WO2001091217A1 - Fuel cell installation with a reformer - Google Patents

Fuel cell installation with a reformer Download PDF

Info

Publication number
WO2001091217A1
WO2001091217A1 PCT/DE2001/001731 DE0101731W WO0191217A1 WO 2001091217 A1 WO2001091217 A1 WO 2001091217A1 DE 0101731 W DE0101731 W DE 0101731W WO 0191217 A1 WO0191217 A1 WO 0191217A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel
fuel cell
heating
cell system
unit
Prior art date
Application number
PCT/DE2001/001731
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Manfred Ruoff
Frank Brenner
Michael Nau
Marc Bareis
Frank Ilgner
Horst Harndorf
Rainer Saliger
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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 Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2001091217A1 publication Critical patent/WO2001091217A1/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H01M8/04302—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during start-up
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/323—Catalytic reaction of gaseous or liquid organic compounds other than hydrocarbons with gasifying agents
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04225—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during start-up
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/025—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a partial oxidation step
    • C01B2203/0261—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a partial oxidation step containing a catalytic partial oxidation step [CPO]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0283—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a CO-shift step, i.e. a water gas shift step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0435—Catalytic purification
    • C01B2203/044—Selective oxidation of carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/047—Composition of the impurity the impurity being carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C01B2203/066—Integration with other chemical processes with fuel cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0872—Methods of cooling
    • C01B2203/0883—Methods of cooling by indirect heat exchange
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1217—Alcohols
    • C01B2203/1223—Methanol
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1288—Evaporation of one or more of the different feed components
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/16—Controlling the process
    • C01B2203/1604—Starting up the process
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0625—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • 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 invention relates to a fuel cell system according to the preamble of claim 1.
  • Fuel cell technology is becoming increasingly important, particularly in connection with future drive concepts for vehicles. Fuel cells offer the possibility of converting chemically bound energy directly into electrical energy, which can then be converted into mechanical drive energy with the help of an electric motor. In contrast to heat engines, the efficiency of a fuel cell is not limited by Carnot's efficiency. Currently preferred fuel cells use hydrogen and oxygen and convert these elements into the environmentally friendly end product water.
  • Hydrocarbons are in the form of conventional fuels such as gasoline and diesel, but other hydrocarbons, for example methane or methanol, could also be used for this purpose.
  • the corresponding device for chemical conversion i.e. the reforming of fuels, for example in hydrogen or methanol, compared to previous chemical plants, special requirements.
  • Such a system must have a considerable load spread, i.e. large differences in the required volume flow of hydrogen and, accordingly, also the media required for the generation of the hydrogen, while corresponding dynamic behavior for generating the desired fluctuations in the volume flow of the media must be guaranteed within a short time.
  • such an arrangement must offer good cold start behavior and great operational reliability. Further requirements with regard to economy require a low weight in connection with a small volume and in particular low manufacturing costs.
  • Fuel cell system used.
  • Hydrogen burned in a separate combustor of the reformer to optimize fuel reforming. Both the heat transfer from the combustion chamber into the reaction chamber and the guiding of the fuel through the fuel cell lead to a comparatively slow and sluggish system.
  • a corresponding method according to the prior art cannot be transferred to the start phase of a corresponding fuel cell system, since in conventional fuel cell systems all reactors must have reached their operating temperature which is significantly above the temperature at the start time, i.e. often at ambient temperature, in order to be able to provide the hydrogen with extremely low CO impurities. As long as the operating temperature of all reactors, which is more than 150 ° C, is not reached and fuel is fed to the reformer, there is no chemical conversion. The consequence of this is that unburned hydrocarbons, CO or intermediates such as e.g. Formic acid or formaldehyde can be emitted.
  • Fuel cell systems especially in mobile ones
  • a high emission of pollutants during the start-up phase means environmentally friendly use of
  • Fuel cell systems in mobile applications The fuel cell cannot be charged with reformate and therefore cannot provide any electrical energy as long as the reformer and the reactors have not reached their respective operating temperatures. This would result in unacceptable waiting times when starting the vehicle.
  • the object of the invention is to propose a fuel cell system which, particularly during the starting phase, does not emit any pollutants, significantly reduces the waiting time when starting the vehicle and can be implemented with little effort.
  • a fuel cell system is characterized in that a catalytic converter is provided for the catalytic conversion of at least one heating fuel, which is different from the fuel, for heating a catalytic reactor unit.
  • the catalyst and the heating fuel are selected so that the deformation takes place at the cold start temperature to a sufficient extent to heat the reactor unit, for example the reformer, by the heat of reaction liberated.
  • the Forming the heating fuel for example using hydrogen or methanol, ensures that the fuel cell system does not emit any pollutant-containing exhaust gas even during the starting phase. At the same time, the waiting time when starting the vehicle is significantly reduced.
  • a catalytic material for shaping the fuel that is used to operate the fuel cell corresponds to the material for shaping the heating fuel.
  • the expenditure of corresponding fuel cell systems is hereby reduced.
  • the use of the reactor unit itself for the conversion of the heating fuel also ensures that, above all, the catalytically active area of the reactor unit is heated up extremely quickly, so that the waiting time when starting the vehicle is further reduced.
  • the reactor unit In a particularly simple embodiment of the reactor unit, it is designed as a tubular unit.
  • the heating fuel is preferably fed directly into the input area of the reactor unit, in which the fuel or reformed fuel to be converted in the corresponding reactor unit during the operating phase is also fed.
  • the reformed fuel is preferably returned to the reactor unit as heating fuel.
  • This enables existing components of the fuel cell system to be used to handle the reformed fuel for the inventive use of the reformed fuel as a heating fuel. This in turn reduces the design effort of the fuel cell system according to the invention.
  • due to the generation of the heating fuel in the reformer a growing amount of heating fuel is available during the transition from the cold start phase to the operating phase, which considerably shortens the cold start phase.
  • At least one storage unit is advantageously provided for storing the reformed fuel. This enables the reformed fuel serving as heating fuel, for example in part-load operation of the Fuel cell system, can be stored in the storage unit. This enables the heating fuel to be available even when the fuel cell system is started, without the need to refill an external heating fuel.
  • At least one shut-off or metering unit is advantageously arranged between the reactor unit and the storage unit, so that the filling and emptying of the storage unit is advantageously ensured.
  • At least one pressure generating unit is preferably arranged between the reactor unit and the storage unit. This enables more reformed fuel to be stored with the same storage volume.
  • a conventional compressor or a pressure transmission unit some of which is already provided in fuel cell systems, can be used for this purpose.
  • the use of the pressure transmission unit in turn reduces the design effort of the fuel cell system according to the invention.
  • a control for regulating the conversion of the heating fuel is provided. This ensures that the reactor unit is heated as quickly as possible.
  • both the storage of the heating fuel and the material flow rate of the forming are controlled.
  • At least one catalytic reactor unit is preferably a reformer, a so-called shift unit, which oxidizes residual amounts of CO in the reformed fuel with the addition of water to C0 2 and simultaneously releases further hydrogen, as an oxidation unit which oxidizes remaining CO traces with the addition of air to C0 2 , and / or as a catalytic burner, which optionally provides thermal energy for the reformer and / or the evaporator.
  • existing units of the fuel cell system are again advantageously used, so that the design effort is additionally reduced.
  • the heating fuel which has been largely freed of impurities, is branched off, for example, after the oxidation unit or immediately before the fuel cell for filling the storage unit.
  • a metering of the heating fuel to the reactor unit is advantageously provided, individual or all of the reactor units described above receiving a corresponding metering. This ensures that the reactor unit is brought to the respective operating temperature extremely quickly without additional pollutant emissions. This advantageously takes advantage of the fact that all corresponding reactor units have a catalytic coating or corresponding beds, so that a reshaping of the heating fuel takes place according to the invention.
  • the metering comprises at least one shut-off or metering unit, so that, for example, heating fuel for catalytic conversion can be metered into the individual reactor units independently of one another. Particularly in connection with the control, it is ensured that the heating of the individual reactor units can be matched to the respective unit. For example, the operating temperatures of the individual reactors are very different, so that both a time-dependent and a quantity-dependent metering of the heating fuel can be set for the individual reactor units.
  • a metering unit of an oxidizing agent is advantageously provided, the individual reactor units being connectable to the metering unit, for example. This ensures that an advantageous fuel-air ratio can be set.
  • the metering unit preferably comprises at least one shut-off or metering unit, so that the metering of the oxidizing agent, for example for the individual reactor units, can take place independently of one another.
  • a time-dependent and a quantity-dependent control of the metering can be implemented.
  • auxiliary heating is provided. This ensures that trouble-free conversion of the heating fuel can be achieved, for example, at very low ambient temperatures is.
  • methanol is catalytically formed at approx. 100 ° C., so that the use of methanol as heating fuel in a fuel cell system according to the invention can also be implemented, in particular by means of the auxiliary heating.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the various mass flows in a fuel cell system according to the invention.
  • a fuel tank 1 supplies a burner 3 and an evaporator 4 via a corresponding branch 2.
  • a compressor 5 supplies air to the burner 3 via a further branch 6.
  • the burner 3 gives the heat generated both to the evaporator 4 and to another evaporator 7.
  • the fuel flow is marked with the letter A and the air flow with C.
  • a water cycle is fed from a water tank 8.
  • the water flow is marked with B.
  • the water flow B is divided into three branches via a branch 9 divided and reaches one of these three branches, as will be explained in more detail below, to the evaporator 7.
  • a reformer 10 is supplied with fuel from the evaporator 4, with steam from the evaporator 7 and with air from the air duct C via a further branch 11. In addition, reformer 10 receives energy from burner 3.
  • the prescribed arrangement does not necessarily have to be structured in the manner described. Process variants are also conceivable in which only fuel and water and fuel and air are fed into the reformer. Process variants without fuel evaporation are also possible, for example by atomizing fuel. The burner 3 is also not required in every version of the fuel reformation.
  • the fuel which consists of hydrocarbon
  • the fuel cells which are currently preferably used.
  • two further reaction stages 12, 13 are connected in the structure shown, in which CO is oxidized to C0 2 by splitting water. This also releases hydrogen.
  • the two reaction stages 12, 13 are each followed by a heat exchanger 14, 15 in order to cool the hydrogen stream D, which is ultimately led to the fuel cell.
  • air is added via a junction 16 and a branch 17.
  • the air flow C continues to be supplied to the fuel cell in a manner not shown.
  • water is fed from the branch 9 via the heat exchangers 14, 15 and via the reaction stages 12, 13 to the evaporator 7, where it is evaporated for transmission to the reformer 10.
  • Another water flow branch from the branch 9 leads to the fuel cell, again not shown, and is used there for membrane moistening.
  • a water vapor return flow E from the fuel cell is passed through a condenser 18 and the resulting water is collected in the water tank 8.
  • a fuel flow F i.e. a hydrogen-rich heating fuel stream largely freed from CO impurities
  • a pressure generating unit 21 for example as a compressor or as
  • Pressure transmission unit can be realized, hydrogen is supplied to the storage unit 20 under increased pressure via a metering valve 22.
  • the hydrogen is available under pressure during the starting process of the fuel cell system and can be metered exactly, for example, via the metering valve 22.
  • Fuel cell systems are preferably operated at a system pressure of 3-4 bar, so that the pressure generating unit 21 can also be omitted if necessary.
  • the storage unit 20 is only filled by opening the metering valve 22. Since a lower power of the fuel cell is also acceptable during the starting phase, the fuel cell system is operated at ambient pressure, so that the pressure difference of 3 to 4 bar is available for supplying the heating fuel in the reactor units 3, 10, 12, 13.
  • the storage volume of the storage unit 20 is to be designed correspondingly larger than with a pressure generating unit 21.
  • Conventional fuel cell systems partially already include corresponding storage systems 19, 20, 21, 22, these being used exclusively to provide additional hydrogen for the fuel cell during a brief, high-performance phase, e.g. during an acceleration process.
  • Using the storage system 19, 20, 21, 22 to perform both functions in turn reduces the design effort of a fuel cell system according to the invention.
  • Unit 3, 10, 12, 13 By adding the hydrogen-air mixture, the catalytic conversion is initiated and the aforementioned units 3, 10, 12, 13 are brought to operating temperature, with the start and end of the addition and the fuel flow F, the air flow C and the hydrogen air ratio for each as quickly as possible Unit 3, 10, 12, 13 is adjustable in a manner not detailed. For example, appropriate metering valves can be provided for this.
  • the metering valves can ensure that the hydrogen in the individual units is converted independently of time.
  • the reformer 10 and possibly the burner 3 are first brought to the respective operating temperature by means of the conversion of the hydrogen. Thereafter, the reaction stages 12 and 13 are optionally preheated at different times by means of a corresponding hydrogen-air mixture, hydrogen from the storage unit 20 being used.
  • reaction stages 12, 13 can also be brought to operating temperature by means of hydrogen from the reformer 10.
  • the reformer 10 and the burner 3 after the reformer 10 and the burner 3 have reached their operating temperature by means of hydrogen from the storage unit 20, they can be charged with fuel from the fuel tank 1.
  • the reformer 10 already generates hydrogen, which is oxidized, for example, with the addition of air in reaction stages 12 and 13, the energy released liberating reaction stage 12, 13 to operating temperature.
  • the addition of fuel can be carried out with the addition of hydrogen both at different times and in parallel with an adjustable mixing ratio.
  • the addition of water necessary for the shift reaction in reaction stage 12 can be reduced or prevented, for example, during the start phase until reaction stages 12 and 13 have not yet reached their operating temperature.
  • an electrical auxiliary heater could also ensure the shaping according to the invention even under the most difficult conditions or when using methanol as the second fuel.
  • a comparatively small, electrically heatable preliminary stage can be implemented for each or only for one unit or the reformer, which heats both the unit and the fuel stream.
  • the interconnection of separate units shown in FIG. 1 can also be designed, for example, as a thermally partially highly integrated unit.
  • the reaction stage 13 for CO fine cleaning can be implemented, for example, by means of a so-called methanization, a soot precipitation stage or the like. The same applies to possible reforming variants that are not described in detail.

Abstract

The invention relates to a fuel cell installation with a catalytic reformer (10) for converting a fuel, which is provided for operating the fuel cell, whereby heating fuel is provided for heating the reformer (10). In comparison to conventional installations, no pollutants are emitted by the inventive installation especially even during the start-up phase and, at the same time, the waiting time is distinctly reduced when starting the vehicle. To this end, a catalytic converter is provided for catalytically converting the heating fuel that serves to heat a catalytic reactor unit (3, 10, 12, 13).

Description

'Brennstoffzellenanlage mit einem Reformer" 'Fuel cell system with a reformer'
Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a fuel cell system according to the preamble of claim 1.
Stand der TechnikState of the art
Besonders im Zusammenhang mit künftigen Antriebskonzepten von Fahrzeugen gewinnt die BrennstoffZellentechnologie immer mehr an Bedeutung. Brennstoffzellen bieten die Möglichkeit, chemisch gebundene Energie direkt in elektrische Energie umzuwandeln, die anschließend mit Hilfe eines Elektromotors in mechanische Antriebsenergie überführt werden kann. Im Gegensatz zu Wärmekraftmaschinen ist der Wirkungsgrad einer Brennstoffzelle nicht durch den Carnot 'sehen Wirkungsgrad begrenzt. Derzeit bevorzugte Brennstoffzellen verbrauchen Wasserstoff und Sauerstoff und setzen diese Elemente in das umweltfreundliche Endprodukt Wasser um.Fuel cell technology is becoming increasingly important, particularly in connection with future drive concepts for vehicles. Fuel cells offer the possibility of converting chemically bound energy directly into electrical energy, which can then be converted into mechanical drive energy with the help of an electric motor. In contrast to heat engines, the efficiency of a fuel cell is not limited by Carnot's efficiency. Currently preferred fuel cells use hydrogen and oxygen and convert these elements into the environmentally friendly end product water.
Aufgrund der technischen Probleme bei der Wasserstoffspeicherung in Fahrzeugen ist man dazu übergegangen, den Wasserstoff bei Bedarf durch eine sogenannte Reformierung oder partielle Oxidation von Kohlenwasserstoffen zu erzeugen. Derartige Kohlenwasserstoffe liegen in Form herkömmlicher Kraftstoffe wie Benzin und Diesel vor, es könnten jedoch auch andere Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Methan oder Methanol, hierzu verwendet werden.Due to the technical problems with hydrogen storage in vehicles, there has been a move to generate the hydrogen if necessary by so-called reforming or partial oxidation of hydrocarbons. such Hydrocarbons are in the form of conventional fuels such as gasoline and diesel, but other hydrocarbons, for example methane or methanol, could also be used for this purpose.
In Verbindung mit einem Brennstoffzellenantrieb stellen sich an die entsprechende Vorrichtung zur chemischen Umsetzung, d.h. der Reformierung der Kraftstoffe beispielsweise in Wasserstoff oder Methanol, gegenüber bisherigen chemischen Anlagen, besondere Anforderungen.In connection with a fuel cell drive, the corresponding device for chemical conversion, i.e. the reforming of fuels, for example in hydrogen or methanol, compared to previous chemical plants, special requirements.
Eine derartige Anlage muss einer erheblichen Lastspreizung, d.h. große Unterschiede im benötigten Volumenstrom an Wasserstoff und dementsprechend auch der zur Erzeugung des Wasserstoffs erforderlichen Medien, gerecht werden, wobei ein entsprechendes dynamisches Verhalten zur Erzeugung der gewünschten Schwankungen im Volumenstrom der Medien innerhalb kurzer Zeiten gewährleistet sein muss. Daneben muss eine solche Anordnung ein gutes Kaltstartverhalten und eine große Betriebssicherheit bieten. Weitere Anforderungen im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit bedingen ein geringes Gewicht in Verbindung mit einem kleinen Volumen und insbesondere niedrigen Herstellungskosten.Such a system must have a considerable load spread, i.e. large differences in the required volume flow of hydrogen and, accordingly, also the media required for the generation of the hydrogen, while corresponding dynamic behavior for generating the desired fluctuations in the volume flow of the media must be guaranteed within a short time. In addition, such an arrangement must offer good cold start behavior and great operational reliability. Further requirements with regard to economy require a low weight in connection with a small volume and in particular low manufacturing costs.
Bei herkömmlichen Brennstoffzellenanlagen ist beispielsweise bekannt, dass der in der Brennstoffzelle nicht verwertete Wasserstoff einer weiteren Verwendung, beispielsweise zur Erwärmung des Reformers während des Betriebes, zugeführt wird (vgl. US 4,820,594). In entsprechenden Vorrichtungen wird dieser Wasserstoff ausschließlich während des Betriebs derIn conventional fuel cell systems it is known, for example, that the hydrogen which is not used in the fuel cell is used for further use, for example for heating the reformer during operation (cf. US 4,820,594). In corresponding devices, this hydrogen is only used during the operation of the
Brennstoffzellenanlage verwendet. Beispielsweise wird in der Vorrichtung gemäß der Druckschrift US 4,820,594 der Wasserstoff in einer separaten Brennkammer des Reformers verbrannt, um die Reformierung des Kraftstoffs zu optimieren. Sowohl der Wärmedurchgang von der Brennkammer in die Reaktionskammer als auch die Führung des Brennstoffes durch die Brennstoffzelle führen zu einem vergleichsweise langsamen und trägen System.Fuel cell system used. For example, in the device according to US Pat. No. 4,820,594 Hydrogen burned in a separate combustor of the reformer to optimize fuel reforming. Both the heat transfer from the combustion chamber into the reaction chamber and the guiding of the fuel through the fuel cell lead to a comparatively slow and sluggish system.
Ein entsprechendes Verfahren nach dem Stand der Technik kann nicht auf die Startphase einer entsprechenden Brennstoffzellenanlage übertragen werden, da bei herkömmlichen BrennstoffZeilenanlagen sämtliche Reaktoren ihre Betriebstemperatur erreicht haben müssen, die deutlich oberhalb der Temperatur zum Startzeitpunkt, d.h. häufig bei Umgebungstemperatur, liegt, um den Wasserstoff bei extrem geringen CO-Verunreinigungen bereitstellen zu können. Solange die Betriebstemperatur sämtlicher Reaktoren, die mehr als 150° C beträgt, nicht erreicht ist und dem Reformer Kraftstoff zugeführt wird, erfolgt hierbei kein chemischer Umsatz. Die Folge hiervon ist, dass unverbrannte Kohlenwasserstoffe, CO oder Zwischenprodukte wie z.B. Ameisensäure oder Formaldehyd emittiert werden.A corresponding method according to the prior art cannot be transferred to the start phase of a corresponding fuel cell system, since in conventional fuel cell systems all reactors must have reached their operating temperature which is significantly above the temperature at the start time, i.e. often at ambient temperature, in order to be able to provide the hydrogen with extremely low CO impurities. As long as the operating temperature of all reactors, which is more than 150 ° C, is not reached and fuel is fed to the reformer, there is no chemical conversion. The consequence of this is that unburned hydrocarbons, CO or intermediates such as e.g. Formic acid or formaldehyde can be emitted.
Dies hätte zur Folge, dass während des Startvorgangs große Mengen Schadstoffhaltiger Abgase emittiert werden.The result of this would be that large amounts of pollutant-containing exhaust gases are emitted during the starting process.
Brennstoffzellenanlagen, insbesondere in mobilenFuel cell systems, especially in mobile ones
Anwendungen, zeichnen sich jedoch gerade dadurch aus, dass sie in der Betriebsphase nahezu SchadstofffreieApplications, however, are characterized by the fact that they are almost pollutant-free in the operating phase
Abgase emittieren.Emit exhaust gases.
Ein hoher Schadstoffausstoß während der Startphase steht einer umweltfreundlichen Verwendung vonA high emission of pollutants during the start-up phase means environmentally friendly use of
Brennstoffzellenanlagen in mobilen Anwendungen entgegen. Die Brennstoffzelle kann solange nicht mit Reformat beschickt werden und folglich keine elektrische Energie bereitstellen, solange der Reformer sowie die Reaktoren nicht ihre jeweilige Betriebstemperatur erreicht haben. Hieraus würden nicht akzeptable Wartezeiten beim Fahrzeugstart folgen.Fuel cell systems in mobile applications. The fuel cell cannot be charged with reformate and therefore cannot provide any electrical energy as long as the reformer and the reactors have not reached their respective operating temperatures. This would result in unacceptable waiting times when starting the vehicle.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Demgegenüber hat die Erfindung die Aufgabe, eine Brennstoffzellenanlage vorzuschlagen, die besonders auch während der Startphase keine Schadstoffe emittiert, die Wartezeit beim Fahrzeugstart deutlich reduziert und mit geringem Aufwand realisierbar ist.In contrast, the object of the invention is to propose a fuel cell system which, particularly during the starting phase, does not emit any pollutants, significantly reduces the waiting time when starting the vehicle and can be implemented with little effort.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Stand der Technik der einleitend genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved on the basis of a prior art of the type mentioned in the introduction by the characterizing features of claim 1.
Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.Advantageous designs and developments of the invention are possible through the measures mentioned in the subclaims.
Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße Brennstoffzellenanlage dadurch aus, dass ein Katalysator zur katalytischen Umformung wenigstens eines, vom Kraftstoff verschiedenen Heizbrennstoffs zur Erwärmung einer katalytischen Reaktoreinheit vorgesehen ist. Der Katalysator und der Heizbrennstoff werden dabei so gewählt, dass die Umformung bei der KaltStarttemperatur in ausreichendem Maße stattfindet, um durch die freiwerdende Reaktionswärme die Reaktoreinheit, beispielsweise den Reformer, zu erwärmen. Mittels der Umformung des Heizbrennstoffs, wobei hierfür beispielsweise Wasserstoff oder Methanol vorgesehen ist, wird gewährleistet, dass die Brennstoffzellenanlage auch während der Startphase kein schadstoffhaltiges Abgas emittiert. Gleichzeitig wird hierdurch die Wartezeit beim Fahrzeugstart deutlich reduziert.Accordingly, a fuel cell system according to the invention is characterized in that a catalytic converter is provided for the catalytic conversion of at least one heating fuel, which is different from the fuel, for heating a catalytic reactor unit. The catalyst and the heating fuel are selected so that the deformation takes place at the cold start temperature to a sufficient extent to heat the reactor unit, for example the reformer, by the heat of reaction liberated. By means of the Forming the heating fuel, for example using hydrogen or methanol, ensures that the fuel cell system does not emit any pollutant-containing exhaust gas even during the starting phase. At the same time, the waiting time when starting the vehicle is significantly reduced.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung entspricht ein katalytischer Werkstoff zur Umformung des Kraftstoffs, der zum Betrieb der Brennstoffzelle verwendet wird, dem Werkstoff zur Umformung des Heizbrennstoffs. Hiermit wird der Aufwand entsprechender Brennstoffzellenanlagen reduziert .In an advantageous development of the invention, a catalytic material for shaping the fuel that is used to operate the fuel cell corresponds to the material for shaping the heating fuel. The expenditure of corresponding fuel cell systems is hereby reduced.
Gleichzeitig ermöglicht dies, dass in einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung die katalytische Umformung des Heizbrennstoffs mittels der Reaktoreinheit vorgenommen werden kann. Insbesondere durch diese Maßnahme reduziert sich der konstruktive Aufwand einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanlage erheblich.At the same time, this enables, in a preferred development of the invention, the catalytic conversion of the heating fuel to be carried out by means of the reactor unit. This measure in particular significantly reduces the design effort of a fuel cell system according to the invention.
Durch die Verwendung der Reaktoreinheit selbst für die Umsetzung des Heizbrennstoffs ist auch gewährleistet, dass vor allem der katalytisch aktive Bereich der Reaktoreinheit extrem schnell aufgeheizt wird, so dass sich die Wartezeit beim Fahrzeugstart zusätzlich reduziert.The use of the reactor unit itself for the conversion of the heating fuel also ensures that, above all, the catalytically active area of the reactor unit is heated up extremely quickly, so that the waiting time when starting the vehicle is further reduced.
Wird als Heizbrennstoff nicht Methanol oder dergleichen, sondern vorzugsweise Wasserstoff eingesetzt, so entfällt auch eine notwendige Verdampfung des Heizbrennstoffs. Bei Verwendung von Wasserstoff als Heizbrennstoff in Verbindung mit herkömmlichen Reaktoreinheiten wird auch gewährleistet, dass die katalytische Umsetzung des Heizbrennstoffs bereits bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen erfolgt. Beispielsweise erfolgt die entsprechende Umsetzung von Wasserstoff bereits bei Temperaturen von ca. 0° C. Hierdurch findet eine Umsetzung des Wasserstoffs ohne Zusatzmaßnahmen bereits bei Umgebungstemperatur statt.If instead of methanol or the like, but preferably hydrogen is used as the heating fuel, there is also no need for evaporation of the heating fuel. If hydrogen is used as heating fuel in conjunction with conventional reactor units, it is also ensured that the catalytic conversion of the Heating fuel already takes place at comparatively low temperatures. For example, the corresponding conversion of hydrogen already takes place at temperatures of approximately 0 ° C. As a result, the hydrogen is converted at ambient temperature without additional measures.
In einer besonders einfachen Ausführungsform der Reaktoreinheit ist diese als rohrförmige Einheit ausgebildet. Der Heizbrennstoff wird vorzugsweise unmittelbar in den Eingangsbereich der Reaktoreinheit zugeführt, in dem auch der während der Betriebsphase in der entsprechenden Reaktoreinheit umzusetzende Kraftstoff bzw. reformierte Kraftstoff zugeführt wird.In a particularly simple embodiment of the reactor unit, it is designed as a tubular unit. The heating fuel is preferably fed directly into the input area of the reactor unit, in which the fuel or reformed fuel to be converted in the corresponding reactor unit during the operating phase is also fed.
Vorzugsweise wird der reformierte Kraftstoff als Heizbrennstoff in die Reaktoreinheit rückgeführt. Hierdurch wird ermöglicht, dass bereits vorhandene Komponenten der Brennstoffzellenanlage zur Handhabung des reformierten Kraftstoffs für die erfindungsgemäße Verwendung des reformierten Kraftstoffs als Heizbrennstoff verwendet werden können. Dies reduziert wiederum den konstruktiven Aufwand der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanlage. Darüber hinaus steht durch die Erzeugung des Heizbrennstoffs im Reformer beim Übergang der Kaltstartphase in die Betriebsphase eine wachsende Menge von Heizbrennstoff zur Verfügung, was die Kaltstartphase erheblich verkürzt.The reformed fuel is preferably returned to the reactor unit as heating fuel. This enables existing components of the fuel cell system to be used to handle the reformed fuel for the inventive use of the reformed fuel as a heating fuel. This in turn reduces the design effort of the fuel cell system according to the invention. In addition, due to the generation of the heating fuel in the reformer, a growing amount of heating fuel is available during the transition from the cold start phase to the operating phase, which considerably shortens the cold start phase.
In vorteilhafter Weise ist wenigstens eine Speichereinheit zur Speicherung des reformierten Kraftstoffs vorgesehen. Dies ermöglicht, dass der als Heizbrennstoff dienende reformierte Kraftstoff, beispielsweise im Teillastbetrieb der Brennstoffzellenanlage, in der Speichereinheit speicherbar ist. Dies ermöglicht, dass der Heizbrennstoff auch beim Startvorgang der Brennstoffzellenanlage zur Verfügung steht, ohne dass eine Nachfüllung eines externen Heizbrennstoffs erforderlich ist.At least one storage unit is advantageously provided for storing the reformed fuel. This enables the reformed fuel serving as heating fuel, for example in part-load operation of the Fuel cell system, can be stored in the storage unit. This enables the heating fuel to be available even when the fuel cell system is started, without the need to refill an external heating fuel.
Vorteilhafterweise ist wenigstens eine Absperr- oder Dosiereinheit zwischen der Reaktoreinheit und der Speichereinheit angeordnet, so dass das Befüllen und das Entleeren der Speichereinheit in vorteilhafter Weise gewährleistet wird.At least one shut-off or metering unit is advantageously arranged between the reactor unit and the storage unit, so that the filling and emptying of the storage unit is advantageously ensured.
Vorzugsweise ist wenigstens eine Druckerzeugungseinheit zwischen der Reaktoreinheit und der Speichereinheit angeordnet. Dies ermöglicht, dass bei gleichem Speichervolumen mehr reformierter Kraftstoff gespeichert wird. Beispielsweise kann hierfür ein herkömmlicher Kompressor oder eine Druckübertragungseinheit, die teilweise bereits in Brennstoffzellenanlagen vorgesehen ist, verwendet werden. Insbesondere die Verwendung der Druckübertragungseinheit reduziert wiederum den konstruktiven Aufwand der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanlage .At least one pressure generating unit is preferably arranged between the reactor unit and the storage unit. This enables more reformed fuel to be stored with the same storage volume. For example, a conventional compressor or a pressure transmission unit, some of which is already provided in fuel cell systems, can be used for this purpose. In particular, the use of the pressure transmission unit in turn reduces the design effort of the fuel cell system according to the invention.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine Steuerung zur Regelung der Umformung des Heizbrennstoffs vorgesehen. Dies gewährleistet eine schnellstmögliche Erwärmung der Reaktoreinheit. Gleichzeitig wird sowohl die Speicherung des Heizbrennstoffs als auch die Stoffflussmenge der Umformung gesteuert. Beispielsweise werden hierfür auch entsprechende Temperatur- und/oder Durchflusssensoren eingesetzt . Vorzugsweise ist wenigstens eine katalytische Reaktoreinheit als Reformer, als sogenannte Shifteinheit, die Restmengen von CO im reformierten Brennstoff unter Zusatz von Wasser zu C02 aufoxidiert und gleichzeitig weiteren Wasserstoff freisetzt, als Oxidationseinheit, die verbliebene CO-Spuren unter Zusatz von Luft zu C02 aufoxidiert, und/oder als katalytischer Brenner, der Wärmeenergie gegebenenfalls für den Reformer und/oder den Verdampfer bereitstellt, ausgebildet. Hierbei wird wiederum in vorteilhafter Weise auf bereits vorhandene Einheiten der Brennstoffzellenanlage zurückgegriffen, so dass sich der konstruktive Aufwand dieser zusätzlich reduziert.In an advantageous development of the invention, a control for regulating the conversion of the heating fuel is provided. This ensures that the reactor unit is heated as quickly as possible. At the same time, both the storage of the heating fuel and the material flow rate of the forming are controlled. For example, corresponding temperature and / or flow sensors are also used for this. At least one catalytic reactor unit is preferably a reformer, a so-called shift unit, which oxidizes residual amounts of CO in the reformed fuel with the addition of water to C0 2 and simultaneously releases further hydrogen, as an oxidation unit which oxidizes remaining CO traces with the addition of air to C0 2 , and / or as a catalytic burner, which optionally provides thermal energy for the reformer and / or the evaporator. In this case, existing units of the fuel cell system are again advantageously used, so that the design effort is additionally reduced.
Gleichzeitig wird gewährleistet, dass vorhandene, unverbrannte Kohlenwasserstoffe sowie besonders auch CO die Zündtemperatur von Wasserstoffluftmischungen bzw. Methanolluftmischungen nicht ansteigen lässt. Aus diesem Grund wird der von Verunreinigungen weitestgehend befreite Heizbrennstoff beispielsweise nach der Oxidationseinheit bzw. unmittelbar vor der Brennstoffzelle für die Befüllung der Speichereinheit abgezweigt.At the same time, it is ensured that existing, unburned hydrocarbons and especially CO also do not cause the ignition temperature of hydrogen-air mixtures or methanol-air mixtures to rise. For this reason, the heating fuel, which has been largely freed of impurities, is branched off, for example, after the oxidation unit or immediately before the fuel cell for filling the storage unit.
In vorteilhafter Weise ist eine Zumessung des Heizbrennstoffs zur Reaktoreinheit vorgesehen, wobei einzelne oder alle der zuvor beschriebenen Reaktoreinheiten eine entsprechende Zumessung erhalten. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Reaktoreinheit ohne zusätzlichen Schadstoffausstoß extrem schnell auf die jeweilige Betriebstemperatur gebracht wird. Hierbei wird vorteilhafterweise ausgenützt, dass alle entsprechenden Reaktoreinheiten eine katalytische Beschichtung oder entsprechende Schüttungen aufweisen, so dass eine erfindungsgemäße Umformung des Heizbrennstoffs erfolgt.A metering of the heating fuel to the reactor unit is advantageously provided, individual or all of the reactor units described above receiving a corresponding metering. This ensures that the reactor unit is brought to the respective operating temperature extremely quickly without additional pollutant emissions. This advantageously takes advantage of the fact that all corresponding reactor units have a catalytic coating or corresponding beds, so that a reshaping of the heating fuel takes place according to the invention.
In einer besonderen erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst die Zumessung wenigstens eine Absperr- oder Dosiereinheit, so dass beispielsweise den einzelnen Reaktoreinheiten unabhängig voneinander Heizbrennstoff zur katalytischen Umformung zudosierbar ist. Besonders in Zusammenhang mit der Steuerung wird hierbei gewährleistet, dass die Erwärmung der einzelnen Reaktoreinheiten auf die jeweilige Einheit abstimmbar ist. Beispielsweise sind die Betriebstemperaturen der einzelnen Reaktoren stark unterschiedlich, so dass sowohl eine zeitabhängige als auch eine mengenabhängige Zumessung des Heizbrennstoffs für die einzelnen Reaktoreinheiten einstellbar ist.In a special embodiment according to the invention, the metering comprises at least one shut-off or metering unit, so that, for example, heating fuel for catalytic conversion can be metered into the individual reactor units independently of one another. Particularly in connection with the control, it is ensured that the heating of the individual reactor units can be matched to the respective unit. For example, the operating temperatures of the individual reactors are very different, so that both a time-dependent and a quantity-dependent metering of the heating fuel can be set for the individual reactor units.
Vorteilhafterweise ist eine Zumesseinheit eines Oxidationsmittels vorgesehen, wobei beispielsweise die einzelnen Reaktoreinheiten an die Zumesseinheit anschließbar sind. Hierdurch ist gewährleistet, dass ein vorteilhaftes Brennstoff-Luft-Verhältnis einstellbar ist.A metering unit of an oxidizing agent is advantageously provided, the individual reactor units being connectable to the metering unit, for example. This ensures that an advantageous fuel-air ratio can be set.
Vorzugsweise umfasst die Zumesseinheit wenigstens eine Absperr- oder Dosiereinheit, so dass die Zumessung des Oxidationsmittels beispielsweise für die einzelnen Reaktoreinheiten unabhängig voneinander erfolgen kann. Hierbei ist wiederum sowohl eine zeitliche als auch eine mengenabhängige Steuerung der Zumessung realisierbar.The metering unit preferably comprises at least one shut-off or metering unit, so that the metering of the oxidizing agent, for example for the individual reactor units, can take place independently of one another. Here, both a time-dependent and a quantity-dependent control of the metering can be implemented.
In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist eine Zuheizung vorgesehen. Hierbei ist gewährleistet, dass beispielsweise bei sehr tiefen Umgebungstemperaturen eine störungsfreie Umsetzung des Heizbrennstoffs realisierbar ist. Beispielsweise wird Methanol bei ca. 100° C katalytisch umgeformt, so dass insbesondere mittels der Zuheizung auch der Einsatz von Methanol als Heizbrennstoff in einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanlage realisierbar ist.In a special development of the invention, auxiliary heating is provided. This ensures that trouble-free conversion of the heating fuel can be achieved, for example, at very low ambient temperatures is. For example, methanol is catalytically formed at approx. 100 ° C., so that the use of methanol as heating fuel in a fuel cell system according to the invention can also be implemented, in particular by means of the auxiliary heating.
Ausführungsbeispielembodiment
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figur nachfolgend näher erläutert.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is explained in more detail with reference to the figure.
Im Einzelnen zeigt Figur 1 eine schematische Darstellung der verschiedenen Stoffmengenströme in einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanlage .Specifically, FIG. 1 shows a schematic representation of the various mass flows in a fuel cell system according to the invention.
In der Figur 1 sind die durchgezogenen Linien für Stoffströme und die gestrichelten Linien für die Einbringung von Energie verwendet.In Figure 1, the solid lines for material flows and the dashed lines are used for the introduction of energy.
Ein Kraftstofftank 1 versorgt über eine entsprechende Verzweigung 2 einen Brenner 3 und einen Verdampfer 4. Ein Kompressor 5 sorgt über eine weitere Verzweigung 6 für die Zuführung von Luft in den Brenner 3. Der Brenner 3 gibt die erzeugte Wärme sowohl an den Verdampfer 4 als auch an einen weiteren Verdampfer 7 ab.A fuel tank 1 supplies a burner 3 and an evaporator 4 via a corresponding branch 2. A compressor 5 supplies air to the burner 3 via a further branch 6. The burner 3 gives the heat generated both to the evaporator 4 and to another evaporator 7.
Der Kraftstofffluss ist jeweils mit dem Buchstaben A und der Luftstrom mit C gekennzeichnet .The fuel flow is marked with the letter A and the air flow with C.
Aus einem Wassertank 8 wird ein Wasserkreislauf gespeist. Der Wasserfluss wird mit B gekennzeichnet. Über eine Verzweigung 9 wird der Wasserfluss B in drei Zweige aufgeteilt und gelangt über einen dieser drei Zweige, wie nachfolgend näher erläutert wird, zum Verdampfer 7.A water cycle is fed from a water tank 8. The water flow is marked with B. The water flow B is divided into three branches via a branch 9 divided and reaches one of these three branches, as will be explained in more detail below, to the evaporator 7.
Ein Reformer 10 wird aus dem Verdampfer 4 mit Kraftstoff, aus dem Verdampfer 7 mit Wasserdampf und aus der Luftführung C über eine weitere Verzweigung 11 mit Luft versorgt. Zusätzlich erhält Reformer 10 Energie vom Brenner 3.A reformer 10 is supplied with fuel from the evaporator 4, with steam from the evaporator 7 and with air from the air duct C via a further branch 11. In addition, reformer 10 receives energy from burner 3.
Die vorgeschriebene Anordnung muss nicht zwangsläufig in der beschriebenen Weise aufgebaut sein. Es sind auch Verfahrensvarianten denkbar, in denen nur Kraftstoff und Wasser sowie Kraftstoff und Luft in den Reformer eingespeist werden. Es sind ferner auch Verfahrensvarianten ohne Kraftstoffverdampfung möglich, beispielsweise durch Zerstäubung von Kraftstoff. Auch der Brenner 3 ist nicht in jeder Ausführung der Kraftstoffreformation erforderlich.The prescribed arrangement does not necessarily have to be structured in the manner described. Process variants are also conceivable in which only fuel and water and fuel and air are fed into the reformer. Process variants without fuel evaporation are also possible, for example by atomizing fuel. The burner 3 is also not required in every version of the fuel reformation.
Im Reformer 10 wird der Kraftstoff, der aus Kohlenwasserstoff besteht, durch partielle Oxidation in Wasserstoff und C02 zerlegt. Hierbei entstehen Restmengen von CO, die bei den derzeit vorzugsweise eingesetzten Brennstoffzellen nicht tolerierbar sind. Aus diesem Grund sind in dem dargestellten Aufbau zwei weitere Reaktionsstufen 12, 13 nachgeschaltet, in denen CO unter Aufspaltung von Wasser zu C02 oxidiert wird. Hierbei wird zusätzlich Wasserstoff frei.In the reformer 10, the fuel, which consists of hydrocarbon, is broken down into hydrogen and CO 2 by partial oxidation. This creates residual amounts of CO that cannot be tolerated in the fuel cells that are currently preferably used. For this reason, two further reaction stages 12, 13 are connected in the structure shown, in which CO is oxidized to C0 2 by splitting water. This also releases hydrogen.
Den beiden Reaktionsstufen 12, 13 sind jeweils ein Wärmetauscher 14, 15 nachgeschaltet, um den Wasserstoffstrom D, der letzten Endes zur Brennstoffzelle geführt wird, zu kühlen. Für die letzte Reaktionsstufe 13 wird über eine Zusammenführung 16 und eine Verzweigung 17 Luft zugegeben. Der Luftstrom C wird weiterhin in nicht näher dargestellter Weise auch der Brennstoffzelle zugeführt.The two reaction stages 12, 13 are each followed by a heat exchanger 14, 15 in order to cool the hydrogen stream D, which is ultimately led to the fuel cell. For the last reaction stage 13, air is added via a junction 16 and a branch 17. The air flow C continues to be supplied to the fuel cell in a manner not shown.
In Gegenstromrichtung zum wasserstoffhaltigen Stofffluss D wird Wasser von der Verzweigung 9 über die Wärmetauscher 14, 15 und über die Reaktionsstufen 12, 13 dem Verdampfer 7 zugeführt, wo es zur Weitergabe an den Reformer 10 verdampft wird.In the counterflow direction to the hydrogen-containing material flow D, water is fed from the branch 9 via the heat exchangers 14, 15 and via the reaction stages 12, 13 to the evaporator 7, where it is evaporated for transmission to the reformer 10.
Ein weiterer Wasserflusszweig von der Verzweigung 9 führt in wiederum nicht näher dargestellter Weise zur Brennstoffzelle und dient dort zur Membranbefeuchtung. Ein Wasserdampfrückfluss E von der Brennstoffzelle wird über einen Kondensator 18 geleitet und das daraus resultierende Wasser im Wassertank 8 gesammelt.Another water flow branch from the branch 9 leads to the fuel cell, again not shown, and is used there for membrane moistening. A water vapor return flow E from the fuel cell is passed through a condenser 18 and the resulting water is collected in the water tank 8.
Nachfolgend wird die erfindungsgemäße katalytische Umformung des Heizbrennstoffs zur Erwärmung des Reformers 10 näher beschrieben. Erfolgt der zuvor beschriebene Betrieb der Brennstoffzellenanlage beispielsweise unter Teillast, so kann mittels einer Verzweigung 19 ein Heizbrennstoffström F, d.h. ein von CO-Verunreinigungen weitestgehend befreiter, wasserstoffreicher Heizbrennstoffstrom, einer Speichereinheit 20 zugeführt werden. Mittels einer Druckerzeugungseinheit 21, die beispielsweise als Kompressor oder alsThe catalytic conversion of the heating fuel for heating the reformer 10 according to the invention is described in more detail below. If the operation of the fuel cell system described above takes place, for example, under partial load, then a fuel flow F, i.e. a hydrogen-rich heating fuel stream largely freed from CO impurities can be fed to a storage unit 20. By means of a pressure generating unit 21, for example as a compressor or as
Druckübertragungseinheit realisierbar ist, wird über ein Dosierventil 22 der Speichereinheit 20 Wasserstoff unter erhöhtem Druck zugeführt. So steht der Wasserstoff beim Startvorgang der Brennstoffzellenanlage unter Druck zur Verfügung und kann beispielsweise über das Dosierventil 22 hierbei exakt dosiert werden. Vorzugsweise werden Brennstoffzellenanlagen bei einem Systemüberdruck von 3 - 4 bar betrieben, so dass die Druckerzeugungseinheit 21 gegebenenfalls auch entfallen kann. So wird beispielsweise während eines geeigneten Teillastzustands, die Speichereinheit 20 lediglich durch Öffnen des Dosierventils 22 befüllt. Da während der Startphase auch eine geringere Leistung der Brennstoffzelle akzeptabel ist, wird die Brennstoffzellenanlage bei Umgebungsdruck betrieben, so dass die Druckdifferenz von 3 bis 4 bar für die Zuführung des Heizbrennstoffs in den Reaktoreinheiten 3, 10, 12, 13 zur Verfügung steht. Entsprechend größer als mit einer Druckerzeugungseinheit 21 ist das Speichervolumen der Speichereinheit 20 auszulegen.Pressure transmission unit can be realized, hydrogen is supplied to the storage unit 20 under increased pressure via a metering valve 22. Thus, the hydrogen is available under pressure during the starting process of the fuel cell system and can be metered exactly, for example, via the metering valve 22. Fuel cell systems are preferably operated at a system pressure of 3-4 bar, so that the pressure generating unit 21 can also be omitted if necessary. For example, during a suitable partial load state, the storage unit 20 is only filled by opening the metering valve 22. Since a lower power of the fuel cell is also acceptable during the starting phase, the fuel cell system is operated at ambient pressure, so that the pressure difference of 3 to 4 bar is available for supplying the heating fuel in the reactor units 3, 10, 12, 13. The storage volume of the storage unit 20 is to be designed correspondingly larger than with a pressure generating unit 21.
Herkömmliche Brennstoffzellenanlagen umfassen teilweise bereits entsprechende Speichersysteme 19, 20, 21, 22, wobei diese ausschließlich zur Bereitstellung von zusätzlichem Wasserstoff für die Brennstoffzelle während einer kurzzeitigen Hochleistungsphase, z.B. während eines Beschleunigungsvorganges, verwendet werden. Eine Nutzung des Speichersystems 19, 20, 21, 22 zur Erfüllung beider Funktionen reduziert wiederum den konstruktiven Aufwand einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanlage .Conventional fuel cell systems partially already include corresponding storage systems 19, 20, 21, 22, these being used exclusively to provide additional hydrogen for the fuel cell during a brief, high-performance phase, e.g. during an acceleration process. Using the storage system 19, 20, 21, 22 to perform both functions in turn reduces the design effort of a fuel cell system according to the invention.
Beim eigentlichen Startvorgang der Brennstoffzellenanlage gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird gemäß Figur 1 Wasserstoff aus der Speichereinheit 20 über das Dosierventil 22 sowie mehreren Verzweigungen 23, 24, 25 dem Reformer 10, der Reaktionsstufe 12, der Reaktionsstufe 13 sowie dem Brenner 3 zugeführt. Gleichzeitig wird der Luftstrom C über die Verzweigung 6, 11, 17 sowie einer Verzweigung 26 den zuvor genannten Einheiten 3, 10, 12, 13 zugeführt. Hierbei ist die Abführung der Schadstofffreien Abgase in Figur 1 nicht näher dargestellt.During the actual starting process of the fuel cell system according to the present exemplary embodiment, according to FIG. 1, hydrogen is fed from the storage unit 20 via the metering valve 22 and a plurality of branches 23, 24, 25 to the reformer 10, the reaction stage 12, the reaction stage 13 and the burner 3. At the same time, the air flow C via the branch 6, 11, 17 and a branch 26 becomes the aforementioned Units 3, 10, 12, 13 fed. The removal of the pollutant-free exhaust gases is not shown in detail in FIG. 1.
Durch Zugabe des Wasserstoff-Luftgemisches wird die katalytische Umformung eingeleitet und die zuvor genannten Einheiten 3, 10, 12, 13 auf Betriebstemperatur gebracht, wobei für einen schnellstmöglichen Systemstart Beginn und Ende der Zugabe sowie der Brennstoffström F, der Luftstrom C und das Wasserstoffluftverhältnis für jede Einheit 3, 10, 12, 13 in nicht näher ausgeführter Weise einstellbar ist. Beispielsweise können hierfür entsprechende Dosierventile vorgesehen werden.By adding the hydrogen-air mixture, the catalytic conversion is initiated and the aforementioned units 3, 10, 12, 13 are brought to operating temperature, with the start and end of the addition and the fuel flow F, the air flow C and the hydrogen air ratio for each as quickly as possible Unit 3, 10, 12, 13 is adjustable in a manner not detailed. For example, appropriate metering valves can be provided for this.
Alternativ hierzu können die nicht näher dargestellten Dosierventile eine zeitlich unabhängige Umformung des Wasserstoffs in den einzelnen Einheiten gewährleisten. Bei einer entsprechenden seriellen Verschaltung der Einheiten 3, 10, 12, 13 wird beispielsweise zuerst der Reformer 10 sowie gegebenenfalls der Brenner 3 mittels der Umsetzung des Wasserstoffs auf die jeweilige Betriebstemperatur gebracht. Anschließend werden gegebenenfalls hierbei die Reaktionsstufen 12 und 13 zeitlich versetzt mittels einem entsprechenden Wasserstoff-Luft-Gemisches vorgeheizt, wobei Wasserstoff aus der Speichereinheit 20 verwendet wird.As an alternative to this, the metering valves (not shown in more detail) can ensure that the hydrogen in the individual units is converted independently of time. With a corresponding serial connection of the units 3, 10, 12, 13, for example, the reformer 10 and possibly the burner 3 are first brought to the respective operating temperature by means of the conversion of the hydrogen. Thereafter, the reaction stages 12 and 13 are optionally preheated at different times by means of a corresponding hydrogen-air mixture, hydrogen from the storage unit 20 being used.
Jedoch können die Reaktionsstufen 12, 13 mittels Wasserstoff aus dem Reformer 10 auch auf Betriebstemperatur gebracht werden. Hierbei können, nachdem der Reformer 10 sowie der Brenner 3 ihre Betriebstemperatur mittels Wasserstoff aus der Speichereinheit 20 erreicht haben, diese mit Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 1 beschickt werden. Der Reformer 10 erzeugt bereits Wasserstoff, der beispielsweise unter Luftzugabe in den Reaktionsstufen 12 und 13 aufoxidiert wird, wobei die frei werdende Energie die Reaktionsstufe 12, 13 auf Betriebstemperatur bringt. Die Zugabe von Kraftstoff kann mit der Zugabe von Wasserstoff sowohl zeitlich versetzt als auch parallel mit einem einstellbaren Mischungsverhältnis realisiert werden.However, the reaction stages 12, 13 can also be brought to operating temperature by means of hydrogen from the reformer 10. Here, after the reformer 10 and the burner 3 have reached their operating temperature by means of hydrogen from the storage unit 20, they can be charged with fuel from the fuel tank 1. The reformer 10 already generates hydrogen, which is oxidized, for example, with the addition of air in reaction stages 12 and 13, the energy released liberating reaction stage 12, 13 to operating temperature. The addition of fuel can be carried out with the addition of hydrogen both at different times and in parallel with an adjustable mixing ratio.
Die für die Shiftreaktion in der Reaktionsstufe 12 notwendige Zugabe von Wasser kann beispielsweise während der Startphase reduziert bzw. unterbunden werden, solange bis die Reaktionsstufen 12 und 13 ihre Betriebstemperatur noch nicht erreicht haben.The addition of water necessary for the shift reaction in reaction stage 12 can be reduced or prevented, for example, during the start phase until reaction stages 12 and 13 have not yet reached their operating temperature.
Bei Bedarf könnte auch eine nicht dargestellte elektrische Zuheizung die erfindungsgemäße Umformung auch unter schwierigsten Bedingungen bzw. bei Verwendung von Methanol als zweiten Brennstoff gewährleisten. Weiterhin ist beispielsweise eine vergleichsweise kleine, elektrisch beheizbare Vorstufe für jede oder lediglich für eine Einheit bzw. den Reformer realisierbar, wobei diese sowohl die Einheit als auch den Brennstoffstrom erwärmt .If required, an electrical auxiliary heater, not shown, could also ensure the shaping according to the invention even under the most difficult conditions or when using methanol as the second fuel. Furthermore, for example, a comparatively small, electrically heatable preliminary stage can be implemented for each or only for one unit or the reformer, which heats both the unit and the fuel stream.
Die in Figur 1 dargestellte Verschaltung separater Einheiten kann beispielsweise auch als eine thermisch zum Teil hoch integrierte Einheit ausgebildet sein. Weiterhin kann die Reaktionsstufe 13 zur CO-Feinreinigung beispielsweise mittels einer sogenannten Methanisierungs-, einer Rußausfällung-Stufe oder dergleichen realisiert werden. Entsprechendes trifft für mögliche, nicht näher ausgeführte Varianten der Reformierung zu. The interconnection of separate units shown in FIG. 1 can also be designed, for example, as a thermally partially highly integrated unit. Furthermore, the reaction stage 13 for CO fine cleaning can be implemented, for example, by means of a so-called methanization, a soot precipitation stage or the like. The same applies to possible reforming variants that are not described in detail.

Claims

Ansprüche: Expectations:
1. Brennstoffzellenanlage mit einer katalytischen Reaktoreinheit (3, 10, 12, 13) zur Umformung eines Kraftstoffs, der zum Betrieb der Brennstoffzelle vorgesehen ist, wobei ein vom Kraftstoff verschiedener Heizbrennstoff zur Erwärmung der Reaktoreinheit (3, 10, 12, 13) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Katalysator für eine katalytische Umformung des Heizbrennstoffs zur Erwärmung der katalytischen Reaktoreinheit (3, 10, 12, 13) vorgesehen ist.1. Fuel cell system with a catalytic reactor unit (3, 10, 12, 13) for converting a fuel that is provided for operating the fuel cell, wherein a heating fuel different from the fuel is provided for heating the reactor unit (3, 10, 12, 13) , characterized in that a catalyst for catalytic conversion of the heating fuel for heating the catalytic reactor unit (3, 10, 12, 13) is provided.
2. Brennstoffzellenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der katalytische Werkstoff des Reformers zur Umformung des Kraftstoffs dem katalytischen Werkstoff des Katalysators zur Umformung des Heizbrennstoffs entspricht.2. Fuel cell system according to claim 1, characterized in that the catalytic material of the reformer for shaping the fuel corresponds to the catalytic material of the catalyst for shaping the heating fuel.
3. Brennstoffzellenanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktoreinheit (3, 10, 12, 13) den Katalysator zur Umformung des Heizbrennstoffs umfasst.3. Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that the reactor unit (3, 10, 12, 13) comprises the catalyst for converting the heating fuel.
4. Brennstoffzellenanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der reformierte Kraftstoff dem Heizbrennstoff entspricht.4. Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that the reformed fuel corresponds to the heating fuel.
5. Brennstoffzellenanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Speichereinheit (20) zur Speicherung des reformierten Kraftstoffs vorgesehen ist. 5. Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that at least one storage unit (20) is provided for storing the reformed fuel.
6. Brennstoffzellenanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Absperr- oder Dosiereinheit (22) zwischen der Reaktoreinheit (3, 10, 12, 13) und der Speichereinheit (20) angeordnet ist.6. Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that at least one shut-off or metering unit (22) is arranged between the reactor unit (3, 10, 12, 13) and the storage unit (20).
7. Brennstoffzellenanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Druckerzeugungseinheit (21) zwischen der Reaktoreinheit (3, 10, 12, 13) und der Speichereinheit (20) angeordnet ist.7. Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that at least one pressure generating unit (21) is arranged between the reactor unit (3, 10, 12, 13) and the storage unit (20).
8. Brennstoffzellenanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung zur Regelung der Umformung des Heizbrennstoffs vorgesehen ist.8. Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that a control for regulating the conversion of the heating fuel is provided.
9. Brennstoffzellenanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytische Reaktoreinheit (3, 10, 12, 13) als der Reformer (10) , als Oxidationseinheit (13) , als Shifteinheit (12) und/oder als katalytischer Brenner (3) ausgebildet ist.9. Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that the catalytic reactor unit (3, 10, 12, 13) as the reformer (10), as an oxidation unit (13), as a shift unit (12) and / or as a catalytic burner ( 3) is formed.
10. Brennstoffzellenanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zumessung10. Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that a metering
(22) des Heizbrennstoffs zur Reaktoreinheit (3, 10, 12, 13) vorgesehen ist.(22) of the heating fuel to the reactor unit (3, 10, 12, 13) is provided.
11. Brennstoffzellenanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zumessung wenigstens eine Absperr- oder Dosiereinheit (22) umfasst. 11. Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that the metering comprises at least one shut-off or metering unit (22).
12. Brennstoffzellenanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zumesseinheit (5) eines Oxidationsmittels vorgesehen ist.12. Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that a metering unit (5) of an oxidizing agent is provided.
13. Brennstoffzellenanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zumesseinheit13. Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that the metering unit
(5) wenigstens eine Absperr- oder Dosiereinheit umfasst.(5) comprises at least one shut-off or dosing unit.
14. Brennstoffzellenanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuheizung vorgesehen ist.14. Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that auxiliary heating is provided.
15. Reformer (10) zur Umformung eines Kraftstoffs, der zum Betrieb einer Brennstoffzellenanlage vorgesehen ist, wobei ein vom Kraftstoff verschiedener Heizbrennstoff zur Erwärmung des Reformers (10) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine katalytische Umformung des Heizbrennstoffs zur Erwärmung des Reformers (10) vorgesehen ist.15. A reformer (10) for converting a fuel which is provided for operating a fuel cell system, wherein a heating fuel different from the fuel is provided for heating the reformer (10), characterized in that a catalytic conversion of the heating fuel for heating the reformer (10 ) is provided.
16. Verfahren zur Kraftstoffbehandlung in einer Brennstoffzellenanlage mit einem Reformer (10) zur Umformung eines Kraftstoffs, der zum Betrieb der Brennstoffzelle verwendet wird, wobei ein vom Kraftstoff verschiedener Heizbrennstoff zur Erwärmung des Reformers16. A method for fuel treatment in a fuel cell system with a reformer (10) for converting a fuel which is used to operate the fuel cell, wherein a heating fuel different from the fuel for heating the reformer
(10) verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Brennstoffzellenanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche verwendet wird. (10) is used, characterized in that a fuel cell system according to one of the preceding claims is used.
PCT/DE2001/001731 2000-05-24 2001-05-08 Fuel cell installation with a reformer WO2001091217A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10025668A DE10025668A1 (en) 2000-05-24 2000-05-24 Fuel cell system with a reformer
DE10025668.6 2000-05-24

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2001091217A1 true WO2001091217A1 (en) 2001-11-29

Family

ID=7643358

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2001/001731 WO2001091217A1 (en) 2000-05-24 2001-05-08 Fuel cell installation with a reformer

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE10025668A1 (en)
WO (1) WO2001091217A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008006334A1 (en) * 2006-07-13 2008-01-17 Enerday Gmbh Fuel cell system comprising a reformer and an afterburner

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10064251A1 (en) * 2000-12-22 2002-07-04 Volkswagen Ag Fuel cell system with intermediate storage and control process
DE10212872A1 (en) * 2002-03-22 2003-10-02 Volkswagen Ag Adjustable cooling of a flow of an operating substance in a heat exchanger, especially for vehicle fuel cell system, uses a flow of cooling substance with a temperature lower in relation to the flow of the operating substance

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999031012A1 (en) * 1997-12-16 1999-06-24 Dbb Fuel Cell Engines Gesellschaft Mit Beschränkter Haftung Method for operating a system for water-vapor reforming of a hydrocarbon
DE19755815A1 (en) * 1997-12-16 1999-07-01 Dbb Fuel Cell Engines Gmbh Process for the steam reforming of a hydrocarbon and reformer that can be operated with it

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999031012A1 (en) * 1997-12-16 1999-06-24 Dbb Fuel Cell Engines Gesellschaft Mit Beschränkter Haftung Method for operating a system for water-vapor reforming of a hydrocarbon
DE19755815A1 (en) * 1997-12-16 1999-07-01 Dbb Fuel Cell Engines Gmbh Process for the steam reforming of a hydrocarbon and reformer that can be operated with it

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008006334A1 (en) * 2006-07-13 2008-01-17 Enerday Gmbh Fuel cell system comprising a reformer and an afterburner

Also Published As

Publication number Publication date
DE10025668A1 (en) 2001-12-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60203715T2 (en) FUEL SUPPLY SYSTEM FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
EP0921585B1 (en) Device and method for steam reforming of hydrocarbons
DE19727589B4 (en) Apparatus and method for starting the hydrogen-rich gas generating apparatus
DE19755813A1 (en) Method for operating a system for steam reforming a hydrocarbon and a reforming system that can be operated with it
DE102008018152B4 (en) Fuel cell system and associated operating method
DE10147618A1 (en) Fuel cell system comprises a fuel cell stack, a steam reformer for reforming an organic fuel and for producing hydrogen for consumption through the stack, and a reactor for splitting methanol and producing hydrogen and hot waste gas
EP1947723B1 (en) System for providing energy
WO2003021696A2 (en) System for generating electrical energy and method for operating a system for generating electrical energy
DE19902926C2 (en) Reactor plant and operating procedure therefor
DE10136970C2 (en) Device for generating hydrogen-containing gas for a fuel cell system
EP1129987B1 (en) Gas generating apparatus
DE10010071C2 (en) Gas generating device and method for starting the same
WO2008009250A1 (en) Reformer, and method for reacting fuel and oxidant to gaseous reformate
WO2001091217A1 (en) Fuel cell installation with a reformer
EP1129988B1 (en) Method for operating a gas generating device or a fuel cell system , gas generating device and fuel cell system
DE19943690C2 (en) Fuel cell system for operating an electrical machine and method for starting a fuel cell system
DE10104607A1 (en) Gas generation system for a fuel cell system and method for operating a gas generation system
DE102007033150B4 (en) Operating method for a fuel cell system
EP2041821A1 (en) Fuel cell system comprising a reformer and an afterburner
EP1925790B1 (en) System of an internal combustion engine
DE10220776A1 (en) fuel cell plant
DE102007033151B4 (en) Operating method for a fuel cell system
DE10010068A1 (en) Multi-fuel fuel cell system has mode in which fuel cell(s) is isolated from hydrogen generating unit and mode in which reformed material can pass to fuel cell(s)
EP2075225B1 (en) Reformer, fuel cell system and process for its operation
DE102007054768A1 (en) Reformer, fuel cell and related operating procedures

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): JP US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE TR

DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
122 Ep: pct application non-entry in european phase
122 Ep: pct application non-entry in european phase
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP