JP2009541951A - 燃料電池システム用の改質器 - Google Patents

Abstract

本発明は、リフォーメートを発生させるための燃料電池システム（１０）用の改質器（１２）に関する。前記改質器は、燃料を処理するための複数の機能ユニット（２８、３０）を備え、少なくとも１つの機能ユニット（２８、３０）が第１のタイプの燃料に適合される。本発明は、第１のタイプの燃料に適合された機能ユニット（２８、３０）を、第１のタイプの燃料に適合された機能ユニット（２８、３０）の代わりに第１のタイプの燃料とは異なる第２のタイプの燃料に適合された交換機能ユニットに結合するようにも設計されたインターフェース（３２）を用いて、取り外し可能なモジュールとして、改質器（１２）に結合させることができるという特徴を有する。本発明は更に、そのような改質器用の機能ユニット、そのような改質器（１２）を有する燃料電池システム（１０）、およびそのような燃料電池システム（１０）を有する自動車両にも関する。

Description

本発明は、リフォーメートを発生させるための燃料電池システム用の改質器において、燃料を処理するための複数の機能ユニットを備え、少なくとも１つの機能ユニットが第１のタイプの燃料に適合された改質器に関する。

更に、本発明は、そのような改質器用の機能ユニット、そのような改質器を有する燃料電池システム、およびそのような燃料電池システムを有する自動車両にも関する。

燃料電池システムは、一般に知られる様式および手段によって、化学エネルギーを電気エネルギーに変換する働きをする。燃料電池システムは、通常使用時に燃料を取り扱うことができなければならない。燃料電池内で水素と酸素が反応するので、使用される燃料は、燃料電池スタックのアノードに供給されるガスが水素に富むように調整されなければならない。多くの場合、カソード端部において、空気酸素が燃料電池スタックに供給される。このために、燃料および酸化剤、好ましくは空気が、改質器に供給される。次いで、改質器内で、好ましくは部分酸化という方法によって、燃料が酸素と反応する。従来方式で構成された改質器が、例えば、特許文献１において記載されている。

次いで、そのように発生されたリフォーメートが、燃料電池または燃料電池スタックに供給されて、電気エネルギーが、リフォーメートの成分としての水素と酸素との制御された反応によって放出される。

ドイツ公開特許公報ＤＥ １０１ ２０ ３７５ Ａ１

使用される燃料のタイプに関わらず、目的は常に、次いで燃料電池スタックに供給されるリフォーメート中で、できるだけ高い水素のパーセンテージを達成することである。このために、また使用される燃料に応じて、改質器がその特定の燃料に適合される必要がある。このため、そのような燃料電池システムの製造者には、関係する特定の燃料にそれぞれが特別に適合された、燃料電池システムの幅広い選択肢を提供することが求められ、したがって、高い開発および製造コストが必要になる。

したがって、さまざまな種類の燃料に比較的高いコスト効果で適合させることができる改質器の提供を今回可能にすることが、本発明の目的である。

この目的は、独立請求項に記載の特徴によって達成される。

本発明の有利な諸態様および更なる実施形態は、従属請求項から解釈される。

本発明による改質器は、第１のタイプの燃料に適合された機能ユニットを、第１のタイプの燃料に適合された機能ユニットの代わりに第１のタイプの燃料とは異なる第２のタイプの燃料に適合された交換機能ユニットを結合させるようにも設計されたインターフェースを用いて、取外し可能モジュールとして改質器に取外し可能に結合させることができるという点で、一般的な従来技術に基づく。そのような構成にすると、この場合、改質器の重要な機能ユニットを、異なるタイプの燃料で運転する際に繰り返し使用することが可能になり、したがって改質器が、異なるタイプの燃料のさまざまな要件に、非常に高いコスト効果で、かつ簡単な様式および手段によって適合されることが可能になる。こうすることにより、この場合、改質器の機能ユニットを単に交換することによって、完全な燃料電池システムを別のタイプの燃料に最適に適合させることが可能になる。

第１のタイプの燃料および交換機能ユニットに適合された機能ユニットがガス混合器であるという点で、同じ利点が得られる。

より具体的には、ガス混合器が蒸発器であることが、それによって実現される。

更に、前述の利点は、第１のタイプの燃料および交換機能ユニットに適合された機能ユニットが反応ユニットであるという点でも得られる。

より具体的には、反応ユニットが改質器バーナであることが、それによって実現される。

更に、本発明による改質器を、インターフェースをすばやく取外しできるコネクタ（クイックリリース・コネクタ）として設計することによって、高度化することもできる。すばやく取外しできるコネクタを備えることによって、改質器のモジュラ構造、および機能ユニットの交換を、改質器の複雑な分解を必要とせずに、ユーザフレンドリにすばやく実施することができる。

より具体的には、インターフェースが差込みコネクタであることが、それによって実現される。

そのような改質器を結合するように設計されたインターフェースを有する、改質器用の機能ユニットが、本発明に従って更に提供される。そのような機能ユニットを用いると、上述の利点がそれに対応して得られる。

更に、本発明は、そのような改質器を有する燃料電池システム、およびそのような燃料電池システムを有する自動車両を提供し、上述の利点がそれに対応してもたらされる。

次に、例として本発明の好ましい一実施形態について、図面を参照して詳述する。

本発明による燃料電池システムの表示図である。

ここで図１を参照すると、本発明による燃料電池システムの表示図が示されている。燃料電池システム１０は、燃料の供給を燃料ポンプ１４から受け取る改質器１２を備える。関係する燃料のタイプには、ディーゼル、ガソリン、バイオガス、天然ガス、および従来技術で知られる更なるタイプの燃料が含まれる。改質器１２は、この場合送風機１６によって送出される空気とその中に流入されるアノード排出ガス１８とからなる酸化剤の供給も受け取る。アノード排出ガス１８は、燃料電池送風機２２が割り当てられ、かつ改質器１２によって発生されたリフォーメートの供給を受け取る燃料電池２０によって発生される。関係するリフォーメートは、水素に富むガスであり、それが、燃料電池送風機２２によって送出されるカソード空気の助けを借りて、燃料電池２０内で電気および熱に変換される。この場合、アノード排出ガス１８の戻されない部分が、アフタバーナ送風機２６が割り当てられたアフタバーナ２４に供給される。アフタバーナ２４内では、使い果たされたリフォーメートが、アフタバーナ送風機２６により送出される空気によって、ほとんど有害な排出物質を含有しない燃焼排出ガスに変換される。

改質器１２は、ガス混合器２８および反応ユニット３０を備える。ガス混合器２８内でガス混合物が、燃料と酸化剤、好ましくは空気から、好ましくは燃料の蒸発を伴って形成される。このガス混合物は、反応ユニット３０内で、好ましくは部分酸化によって、リフォーメートに反応する。この構成では、ガス混合器２８は好ましくは蒸発器であり、反応ユニット３０は好ましくは改質器バーナである。ガス混合器２８ならびに反応ユニット３０はそれぞれ、好ましくは、例えば差込みコネクタ、スクリュー・コネクタ、またはプラグイン・コネクタなどのすばやく取外しできるコネクタ（クイックリリース・コネクタ）として構成されたインターフェース３２を用いて、改質器および改質器の残りの機能ユニットに結合される。この意味でのすばやく取外しできるコネクタとは、それを用いて好ましくは工具を必要とせずに結合を実施することができる、ポジティブまたは非ポジティブな接触用の機械的に取外しできるコネクタであると理解される。改質器はそれに応じて、必要な場合にユーザフレンドリにすばやく交換することができる取外し可能モジュールに更に分割される。改質器、したがって完全な燃料電池システムは、この構成において、あるタイプの燃料に適合される。

別のタイプの燃料へ変更が必要な場合、あるタイプの燃料に適合された改質器の機能ユニットを、好ましくは同じ機能を有するが、異なるタイプの燃料に適合された他の機能ユニットと交換することができる。このために、さまざまなタイプの燃料に適合され、かつ交換可能な機能ユニットのインターフェースは、あらゆる交換可能な機能ユニットが、寸法および接続に関して改質器および他の機能ユニットと最適に適合するように、好ましくは同一のインターフェースを特徴としてもつ。

機能ユニット同士の相互結合、または改質器との相互結合に関して、さまざまな可能性が存在する。例えば、直列に結合された複数の機能ユニットから改質器を構成し、独立した機能ユニットのインターフェースが、改質器の入力を形成することができるように構成することが可能である。この独立した機能ユニットの他方のインターフェースが、後続の機能ユニットに結合され、後続の機能ユニットは、最終の機能ユニットのインターフェースが改質器の出力を形成するまで、機能ユニットに結合することができる。別の可能性は、その端部にインターフェースを備える改質器ハウジングを設け、そのインターフェースに、機能ユニットが、機能ユニットのインターフェースを用いて結合されることである。この場合には、運転の際に機能ユニットを相互接続するために、ハウジング端部のインターフェースがハウジング内部で接続される必要がある。

上記の説明において開示し、図中に示し、特許請求する本発明の特徴は、本発明をそれら自体でも、任意の組合せにおいても達成するのに極めて重要となり得ることが理解されよう。

１０…燃料電池システム、１２…改質器、１４…燃料ポンプ、１６…送風機、１８…アノード排出ガス、２０…燃料電池、２２…燃料電池送風機、２４…アフタバーナ、２６…アフタバーナ送風機、２８…ガス混合器、３０…反応ユニット、３２…インターフェース

Claims (10)

1. リフォーメートを発生させるための燃料電池システム（１０）用の改質器（１２）において、燃料を処理するための複数の機能ユニット（２８、３０）を備え、少なくとも１つの機能ユニット（２８、３０）が第１のタイプの燃料に適合された改質器（１２）であって、前記第１のタイプの燃料に適合された前記機能ユニット（２８、３０）を、前記第１のタイプの燃料に適合された前記機能ユニット（２８、３０）の代わりに前記第１のタイプの燃料とは異なる第２のタイプの燃料に適合された交換機能ユニットに対して結合するようにも設計されたインターフェース（３２）を用いて、モジュールとして前記改質器（１２）に取外し可能に結合させることができることを特徴とする改質器（１２）。
2. 前記第１のタイプの燃料および前記交換機能ユニットに適合された前記機能ユニット（２８、３０）が、ガス混合器（２８）であることを特徴とする、請求項１に記載の改質器（１２）。
3. 前記ガス混合器（２８）が蒸発器であることを特徴とする、請求項２に記載の改質器（１２）。
4. 前記第１のタイプの燃料および前記交換機能ユニットに適合された前記機能ユニットが、反応ユニット（３０）であることを特徴とする、請求項１に記載の改質器。
5. 前記反応ユニット（３０）が、改質器バーナであることを特徴とする、請求項４に記載の改質器。
6. 前記インターフェース（３２）が、クイックリリース・コネクタであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の改質器。
7. 前記インターフェース（３２）が、差込みコネクタであることを特徴とする、請求項６に記載の改質器。
8. 請求項１に記載の前記改質器を結合するように設計されたインターフェース（３２）を備える、改質器（１２）用の機能ユニット（２８、３０）。
9. 請求項１〜７のいずれかに記載の改質器（１２）を備える燃料電池システム（１０）。
10. 請求項９に記載の燃料電池システム（１０）を備える自動車両。

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