EP2035133A1 - Baugruppe zur erzeugung eines wasserstoffhaltigen gases - Google Patents

Baugruppe zur erzeugung eines wasserstoffhaltigen gases

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EP2035133A1
EP2035133A1 EP07725255A EP07725255A EP2035133A1 EP 2035133 A1 EP2035133 A1 EP 2035133A1 EP 07725255 A EP07725255 A EP 07725255A EP 07725255 A EP07725255 A EP 07725255A EP 2035133 A1 EP2035133 A1 EP 2035133A1
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EP
European Patent Office
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fuel
heat exchanger
assembly according
heating element
reforming device
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07725255A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Rusch
Marco Ranalli
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Faurecia Emissions Control Technologies Germany GmbH
Original Assignee
ArvinMeritor Emissions Technologies GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by ArvinMeritor Emissions Technologies GmbH filed Critical ArvinMeritor Emissions Technologies GmbH
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    • C01B2203/1614—Controlling the temperature
    • C01B2203/1619—Measuring the temperature

Definitions

  • the invention relates to an assembly for producing a hydrogen-containing gas.
  • Hydrogen-containing gas there are various possible uses, such as in a fuel cell, as fuel for an internal combustion engine or for regeneration of an exhaust gas purification system, such as an NGySpeicher catalyst or particulate filter in the exhaust system of a diesel or lean mixture engine.
  • Hydrogen-containing gas may be generated from a fuel-air mixture by means of a reformer (eg, a so-called POX catalyst or an autothermal reformer) by decomposing the mixture into a hydrogen-enriched gas in a catalyst of the reformer.
  • a reformer eg, a so-called POX catalyst or an autothermal reformer
  • the invention provides an assembly for generating a hydrogen-containing gas, which is characterized by a particularly low energy consumption.
  • an assembly for producing a hydrogen-containing gas comprising a reforming device with a fuel supply and a gas supply, an evaporation unit arranged upstream of a catalyst of the reforming device with a heating element arranged in a chamber for evaporating fuel, wherein the steam in the Gas flow is passed, as well as a chamber upstream preheater for the fuel in the form of a heat exchanger.
  • the fuel is mainly heated by the heat exchanger or even completely evaporated and the heating element used only when needed, such as in a startup phase of the internal combustion engine or the reforming device, in which the heat exchanger can provide no or not the required energy.
  • the energy already existing in the system is primarily used, only in case of need is the additional heating element used.
  • the gas supply is in particular an air supply.
  • the heating element is an electrical heating element, in particular a glow plug. This is available as a mass-produced particularly favorable.
  • the heat exchanger is exposed according to one embodiment of the gas flow through which the reforming device. It can the
  • Heat exchanger may be positioned in the reformer itself or downstream of the reforming device at a suitable location in the hydrogen-containing gas stream, ie in the exhaust gas of the reforming device.
  • the heat exchanger is downstream of the catalyst in the
  • Reforming device or positioned in the catalyst, which is e.g. is a partial oxidation catalyst (POX).
  • POX partial oxidation catalyst
  • the heat exchanger can also be positioned in the area of this fuel cell, especially upstream of a cold fuel cell or downstream of a hot fuel cell.
  • the heat exchanger is preferably positioned in the associated exhaust gas line of an internal combustion engine.
  • the heat exchanger can be arranged at any point where the required energy is available.
  • At least one control device is provided which controls the heating element for dispensing the amount of heat still necessary for evaporation, in particular as a function of fuel mass flow and temperature. This results in a particularly efficient system. If the heating element is an electrical heating element, the control device controls its power supply.
  • a temperature sensor should be provided, which is coupled to the control device, wherein based on the data detected by the temperature sensor, the amount of heat is determined, which still has to be supplied to the fuel.
  • an ignition device for the reforming device supplied fuel-air mixture is provided between the evaporation unit and the reforming device.
  • the ignition device may be, for example, a spark plug, an arc or a ceramic glow plug (MIMS).
  • FIG. 1 is a schematic representation of an assembly according to the invention for producing a hydrogen-containing gas
  • FIG. 2 shows a perspective view of the heating device for the fuel designed as an intermediate flange insert.
  • An assembly 10 for generating a hydrogen-containing gas comprises a reforming device 12, the gas supply 14 in the form of a
  • Air supply and a fuel supply 16 has.
  • an evaporation unit 18 is arranged, which has an in a chamber 20 positioned electrical heating element 22, here a glow plug.
  • a ceramic glow plug MIMS
  • the evaporation unit 18 is thus with respect to the
  • Reforming device 12 by flowing gas flow upstream of a
  • Catalyst 26 of the Reformierungsemcardi 12 which is in particular a partial oxidation catalyst (POX).
  • a preheater for the fuel in the form of a heat exchanger 24, which in the embodiment shown is positioned in the reformer 12 downstream of the catalytic converter 26.
  • the heat exchanger 24 is thus exposed to the gas stream which flows through the reforming device 12. Notwithstanding the arrangement shown, the heat exchanger 24 may also be positioned in the region of a fuel cell downstream of the reforming device 12. If the assembly 10 according to the invention is used in combination with an internal combustion engine, be it to provide hydrogen-enriched fuel for the internal combustion engine or to generate a reducing agent for the regeneration of an associated emission control system, the heat exchanger 24 may also be positioned in the region of the internal combustion engine, in particular in the internal combustion engine exhaust system.
  • control device 28 which with a
  • Temperature sensor 30 is arranged, which is arranged between the heat exchanger 24 and the heating element 22 in the fuel supply 16.
  • the reforming device 12 is supplied via the gas supply 14 (possibly preheated) fresh air and the fuel supply 16 (or the evaporation unit 18) vaporous fuel, which are mixed together.
  • the catalytic converter 26 a partial oxidation of the fuel takes place, in which hydrogen is released.
  • the evaporation of the initially liquid fuel takes place for the most part in the heat exchanger 24, wherein in the Control device 28 on the basis of the temperature sensor 30 detected data and in dependence on the mass flow in the fuel supply 16, the amount of heat is determined, which is possibly still necessary for complete evaporation of the fuel.
  • control device 28 controls a power supply of the heating element 22; the fuel reaching the chamber 20 in the liquid state is then completely evaporated by the heating element 22 before it enters the reforming device 12.
  • the evaporation unit 18 is therefore used in particular in a cold start phase of the reforming device 12.
  • an ignition device 32 for the fuel-air mixture such as a spark plug, can optionally be provided between the evaporation unit 18 and the reforming device 12 (or the catalytic converter 26) , an electric arc or a ceramic glow plug.
  • the reforming device may be a so-called autothermal reformer which, in addition to a partial oxidation section, has a steam reforming section and a steam feed.
  • a coiled in the warm air flow, coiled heat exchanger 24 heats the fuel.
  • the air flow in turn can e.g. be heated by the energy downstream of the reforming device or the fuel cell or the catalyst via further heat exchangers.
  • the embflanscheinsatz 34 may possibly also the reforming device 12 are integrated.

Abstract

Eine Baugruppe zur Erzeugung eines wasserstoffhaltigen Gases umfaßt eine Reformierungseinrichtung (12) mit einer Kraftstoffzufuhr (16) und einer Gaszufuhr (14), eine bzgl. des Gasstromes stromaufwärts eines Katalysators (26) der Reformierungseinrichtung (12) angeordnete Verdampfungseinheit (18) mit einem in einer Kammer (20) angeordneten Heizelement (22) zum Verdampfen von Kraftstoff, wobei der Dampf in den Gasstrom geleitet wird, sowie eine der Kammer (20) vorgeschaltete Vorheizeinrichtung für den Kraftstoff in Form eines Wärmetauschers (24).

Description

Baugruppe zur Erzeugung eines Wasserstoff haltigen Gases
Die Erfindung betrifft eine Baugruppe zur Erzeugung eines wasserstoff- haltigen Gases.
Für wasserstoffhaltiges Gas gibt es unterschiedlichste Verwendungsmög- lichkeiten, etwa in einer Brennstoffzelle, als Kraftstoff für eine Brennkraftmaschine oder zur Regeneration eines Abgasreinigungssystems, etwa eines NGySpeicherkatalysators oder Partikelfilters in der Abgasanlage eines Dieseloder Magergemischmotors. Wasserstoffhaltiges Gas kann mittels einer Reformierungseinrichtung (beispielsweise einem sogenannten POX-Katalysator oder einem autothermen Reformer) aus einem Kraftstoff-Luft-Gemisch erzeugt werden, indem das Gemisch in einem Katalysator der Reformierungseinrichtung in ein mit Wasserstoff angereichertes Gas zerlegt wird.
Dabei hat es sich als ungünstig herausgestellt, der Reformierungseinrichtung den Kraftstoff direkt in flüssiger Form zuzuführen, da in diesem Fall die in der Reformierungseinrichtung herrschende Temperatur aufgrund der für die Verdampfung des Kraftstoffs nötigen thermischen Energie zumindest in einem Eintrittsbereich der Flüssigkeit stark abfällt. Unter Umständen reicht die von der Reformierungseinrichtung zur Verfügung gestellte Energiemenge nicht aus, um den Kraftstoff vor Eintritt in den Katalysator (auch als Reaktionskammer oder Reaktor bezeichnet) vollständig zu verdampfen und somit eine gute Durchmischung mit der Luft zu erzielen. Besonders in einer Startphase muß deshalb die Reformierungseinrichtung vorgeheizt werden, bevor der Kraftstoff eingebracht werden kann. Eine weitere bekannte Lösung besteht darin, den Kraftstoff grundsätzlich außerhalb des Katalysators der Reformierungseinrichtung mit Hilfe einer externen Wärmequelle zu verdampfen, wodurch aber der Energieverbrauch steigt.
Demgegenüber schafft die Erfindung eine Baugruppe zur Erzeugung eines wasserstoffhaltigen Gases, die sich durch einen besonders geringen Energieverbrauch auszeichnet. Erfindungsgemäß ist hierzu eine Baugruppe zur Erzeugung eines wasserstoffhaltigen Gases vorgesehen, mit einer Reformierungseinrichtung mit einer Kraftstoffzufuhr und einer Gaszufuhr, einer bezüglich des Gasstromes stromaufwärts eines Katalysators der Reformierungseinrichtung angeordneten Verdampfungseinheit mit einem in einer Kammer angeordneten Heizelement zum Verdampfen von Kraftstoff, wobei der Dampf in den Gasstrom geleitet wird, sowie einer der Kammer vorgeschalteten Vorheizeinrichtung für den Kraftstoff in Form eines Wärmetauschers. Hierbei wird der Kraftstoff hauptsächlich mit Hilfe des Wärmetauschers erwärmt bzw. sogar vollständig verdampft und das Heizelement lediglich bei Bedarf verwendet, etwa in einer Startphase des Verbrennungsmotors oder der Reformierungseinrichtung, in der der Wärmetauscher keine oder nicht die benötigte Energie liefern kann. Auf diese Weise wird in erster Linie die im System bereits vorhandene Energie genutzt, nur im Bedarfsfall kommt das zusätzliche Heizelement zum Einsatz.
Bei der Gaszufuhr handelt es sich insbesondere um eine Luftzufuhr.
Vorzugsweise ist das Heizelement ein elektrisches Heizelement, insbesondere eine Glühkerze. Diese ist als Massenartikel besonders günstig verfügbar.
Der Wärmetauscher ist gemäß einer Ausführungsform dem Gasstrom ausgesetzt, der die Reformierungseinrichtung durchströmt. Dabei kann der
Wärmetauscher in der Reformierungseinrichtung selbst positioniert sein oder aber stromabwärts der Reformierungseinrichtung an einer geeigneten Stelle im wasserstoffhaltigen Gasstrom, also im Abgas der Reformierungseinrichtung.
Ebenso ist es denkbar, den Wärmetauscher stromaufwärts der Reformierungs- einrichtung zu positionieren, etwa im vorgeheizten Luftstrom.
Vorzugsweise ist der Wärmetauscher stromabwärts des Katalysators in der
Reformierungseinrichtung oder im Katalysator positioniert, bei dem es sich z.B. um einen partiellen Oxidationskatalysator (POX) handelt. Bei beiden
Anordnungen wird die bei der Reaktion freigesetzte Energie zur Verdampfung des der Reformierungseinrichtung zuzuführenden Kraftstoffs genutzt.
Wenn der Reformierungseinrichtung eine Brennstoffzelle nachgeschaltet ist, kann der Wärmetauscher auch im Bereich dieser Brennstoffzelle positioniert sein, insbesondere stromaufwärts einer kalten Brennstoffzelle oder stromabwärts einer heißen Brennstoffzelle.
Bei Verwendung des wasserstoffhaltigen Gases zur Regeneration eines Abgasreinigungssystems ist der Wärmetauscher bevorzugt im zugehörigen Abgasstrang einer Verbrennungskraftmaschine positioniert.
Allgemein gilt aber, daß der Wärmetauscher an jeder beliebigen Stelle angeordnet sein kann, an der die benötigte Energie verfügbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist wenigstens eine Steuereinrichtung vorgesehen, die das Heizelement zur Abgabe der zur Verdampfung noch notwendigen Wärmemenge steuert, insbesondere in Abhängigkeit von Kraftstoffmassenstrom und -temperatur. Auf diese Weise ergibt sich ein besonders effizientes System. Handelt es sich bei dem Heizelement um ein elektrisches Heizelement, so steuert die Steuereinrichtung dessen Stromzufuhr.
Zwischen Wärmetauscher und Heizelement sollte ein Temperatursensor vorgesehen sein, der mit der Steuereinrichtung gekoppelt ist, wobei auf Basis der vom Temperatursensor erfaßten Daten die Wärmemenge ermittelt wird, die dem Kraftstoff noch zugeführt werden muß.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist zwischen der Verdampfungseinheit und der Reformierungseinrichtung eine Zündeinrichtung für die der Reformierungseinrichtung zugeführte Kraftstoff-Luft-Mischung vorgesehen. Bei der Zündeinrichtung kann es sich beispielsweise um eine Zündkerze, einen Lichtbogen oder einen keramischen Glühstift (MIMS) handeln.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der beigefügten Zeichnung. In dieser zeigt:
- Figur 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Baugruppe zur Erzeugung eines wasserstoffhaltigen Gases und
- Figur 2eine perspektivische Ansicht der als Zwischenflanscheinsatz ausgebildeten Aufheizeinrichtung für den Brennstoff. Eine Baugruppe 10 zur Erzeugung eines Wasserstoff haltigen Gases umfaßt eine Reformierungseinrichtung 12, die eine Gaszufuhr 14 in Form einer
Luftzufuhr sowie eine Kraftstoffzufuhr 16 aufweist. In der Kraftstoffzufuhr 16 ist eine Verdampfungseinheit 18 angeordnet, die ein in einer Kammer 20 positioniertes elektrisches Heizelement 22, hier eine Glühkerze, aufweist.
Alternativ kann als Heizelement 22 ein keramischer Glühstift (MIMS) eingesetzt werden. Die Verdampfungseinheit 18 befindet sich also bezüglich des die
Reformierungseinrichtung 12 durchströmenden Gasstroms stromaufwärts eines
Katalysators 26 der Reformierungsemrichtung 12, bei dem es sich insbesondere um einen partiellen Oxidationskatalysator (POX) handelt.
Der Kammer 20 vorgeschaltet ist eine Vorheizeinrichtung für den Kraftstoff in Gestalt eines Wärmetauschers 24, der bei der gezeigten Ausführungsform in der Reformierungseinrichtung 12 stromabwärts des Katalysators 26 positioniert ist. Der Wärmetauscher 24 ist somit dem Gasstrom ausgesetzt, der die Reformierungseinrichtung 12 durchströmt. Abweichend von der gezeigten Anordnung kann der Wärmetauscher 24 auch im Bereich einer der Reformierungseinrichtung 12 nachgeschalteten Brennstoffzelle positioniert sein. Wird die erfindungsgemäße Baugruppe 10 in Kombination mit einer Verbrennungskraftmaschine verwendet, sei es zur Bereitstellung von wasserstoffangereichertem Brennstoff für die Verbrennungskraftmaschine oder zur Erzeugung eines Reduktionsmittels für die Regeneration eines zugehörigen Abgasreinigungssystems, so kann der Wärmetauscher 24 auch im Bereich der Verbrennungskraftmaschine positioniert sein, insbesondere in deren Abgasstrang.
Weiterhin ist eine Steuereinrichtung 28 vorgesehen, die mit einem
Temperatursensor 30 gekoppelt ist, der zwischen dem Wärmetauscher 24 und dem Heizelement 22 in der Kraftstoffzufuhr 16 angeordnet ist.
Im Betrieb wird der Reformierungseinrichtung 12 über die Gaszufuhr 14 (evtl. vorgeheizte) Frischluft und über die Kraftstoffzufuhr 16 (bzw. die Verdampf ungs- einheit 18) dampfförmiger Kraftstoff zugeführt, die miteinander vermischt werden. Im Katalysator 26 findet eine partielle Oxidation des Kraftstoffs statt, bei der Wasserstoff freigesetzt wird. Die Verdampfung des zunächst flüssigen Kraftstoffs erfolgt zu einem überwiegenden Teil im Wärmetauscher 24, wobei in der Steuereinrichtung 28 auf Basis der vom Temperatursensor 30 erfaßten Daten sowie in Abhängigkeit vom Massenstrom in der Kraftstoff zufuhr 16 die Wärmemenge ermittelt wird, die gegebenenfalls zur vollständigen Verdampfung des Kraftstoffs noch notwendig ist. In Abhängigkeit von der ermittelten Wärme- menge steuert die Steuereinrichtung 28 eine Stromversorgung des Heizelements 22; der die Kammer 20 im flüssigen Zustand erreichende Kraftstoff wird dann durch das Heizelement 22 vollständig verdampft, bevor er in die Reformierungs- einrichtung 12 eintritt. Die Verdampfungseinheit 18 kommt folglich insbesondere in einer Kaltstartphase der Reformierungseinrichtung 12 zum Einsatz.
Um die Reformierungseinrichtung 12 rasch auf Reaktionstemperatur zu bringen und/oder das System zu stabilisieren, kann optional zwischen der Verdampfungseinheit 18 und der Reformierungseinrichtung 12 (bzw. dem Katalysator 26) eine Zündeinrichtung 32 für das Kraftstoff-Luft-Gemisch vorgesehen sein, etwa eine Zündkerze, ein Lichtbogen oder ein keramischer Glühstift.
Abweichend von der gezeigten Ausgestaltung kann es sich bei der Reformierungseinrichtung um einen sogenannten autothermen Reformer handeln, der zusätzlich zu einem partiellen Oxidationsabschnitt einen Dampf- reformierungsabschnitt sowie eine Wasserdampfzufuhr aufweist.
Bei der Ausführungsform nach Figur 2 ist die Aufheizeinrichtung für den
Brennstoff in einen Zwischenflanscheinsatz 34 integriert. Ein in den warmen Luftstrom ragender, gewendelter Wärmetauscher 24 erwärmt den Kraftstoff. Der Luftstrom wiederum kann z.B. durch die Energie stromabwärts der Reformierungseinrichtung oder der Brennstoffzelle bzw. des Katalysators über weitere Wärmetauscher erwärmt werden. In den Zwischenflanscheinsatz 34 kann eventuell auch die Reformierungseinrichtung 12 integriert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Baugruppe zur Erzeugung eines wasserstoffhaltigen Gases, umfassend eine Reformierungseinrichtung (12) mit einer Kraftstoffzufuhr (16) und einer Gaszufuhr (14), eine bezüglich des Gasstromes stromaufwärts eines Katalysators (26) der
Reformierungseinrichtung (12) angeordnete Verdampfungseinheit (18) mit einem in einer Kammer (20) angeordneten Heizelement (22) zum Verdampfen von Kraftstoff, wobei der Dampf in den Gasstrom geleitet wird, sowie eine der Kammer (20) vorgeschaltete Vorheizeinrichtung für den Kraftstoff in Form eines Wärmetauschers (24).
2. Baugruppe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Gaszufuhr (14) um eine Luftzufuhr handelt.
3. Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Heizelement (22) um ein elektrisches Heizelement, insbesondere eine Glühkerze, handelt.
4. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (24) dem Gasstrom ausgesetzt ist, der die Reformierungseinrichtung (12) durchströmt.
5. Baugruppe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (24) in der Reformierungseinrichtung (12) positioniert ist.
6. Baugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (24) stromabwärts des Katalysators (26) in der Reformierungseinrichtung (12) positioniert ist.
7. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (24) im Bereich einer der
Reformierungseinrichtung (12) nachgeschalteten Brennstoffzelle positioniert ist.
8. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (24) im Abgasstrang einer Verbrennungskraftmaschine positioniert ist.
9. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Steuereinrichtung (28) vorgesehen ist, die die durch das Heizelement (22) abgegebene, zur Verdampfung noch notwendige Wärmemenge steuert, insbesondere in Abhängigkeit von Kraftstoffmassenstrom und -temperatur.
10. Baugruppe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperatursensor (30) zwischen Wärmetauscher (24) und Heizelement (22) vorgesehen ist, der mit der Steuereinrichtung (28) gekoppelt ist, wobei auf Basis der vom Temperatursensor (30) erfaßten Daten die Wärmemenge ermittelt wird.
11. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Verdampfungseinheit (18) und der Reformierungseinrichtung (12) eine Zündeinrichtung (32) vorgesehen ist.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100327231A1 (en) * 2009-06-26 2010-12-30 Noah Whitmore Method of producing synthesis gas
DE102012016561B4 (de) * 2012-08-22 2019-05-16 Airbus Defence and Space GmbH Luftfahrzeug-Brennstoffzellensystem sowie Verwendung desselben
CN105873854B (zh) 2013-11-06 2019-02-05 瓦特燃料电池公司 使用钙钛矿作为其结构组分的重整器
MX352227B (es) 2013-11-06 2017-11-15 WATT Fuel Cell Corp Reformadores cpox de combustible liquido y metodo de reformacion cpox.
CA3048570C (en) 2013-11-06 2023-10-03 WATT Fuel Cell Corp Liquid fuel cpox reformer and fuel cell systems, and methods of producing electricity
CN105706282B (zh) 2013-11-06 2018-05-01 瓦特燃料电池公司 气态燃料cpox重整器和cpox重整方法
EP3065857B1 (de) 2013-11-06 2022-06-08 Watt Fuel Cell Corp. Integrierter cpox-reformer für brenngas und brennstoffzellensysteme sowie verfahren zur erzeugung von strom
JP6357242B2 (ja) 2013-11-06 2018-07-11 ワット・フューエル・セル・コーポレイションＷａｔｔ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｃｏｒｐ． 化学反応器へのガス状反応媒体の流れの管理のためのマニフォルドを備える燃料触媒部分酸化改質反応器
WO2015198186A1 (en) * 2014-06-23 2015-12-30 Tubitak An autothermal reformer reactor and a feeding system thereof

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3196549B2 (ja) 1995-01-09 2001-08-06 株式会社日立製作所 燃料改質装置を備えた発電システム
US20020108306A1 (en) * 2001-02-12 2002-08-15 Grieve Malcolm James Reformer controls
EP1473794A4 (de) * 2002-02-05 2009-10-28 Tokyo Gas Co Ltd Brenstoffzellensystem des festoxidtyps
US7037349B2 (en) 2002-06-24 2006-05-02 Delphi Technologies, Inc. Method and apparatus for fuel/air preparation in a fuel cell
JP4457559B2 (ja) 2003-01-09 2010-04-28 日産自動車株式会社 燃料蒸発装置
US20070113476A1 (en) 2005-11-21 2007-05-24 Thomas Stephen M Fuel reformer and method of using the same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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