EP2134459A2 - Reformer mit einer katalysatoreinrichtung und einem wärmeübertrager sowie verfahren zum betreiben eines reformers - Google Patents

Reformer mit einer katalysatoreinrichtung und einem wärmeübertrager sowie verfahren zum betreiben eines reformers

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EP2134459A2
EP2134459A2 EP08757936A EP08757936A EP2134459A2 EP 2134459 A2 EP2134459 A2 EP 2134459A2 EP 08757936 A EP08757936 A EP 08757936A EP 08757936 A EP08757936 A EP 08757936A EP 2134459 A2 EP2134459 A2 EP 2134459A2
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EP
European Patent Office
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reformer
heat exchanger
catalyst
oxidizing agent
fuel
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Withdrawn
Application number
EP08757936A
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Johannes EICHSTÄDT
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Enerday GmbH
Original Assignee
Enerday GmbH
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Publication date
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    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • Reformer with a catalyst device and a heat exchanger and method for operating a reformer
  • the invention relates to a reformer for converting fuel and oxidant to reformate with a catalyst device which is flowed through a catalyst inlet of the fuel and the oxidant, and with a heat exchanger.
  • the invention relates to a method for operating such a reformer.
  • auxiliary power sources APU, "Auxiliary Power Unit”
  • APU Auxiliary Power Unit
  • SOFC fuel cells solid oxide fuel cell
  • solid oxide fuel cell solid oxide fuel cell
  • SOFC fuel cells solid oxide fuel cell
  • solid oxide fuel cell solid oxide fuel cell
  • the catalytic partial oxidation is known as Reform michmaschinesart the reformer, in which the reformate is recovered using a catalyst from the oxidizing agent and the fuel.
  • fuel for example natural gas, gasoline or diesel mixed with, for example, air as the oxidant and oxidized within a catalyst or within a catalyst device.
  • strongly exothermic reactions take place at a catalyst inlet of the catalyst, which lead to a strong increase in temperature in the area or in the vicinity of the catalyst inlet.
  • DE 103 55 494 A1 discloses a system and a method for converting fuel and oxidant to reformate.
  • a reformer is described which comprises a heat exchanger for removing heat of reaction from the reformer resulting from the reforming process.
  • This heat exchanger is assigned to a specific section of the reformer, but not a specific component of the reformer.
  • the removal of heat from the reformer alone is not sufficient to improve the controllability of the air ratio of the reformer, especially if the controllability of the air ratio depends, inter alia, strongly on an operating temperature of a specific component of the reformer.
  • the temperatures of sensitive components are within a temperature range for which these components are designed.
  • overheating of the catalyst device can occur particularly easily when the regulation of the air ratio of the reformer is made by adjusting the speed of the fan to effect a change in the lambda value.
  • the change in the lambda value in this context is relatively large, despite a slight change in the rotational speed and consequently also results in a high temperature increase.
  • independent of the reformer component heat dissipation can not compensate for such a strong increase in temperature.
  • the invention is therefore based on the object, the generic reformer and method for operating reformers in such a way that the regulation of the air ratio of the reformer can be ensured while reducing the risk of overheating of components of the reformer.
  • the reformer according to the invention builds on the generic state of the art in that the heat exchanger is in a heat-transmitting relationship with at least one section of the catalyst device adjacent to the catalyst inlet.
  • the section of the catalyst device can both be heated via the heat exchanger and cooled in the reforming mode.
  • the controllability of the air ratio of the reformer is improved to the effect that can be compensated by adjusting the heat transfer to the heat exchanger according to temperature increases in the catalyst inlet.
  • the risk of overheating during the regulation of the air ratio of the reformer is reduced, thereby enormously improving the controllability of the reformer.
  • the reformer according to the invention can advantageously be further developed in such a way that the section extends from the catalyst inlet in the direction of a catalyst outlet through which the catalyst inlet flows to a predetermined extent.
  • the section may be, for example, from one end of the catalyst formed by the catalyst inlet to a predetermined extent in the direction of the catalyst exit, which is through the other end of the catalyst. is formed, extend.
  • the catalyst inlet is an upstream end and the catalyst outlet is a downstream end of the catalyst device.
  • this section has a length of about 1/3 of the catalyst device length or 1/2 of the catalyst device length.
  • the reformer according to the invention can be realized in such a way that the catalyst device is preceded by a mixture forming chamber to which the oxidizing agent and the fuel can be supplied and via which a mixture of the oxidizing agent and the fuel can be fed to the catalyst device.
  • the heat exchanger is further in a heat transferring relationship with at least a portion of the mixture forming chamber.
  • the reformer according to the invention can be embodied such that the mixture forming chamber is preceded by a chamber through which the oxidizing agent can flow and which is connected to the heat exchanger via a coupling, via which the oxidizing agent can be at least partially supplied to the heat exchanger.
  • the controllability of the reformer can be further improved, - in particular it is then preferred that the heat exchanger is flowed through by a same flow medium as the oxidant.
  • Heat exchanger air is preferably used as the heat transfer fluid and reformer air as the oxidant in connection with the reformer of the invention. Due to the coupling between the chamber and the heat exchanger, the reformer air can be used as a function of a pressure difference.
  • the reformer air can, depending on the pressure difference, escape via the heat exchanger, for example via bores, which form the coupling to the heat exchanger.
  • the pressure prevailing in the heat exchanger is below that in the mixture forming chamber.
  • the reformer can advantageously be realized in such a way that at least one pressure difference between a pressure present in the mixture formation chamber and a pressure present in the heat exchanger and / or a temperature at the catalyst inlet can be detected by at least one sensor.
  • the control of the air ratio of the reformer can be made, for example, on the basis of the detection of the pressure difference or the temperature via the sensor.
  • the reformer according to the invention can be realized in such a way that a control / regulating device assigned to the reformer is provided, which is suitable for at least on the basis of the detected pressure difference and / or the detected temperature, an air ratio of the reformer to control / regulate.
  • a control / regulating device assigned to the reformer is provided, which is suitable for at least on the basis of the detected pressure difference and / or the detected temperature, an air ratio of the reformer to control / regulate.
  • the reformer according to the invention can be configured such that the control / regulating device is suitable for controlling the air ratio of the reformer by adjusting at least one heat exchanger fluid supply to the heat exchanger and / or an oxidant supply to the mixture forming chamber.
  • the control / regulating device is suitable for controlling the air ratio of the reformer by adjusting at least one heat exchanger fluid supply to the heat exchanger and / or an oxidant supply to the mixture forming chamber.
  • the heat transfer into the heat exchanger as well as from the heat exchanger can be regulated or controlled.
  • the pressure difference is adjusted, so that the proportion of the reformer air escaping into the heat exchanger can be predetermined.
  • the inventive method is based on the generic state of the art in that a temperature at an at least the catalyst inlet adjacent portion of the catalyst device, which communicates with the heat exchanger in a heat transferring relationship, controlled via an adjustment of heat transfer from or to the heat exchanger or regulated.
  • the method according to the invention can advantageously be developed in such a way that the temperature is controlled or regulated at the section which extends from the catalyst inlet in the direction of a catalyst outlet, which flows through the catalyst inlet, to a predetermined extent.
  • the method according to the invention can be realized in such a way that the oxidizing agent and the fuel are fed to the catalyst device via a mixture forming chamber in which a mixture of the oxidizing agent and the fuel is produced.
  • the inventive method can be implemented so that the oxidizing agent is supplied before reaching the mixture forming chamber connected to the Gemisch Strukturshimmmer chamber which is connected to the heat exchanger via a coupling, so that the O xidationsffen is at least partially fed to the heat exchanger.
  • the method according to the invention can be realized in such a way that at least one pressure difference between a pressure present in the mixture formation chamber and a present in the heat exchanger pressure and / or a temperature at the catalyst inlet is detected.
  • the method according to the invention can be designed such that an air ratio of the reformer is controlled or regulated at least on the basis of the detected pressure difference and / or the detected temperature.
  • the inventive method can be developed so that the air ratio of the reformer is controlled or regulated by adjusting at least one heat transfer fluid supply to the heat exchanger and / or an oxidant supply to the mixture formation chamber.
  • Figure 1 is a highly schematic representation of the reformer of the invention, which is suitable for carrying out the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a highly schematic representation of the reformer 10 according to the invention, which is suitable for carrying out the method according to the invention.
  • the reformer 10 is a component of a fuel cell system with an SOFC fuel cell or an SOFC fuel cell stack.
  • the reformer 10 according to the invention serves to produce a reformate 30, which is oxidized by reforming on the basis of a catalytically partial oxidation from the reformer 10. tion medium 34 and fuel 32 is generated.
  • the reformate 30 thus produced is in turn supplied to the fuel cell stack, which is thus operable to generate electrical energy.
  • the reformer 10 comprises a BrennstoffZu colinraum 20, via which the fuel 32, that is, for example, natural gas, gasoline or diesel, a mixture forming chamber 24 of the reformer 10 can be fed. Furthermore, the reformer 10 comprises an oxidizing agent supply device 22, via which the oxidizing agent 34, in this embodiment air, can be supplied to the mixture-forming chamber 24. Furthermore, the reformer 10 has a catalyst device 12 coupled to the mixture formation chamber 24, via the catalyst inlet of which a mixture of the fuel 32 and the oxidant 34 formed in the mixture formation chamber 24 can enter the catalyst device 12. In addition, the catalyst device 12 comprises a catalyst outlet 38, via which the reformate 30 of the fuel cell, not shown, or the fuel cell stack can be fed.
  • the catalyst inlet 36 and the catalyst outlet 38 each represent an end of the catalyst device 12, wherein the catalyst inlet 36 with respect to the flow direction of the oxidizing agent 34 or the fuel 32, the upstream end and the catalyst outlet 38, the downstream end of the catalyst device 12 is formed.
  • the mixture formation chamber 24 can be supplied to the oxidizing agent 34 via the oxidizing agent supply device 22, but the oxidation oxidized by the oxidizing agent supply device 22 flows through it.
  • This chamber 26 may be of any design, for example in the form of a channel or otherwise, and extends at least partially adjacent to a heat exchanger 24 of the reformer 10.
  • the chamber 26 is connected via a coupling 28, for example in the form of one or more holes, coupled to the heat exchanger 14.
  • the heat exchanger 14 communicates with a portion of the catalyst device 12 in a heat transferring relationship. Furthermore, the heat exchanger 14 communicates with another portion with the mixture forming chamber 24 in a heat transferring relationship.
  • a heat exchanger fluid in this embodiment air, can be supplied to the heat exchanger 14 and the heat transfer fluid can be discharged via a discharge device 18, so that the extent of heat transfer can be adjusted on the basis of the supply and discharge of the heat transfer fluid.
  • both the heat transfer fluid and the oxidant 34 are air.
  • the inventive method for operating the reformer 10 according to the invention is as follows. First, the mixture forming chamber 24 is supplied with the oxidizer 34 and the fuel 32 via the oxidant supply means 22 and the fuel supply means 20. In the mixture forming chamber 24, a mixture of the oxidizer 34 and the fuel 32 is generated in a manner known to those skilled in the art; For example, characterized in that the oxidizing agent is applied before reaching the mixture formation chamber with a swirl that can be generated by appropriate Oxidationsffeneren. The mixture enters via the catalyst inlet 36 the catalyst device 12 and flows through this until the catalyst outlet 38. In this case, the mixture is converted by the reforming process based on the catalytic partial oxidation in the reformate 30.
  • the temperature of the catalyst device 12 increases above all in the region or the vicinity of the catalyst inlet 36.
  • the region of the catalyst outlet 38 is a lower compared to the temperature in the region of the catalyst inlet 36 Temperature caused by predominantly endothermic reforming reactions ago.
  • the oxidation dationsschzubow or the air flow in the mixture forming chamber 24 is regulated, so that, accordingly, the air ratio in the reformer 10 changes. As a result, overheating of the catalyst device 36 in the catalyst inlet region can generally be avoided.
  • a heat transfer fluid supply / removal is also set. This results in a heat dissipation from the Katalsator adopted 12 to the heat exchanger 14, which dissipates the heat over the heat exchanger fluid.
  • the heat exchanger is initially supplied with heat transfer fluid to such an extent that the pressure in the heat exchanger is lower than the pressure in the mixture formation chamber 24.
  • the oxidizing agent 34 flows via the coupling 28 of the chamber 26 into the heat exchanger 14, whereby initially the extent of the increase in air number can be reduced.
  • the pressure difference and thus also the volume flow of the oxidizing agent 34 flowing into the heat exchanger can thereby be adjusted and finely metered via the heat exchanger fluid supply / removal.
  • the pressure difference can be adjusted in each case on the basis of the setting of the oxidant supply and the heat exchanger fluid supply / removal, so that an unreasonably high BeerhoffSchwankung is initially avoided.
  • heat is dissipated by the heat exchanger 14 at least in the region of the catalyst inlet 36 via the heat exchanger 14. As a result, the overheating of the catalyst device 12 is further prevented.
  • the pressure difference between the pressure present in the heat exchanger 14 and the present in the mixture forming chamber 24 pressure can be detected by means of a pressure difference sensor, and also the detection of the respective oxidant and heat transfer fluid supply is possible. Additionally or alternatively, it is also conceivable to detect a temperature in the region of the catalyst inlet 36 by means of a temperature sensor. On the basis of the temperature, the corresponding oxidizing agent and heat exchanger can be used in conjunction with characteristic curves. transfer fluid supply and the present air ratio also determined.
  • the heat exchanger 12 can of course also be operated to heat the catalyst device 12, for example, when the reformer 10 is to be operated in a burner operation.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Reformer (10) zum Umsetzen von Brennstoff (32) und Oxidationsmittel (34) zu Reformat (30), mit einer Katalysatoreinrichtung (12), die über einen Katalysatoreintritt (36) von dem Brennstoff (32) und dem Oxidationsmittel (34) durchströmbar ist, und mit einem Wärmeübertrager (14). Erfindungs gemäß ist vorgesehen, dass der Wärmeübertrager (14) mit zumindest einem dem Katalysatoreintritt (36) benachbarten Abschnitt der Katalysatoreinrichtung (12) in einer Wärme übertragenden Beziehung steht. Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Reformers (10).

Description

Reformer mit einer Katalysatoreinrichtung und einem Wärmeübertrager sowie Verfahren zum Betreiben eines Reformers
Die Erfindung betrifft einen Reformer zum Umsetzen von Brennstoff und Oxidationsmittel zu Reformat mit einer Katalysatoreinrichtung, die über einen Katalysatoreintritt von dem Brennstoff und dem Oxidationsmittel durchströmbar ist, und mit einem Wärmeübertrager.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Reformers .
Zunehmend gewinnt die Verwendung von Brennstoffzellen im Kraftfahrzeugbereich zur Erzeugung elektrischer Energie an Bedeutung. So wird beispielsweise die Weiterentwicklung von Hilfsenergiequellen (APU, "Auxiliary Power Unit") angestrebt, um mit diesen Einheiten Energie in das Bordnetz des Fahrzeugs einzuspeisen und auf diese Weise eine vom Betrieb des Verbrennungsmotors unabhängige Versorgung von in dem Fahrzeug angeordneten elektrischen Verbrauchern mit Strom zu ermöglichen.
Zur Erzeugung dieser elektrischen Energie werden häufig SOFC-Brennstoffzellen ("Solid Oxid Fuel Cell") verwendet, denen ein aus einem Reformer austretendes Reformat zugeführt wird, um die Erzeugung elektrischer Energie zu ermöglichen. Unter anderem ist die katalytisch partielle Oxida- tion als Reformierungsart des Reformers bekannt, bei der das Reformat unter Einsatz eines Katalysators aus dem Oxidationsmittel und dem Brennstoff gewonnen wird. Dabei wird Brennstoff, zum Beispiel Erdgas, Benzin oder Diesel mit beispielsweise Luft als Oxidationsmittel gemischt und in- nerhalb eines Katalysators beziehungsweise innerhalb einer Katalysatoreinrichtung oxidiert. Üblicherweise finden an einem Katalysatoreintritt des Katalysators vorwiegend stark exotherme Reaktionen statt, die zu einer starken Temperaturerhöhung im Bereich beziehungsweise in der Umgebung des Katalysatoreintritts führen. Im Bereich eines Katalysatoraustritts der Katalysatoreinrichtung, der sich bezüglich der Strömungsrichtung des Oxidationsmittels oder des Brennstoffs stromabwärts des Katalysatoreintritts befindet, finden überwiegend endotherme Reformierungsreaktionen statt, welche zu einer Verringerung der Katalysatortemperatur im Vergleich zur der am Katalysatoreintritt führen. Dadurch ergibt sich eine allgemein bekannte typische Temperaturverteilung im Katalysator des Reformers. Eine Möglichkeit, um eine übermäßig hohe Temperatur im Katalysator beziehungsweise eine Grenztemperaturüberschreitung im Katalysator zu verhindern, ist die Regelung der Luftzahl beziehungsweise des Lambda-Werts (Luft/Brennstoff-Verhältnis) des Reformers, nämlich durch Einstellung der Oxidationsmittelmengen- zufuhr beziehungsweise Luftmengenzufuhr in den Reformer. Beispielsweise wird eine derartige Regelung über Einstellung der Drehzahl eines Luftgebläses zur Luftzuführung in den Reformer vorgenommen. Da der Reformer einen Sauerstoff des Oxidationsmittels unmittelbar im Bereich oder in der Umgebung des Katalysatoreintritts umsetzt, reagiert er auf Änderungen des Lambda-Werts mit starken Temperaturgradienten beziehungsweise Temperaturschwankungen. Durch diese starken Temperaturschwankungen, die zumindest im Bereich des Katalysatoreintritts auftreten, wird die Regelung der Luftzahl des Reformers stark erschwert. Zusätzlich lässt sich die Oxidationsmittelzufuhr oftmals auch nicht so genau einstellen, um eine übermäßige Erwärmung der Katalysatoreinrichtung gänzlich ausschließen zu können. Aus der DE 103 55 494 Al ist ein System und ein Verfahren zum Umsetzen von Brennstoff und Oxidationsmittel zu Refor- mat bereits bekannt. In diesem dem Stand der Technik angehörenden Dokument wird ein Reformer beschrieben, der einen Wärmeübertrager zum Abführen von Reaktionswärme von dem Reformer, die während des Reformierungsprozesses entsteht, umfasst. Dieser Wärmeübertrager ist dabei einem bestimmten Abschnitt des Reformers zugeordnet, jedoch nicht einer bestimmten Komponente des Reformers . Die Abführung von Wärme von dem Reformer alleine reicht jedoch zur Verbesserung der Regelbarkeit der Luftzahl des Reformers nicht aus, insbesondere dann, wenn die Regelbarkeit der Luftzahl unter anderem stark von einer Betriebstemperatur einer bestimmten Komponente des Reformers abhängt . Zudem wird anhand der von der Reformerkomponente unabhängigen Wärmeabführung auch nicht ausreichend sichergestellt, dass sich die Temperaturen von sensiblen Komponenten innerhalb eines Temperaturbereichs befinden, für den diese Komponenten ausgelegt sind.
Insbesondere im Zusammenhang mit Reformern, die eine Katalysatoreinrichtung umfassen, kann eine Überhitzung der Katalysatoreinrichtung dann besonders leicht auftreten, wenn bei die Reglung der Luftzahl des Reformers über die Einstellung der Drehzahl des Gebläses vorgenommen wird, um eine Änderung des Lambda-Werts zu bewirken. Die Änderung des Lambda-Werts fällt in diesem Zusammenhang trotz geringfügiger Änderung der Drehzahl relativ groß aus und hat demzufolge auch eine hohe Temperaturerhöhung zur Folge . Eine von der Reformerkomponente unabhängige Wärmeabführung kann eine derart starke Temperaturerhöhung jedoch nicht kompensieren. Dadurch besteht dennoch die Gefahr einer Überhitzung sensibler Komponenten. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäßen Reformer und Verfahren zum Betreiben von Reformern derart weiterzubilden, dass die Regelung der Luftzahl des Reformers unter gleichzeitiger Verringerung des Überhitzungsrisikos von Komponenten des Reformers sichergestellt werden kann.
Der erfindungsgemäße Reformer baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass der Wärmeübertrager mit zumindest einem dem Katalysatoreinritt benachbarten Abschnitt der Katalysatoreinrichtung in einer wärmeübertragenden Beziehung steht. Somit besteht die Möglichkeit, dass der Abschnitt der Katalysatoreinrichtung über den Wärmeübertrager sowohl aufgeheizt als auch im Reformierungsbe- trieb abgekühlt werden kann. Die Regelbarkeit der Luftzahl des Reformers wird dahingehend verbessert, als durch Einstellung der Wärmeübertragung zu dem Wärmeübertrager entsprechend Temperaturerhöhungen im Bereich des Katalysatoreintritts kompensiert werden können. Somit wird das Über- hitzungsrisiko während der Regelung der Luftzahl des Reformers verringert und dadurch die Regelbarkeit des Reformers enorm verbessert.
Der erfindungsgemäße Reformer kann in vorteilhafter Weise derart weitergebildet sein, dass sich der Abschnitt von dem Katalysatoreintritt in Richtung eines im Anschluss an den Katalysatoreintritt durchströmten Katalysatoraustritts bis zu einem vorbestimmten Ausmaß erstreckt. Der Abschnitt kann sich dabei beispielsweise von einem Ende des Katalysators, das durch den Katalysatoreinritt ausgebildet wird, bis zu einem vorbestimmten Ausmaß in Richtung des Katalysatoraustritts, der durch das andere Ende des Katalysators ausge- bildet wird, erstrecken. Dementsprechend stellen der Katalysatoreintritt ein stromaufwärtiges Ende und der Katalysatoraustritt ein stroraabwärtiges Ende der Katalysatoreinrichtung dar. Vorzugsweise weist dieser Abschnitt eine Länge von ungefähr 1/3 der Katalysatoreinrichtungslänge oder 1/2 der Katalysatoreinrichtungslänge auf.
Darüber hinaus kann der erfindungsgemäße Reformer so verwirklicht werden, dass der Katalysatoreinrichtung eine Gemischbildungskammer vorgeschaltet ist, der das Oxidations- mittel und der Brennstoff zuführbar ist und über die der Katalysatoreinrichtung ein Gemisch aus dem Oxidationsmittel und dem Brennstoff zuführbar ist. Vorzugsweise steht der Wärmeübertrager weiterhin zumindest mit einem Abschnitt der Gemischbildungskammer in einer Wärme übertragenden Beziehung. Dadurch kann bereits in der Gemischbildungskammer eine Erhitzung oder in gewissen Fällen auch eine Abkühlung des Gemisches vorgenommen werden.
Ferner kann der erfindungsgemäße Reformer derart ausgeführt werden, dass der Gemischbildungskammer eine von dem Oxidationsmittel durchströmbare und mit dem Wärmeübertrager über eine Kopplung verbundene Kammer vorgeschaltet ist, über die das Oxidationsmittel zumindest teilweise dem Wärmeübertrager zuführbar ist . Dadurch kann die Regelbarkeit des Reformers weiter verbessert werden,- insbesondere ist dann bevorzugt, dass der Wärmeübertrager von einem gleichen Strömungsmedium wie das Oxidationsmittel durchströmt wird. Vorzugsweise wird im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Reformer Wärmeübertragerluft als Wärmeübertragerfluid und Reformerluft als Oxidationsmittel verwendet. Durch die Kopplung zwischen der Kammer und dem Wärmeübertrager kann die Reformerluft in Abhängigkeit einer Druckdifferenz zwi- sehen der Kammer und dem Wärmeübertrager in den Wärmeübertrager strömen. Das heißt, die Reformerluft kann, je nach Druckdifferenz, über den Wärmetauscher entweichen, beispielsweise über Bohrungen, welche die Kopplung zum Wärmeübertrager ausbilden. In diesem Fall liegt der in dem Wärmeübertrager vorherrschende Druck unter dem in der Gemischbildungskammer. Dadurch stellt sich ein geringerer Lambda-Wert beziehungsweise eine geringere Luftzahl im Reformer ein, als die, die sich üblicherweise eingestellt hätte, wenn ein Entweichen des Oxidationsmittels nicht möglich gewesen wäre,- selbst dann, wenn die eingehenden Stoff- mengen von Brenngas als Brennstoff und Reformerluft als O- xidationsmittel erhöht werden, um den berechneten Lambda- Wert zu erhalten, kann die Luftzahl im Reformer zusätzlich durch Einstellen des Ausmaßes des entweichenden Oxidationsmittels geregelt werden. Die Regelung der Luftzahl des Reformers erfolgt hierbei zusätzlich über die Wärmeübertragerluftzufuhr und die Druckdifferenz zwischen Wärmetauscher und Reformer.
Des Weiteren kann der Reformer in vorteilhafter Weise so verwirklicht werden, dass zumindest eine Druckdifferenz zwischen einem in der Gemischbildungskammer vorliegenden Druck und einem in dem Wärmeübertrager vorliegenden Druck und/oder eine Temperatur am Katalysatoreintritt durch zumindest einen Sensor erfassbar sind. Somit kann die Regelung der Luftzahl des Reformers beispielsweise auf der Grundlage der Erfassung der Druckdifferenz oder der Temperatur über den Sensor vorgenommen werden.
Weiterhin kann der erfindungsgemäße Reformer so realisiert werden, dass eine dem Reformer zugeordnete Steuer- /Regeleinrichtung vorgesehen ist, die geeignet ist, zumin- dest auf der Grundlage der erfassten Druckdifferenz und/oder der erfassten Temperatur eine Luftzahl des Reformers zu steuern/regeln. Durch die Regelung des Reformers über die Druckdifferenz zwischen dem Wärmeübertrager und dem Reformer weiten sich die Regelparameter auf, wobei die Luftzahl des Reformers auf Drehzahländerungen eines Reformergebläses nicht mehr so sprunghaft reagiert, da das Lamb- da im Reformer aufgrund der Aufteilung des Reformerluftvolumenstroms geringeren Änderungen unterworfen ist.
Darüber hinaus kann der erfindungsgemäße Reformer so ausgestaltet werden, dass die Steuer-/Regeleinrichtung geeignet ist, die Luftzahl des Reformers durch Einstellen zumindest einer Wärmeübertragerfluidzufuhr zum Wärmeübertrager und/oder einer Oxidationsmittelzufuhr zur Gemischbildungs- kammer zu steuern/regeln. Dadurch kann die Wärmeübertragung in den Wärmeübertrager sowie von dem Wärmeübertrager geregelt beziehungsweise gesteuert werden. Damit einhergehend wird auch die Druckdifferenz eingestellt, so dass der Anteil der in den Wärmeübertrager entweichenden Reformerluft vorgegeben werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass eine Temperatur an einem zumindest dem Katalysatoreintritt benachbarten Abschnitt der Katalysatoreinrichtung, der mit dem Wärmeübertrager in einer Wärme übertragenden Beziehung steht, ü- ber eine Einstellung einer Wärmeübertragung von oder zu dem Wärmeübertrager gesteuert oder geregelt wird. Dadurch ergeben sich die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Reformer erläuterten Vorteile in ähnlicher oder gleicher Weise, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Aus- führungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Reformer verwiesen wird.
Gleiches gilt sinngemäß für die folgenden bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei zur Vermeidung von Wiederholungen auch diesbezüglich auf die Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Reformer verwiesen wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in vorteilhafter Weise derart weitergebildet werden, dass die Temperatur an dem Abschnitt gesteuert oder geregelt wird, der sich von dem Katalysatoreintritt in Richtung eines im Anschluss an den Katalysatoreintritt durchströmten Katalysatoraustritts bis zu einem vorbestimmten Ausmaß erstreckt .
Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren derart realisiert werden, dass der Katalysatoreinrichtung das Oxidati- onsmittel und der Brennstoff über eine Gemischbildungskammer zugeführt wird, in der ein Gemisch aus dem Oxidations- mittel und dem Brennstoff erzeugt wird.
Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren so umgesetzt werden, dass das Oxidationsmittel vor Erreichen der Gemischbildungskammer einer mit der Gemischbildungskämmer verbundenen Kammer zugeführt wird, die mit dem Wärmeübertrager über eine Kopplung verbunden ist, so dass das O- xidationsmittel zumindest teilweise dem Wärmeübertrager zuführbar ist .
Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Verfahren so verwirklicht werden, dass zumindest eine Druckdifferenz zwischen einem in der Gemischbildungskammer vorliegenden Druck und einem in dem Wärmeübertrager vorliegenden Druck und/oder eine Temperatur am Katalysatoreintritt erfasst wird.
Des Weiteren kann das erfindungsgemäße Verfahren so ausgebildet werden, dass zumindest auf der Grundlage der erfass- ten Druckdifferenz und/oder der erfassten Temperatur eine Luftzahl des Reformers gesteuert oder geregelt wird.
Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren so weitergebildet werden, dass die Luftzahl des Reformers durch Einstellen zumindest einer Wärmeübertragerfluidzufuhr zum Wärmeübertrager und/oder einer Oxidationsmittelzufuhr zur Gemischbildungskammer gesteuert oder geregelt wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figur beispielhaft erläutert.
Es zeigt:
Figur 1 eine stark schematisierte Darstellung des erfindungsgemäßen Reformers, der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.
Figur 1 zeigt eine stark schematisierte Darstellung des erfindungsgemäßen Reformers 10, der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Reformer 10 eine Komponente eines BrennstoffZeilensystems mit einer SOFC-Brennstoffzelle beziehungsweise einem SOFC-Brennstoffzellenstack. Der erfindungsgemäße Reformer 10 dient zur Erzeugung eines Refor- mats 30, das durch Reformierung anhand einer katalytisch partiellen Oxidation aus dem Reformer 10 zugeführten Oxida- tionsmittel 34 und Brennstoff 32 erzeugt wird. Das so erzeugte Reformat 30 wird wiederum dem Brennstoffzellenstapel zugeführt, der somit zur Erzeugung elektrischer Energie betriebsfähig ist.
Der Reformer 10 umfasst eine BrennstoffZuführeinrichtung 20, über die der Brennstoff 32, das heißt beispielsweise Erdgas, Benzin oder Diesel, einer Gemischbildungskammer 24 des Reformers 10 zuführbar ist. Ferner umfasst der Reformer 10 eine Oxidationsmittelzuführeinrichtung 22, über die das Oxidationsmittel 34, in diesem Ausführungsbeispiel Luft, der Gemischbildungskammer 24 zuführbar ist. Weiterhin weist der Reformer 10 eine mit der Gemischbildungskammer 24 gekoppelte Katalysatoreinrichtung 12 auf, über deren Katalysatoreintritt ein in der Gemischbildungskammer 24 ausgebildetes Gemisch aus dem Brennstoff 32 und dem Oxidationsmittel 34 in die Katalysatoreinrichtung 12 gelangen kann. Darüber hinaus umfasst die Katalysatoreinrichtung 12 einen Katalysatoraustritt 38, über den das Reformat 30 der nicht dargestellten Brennstoffzelle beziehungsweise dem Brennstoffzellenstapel zuführbar ist. In diesem Ausführungsbeispiel stellen der Katalysatoreintritt 36 und der Katalysatoraustritt 38 jeweils ein Ende der Katalysatoreinrichtung 12 dar, wobei der Katalysatoreintritt 36 bezogen auf die Strömungsrichtung des Oxidationsmittels 34 oder des Brennstoffs 32 das stromaufwärtige Ende und der Katalysatoraustritt 38 das stromabwärtige Ende der Katalysatoreinrichtung 12 ausbildet.
In diesem Ausführungsbeispiel ist der Gemischbildungskammer 24 das Oxidationsmittel 34 über die Oxidationsmittelzuführ- einrichtung 22 zuführbar, jedoch durchströmt das von der Oxidationsmittelzuführeinrichtung 22 zugeführte Oxidations- mittel 34 vor Erreichen der Gemischbildungskammer 24 eine Kammer 26. Diese Kammer 26 kann beliebig ausgebildet sein, beispielsweise in der Form eines Kanals oder in sonstiger Weise, und verläuft zumindest abschnittsweise angrenzend an einen Wärmeübertrager 24 des Reformers 10. Die Kammer 26 ist über eine Kopplung 28, beispielsweise in der Form von ein oder mehreren Bohrungen, mit dem Wärmeübertrager 14 gekoppelt. Der Wärmeübertrager 14 steht mit einem Abschnitt mit der Katalysatoreinrichtung 12 in einer Wärme übertragenden Beziehung. Weiterhin steht der Wärmeübertrager 14 mit einem weiteren Abschnitt mit der Gemischbildungskammer 24 in einer Wärme übertragenden Beziehung. Dem Wärmeübertrager 14 ist über eine Zuführeinrichtung 16 ein Wärmeü- bertragerfluid, in diesem Ausführungsbeispiel Luft, zuführbar und über eine Abführeinrichtung 18 das Wärmeübertra- gerfluid abführbar, so dass anhand der Zu- und Abführung des Wärmeübertragerfluids das Ausmaß einer Wärmeübertragung einstellbar ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist somit sowohl das Wärmeübertragerfluid als auch das Oxidationsmit- tel 34 Luft.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben des erfindungsgemäßen Reformers 10 gestaltet sich wie folgt. Zunächst werden der Gemischbildungskammer 24 das Oxidations- mittel 34 und der Brennstoff 32 über die Oxidationsmittel- zuführeinrichtung 22 und die Brennstoffzuführeinrichtung 20 zugeführt. In der Gemischbildungskammer 24 wird ein Gemisch aus dem Oxidationsmittel 34 und dem Brennstoff 32 auf eine dem Fachmann bekannte Weise erzeugt; beispielsweise dadurch, dass das Oxidationsmittel vor Erreichen der Gemischbildungskammer mit einem Drall beaufschlagt wird, der durch entsprechende Oxidationsmittelführungen erzeugt werden kann. Das Gemisch tritt über den Katalysatoreintritt 36 in die Katalysatoreinrichtung 12 ein und durchströmt diese bis zum Katalysatoraustritt 38. Dabei wird das Gemisch durch den Reformierungsvorgang anhand der katalytisch partiellen Oxidation in das Reformat 30 umgesetzt. Durch die hierdurch auftretenden exothermen Reaktionen, insbesondere im Bereich des Katalysatoreintritts 36, erhöht sich die Temperatur der Katalysatoreinrichtung 12 vor allem im Bereich beziehungsweise der Umgebung des Katalysatoreintritts 36. Hingegen liegt im Bereich des Katalysatoraustritts 38 eine im Vergleich zur Temperatur im Bereich des Katalysatoreintritts 36 niedrigere Temperatur bedingt durch vorwiegend endotherme Reformierungsreaktionen vor. Um eine Überhitzung der Katalysatoreinrichtung 12, vor allem im Bereich des Katalysatoreintritts 36, zu verhindern, wird unter anderem die Oxi- dationsmittelzufuhr beziehungsweise die Luftmengenzufuhr in die Gemischbildungskammer 24 geregelt, so dass sich dementsprechend die Luftzahl im Reformer 10 verändert. Dadurch kann im Allgemeinen eine Überhitzung der Katalysatoreinrichtung 36 im Katalysatoreintrittsbereich vermieden werden. Um jedoch starke TemperaturSchwankungen der Katalysatoreinrichtung 12 und Schwankungen der Luftzahl im Reformer 10 ebenso zu verhindern, wird weiterhin eine Wärmeübertra- gerfluidzufuhr/-abfuhr eingestellt. Dadurch ergibt zum einen eine Wärmeabführung von der Katalsatoreinrichtung 12 zu dem Wärmeübertrager 14 , der die Wärme über das Wärmeü- bertragerfluid abführt. Zum anderen wird dadurch eine Druckdifferenz zwischen einem in dem Wärmeübertrager 14 vorliegenden Druck und einem in der Gemischbildungskammer 24 vorliegenden Druck eingestellt. Diese Druckdifferenz hängt unter anderem von der Einstellung der Oxidationsmit- telzufuhr und der Wärmeübertragerfluidzufuhr/-abfuhr ab. Um beispielsweise eine zu große Änderung der Luftzahl im Reformer 10 und damit einhergehend eine TemperaturSchwankung der Katalysatoreinrichtung 12 zu verhindern, wird der Wärmeübertrager zunächst in einem solchen Maße mit Wärmeü- bertragerfluid versorgt, dass der Druck im Wärmeübertrager geringer als der Druck in der Gemischbildungskammer 24 ist. Dadurch strömt das Oxidationsmittel 34 vor Erreichen der Gemischbildungskammer 24 über die Kopplung 28 der Kammer 26 in den Wärmeübertrager 14 , wodurch zunächst das Ausmaß der LuftZahlerhöhung verringert werden kann. Damit wird weiterhin eine unangemessen hohe Luftzahlschwankung im Reformer und damit einhergehend eine unangemessen hohe Temperaturerhöhung der Katalysatoreinrichtung 12 unterbunden. Die Druckdifferenz und damit auch der in den Wärmeübertrager strömende Volumenstrom des Oxidationsmittels 34 kann dadurch über die Wärmeübertragerfluidzufuhr/-abfuhr eingestellt und fein dosiert werden. Somit lässt sich anhand der Einstellung der Oxidationsmittelzufuhr und der Wärmeübertragerfluidzufuhr/-abfuhr die Druckdifferenz jeweils einstellen, so dass eine unangemessen hohe LuftzahlSchwankung zunächst vermieden wird. Gleichzeitig wird durch den Wärmeübertrager 14 zumindest im Bereich des Katalysatoreintritts 36 Wärme über den Wärmeübertrager 14 abgeführt. Dadurch wird weiterhin die Überhitzung der Katalysatoreinrichtung 12 verhindert. Vorzugsweise kann die Druckdifferenz zwischen dem im Wärmeübertrager 14 vorliegenden Druck und dem in der Gemischbildungskammer 24 vorliegenden Druck anhand eines Druckdifferenzsensors erfasst werden, wobei ebenso die Erfassung der jeweiligen Oxidationsmittel- und Wärmeübertragerfluidzufuhr möglich ist. Zusätzlich oder alternativ ist auch denkbar, eine Temperatur im Bereich des Katalysatoreintritts 36 durch einen Temperatursensor zu erfassen. Anhand der Temperatur lässt sich in Verbindung mit Kennlinien die entsprechende Oxidationsmittel- und Wärmeü- bertragerfluidzufuhr sowie die vorliegende Luftzahl ebenso ermittelt .
Umgekehrt kann der Wärmeübertrager 12 selbstverständlich auch zur Erwärmung der Katalysatoreinrichtung 12 betrieben werden, beispielsweise dann, wenn der Reformer 10 in einem Brennerbetrieb betrieben werden soll.
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 :
10 Reformer
12 Katalysatoreinrichtung
14 Wärmeübertrager
16 Zuführeinrichtung
18 Abführeinrichtung
20 Brennstoffzuführeinrichtung
22 Oxidationsmittelzuführeinrichtung
24 Gemischbildungskammer
26 Kammer
28 Kopplung
30 Reformat 32 Brennstoff
34 Oxidationsmittel
36 Katalysatoreintritt
38 Katalysatoraustritt

Claims

ANSPRUCHE
1. Reformer (10) zum Umsetzen von Brennstoff (32) und O- xidationsmittel (34) zu Reformat (30) , mit einer Katalysatoreinrichtung (12) , die über einen Katalysatoreintritt
(36) von dem Brennstoff (32) und dem Oxidationsmittel (34) durchströmbar ist, und mit einem Wärmeübertrager (14) , dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (14) mit zumindest einem dem Katalysatoreintritt (36) benachbarten Abschnitt der Katalysatoreinrichtung (12) in einer Wärme ü- bertragenden Beziehung steht.
2. Reformer (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Abschnitt von dem Katalysatoreintritt (36) in Richtung eines im Anschluss an den Katalysatoreintritt (36) durchströmten Katalysatoraustritts (38) bis zu einem vorbestimmten Ausmaß erstreckt.
3. Reformer (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatoreinrichtung (12) eine Gemischbildungskammer (24) vorgeschaltet ist, der das Oxidationsmittel (34) und der Brennstoff (32) zuführbar ist und über die der Katalysatoreinrichtung (12) ein Gemisch aus dem Oxidationsmittel (34) und dem Brennstoff (32) zuführbar ist.
4. Reformer (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gemischbildungskammer (24) eine von dem Oxidationsmittel (34) durchströmbare und mit dem Wärmeübertrager
(14) über eine Kopplung (28) verbundene Kammer (26) vorge- schaltet ist, über die das Oxydationsmittel (34) zumindest teilweise dem Wärmeübertrager (14) zuführbar ist.
5. Reformer (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Druckdifferenz zwischen einem in der Gemischbildungskammer (24) vorliegenden Druck und einem in dem Wärmeübertrager (14) vorliegenden Druck und/oder eine Temperatur am Katalysatoreintritt (36) durch zumindest einen Sensor erfassbar sind.
6. Reformer (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine dem Reformer (10) zugeordnete Steuer- /Regeleinrichtung vorgesehen ist, die geeignet ist, zumindest auf der Grundlage der erfassten Druckdifferenz und/oder der erfassten Temperatur eine Luftzahl des Reformers zu steuern/regeln.
7. Reformer (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer-/Regeleinrichtung geeignet ist, die Luftzahl des Reformers (10) durch Einstellen zumindest einer Wärmeübertragerfluidzufuhr zum Wärmeübertrager (14) und/oder einer Oxidationsmittelzufuhr zur Gemischbildungs- kammer (24) zu steuern/regeln.
8. Verfahren zum Betreiben eines Reformers (10) zur Umsetzung von Brennstoff (32) und Oxidationsmittel (34) zu Reformat (30) , wobei der Reformer (10) eine Katalysatoreinrichtung (12) , die über einen Katalysatoreintritt (36) von dem Brennstoff (32) und dem Oxidationsmittel (34) durchströmbar ist, und einen Wärmeübertrager (14) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperatur an einem zumindest dem Katalysatoreintritt (36) benachbarten Abschnitt der Katalysatoreinrichtung (12) , der mit dem Wärmeübertra- ger (14) in einer Wärme übertragenden Beziehung steht, über eine Einstellung einer Wärmeübertragung von oder zu dem Wärmeübertrager (14) gesteuert oder geregelt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur an dem Abschnitt gesteuert oder geregelt wird, der sich von dem Katalysatoreintritt (36) in Richtung eines im Anschluss an den Katalysatoreintritt (36) durchströmten Katalysatoraustritts (38) bis zu einem vorbestimmten Ausmaß erstreckt.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatoreinrichtung (12) das Oxidations- mittel (34) und der Brennstoff (32) über eine Gemischbildungskammer (24) zugeführt wird, in der ein Gemisch aus dem Oxidationsmittel (34) und dem Brennstoff (32) erzeugt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidationsmittel (34) vor Erreichen der Gemischbildungskammer (24) einer mit der Gemischbildungskammer
(24) verbundenen Kammer (26) zugeführt wird, die mit dem Wärmeübertrager (14) über eine Kopplung (28) verbunden ist, so dass das Oxidationsmittel (34) zumindest teilweise dem Wärmeübertrager (14) zuführbar ist.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Druckdifferenz zwischen einem in der Gemischbildungskammer (24) vorliegenden Druck und einem in dem Wärmeübertrager (14) vorliegenden Druck und/oder eine Temperatur am Katalysatoreintritt (36) erfasst wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest auf der Grundlage der erfassten Druckdiffe- renz und/oder der erfassten Temperatur eine Luftzahl des Reformers gesteuert oder geregelt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzahl des Reformers (10) durch Einstellen zumindest einer Wärmeübertragerfluidzufuhr zum Wärmeübertrager (14) und/oder einer Oxidationsmittelzufuhr zur Gemischbildungskammer (24) gesteuert oder geregelt wird.
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Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3806408A1 (de) * 1988-02-29 1989-09-07 Uhde Gmbh Verfahren und vorrichtung zur erzeugung eines h(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts) und co-enthaltenden synthesegases
JPH01261201A (ja) * 1988-04-12 1989-10-18 Mitsubishi Gas Chem Co Inc 炭化水素改質反応器
DE19827879C1 (de) * 1998-06-23 2000-04-13 Dbb Fuel Cell Engines Gmbh Wasserdampfreformierungsreaktor, insbesondere mit autothermer Prozeßführung
JP4045564B2 (ja) * 1999-10-20 2008-02-13 株式会社日本ケミカル・プラント・コンサルタント 自己酸化内部加熱型改質装置及び方法
WO2001094005A1 (de) * 2000-06-08 2001-12-13 Paul Scherrer Institut Katalytischer plattenreaktor mit interner wärmerekuperation
DE10057537A1 (de) * 2000-11-20 2002-06-06 Viessmann Werke Kg Apparat zur Erzeugung von Wasserstoff
DE10142578A1 (de) * 2001-09-02 2003-04-10 Webasto Thermosysteme Gmbh System zum Erzeugen elektrischer Energie und Verfahren zum Betreiben eines Systems zum Erzeugen elektrischer Energie
US6936238B2 (en) * 2002-09-06 2005-08-30 General Motors Corporation Compact partial oxidation/steam reactor with integrated air preheater, fuel and water vaporizer
DE10318866A1 (de) * 2003-04-25 2004-11-11 Daimlerchrysler Ag Vorrichtung zur Umsetzung eines Ausgangsstoffes zu einem wasserstoffhaltigen Gas sowie Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung
DE10355494B4 (de) 2003-11-27 2009-12-03 Enerday Gmbh System und Verfahren zum Umsetzen von Brennstoff und Oxidationsmittel zu Reformat
DE102004010014B4 (de) * 2004-03-01 2011-01-05 Enerday Gmbh Reformer und Verfahren zum Umsetzen von Brennstoff und Oxidationsmittel zu Reformat
DE102004041815A1 (de) * 2004-08-30 2006-03-09 Gvp Gesellschaft Zur Vermarktung Der Porenbrennertechnik Mbh Verfahren und Vorrichtung zur Verdampfung von Flüssigbrennstoffen

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2008125095A2 *

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CA2683609A1 (en) 2008-10-23
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