WO2009095155A1 - Method and apparatus for production of hydrogen - Google Patents

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WO2009095155A1 PCT/EP2009/000199 EP2009000199W WO2009095155A1 WO 2009095155 A1 WO2009095155 A1 WO 2009095155A1 EP 2009000199 W EP2009000199 W EP 2009000199W WO 2009095155 A1 WO2009095155 A1 WO 2009095155A1
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Definitions

  • the invention relates to a method for generating hydrogen, in particular in a fuel cell system of a vehicle, in which hydrogen is generated from an exothermic reaction of water with an additive.
  • the invention further relates to a device for carrying out the method.
  • the invention has for its object to provide an improved method and an improved apparatus for the production of hydrogen.
  • the object is achieved by the features specified in claim 1.
  • the object is achieved according erfindungsgernäß by the features specified in claim 10.
  • Absorptive capacity of the heated exhaust gas for water increases. This further results in the advantage that voluminous water vapor clouds and an emission of liquid water are avoided or at least reduced.
  • the water bound in the exhaust gas and the additive in the exhaust gas channel react exothermically, the exhaust gas channel forming the reaction device.
  • an effective dehumidification of the exhaust gas of the fuel cell is achieved.
  • the water bound in the exhaust gas and the additive are fed to a reactor containing a suitable catalyst material, where they react exothermically, so that the reactor forms the reaction device.
  • the use of the catalyst material causes an acceleration of the exothermic reaction, so that per unit time more water is converted to hydrogen and a larger amount of heat is produced to heat the exhaust gas.
  • both the exhaust gas channel, and the reactor contain a suitable catalyst material.
  • the hydrogen produced and by-products of the exothermic reaction are separated from each other in a separation device.
  • the hydrogen produced during the exothermic reaction is fed to the fuel cell after separation on the anode-input side by means of a first recirculation device.
  • the water which is not reacted in the exothermic reaction is fed to the reactor and / or the exhaust duct on the flow input side, whereby an additional dehumidification of the exhaust gas of the fuel cell is achieved.
  • the unreacted in the exothermic reaction of water is supplied to a first container, so that it is possible to stockpile this and when needed by means of the second
  • the byproducts of the exothermic reaction are supplied to a second container so as to separate them be stored and fed into a recycling or disposal process in a simple manner.
  • Fig. 1 shows schematically an apparatus for carrying out the method according to the invention.
  • FIG. 1 a suitable device for carrying out the method according to the invention is shown.
  • a fuel cell 1 When generating electrical energy by means of a fuel cell 1, preferably a hydrogen-oxygen fuel cell, in particular a fuel cell with polymer electrolyte membrane (PEMFC), the fuel hydrogen H 2 is reacted with the oxidant oxygen O 2 electrochemically in water H 2 O. , This water H 2 O is discharged to the fuel cell 1 cathode output side.
  • a fuel cell preferably a hydrogen-oxygen fuel cell, in particular a fuel cell with polymer electrolyte membrane (PEMFC)
  • PEMFC polymer electrolyte membrane
  • the fuel hydrogen H 2 is reacted with the oxidant oxygen O 2 electrochemically in water H 2 O.
  • This water H 2 O is discharged to the fuel cell 1 cathode output side.
  • a supplier of the fuel is often a hydrogen-containing gas, such as a reformate gas used.
  • the supplier of the oxidizing agent is usually air from the environment.
  • the water H 2 O can together with an exhaust gas A of the fuel cell 1 and / or partially in this as absorbed vaporous water H 2 O / d) are discharged via an exhaust duct 2.
  • the water H 2 O as liquid water H 2 O ( D or in the form of vaporous water H 2 O ( d) is delivered to an environment of the fuel cell 1.
  • a mobile application of the fuel cell 1 in particular to an electric motor drive not one
  • the object of the invention is therefore to dehumidify the exhaust gas A of the fuel cell 1, in particular for a mobile application in a vehicle, and / or to increase the absorption capacity of the exhaust gas A for water H 2 O.
  • an additive Z is supplied by means of which in an exothermic reaction with the liquid contained in the exhaust gas A H 2 O ( D hydrogen H 2 is generated, the exhaust gas channel 2 itself a reaction device for the exothermic forming reaction. it may of course be that the additive Z partly reacts with the vaporous water H 2 O (C j).
  • a non-illustrated supply container is provided for storing the additive, Z, wherein the Amount of stored additive Z is preferably selected so that a refilling of the reservoir is made for example in the context of a regular inspection of the vehicle.
  • the liquid water H 2 O ( D) contained in the exhaust gas A reacts at least partially with the additive Z, so that in the exhaust gas channel 2 after the exothermic reaction the exhaust gas A, the generated hydrogen H 2 , vaporous water H 2 O (d > , liquid water H 2 O ( D and one or more by-products N.
  • a released in the exothermic reaction heat of reaction is discharged to the exhaust gas A and the water H 2 O, so that liquid water H 2 0 ( D in vapor Water H 2 0 (d ) is converted and the heated exhaust gas A can absorb more water H 2 O.
  • the exhaust gas A, the water H 2 O and the additive Z are alternatively or additionally supplied to a reactor 3, which is a suitable
  • the catalyst material under the respective reaction conditions may be a prerequisite for a reaction of the water H 2 O with certain additives Z or accelerates the reaction.
  • the exhaust gas channel 2 and / or the reactor 3 form the reaction device for the reaction, in which the released reaction heat to the exhaust gas A and the water H 2 O. be delivered.
  • the catalyst material preferably contains ruthenium (Ru) or a ruthenium-containing compound.
  • the generated hydrogen H 2 is supplied via a first recirculation device 5 to the fuel cell 1 on the anode-input side as fuel.
  • the excess liquid water H 2 O ( D) which is not reacted in the exothermic reaction is fed directly to the reactor 3 and / or the exhaust gas channel 2 by means of a second recirculation device (6) for a new exothermic reaction, alternatively or additionally in the exothermic reaction unreacted water H 2 O ( D a first container 7 for storage and, if necessary, a new exothermic reaction supply.
  • sodium metaborate (NaBO 2 ) in the Use of sodium borohydride (NaBH 4 ) as additive Z 1 is fed to a second container 8, so that the by-product or products N can be stored separately and can be supplied in a simple manner to a recycling or disposal process.
  • a capacity of the second container 8 is preferably designed such that an emptying of the second container 8 can be made in particular in the context of a regular inspection of the vehicle.
  • the recycling process can be performed in an arranged in the mobile application, in particular in the vehicle device.
  • H 2 is hydrogen

Abstract

The invention relates to a method and an apparatus for production of hydrogen (H2), in particular in a fuel cell system in a vehicle, in which hydrogen (H2) is produced from an exothermic reaction of water (H2O) with an additive (Z). An off-gas (A) which is carried in an off-gas channel (2), on the cathode-output side of a fuel cell (1) is heated on the basis of reaction heat which is created during the exothermic reaction.

Description

Daimler AG Daimler AG
Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von WasserstoffMethod and device for generating hydrogen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff, insbesondere in einem Brennstoffzellensystem eines Fahrzeuges, bei dem Wasserstoff aus einer exothermen Reaktion von Wasser mit einem Zusatzstoff erzeugt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for generating hydrogen, in particular in a fuel cell system of a vehicle, in which hydrogen is generated from an exothermic reaction of water with an additive. The invention further relates to a device for carrying out the method.
Aus der DE 10 2005 039 061 Al sind ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens bekannt. Dabei wird Wasserstoff durch eine Reaktion von Wasser mit einem komplexen Metallhyhdrid, insbesondere Natriumborhydrid, entwickelt, wobei eine Lösung des festen Nebenprodukts in Wasser (Nebenproduktlösung) entsteht. Das Verfahren wird mit einem höchstens 10-fachen Überschuss an Wasser durchgeführt sowie bei einer Temperatur zwischen 150 0C und 400 0C, wobei der Druck so gewählt ist, dass der Energiegehalt des Reaktionsgemisches ausreichend ist, um bei einer der Wasserstoffentwicklung nachgeschalteten Entspannung der Nebenproduktlösung das überschüssige Wasser zu verdampfen.From DE 10 2005 039 061 Al a process for the production of hydrogen and an apparatus for carrying out this process are known. In this case, hydrogen is developed by a reaction of water with a complex metal hydride, in particular sodium borohydride, whereby a solution of the solid by-product is formed in water (by-product solution). The process is carried out with a maximum of 10-fold excess of water and at a temperature between 150 0 C and 400 0 C, wherein the pressure is chosen so that the energy content of the reaction mixture is sufficient to a downstream of the hydrogen evolution of the by-product solution to evaporate the excess water.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoff anzugeben.The invention has for its object to provide an improved method and an improved apparatus for the production of hydrogen.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgernäß durch die im Anspruch 10 angegebenen Merkmale gelöst.With regard to the method, the object is achieved by the features specified in claim 1. With regard to the device, the object is achieved according erfindungsgernäß by the features specified in claim 10.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der ünteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of ünteransprüche.
Bei dem Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff, insbesondere in einem Brennstoffzellensystem eines Fahrzeuges, bei dem Wasserstoff aus einer exothermen Reaktion von Wasser mit einem Zusatzstoff erzeugt wird, wird erfindungsgemäß anhand einer bei der exothermen Reaktion entstehenden Reaktionswärme ein in einem Abgaskanal geführtes kathodenausgangsseitiges Abgas einer Brennstoffzelle erwärmt. Dadurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass sich eineIn the method for producing hydrogen, in particular in a fuel cell system of a vehicle, in which hydrogen is generated from an exothermic reaction of water with an additive, a cathode exhaust side exhaust gas of a fuel cell, which is guided in an exhaust duct, is heated according to the invention by means of a reaction heat arising during the exothermic reaction , This is achieved in an advantageous manner that a
Absorptionsfähigkeit des erwärmten Abgases für Wasser erhöht. Daraus resultiert weiterhin der Vorteil, dass voluminöse Wasserdampfwolken und eine Emission von flüssigem Wasser vermieden oder zumindest verringert werden.Absorptive capacity of the heated exhaust gas for water increases. This further results in the advantage that voluminous water vapor clouds and an emission of liquid water are avoided or at least reduced.
In einer Weiterbildung der Erfindung reagieren das im Abgas gebundene Wasser und der Zusatzstoff im Abgaskanal exotherm, wobei der Abgaskanal die Reaktionseinrichtung bildet|. Somit wird eine wirkungsvolle Entfeuchtung des Abgases der Brennstoffzelle erreicht. In einer mobilen Anwendung des BrennstoffZeilensystems, insbesondere in einem Fahrzeug, ist es somit möglich, eine Eisbildung auf einer Fahrbahn bei geringen Temperaturen durch im Abgas enthaltenes Wasser zu vermeiden, so dass eine Verkehrssicherheit durch brennstoffzellenbetriebene Fahrzeuge nicht beeinträchtigt wird.In a further development of the invention, the water bound in the exhaust gas and the additive in the exhaust gas channel react exothermically, the exhaust gas channel forming the reaction device. Thus, an effective dehumidification of the exhaust gas of the fuel cell is achieved. In a mobile application of the fuel cell system, in particular in a vehicle, it is thus possible to avoid ice formation on a road surface at low temperatures due to water contained in the exhaust gas, so that road safety is not impaired by fuel cell-powered vehicles.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden das im Abgas gebundene Wasser und der Zusatzstoff einem Reaktor zugeführt, der ein geeignetes Katalysatormaterial enthält, und reagieren dort exotherm, so dass der Reaktor die Reaktionseinrichtung bildet|. Die Verwendung des Katalysatormaterials bewirkt eine Beschleunigung der exothermen Reaktion, so dass pro Zeiteinheit mehr Wasser zu Wasserstoff umgesetzt wird und eine größere Wärmemenge entsteht, um das Abgas zu erwärmen.In a further embodiment of the invention, the water bound in the exhaust gas and the additive are fed to a reactor containing a suitable catalyst material, where they react exothermically, so that the reactor forms the reaction device. The use of the catalyst material causes an acceleration of the exothermic reaction, so that per unit time more water is converted to hydrogen and a larger amount of heat is produced to heat the exhaust gas.
Dabei kann es auch vorteilhaft sein, wenn sowohl der Abgaskanal, als auch der Reaktor ein geeignetes Katalysatormaterial enthalten.It may also be advantageous if both the exhaust gas channel, and the reactor contain a suitable catalyst material.
Bei der exothermen Reaktion nicht umgesetztes, überschüssiges im Abgas enthaltenes Wasser, der erzeugte Wasserstoff und Nebenprodukte der exothermen Reaktion werden in einer Separationseinrichtung voneinander separiert. Der bei der exothermen Reaktion erzeugte Wasserstoff wird der Brennstoffzelle nach der Separation anodeneingangsseitig mittels einer ersten Rezirkulationseinrichtung zugeführt. Daraus resultiert der Vorteil, dass sich ein notwendiges Volumen eines Vorratsbehälters für den Wasserstoff verringert, so dass eine Bauraumverkleinerung, eine Gewichtsund Materialeinsparung erreicht werden.In the exothermic reaction unreacted, excess water contained in the exhaust gas, the hydrogen produced and by-products of the exothermic reaction are separated from each other in a separation device. The hydrogen produced during the exothermic reaction is fed to the fuel cell after separation on the anode-input side by means of a first recirculation device. This results in the advantage that a necessary volume of a reservoir for the hydrogen is reduced, so that a reduction in space, a weight and material savings can be achieved.
Das bei der exothermen Reaktion nicht umgesetzte Wasser wird nach der Separation mittels einer zweiten Rezirkulationseinrichtung zu einer erneuten exothermen Reaktion strömungseingangsseitig dem Reaktor und/oder dem Abgaskanal zugeführt, wodurch eine zusätzliche Entfeuchtung des Abgases der Brennstoffzelle erreicht wird.After the separation by means of a second recirculation device, the water which is not reacted in the exothermic reaction is fed to the reactor and / or the exhaust duct on the flow input side, whereby an additional dehumidification of the exhaust gas of the fuel cell is achieved.
Alternativ oder zusätzlich wird das bei der exothermen Reaktion nicht umgesetzte Wasser einem ersten Behälter zugeführt, so dass es möglich ist, dieses zu bevorraten und bei einem Bedarf mittels der zweitenAlternatively or additionally, the unreacted in the exothermic reaction of water is supplied to a first container, so that it is possible to stockpile this and when needed by means of the second
Rezirkulationseinrichtung zu einer erneuten exothermen Reaktion strömungseingangsseitig dem Reaktor und/oder dem Abgaskanal zuzuführen.Rezirkulationseinrichtung to supply a new exothermic reaction on the flow input side of the reactor and / or the exhaust duct.
Ferner werden die Nebenprodukte der exothermen Reaktion einem zweiten Behälter zugeführt, so dass diese separiert bevorratet werden und in einer einfachen Art und Weise einem Recycling- oder Entsorgungsprozess zugeführt werden können.Further, the byproducts of the exothermic reaction are supplied to a second container so as to separate them be stored and fed into a recycling or disposal process in a simple manner.
Zusammenfassend werden anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der exothermen Reaktion ein derart hoher Wasserumsatz und eine derart große Reaktionswärme erzeugt, dass eine Emission von flüssigem Wasser aus dem Abgaskanal weitgehend vermieden wird.In summary, such a high water conversion and such a large heat of reaction are generated by the method and apparatus of the invention in the exothermic reaction that an emission of liquid water from the exhaust duct is largely avoided.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.Embodiments of the invention will be explained in more detail below with reference to a drawing.
Dabei zeigt:Showing:
Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.Fig. 1 shows schematically an apparatus for carrying out the method according to the invention.
In der einzigen Figur 1 ist eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.In the single FIGURE 1, a suitable device for carrying out the method according to the invention is shown.
Bei einer Erzeugung elektrischer Energie mittels einer Brennstoffzelle 1, vorzugsweise einer Wasserstoff-Sauerstoff- Brennstoffzelle, insbesondere einer Brennstoffzelle mit Polymer-Elektrolyt-Membran (PEMFC), wird der Brennstoff Wasserstoff H2 mit dem Oxidationsstoff Sauerstoff O2 elektrochemisch in Wasser H2O umgesetzt. Dieses Wasser H2O wird an der Brennstoffzelle 1 kathodenausgangsseitig abgeführt. Als Lieferant für den Brennstoff wird oft ein wasserstoffhaltiges Gas, z.B. ein Reformatgas, eingesetzt. Als Lieferant für den Oxidationsstoff dient meist Luft aus der Umgebung.When generating electrical energy by means of a fuel cell 1, preferably a hydrogen-oxygen fuel cell, in particular a fuel cell with polymer electrolyte membrane (PEMFC), the fuel hydrogen H 2 is reacted with the oxidant oxygen O 2 electrochemically in water H 2 O. , This water H 2 O is discharged to the fuel cell 1 cathode output side. As a supplier of the fuel is often a hydrogen-containing gas, such as a reformate gas used. The supplier of the oxidizing agent is usually air from the environment.
Das Wasser H2O kann dabei zusammen mit einem Abgas A der Brennstoffzelle 1 und/oder teilweise in diesem als absorbiertes dampfförmiges Wasser H2O/d) über einen Abgaskanal 2 abgeführt werden. Dabei wird das Wasser H2O als flüssiges Wasser H2O(D oder in Form von dampfförmigem Wasser H2O(d) an eine Umgebung der Brennstoffzelle 1 abgegeben. Bei einer mobilen Anwendung der Brennstoffzelle 1, insbesondere zu einem elektromotorischen Antrieb eines nicht näher dargestellten Fahrzeuges, besteht jedoch die Gefahr, dass aus dem Abgaskanal 2 austretendes flüssiges Wasser H2O(D bei niedrigen Temperaturen auf einer Fahrbahn gefriert und somit zu gefährlichen Situationen in einem Verkehrsgeschehen führen kann.The water H 2 O can together with an exhaust gas A of the fuel cell 1 and / or partially in this as absorbed vaporous water H 2 O / d) are discharged via an exhaust duct 2. In this case, the water H 2 O as liquid water H 2 O ( D or in the form of vaporous water H 2 O ( d) is delivered to an environment of the fuel cell 1. In a mobile application of the fuel cell 1, in particular to an electric motor drive not one However, there is the danger that leaking from the exhaust duct 2 liquid water H 2 O ( D at low temperatures on a road surface and thus can lead to dangerous situations in a traffic situation.
Die Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, das Abgas A der Brennstoffzelle 1, insbesondere für eine mobile Anwendung in einem Fahrzeug, zu entfeuchten und/oder die Absorptionsfähigkeit des Abgases A für Wasser H2O zu erhöhen.The object of the invention is therefore to dehumidify the exhaust gas A of the fuel cell 1, in particular for a mobile application in a vehicle, and / or to increase the absorption capacity of the exhaust gas A for water H 2 O.
Dazu wird dem Abgaskanal 2 der Brennstoffzelle 1 kathodenausgangsseitig ein Zusatzstoff Z zugeführt, mittels dem in einer exothermen Reaktion mit dem in dem Abgas A enthaltenen flüssigen Wasser H2O(D Wasserstoff H2 erzeugt wird, wobei der Abgaskanal 2 selbst eine Reaktionseinrichtung für die exotherme Reaktion bildet. Dabei kann es natürlich sein, dass der Zusatzstoff Z teilweise auch mit dem dampfförmigen Wasser H2O(Cj) reagiert. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zu einer Bevorratung des Zusatzstoffes Z ein nicht näher dargestellter Vorratsbehälter vorgesehen, wobei die Menge an bevorratetem Zusatzstoff Z vorzugsweise so gewählt wird, dass eine Wiederbefüllung des Vorratsbehälters beispielsweise im Rahmen einer regelmäßigen Inspektion des Fahrzeuges vorgenommen wird.For this purpose, the exhaust gas channel 2 of the fuel cell 1 cathode output side, an additive Z is supplied by means of which in an exothermic reaction with the liquid contained in the exhaust gas A H 2 O ( D hydrogen H 2 is generated, the exhaust gas channel 2 itself a reaction device for the exothermic forming reaction. it may of course be that the additive Z partly reacts with the vaporous water H 2 O (C j). In an advantageous embodiment of the invention, a non-illustrated supply container is provided for storing the additive, Z, wherein the Amount of stored additive Z is preferably selected so that a refilling of the reservoir is made for example in the context of a regular inspection of the vehicle.
Zur Gewinnung von Wasserstoff H2 aus Wasser H2O sind im Stand der Technik zahlreiche Verfahren bekannt, welche insbesondere bei mobilen Anwendungen, beispielsweise in Fahrzeugen, verwendet werden. Von diesen bekannten Verfahren eignen sich zur Durchführung jene, welche Wasser H2O mit einem Zusatzstoff Z in einer exothermen Reaktion in Wasserstoff H2 umsetzen. Dabei handelt es sich insbesondere um: eine Zersetzung von Wasser H2O zu Wasserstoff H2 mit geeigneten Metallen oder Halbmetallen als Zusatzstoff Z, wie z. B. Magnesium (Mg), Natrium (Na) oder Silizium (Si); eine z. T. katalytische Zersetzung von Wasser H2O zu Wasserstoff H2 mit geeigneten Metallhydriden als Zusatzstoff Z, wie z. B. Natriumborhydrid (NaBH4) oder Lithiumaluminiumhydrid (LiAlH4) .For obtaining hydrogen H 2 from water H 2 O, numerous processes are known in the prior art, which in particular in mobile applications, such as in vehicles. Of these known methods are suitable for carrying out those which convert water H 2 O with an additive Z in an exothermic reaction in hydrogen H 2 . These are in particular: a decomposition of water H 2 O to hydrogen H 2 with suitable metals or semimetals as additive Z, such. Magnesium (Mg), sodium (Na) or silicon (Si); a z. T. catalytic decomposition of water H 2 O to hydrogen H 2 with suitable metal hydrides as additive Z, such as. As sodium borohydride (NaBH 4 ) or lithium aluminum hydride (LiAlH 4 ).
Das in dem Abgas A enthaltene flüssige Wasser H2O(D reagiert dabei zumindest teilweise mit dem Zusatzstoff Z, so dass in dem Abgaskanal 2 nach der exothermen Reaktion das Abgas A, der erzeugte Wasserstoff H2, dampfförmiges Wasser H2O(d>, flüssiges Wasser H2O(D und ein oder mehrere Nebenprodukte N geführt werden. Eine bei der exothermen Reaktion frei werdende Reaktionswärme wird an das Abgas A und das Wasser H2O abgegeben, so dass flüssiges Wasser H20(D in dampfförmiges Wasser H20(d) umgewandelt wird und das erwärmte Abgas A mehr Wasser H2O absorbieren kann.The liquid water H 2 O ( D) contained in the exhaust gas A reacts at least partially with the additive Z, so that in the exhaust gas channel 2 after the exothermic reaction the exhaust gas A, the generated hydrogen H 2 , vaporous water H 2 O (d > , liquid water H 2 O ( D and one or more by-products N. A released in the exothermic reaction heat of reaction is discharged to the exhaust gas A and the water H 2 O, so that liquid water H 2 0 ( D in vapor Water H 2 0 (d ) is converted and the heated exhaust gas A can absorb more water H 2 O.
In einer Weiterbildung der Erfindung werden das Abgas A, das Wasser H2O und der Zusatzstoff Z alternativ oder zusätzlich einem Reaktor 3 zugeführt, der ein geeignetesIn one embodiment of the invention, the exhaust gas A, the water H 2 O and the additive Z are alternatively or additionally supplied to a reactor 3, which is a suitable
Katalysatormaterial enthält, da das Katalysatormaterial unter den jeweils vorliegenden Reaktionsbedingungen Voraussetzung für eine Reaktion des Wassers H2O mit bestimmten Zusatzstoffen Z sein kann oder die Reaktion beschleunigt. Dabei bilden der Abgaskanal 2 und/oder der Reaktor 3 die Reaktionseinrichtung für die Reaktion, in welcher die frei gesetzte Reaktionswärme an das Abgas A und das Wasser H2O abgegeben werden. Wird als Zusatzstoff Z beispielsweise Natriumborhydrid (NaBH4) verwendet, enthält das Katalysatormaterial vorzugsweise Ruthenium (Ru) oder eine Ruthenium enthaltenden Verbindung.Containing catalyst, since the catalyst material under the respective reaction conditions may be a prerequisite for a reaction of the water H 2 O with certain additives Z or accelerates the reaction. In this case, the exhaust gas channel 2 and / or the reactor 3 form the reaction device for the reaction, in which the released reaction heat to the exhaust gas A and the water H 2 O. be delivered. If, for example, sodium borohydride (NaBH 4 ) is used as additive Z, the catalyst material preferably contains ruthenium (Ru) or a ruthenium-containing compound.
Die nach der exothermen Reaktion vorliegenden, im Abgaskanal 2 geführten und erwärmten Bestandteile in dem Abgas A, d. h. flüssiges und dampfförmiges Wasser H2O(D un<ä H2O(C1), der erzeugte Wasserstoff H2 und die bei der exothermen Reaktion entstandenen Nebenprodukte N, werden einer Separationseineinrichtung 4 zugeführt. In dieser Separationseinrichtung 4 werden die einzelnen Bestandteile voneinander separiert.The present in the exhaust duct 2 and heated after the exothermic reaction, in the exhaust gas A, ie, liquid and vapor water H 2 O ( D un < ä H 2 O ( C1 ), the generated hydrogen H 2 and in the exothermic reaction By-products N, are fed to a separation device 4. In this separation device 4, the individual components are separated from each other.
Nach der Separation wird der erzeugte Wasserstoff H2 über eine erste Rezirkulationseinrichtung 5 der Brennstoffzelle 1 anodeneingangsseitig als Brennstoff zugeführt. Somit ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass ein Volumen eines Vorratsbehälters für den Brennstoff in dem Fahrzeug verringert werden kann, so dass sich eine Bauraumverkleinerung ergibt.After the separation, the generated hydrogen H 2 is supplied via a first recirculation device 5 to the fuel cell 1 on the anode-input side as fuel. Thus, advantageously results in that a volume of a reservoir for the fuel in the vehicle can be reduced, so that there is a reduction in space.
Das bei der exothermen Reaktion nicht umgesetzte, überschüssige flüssige Wasser H2O(D wird direkt mittels einer zweiten Rezirkulationseinrichtung (6) strömungseingangsseitig dem Reaktor 3 und/oder dem Abgaskanal 2 zu einer erneuten exothermen Reaktion zugeführt. Alternativ oder zusätzlich besteht die Möglichkeit, das bei der exothermen Reaktion nicht umgesetztes Wasser H2O(D einem ersten Behälter 7 zur Bevorratung und bei Bedarf einer erneuten exothermen Reaktion zuzuführen.The excess liquid water H 2 O ( D) which is not reacted in the exothermic reaction is fed directly to the reactor 3 and / or the exhaust gas channel 2 by means of a second recirculation device (6) for a new exothermic reaction, alternatively or additionally in the exothermic reaction unreacted water H 2 O ( D a first container 7 for storage and, if necessary, a new exothermic reaction supply.
Das oder die bei der exothermen Reaktion entstehenden Nebenprodukte N, z. B. Natriummetaborat (NaBO2) bei der Verwendung von Natriumborhydrid (NaBH4) als Zusatzstoff Z1 werden einem zweiten Behälter 8 zugeführt, so dass das oder die Nebenprodukte N separiert bevorratet werden und in einer einfachen Art und Weise einem Recycling- oder Entsorgungsprozess zugeführt werden können. Ein Fassungsvermögen des zweiten Behälters 8 ist dabei vorzugsweise derart ausgelegt, dass eine Entleerung des zweiten Behälters 8 insbesondere im Rahmen einer regelmäßigen Inspektion des Fahrzeuges vorgenommen werden kann. In einer nicht näher dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann der Recyclingprozess in einer in der mobilen Anwendung, insbesondere in dem Fahrzeug angeordneten Vorrichtung durchgeführt werden.The or by the exothermic reaction by-products N, z. As sodium metaborate (NaBO 2 ) in the Use of sodium borohydride (NaBH 4 ) as additive Z 1 is fed to a second container 8, so that the by-product or products N can be stored separately and can be supplied in a simple manner to a recycling or disposal process. A capacity of the second container 8 is preferably designed such that an emptying of the second container 8 can be made in particular in the context of a regular inspection of the vehicle. In a non-illustrated embodiment of the invention, the recycling process can be performed in an arranged in the mobile application, in particular in the vehicle device.
Das verbleibende Abgas A und das in diesem absorbierte Wasser H2O, insbesondere dampfförmiges Wasser H2θ(d), werden über den Abgaskanal 2 an die Umgebung des Fahrzeuges abgegeben. Zusammenfassend wird durch den hohen Umsatz von flüssigem Wasser H2O1D bei der exothermen Reaktion und mittels der Erwärmung des Abgases A mit der aus der exothermen Reaktion resultierenden Reaktionswärme wirkungsvoll eine Emission von flüssigem Wasser H2O(D mit dem Abgas A der Brennstoffzelle 1 zumindest verringert oder vollständig verhindert, so dass eine Eisbildung auf einer Fahrbahn bei niedrigen Temperaturen vermieden wird. The remaining exhaust gas A and the absorbed water in this H 2 O, in particular vaporous water H2θ (d ) are discharged via the exhaust duct 2 to the environment of the vehicle. In summary, by the high conversion of liquid water H 2 O 1D be i the exothermic reaction and by heating the exhaust gas A with the heat of reaction resulting from the exothermic reaction effectively an emission of liquid water H 2 O ( D with the exhaust gas A of Fuel cell 1 at least reduced or completely prevented, so that an ice formation on a roadway at low temperatures is avoided.
Daimler AG Dr. MohrDaimler AG Mohr
13.12.200713.12.2007
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Brennstoffzelle1 fuel cell
2 Abgaskanal2 exhaust duct
3 Reaktor3 reactor
4 Separationseinrichtung4 Separation device
5 Erste Rezirkulationseinrichtung5 First recirculation device
6 Zweite Rezirkulationseinrichtung6 Second recirculation device
7 Erster Behälter7 First container
8 Zweiter Behälter8 Second container
A AbgasA exhaust
H2 WasserstoffH 2 is hydrogen
H2O WasserH 2 O water
H2O(d) Dampfförmiges WasserH 2 O (d) Steamy water
H2O(D Flüssiges WasserH 2 O ( D Liquid water
N NebenproduktN by-product
Z Zusatzstoff Z additive

Claims

Daimler AGPatentansprüche Daimler AG patent claims
1. Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff (H2) , insbesondere in einem BrennstoffZeilensystem eines Fahrzeuges, bei dem Wasserstoff (H2) aus einer exothermen Reaktion von Wasser (H2O) mit einem Zusatzstoff (Z) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass anhand einer bei der exothermen Reaktion entstehenden Reaktionswärme ein in einem Abgaskanal (2) geführtes kathodenausgangsseitiges Abgas (A) einer Brennstoffzelle (1) erwärmt wird.A process for producing hydrogen (H 2 ), in particular in a fuel cell system of a vehicle, in which hydrogen (H 2 ) is produced from an exothermic reaction of water (H 2 O) with an additive (Z), characterized in that Based on a heat of reaction arising during the exothermic reaction, a cathode output side exhaust gas (A) of a fuel cell (1) which is guided in an exhaust gas duct (2) is heated.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das im Abgas (A) gebundene Wasser (H2O) und der Zusatzstoff (Z) im Abgaskanal (2) exotherm reagieren.2. The method according to claim 1, characterized in that in the exhaust gas (A) bound water (H 2 O) and the additive (Z) in the exhaust duct (2) react exothermic.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das im Abgas (A) gebundene Wasser (H2O) und der Zusatzstoff (Z) einem Reaktor (3) , der ein geeignetes Katalysatormaterial enthält, zugeführt werden und dort exotherm reagieren.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that in the exhaust gas (A) bound water (H 2 O) and the additive (Z) are fed to a reactor (3) containing a suitable catalyst material and react exothermic there ,
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der exothermen Reaktion nicht umgesetztes, überschüssiges im Abgas (A) enthaltenes Wasser (H2O) , der erzeugte Wasserstoff (H2) und Nebenprodukte (N) der exothermen Reaktion voneinander separiert werden.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that in the exothermic reaction unreacted, excess in the exhaust gas (A) contained water (H 2 O), the generated hydrogen (H 2 ) and by-products (N) of the exothermic reaction are separated from each other.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das bei der exothermen Reaktion nicht umgesetzte Wasser (H2O) zu einer erneuten exothermen Reaktion strömungseingangsseitig dem Reaktor (3) und/oder dem Abgaskanal (A) zugeführt wird.5. The method according to claim 4, characterized in that the unreacted in the exothermic reaction of water (H 2 O) to a new exothermic reaction on the flow input side of the reactor (3) and / or the exhaust passage (A) is supplied.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das bei der exothermen Reaktion nicht umgesetzte Wasser (H2O) einem ersten Behälter (7) zugeführt wird.6. The method according to claim 4 or 5, characterized in that the unreacted in the exothermic reaction water (H 2 O) is fed to a first container (7).
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenprodukte (N) der exothermen Reaktion einem zweiten Behälter (8) zugeführt werden.7. The method according to any one of claims 4 to 6, characterized in that the by-products (N) of the exothermic reaction are fed to a second container (8).
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der bei der exothermen Reaktion erzeugte Wasserstoff (H2) der Brennstoffzelle (1) anodeneingangsseitig zugeführt wird.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the generated during the exothermic reaction of hydrogen (H 2 ) of the fuel cell (1) is supplied to the anode input side.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei der exothermen Reaktion ein derart hoher Wasserumsatz und eine derart große Reaktionswärme erzeugt werden, dass eine Emission von flüssigem Wasser (H2O(D ) aus dem Abgaskanal (2) weitgehend vermieden wird.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that in the exothermic reaction such a high water conversion and such a large heat of reaction are generated that an emission of liquid water (H 2 O ( D ) from the exhaust duct (2) is largely avoided.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend einen Abgaskanal (2) zur Führung eines kathodenausgangsseitigen Abgases (A) einer Brennstoffzelle (1) , wobei eine Reaktionseinrichtung zur Durchführung einer exothermen Reaktion zur Erzeugung von Wasserstoff (H2) vorgesehen ist.10. Apparatus for carrying out the method according to one of claims 1 to 9, comprising an exhaust passage (2) for Guiding a cathode output side exhaust gas (A) of a fuel cell (1), wherein a reaction device for performing an exothermic reaction for generating hydrogen (H 2 ) is provided.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reaktor (3) mit einem geeigneten Katalysatormaterial zur Beschleunigung der exothermen Reaktion vorgesehen ist.11. The device according to claim 10, characterized in that a reactor (3) is provided with a suitable catalyst material for accelerating the exothermic reaction.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (3) und/oder der Abgaskanal (2) die Reaktionseinrichtung bilden.12. The device according to claim 10 or 11, characterized in that the reactor (3) and / or the exhaust duct (2) form the reaction device.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine13. Device according to one of claims 10 to 12, characterized in that a
Separationseinrichtung (4) zur Separation des erzeugten Wasserstoffes (H2) , bei der exothermen Reaktion nicht umgesetzten Wassers (H2O) und weiterer Nebenprodukte (N) der exothermen Reaktion vorgesehen ist.Separation device (4) for separating the generated hydrogen (H 2 ), in the exothermic reaction of unreacted water (H 2 O) and further by-products (N) of the exothermic reaction is provided.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste14. Device according to one of claims 10 to 13, characterized in that a first
Rezirkulationseinrichtung (5) zur anodeneingangsseitigen Rückführung des erzeugten Wasserstoffes (H2) in eine Brennstoffzelle (1) vorgesehen ist.Rezirkulationseinrichtung (5) for anode-side feedback of the generated hydrogen (H2) in a fuel cell (1) is provided.
15. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Behälter (7) zur Bevorratung des nicht umgesetzten Wassers (H2O) vorgesehen ist.15. The apparatus of claim 12 or 14, characterized in that a first container (7) for storing the unreacted water (H 2 O) is provided.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Rezirkulationseinrichtung (6) zur Rückführung des nicht umgesetzten Wassers (H2O) zu einer erneuten exothermen Reaktion stromeingangsseitig in den Reaktor (3) und/oder in den Abgaskanal (2) vorgesehen ist.16. Device according to one of claims 13 to 15, characterized in that a second Recirculation device (6) for returning the unreacted water (H 2 O) to a renewed exothermic reaction on the input side of the reactor (3) and / or in the exhaust passage (2) is provided.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Behälter (8) zur Aufnahme der Nebenprodukte (N) der exothermen Reaktion vorgesehen ist. 17. Device according to one of claims 13 to 16, characterized in that a second container (8) for receiving the by-products (N) of the exothermic reaction is provided.
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