EP2537199A2 - Catalytic burner for fuel cell exhaust gas - Google Patents

Catalytic burner for fuel cell exhaust gas

Info

Publication number
EP2537199A2
EP2537199A2 EP10785365A EP10785365A EP2537199A2 EP 2537199 A2 EP2537199 A2 EP 2537199A2 EP 10785365 A EP10785365 A EP 10785365A EP 10785365 A EP10785365 A EP 10785365A EP 2537199 A2 EP2537199 A2 EP 2537199A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
catalyst body
catalytic burner
flow
cross
burner according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10785365A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Kai Kuchenbuch
Patrick Mangold
Gert Hinsenkamp
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.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler AG filed Critical Daimler AG
Publication of EP2537199A2 publication Critical patent/EP2537199A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/62Mixing devices; Mixing tubes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C13/00Apparatus in which combustion takes place in the presence of catalytic material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H01M8/04022Heating by combustion
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D2900/00Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/14Special features of gas burners
    • F23D2900/14701Swirling means inside the mixing tube or chamber to improve premixing
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a catalytic burner according to the further defined in the preamble of claim 1. Art Furthermore, the invention relates to the use of such a catalytic burner.
  • Catalytic burners can be used to convert flammable starting materials without open flame. For example, from the field of
  • Such catalytic burners generally have a catalyst body, which is formed for example as a porous or honeycomb-like material or as a bed of pellets or the like.
  • the material used in the catalyst body is at least partially provided with a catalytically active substance, such as platinum, palladium or the like.
  • a catalytically active substance such as platinum, palladium or the like.
  • the gas mixture then flows correspondingly mixed in the region of the catalyst body. Again, only a very good mixing is achieved, a uniform flow of the catalyst body can not be realized by the structure.
  • the structure is extremely complex due to a large number of very small and filigree components and leads to a very costly mixing area in front of the catalyst body.
  • Catalyst body allowed, so that it can be shortened sustainably in its overall length.
  • catalytic burner according to the invention will become apparent from the dependent claims.
  • a particularly preferred use of the catalytic burner according to the invention is specified in claim 8.
  • Advantageous developments of this use emerge from the dependent claims.
  • Such a swirl element which according to a very advantageous development can be formed with a plurality of guide vanes, ensures minimum installation space seen in the direction of flow that clearly homogenizes both the fuel gas distribution and the velocity profile of the gas mixture over the catalyst body in different load cases. This has been clearly demonstrated by simulations of the flow.
  • the swirl element in particular if it is formed with a plurality of guide vanes, fan out the flow of the gas mixture before the catalyst body by radial deflection and thus ensures the very uniform and homogeneous flow of the catalyst body.
  • Catalyst body with a very homogeneous velocity profile distributed can thus be ideally utilized and the catalyst body can be correspondingly minimized with regard to the installation space required by it, and here in particular with regard to the required overall length. This results in a very compact construction, which also allows a significant saving of the generally very expensive catalytically active substance.
  • the catalyst body is cylindrical and the swirl element with respect to the flow-through cross-section of the Catalyst body is arranged centrally.
  • a cylindrical catalyst body has the advantage that it can be easily integrated into a conduit element or a piece of piping.
  • the central arrangement of the swirl element makes it possible, a best possible distribution of the inflowing gas mixture on the
  • the swirl element occupies the entire cross-section of the conduit element and is arranged at its end facing the transition region. According to this embodiment, therefore, the swirl element occupies the entire flow-through cross-section, so that the entire gas mixture for the swirl element is set into a rotational movement and deflected radially. This achieves the best possible fanning out of the flow of the gas mixture. Due to the arrangement in the region of the line element, which faces the transition region and thus the catalyst body, a very simple structure is created, since the swirl element can be easily introduced as termination of the line element between the transition region and the line element.
  • the flow-through cross section widens between the swirl element and the catalyst body.
  • This extension which can take place in particular in the transition region, can typically take place in the manner of a funnel, so that a comparatively large cross-sectional area of the catalyst body which can be flowed through can be flowed through uniformly.
  • the velocity of the gas mixture is reduced due to the extension of the cross section at the same volume flow, so that the
  • Flow rate and thus the residence time of the gas mixture in the region of the catalyst body can be increased. This also serves to reduce the size and the amount of catalytically active substance in the region of the catalyst body.
  • the swirl element By means of the swirl element, the flow of the gas mixture is fanned out so that a very even distribution of the gas over the entire cross-section of the catalyst body takes place in the area of the expanding flow-through cross section since, as already mentioned several times, this is fanned out accordingly by the swirl element.
  • the gas mixture may optionally carry liquid which impinges in the region of the catalyst body and wets parts of the active surface so that the reaction of the gas is hindered. Due to the radial fanning of the gas flow, however, this is given a twist, with which this flows through the region of the cross-sectional widening. As a result, any entrained liquid droplets are thrown outward due to the centrifugal force and accumulate in the region of the walls of the cross-sectional widening.
  • corresponding guide elements and / or openings can be provided, through which the collecting liquid can flow. For example, in the walls before the
  • Catalyst body be introduced a corresponding groove in which liquid collects and is discharged from the region of the cross-sectional widening.
  • the line element is divided by at least two parallel sub-line elements in the direction of flow in front of the swirl element in the direction of flow.
  • Swirl elements lead be used to equalize the flow of the swirl element and thus ultimately make the fanned flow much more homogeneous. If such internals extending in the direction of flow, which divide the line element into at least two parallel sub-line elements, are not used, then a curved line element could lead to an uneven flow of the swirl element, which would then result in a likewise non-uniform flow of the catalyst body.
  • a particularly preferred use of the catalytic burner according to the invention in one of the embodiments described above is the use for the thermal conversion of combustible radicals in the exhaust gases of a fuel cell.
  • This particularly preferred use of the catalytic burner according to the invention enables the conversion of residues in the exhaust gases of a fuel cell, which typically have hydrogen. Due to the fact that no hydrogen should reach the environment in order to prevent any ignitable or explosive mixtures from escaping from the fuel cell system, the complete implementation of the combustible radicals in the exhaust gases of a fuel cell is particularly high
  • the gas mixture can then be conducted via the line element and possibly running in this internals to the swirl element and can be so together with the existing gas mixture, which is typically an exhaust stream from a cathode region of the fuel cell and optionally a hydrogen-containing residual gas from the
  • Fuel cell systems are also known from the general state of the art.
  • the turbine can be connected either directly or indirectly to a compressor for the process air delivered to the fuel cell. It is also conceivable to couple the turbine and / or the compressor also in an electric machine. Then arises a structure, which is also referred to as an electric turbocharger (Electric Turbo Charger) or ETC.
  • ETC Electric Turbo Charger
  • the residual energy from the region of the fuel cell can be utilized via the catalytic burner and converted into usable mechanical energy via the turbine. This then drives - at least partially - the compressor for the process air. Any remaining required power is supplied via the electric machine in motor operation. If more power is provided via the turbine than the compressor requires, the electric machine can also be used as a generator to convert this power into electrical power.
  • a highly dynamic operation of a vehicle can be realized by temporarily hot gases are generated by the additional injection of fuel in the catalytic burner, which then provide so much energy through the turbine that the electric machine as a generator additional electrical energy for driving the vehicle when,
  • Fuel cell provides no or no sufficient electrical power can be provided.
  • FIG. 1 shows a principle cross section through a catalytic burner according to the invention.
  • Fig. 2 is a plan view of a swirl element according to the invention.
  • a cross section indicated by way of principle is represented by a catalytic burner 1. This consists essentially of one
  • the starting materials for example, in the exhaust gases from a
  • Cathode space and an anode compartment of a fuel cell contained substances, in particular so be residual oxygen and residual hydrogen.
  • substances in particular so be residual oxygen and residual hydrogen.
  • other combustible substances such as those of hydrocarbons or the like is conceivable.
  • Embodiment is curved, has in the flow direction extending internals 4, which ensures that despite the curvature of the
  • Conduit element 3 is a uniform distribution of the inflowing gas mixture on the cross section of the conduit member 3 after the curvature.
  • the gas mixture flowing in according to the arrow A can for example be a mixture of the exhaust gases A from a cathode space and an anode space of a fuel cell.
  • This gas mixture which is already combustible in itself, can also be introduced via an annular nozzle 5
  • Fuel B are additionally supplied. This fuel B is introduced via the known per se ring nozzle 5 in the gas mixture A, that flows from an annular space 6 of the fuel B via distributed around the circumference of the power element 3 openings 7 in the mixture.
  • the gas mixture A, to which optionally the fuel B has been supplied, then flows through the conduit element 3 and from the internals 4
  • the swirl element 8 is, as can be seen in the plan view of Figure 2, formed with a plurality of vanes 10 so that a radial deflection of the flowing through the swirl element 8 gas mixture A occurs.
  • the gas mixture A is thereby fanned out accordingly and can be very homogeneous and uniformly over the through ström bare surface of the expanding cross section in the cross-section 9
  • the swirl element 8 is very small and simple in construction and can be manufactured according to cost.
  • the catalyst body 2 can thus be made very small and efficient. This is in terms of Installation space and the cost and in terms of the required catalytically active material is a decisive advantage.
  • Catalyst body 2 fanned out flow of the gas mixture, there is a movement of the droplets outward due to the centrifugal force.
  • the liquid can be deposited very efficiently in the area of the walls of the transitional area 9 via the guide elements 11 and, if appropriate, drain openings not shown here, and removed from the area of the catalytic burner 1.
  • Catalyst body 2 allowed.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Gas Burners (AREA)

Abstract

The invention relates to a catalytic burner (1), comprising a catalyst body (2) and a line element (3) for supplying a gas mixture (A) to the catalyst body (2). In addition, the catalytic burner (1) has a transition area (9) between the line element (3) and the catalyst body (2). A swirl element (8) is arranged in the area of the flow and upstream of the catalyst body (2) in the flow direction.

Description

Katalytischer Brenner  Catalytic burner
Die Erfindung betrifft einen katalytischen Brenner nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung die Verwendung eines solchen katalytischen Brenners. The invention relates to a catalytic burner according to the further defined in the preamble of claim 1. Art Furthermore, the invention relates to the use of such a catalytic burner.
Katalytische Brenner können zur Umsetzung von brennbaren Ausgangsstoffen ohne offene Flamme eingesetzt werden. So sind beispielsweise aus dem Bereich von Catalytic burners can be used to convert flammable starting materials without open flame. For example, from the field of
Brennstoffzellensystemen katalytische Brenner zur Nachverbrennung von Fuel cell systems catalytic burners for the afterburning of
Restwasserstoff im Abgas und/oder zur gezielten Verbrennung von Wasserstoff oder einem anderen Brennstoff zur Erzeugung von thermischer Energie bekannt. Derartige katalytische Brenner weisen im Allgemeinen einen Katalysatorkörper auf, welcher beispielsweise als poröses oder wabenartiges Material oder auch als Schüttung von Pellets oder dergleichen ausgebildet ist. Das im Katalysatorkörper eingesetzte Material ist dabei zumindest teilweise mit einem katalytisch aktiven Stoff, beispielsweise Platin, Palladium oder Ähnlichem versehen. Um über einen solchen katalytischen Brenner die eingesetzten Aufgangsstoffe vollständig umzusetzen, was insbesondere bei der Residual hydrogen in the exhaust gas and / or for the targeted combustion of hydrogen or another fuel for generating thermal energy known. Such catalytic burners generally have a catalyst body, which is formed for example as a porous or honeycomb-like material or as a bed of pellets or the like. The material used in the catalyst body is at least partially provided with a catalytically active substance, such as platinum, palladium or the like. In order to fully implement the starting materials used on such a catalytic burner, which is particularly in the
Nachverbrennung von unerwünschten Reststoffen in Abgasen oder dergleichen eines der Hauptziele für den Einsatz des katalytischen Brenners ist, ist es notwendig, eine entsprechende Größe des katalytischen Brenners anzubieten, um sämtliche in dem zu verbrennenden Gasgemisch vorhandenen brennbaren Stoffe umsetzen zu können. Dies erfordert einen entsprechend großen Bauraum und damit einen vergleichsweise großen Katalysatorkörper. Da nun die typischerweise als Katalysatoren eingesetzten Stoffe, wie beispielsweise Platin, außerordentlich teuer sind, ist ein solcher entsprechend großer Katalysatorkörper immer auch mit erheblichen Kosten verbunden. Die Länge des eingesetzten Katalysatorkörpers hat dabei insbesondere mit der Afterburning unwanted residues in exhaust gases or the like is one of the main objectives for the use of the catalytic burner, it is necessary to offer an appropriate size of the catalytic burner to implement all existing in the gas mixture combustible combustibles can. This requires a correspondingly large space and thus a comparatively large catalyst body. Since the materials typically used as catalysts, such as platinum, are extremely expensive, such a correspondingly large catalyst body is always associated with considerable costs. The length of the catalyst body used has in particular with the
Gleichverteilung des zu dem Katalysatorkörper strömenden Gasgemischs zu tun. Wenn diese sich verbessert, dann kann eine gleichmäßigere Umsetzung in der zur Verfügung gestellten durchströmbaren Querschnittsfläche des Katalysatorkörpers erzielt werden, wodurch dieser entsprechend kürzer und damit kleiner und kostengünstiger ausgeführt werden kann. Unter diesem Gesichtspunkt ist es aus der DE 10 2008 031 060 A1 bekannt, zur gleichmäßigen Verteilung eines Abgasstroms in einem Abgasrohr in Uniform distribution of the flowing gas mixture to the catalyst body to do. If this improves, then a more uniform reaction in the provided flow-through cross-sectional area of the catalyst body can be achieved, whereby it can be made correspondingly shorter and thus smaller and more cost-effective. From this point of view it is known from DE 10 2008 031 060 A1, for the uniform distribution of an exhaust gas flow in an exhaust pipe in
Strömungsrichtung verlaufende Einbauten als Leitbleche vorzusehen, welche trotz einer platzbedingt häufig nötigen Krümmung des Abgasrohrs eine relativ gleichmäßige Flow direction extending internals to provide as baffles, which despite a space often necessary curvature of the exhaust pipe is a relatively uniform
Verteilung des Abgasstroms über den gesamten Querschnitt des Abgasrohrs Distribution of the exhaust gas flow over the entire cross section of the exhaust pipe
sicherstellen. Dieser Aufbau ermöglicht bei gekrümmten Leitungselementen, welche das Gasgemisch in den Bereich des Katalysatorkörpers führen, durchaus eine Verbesserung, sie können aber dennoch nicht für eine so gleichmäßige Anströmung des to ensure. This construction allows for curved duct elements, which lead the gas mixture in the region of the catalyst body, quite an improvement, but they can not be for such a uniform flow of the
durchströmbaren Querschnitts des Katalysatorkörpers sorgen, dass dieser nachhaltig in seiner Längenausdehnung verkürzt werden kann. durchströmbaren cross-section of the catalyst body ensure that this can be shortened sustainable in its length expansion.
Aus dem weiteren allgemeinen Stand der Technik in Form der US 2003/0096204 A1 ist ein katalytischer Brenner bekannt, bei dem, nicht wie im Stand der Technik üblich über eine Ringdüse ein zusätzlicher Brennstoff eingeströmt wird, sondern bei dem ein sehr komplexer Aufbau entsteht, in welchem anströmendes Gas und ein dosierter Brennstoff sich in ihrer Strömungsrichtung mehrfach umkehren, um so eine sehr gute From the further general state of the art in the form of US 2003/0096204 A1, a catalytic burner is known in which, unlike in the prior art, an additional fuel is not introduced via an annular nozzle, but in which a very complex structure is formed which inflowing gas and a metered fuel in its flow direction repeatedly reverse, so a very good
Durchmischung zu erzielen. Das Gasgemisch strömt dann entsprechend vermischt in den Bereich des Katalysatorkörpers. Auch hier wird lediglich eine sehr gute Durchmischung erreicht, eine gleichmäßige Anströmung des Katalysatorkörpers kann durch den Aufbau nicht realisiert werden. Darüber hinaus ist der Aufbau durch eine Vielzahl von sehr kleinen und filigranen Bauteilen außerordentlich komplex und führt zu einem sehr kostenintensiven Mischbereich vor dem Katalysatorkörper. To achieve thorough mixing. The gas mixture then flows correspondingly mixed in the region of the catalyst body. Again, only a very good mixing is achieved, a uniform flow of the catalyst body can not be realized by the structure. In addition, the structure is extremely complex due to a large number of very small and filigree components and leads to a very costly mixing area in front of the catalyst body.
Zum weiteren allgemeinen Stand der Technik soll außerdem auf die US 2005/0172547 A1 verwiesen werden. In dieser Schrift ist eine Vorrichtung zur Mischung von Gasen beschrieben, in welcher Drallelemente eingesetzt werden, um zwei unabhängig voneinander in den Bereich der Drallelemente einströmende Gasströme bestmöglichst miteinander zu vermischen. Es ist nun die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, einen katalytischen Brenner anzugeben, welcher mit minimalem Aufwand hinsichtlich der Bauteile in einer einfachen und kompakten Bauform eine bestmögliche homogene Anströmung des For further general state of the art, reference should also be made to US 2005/0172547 A1. In this document, a device for mixing gases is described, in which swirl elements are used to mix two independently flowing into the region of the swirl elements gas flows as best as possible with each other. It is now the object of the present invention to provide a catalytic burner, which with minimal effort in terms of components in a simple and compact design, the best possible homogeneous flow of the
Katalysatorkörpers erlaubt, sodass dieser in seiner Gesamtlänge nachhaltig verkürzt werden kann. Catalyst body allowed, so that it can be shortened sustainably in its overall length.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des According to the invention this object is achieved by the features mentioned in the characterizing part of claim 1. Further advantageous embodiments of
erfindungsgemäßen katalytischen Brenners ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Eine besonders bevorzugte Verwendung des erfindungsgemäßen katalytischen Brenners ist im Anspruch 8 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Verwendung ergeben sich aus den hiervon abhängigen Ansprüchen. catalytic burner according to the invention will become apparent from the dependent claims. A particularly preferred use of the catalytic burner according to the invention is specified in claim 8. Advantageous developments of this use emerge from the dependent claims.
Erfindungsgemäß ist also in Strömungsrichtung vor dem Katalysatorkörper ein According to the invention is thus in the flow direction in front of the catalyst body
Drallelement im Bereich der Strömung angeordnet. Ein solches Drallelement, welches gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung mit mehreren Leitschaufeln ausgebildet sein kann, sorgt auf in Strömungsrichtung gesehen minimalem Bauraum dafür, dass sich sowohl die Brenngasverteilung als auch das Geschwindigkeitsprofil des Gasgemischs über dem Katalysatorkörper in unterschiedlichen Lastfällen deutlich vergleichmäßigt. Dies haben Simulationen der Strömung deutlich gezeigt. Das Drallelement, insbesondere wenn es mit mehreren Leitschaufeln ausgebildet ist, fächert dabei die Strömung des Gasgemischs vor dem Katalysatorkörper durch radiale Auslenkung auf und sorgt so für die sehr gleichmäßige und homogene Anströmung des Katalysatorkörpers. Damit wird das Gasgemisch über die gesamte zur Verfügung stehende Fläche des Swirl element arranged in the region of the flow. Such a swirl element, which according to a very advantageous development can be formed with a plurality of guide vanes, ensures minimum installation space seen in the direction of flow that clearly homogenizes both the fuel gas distribution and the velocity profile of the gas mixture over the catalyst body in different load cases. This has been clearly demonstrated by simulations of the flow. The swirl element, in particular if it is formed with a plurality of guide vanes, fan out the flow of the gas mixture before the catalyst body by radial deflection and thus ensures the very uniform and homogeneous flow of the catalyst body. Thus, the gas mixture over the entire available area of
Katalysatorkörpers mit einem sehr homogenen Geschwindigkeitsprofil verteilt. Der Katalysatorkörper beziehungsweise der in ihm vorhandene katalytisch aktive Stoff kann somit ideal ausgenutzt werden und der Katalysatorkörper kann hinsichtlich des von ihm benötigten Bauraums, und hier insbesondere hinsichtlich der benötigten Baulänge, entsprechend minimiert werden. Dadurch entsteht ein sehr kompakter Aufbau, welcher außerdem eine deutliche Einsparung des im Allgemeinen sehr teuren katalytisch aktiven Stoffs ermöglicht. Catalyst body with a very homogeneous velocity profile distributed. The catalyst body or the catalytically active substance present in it can thus be ideally utilized and the catalyst body can be correspondingly minimized with regard to the installation space required by it, and here in particular with regard to the required overall length. This results in a very compact construction, which also allows a significant saving of the generally very expensive catalytically active substance.
Gemäß einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung des According to a particularly favorable and advantageous development of
erfindungsgemäßen Aufbaus ist es vorgesehen, dass der Katalysatorkörper zylindrisch ausgebildet ist und das Drallelement hinsichtlich des durchströmbaren Querschnitts des Katalysatorkörpers zentral angeordnet ist. Ein zylindrischer Katalysatorkörper hat dabei den Vorteil, dass er leicht in ein Leitungselement beziehungsweise ein Stück Rohrleitung integriert ausgebildet werden kann. Die zentrale Anordnung des Drallelements erlaubt es dabei, eine bestmögliche Verteilung des anströmenden Gasgemischs auf den According to the construction of the invention, it is provided that the catalyst body is cylindrical and the swirl element with respect to the flow-through cross-section of the Catalyst body is arranged centrally. A cylindrical catalyst body has the advantage that it can be easily integrated into a conduit element or a piece of piping. The central arrangement of the swirl element makes it possible, a best possible distribution of the inflowing gas mixture on the
durchströmbaren Querschnitt des zylindrisch ausgebildeten Katalysatorkörpers, welcher dann entsprechend als runder Querschnitt ausgebildet ist. durchströmbaren cross-section of the cylindrically shaped catalyst body, which is then formed accordingly as a round cross-section.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen katalytischen Brenners ist es ferner vorgesehen, dass das Drallelement den gesamten Querschnitt des Leitungselements einnimmt und an dessen dem Übergangsbereich zugewandten Ende angeordnet ist. Das Drallelement nimmt gemäß dieser Ausgestaltung also den gesamten durchströmbaren Querschnitt ein, sodass das gesamte Gasgemisch für das Drallelement in eine Rotationsbewegung versetzt und radial ausgelenkt wird. Damit wird eine bestmögliche Auffächerung der Strömung des Gasgemischs erzielt. Durch die Anordnung in dem Bereich des Leitungselements, welcher dem Übergangsbereich und damit dem Katalysatorkörper zugewandt ist, entsteht ein sehr einfacher Aufbau, da das Drallelement leicht als Abschluss des Leitungselements zwischen dem Übergangsbereich und dem Leitungselement eingebracht werden kann. In a particularly advantageous embodiment of the catalytic burner according to the invention, it is further provided that the swirl element occupies the entire cross-section of the conduit element and is arranged at its end facing the transition region. According to this embodiment, therefore, the swirl element occupies the entire flow-through cross-section, so that the entire gas mixture for the swirl element is set into a rotational movement and deflected radially. This achieves the best possible fanning out of the flow of the gas mixture. Due to the arrangement in the region of the line element, which faces the transition region and thus the catalyst body, a very simple structure is created, since the swirl element can be easily introduced as termination of the line element between the transition region and the line element.
In einer weiteren sehr günstigen und vorteilhaften Ausgestaltung des katalytischen Brenners gemäß der Erfindung ist es ferner vorgesehen, dass der durchströmbare Querschnitt sich zwischen dem Drallelement und dem Katalysatorkörper erweitert. Diese Erweiterung, welche insbesondere im Übergangsbereich stattfinden kann, kann typischerweise in der Art eines Trichters erfolgen, sodass eine vergleichsweise große durchströmbare Querschnittsfläche des Katalysatorkörpers gleichmäßig angeströmt werden kann. Außerdem wird die Geschwindigkeit des Gasgemischs aufgrund der Erweiterung des Querschnitts bei selbem Volumenstrom verringert, sodass die In a further very favorable and advantageous embodiment of the catalytic burner according to the invention, it is further provided that the flow-through cross section widens between the swirl element and the catalyst body. This extension, which can take place in particular in the transition region, can typically take place in the manner of a funnel, so that a comparatively large cross-sectional area of the catalyst body which can be flowed through can be flowed through uniformly. In addition, the velocity of the gas mixture is reduced due to the extension of the cross section at the same volume flow, so that the
Strömungsgeschwindigkeit und damit die Verweilzeit des Gasgemischs im Bereich des Katalysatorkörpers erhöht werden kann. Auch dies dient zur Verringerung der Baugröße und der Menge an katalytisch aktivem Stoff im Bereich des Katalysatorkörpers. Durch das Drallelement wird dabei die Strömung des Gasgemischs so aufgefächert, dass im Bereich des sich erweiternden durchströmbaren Querschnitts dennoch eine sehr gleichmäßige Verteilung des Gases auf den gesamten Querschnitt des Katalysatorkörpers erfolgt, da dieses, wie bereits mehrfach erwähnt, durch das Drallelement entsprechend aufgefächert wird. In einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen katalytischen Brenners ist es außerdem vorgesehen, dass im Bereich der Querschnittserweiterung an radial außen liegenden Wandungen Leitelemente und/oder Öffnungen zum Abführen von Flüssigkeit vorgesehen sind. Das Gasgemisch kann gegebenenfalls Flüssigkeit mit sich führen, welche im Bereich des Katalysatorkörpers auftrifft und Teile der aktiven Fläche so benetzt, dass die Umsetzung des Gases behindert wird. Durch die radiale Auffächerung der Gasströmung wird dieser jedoch ein Drall mitgegeben, mit welchem diese den Bereich der Querschnittserweiterung durchströmt. Dadurch werden eventuell mitgeführte Flüssigkeitströpfchen aufgrund der Fliehkraft nach außen geschleudert und sammeln sich im Bereich der Wandungen der Querschnittserweiterung. Hier können entsprechende Leitelemente und/oder Öffnungen vorgesehen werden, durch die die sich sammelnde Flüssigkeit abströmen kann. Beispielsweise kann in den Wandungen vor dem Flow rate and thus the residence time of the gas mixture in the region of the catalyst body can be increased. This also serves to reduce the size and the amount of catalytically active substance in the region of the catalyst body. By means of the swirl element, the flow of the gas mixture is fanned out so that a very even distribution of the gas over the entire cross-section of the catalyst body takes place in the area of the expanding flow-through cross section since, as already mentioned several times, this is fanned out accordingly by the swirl element. In a very advantageous embodiment of the catalytic burner according to the invention, it is also provided that in the region of the cross-sectional widening on radially outer walls guide elements and / or openings for discharging liquid are provided. The gas mixture may optionally carry liquid which impinges in the region of the catalyst body and wets parts of the active surface so that the reaction of the gas is hindered. Due to the radial fanning of the gas flow, however, this is given a twist, with which this flows through the region of the cross-sectional widening. As a result, any entrained liquid droplets are thrown outward due to the centrifugal force and accumulate in the region of the walls of the cross-sectional widening. Here, corresponding guide elements and / or openings can be provided, through which the collecting liquid can flow. For example, in the walls before the
Katalysatorkörper eine entsprechende Nut eingebracht sein, in der sich Flüssigkeit sammelt und aus dem Bereich der Querschnittserweiterung abgeführt wird. Catalyst body be introduced a corresponding groove in which liquid collects and is discharged from the region of the cross-sectional widening.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen katalytischen Brenners kann es außerdem vorgesehen sein, dass das Leitungselement durch in Strömungsrichtung verlaufende Einbauten in Strömungsrichtung vor dem Drallelement in wenigstens zwei parallele Teilleitungselemente aufgeteilt ist. Dieser Einbau von Leitelementen, wie er auch im eingangs genannten Stand der Technik beschrieben ist, kann insbesondere bei gekrümmten Leitungselementen, welche das Gasgemisch in den Bereich des In an advantageous development of the catalytic burner according to the invention, it can also be provided that the line element is divided by at least two parallel sub-line elements in the direction of flow in front of the swirl element in the direction of flow. This installation of guide elements, as it is also described in the aforementioned prior art, in particular in curved conduit elements, which the gas mixture in the range of
Drallelements führen, eingesetzt werden, um die Anströmung des Drallelements zu vergleichmäßigen und damit letztlich auch die aufgefächerte Strömung deutlich homogener zu gestalten. Werden derartige in Strömungsrichtung verlaufende Einbauten, welche das Leitungselement in wenigstens zwei parallele Teilleitungselemente aufteilen, nicht eingesetzt, so könnte es durch ein gekrümmtes Leitungselement zu einer ungleichmäßigen Anströmung des Drallelements kommen, welche dann in einer ebenfalls ungleichmäßigen Anströmung des Katalysatorkörpers resultieren würde. Swirl elements lead, be used to equalize the flow of the swirl element and thus ultimately make the fanned flow much more homogeneous. If such internals extending in the direction of flow, which divide the line element into at least two parallel sub-line elements, are not used, then a curved line element could lead to an uneven flow of the swirl element, which would then result in a likewise non-uniform flow of the catalyst body.
Eine besonders bevorzugte Verwendung des erfindungsgemäßen katalytischen Brenners in einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen ist dabei der Einsatz zur thermischen Umsetzung von brennbaren Resten in den Abgasen einer Brennstoffzelle. Diese besonders bevorzugte Verwendung des erfindungsgemäßen katalytischen Brenners ermöglicht den Umsatz von Resten in den Abgasen einer Brennstoffzelle, welche typischerweise Wasserstoff aufweisen. Durch die Tatsache, dass kein Wasserstoff an die Umgebung gelangen soll, um keine zündfähigen oder explosiven Gemische aus dem Brennstoffzellensystem austreten zu lassen, ist an die vollständige Umsetzung der brennbaren Reste in den Abgasen einer Brennstoffzelle eine besonders hohe A particularly preferred use of the catalytic burner according to the invention in one of the embodiments described above is the use for the thermal conversion of combustible radicals in the exhaust gases of a fuel cell. This particularly preferred use of the catalytic burner according to the invention enables the conversion of residues in the exhaust gases of a fuel cell, which typically have hydrogen. Due to the fact that no hydrogen should reach the environment in order to prevent any ignitable or explosive mixtures from escaping from the fuel cell system, the complete implementation of the combustible radicals in the exhaust gases of a fuel cell is particularly high
Anforderung zu richten. Daher sind entsprechend große Katalysatorkörper notwendig, um dies in allen Betriebssituationen sicher und zuverlässig zu gewährleisten. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau des katalytischen Brenners lässt sich nun jedoch die To make a request. Therefore, correspondingly large catalyst body are necessary to ensure safe and reliable in all operating situations. However, the inventive construction of the catalytic burner can now be the
Baugröße des Katalysatorkörpers, wie oben bereits mehrfach erwähnt, verringern. Size of the catalyst body, as mentioned above several times, reduce.
Insbesondere für einen Einsatz bei einer Brennstoffzelle spielt dies eine entscheidende Rolle, da so mit einem hinsichtlich des Bauraums und der Kosten minimierten This plays a decisive role, in particular for use in a fuel cell, since it minimizes this with regard to installation space and costs
katalytischen Brenner dennoch eine sichere und zuverlässige vollständige Umsetzung aller brennbaren Reste in den Abgasen erreicht werden kann. Wird die Brennstoffzelle beziehungsweise das mit ihr ausgerüstete Brennstoffzellensystem darüber hinaus zum Bereitstellen von elektrischer Antriebsleistung in Fahrzeugen eingesetzt, wie dies aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt ist, so wird durch die entsprechende Kosteneinsparung und die bei Kraftfahrzeugen üblichen Stückzahlen, welche langfristig sicherlich auch von Brennstoffzellenfahrzeugen erreicht werden, eine deutliche However, a reliable and reliable complete conversion of all flammable residues in the exhaust gases can be achieved with catalytic burners. If the fuel cell or the fuel cell system equipped with it is also used for providing electric drive power in vehicles, as is known from the general state of the art, then the corresponding cost savings and the usual numbers of motor vehicles, which in the long run surely also of fuel cell vehicles be achieved, a clear
Einsparung an Kosten und Rohstoffen im Bereich des katalytischen Brenners ermöglicht. Savings in costs and raw materials in the range of the catalytic burner allows.
In einer weiteren sehr günstigen und vorteilhaften Ausgestaltung der Verwendung ist es ferner vorgesehen, dass dem Abgas zusätzlicher Brennstoff zugeführt wird. Bei dem Brennstoffzellensystem würde also der Ausgangsstoff zur Erzeugung eines In a further very favorable and advantageous embodiment of the use, it is further provided that additional fuel is supplied to the exhaust gas. In the fuel cell system so the starting material for generating a
wasserstoffhaltigen Gases für die Brennstoffzelle oder beim Betrieb der Brennstoffzelle mit Wasserstoff dieser Wasserstoff dem Gasgemisch zugeführt. Die Zuführung kann dabei beispielsweise durch eine Ringeindüsung erfolgen, welche so aus dem eingangs genannten Stand der Technik an sich bekannt ist. Das Gasgemisch kann dann über das Leitungselement und die gegebenenfalls in diesem verlaufenden Einbauten zu dem Drallelement geführt werden und lässt sich so zusammen mit dem bereits vorhandenen Gasgemisch, welches typischerweise ein Abluftstrom aus einem Kathodenbereich der Brennstoffzelle und gegebenenfalls ein wasserstoffhaltiges Restgas aus dem hydrogen-containing gas for the fuel cell or during operation of the fuel cell with hydrogen, this hydrogen supplied to the gas mixture. The supply can be done for example by a Ringsindüsung, which is known from the aforementioned prior art per se. The gas mixture can then be conducted via the line element and possibly running in this internals to the swirl element and can be so together with the existing gas mixture, which is typically an exhaust stream from a cathode region of the fuel cell and optionally a hydrogen-containing residual gas from the
Anodenbereich der Brennstoffzelle sein wird, vermischt. Insgesamt entsteht so ein Gasgemisch, welches vergleichsweise große Mengen an Brennstoff aufweist und so, falls die thermische Energie des katalytischen Brenners für andere Einsatzzwecke benötigt wird, diese in ausreichendem Maß bereitstellen kann. In einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung dieser Verwendung des katalytischen Brenners ist es vorgesehen, dass die heißen Abgase nach dem Anode area of the fuel cell will be mixed. Overall, this results in a gas mixture which has comparatively large amounts of fuel and so, if the thermal energy of the catalytic burner is needed for other applications, can provide them sufficiently. In a particularly favorable and advantageous development of this use of the catalytic burner, it is provided that the hot exhaust gases after the
katalytischen Brenner in einer Turbine entspannt werden. Eine solche Turbine zur Rückgewinnung von Druckenergie und thermischer Energie in den Abgasen von be relaxed in a turbine catalytic burner. Such a turbine for the recovery of pressure energy and thermal energy in the exhaust gases of
Brennstoffzellensystemen ist aus dem allgemeinen Stand der Technik ebenfalls bekannt. Dabei kann die Turbine entweder direkt oder mittelbar mit einem Verdichter für die zu der Brennstoffzelle geförderten Prozessluft verbunden sein. Es ist auch denkbar, die Turbine und/oder den Verdichter außerdem in einer elektrischen Maschine zu koppeln. Dann entsteht ein Aufbau, welcher auch als elektrischer Turbolader (Electric Turbo Charger) oder ETC bezeichnet wird. Bei diesem Aufbau kann die Restenergie aus dem Bereich der Brennstoffzelle über den katalytischen Brenner genutzt und über die Turbine in nutzbare mechanische Energie umgewandelt werden. Diese treibt dann - zumindest teilweise - den Verdichter für die Prozessluft an. Eventuell verbleibende benötigte Leistung wird über die elektrische Maschine im motorischen Betrieb geliefert. Wird über die Turbine mehr Leistung bereitgestellt als der Verdichter benötigt, so kann die elektrische Maschine auch generatorisch genutzt werden, um diese Leistung in elektrische Leistung umzuwandeln. Damit lässt sich auch ein hochdynamischer Betrieb eines Fahrzeugs realisieren, indem durch das zusätzliche Einspritzen von Brennstoff im Bereich des katalytischen Brenners vorübergehend sehr heiße Gase erzeugt werden, welche dann über die Turbine so viel Energie bereitstellen, dass über die elektrische Maschine als Generator zusätzliche elektrische Energie für den Antrieb des Fahrzeugs, wenn beispielsweise die Fuel cell systems are also known from the general state of the art. In this case, the turbine can be connected either directly or indirectly to a compressor for the process air delivered to the fuel cell. It is also conceivable to couple the turbine and / or the compressor also in an electric machine. Then arises a structure, which is also referred to as an electric turbocharger (Electric Turbo Charger) or ETC. In this design, the residual energy from the region of the fuel cell can be utilized via the catalytic burner and converted into usable mechanical energy via the turbine. This then drives - at least partially - the compressor for the process air. Any remaining required power is supplied via the electric machine in motor operation. If more power is provided via the turbine than the compressor requires, the electric machine can also be used as a generator to convert this power into electrical power. Thus, a highly dynamic operation of a vehicle can be realized by temporarily hot gases are generated by the additional injection of fuel in the catalytic burner, which then provide so much energy through the turbine that the electric machine as a generator additional electrical energy for driving the vehicle when, for example, the
Brennstoffzelle keine oder keine ausreichende elektrische Leistung liefert, bereitgestellt werden kann. Fuel cell provides no or no sufficient electrical power can be provided.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen katalytischen Brenners ergeben sich aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert ist. Further advantageous embodiments of the catalytic burner according to the invention will become apparent from the embodiment, which is explained in more detail below with reference to the figures.
Dabei zeigen: Showing:
Fig. 1 einen prinzipmäßigen Querschnitt durch einen katalytischen Brenner gemäß der Erfindung; und  1 shows a principle cross section through a catalytic burner according to the invention. and
Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Drallelement gemäß der Erfindung.  Fig. 2 is a plan view of a swirl element according to the invention.
In der Darstellung der Figur 1 ist ein prinzipmäßig angedeuteter Querschnitt durch einen katalytischen Brenner 1 dargestellt. Dieser besteht im Wesentlichen aus einem In the representation of FIG. 1, a cross section indicated by way of principle is represented by a catalytic burner 1. This consists essentially of one
Katalysatorkörper 2 sowie einem Leitungselement 3, welches ein Gasgemisch mit brennbaren beziehungsweise umsetzbaren Ausgangsstoffen zu dem Katalysatorkörper 2 führt. Die Ausgangsstoffe können beispielsweise die in den Abgasen aus einem Catalyst body 2 and a line member 3, which is a gas mixture with flammable or convertible starting materials leads to the catalyst body 2. The starting materials, for example, in the exhaust gases from a
Kathodenraum und einem Anodenraum einer Brennstoffzelle enthaltenen Stoffe, insbesondere also Restsauerstoff und Restwasserstoff sein. Prinzipiell ist jedoch auch die Umsetzung anderer brennbarer Stoffe, beispielsweise die von Kohlenwasserstoffen oder dergleichen denkbar. Das Leitungselement 3, welches in dem hier dargestellten Cathode space and an anode compartment of a fuel cell contained substances, in particular so be residual oxygen and residual hydrogen. In principle, however, the implementation of other combustible substances, such as those of hydrocarbons or the like is conceivable. The conduit element 3, which in the illustrated here
Ausführungsbeispiel gekrümmt ausgeführt ist, weist in Strömungsrichtung verlaufende Einbauten 4 auf, durch welche sichergestellt wird, dass trotz der Krümmung des Embodiment is curved, has in the flow direction extending internals 4, which ensures that despite the curvature of the
Leitungselements 3 eine gleichmäßige Verteilung des anströmenden Gasgemischs auf den Querschnitt des Leitungselements 3 nach der Krümmung erfolgt. Das gemäß dem Pfeil A anströmende Gasgemisch kann beispielsweise eine Mischung aus den Abgasen A aus einem Kathodenraum und einem Anodenraum einer Brennstoffzelle sein. Diesem an sich bereits brennbaren Gasgemisch kann außerdem über eine Ringdüse 5 ein Conduit element 3 is a uniform distribution of the inflowing gas mixture on the cross section of the conduit member 3 after the curvature. The gas mixture flowing in according to the arrow A can for example be a mixture of the exhaust gases A from a cathode space and an anode space of a fuel cell. This gas mixture, which is already combustible in itself, can also be introduced via an annular nozzle 5
Brennstoff B zusätzlich zugeführt werden. Dieser Brennstoff B wird über die an sich bekannte Ringdüse 5 so in das Gasgemisch A eingebracht, dass aus einem Ringraum 6 der Brennstoff B über um den Umfang des Leistungselements 3 verteilte Öffnungen 7 in das Gemisch einströmt. Das Gasgemisch A, welchem optional der Brennstoff B zugeführt worden ist, strömt dann durch das Leitungselement 3 und von den Einbauten 4 Fuel B are additionally supplied. This fuel B is introduced via the known per se ring nozzle 5 in the gas mixture A, that flows from an annular space 6 of the fuel B via distributed around the circumference of the power element 3 openings 7 in the mixture. The gas mixture A, to which optionally the fuel B has been supplied, then flows through the conduit element 3 and from the internals 4
gleichmäßig durch die Krümmung des Leitungselements 3 geführt in den Bereich eines Drallelements 8 und von dort durch einen Übergangsbereich 9 in den Katalysatorkörper 2. uniformly guided by the curvature of the conduit member 3 in the region of a swirl element 8 and from there through a transition region 9 in the catalyst body. 2
Das Drallelement 8 ist dabei, wie auch in der Draufsicht der Figur 2 zu erkennen ist, mit mehreren Leitschaufeln 10 so ausgebildet, dass eine radiale Auslenkung des durch das Drallelement 8 strömenden Gasgemischs A auftritt. Das Gasgemisch A wird dadurch entsprechend aufgefächert und kann durch den sich im Übergangsbereich 9 erweiternden Querschnitt sehr homogen und gleichmäßig über die durch ström bare Fläche des The swirl element 8 is, as can be seen in the plan view of Figure 2, formed with a plurality of vanes 10 so that a radial deflection of the flowing through the swirl element 8 gas mixture A occurs. The gas mixture A is thereby fanned out accordingly and can be very homogeneous and uniformly over the through ström bare surface of the expanding cross section in the cross-section 9
Katalysatorkörpers 2 verteilt werden. Das Drallelement 8 ist dabei sehr klein und einfach aufgebaut und kann entsprechend kostengünstig hergestellt werden. In Catalyst body 2 are distributed. The swirl element 8 is very small and simple in construction and can be manufactured according to cost. In
Strömungssimulationen konnte bestätigt werden, dass durch dieses einfache und effiziente Drallelement 8 sowohl die Gasverteilung als auch das Geschwindigkeitsprofil über dem Katalysatorkörper 2 in unterschiedlichen Lastfällen deutlich vergleichmäßigt werden konnte. Damit wird der zur Verfügung stehende Katalysatorkörper 2 Flow simulations could be confirmed that this gas distribution and the velocity profile over the catalyst body 2 could be significantly made uniform in different load cases by this simple and efficient swirl element 8. Thus, the available catalyst body 2
beziehungsweise die im Katalysatorkörper 2 zur Verfügung stehende durchströmbare Querschnittsfläche ideal angeströmt und optimal ausgenutzt. Der Katalysatorkörper 2 kann somit sehr klein und effizient ausgestaltet werden. Dies ist hinsichtlich des Bauraums und der Kosten sowie hinsichtlich des benötigten katalytisch aktiven Materials ein entscheidender Vorteil. or the available in the catalyst body 2 through-flowable cross-sectional area ideally flows and optimally utilized. The catalyst body 2 can thus be made very small and efficient. This is in terms of Installation space and the cost and in terms of the required catalytically active material is a decisive advantage.
Sollte in der Strömung des Gasgemischs Flüssigkeit in der Form von flüssigen Tröpfchen vorhanden sein, so würden diese zumindest einen Teil der Fläche des Katalysatorkörpers 2 entsprechend benetzen und unwirksam machen. Um dies zu verhindern kann es optional vorgesehen sein, dass im Übergangsbereich 9 im Bereich der Wandungen, beispielsweise im Bereich der Wandungen unmittelbar bevor diese auf den Should liquid in the form of liquid droplets be present in the flow of the gas mixture, they would at least partially wet and render ineffective at least part of the surface of the catalyst body 2. To prevent this, it can be optionally provided that in the transition region 9 in the region of the walls, for example in the region of the walls immediately before this on the
Katalysatorkörper 2 treffen, entsprechende Leitelemente 11 und/oder Öffnungen vorgesehen sind. In der durch das Drallelement 8 auf die Querschnittsfläche des Catalyst body 2 meet, corresponding guide elements 11 and / or openings are provided. In the through the swirl element 8 on the cross-sectional area of
Katalysatorkörpers 2 aufgefächerten Strömung des Gasgemischs kommt es zu einer Bewegung der Tröpfchen nach außen aufgrund der Fliehkraft. Dadurch kann im Bereich der Wandungen des Übergangsbereichs 9 über die Leitelemente 11 und gegebenenfalls hier nicht dargestellte Ablassöffnungen sehr effizient die Flüssigkeit abgeschieden und aus dem Bereich des katalytischen Brenners 1 abgeführt werden. Catalyst body 2 fanned out flow of the gas mixture, there is a movement of the droplets outward due to the centrifugal force. As a result, the liquid can be deposited very efficiently in the area of the walls of the transitional area 9 via the guide elements 11 and, if appropriate, drain openings not shown here, and removed from the area of the catalytic burner 1.
Alles in allem entsteht so ein sehr effizienter und kompakter Aufbau, welcher mit sehr einfachen und kostengünstigen Mitteln die bestmögliche Anströmung der verfügbaren durchströmbaren Querschnittsfläche des Katalysatorkörpers 2 ermöglicht, und so einen in Strömungsrichtung sehr kurzen und damit kostengünstigen Aufbau des All in all, this results in a very efficient and compact construction, which enables the best possible flow of the available flow-through cross-sectional area of the catalyst body 2 with very simple and cost-effective means, and thus a very short and thus cost-effective construction in the flow direction
Katalysatorkörpers 2 erlaubt. Catalyst body 2 allowed.

Claims

Patentansprüche claims
1. Katalytischer Brenner mit einem Katalysatorkörper und einem Leitungselement zur Zufuhr eines Gasgemischs zu dem Katalysatorkörper, sowie einem 1. A catalytic burner with a catalyst body and a conduit element for supplying a gas mixture to the catalyst body, and a
Übergangsbereich zwischen dem Leitungselement und dem Katalysatorkörper, dadurch gekennzeichnet, dass  Transition region between the conduit element and the catalyst body, characterized in that
in Strömungsrichtung vor dem Katalysatorkörper (2) ein Drallelement (8) im Bereich der Strömung angeordnet ist.  in the flow direction in front of the catalyst body (2) a swirl element (8) is arranged in the region of the flow.
2. Katalytischer Brenner nach Anspruch 1 , 2. The catalytic burner according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der Katalysatorkörper (2) zylindrisch ausgebildet ist und das Drallelement (8) hinsichtlich des durchströmbaren Querschnitts des Katalysatorkörpers (2) zentral angeordnet ist.  the catalyst body (2) is cylindrical and the swirl element (8) with respect to the flow-through cross-section of the catalyst body (2) is arranged centrally.
3. Katalytischer Brenner nach Anspruch 1 oder 2, 3. A catalytic burner according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Drallelement (8) den gesamten Querschnitt des Leitungselements (3) einnimmt und an dessen dem Übergangsbereich (9) zugewandten Ende angeordnet ist.  the swirl element (8) occupies the entire cross-section of the conduit element (3) and is arranged at its end facing the transition region (9).
4. Katalytischer Brenner nach Anspruch , 2 oder 3, 4. A catalytic burner according to claim 2 or 3,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Drallelement (8) mehrere Leitschaufeln (10) aufweist.  the swirl element (8) has a plurality of guide vanes (10).
5. Katalytischer Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 5. The catalytic burner according to one of claims 1 to 4,
dadurch gekennzeichnet, dass der durchströmbare Querschnitt sich zwischen dem Drallelement (8) und dem Katalysatorkörper (2) erweitert. characterized in that the flow-through cross section widens between the swirl element (8) and the catalyst body (2).
6. Katalytischer Brenner nach Anspruch 5, 6. The catalytic burner according to claim 5,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
im Bereich der Querschnittserweiterung an radial außen liegenden Wandungen Leitelemente (11 ) und/oder Öffnungen zum Abführen von Flüssigkeit vorgesehen sind.  In the region of the cross-sectional widening on radially outer walls, guide elements (11) and / or openings for discharging liquid are provided.
7. Katalytischer Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 7. The catalytic burner according to one of claims 1 to 6,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Leitungselement (3) durch in Strömungsrichtung verlaufende Einbauten (4) in Strömungsrichtung vor dem Drallelement (8) in wenigstens zwei parallele Teilleitungselemente aufgeteilt ist.  the conduit element (3) is subdivided into at least two parallel subconducting elements in the flow direction upstream of the swirl element (8) by means of internals (4) running in the direction of flow.
8. Verwendung des katalytischen Brenners nach einem der Ansprüche 1 bis 7 8. Use of the catalytic burner according to one of claims 1 to 7
zur thermischen Umsetzung von brennbaren Resten in den Abgasen (A) einer Brennstoffzelle.  for the thermal conversion of combustible residues in the exhaust gases (A) of a fuel cell.
9. Verwendung nach Anspruch 8, 9. Use according to claim 8,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
den Abgasen (A) zusätzlicher Brennstoff (B) zugeführt wird.  the exhaust gases (A) additional fuel (B) is supplied.
10. Verwendung nach Anspruch 8 oder 9, 10. Use according to claim 8 or 9,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die heißen Gase nach dem katalytischen Brenner (1 ) in einer Turbine entspannt werden.  the hot gases after the catalytic burner (1) are relaxed in a turbine.
EP10785365A 2010-02-17 2010-12-04 Catalytic burner for fuel cell exhaust gas Withdrawn EP2537199A2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010008209A DE102010008209A1 (en) 2010-02-17 2010-02-17 Catalytic burner
PCT/EP2010/007377 WO2011101008A2 (en) 2010-02-17 2010-12-04 Catalytic burner

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2537199A2 true EP2537199A2 (en) 2012-12-26

Family

ID=44312323

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP10785365A Withdrawn EP2537199A2 (en) 2010-02-17 2010-12-04 Catalytic burner for fuel cell exhaust gas

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20130004878A1 (en)
EP (1) EP2537199A2 (en)
JP (1) JP5721748B2 (en)
CN (1) CN102763256B (en)
DE (1) DE102010008209A1 (en)
WO (1) WO2011101008A2 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101287076B1 (en) * 2013-03-04 2013-07-17 송금석 Fan-metal fiber type gas burner
GB2533269A (en) 2014-12-03 2016-06-22 Intelligent Energy Ltd Exhaust assembly
EP3753060B1 (en) * 2018-02-16 2024-01-03 Fischer Eco Solutions GmbH Fuel cell system and method for its operation
DE102020004740A1 (en) 2020-08-05 2022-02-10 Daimler Ag Exhaust system for a motor vehicle
AT524310B1 (en) * 2020-11-24 2022-05-15 Avl List Gmbh Burner device for a fuel cell system
CN113063144B (en) * 2021-03-30 2024-02-09 南京富驰新能源科技有限公司 Double-path combustor for solid fuel cell and application thereof

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61154422U (en) * 1985-03-18 1986-09-25

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3028003C1 (en) * 1980-07-24 1981-10-08 Basf Ag, 6700 Ludwigshafen Device for distributing a gas arriving from a pipe over the cross section of a container
JPS60165646U (en) * 1984-04-04 1985-11-02 バブコツク日立株式会社 catalyst burner
CA2015620A1 (en) * 1990-04-27 1991-10-27 Paul A. Browne Catalytic heater
JP2000282857A (en) * 1999-03-29 2000-10-10 Tokyo Gas Co Ltd Transport pipe line for high temperature and humid air
US6579637B1 (en) * 2000-05-31 2003-06-17 General Motors Corporation Fuel cell system having a compact water separator
DE10029498A1 (en) * 2000-06-21 2002-01-03 Mann & Hummel Filter intake system
DE10139608B4 (en) * 2001-08-11 2007-05-16 Nucellsys Gmbh Fuel cell system with a gas generating system and a fuel cell system and their use
US6709264B2 (en) 2001-11-20 2004-03-23 General Motors Corporation Catalytic combuster
JP3750597B2 (en) * 2001-12-18 2006-03-01 日産自動車株式会社 Catalytic combustor
KR100491330B1 (en) * 2002-04-02 2005-05-25 한국에너지기술연구원 Hybrid(catalyst and flame) type high pressure combustion burner using of staged mixing systems
WO2005018779A1 (en) * 2003-08-26 2005-03-03 Hydrogenics Corporation Apparatus for separating liquid from a process gas stream of an electrochemical cell stack
JP2005246371A (en) 2004-02-05 2005-09-15 Denso Corp Gas mixing apparatus
JP4753407B2 (en) * 2004-03-25 2011-08-24 東京瓦斯株式会社 Power generation and power equipment
DE102004022312B4 (en) * 2004-05-04 2009-04-16 Daimler Ag Moisture exchange module with a bundle of moisture permeable hollow fiber membranes
SE531133C2 (en) * 2005-07-05 2008-12-23 Zemission Ab Catalytic burner and control procedure
CN101501397A (en) * 2006-08-11 2009-08-05 三菱重工业株式会社 Burner
US20080187794A1 (en) * 2007-02-07 2008-08-07 Bloom Energy Corporation Venturi catalytic reactor inlet fuel mixer
DE102008031060A1 (en) 2008-07-01 2009-02-12 Daimler Ag Device for distributing exhaust gas flow in exhaust gas pipe, has guide plate which is arranged in exhaust gas pipe, where guide plate extends in flow direction over complete longitudinal direction of exhaust gas pipe

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61154422U (en) * 1985-03-18 1986-09-25

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of WO2011101008A2 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011101008A3 (en) 2011-10-13
CN102763256A (en) 2012-10-31
WO2011101008A2 (en) 2011-08-25
CN102763256B (en) 2015-08-12
JP5721748B2 (en) 2015-05-20
JP2013519861A (en) 2013-05-30
US20130004878A1 (en) 2013-01-03
DE102010008209A1 (en) 2011-08-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2537199A2 (en) Catalytic burner for fuel cell exhaust gas
AT519860B1 (en) Fuel cell system with an annular reformer
EP3580801B1 (en) Ignition burner for a fuel cell system
DE102011015512A1 (en) Compact exhaust treatment unit with mixing zone and method for mixing an exhaust gas
WO2003022422A1 (en) System for converting fuel and air into reformate and method for mounting such a system
EP4086439B1 (en) Exhaust gas treatment module
EP1856758A1 (en) Reformer, fuel cell system and method for operating a fuel cell system
EP3604751A1 (en) Exhaust gas aftertreatment method for a combustion engine and exhaust gas aftertreatment system
DE10225273B4 (en) Motor vehicle with a diesel drive motor
EP2542836B1 (en) Device for providing hot exhaust gases
DE102014223382A1 (en) Method for operating a device for aftertreatment of the exhaust gases of an internal combustion engine and corresponding device
EP2033251A1 (en) Fuel cell system
EP3246558B1 (en) Method for operating a rocket propulsion system and rocket propulsion system
DE102012017930A1 (en) Internal combustion engine e.g. diesel engine, has feeding equipment provided with combustible gas for feeding gas for operation of engine, and comprising feeding aperture that opens into exhaust gas recirculation line
EP1919018B1 (en) Fuel cell system
DE102011089530A1 (en) Hydrogen fuel cell system e.g. portable fuel cell system, for motor car, has burner arranged upstream of turbine in exhaust gas routing system, and bridged by bypass guide such that degree of bridging is adjusted based on combustion process
DE102008009063A1 (en) Fuel cell system for use in motor vehicle i.e. commercial vehicle, has gas burner for burning hydrogenous anode exhaust gas, and oxidation catalyst provided with mixer structure for mixing gas flowing through oxidation catalyst
EP1888889A1 (en) Device and method for purification of exhaust gases from an internal combustion engine
EP3161286B1 (en) Apparatus for producing ammonia
DE102022200045A1 (en) Method for operating a fuel cell system, gas supply unit and fuel cell system with gas supply unit
EP1507073A1 (en) Engine exhaust system
AT519617B1 (en) Start burner for a fuel cell system
AT519618B1 (en) Starter burner with heating means for fuel cell system
DE202005003843U1 (en) Post combustion device for high temperature lean gases from fuel cell, contains distributor located between burner and outlets for anode and cathode gas
DE102009026270B4 (en) Catalytic heater

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20120623

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

RIN1 Information on inventor provided before grant (corrected)

Inventor name: KUCHENBUCH, KAI

Inventor name: HINSENKAMP, GERT

Inventor name: MANGOLD, PATRICK

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
RIN1 Information on inventor provided before grant (corrected)

Inventor name: KUCHENBUCH, KAI

Inventor name: HINSENKAMP, GERT

Inventor name: MANGOLD, PATRICK

RIN1 Information on inventor provided before grant (corrected)

Inventor name: MANGOLD, PATRICK

Inventor name: KUCHENBUCH, KAI

Inventor name: HINSENKAMP, GERT

17Q First examination report despatched

Effective date: 20150126

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

RIC1 Information provided on ipc code assigned before grant

Ipc: F23D 14/62 20060101ALI20160311BHEP

Ipc: H01M 8/0662 20160101ALI20160311BHEP

Ipc: F23C 13/00 20060101AFI20160311BHEP

Ipc: H01M 8/04014 20160101ALI20160311BHEP

INTG Intention to grant announced

Effective date: 20160401

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN WITHDRAWN

18W Application withdrawn

Effective date: 20160727