EP2041821A1 - Fuel cell system comprising a reformer and an afterburner - Google Patents

Fuel cell system comprising a reformer and an afterburner

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Publication number
EP2041821A1
EP2041821A1 EP07764399A EP07764399A EP2041821A1 EP 2041821 A1 EP2041821 A1 EP 2041821A1 EP 07764399 A EP07764399 A EP 07764399A EP 07764399 A EP07764399 A EP 07764399A EP 2041821 A1 EP2041821 A1 EP 2041821A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel
reformer
afterburner
supplied
cell system
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07764399A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Matthias Boltze
Michael Rozumek
Stefan Käding
Manfred Pfalzgraf
Andreas Engl
Beate Bleeker
Michael Süßl
Markus Bedenbecker
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.)
Enerday GmbH
Original Assignee
Enerday GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Enerday GmbH filed Critical Enerday GmbH
Publication of EP2041821A1 publication Critical patent/EP2041821A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • 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
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    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
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    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
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    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a fuel cell system, comprising a reformer with an oxidation zone, which is supplied by means of a Brennstoffzu 1500ein- supplied fuel for reaction with oxidizing agent; and an afterburner with an oxidation zone, which supplied fuel can be supplied by means of a Brennstoffzu 1500ein- direction for reaction with oxidizing agent.
  • the invention relates to a motor vehicle with such a fuel cell system.
  • the invention relates to a method for operating a fuel cell system, comprising the steps of: supplying fuel located in a fuel tank to an oxidation zone of a reformer, in which the fuel is convertible with oxidizing agent; and supplying fuel in a fuel tank to an oxidation zone of an afterburner in which the fuel is convertible with oxidant.
  • Fuel cell systems are used to convert chemical energy into electrical energy.
  • the key element in such systems is a fuel cell in which electrical energy is released by the controlled conversion of hydrogen and oxygen.
  • Fuel cell systems must be able to process common fuels in practice. Since hydrogen and oxygen are converted in a fuel cell, the fuel used must be treated in such a way that the en the gas supplied to the fuel cell has the highest possible proportion of hydrogen - this is the task of the reformer.
  • a reformer fuel and oxidizing agent preferably air, fed. In the reformer then takes place an implementation of the fuel with the oxidizing agent.
  • a reformer of the prior art is known from DE 103 59 205 Al.
  • an afterburner is provided in the fuel cell system.
  • An afterburner of the prior art is known from DE 10 2004 049 903 Al.
  • Object of the present invention is the generic fuel cell system, the generic motor vehicle and the generic method for operating a fuel cell system in such a way that an optimized operation of the fuel cell system can be achieved.
  • the fuel cell system according to the invention builds on the generic state of the art in that the fuel supply device of the reformer and the fuel supply of the afterburner are adapted to supply fuel such that the fuel supplied from the fuel supply device of the reformer fuel from that supplied by the fuel supply of the Nach-. Burner supplied fuel with respect to fuel grade and / or state of aggregation and / or feed temperature differs.
  • Burner supplied fuel with respect to fuel grade and / or state of aggregation and / or feed temperature differs.
  • This has the advantage over the prior art that these parameters can be selected and adapted so that optimum starting conditions for the respective evaporation in the corresponding oxidation zone of the reformer or the afterburner result.
  • This has the further advantage that the working range of the fuel cell system is broadened because the reformer and the afterburner can be operated in an improved manner and adapted to the respective structural design.
  • Fuel supply of the reformer is adapted to be connected to a first fuel tank, and the fuel supply of the afterburner is adapted to, with a separate second fuel tank to be connected. Due to the different evaporation temperatures, enthalpies and velocities of different fuel types, by supplying the oxidation zone of the reformer and the oxidation zone of the afterburner with different fuel grades, the fuel grade can be selected so that the evaporation and the associated conversion proceeds optimally in the respective zone.
  • the invention provides a motor vehicle with such a fuel cell system that provides the advantages described above in a transferred manner.
  • the generic method can advantageously be further developed in that the fuel supplied to the oxidation zone of the reformer differs from the fuel supplied to the oxidation zone of the afterburner in terms of fuel grade and / or state of aggregation and / or feed temperature. Also in the context of the method according to the invention, this has the advantage over the prior art that these parameters can be selected and adapted such that optimal starting conditions for the respective evaporation in the corresponding oxidation zone of the reformer or of the afterburner result , This also has the further advantage that the working range of the fuel cell system is broadened because the reformer and the afterburner can be operated in an improved manner and adapted to the respective structural design.
  • the method according to the invention can be developed such that the fuel supplied to the oxidation zone of the reformer is supplied from a first fuel tank and the fuel supplied to the oxidation zone of the afterburner from a separate second fuel tank. Due to the different vaporization temperatures, enthalpies and velocities of different types of fuel, by supplying the oxidation zone of the reformer and the oxidation zone of the afterburner with different fuel types, the fuel grade can be selected so that the evaporation and the associated conversion proceeds optimally in the respective zone.
  • Figure 1 is a schematic representation of a fuel line system according to a first embodiment
  • Figure 2 is a schematic representation of a reformer according to the first embodiment
  • Figure 3 is a schematic representation of an afterburner according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic representation of a fuel
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a fuel cell system according to a first exemplary embodiment.
  • the fuel cell system 10 installed in a motor vehicle comprises a reformer 12, which has a first fuel line 14 from a first fuel tank 16
  • Fuel is supplied. Furthermore, fuel is supplied to the reformer 12 at a further feed point by means of a second fuel train 18 from the first fuel tank 16. Furthermore, the reformer 12 via a first Oxidationsffenstrang 22 oxidizing agent, for example, air supplied.
  • the reformate produced by the reformer 12 is fed to a fuel cell stack 26 via a reformate train 24.
  • the reformate is a hydrogen-containing gas which is reacted in the fuel cell stack 26 with the aid of cathode feeds via a cathode feed line 28 to generate electricity and heat.
  • the generated power can be tapped off via electrical connections 30.
  • the anode exhaust gas is fed via an anode exhaust gas line 32 to a mixing unit 34 of an afterburner 36.
  • the afterburner 36 can be supplied with fuel from a second fuel tank 20 via a third fuel line 38.
  • the fuel types for the first and second fuel tanks 16, 20 are diesel, gasoline, biogas, natural gas and other fuels. Tere known from the prior art fuel varieties in question.
  • the fuel grade in the first fuel tank 16 differs from the type of fuel in the second fuel tank 20.
  • the afterburner 36 can be supplied with oxidant via a second oxidant strand 40.
  • the depleted anode exhaust gas is reacted with the conveyed fuel and oxidizing agent to form a combustion exhaust gas, which is mixed in a mixing unit 42 with cathode exhaust air, which is conveyed via a cathode exhaust air line 44 from the fuel cell stack 26 to the mixing unit 42.
  • the combustion exhaust gas which contains virtually no pollutants, flows through a heat exchanger 46 for preheating the cathode supply air and finally leaves the fuel cell system 10.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the reformer according to the first embodiment.
  • the reformer 12 comprises an oxidation zone 48, which can be supplied with fuel to a primary fuel feed device 50.
  • the fuel supply device 50 is connected to the first fuel path 14, so that the primary fuel supply device 50 is supplied with the fuel type stored in the first fuel tank 16.
  • an oxidant supply device 52 connected to the first oxidant strand 22 is provided, by means of which oxidizing agent can be fed to the oxidation zone 48.
  • an implementation of fuel and oxidant takes place in a combustion or exothermic complete oxidation reaction.
  • the resulting hot Artsgasström then occurs downstream, ie right in Fig. 2 in a mixing zone 54 a.
  • the individual zones of the reformer are shown in FIG.
  • the zones may be separated by structural features or blended into each other.
  • additional fuel is admixed to the product gas stream formed by means of a secondary fuel supply device 56.
  • the primary and secondary fuel feed devices 50, 56 are each an injection nozzle and preferably a Venturi nozzle, but the fuel can also be supplied to the oxidation zone 48 or the mixing zone 54 by means of a fuel feed device of the vaporization type, which has a porous evaporation unit.
  • the secondary fuel supply device 56 is connected to the second fuel line 18 so that fuel stored in the first fuel tank 16 can be fed to the secondary fuel supply device 56.
  • the mixing zone 54 is supplied with oxidizing agent.
  • the mixed with the additional fuel gas mixture enters a reforming zone 58, where it is reacted in an endothermic reaction in a hydrogen-rich gas mixture, preferably by means of a catalyst arranged there.
  • This reformate ie hydrogen-rich gas mixture, leaves the reformer 12 via the Reformatstrang 24 and is available for further use for the fuel cell stack 26.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an afterburner according to the first embodiment.
  • the afterburner 36 comprises an oxidation zone 60, which can be supplied with fuel to a fuel feed device 62.
  • the fuel feeder 62 is connected to the third fuel train 38, so that the fuel feeder 62 is supplied with the fuel type stored in the second fuel tank 20.
  • the fuel supply device 62 is an injection nozzle and preferably a Venturi nozzle, however, the fuel can also be supplied to the oxidation zone 60 by means of an evaporation-type fuel supply device having a porous evaporation unit.
  • an oxidant supply device 64 connected to the second oxidant strand 40 is provided, by means of which oxidizing agent can be fed to the oxidation zone 60.
  • a reaction of fuel and oxidant takes place in an exothermic oxidation reaction, ie as complete as possible combustion.
  • the resulting combustion exhaust gas then occurs downstream, ie right in Fig. 3 in a mixing zone 66 a.
  • the individual zones of the afterburner 36 are separated graphically in FIG. 3 by dashed lines. The zones may be separated by structural features or blended into each other.
  • anode exhaust gas is added to the resulting combustion exhaust gas by means of the mixing unit 34.
  • the mixed with the anode exhaust gas mixture enters a combustion zone 68, which is filled in the embodiment shown by a porous body in which the gas mixture burns almost completely, ie the gas mixture burns up on the pore body in the combustion zone 68th
  • fuel of the same type of fuel is stored in the first fuel tank 16 and in the second fuel tank 20, which, however, differs by its state of aggregation (ie gaseous, liquid).
  • one fuel can be present in liquid form in one of the fuel tanks, and fuel in the other fuel tank can be disposed of the same fuel in a gaseous state. This is achieved by having a higher pressure both in one fuel tank and in the associated fuel strands than in the other fuel tank, which retains the fuel in a gaseous state.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a fuel cell system according to a second embodiment.
  • the fuel cell system 10 of the second exemplary embodiment differs from the fuel cell system shown in FIG. 1 in that, instead of the first and second fuel tanks 16 and 20, only a single fuel tank 70 is installed in the motor vehicle. This fuel tank 70 supplies the first, second and third fuel lines 14, 18 and 38 with fuel of the same fuel grade.
  • the primary fuel supply means 50 of the reformer 12 and the fuel supply means 62 of the afterburner 36 are formed or operated such that the fuel supplied from the primary fuel supply means 50 of the reformer 12 at the supply to the corresponding zone of the reformer 12 a different temperature than the fuel supplied from the fuel supply 62 of the afterburner 36.
  • the primary fuel supply device 50 and the fuel supply device 62 are provided with a heating or cooling device, not shown.
  • this different feed temperature of the fuel also by means of a heating or cooling device in the first and / or third Fuel strand 14, 38 can be achieved.
  • This temperature difference may also cause the fuel to be supplied to the primary fuel supply 50 of the reformer 12 in a different state than the fuel supply 62 of the afterburner 36.
  • suitable delivery devices such as, for example, pumps or blowers and / or control valves for flow regulation, may be provided in the fuel strands 14, 18 and 38, in the oxidant strands 22 and 40 and in the cathode air strands 28.

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Abstract

The invention relates to a fuel cell system (10) which comprises a reformer (12) having an oxidation zone (48) to which stored fuel can be supplied by means of a fuel supply device (50) for reaction with an oxidant; and an afterburner (36) having an oxidation zone (60) to which stored fuel can be supplied by means of a fuel supply device (62) for reaction with an oxidant. The invention is characterized in that the fuel supply device (50) of the reformer (12) and the fuel supply device (62) of the afterburner (36) are adapted to supply fuel in such a manner that the fuel supplied by the fuel supply device (50) of the reformer differs from the fuel supplied by the fuel supply device (62) of the afterburner (36) with respect to the type of fuel and/or its state of aggregation and/or the temperature at which it is supplied. The invention also relates to a motor vehicle comprising said fuel cell system and to a method for operating said fuel cell system.

Description

Brennstoffzellensystem mit Reformer und NaclibrennerFuel cell system with reformer and Naclibrenner
Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, umfassend einen Reformer mit einer Oxidationszone, welcher bevorrateter Brennstoff mittels einer Brennstoffzuführein- richtung zur Umsetzung mit Oxidationsmittel zuführbar ist; und einen Nachbrenner mit einer Oxidationszone, welcher be- vorrateter Brennstoff mittels einer Brennstoffzuführein- richtung zur Umsetzung mit Oxidationsmittel zuführbar ist .The invention relates to a fuel cell system, comprising a reformer with an oxidation zone, which is supplied by means of a Brennstoffzuführein- supplied fuel for reaction with oxidizing agent; and an afterburner with an oxidation zone, which supplied fuel can be supplied by means of a Brennstoffzuführein- direction for reaction with oxidizing agent.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einem Brennstoffzellensystem.Moreover, the invention relates to a motor vehicle with such a fuel cell system.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, umfassend die Schritte: Zuführen von in einem Brennstofftank befindlichem Brennstoff zu einer Oxidationszone eines Reformers, in welcher der Brennstoff mit Oxidationsmittel umsetzbar ist; und Zuführen von in einem Brennstofftank befindlichem Brennstoff zu einer Oxidationszone eines Nachbrenners, in welcher der Brennstoff mit Oxidationsmittel umsetzbar ist.Furthermore, the invention relates to a method for operating a fuel cell system, comprising the steps of: supplying fuel located in a fuel tank to an oxidation zone of a reformer, in which the fuel is convertible with oxidizing agent; and supplying fuel in a fuel tank to an oxidation zone of an afterburner in which the fuel is convertible with oxidant.
BrennstoffZeilensysteme dienen der Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie. Das zentrale Element bei derartigen Systemen ist eine Brennstoffzelle, bei der durch die kontrollierte Umsetzung von Wasserstoff und Sauerstoff elektrische Energie freigesetzt wird. Brennstoff- zellensysteme müssen in der Lage sein, in der Praxis übliche Brennstoffe zu verarbeiten. Da in einer Brennstoffzelle Wasserstoff und Sauerstoff umgesetzt werden, muss der verwendete Brennstoff so aufbereitet werden, dass das der Ano- de der Brennstoffzelle zugeführte Gas einen möglichst hohen Anteil an Wasserstoff besitzt - dies ist Aufgabe des Reformers. Zu diesem Zweck werden einem Reformer Brennstoff und Oxidationsmittel, vorzugsweise Luft, zugeführt. In dem Re- former erfolgt dann eine Umsetzung des Brennstoffs mit dem Oxidationsmittel. Ein Reformer des Standes der Technik ist aus der DE 103 59 205 Al bekannt. Um einerseits Verbrennungsabgase des BrennstoffZeilensystems möglichst schadstofffrei an die Umwelt abzugeben und andererseits eine Wärmequelle zum Vorwärmen verschiedener Komponenten und Medienzuführungen des Brennstoffzellensystems zur Verfügung zu stellen, ist ein Nachbrenner im BrennstoffZellensystem vorgesehen. Ein Nachbrenner des Standes der Technik ist aus der DE 10 2004 049 903 Al bekannt.Fuel cell systems are used to convert chemical energy into electrical energy. The key element in such systems is a fuel cell in which electrical energy is released by the controlled conversion of hydrogen and oxygen. Fuel cell systems must be able to process common fuels in practice. Since hydrogen and oxygen are converted in a fuel cell, the fuel used must be treated in such a way that the en the gas supplied to the fuel cell has the highest possible proportion of hydrogen - this is the task of the reformer. For this purpose, a reformer fuel and oxidizing agent, preferably air, fed. In the reformer then takes place an implementation of the fuel with the oxidizing agent. A reformer of the prior art is known from DE 103 59 205 Al. On the one hand to deliver combustion exhaust gases of the fuel cell system as pollutant-free as possible to the environment and on the other hand to provide a heat source for preheating various components and media supply the fuel cell system available, an afterburner is provided in the fuel cell system. An afterburner of the prior art is known from DE 10 2004 049 903 Al.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es das gattungsgemäße Brennstoffzellensystem, das gattungsgemäße Kraftfahrzeug und das gattungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems derart weiterzubilden, dass ein opti- mierter Betrieb des Brennstoffzellensystems erreicht werden kann.Object of the present invention is the generic fuel cell system, the generic motor vehicle and the generic method for operating a fuel cell system in such a way that an optimized operation of the fuel cell system can be achieved.
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst .This object is solved by the independent claims.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Advantageous embodiments and modifications of the invention will become apparent from the dependent claims.
Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass die Brennstoffzuführeinrichtung des Reformers und die Brennstoffzuführeinrichtung des Nachbrenners dazu ausgelegt sind, Brennstoff derart zuzuführen, dass sich der von der Brennstoffzuführeinrichtung des Reformers zugeführte Brennstoff von dem von der Brennstoffzuführeinrichtung des Nach- brenners zugeführten Brennstoff hinsichtlich Brennstoffsorte und/oder Aggregatszustand und/oder Zuführtemperatur unterscheidet. Dies hat den Vorteil gegenüber dem Stand der Technik, dass diese Parameter so ausgewählt und angepasst werden können, dass sich optimale Ausgangsbedingungen für die jeweilige Verdampfung in der entsprechenden Oxidations- zone des Reformers bzw. des Nachbrenners ergeben. Dies hat den weiteren Vorteil, dass der Arbeitsbereich, des Brennstoffzellensystems verbreitert wird, weil der Reformer und der Nachbrenner in verbesserter Weise und angepasst auf die jeweilige konstruktive Ausgestaltung betrieben werden können. Dies ist vor allem dann von besonderem Vorteil, wenn man ein Brennstoffzellensystem so betreiben möchte, dass eine zusätzliche thermische Leistung im Nachbrenner, z.B. für Heizzwecke, unabhängig von der Stromerzeugung zur Verfügung gestellt wird. Durch Betrieb des Nachbrenners mit Brennstoff, welcher sich zum Brennstoff des Reformers hinsichtlich Brennstoffsorte und/oder Aggregatszustand und/oder Zuführtemperatur unterscheidet, kann eine beson- ders hohe thermische Leistung erzeugt werden ohne denselben Effekt im Reformer zu erzeugen. Der Reformer könnte dabei nur in Minimalbetrieb arbeiteten oder sogar abgeschaltet sein. Im stationären Betrieb kann die Verbrennung in der Oxidationszone des Nachbrenners so betrieben werden, dass möglichst viel thermische Leistung erzeugt wird, ohne dass dies einen Einfluss auf die anderen Komponenten im Brennstoffzellensystem hat.The fuel cell system according to the invention builds on the generic state of the art in that the fuel supply device of the reformer and the fuel supply of the afterburner are adapted to supply fuel such that the fuel supplied from the fuel supply device of the reformer fuel from that supplied by the fuel supply of the Nach-. Burner supplied fuel with respect to fuel grade and / or state of aggregation and / or feed temperature differs. This has the advantage over the prior art that these parameters can be selected and adapted so that optimum starting conditions for the respective evaporation in the corresponding oxidation zone of the reformer or the afterburner result. This has the further advantage that the working range of the fuel cell system is broadened because the reformer and the afterburner can be operated in an improved manner and adapted to the respective structural design. This is especially of particular advantage when you want to operate a fuel cell system so that an additional thermal power in the afterburner, for example, for heating purposes, regardless of the power generation is provided. By operating the afterburner with fuel, which differs from the fuel of the reformer with regard to fuel grade and / or state of aggregation and / or feed temperature, a particularly high thermal output can be generated without producing the same effect in the reformer. The reformer could only work in minimal mode or even be shut down. In stationary operation, the combustion in the oxidation zone of the afterburner can be operated in such a way that as much thermal power as possible is generated without this having any influence on the other components in the fuel cell system.
Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem kann in vor- teilhafter Weise dadurch weitergebildet sein, dass dieThe fuel cell system according to the invention can be developed in an advantageous manner in that the
Brennstoffzuführeinrichtung des Reformers dazu ausgelegt ist, mit einem ersten Brennstofftank verbunden zu werden, und die Brennstoffzuführeinrichtung des Nachbrenners dazu ausgelegt ist, mit einem separaten zweiten Brennstofftank verbunden zu werden. Aufgrund der verschiedenen Verdampfungstemperaturen, -enthalpien und -geschwindigkeiten von verschiedenen BrennstoffSorten kann durch die Versorgung der Oxidationszone des Reformers und der Oxidationszone des Nachbrenners mit unterschiedlichen BrennstoffSorten die Brennstoffsorte so ausgewählt werden, dass in der jeweiligen Zone die Verdampfung und die damit verbundene Umsetzung optimal abläuft.Fuel supply of the reformer is adapted to be connected to a first fuel tank, and the fuel supply of the afterburner is adapted to, with a separate second fuel tank to be connected. Due to the different evaporation temperatures, enthalpies and velocities of different fuel types, by supplying the oxidation zone of the reformer and the oxidation zone of the afterburner with different fuel grades, the fuel grade can be selected so that the evaporation and the associated conversion proceeds optimally in the respective zone.
Des Weiteren stellt die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einem BrennstoffZellensystem bereit, das die vorstehend beschriebenen Vorteile in übertragener Weise liefert.Furthermore, the invention provides a motor vehicle with such a fuel cell system that provides the advantages described above in a transferred manner.
Das gattungsgemäße Verfahren kann in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet sein, dass sich der der Oxidationszone des Reformers zugeführte Brennstoff von dem der Oxidationszone des Nachbrenners zugeführten Brennstoff hinsichtlich Brennstoffsorte und/oder Aggregatszustand und/oder Zuführtemperatur unterscheidet. Auch im Rahmen des erfin- dungsgemäßen Verfahrens hat dies hat den Vorteil gegenüber dem Stand der Technik, dass diese Parameter so ausgewählt und angepasst werden können, dass sich optimale Ausgangsbedingungen für die jeweilige Verdampfung in der entsprechenden Oxidationszone des Reformers bzw. des Nachbrenners er- geben. Dies hat auch den weiteren Vorteil, dass der Arbeitsbereich, des Brennstoffzellensystems verbreitert wird, weil der Reformer und der Nachbrenner in verbesserter Weise und angepasst auf die jeweilige konstruktive Ausgestaltung betrieben werden können. Dies ist vor allem dann von beson- derem Vorteil, wenn man ein BrennstoffZellensystem so betreiben möchte, dass eine zusätzliche thermische Leistung im Nachbrenner, z.B. für Heizzwecke, unabhängig von der Stromerzeugung zur Verfügung gestellt wird. Durch Betrieb des Nachbrenners mit Brennstoff, welcher sich zum Brenn- Stoff des Reformers hinsichtlich Brennstoffsorte und/oder Aggregatszustand und/oder Zuführtemperatur unterscheidet, kann eine besonders hohe thermische Leistung erzeugt werden ohne denselben- Effekt im Reformer zu erzeugen. Der Reformer könnte dabei nur in Minimalbetrieb arbeiteten oder sogar abgeschaltet sein. Im stationären Betrieb kann die Verbrennung in der Oxidationszone des Nachbrenners so betrieben werden, dass möglichst viel thermische Leistung erzeugt wird, ohne dass dies einen Einfluss auf die anderen Kompo- nenten im Brennstoffzellensystem hat.The generic method can advantageously be further developed in that the fuel supplied to the oxidation zone of the reformer differs from the fuel supplied to the oxidation zone of the afterburner in terms of fuel grade and / or state of aggregation and / or feed temperature. Also in the context of the method according to the invention, this has the advantage over the prior art that these parameters can be selected and adapted such that optimal starting conditions for the respective evaporation in the corresponding oxidation zone of the reformer or of the afterburner result , This also has the further advantage that the working range of the fuel cell system is broadened because the reformer and the afterburner can be operated in an improved manner and adapted to the respective structural design. This is especially advantageous if you want to operate a fuel cell system in such a way that an additional thermal power in the afterburner, eg for heating purposes, is provided independently of the power generation. By operating the afterburner with fuel, which If the substance of the reformer differs in terms of fuel grade and / or state of aggregation and / or feed temperature, a particularly high thermal output can be generated without producing the same effect in the reformer. The reformer could only work in minimal mode or even be shut down. In stationary operation, the combustion in the oxidation zone of the afterburner can be operated in such a way that as much thermal power as possible is generated without this having any influence on the other components in the fuel cell system.
Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Verfahren so weitergebildet sein, dass der der Oxidationszone des Reformers zugeführte Brennstoff aus einem ersten Brennstofftank und der der Oxidationszone des Nachbrenners zugeführte Brennstoff aus einem separaten zweiten Brennstofftank zugeführt wird. Aufgrund der verschiedenen Verdampfungstemperaturen, -enthalpien und -geschwindigkeiten von verschiedenen Brennstoffsorten kann durch die Versorgung der Oxidationszone des Reformers und der Oxidationszone des Nachbrenners mit unterschiedlichen Brennstoffsorten die Brennstoffsorte so ausgewählt werden, dass in der jeweiligen Zone die Verdampfung und die damit verbundene Umsetzung optimal abläuft .In addition, the method according to the invention can be developed such that the fuel supplied to the oxidation zone of the reformer is supplied from a first fuel tank and the fuel supplied to the oxidation zone of the afterburner from a separate second fuel tank. Due to the different vaporization temperatures, enthalpies and velocities of different types of fuel, by supplying the oxidation zone of the reformer and the oxidation zone of the afterburner with different fuel types, the fuel grade can be selected so that the evaporation and the associated conversion proceeds optimally in the respective zone.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beispielhaft erläutert .Preferred embodiments of the invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Brennstoff- Zeilensystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; Figur 2 eine schematische Darstellung eines Reformers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;Figure 1 is a schematic representation of a fuel line system according to a first embodiment; Figure 2 is a schematic representation of a reformer according to the first embodiment;
Figur 3 eine schematische Darstellung eines Nachbrenners gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel; undFigure 3 is a schematic representation of an afterburner according to the first embodiment; and
Figur 4 eine schematische Darstellung eines Brennstoff-FIG. 4 is a schematic representation of a fuel
Zeilensystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel .Line system according to a second embodiment.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Das in einem Kraftfahrzeug installierte Brennstoffzellen- system 10 umfasst einen Reformer 12, dem über einen ersten Brennstoffsträng 14 aus einem ersten Brennstofftank 16FIG. 1 shows a schematic representation of a fuel cell system according to a first exemplary embodiment. The fuel cell system 10 installed in a motor vehicle comprises a reformer 12, which has a first fuel line 14 from a first fuel tank 16
Brennstoff zugeführt wird. Ferner wird dem Reformer 12 an einer weiteren Zuführstelle mittels eines zweiten Brennstoffstrangs 18 aus dem ersten Brennstofftank 16 Brennstoff zugeführt . Weiterhin wird dem Reformer 12 über einen ersten Oxidationsmittelstrang 22 Oxidationsmittel, beispielsweise Luft, zugeführt. Das von dem Reformer 12 erzeugte Reformat wird über einen Reformatstrang 24 einem Brennstoffzellen- stapel 26 zugeführt. Bei dem Reformat handelt es sich um ein Wasserstoffhaltiges Gas, das in dem Brennstoffzellen- Stapel 26 mit Hilfe von über einen Kathodenzuluftsträng 28 geförderter Kathodenzuluft unter Erzeugung von Strom und Wärme umgesetzt wird. Der erzeugte Strom ist über elektrische Anschlüsse 30 abgreifbar. Im dargestellten Fall wird das Anodenabgas über einen Anodenabgassträng 32 einer Mischeinheit 34 eines Nachbrenners 36 zugeführt. Dem Nachbrenner 36 ist über einen dritten Brennstoffsträng 38 Brennstoff aus einem zweiten Brennstofftank 20 zuführbar. Als Brennstoffsorten für den ersten und zweiten Brennstofftank 16, 20 kommen Diesel, Benzin, Biogas, Erdgas und wei- tere aus dem Stand der Technik bekannte BrennstoffSorten in Frage. Im Rahmen des ersten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich dabei die Brennstoffsorte im ersten Brennstofftank 16 von der Brennstoffsorte im zweiten Brennstoff- tank 20. Ferner ist dem Nachbrenner 36 über einen zweiten Oxidationsmittelstrang 40 Oxidationsmittel zuführbar. In dem Nachbrenner 36 erfolgt eine Umsetzung des abgereicher- ten Anodenabgases mit dem geförderten Brennstoff und Oxidationsmittel zu einem Verbrennungsabgas, welches in einer Mischeinheit 42 mit Kathodenabluft vermischt wird, die über einen Kathodenabluftstrang 44 von dem Brennstoffzellensta- pel 26 zu der Mischeinheit 42 gefördert wird. Das Verbrennungsabgas, welches nahezu keine Schadstoffe enthält, durchströmt einen Wärmetauscher 46 zum Vorwärmen der Katho- denzuluft und verläßt schließlich das Brennstoffzellensys- tem 10.Fuel is supplied. Furthermore, fuel is supplied to the reformer 12 at a further feed point by means of a second fuel train 18 from the first fuel tank 16. Furthermore, the reformer 12 via a first Oxidationsmittelstrang 22 oxidizing agent, for example, air supplied. The reformate produced by the reformer 12 is fed to a fuel cell stack 26 via a reformate train 24. The reformate is a hydrogen-containing gas which is reacted in the fuel cell stack 26 with the aid of cathode feeds via a cathode feed line 28 to generate electricity and heat. The generated power can be tapped off via electrical connections 30. In the case shown, the anode exhaust gas is fed via an anode exhaust gas line 32 to a mixing unit 34 of an afterburner 36. The afterburner 36 can be supplied with fuel from a second fuel tank 20 via a third fuel line 38. The fuel types for the first and second fuel tanks 16, 20 are diesel, gasoline, biogas, natural gas and other fuels. Tere known from the prior art fuel varieties in question. In the context of the first exemplary embodiment, the fuel grade in the first fuel tank 16 differs from the type of fuel in the second fuel tank 20. Furthermore, the afterburner 36 can be supplied with oxidant via a second oxidant strand 40. In the afterburner 36, the depleted anode exhaust gas is reacted with the conveyed fuel and oxidizing agent to form a combustion exhaust gas, which is mixed in a mixing unit 42 with cathode exhaust air, which is conveyed via a cathode exhaust air line 44 from the fuel cell stack 26 to the mixing unit 42. The combustion exhaust gas, which contains virtually no pollutants, flows through a heat exchanger 46 for preheating the cathode supply air and finally leaves the fuel cell system 10.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung des Reformers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Der Reformer 12 um- fasst eine Oxidationszone 48, welcher mit einer primären Brennstoffzuführeinrichtung 50 Brennstoff zuführbar ist. Die Brennstoffzuführeinrichtung 50 ist mit dem ersten Brennstoffsträng 14 verbunden, so dass der primären Brennstoffzuführeinrichtung 50 die Brennstoffsorte zugeführt wird, welche im ersten Brennstofftank 16 bevorratet ist. Ferner ist eine mit dem ersten Oxidationsmittelstrang 22 verbundene Oxidationsmittelzuführeinrichtung 52 vorgesehen, mittels der Oxidationsmittel der Oxidationszone 48 zuführbar ist. Innerhalb der Oxidationszone 48 findet eine Umset- zung von Brennstoff und Oxidationsmittel in einer Verbrennung bzw. exothermen vollständigen Oxidationsreaktion statt. Der dabei entstehende heiße Produktgasström tritt dann stromabwärts, d.h. rechts in Fig. 2 in eine Mischzone 54 ein. Die einzelnen Zonen des Reformers sind in Fig. 2 zeichnerisch durch gestrichelte Linien voneinander getrennt. Die Zonen können durch bauliche Merkmale voneinander getrennt sein oder fließend ineinander übergehen. In der Mischzone 54 wird dem entstandenen Produktgasström mit- tels einer sekundären Brennstoffzuführeinrichtung 56 zusätzlicher Brennstoff beigemischt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die primäre und sekundäre Brennstoffzuführeinrichtung 50, 56 jeweils eine Einspritzdüse und vorzugsweise eine Venturidüse, jedoch kann der Brennstoff auch mittels einer Brennstoffzuführeinrichtung der Verdampfungs- bauart, die eine poröse Verdampfungseinheit aufweist, der Oxidationszone 48 bzw. der Mischzone 54 zugeführt werden. Die sekundäre Brennstoffzuführeinrichtung 56 ist mit dem zweiten Brennstoffsträng 18 verbunden, so dass im ersten Brennstofftank 16 bevorrateter Brennstoff, der sekundären Brennstoffzuführeinrichtung 56 zuführbar ist. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Mischzone 54 Oxidationsmit- tel zugeführt wird. Das mit dem zusätzlichen Brennstoff vermischte Gasgemisch tritt in eine Reformierungszone 58 ein, wo es in einer endothermen Reaktion in ein wasserstoffreiches Gasgemisch umgesetzt wird, vorzugsweise mittels eines dort angeordneten Katalysators. Dieses Reformat, d.h. Wasserstoffreiche Gasgemisch, verläßt den Reformer 12 über den Reformatstrang 24 und steht zur weiteren Nutzung für den Brennstoffzellenstapel 26 zur Verfügung.Figure 2 shows a schematic representation of the reformer according to the first embodiment. The reformer 12 comprises an oxidation zone 48, which can be supplied with fuel to a primary fuel feed device 50. The fuel supply device 50 is connected to the first fuel path 14, so that the primary fuel supply device 50 is supplied with the fuel type stored in the first fuel tank 16. Furthermore, an oxidant supply device 52 connected to the first oxidant strand 22 is provided, by means of which oxidizing agent can be fed to the oxidation zone 48. Within the oxidation zone 48, an implementation of fuel and oxidant takes place in a combustion or exothermic complete oxidation reaction. The resulting hot Produktgasström then occurs downstream, ie right in Fig. 2 in a mixing zone 54 a. The individual zones of the reformer are shown in FIG. 2 diagrammatically separated by dashed lines. The zones may be separated by structural features or blended into each other. In the mixing zone 54, additional fuel is admixed to the product gas stream formed by means of a secondary fuel supply device 56. In the present exemplary embodiment, the primary and secondary fuel feed devices 50, 56 are each an injection nozzle and preferably a Venturi nozzle, but the fuel can also be supplied to the oxidation zone 48 or the mixing zone 54 by means of a fuel feed device of the vaporization type, which has a porous evaporation unit. The secondary fuel supply device 56 is connected to the second fuel line 18 so that fuel stored in the first fuel tank 16 can be fed to the secondary fuel supply device 56. In addition, it can be provided that the mixing zone 54 is supplied with oxidizing agent. The mixed with the additional fuel gas mixture enters a reforming zone 58, where it is reacted in an endothermic reaction in a hydrogen-rich gas mixture, preferably by means of a catalyst arranged there. This reformate, ie hydrogen-rich gas mixture, leaves the reformer 12 via the Reformatstrang 24 and is available for further use for the fuel cell stack 26.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Nachbrenners gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Der Nachbrenner 36 umfasst eine Oxidationszone 60, welcher mit einer Brenn- Stoffzuführeinrichtung 62 Brennstoff zuführbar ist. Die Brennstoffzuführeinrichtung 62 ist mit dem dritten Brennstoffstrang 38 verbunden, so dass der Brennstoffzuführeinrichtung 62 die Brennstoffsorte zugeführt wird, welche im zweiten Brennstofftank 20 bevorratet ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Brennstoffzuführeinrichtung 62 eine Einspritzdüse und vorzugsweise eine Venturidüse, jedoch kann der Brennstoff auch mittels einer Brennstoffzu- führeinrichtung der Verdampfungsbauart, die eine poröse Verdampfungseinheit aufweist, der Oxidationszone 60 zugeführt werden. Ferner ist eine mit dem zweiten Oxidations- mittelstrang 40 verbundene Oxidationsmittelzuführeinrich- tung 64 vorgesehen, mittels der Oxidationsmittel der Oxidationszone 60 zuführbar ist. Innerhalb der Oxidationszone 60 findet eine Umsetzung von Brennstoff und Oxidationsmittel in einer exothermen Oxidationsreaktion, d.h. einer möglichst vollständigen Verbrennung, statt. Das dabei entstehende Verbrennungsabgas tritt dann stromabwärts, d.h. rechts in Fig. 3 in eine Mischzone 66 ein. Die einzelnen Zonen des Nachbrenners 36 sind in Fig. 3 zeichnerisch durch gestrichelte Linien voneinander getrennt . Die Zonen können durch bauliche Merkmale voneinander getrennt sein oder fließend ineinander übergehen. In der Mischzone 66 wird dem entstandenen Verbrennungsabgas mittels der Mischeinheit 34 Anodenabgas beigemischt. Das mit dem Anodenabgas vermischte Gasgemisch tritt in eine Verbrennungszone 68 ein, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel von einem Porenkörper ausgefüllt wird, in dem das Gasgemisch nahezu vollständig verbrennt, d.h. das Gasgemisch verglüht an dem Porenkörper in der Verbrennungszone 68.Figure 3 shows a schematic representation of an afterburner according to the first embodiment. The afterburner 36 comprises an oxidation zone 60, which can be supplied with fuel to a fuel feed device 62. The fuel feeder 62 is connected to the third fuel train 38, so that the fuel feeder 62 is supplied with the fuel type stored in the second fuel tank 20. In the present In the embodiment, the fuel supply device 62 is an injection nozzle and preferably a Venturi nozzle, however, the fuel can also be supplied to the oxidation zone 60 by means of an evaporation-type fuel supply device having a porous evaporation unit. Furthermore, an oxidant supply device 64 connected to the second oxidant strand 40 is provided, by means of which oxidizing agent can be fed to the oxidation zone 60. Within the oxidation zone 60, a reaction of fuel and oxidant takes place in an exothermic oxidation reaction, ie as complete as possible combustion. The resulting combustion exhaust gas then occurs downstream, ie right in Fig. 3 in a mixing zone 66 a. The individual zones of the afterburner 36 are separated graphically in FIG. 3 by dashed lines. The zones may be separated by structural features or blended into each other. In the mixing zone 66, anode exhaust gas is added to the resulting combustion exhaust gas by means of the mixing unit 34. The mixed with the anode exhaust gas mixture enters a combustion zone 68, which is filled in the embodiment shown by a porous body in which the gas mixture burns almost completely, ie the gas mixture burns up on the pore body in the combustion zone 68th
In einer Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels wird im ersten Brennstofftank 16 und im zweiten Brennstofftank 20 Brennstoff derselben Brennstoffsorte bevorratet, welcher sich jedoch durch seinen Aggregatszustand (d.h. gasförmig, flüssig) unterscheidet. Dabei kann beispielsweise in einem der Brennstofftanks ein bestimmter Brennstoff in flüssiger Form vorliegen und in dem anderen Brennstofftank Brennstoff derselben Brennstoffsorte in einem gasförmigen Zustand vor- liegen, was dadurch erreicht wird, dass sowohl in einem Brennstofftank als auch im zugehörigen Brennstoffsträng ein höherer Druck vorliegt als im anderen Brennstofftank, der den Brennstoff in einem gasförmigen Zustand beibehält.In a modification of the first exemplary embodiment, fuel of the same type of fuel is stored in the first fuel tank 16 and in the second fuel tank 20, which, however, differs by its state of aggregation (ie gaseous, liquid). In this case, for example, one fuel can be present in liquid form in one of the fuel tanks, and fuel in the other fuel tank can be disposed of the same fuel in a gaseous state. This is achieved by having a higher pressure both in one fuel tank and in the associated fuel strands than in the other fuel tank, which retains the fuel in a gaseous state.
Bezugszeichen, welche im folgenden zu den im ersten Ausführungsbeispiel verwendeten identisch sind, kennzeichnen zum ersten Ausführungsbeispiel identische Elemente mit gleicher Funktionalität, deren Beschreibung zur Vermeidung von Wie- derholungen weggelassen wird.Reference numerals which are identical to those used in the first exemplary embodiment in the following designate identical elements with the same functionality for the first exemplary embodiment, the description of which is omitted to avoid repetition.
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung eines BrennstoffZeilensystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Das Brennstoffzellensystem 10 des zweiten Ausführungsbei- spiels unterscheidet sich von dem in Figur 1 dargestellten Brennstoffzellensystem dadurch, dass anstatt des ersten und zweiten Brennstofftanks 16 und 20 nur ein einziger Brennstofftank 70 in dem Kraftfahrzeug installiert ist. Dieser Brennstofftank 70 versorgt den ersten, zweiten und dritten Brennstoffsträng 14, 18 und 38 mit Brennstoff der selben Brennstoffsorte. Im zweiten Ausführungsbeispiel sind die primäre Brennstoffzuführeinrichtung 50 des Reformers 12 und die Brennstoffzuführeinrichtung 62 des Nachbrenners 36 so ausgebildet oder werden derart betrieben, dass der von der primären Brennstoffzuführeinrichtung 50 des Reformers 12 zugeführte Brennstoff bei der Zuführung in die entsprechende Zone des Reformers 12 eine andere Temperatur aufweist als der von der Brennstoffzuführeinrichtung 62 des Nachbrenners 36 zugeführte Brennstoff. Dazu ist die primäre Brennstoffzuführeinrichtung 50 und die Brennstoffzuführeinrichtung 62 mit einer nicht dargestellten Heiz- bzw. Kühlvorrichtung versehen. Alternativ dazu kann diese unterschiedliche Zuführtemperatur des Brennstoffes auch mittels einer Heiz- bzw. Kühlvorrichtung im ersten und/oder dritten BrennstoffStrang 14, 38 erreicht werden. Dieser Temperaturunterschied kann auch dazu führen, dass der Brennstoff an der primären Brennstoffzuführeinrichtung 50 des Reformers 12 in einem anderen Aggregatszustand zugeführt wird als an der Brennstoffzuführeinrichtung 62 des Nachbrenners 36.Figure 4 shows a schematic representation of a fuel cell system according to a second embodiment. The fuel cell system 10 of the second exemplary embodiment differs from the fuel cell system shown in FIG. 1 in that, instead of the first and second fuel tanks 16 and 20, only a single fuel tank 70 is installed in the motor vehicle. This fuel tank 70 supplies the first, second and third fuel lines 14, 18 and 38 with fuel of the same fuel grade. In the second embodiment, the primary fuel supply means 50 of the reformer 12 and the fuel supply means 62 of the afterburner 36 are formed or operated such that the fuel supplied from the primary fuel supply means 50 of the reformer 12 at the supply to the corresponding zone of the reformer 12 a different temperature than the fuel supplied from the fuel supply 62 of the afterburner 36. For this purpose, the primary fuel supply device 50 and the fuel supply device 62 are provided with a heating or cooling device, not shown. Alternatively, this different feed temperature of the fuel also by means of a heating or cooling device in the first and / or third Fuel strand 14, 38 can be achieved. This temperature difference may also cause the fuel to be supplied to the primary fuel supply 50 of the reformer 12 in a different state than the fuel supply 62 of the afterburner 36.
Es wird explizit darauf hingewiesen, dass obwohl die einzelnen Ausführungsbeispiele und deren Abwandlungen separat anhand von zugeordneten Figuren beschrieben wurden, jegli- che Kombination der einzelnen Ausführungsbeispiele und Abwandlungen innerhalb des Rahmens der Erfindung ist. Beispielsweise ist durchaus eine Kombination des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels möglich, bei der unterschiedliche BrennstoffSorten an einen Reformer und einen Nach- brenner zugeführt werden, welcher mit unterschiedlichen Temperaturen zugeführt wird.It is explicitly pointed out that although the individual embodiments and their modifications have been described separately with reference to assigned figures, any combination of the individual embodiments and modifications is within the scope of the invention. For example, a combination of the first and second embodiments is quite possible in which different fuel types are supplied to a reformer and a post-burner, which is supplied at different temperatures.
Obwohl in den beschriebenen Figuren dies nicht explizit dargestellt ist, können in den Brennstoffsträngen 14, 18 und 38, in den Oxidationsmittelsträngen 22 und 40 sowie im Kathodenzuluftsträng 28 entsprechende Fördereinrichtungen wie beispielsweise Pumpen bzw. Gebläse und/oder Steuerventile zur Durchflussregelung vorgesehen sein.Although this is not explicitly illustrated in the figures described, suitable delivery devices, such as, for example, pumps or blowers and / or control valves for flow regulation, may be provided in the fuel strands 14, 18 and 38, in the oxidant strands 22 and 40 and in the cathode air strands 28.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein. Bezugszeichenliste :The features of the invention disclosed in the foregoing description, in the drawings and in the claims may be essential to the realization of the invention both individually and in any combination. List of reference numbers:
10 Brennstoffzellensystem10 fuel cell system
12 Reformer 14 erster Brennstoffsträng12 reformer 14 first fuel strands
16 erster Brennstofftank16 first fuel tank
18 zweiter Brennstoffsträng18 second fuel strands
20 zweiter Brennstofftank20 second fuel tank
22 erster Oxidationsmittelstrang 24 Reformatstrang22 first oxidant strand 24 Reformatstrang
26 Brennstoffzellenstapel26 fuel cell stack
28 KathodenzuluftStrang28 cathode flux
30 elektrische Anschlüsse30 electrical connections
32 Anodenabgasstrang 34 Mischeinheit32 anode exhaust line 34 mixing unit
36 Nachbrenner36 afterburner
38 dritter Brennstoffsträng38 third fuel strand
40 zweiter Oxidationsmittelstrang 42 Mischeinheit 44 Kathodenabluftstrang40 second oxidant strand 42 mixing unit 44 cathode exhaust line
46 Wärmetauscher46 heat exchangers
48 Oxidationszone48 oxidation zone
50 primäre Brennstoffzuführeinrichtung50 primary fuel feeder
52 Oxidationsmittelzuführeinrichtung 54 Mischzone52 Oxidant agent supply device 54 mixing zone
56 sekundäre Brennstoffzuführeinrichtung56 secondary fuel supply
58 Reformierungszone58 reforming zone
60 Oxidationszone60 oxidation zone
62 Brennstoffzuführeinrichtung 64 Oxidationsmittelzuführeinrichtung62 fuel supply 64 oxidant supply
66 Mischzone66 mixing zone
68 Verbrennungszone68 combustion zone
70 Brennstofftank 70 fuel tank

Claims

ANSPRUCHE
1. BrennstoffZellensystem (10), umfassend:A fuel cell system (10), comprising:
einen Reformer (12) mit einer Oxidationszone (48) , welcher bevorrateter Brennstoff mittels einer BrennstoffZuführeinrichtung (50) zur Umsetzung mit Oxidati- onsmittel zuführbar ist; unda reformer (12) having an oxidation zone (48), which is fed vorrateter fuel by means of a fuel supply means (50) for reaction with Oxidati- onsmittel; and
einen Nachbrenner (36) mit einer Oxidationszone (60) , welcher bevorrateter Brennstoff mittels einer BrennstoffZuführeinrichtung (62) zur Umsetzung mit Oxidati- onsmittel zuführbar ist,an afterburner (36) having an oxidation zone (60), which can be supplied with fuel by means of a fuel supply device (62) for reaction with oxidizing agent,
dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzuführeinrich- tung (50) des Reformers (12) und die Brennstoffzuführein- richtung (62) des Nachbrenners (36) dazu ausgelegt sind, Brennstoff derart zuzuführen, dass sich der von der Brennstoffzuführeinrichtung (50) des Reformers zugeführte Brennstoff von dem von der Brennstoffzuführeinrichtung (62) des Nachbrenners (36) zugeführten Brennstoff hinsichtlich Brennstoffsorte und/oder Aggregatszustand und/oder Zuführ- temperatur unterscheidet.characterized in that the fuel supply means (50) of the reformer (12) and the fuel supply means (62) of the afterburner (36) are adapted to supply fuel such that the fuel supplied from the fuel supply means (50) of the reformer differs from the fuel supplied by the fuel supply device (62) of the afterburner (36) in terms of fuel grade and / or state of aggregation and / or feed temperature.
2. Brennstoffzellensystem (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzuführeinrichtung (50) des Reformers (12) dazu ausgelegt ist, mit einem ersten Brennstofftank (16) verbunden zu werden, und die Brennstoffzuführeinrichtung (62) des Nachbrenners (36) dazu ausgelegt ist, mit einem separaten zweiten Brennstofftank (20) verbunden zu werden. 2. Fuel cell system (10) according to claim 1, characterized in that the fuel supply means (50) of the reformer (12) is adapted to be connected to a first fuel tank (16), and the fuel supply means (62) of the afterburner (36) is adapted to be connected to a separate second fuel tank (20).
3. Kraftfahrzeug mit einem BrennstoffZeilensystem (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.3. Motor vehicle with a fuel cell system (10) according to one of the preceding claims.
4. Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeich- net, dass zwei Brennstofftanks (16, 20) vorgesehen sind, wobei einer der Brennstofftanks (16) mit der Brennstoffzuführeinrichtung (50) des Reformers (12) verbunden ist und der zweite Brennstofftank (20) mit der Brennstoffzuführein- richtung (62) des Nachbrenners (36) verbunden ist.4. Motor vehicle according to claim 3, characterized marked, that two fuel tanks (16, 20) are provided, wherein one of the fuel tanks (16) with the fuel supply device (50) of the reformer (12) is connected and the second fuel tank (20). with the Brennstoffzuführein- direction (62) of the afterburner (36) is connected.
5. Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems (10), umfassend die Schritte:5. A method of operating a fuel cell system (10), comprising the steps of:
Zuführen von in einem Brennstofftank (16,- 70) befind- lichem Brennstoff zu einer Oxidationszone (48) einesSupplying fuel in a fuel tank (16, -70) to an oxidation zone (48) of a
Reformers (12) , in welcher der Brennstoff mit Oxidati- onsmittel umsetzbar ist; undReformers (12), in which the fuel with oxidant onsmittel is feasible; and
Zuführen von in einem Brennstofftank (20; 70) befind- lichem Brennstoff zu einer Oxidationszone (60) eines Nachbrenners (36) , in welcher der Brennstoff mit Oxi- dationsmittel umsetzbar ist,Supplying fuel in a fuel tank (20; 70) to an oxidation zone (60) of an afterburner (36) in which the fuel with oxidizing agent is convertible,
dadurch gekennzeichnet, dass sich der der Oxidationszone (48) des Reformers (12) zugeführte Brennstoff von dem der Oxidationszone (60) des Nachbrenners (36) zugeführten Brennstoff hinsichtlich Brennstoffsorte und/oder Aggregatszustand und/oder Zuführtemperatur unterscheidet .characterized in that the fuel supplied to the oxidation zone (48) of the reformer (12) differs from the fuel supplied to the oxidation zone (60) of the afterburner (36) in terms of fuel grade and / or aggregate state and / or feed temperature.
6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der der Oxidationszone (48) des Reformers (12) zugeführte Brennstoff aus einem ersten Brennstofftank (16) und der der Oxidationszone (60) des Nachbrenners (36) zugeführ- te Brennstoff aus einem separaten zweiten Brennstofftank (20) zugeführt wird. 6. The method according to claim 5, characterized in that the oxidation zone (48) of the reformer (12) supplied fuel from a first fuel tank (16) and the oxidation zone (60) of the afterburner (36) fed te fuel from a separate second fuel tank (20) is supplied.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008019942A1 (en) 2008-04-21 2009-10-22 Enerday Gmbh Fuel cell system i.e. solid oxide fuel cell system, for use in diesel engine of lorry, has afterburner permanently supplying heat energy to combustion engine to start combustion engine
JP5750341B2 (en) * 2011-05-12 2015-07-22 本田技研工業株式会社 Fuel cell system
CN104092376B (en) * 2014-07-20 2016-09-21 国网山东省电力公司泰安供电公司 A kind of Novel DC multilevel decompression mu balanced circuit

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000123846A (en) 1998-10-19 2000-04-28 Aisin Seiki Co Ltd Fuel cell system
DE10013597A1 (en) 2000-03-18 2001-09-27 Proton Motor Fuel Cell Gmbh Apparatus for simultaneously producing current and further energy form comprises reformer, separating device connected to reformer for separating hydrogen
DE10025668A1 (en) * 2000-05-24 2001-12-06 Bosch Gmbh Robert Fuel cell system with a reformer
DE10028331C2 (en) * 2000-06-05 2002-11-07 Vodafone Ag Fuel cell system and method for starting up a fuel cell system and use of the fuel cell system
US20030223926A1 (en) * 2002-04-14 2003-12-04 Edlund David J. Steam reforming fuel processor, burner assembly, and methods of operating the same
DE10306234B4 (en) * 2003-02-04 2009-09-17 Daimler Ag Method for supplying air to a fuel cell and apparatus for carrying out the method
DE10349075B4 (en) * 2003-10-22 2016-01-07 Airbus Operations Gmbh Apparatus for supplying fuel to a burner in a fuel cell system with a reformer
DE10359205B4 (en) * 2003-12-17 2007-09-06 Webasto Ag Reformer and method for converting fuel and oxidant to reformate
DE102004049903B4 (en) * 2004-10-13 2008-04-17 Enerday Gmbh Burner device with a porous body

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2008006334A1 *

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Publication number Publication date
EA200970027A1 (en) 2009-06-30
CN101490886A (en) 2009-07-22
US20100212991A1 (en) 2010-08-26
BRPI0714215A2 (en) 2013-01-29
WO2008006334A1 (en) 2008-01-17
CA2657457A1 (en) 2008-01-17
DE102006032471A1 (en) 2008-01-17
AU2007272142A1 (en) 2008-01-17
KR20090028628A (en) 2009-03-18
JP2009543305A (en) 2009-12-03

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