischen den Elektroden (Luftelektrode und Elektrolyt nicht gezeigt). Die Luftelektrode ist im allgemeinen ein dotiertes Keramikmaterial der Perowskitfamilie, zum Beispiel dotiertes LaMnO&sub3;, der Elektrolyt ist im allgemeinen mit Yttrium stabilisiertes Zirconiumdioxid, und die Brennstoffelektrode ist im allgemeinen ein Zirconiumdioxid-Nickelcermetmaterial. Für die Luftelektrode kann auch ein Träger aus mit Calciumoxid stablisiertem Zirconiumdioxid benutzt werden.
  • Die elektrochemische Zellenvorrichtung 10 wird bei einer Innentemperatur in einem Bereich von ungefähr 600ºC bis 1200ºC arbeiten. Ein äußeres Gehäuse 20 umgibt die ganze Vorrichtung. Ein inneres Gehäuse, nicht gezeigt, umgibt eine Vielzahl von
    • BEISPIEL
  • Zum Beispiel wird während des Betriebs ein gasförmiges Zufuhroxidationsmittel wie Luft durch den Oxidationsmittelzufuhreinlaß 30 gebracht, und tritt in die Oxidationsmittelzufuhrleitungen 42 bei einer Temperatur von ungefähr 500ºC bis 700ºC ein, und einem Druck über dem Luftdruck, es kann wahlweise erhitzt werden, bevor es in das Gehäuse durch konventionelle Mittel wie einen an ein Gebläse angeschlossenen Wärmetauscher eintritt. Das Oxidationsmittel in den Leitungen wird durch eine Verbrennungskammer 24 gegeben, wo es weiterhin auf eine Temperatur von ungefähr 800ºC bis 900ºC durch verbranntes Auslaßgas erhitzt wird. Das Oxidationsmittel flieht dann durch die Länge des Oxidationsmittelkreises, durch die Leitungen 42, die sich die innere Länge der Brennstoffzellen herunter erstrecken, es wird weiterhin auf ungefähr 1000ºC mittels Absorbierung des größten Teils der Hitze erhitzt, die während der elektrochemischen Reaktion erzeugt wird. Ein geringerer Bruchteil der Hitze wird von dem Brennstoff absorbiert.
  • Das Oxidationsmittel wird in den geschlossenen Endboden der Brennstoffzellen 16 entlassen. Das Oxidationsmittel in den Brennstoffzellen kehrt seine Richtung um, und reagiert elektrochemisch an der inneren Luftelektrode entlang der inneren aktiven Länge der Zellen, um einiges an Sauerstoff verarmt, während es sich den offenen Enden 44 der Zellen nähert. Das verarmte Oxidationsmittel wird dann in die Verbrennungskammer 24 durch die offenen Zellenenden 44 entlassen, und wird als verbrauchte Oxidationsmittelströme 35 gezeigt. Dieses verbrauchte Oxidationsmittel verbrennt mit verarmtem Brennstoff, wo Teil des gesamten verarmten Brennstoffs durch die poröse Schranke 34 wie durch Pfeile 36 gezeigt geht, um verbranntes Auslaßgas 47 zu bilden, das aus der Vorrichtung durch getrennte Ausgangskanäle 45 für verbranntes Auslaßgas austritt, schließlich als Auslaßgas E austritt. Die Kanäle 45 können aus einem Metall oder einer Legierung hergestellt sein, die hohen Temperaturen widerstehen.
  • In dieser Erfindung kann ein gasförmiger Brennstoff benutzt werden, der noch nicht reformiert worden ist, wie gasförmiger Kohlenwasserstoff, einschließlich Kohlenwasserstoffe wie Methan (CH&sub4;), Ethan (C&sub2;H&sub6;), Propan (C&sub3;H&sub8;), und dergleichen, verdampfte Petroleumbruchteile wie Naphtha, und Alkohole wie Ethylalkohol (C&sub2;H&sub5;OH), und dergleichen, und natürliches Gas, das heißt, eine Mischung von 85% Methan und 10% Ethan mit einem Rest von Propan, Butan und Stickstoff. Diese reformierbaren Brennstoffmedien F werden durch den Einlaß 28 für frischen Zufuhrbrennstoff in den Generator gebracht.
  • In dieser Erfindung geht ein großer Teil des heilen gasförmigen verbrauchten Brennstoffs, der entlang der axialen Länge der Zellen 16 gebildet wird, zu wenigstens einem Rezirkulationskanal 46 für verbrauchten Brennstoff, der aus einem Metall oder einer Legierung hergestellt sein kann, die hohen Temperaturen widerstehen. Ein anderes Teil des heilen verbrauchten Brennstoffs geht in die Verbrennungkammer 24, gezeigt als Pfeile 36, wie vorher beschrieben, um mit verbrauchter Luft zu verbrennen, gezeigt als Pfeile 35, und wärmt die Zufuhr für frisches Oxidationsmittel vor. Der Rezirkulationskanal 46 für verbrauchten Brennstoff geht von der Generatorkammer 22, um in den Einlaß für frischen Zufuhrbrennstoff gebracht zu werden und sich mit ihm an einer Zirkulations- und Mischungsvorrichtung 50 zu kombinieren, die irgendeine beim Stand der Technik bekannte Gestalt haben kann, zum Beispiel eine Auswurfvorrichtung, eine Strahlpumpe, eine Absaugvorrichtung oder dergleichen. Dieses gestattet Rezirkulation eines Teils des verbrauchten Brennstoffs, der in Kanal 46 gebracht wird, um sich mit dem frischen Zufuhrbrennstoff bei dem Mischer 50 zu mischen, um eine reformierbare Brennstoffmischung 51 zu liefern, die auf dem Weg zur Reformierungskammer 54 durch den Mischungskanal 64 für reformierbaren Brennstoff geht.
  • Die reformierbare Brennstoffmischung 51 wird wenigstens Wasserdampf (Dampf) und normalerweise auch H&sub2;, CO, und CO&sub2; enthalten, die alle von dem verbrauchten Brennstoff beigetragen werden, der in die Zirkulations-Mischungsvorrichtung 52 eintritt. Das Volumenverhältnis des verbrauchten Brennstoffs zu frischem Brennstoff wird vorzugsweise in dem Mischer 50 eingestellt, so daß ungefähr von 2 Volumenteile bis 5 Volumenteile Wasserdampf und CO&sub2; zu jedem Volumenteil von frischem Zufuhrbrennstoff zugegeben werden, wenn der Brennstoff natürliches Gas ist. Die Gegenwart von Wasserdampf plus eines reformierenden Katalysators, gewöhnlicherweise Ni, gestattet Umwandlung von gasförmigen Kohlenwasserstoffen in CO+H&sub2;, durch die folgende Reaktion: endotherme Reaktion (Nickelkatalysator)
  • Die reformierbare Brennstoffmischung 51 durchquert dann eine Reformierungskammer 54, die halb im Schnitt gezeigt ist, die Reformierungsmaterial 56 wie Nickel oder andere wohlbekannte nützliche Reformierungsmaterialien für Brennstoffgas enthält. Zum Beispiel kann ein Nickelsalz wie Nickelnitrat in ein auf Aluminium beruhendes Material imprägniert werden, und dann erhitzt werden, um das Nickeloxid zu bilden, und zu Nickel reduziert werden. Die in der Zeichnung gezeigte Gestalt für die Reformierungskammer 54 ist ein kreisförmiger Behälter, der von dem ringförmigen Teil 45' des Ausgangskanals für verbranntes Auslaßgas umgeben ist, was Wärmeübertragung von dem Kanalabschnitt 45' zur Kammer 54 gestattet. Der Kanalabschnitt 45' umgibt wie gezeigt die Seiten der Reformierungskammer 54 fast völlig, was axiale Verbrennungsgasströmung oder Strömung quer um die mittlere Achse der Kammer 54 gestattet, wie von Pfeil 60 gezeigt. Die mittlere Achse der Reformierungskammer würde parallel zu Pfeil 51 in der Zeichnung sein. Der Kanalabschnitt 45' könnte auch den Behälter 54 völlig umgeben.
  • Die von Pfeilen 58 gezeigte reformierte Brennstoffmischung geht nach Durchgang durch das reformierende Material 56 durch eine Reihe von offnungen, die die Reformierungskammer an die Generatorkammer anschliessen, und in den Generatorkammerteil 22 der Vorrichtung. Das Wärmeübertragungsoberflächengebiet des Kanals 45', das um die Peripherie der Reformierungskammer 54 geht, ist groß, daher wird genügend Gelegenheit zur Erhitzung des Reformierungsmaterials 56 geliefert.
  • Heißes verbranntes Auslaßgas von Kanal 45 erreicht Kanal 45' bei einer Temperatur von ungefähr 850ºC. Daher gestattet Kanal 45' in Kontakt mit der Reformierungskammer 54 sich wieder herstellende Wärmeübertragung zwischen dem Kanal und der Kammer. Ein Auslaßkanalumgehungskanal (nicht gezeigt) kann benutzt werden, um die Auslaßgasströmung durch Kanal 45' einzustellen, so daß die Brennstofftemperatur beim Eingang zur Generatorkammer 22 gesteuert werden kann. Dieses kann eine gleichförmigere Zellentemperatur in der erzeugenden Kammer 22 herstellen. Mit Bezug auf den Reformierer 54 kann etwas innere Reformierung der reformierbaren Brennstoffmischung benutzt werden. Katalytisches Reformierungsmaterial kann in der Generatorkammer auf oder neben Zellen oder anderswo in der Generatorkammer verteilt werden. Nickelfaserfilze 40, oder die Nickelcermetoberfläche 18 der Brennstoffzellen kann benutzt werden, um die Menge des Reformierungsmaterials 56 relativ gering zu halten.
  • Zusätzlich hat der Einlaß 28 für frischen Zufuhrbrennstoff einen oder mehrere Umgehungskanäle 62, so daß die frische Brennstoffzufuhr das absaugende Teil der Vorrichtung umgehen kann, und wie gezeigt direkt in den Auslaßkanal 46 für gasförmigen verbrauchten Brennstoff fliessen kann. Jeder Umgehungskanal 62 hat ein geeignetes Ventilsystemmittel oder ein anderes Meßmittel, wie gezeigt, um die Strömung von frischem Zufuhrbrennstoff in den Rezirkulationskanal für gasförmigen verbrauchten Brennstoff zu steuern. Dieses gestattet Steuerung der Menge des verbrauchten Brennstoffgases, das durch Kanal 46 in die Mischungsvorrichtung 50 rezirkuliert wird. Die Vorrichtung 50 wird normalerweise eine Düse enthalten, von der frischer Zufuhrbrennstoff mit hoher Geschwindigkeit austreten wird, dabei das verbrauchte Brennstoffgas von Kanal 46 mitführen und zirkulieren wird. Die Menge der Umgehungsströmung durch jeden Kanal 62 kann durch Ventil V geändert werden, was Reduzierung der Menge von verbrauchtem Brennstoffgas, und daher Wasserdampf, gestattet, der in der Vorrichtung 50 mitgeführt wird, um sicherzustellen, dar ein geeignetes H&sub2;O:gasförmigem Kohlenwasserstoff- oder O:C-Verhältnis bei verschiedenen Betriebszuständen erreicht wird. Ein bevorzugtes Volumenverhältnis von H&sub2;O:frischem Zufuhrbrennstoff ist von ungefähr (1,2:1) bis (3:1) für natürlichen Gasbrennstoff.

Claims (7)

1. Axial langgestreckte elektrochemische Vorrichtung (10) mit folgendem: einem Einlaß für frischen gasförmigen Zufuhrbrennstoff; einem Einlaß für gasförmiges Oxidationsmittel; einem Rezirkulationskanal (46) für gasförmigen verbrauchten Brennstoff, einem getrennten Ausgangskanal (45) für heißes verbranntes Gas; einer Verbrennungskammer (24); einer Generatorkammer (22), die zwischen der Verbrennungskammer und einer Reformierungskammer (54) angeordnet ist und eine Vielzahl von axial langgestreckten elektrochemischen Zellen enthält, wobei jede Zelle ein äußere Brennstoffelektrode und ein innere Brennstoffelektrode hat; und einer Reformierungskammer (54), die ein Reformierungsmaterial enthält; dadurch gekennzeichnet, daß der Rezirkulationskanal (46) für verbrauchten Brennstoff von der Generatorkammer geht, um sich mit dem Einlaß für frischen Zufuhrbrennstoff bei einer Zirkulations- und Mischungsvorrichtung (50) zu kombinieren, ein reformierbarer Brennstoffmischungskanal (64) die Zirkulations- und Mischungsvorrichtung (50) und eine getrennte Reformierungskammer (54) miteinander verbindet, wobei die getrennte Reformierungskammer (54) an die Generatorkammer (22) angeschlossen ist, eine getrennte Verbrennungskammer (24) geliefert wird, um verbrauchten Brennstoff und verbrauchtes Oxidationsmittel zu verbrennen, um heile verbrannte Gase zu liefern, und der getrennte Ausgangskanal (45) für heißes verbranntes Gas an die Verbrennungskammer (24) angeschlossen ist, und ein Teil des Ausgangskanals (45) für heißes verbrauchtes Auslaßgas die Reformierungskammer (54) umgibt, was gestattet, daß heißes Gas quer zur mittleren Achse der Reformierungskammer und der Vorrichtung fließt, und der Einlaß (28) für frischen Zufuhrbrennstoff einen Umgehungskanal (62) in den Rezirkulationskanal (46) für gasförmigen verbrauchten Brennstoff hat, wobei der Umgehungskanal ein Ventilsystem (V) hat, um Flug von frischem Zufuhrbrennstoff zum Rezirkulationskanal (46) für gasförmigen verbrauchten Brennstoff zu steuern.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern in einem Metallgehäuse liegen, das mit Isolierung verkleidet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrochemischen Zellen Brennstoffzellen sind, die Luftelektrode dotiertes LaMnO&sub3; enthält, der Elektrolyt mit Yttrium stabilisiertes Zirconiumdioxid ist, und die Brennstoffelektrode eine Zirconiumdioxid-Nickelcermetmaterial enthält.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkulations- und Mischungsvorrichtung ein Auswurfmechanismus ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das katalytische Reformierungsmaterial auch in der Generatorkammer auf oder neben den Zellen oder woanders in der Generatorkammer verteilt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeleitenden Rippen an den Kontaktpunkten des Ausgangskanals für das heile verbrannte Auslaßgas und der Reformierungskammer vorhanden sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem gasförmigen Oxidationsmittel und einem frischen gasförmigen Zufuhrbrennstoff arbeitet.
DE69105392T 1990-07-25 1991-07-18 Elektrochemische Zellen enthaltender Apparat mit Wärmeaustausch von verbranntem Abgas und Ventilen um die Zusammensetzung des reformierbaren Brennstoffes mengenmässig zu regeln. Expired - Fee Related DE69105392T2 (de)

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