WO2001002204A1 - Anordnung und verfahren zum erzeugen und/oder aufbereiten eines brennstoffs, insbesondere eines brennstoffs für eine brennstoffzelle - Google Patents

Anordnung und verfahren zum erzeugen und/oder aufbereiten eines brennstoffs, insbesondere eines brennstoffs für eine brennstoffzelle Download PDF

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heating
reactor
heat
fuel
cooling
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PCT/DE2000/002157
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Wolfgang Herdeg
Holger Klos
Martin Sattler
Franz Reichenbach
Hans-Dieter Wilhelm
Jürgen HABRICH
Karl Eck
Markus Keutz
Thomas Zapp
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Vodafone Ag
Siemens Ag
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    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to an arrangement for producing and / or processing a fuel, in particular a fuel for a fuel cell, with at least one reactor element functioning as a heat sink and at least one reactor element functioning as a heat source.
  • the invention further relates to a method for producing and / or processing such a fuel.
  • Fuel cells have been known for a long time and have become significantly more important, particularly in the automotive industry.
  • fuel cells Similar to battery systems, fuel cells generate electrical energy chemically, with the individual reactants being supplied continuously and the reaction product being continuously removed.
  • the fuel cells are based on an operating principle in which electrically neutral molecules or atoms combine with one another and thereby exchange electrons. This process is called the redox process.
  • the oxidation and the oxidation are based on an operating principle in which electrically neutral molecules or atoms combine with one another and thereby exchange electrons. This process. In the fuel cell, the oxidation and
  • the electrons released during the reduction can be conducted as current through a consumer, for example the electric motor of an automobile.
  • hydrogen is used as fuel and oxygen as oxidizing agent.
  • the oxygen can easily be provided by the sucked in ambient air, whereas the hydrogen usually has to be produced in a chemical process. This is achieved, for example, by converting hydrocarbons in natural gas or methanol into a hydrogen-rich gas by reforming or the like.
  • POX partial oxidation
  • the arrangement required for producing and / or processing the fuel has a number of different reactor elements which are connected to one another via corresponding lines, so that the fuel can flow through the individual reactor elements during its production or processing.
  • Heat is required, this heat is provided by the heating / cooling devices.
  • the heating or cooling of the individual reactor elements carried out to date has a number of disadvantages. So each reactor element must be cooled or heated individually and independently of the other reactor elements, which is structurally complex and relatively expensive. Furthermore, a large amount of energy is required for this type of heating or cooling. Finally, the heat generated in the reactor elements with exothermic reactions cannot be used, as a result of which it is lost for the overall process.
  • the present invention is based on the object of developing an arrangement for producing and / or processing a fuel of the type mentioned at the outset in such a way that the disadvantages described are avoided.
  • an arrangement is to be provided in which individual reactor elements can be cooled or heated in a structurally simple and inexpensive manner.
  • a correspondingly improved method is also to be provided.
  • the object is achieved by developing the arrangement described at the outset for generating and / or processing a
  • Fuel in particular a fuel for a fuel cell, which according to the invention is characterized in that a heating / cooling device is provided, that the heating / cooling device has at least one heating / cooling device for the at least one reactor element functioning as a heat sink and at least one heating element. / Cooling device for the at least one functioning as a heat source
  • Has reactor element and that the heating / cooling devices for heat transport are connected to one another via a flow line.
  • Reactor element must have its own separate heating / cooling device.
  • the invention is based, inter alia, on the basic idea that the individual heating / cooling devices of the respective reactor elements are connected to one another via a flow line in such a way that heat is transported between the individual heating / cooling devices and thus the individual reactor elements.
  • the arrangement for producing and / or processing a fuel has, for example, one or more reactor elements functioning as a heat source, exothermic reactions take place in these reactor elements, which means that heat is released there. This heat is given off to the respective heating / cooling devices. If the arrangement also has at least one reactor element functioning as a heat sink, which means that this reactor element requires heat for the reactions taking place, the heat given off by the reactor elements acting as a heat source can be used to heat the reactor element functioning as a heat sink. The heat from the
  • the heating / cooling device for the at least one reactor element acting as a heat source is transported to the heating / cooling device for the at least one reactor element functioning as a heat sink and is delivered to the latter.
  • the heat energy generated is therefore not lost.
  • the heat in such reactor elements can be absorbed with exothermic reactions and transferred to those reactor elements in which there is a need for heat.
  • the heating / cooling devices can advantageously be connected to one another via the flow line as a closed circuit.
  • a structurally particularly simple heating / cooling device can be provided, with which the required heat balance in the individual reactor elements is simple
  • a heating / cooling medium can be provided to flow through the heating / cooling devices and the flow line.
  • a heating / cooling medium allows the heat absorption or heat emission to be precisely defined.
  • An advantageous heating / cooling medium is, for example, an oil, and here in particular a highly heat-resistant oil. Such oils are already known from the prior art.
  • the invention is not limited to the use of oil as a heating / cooling medium.
  • other heating / cooling media in liquid or gaseous form are also conceivable and possible. It is only important that the heating / cooling medium used is suitable, the individual To absorb the heat generated by the reactor elements and to give it off again in a simple manner in other reactor elements.
  • At least one pump can be provided in the flow line.
  • the flow rate and the throughput of the heating / cooling medium in the flow line and the heating / cooling devices can be set by means of such a pump.
  • the rate of absorption or dissipation of the heat in the heating / cooling medium is regulated, among other things, via the flow rate of the heating / cooling medium.
  • the flow direction in the heating / cooling device is preferably set from the at least one heating / cooling device for the at least one reactor element functioning as a heat source to the at least one heating / cooling device for the at least one reactor element functioning as a heat sink.
  • the thermal energy can be transported from the at least one reactor element functioning as a heat source to the at least one reactor element functioning as a heat sink.
  • a heating / cooling medium it heats up as it passes through the at least one reactor element functioning as a heat source and takes the heat with it. As a result, the reactor element functioning as a heat source cools down. The absorbed heat is transported to the at least one reactor element functioning as a heat sink.
  • the heat is given off there, causing the heating / cooling medium to cool down.
  • the now cooled heating / cooling medium is again transported via the flow line to the reactor elements functioning as a heat source, where it can again absorb heat. Since the number and connection of the individual reactor elements to one another may vary depending on the need and application, a different setting of the flow direction is of course also conceivable.
  • the at least one heating / cooling device can advantageously be designed as a heat exchanger in the form of a cooling coil and / or a cooling jacket.
  • the heating / cooling device can be designed as desired. If a large amount of heat is to be absorbed, it makes sense if the heating / cooling device in the reactor element has a large surface area.
  • the heating / cooling device can be arranged in the surface area of the reactor elements or within the reactor elements as required. The invention is not restricted to special designs of the heating / cooling devices.
  • the at least one reactor element functioning as a heat sink can be designed as an evaporator.
  • an evaporator is required, for example, if hydrogen is to be reformed from methanol or natural gas.
  • the at least one reactor element functioning as a heat source can be designed as a shift reactor and / or as a reactor for selective oxidation. These two reactor elements are required when the hydrogen is produced by the partial oxidation process.
  • the gas is cleaned by a homogeneous water gas reaction (CO + H 2 ⁇ - C0 2 + H 2 ) in the shift reactor and finely cleaned in the subsequent stage - the selective oxidation.
  • a reformer can preferably be provided between the one reactor element functioning as a heat sink and the at least one reactor element functioning as a heat source.
  • the flow direction of the fuel can be set from the at least one reactor element functioning as a heat sink to the at least one reactor element functioning as a heat source.
  • the direction of flow of the fuel is set opposite to the direction of flow of the heat transport via the heating / cooling device.
  • a different flow direction can also be set.
  • a method for producing and / or preparing a fuel, in particular a fuel for a fuel cell, in particular using an arrangement according to the invention as described above is provided, the fuel at least one functioning as a heat sink and at least one as a heat source flowing through the reactor element.
  • the method according to the invention is characterized in that a suitable process temperature is set in each case by means of a heating / cooling device in the reactor elements, in that the reactor element which functions as a heat source is generated in the at least one
  • Heat is absorbed via a heating / cooling device and transported via a flow line to a heating / cooling device for the reactor element functioning as a heat sink, where it is released to the reactor element.
  • the method according to the invention ensures that the individual
  • Reactor elements no longer have to be cooled in a complex manner and no more heat is lost. Rather, the heat is transported in a simple manner from the reactor elements functioning as heat sources to those reactor elements in which there is a need for heat.
  • a heating / cooling medium can preferably flow through the heating / cooling devices and the flow line.
  • heating / cooling devices and
  • Flow line can be designed as a closed circuit and a heating / cooling medium flows through it.
  • the flow rate of the heating / cooling medium in the heating / cooling devices and the flow line can advantageously be regulated by at least one pump.
  • the direction of flow of the heating / cooling medium can advantageously be regulated by at least one pump.
  • Fuel opposite to the direction of heat transfer between the heating / cooling devices are set.
  • Preparing a fuel for a fuel cell can be used to operate a vehicle.
  • the arrangement for generating and / or processing the fuel often consists of an evaporator (e.g. for
  • Methanol Methanol
  • a reformer a shift reactor
  • a selective oxidation reactor Methanol
  • three of these four reactors are often at almost the same temperature level.
  • An exothermic reaction takes place in two of these reactors, namely the shift reactor and the selective oxidation, i.e. it releases heat. Heat is required in the evaporator. The needed
  • Heat is provided by the heat generated in the other two reactors.
  • a preferred area of application for the arrangement and the method is, for example, the area of vehicle drives. This currently offers great
  • fuel cells Possible uses for fuel cells; however, other possible uses are also conceivable. These include, for example, fuel cells for mobile devices such as computers or mobile telephones up to power plants. Fuel cell technology is also suitable for the decentralized energy supply of houses, industrial plants or the like. The present invention is not limited to particular types of fuel cells, so that the invention can be used in connection with all types of fuel cells.
  • fuel cells are, for example, alkaline fuel cells (AFC), proton-conducting fuel cells (PEMFC), phosphoric acid fuel cells (PAFC), molten carbonate fuel cells (MCFC), solid oxide fuel cells (SOFC) or the like.
  • AFC alkaline fuel cells
  • PEMFC proton-conducting fuel cells
  • PAFC phosphoric acid fuel cells
  • MCFC molten carbonate fuel cells
  • SOFC solid oxide fuel cells
  • the arrangement according to the invention for producing and / or processing a fuel can be used, for example, but not exclusively, for producing hydrogen from methanol, methane, gasoline, natural gas, coal gas, biogas or the like.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a first embodiment of the arrangement according to the invention for producing and / or processing a fuel, in particular a fuel for a fuel cell;
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the arrangement according to the invention for producing and / or processing a fuel.
  • FIG. 1 shows an arrangement 10 for producing and / or processing a fuel, in particular a fuel for a fuel cell.
  • the fuel to be produced or prepared is hydrogen in the present case.
  • the hydrogen is generated from a hydrocarbon-containing fuel in the plant 10 consisting of a series of reactor elements, which are connected to one another via a line 15. These reactor elements are in the order of the flow direction shown by the arrows in line 15
  • the fuel supplied as the starting material for example methanol
  • the evaporator 11 is thus a reactor element which functions as a heat sink.
  • the shift reactor 13 and the reactor for selective oxidation are thus a reactor element which functions as a heat sink.
  • the heating / cooling device 16 consists of a series of heating / cooling devices, not shown, which are each designed as heat exchangers in the form of coils in the reactor elements.
  • the individual heating / cooling devices are connected to one another via a flow line 17. As can be seen from the figure, the flow line 17 and the individual
  • Heating / cooling devices designed as a closed circuit.
  • a suitable heating / cooling medium is provided in the closed circuit of the heating / cooling device 16, in the present case a highly heat-resistant oil.
  • a pump 18 is also provided in the flow line 17.
  • Reactor elements namely the shift reactor 13 and the selective oxidation reactor 14 to the reactor element functioning as a heat sink, namely the Evaporator 1 1 are transported.
  • the oil cooled by the evaporator 1 1 heats up as it passes through the selective oxidation 14 and takes the heat with it.
  • the shift reactor 13 follows, which likewise heats the oil. After the shift reactor 13, the oil releases the heat absorbed in the evaporator 11.
  • the reformer 12 also required in FIG. 1 for generating the hydrogen, which is arranged between the evaporator 11 and the shift reactor 13, also requires heat, but at a different temperature level than the others
  • the reformer 12 requires more heat than is generated and released by the exothermic reactions in the shift reactor 13 and in the selective oxidation reactor 14. Therefore, the reformer 12 is not connected to the heating / cooling device 16 in the present case, so that the flow line 17 in the area of the reformer 12 leads past it.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the arrangement 10 according to the invention for producing and / or processing a fuel, elements of identical construction as in FIG. 1 being designated by the same reference numbers.
  • the fuel is in turn generated or processed in the reactor elements evaporator 11, reformer 12, shift reactor 13 and reactor for selective oxidation 14, which are connected to one another via a line 15.
  • the heating or cooling of the individual reactor elements takes place via the heating / cooling device 16.
  • the connection of the individual heating / cooling devices in the respective reactor elements via the flow line 17 is chosen differently.
  • the temperature level of the selective oxidation 14 - for example due to the use of another catalyst - is above the temperature level of the shift reaction taking place in the shift reactor 13, it may be expedient to first remove the shift reactor 13 with the cold heating / cooling medium from To start evaporator 12, which is supplied to the shift reactor 13 via the flow line 17 and with the support of the pump 18.
  • the heating / cooling medium described above then takes place in the shift reactor 13 due to the exothermic reactions.
  • the heating / cooling medium is then passed through the heating / cooling device of the reactor to the selective oxidation 14, where it continues to heat up. Then the hot heating / cooling medium
  • Evaporator 11 supplied for heat emission.
  • the arrangement according to the invention is particularly suitable for use in a vehicle in order to generate hydrogen in sufficient quantity and purity from a fuel (eg methanol or natural gas) while driving so that this hydrogen can be fed to a fuel cell as fuel, which supplies the electrical current required for the electrical drive of this vehicle.
  • a fuel eg methanol or natural gas

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Abstract

Es wird eine Anordnung (10) zum Erzeugen und/oder Aufbereiten eines Brennstoffs, insbesondere von Wasserstoff, für eine Brennstoffzelle zum Betreiben eines Fahrzeugs beschrieben, die einen als Wärmesenke fungierenden Verdampfer (11) und zwei als Wärmequelle fungierende Reaktorelemente in Form eines Shift-Reaktors (13) und eines Reaktors zur selektiven Oxidation (14) aufweist. Die einzelnen Reaktorelemente (11; 13, 14) sind über eine Leitung (15) miteinander verbunden. Um auf einfache und kostengünstige Weise eine Kühlung beziehungsweise Erwärmung der einzelnen Reaktorelemente (11; 13, 14) vornehmen zu können, ist erfindungsgemäß eine Heiz-/Kühlvorrichtung (16) vorgesehen, die eine Heiz-/Kühleinrichtung für den Verdampfer (11) und wenigstens eine Heiz-/Kühleinrichtung für den Shift-Reaktor (13) und den Reaktor zur selektiven Oxidation (14) aufweist. Die einzelnen Heiz-/Kühleinrichtungen sind zum Wärmetransport über eine Strömungsleitung (17) in einem geschlossenen Kreislauf miteinander verbunden. Durch die Strömungsleitung (17) strömt als Heiz-/Kühlmedium ein geeignetes Öl. Über die erfindungsgemäße Anordnung (10) wird die in den Reaktorelementen (13, 14) erzeugte Wärme über die entsprechenden Heiz-/Kühleinrichtungen aufgenommen und über die Strömungsleitung (17) zum Verdampfer (11) transportiert und dort über die entsprechende Heiz-/Kühleinrichtung an diesen abgegeben.

Description

Anordnung und Verfahren zum Erzeugen und/oder Aufbereiten eines Brennstoffs, insbesondere eines Brennstoffs für eine Brennstoffzelle
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Erzeugen und/oder Aufbereiten eines Brennstoffs, insbesondere eines Brennstoffs für eine Brennstoffzelle, mit wenigstens einem als Wärmesenke fungierenden Reaktorelement und wenigstens einem als Wärmequelle fungierenden Reaktorelement. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen und/oder Aufbereiten eines solchen Brennstoffs.
Brennstoffzellen sind bereits seit langem bekannt und haben insbesondere im Bereich der Automobilindustrie in den letzten Jahren erheblich an Bedeutung gewonnen.
Ähnlich wie Batteriesysteme erzeugen Brennstoffzellen elektrische Energie auf chemischem Wege, wobei die einzelnen Reaktanten kontinuierlich zugeführt werden und das Reaktionsprodukt kontinuierlich abgeführtwird. Dabei liegt den Brennstoffzellen ein Wirkprinzip zu Grunde, bei dem sich elektrisch neutrale Moleküle oder Atome miteinander verbinden und dabei Elektronen austauschen. Dieser Vorgang wird als Redoxprozeß bezeichnet. Bei der Brennstoffzelle werden die Oxidations- und
Reduktionsprozesse räumlich getrennt. Die bei der Reduktion abgegebenen Elektronen lassen sich als Strom durch einen Verbraucher leiten, beispielsweise den Elektromotor eines Automobils.
Als gasförmige Reaktionspartner für die Brennstoffzelle werden beispielsweise Wasserstoff als Brennstoff und Sauerstoff als Oxidatioπsmittel verwendet. Der Sauerstoff kann einfach über die angesaugte Umgebungsluft bereitgestellt werden, wohingegen der Wasserstoff in der Regel in einem chemischen Prozeß hergestellt werden muß. Dies wird beispielsweise erreicht, indem in Erdgas oder Methanol befindliche Kohlenwasserstoffe durch Reformierung oder dergleichen in ein wasserstoffreiches Gas umgewandelt werden. Weiterhin ist es auch denkbar, Wasserstoff durch das Verfahren der sogenannten partiellen Oxidation (POX) herzustellen.
In allen Fällen weist die erforderliche Anordnung zum Erzeugen und/oder Aufbereiten des Brennstoffs eine Reihe verschiedener Reaktorelemente auf, die über entsprechende Leitungen miteinander verbunden sind, so daß der Brennstoff während seiner Erzeugung beziehungsweise Aufbereitung die einzelnen Reaktorelemente durchströmen kann.
In einigen der Reaktorelemente finden dabei exotherme Reaktionen statt, d.h. es wird Wärme frei. In anderen Reaktorelementen wird hingegen Wärme benötigt. Bisher ist es üblich, daß jedes einzelne Reaktorelement über eine geeignete Heiz- /Kühleinrichtung verfügt. Diese Heiz-/Kühleinrichtung erzeugt die in dem Reaktorelement erforderliche Temperatur. Für Reaktorelemente mit exothermen Reaktionen bedeutet dies, daß die in den Reaktorelementen erzeugte Wärme über die Heiz-/Kühleinrichtungen abgeführt wird. In denjenigen Reaktorelementeπ, in denen
Wärme benötigt wird, wird diese Wärme über die Heiz-/Kühleinrichtungen bereitgestellt.
Die bisher durchgeführte Heizung beziehungsweise Kühlung der einzelnen Reaktorelemente hat jedoch eine Reihe von Nachteilen. So muß jedes Reaktorelement einzeln und unabhängig von den anderen Reaktorelementen gekühlt beziehungsweise geheizt werden, was konstruktiv aufwendig und relativ kostenintensiv ist. Weiterhin wird für diese Art der Heizung beziehungsweise Kühlung eine große Menge an Energie benötigt. Schließlich kann die in den Reaktorelementen mit exothermen Reaktionen erzeugte Wärme nicht genutzt werden, wodurch sie für den Gesamtprozeß verloren geht. Ausgehend vom genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Anordnung zum Erzeugen und/oder Aufbereiten eines Brennstoffs der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß die beschriebenen Nachteile vermieden werden. Insbesondere soll eine Anordnung bereitgestellt werden, bei der auf konstruktiv einfache und kostengünstige Weise einzelne Reaktorelemente gekühlt beziehungsweise geheizt werden können. Weiterhin soll ein entsprechend verbessertes Verfahren bereitgestellt werden.
Die Aufgabe wird gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung durch eine Weiterbildung der eingangs beschriebenen Anordnung zum Erzeugen und/oder Aufbereiten eines
Brennstoffs, insbesondere eines Brennstoffs für eine Brennstoffzelle gelöst, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Heiz-/Kühlvorrichtung vorgesehen ist, daß die Heiz-/Kühlvorrichtung wenigstens eine Heiz-/Kühieinrichtung für das wenigstens eine als Wärmesenke fungierende Reaktorelement und wenigstens eine Heiz-/Kühleinrichtung für das wenigstens eine als Wärmequelle fungierende
Reaktorelement aufweist und daß die Heiz-/Kühleinrichtungen zum Wärmetransport über eine Strömungsleitung miteinander verbunden sind.
Auf diese Weise können die einzelnen Reaktorelemente je nach Bedarf entweder geheizt oder gekühlt werden, ohne daß, wie bisher notwendig, jedes einzelne
Reaktorelement über eine eigene separate Heiz-/Kühlvorrichtung verfügen muß. Dabei basiert die Erfindung unter anderem auf der Grundidee, daß die einzelnen Heiz- /Kühleinrichtungen der jeweiligen Reaktorelemente über eine Strömungsleitung derart miteinander verbunden sind, daß ein Wärmetransport zwischen den einzelnen Heiz- /Kühleinrichtungen und damit den einzelnen Reaktorelementen entsteht.
Weist die Anordnung zum Erzeugen und/oder Aufbereiten eines Brennstoffs beispielsweise einen oder mehrere als Wärmequelle fungierende Reaktorelemente auf, laufen in diesen Reaktorelementen exotherme Reaktionen ab, was bedeutet, daß dort Wärme frei wird. Diese Wärme wird an die jeweiligen Heiz-/Kühleinrichtungen abgegeben. Weist die Anordnung weiterhin wenigstens ein als Wärmesenke fungierendes Reaktorelement auf, was bedeutet, daß dieses Reaktorelement für die stattfindenden Reaktionen Wärme benötigt, kann die von den als Wärmequelle fungierenden Reaktorelementen abgegebene Wärme zur Erwärmung des als Wärmesenke fungierenden Reaktorelements herangezogen werden. Dazu wird die Wärme von der
Heiz-/Kühleinrichtung für das wenigstens eine als Wärmequelle fungierende Reaktorelement zu der Heiz-/Kühleinrichtung für das wenigstens eine als Wärmesenke fungierende Reaktorelement transportiert und an dieses abgegeben. Somit geht die erzeugte Wärmeenergie nicht verloren. Durch die erfindungsgemäße Anordnung kann die Wärme in solchen Reaktorelementen mit exothermen Reaktionen aufgenommen und zu solchen Reaktorelementen übertragen werden, bei denen ein Wärmebedarf besteht.
Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anordnung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorteilhaft können die Heiz-/Kühleinrichtungen über die Strömungsleitung als geschlossener Kreislauf miteinander verbunden sein. Hierdurch kann eine konstruktiv besonders einfach ausgebildete Heiz-/Kühlvorrichtung bereitgestellt werden, mit der die erforderlichen Wärmehaushalte in den einzelnen Reaktorelementen auf einfache
Weise gesteuert werden können.
In weiterer Ausgestaltung kann zur Durchströmung der Heiz-/Kühleinrichtungen und der Strömungsleitung ein Heiz-/Kühlmedium vorgesehen sein. Über ein solches Heiz- /Kühlmedium läßt sich die Wärmeaufnahme beziehungsweise Wärmeabgabe genau definiert einsteilen. Ein vorteilhaftes Heiz-/Kühlmedium ist beispielsweise ein Öl, und hier insbesondere ein hoch wärmebeständiges Öl. Derartige Öle sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung von Öl als Heiz-/Kühlmedium beschränkt. So sind beispielsweise auch andere Heiz- /Kühlmedien in flüssiger oder gasförmiger Form denkbar und möglich. Wichtig ist lediglich, daß das verwendete Heiz-/Kühlmedium geeignet ist, die in einzelnen Reaktorelementen erzeugte Wärme aufzunehmen und in anderen Reaktoreiementen auf einfache Weise wieder abzugeben.
In weiterer Ausgestaltung kann in der Strömungsleitung wenigstens eine Pumpe vorgesehen sein. Über eine solche Pumpe läßt sich die Strömungsgeschwindigkeit und der Durchsatz des Heiz-/Kühlmediums in der Strömungsleitung und den Heiz- /Kühleinrichtungen einstellen. Über die Strömungsgeschwindigkeit des Heiz- /Kühlmediums wird unter anderem die Aufnahmerate beziehungsweise Abgaberate der Wärme im Heiz-/Kühlmedium geregelt.
Vorzugsweise ist die Strömungsrichtung in der Heiz-/Kühlvorrichtung von der wenigstens einen Heiz-/Kühleinrichtung für das als Wärmequelle fungierende wenigstens eine Reaktorelement zur wenigstens einen Heiz-/Kühleinrichtung für das als Wärmesenke fungierende wenigstens eine Reaktorelement eingestellt. Auf diese Weise kann die Wärmeenergie von dem wenigstens einen als Wärmequelle fungierenden Reaktorelement zu dem wenigstens einen als Wärmesenke fungierenden Reaktorelement transportiert werden. Wird beispielsweise ein Heiz- /Kühlmedium verwendet, wärmt sich dieses beim Durchlauf des wenigstens einen als Wärmequelle fungierenden Reaktorelements auf und nimmt dabei die Wärme mit. Dadurch kühlt sich das als Wärmequelle fungierende Reaktorelement ab. Die aufgenommene Wärme wird zu dem wenigstens einen als Wärmesenke fungierenden Reaktorelement transportiert. Dort wird die Wärme abgegeben, wodurch sich das Heiz-/Kühlmedium abkühlt. Das nunmehr wiederum abgekühlte Heiz-/Kühlmedium wird über die Strömungsleitung erneut zu den als Wärmequelle fungierenden Reaktorelementen transportiert, wo es erneut Wärme aufnehmen kann. Da die Anzahl und Verbindung der einzelnen Reaktorelemente untereinander je nach Bedarf und Anwendungsfall unterschiedlich sein kann, ist selbstverständlich auch eine andere Einstellung der Strömungsrichtung denkbar.
Vorteilhaft kann die wenigstens eine Heiz-/Kühleinrichtung als Wärmetauscher in Form einer Kühlschlange und/oder eines Kühlmantels ausgebildet sein. Je nach Bedarf und Anwendungsfall und insbesondere je nach der Menge der aufzunehmenden beziehungsweise abzugebenden Wärme kann die Heiz-/Kühleinrichtung beliebig ausgebildet sein. Soll eine große Menge an Wärme aufgenommen werden, ist es sinnvoll, wenn die Heiz-/Kühleinrichtung im Reaktorelemeπt eine große Oberfläche aufweist. Die Anordnung der Heiz-/Kühleinrichtung im Oberflächenbereich der Reaktorelemente oder innerhalb der Reaktoreiemente kann je nach Bedarf beliebig erfolgen. Die Erfindung ist nicht auf besondere Ausgestaltungsformen der Heiz- /Kühleinrichtungen beschränkt.
In weiterer Ausgestaltung kann das wenigstens eine als Wärmesenke fungierende Reaktorelement als Verdampfer ausgebildet sein. Ein solcher Verdampfer ist beispielsweise erforderlich, wenn Wasserstoff aus Methanol oder Erdgas reformiert werden soll.
In weiterer Ausgestaltung kann das wenigstens eine als Wärmequelle fungierende Reaktorelement als Shift-Reaktor und/oder als Reaktor für eine selektive Oxidation ausgebildet sein. Diese beiden Reaktorelemente sind erforderlich, wenn der Wasserstoff durch das Verfahren der partiellen Oxidation hergestellt wird. Hierbei wird das Gas durch eine homogene Wassergasreaktion (CO + H2Ö - C02 + H2) in dem Shift-Reaktor gereinigt und in der nachfolgenden Stufe -der selektiven Oxidation- feingereinigt.
Vorzugsweise kann zwischen dem einen als Wärmesenke fungierenden Reaktorelement und dem wenigstens einen als Wärmequelle fungierenden Reaktorelement ein Reformer vorgesehen sein.
In weiterer Ausgestaltung kann die Strömungsrichtung des Brennstoffs von dem wenigstens einen als Wärmesenke fungierenden Reaktorelement zu dem wenigstens einen als Wärmequelle fungierenden Reaktorelement hin eingestellt sein. In einem solchen Fall ist die Strömuπgsrichtung des Brennstoffs entgegengesetzt zur Strömungsrichtung des Wärmetransports über die Heiz-/Kühlvorrichtung eingestellt. Je nach Art und Anzahl der verwendeten Reaktorelemente kann auch eine andere Strömungsrichtung eingestellt sein. Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Erzeugen und/oder Aufbereiten eines Brennstoffs, insbesondere eines Brennstoffs für eine Brennstoffzelle, insbesondere unter Verwendung einer wie vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Anordnung bereitgestellt, wobei der Brennstoff wenigstens ein als Wärmesenke fungierendes und wenigstens ein als Wärmequelle fungierendes Reaktorelement durchströmt. Das Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß über eine Heiz-/Kühlvorrichtung in den Reaktorelementen jeweils eine geeignete Prozeßtemperatur eingestellt wird, indem die in dem wenigstens einen als Wärmequelle fungierenden Reaktorelement erzeugte
Wärme über eine Heiz-/Kühleinrichtung aufgenommen und über eine Strömungsleitung zu einer Heiz-/Kühleinrichtung für das als Wärmesenke fungierende Reaktoreiement transportiert und dort an das Reaktorelement abgegeben wird.
Durch das erfϊndungsgemäße Verfahren wird erreicht, daß die einzelnen
Reaktorelemente nicht mehr aufwendig gekühlt werden müssen und auch keine Wärme mehr verloren geht. Vielmehr wird die Wärme von den als Wärmequelle fungierenden Reaktorelementen auf einfache Weise zu solchen Reaktorelementen transportiert, bei denen ein Wärmebedarf besteht. Zu den Vorteilen, Effekten, Wirkungen und der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die vorstehenden Ausführungen zur erfindungsgemäßen Anordnung voll inhaltlich Bezug genommen und hiermit verwiesen.
Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorzugsweise können die Heiz-/Kühleinrichtungen und die Strömungsleitung von einem Heiz-/Kühlmedium durchströmt werden.
In weiterer Ausgestaltung können die Heiz-/Kühleinrichtungen und die
Strömungsleitung als geschlossener Kreislauf ausgebildet sein und von einem Heiz- /Kühlmedium durchströmt werden. Vorteilhaft kann die Strömungsgeschwindigkeit des Heiz-/Kühlmediums in den Heiz- /Kühleinrichtungen und der Strömuπgsleitung über wenigstens eine Pumpe geregelt werden. Vorzugsweise -jedoch nicht ausschließlich- kann die Strömungsrichtung des
Brennstoffs entgegengesetzt zur Richtung des Wärmetransports zwischen den Heiz- /Kühleinrichtungen eingestellt werden.
Die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Anordnung sowie das erfindungsgemäße Verfahren können besonders vorteilhaft zum Herstellen und/oder
Aufbereiten eines Brennstoffs für eine Brennstoffzelle zum Betreiben eines Fahrzeugs verwendet werden.
Insbesondere bei Verwendung für ein Fahrzeug besteht die Anordnung zum Erzeugen und/oder Aufbereiten des Brennstoffs oftmals aus einem Verdampfer (z.B. für
Methanol), einem Reformer, einem Shift-Reaktor und einem Reaktor zur selektiven Oxidation. In diesem Fall befinden sich häufig drei dieser vier Reaktoren (alle bis auf den Reformer) auf fast gleichem Temperaturniveau. In zwei dieser Reaktoren, nämlich in dem Shift-Reaktor und der selektiven Oxidation läuft eine exotherme Reaktion ab, d.h. es wird Wärme frei. In dem Verdampfer wird Wärme benötigt. Die benötigte
Wärme wird über die in den beiden anderen Reaktoren gewonnene Wärme bereitgestellt.
Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet für die Anordnung und das Verfahren ist beispielsweise das Gebiet der Fahrzeugantriebe. Dieses bietet zur Zeit große
Einsatzmöglichkeiten für Brennstoffzellen; es sind aber auch andere Einsatzmöglichkeiten denkbar. Zu nennen sind hier beispielsweise Brennstoffzellen für mobile Geräte wie Computer oder mobile Telefone bis hin zu Kraftwerksanlagen. Auch eignet sich die Brennstoffzellentechnik für die dezentrale Energieversorgung von Häusern, Industrieanlagen oder dergleichen. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf besondere Brennstoffzellentypen beschränkt, so daß die Erfindung in Verbindung mit allen Brennstoffzellentypen verwendet werden kann. Derartige Brennstoffzellen sind beispielsweise alkalische Brennstoffzellen (AFC), protonenleitende Brennstoffzellen (PEMFC), phosphorsaure Brennstoffzellen (PAFC), Schmelzkarbonat-Brennstoffzellen (MCFC), Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC) oder dergleichen.
Die erfindungsgemäße Anordnung zum Erzeugen und/oder Aufbereiten eines Brennstoffs kann beispielsweise, jedoch nicht ausschließlich, zur Erzeugung von Wasserstoff aus Methanol, Methan, Benzin, Erdgas, Kohlegas, Biogas oder dergleichen verwendet werden.
Die Erfindung wird nun auf exemplarische Weise an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig.1 in schematischer Ansicht eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung zum Erzeugen und/oder Aufbereiten eines Brennstoffs, insbesondere eines Brennstoffs für eine Brennstoffzelle; und
Fig.2 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung zum Erzeugen und/oder Aufbereiten eines Brennstoffs.
In Fig.1 ist eine Anordnung 10 zum Erzeugen und/oder Aufbereiten eines Brennstoffs, insbesondere eines Brennstoffs für eine Brennstoffzelle dargestellt. Bei dem zu erzeugenden beziehungsweise aufzubereitenden Brennstoff handelt es sich im vorliegenden Fall um Wasserstoff.
Der Wasserstoff wird aus einem kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoff in der aus einer Reihe von Reaktorelementen bestehenden Anlage 10 erzeugt, die über eine Leitung 15 miteinander verbunden sind. Bei diesen Reaktorelementen handelt es sich in der Reihenfolge der durch die Pfeile in der Leitung 15 dargestellten Strömungsrichtung des
Brennstoffs bzw. Wasserstoffs um einen Verdampfer 11 , einen Reformer 12, einen Shift-Reaktor 13 und einen Reaktor zur selektiven Oxidation 14. In dem Verdampfer 1 1 wird der als Ausgangsmaterial zugeführte Brennstoff (z.B. Methanol) zunächst verdampft, wobei für diesen Prozeßschritt Wärme erforderlich ist. Bei dem Verdampfer 1 1 handelt es sich somit um ein als Wärmesenke fungierendes Reaktorelement. Bei dem Shift-Reaktor 13 und den Reaktor zur selektiven Oxidation
14 finden hingegen exotherme Reaktionen statt, d.h. hier wird Wärme erzeugt. Zur Einstellung einer geeigneten Temperatur in diesen Reaktorelementen muß die erzeugte Wärme abgeführt werden.
Zur Heizung beziehungsweise Kühlung der einzelnen Reaktorelemente ist eine Heiz-
/Kühlvorrichtung 16 vorgesehen. Die Heiz-/Kühlvorrichtung 16 besteht aus einer Reihe nicht näher dargestellter Heiz-/Kühleinrichtungen, die jeweils als Wärmetauscher in Form von Rohrschlangen in den Reaktorelementen ausgebildet sind. Die einzelnen Heiz-/Kühleinrichtungen sind über eine Strömungsleitung 17 miteinander verbunden. Wie aus der Figur zu ersehen ist, sind die Strömungsleitung 17 und die einzelnen
Heiz-/Kühleinrichtungen als geschlossener Kreislauf ausgebildet. In dem geschlossenen Kreislauf der Heiz-/Kühlvorrichtung 16 ist ein geeignetes Heiz- /Kühlmedium vorgesehen, im vorliegenden Fall ein hochwärmebeständiges Öl. Zur Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit des Öls ist in der Strömungsleitung 17 weiterhin eine Pumpe 18 vorgesehen.
Nachfolgend wird nun die Funktionsweise des Verfahrens zum Erzeugen und/oder Aufbereiten von Wasserstoff beschrieben.
Bei der Herstellung des Wasserstoffs wird im Verdampfer 1 1 Wärmeenergie benötigt, während in dem Shift-Reaktor 13 und in dem Reaktor zur selektiven Oxidation 14 auf Grund der exothermen Reaktionen Wärme entsteht. Wird nun in der Heiz- /Kühleinrichtung 16 ein wie oben beschriebener Ölkreislauf zum Wärmetransport aufgebaut, in dem das öl die einzelnen Reaktorelemente der Reihe nach durchläuft, kann der Wärmeenergiegehalt von den als Wärmequelle fungierenden
Reaktorelementen, nämlich dem Shift-Reaktor 13 und dem Reaktor zur selektiven Oxidation 14 zu dem als Wärmesenke fungierenden Reaktorelement, nämlich dem Verdampfer 1 1 transportiert werde. Das durch den Verdampfer 1 1 abgekühlte Öl wärmt sich beim Durchlauf durch die selektive Oxidation 14 auf und nimmt die Wärme mit. Es folgt der Shift-Reaktor 13, der ebenfalls eine Erwärmung des Öls bewirkt. Nach dem Shift-Reaktor 13 gibt das Öl die aufgenommene Wärme im Verdampfer 11 ab. Durch die Ausgestaltung der Heiz-/Kühleinrichtung 16 als geschlossener Kreislauf kann dieser Wärmeaustausch im wesentlichen verlustfrei durchgeführt werden.
Der in Fig.1 zur Erzeugung des Wasserstoffs ebenfalls erforderliche Reformer 12, der zwischen dem Verdampfer 1 1 und dem Shift-Reaktor 13 angeordnet ist, benötigt ebenfalls Wärme, allerdings auf einem anderen Temperaturniveau als die übrigen
Reaktorelemente. So ist es beispielsweise möglich, daß der Reformer 12 mehr Wärme benötigt, als durch die exothermen Reaktionen im Shift-Reaktor 13 und in dem Reaktor zur selektiven Oxidation 14 erzeugt und abgegeben wird. Deshalb ist der Reformer 12 im vorliegenden Fall nicht mit der Heiz-/Kühlvorrichtung 16 verbunden, so daß die Strömungsleitung 17 im Bereich des Reformers 12 an diesem vorbeiführt.
Wie aus Fig.1 weiterhin zu ersehen ist, ist die Strömuπgsrichtung des Brennstoffs, die durch entsprechende Pfeile in der Leitung 15 dargestellt ist, entgegengesetzt zur Strömungsrichtung des Heiz-/Kühimediums durch die Heiz-/Kühlvorrichtung 16, die ebenfalls durch entsprechende Pfeile in der Strömungsleitung 17 dargestellt ist, eingestellt.
In Fig.2 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung 10 zum Erzeugen und/oder Aufbereiten eines Brennstoffs dargestellt, wobei baugleiche Elemente wie in Fig.1 mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind.
Der Brennstoff wird wiederum in den Reaktorelementen Verdampfer 1 1 , Reformer 12, Shift-Reaktor 13 und Reaktor zur selektiven Oxidation 14 erzeugt oder aufbereitet, die über eine Leitung 15 miteinander verbunden sind. Die Heizung beziehungsweise Kühlung der einzelnen Reaktorelemente erfolgt über die Heiz-/Kühlvorrichtung 16. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.2 ist jedoch die Verbindung der einzelnen Heiz-/Kühleinrichtungen in den jeweiligen Reaktorelementen über die Strömungsleitung 17 anders gewählt.
Wenn etwa das Temperaturniveau der selektiven Oxidation 14 -beispielsweise durch den Einsatz eines anderen Katalysators- über dem Temperaturniveau der im Shift- Reaktor 13 ablaufenden Shift-Reaktion liegt, kann es sinnvoll sein, zuerst den Shift- Reaktor 13 mit dem kalten Heiz/Kühlmedium vom Verdampfer 12 anzufahren, das dem Shift-Reaktor 13 über die Strömungsleitung 17 und mit Unterstützung der Pumpe 18 zugeführt wird.
Im Shift-Reaktor 13 findet aufgrund der exothermen Reaktionen dann die oben beschriebene Erwärmung des Heiz-/Kühlmediums statt. Anschließend wird das Heiz- Kühlmedium durch die Heiz-/Kühleinrichtung des Reaktors zur selektiven Oxidation 14 geleitet, wo es sich weiter erwärmt. Danach wird das heiße Heiz-/Kühlmedium dem
Verdampfer 11 zur Wärmeabgabe zugeführt.
Die erfindungsgemäßen Anordnung eignet sich in besonderer Weise für den Einsatz in einem Fahrzeug, um aus einem getankten Brennstoff (z.B. Methanol oder Erdgas) während der Fahrt Wasserstoff in ausreichender Menge und ausreichendem Reinheitsgrad zu erzeugen, damit dieser Wasserstoff einer Brennstoffzelle als Brennstoff zugeführt werden kann, die den erforderlichen elektrischen Strom für den elektrischen Fahrantrieb dieses Fahrzeugs liefert.
Bezugszeichenliste
10 = Anordnung zum Erzeugen/Aufbereiten eines Brennstoffs
1 1 = Verdampfer 12 = Reformer
13 = Shift-Reaktor
14 = selektive Oxidation
15 = Leitung
16 = Heiz-/Kühlvorrichtung 17 = Strömungsleitung
18 = Pumpe

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung zum Erzeugen und/oder Aufbereiten eines Brennstoffs, insbesondere eines Brennstoffs für eine Brennstoffzelle, mit wenigstens einem als Wärmesenke fungierenden Reaktorelement (11 ) und mit wenigstens einem als Wärmequelle fungierenden Reaktorelement (13, 14), dadurch gekennzeichnet, daß eine Heiz-/Kühlvorrichtung (16) vorgesehen ist, daß die Heiz- /Kühlvorrichtung (16) wenigstens eine Heiz-/Kühleinrichtung für das wenigstens eine als Wärmesenke fungierende Reaktorelement (11) und wenigstens eine Heiz-/Kühleinrichtung für das wenigstens eine als Wärmequelle fungierende
Reaktorelement (13, 14) aufweist und daß die Heiz-/Kühleinrichtungen zum Wärmetransport über eine Strömungsleitung (17) für ein Heiz/Kühlmedium miteinander verbunden sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Heiz-/Kühleinrichtungen über die Strömungsleitung (17) in einem geschlossenen Kreislauf miteinander verbunden sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Heiz-/Kühlmedium ein hochwärmebeständiges Öl vorgesehen ist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Strömungsleitung (17) wenigstens eine Pumpe (18) vorgesehen ist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Heiz-/Kühleinrichtung als Wärmetauscher in Form einer Rohrschlange und/oder als Kühlmantel ausgebildet ist.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine als Wärmesenke fungierende Reaktorelement als Verdampfer (11) ausgebildet ist.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine als Wärmequelle fungierende Reaktorelement als Shift-Reaktor (13) und/oder als Reaktor zur selektiven Oxidation (14) ausgebildet ist.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem wenigstens einen als Wärmesenke fungierenden Reaktorelement (11) und dem wenigstens einen als Wärmequelle fungierenden Reaktorelement (13, 14) ein Reformer (12) vorgesehen ist.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsrichtung des Brennstoffs von dem wenigstens einen als Wärmesenke fungierenden Reaktoreiement (1 1 ) zu dem wenigstens einen als Wärmequelle fungierenden Reaktorelement (13, 14) hin eingestellt ist.
10. Verfahren zum Erzeugen und/oder Aufbereiten eines Brennstoffs, insbesondere eines Brennstoffs für eine Brennstoffzelle, insbesondere unter Verwendung einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Brennstoff wenigstens ein als Wärmesenke fungierendes und wenigstens ein als
Wärmequelle fungierendes Reaktorelement durchströmt, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Heiz-/Kühleinrichtung in den Reaktorelementen jeweils eine geeignete Prozeßtemperatur eingestellt wird, indem die in dem wenigstens einen als Wärmequelle fungierenden Reaktorelement erzeugte Wärme über eine Heiz-/Kühleinrichtung aufgenommen und über eine Strömungsleitung für ein Heiz/Kühlmedium zu einer Heiz-/Kühleinrichtung für das als Wärmesenke fungierende Reaktorelement transportiert und dort an das Reaktorelement abgegeben wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Heiz-/Kühlmedium durch die Strömungsleitung in einem geschlossenen Kreislauf geführt wird..
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Heiz-/Kühlmediums in den Heiz- /Kühieinrichtungen und der Strömungsleitung über wenigstens eine Pumpe geregelt wird.
13. Verwendung einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und/oder eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 10 bis 12 zum Herstellen und/oder
Aufbereiten eines Brennstoffs in einem Fahrzeug für eine Brennstoffzelle zum Betreiben des Fahrzeugs.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10247710A1 (de) * 2002-10-12 2004-05-13 Volkswagen Ag Brennstoffzellensystem, insbesondere eines Kraftfahrzeugs

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0798798A2 (de) * 1996-03-26 1997-10-01 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Verfahren und Vorrichtung zur Reformierung von Brennstoff und Brennstoffzellensystem mit solcher Brennstoffreformierungsvorrichtung
WO1997044123A1 (en) * 1996-05-17 1997-11-27 International Fuel Cells Corporation Shift converter
DE19716470C1 (de) * 1997-04-19 1998-10-01 Mtu Friedrichshafen Gmbh Integriertes Brennstoffaufbereitungsmodul für eine Brennstoffzellenanlage

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69333160T2 (de) * 1992-03-19 2004-06-03 International Fuel Cells Corp., South Windsor Verfahren und Vorrichtung zum Entfernen von Kohlenmonoxid aus Gasen
JPH0930802A (ja) * 1995-05-15 1997-02-04 Toyota Motor Corp 一酸化炭素濃度低減装置及びメタノール濃度低減装置並びに燃料改質装置
DE19639150C2 (de) * 1996-09-24 1998-07-02 Daimler Benz Ag Zentrale Heizvorrichtung für ein Gaserzeugungssystem
DE19832389C2 (de) * 1998-07-18 2003-04-24 Ballard Power Systems Brennstoffzellensystem

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0798798A2 (de) * 1996-03-26 1997-10-01 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Verfahren und Vorrichtung zur Reformierung von Brennstoff und Brennstoffzellensystem mit solcher Brennstoffreformierungsvorrichtung
WO1997044123A1 (en) * 1996-05-17 1997-11-27 International Fuel Cells Corporation Shift converter
DE19716470C1 (de) * 1997-04-19 1998-10-01 Mtu Friedrichshafen Gmbh Integriertes Brennstoffaufbereitungsmodul für eine Brennstoffzellenanlage

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