WO2008000224A1 - Reformer für ein brennstoffzellensystem - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a reformer for a fuel cell system, comprising an oxidation zone, which fuel is supplied by means of a primary fuel supply for reaction with oxidizing agent, and a downstream of the oxidation zone arranged mixing zone, which fuel by means of a secondary fuel supply means for mixing with emerging from the oxidation zone substances can be fed.
  • the invention relates to a fuel cell system with such a reformer.
  • Reformers serve to convert hydrocarbons and oxidants to reformate, i. a hydrogen-rich gas mixture.
  • the object of the present invention is to provide generic reformer and fuel cell systems with such - -
  • the reformer according to the invention builds on the generic state of the art in that the primary and the secondary fuel supply are of identical construction. This results in cost savings in two ways. On the one hand, it is more cost-effective to produce only one type of fuel supply device and, on the other hand, further cost savings can be realized by a piece-rate effect because twice as many fuel supply devices of the remaining type are required and the unit price decreases with increasing unit number. It has thus been recognized that the design of the reformer in such a way that it can be equipped with identically constructed fuel feeders is more rational than a differently oriented design, which requires individual selection and adaptation of the fuel feed devices. The equipping with identical fuel supply devices may even be advantageous in view of the fact that quite different physical and chemical ambient conditions exist in the area of the two fuel supply devices and quite different feed rates are to be selected.
  • a per se advantageous individual design of the individual fuel supply devices may be of less benefit, with the appropriate design of the reformer and the reforming process, than the benefits of is achieved by the mentioned piece count effect. Further advantages can be seen in the unified storage, both in production and in the workshop.
  • the primary and the secondary fuel supply are fuel injection nozzles.
  • the above-mentioned advantages may be achieved in the context that the primary and secondary fuel supply means are evaporation type fuel supply devices.
  • the invention relates to a fuel cell system with such a reformer.
  • Figure 1 is a schematic representation of an embodiment of the inventive reformer.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment of the reformer according to the invention.
  • a reformer 10 comprises an oxidation zone 12, which can be supplied with fuel by means of a primary fuel feed device 14.
  • fuel for example, gasoline or diesel come into consideration.
  • this primary fuel supply device 14 is an injection nozzle, but the fuel can also be supplied by means of a fuel supply.
  • Evaporating type guide device having a porous evaporator unit the oxidation zone 12 are supplied.
  • an oxidizing agent supply device 16 is provided, by means of which oxidizing agent, ie, in particular air, can be fed to the oxidation zone 12.
  • oxidizing agent ie, in particular air
  • Reformers are graphically separated by dashed lines.
  • the zones may be separated from one another by structural features or may merge into each other.
  • additional fuel is added to the resulting product gas by means of a secondary fuel supply device 20.
  • the mixing zone 18 is supplied with oxidizing agent.
  • the product gas mixed with the additional fuel enters a reforming zone 22 as a gas mixture, where it is converted into a hydrogen-rich gas mixture in an endothermic reaction, preferably by means of a catalyst arranged there.
  • This hydrogen-rich gas mixture exits at an outlet 24 and is available for further use for a fuel cell stack.
  • the primary and secondary BrennstoffZu2009 coupled are inventively identical.
  • the primary and secondary fuel supply devices 14 and 20 are designed as replaceable units, which can be installed equally in the assembly position for the primary and the secondary fuel supply device.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Reformer (10) für ein Brennstoffzellensystem, umfassend eine Oxidationszone (12), welcher Brennstoff mittels einer primären Brennstoffzuführeinrichtung (14) zur Umsetzung mit Oxidationsmittel zuführbar ist, und eine stromabwärts der Oxidationszone (12) angeordnete Mischzone (18), welcher Brennstoff mittels einer sekundären Brennstoffzuführeinrichtung (20) zur Vermischung mit aus der Oxidationszone (12) austretenden Stoffen zuführbar ist. Die Erfindung zeichnet sich dabei vorteilhafterweise dadurch aus, dass die primäre und die sekundäre Brennstoffzuführeinrichtung (14, 20) baugleich ausgeführt sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit solch einem Reformer (10).

Description

Reformer für ein Brennstoffzellensystem
Die Erfindung betrifft einen Reformer für ein Brennstoff- zellensystem, umfassend eine Oxidationszone, welcher Brennstoff mittels einer primären Brennstoffzuführeinrichtung zur Umsetzung mit Oxidationsmittel zuführbar ist, und eine stromabwärts der Oxidationszone angeordnete Mischzone, welcher Brennstoff mittels einer sekundären Brennstoffzuführeinrichtung zur Vermischung mit aus der Oxidationszone austretenden Stoffen zuführbar ist.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit solch einem Reformer.
Reformer dienen der Umsetzung von Kohlenwasserstoffen und Oxidationsmittel zu Reformat, d.h. einem wasserstoffreichen Gasgemisch.
Bisher wurden in gattungsgemäßen Reformern der zweistufigen Bauart Brennstoffzuführeinrichtungen verwendet, die auch bei herkömmlichen Brennern zum Einsatz kommen, beispielsweise bei Brennern von Kraftfahrzeugstandheizungen. Dabei wurde auf vorhandene und räumlich passende Bauteile zurückgegriffen, wobei für jede Brennstoffzuführstufe eine individuelle Auswahl und Anpassung der Brennstoffzuführeinrichtung erforderlich war. Ein derartiger Reformer ist beispielsweise in der DE 103 59 205 Al offenbart.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, gattungsgemäße Reformer und Brennstoffzellensysteme mit solch - -
einem Reformer derart weiterzubilden, dass Kosteneinsparungen erzielbar sind.
Diese Aufgabe wird durch den Reformer gemäß Anspruch 1 und das Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 4 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Der erfindungsgemäße Reformer baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass die primäre und die sekundäre Brennstoffzuführeinrichtung baugleich ausgeführt sind. Dadurch ergeben sich Kosteneinsparungen in zweifacher Hinsicht. Zum einen ist es kostengünstiger, nur eine Bauart an Brennstoffzuführeinrichtungen herzustellen und zum anderen können weitere Kosteneinsparungen durch einen Stückzahleffekt realisiert werden, weil dadurch doppelt so viele Brennstoffzuführeinrichtungen der verbliebenen Bauart benötigt werden und sich der Stückpreis mit zunehmender Stück- zahl verringert. Es wurde somit erkannt, dass die Auslegung des Reformers derart, dass er mit baugleichen Brennstoffzuführeinrichtungen bestückt werden kann, rationeller ist, als eine andersweitig orientierte Auslegung, die eine individuelle Auswahl und Anpassung der Brennstoffzuführeinrich- tungen erforderlich macht. Die Bestückung mit baugleichen Brennstoffzuführeinrichtungen kann sogar angesichts der Tatsache vorteilhaft sein, dass im Bereich der beiden Brennstoffzuführeinrichtungen durchaus unterschiedliche physikalische und chemische Umgebungsbegingungen vorliegen und durchaus unterschiedliche Zuführraten zu wählen sind.
Eine an sich vorteilhafte individuelle Auslegung der einzelnen Brennstoffzuführeinrichtungen ist bei angepasster Auslegung des Reformers und des Reformierungsprozesses unter Umständen von geringerem Nutzen, als der Nutzen, der durch den erwähnten Stückzahleffekt erzielt wird. Weitere Vorteile sind in der vereinheitlichten Lagerhaltung zu erkennen, sowohl im Produktionsbetrieb als auch in der Werkstatt.
Dabei ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die primäre und die sekundäre Brennstoffzuführeinrichtung Brennstoff- einspritzdüsen sind.
Alternativ können die vorstehend genannten Vorteile in dem Zusammenhang erreicht werden, dass die primäre und die sekundäre Brennstoffzuführeinrichtung Brennstoffzuführein- richtungen der Verdampfungsbauart sind.
Ferner betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit solch einem Reformer.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die begleitende Zeichnung beispielhaft erläutert.
Es zeigt:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungs- beispiels des erfindungsgemäßen Reformers.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Reformers . Ein Reformer 10 umfasst eine Oxidationszone 12, welcher mittels ei- ner primären Brennstoffzuführeinrichtung 14 Brennstoff zuführbar ist. Als Brennstoff kommen beispielsweise Benzin oder Diesel in Betracht. Im vorliegenden Beispiel ist diese primäre Brennstoffzuführeinrichtung 14 eine Einspritzdüse, jedoch kann der Brennstoff auch mittels einer Brennstoffzu- führeinrichtung der Verdampfungsbauart, die eine poröse Verdampfereinheit aufweist, der Oxidationszone 12 zugeführt werden. Ferner ist eine Oxidationsmittelzuführeinrichtung 16 vorgesehen, mittels der Oxidationsmittel, d.h. insbeson- dere Luft, der Oxidationszone 12 zuführbar ist. Innerhalb der Oxidationszone 12 findet eine Umsetzung von Brennstoff und Oxidationsmittel in einer Verbrennung bzw. exothermen vollständigen Oxidationsreaktion statt. Das dabei entstehende Produktgas tritt dann stromabwärts, d.h. rechts in Fig. 1, in eine Mischzone 18 ein. Die einzelnen Zonen des
Reformers sind dabei zeichnerisch durch gestrichelte Linien voneinander getrennt . Die Zonen können durch bauliche Merkmale voneinander getrennt sein oder fließend ineinander ü- bergehen. In der Mischzone 18 wird dem entstandenen Pro- duktgas mittels einer sekundären Brennstoffzuführeinrich- tung 20 zusätzlicher Brennstoff beigemischt. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Mischzone 18 Oxidationsmittel zugeführt wird. Das mit dem zusätzlichen Brennstoff vermischte Produktgas tritt als Gasgemisch in eine Refor- mierungszone 22 ein, wo es in einer endothermen Reaktion in ein Wasserstoffreiches Gasgemisch umgesetzt wird, vorzugsweise mittels eines dort angeordneten Katalysators . Dieses wasserstoffreiche Gasgemisch tritt an einem Ausgang 24 aus und steht zur weiteren Nutzung für einen Brennstoffzellen- Stapel zur Verfügung. Die primäre und die sekundäre BrennstoffZuführeinrichtung sind erfindungsgemäß identisch aufgebaut. Dabei sind die primäre und sekundäre Brennstoffzu- führeinrichtung 14 und 20 als austauschbare Einheiten ausgebildet, welche gleichermaßen in die Montageposition für die primäre als auch die sekundäre Brennstoffzuführeinrich- tung eingebaut werden können.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Korabination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
Bezugszeichenliste:
10 Reformer
12 Oxidationszone
14 Primäre Brennstoffzuführeinrichtung 16 Oxidationsmittelzuführeinrichtung
18 Mischzone
20 Sekundäre Brennstoffzuführeinrichtung
22 Reformierungszone
24 Ausgang

Claims

ANSPRUCHE
1. Reformer (10) für ein BrennstoffZeilensystem, umfassend:
eine Oxidationszone (12) , welcher Brennstoff mittels einer primären Brennstoffzuführeinrichtung (14) zur Umsetzung mit Oxidationsmittel zuführbar ist, und
eine stromabwärts der Oxidationszone (12) angeordnete Mischzone (18) , welcher Brennstoff mittels einer se- kundären Brennstoffzuführeinrichtung (20) zur Vermischung mit aus der Oxidationszone (12) austretenden Stoffen zuführbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die primäre und die sekundäre Brennstoffzuführeinrichtung (14, 20) baugleich ausgeführt sind.
2. Reformer (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre und die sekundäre Brennstoffzuführ- einrichtung (14, 20) Brennstoffeinspritzdüsen sind.
3. Reformer (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre und die sekundäre Brennstoffzuführeinrichtung (14, 20) Brennstoffzuführeinrichtungen der Ver- dampfungsbauart sind.
4. BrennstoffZellensystem mit einem Reformer (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche .
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