Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

DE102005010935A1 - Reformer, Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems - Google Patents

Reformer, Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems Download PDF

Info

Publication number
DE102005010935A1
DE102005010935A1 DE102005010935A DE102005010935A DE102005010935A1 DE 102005010935 A1 DE102005010935 A1 DE 102005010935A1 DE 102005010935 A DE102005010935 A DE 102005010935A DE 102005010935 A DE102005010935 A DE 102005010935A DE 102005010935 A1 DE102005010935 A1 DE 102005010935A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fuel cell
exhaust gas
burner
fuel
cell system
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102005010935A
Other languages
English (en)
Inventor
Matthias Boltze
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Enerday GmbH
Original Assignee
Webasto SE
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 Webasto SE filed Critical Webasto SE
Priority to DE102005010935A priority Critical patent/DE102005010935A1/de
Priority to CA002601461A priority patent/CA2601461A1/en
Priority to KR1020077022129A priority patent/KR20070107169A/ko
Priority to PCT/DE2006/000383 priority patent/WO2006094482A1/de
Priority to CNA2006800072569A priority patent/CN101138122A/zh
Priority to EP06722551A priority patent/EP1856758A1/de
Priority to JP2008500040A priority patent/JP2008533656A/ja
Priority to US11/908,201 priority patent/US20080213636A1/en
Priority to AU2006222447A priority patent/AU2006222447B2/en
Publication of DE102005010935A1 publication Critical patent/DE102005010935A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • C01B3/34—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 by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—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 by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • 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
    • 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
    • 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
    • H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • 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
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • 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
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming 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
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0238—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a carbon dioxide reforming 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
    • C01B2203/06—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
    • C01B2203/0805—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
    • C01B2203/0822—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel the fuel containing hydrogen
    • 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
    • C01B2203/14—Details of the flowsheet
    • C01B2203/148—Details of the flowsheet involving a recycle stream to the feed of the process for making hydrogen or synthesis gas
    • 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
    • Y02E60/32—Hydrogen storage
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/141—Feedstock

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem (10) mit einem Reformer (12), der einen Brenner (14) und einen Katalysator (16) umfasst und zum Umsetzen von Brennstoff (18) und Oxidationsmittel (20) zu Reformat (22) vorgesehen ist, und mit einer Brennstoffzelle (24), insbesondere einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle, die auf der Grundlage von durch den Reformer (12) erzeugtem Reformat (22) elektrische Energie erzeugt und dabei Anodenabgas (26) freisetzt. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das System Mittel (28, 30) umfasst, die dazu geeignet sind, das gesamte Anodenabgas (26) am Brenner (30) zuzuführen.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Reformer (12) zum Umsetzen von Oxidationsmittel (20) und Brennstoff (18) zu Reformat (22), ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems (10) sowie ein Verfahren zum Umsetzen von Brennstoff (18) und Oxidationsmittel (20) zu Reformat (22).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit einem Reformer, der einen Brenner und einen Katalysator umfasst und zum Umsetzen von Brennstoff und Oxidationsmittel zu Reformat vorgesehen ist, und mit einer Brennstoffzelle, insbesondere einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle, die auf der Grundlage von durch den Reformer erzeugtem Reformat elektrische Energie erzeugt und dabei Anodenabgas freisetzt.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung einen Reformer zum Umsetzten von Oxidationsmittel und Brennstoff zu Reformat, das zum Betrieb einer Brennstoffzelle, insbesondere einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle, geeignet ist, wobei der Refor mer einen Brenner und einen diesem nachgeschalteten Katalysator umfasst.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, insbesondere eines Hochtemperatur-Brennstoffzellensystems, mit den folgenden Schritten:
    • – Umsetzen von Brennstoff und Oxidationsmittel zu Reformat, in einem Reformer, der einen Brenner und einen Katalysator umfasst,
    • – Erzeugen von elektrischer Energie in einer Brennstoffzelle, insbesondere einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle, auf der Grundlage von Reformat, und dabei Freisetzen von Anodenabgas.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Umsetzen von Brennstoff und Oxidationsmittel zu Reformat, das zum Betrieb einer Brennstoffzelle, insbesondere einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle, geeignet ist.
  • Brennstoffzellensysteme, insbesondere zum Betrieb mit flüssigen Brennstoffen wie Benzin oder Diesel ausgelegte Brennstoffzellensysteme, benötigen eine Reformierungseinheit, welche ein Gemisch aus einem Oxidationsmittel, in der Regel Luft, und Brennstoffdampf zu einem wasserstoffreichen Reformat umsetzen, mit dem die Brennstoffzelle betrieben werden kann. Brennstoffzellensysteme, insbesondere Hochtemperatur-Brennstoffzellensysteme wie SOFC-Brennstoffzellensysteme, sind häufig so ausgelegt, dass ein Teil des Anodenabgases vor den Reformer oder andere Komponenten der Brenngasaufbereitung zurückgeführt wird. Der nicht zurückgeführte Teil des Anodenabgases wird in einem Nachbrenner vollständig verbrannt, so dass das aus dem Nachbrenner austretende Abgas in die Umgebung abgegeben werden kann.
  • Demgemäß sind bei derartigen Lösungen zwei Brenner erforderlich, nämlich ein dem Reformer zugeordneter Brenner und ein Nachbrenner, wodurch sich eine hohe Komplexität der bekannten Systeme ergibt, was zu hohen Kosten führt.
    •
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Komplexität der gattungsgemäßen Systeme sowie der gattungsgemäßen Verfahren zu senken.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass Mittel vorgesehen sind, die dazu geeignet sind, das gesamte Anodenabgas dem Brenner zuzuführen. Durch diese Lösung werden die Vorteile einer Rückführung des Anodenabgases mit denen eines Reformerbrenners kombiniert. Insbesondere kann der beim Stand der Technik erforderliche Nachbrenner entfallen, so dass die Komplexität des Systems gesenkt werden kann, was zu niedrigeren Kosten führt.
  • Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems ist vorgesehen, dass es nur eine einzige Abgasabführung zum Abführen von Abgas an die Umgebung aufweist, wobei die Abgasabführung zwischen dem Brenner und dem Katalysator vorgesehen ist. Dabei führt der Brenner vorzugsweise eine zumindest im Wesentlichen vollständige Verbrennung durch.
  • Für das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem wird weiterhin bevorzugt, dass es eine erste Brennstoffzuführung aufweist, die zwischen der Abgasabführung und dem Katalysator vorgesehen ist. Diese Art der Kraftstoffzuführung in das aus dem Brenner austretende, nicht in die Umgebung abgeführte Abgas ist aufgrund der Tatsache, dass der Brenner eine im Wesentlichen vollständige Verbrennung durchführt, erforderlich, um den Katalysator eine zur Bildung des Reformats geeignete Abgas/Brennstoff-Mischung zuzuführen.
  • Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass es eine zweite Brennstoffzuführung aufweist, die dem Brenner zugeordnet ist. Der Kraftstoff kann dem Brenner dabei sowohl zusammen mit dem Anodenabgas beziehungsweise dem Oxidationsmittel als auch separat zugeführt werden. In vielen Fällen ist es jedoch nicht erforderlich dem Brenner permanent Kraftstoff zuzuführen, da im Normalbetrieb die Mischung aus Anodenabgas und Oxidationsmittel (in der Regel Luft) zum Betrieb des Brenners zumindest zeitweise ausreicht. Insbesondere in der Startphase ist es jedoch vorteilhaft oder sogar erforderlich, dem Brenner über die zweite Brennstoffzuführung direkt Brennstoff zuzuführen.
  • Für das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem wird weiterhin bevorzugt, dass das Oxidationsmittel dem Brenner in Form eines Oxidationsmittelstroms zugeführt wird und dass das Anodenabgas dem Oxidationsmittelstrom zugeführt wird. Bei dieser Lösung wird bevorzugt, dass dem Brenner separat Kraftstoff zugeführt wird.
  • In diesem Zusammenhang wird bevorzugt, dass die Mittel einen Injektor umfassen, um das Anodenabgas dem Oxidationsmittelstrom zuzuführen. Der Injektor kann beispielsweise nach Art einer Venturidüse ausgebildet sein, an der ein Unterdruck entsteht, der den Gasumlauf fördert und Abgase vom Ausgang der Brennstoffzelle ansaugt.
  • Für das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem wird weiterhin bevorzugt, dass Luft als Oxidationsmittel verwendet wird und dass die Mittel zur Erzeugung des Oxidationsmittelstroms ein Gebläse umfassen. Das Gebläse ist bei bevorzugten Ausführungsformen vor dem Injektor angeordnet, das heißt derart, dass sich der Injektor zwischen dem Gebläse und dem Brenner befindet.
  • Der erfindungsgemäße Reformer baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass der Brenner dazu ausgelegt ist, eine im Wesentlichen vollständige Verbrennung durchzuführen, wobei aus dem Brenner austretendem Abgas Brennstoff zugeführt wird, um eine Abgas/Brennstoff-Mischung zu erzeugen, die dem Katalysator zugeführt wird. Auch durch diese Lösung kann der beim Stand der Technik erforderliche Nachbrenner entfallen, so dass sich ein einfa cherer Systemaufbau ergibt. Die vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem erläuterten Ausführungsformen lassen sich zum großen Teil sinngemäß auf den erfindungsgemäßen Reformer übertragen, weshalb auch derartige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Reformers als offenbart gelten sollen. Dies gilt insbesondere für die Art der Abgasabführung zwischen dem Brenner und dem Katalysator sowie die Art der Brennstoffzuführung zu dem Brenner.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass das gesamte Anodenabgas dem Brenner zugeführt wird. Dadurch ergeben sich die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem erläuterten Eigenschaften und Vorteile in gleicher oder ähnlicher Weise, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf die entsprechenden Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem verwiesen wird.
  • Gleiches gilt sinngemäß für die folgenden bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auch diesbezüglich auf die entsprechenden Ausführungen im Zusammenhang mit erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem verwiesen wird.
  • Für das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt, dass nur eine einzige Abgasabführung in die Umgebung erfolgt, wobei das Abgas zwischen dem Brenner und dem Katalysator abgeführt wird.
  • Dabei wird es als vorteilhaft erachtet, dass zwischen der Abgasabführung und dem Katalysator Brennstoff zugeführt wird.
  • Weiterhin ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass dem Brenner zumindest zeitweise Brennstoff zugeführt wird, vorzugsweise zumindest in der Startphase.
  • Für das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems wird es weiterhin als vorteilhaft erachtet, dass das Anodenabgas einem Oxidationsmittelstrom zugeführt wird.
  • Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Anodenabgas dem Oxidationsmittelstrom über einen Injektor zugeführt wird.
  • Im vorstehend erläuterten Zusammenhang wird es weiterhin als vorteilhaft erachtet, dass Luft als Oxidationsmittel verwendet wird und dass zur Erzeugung des Oxidationsmittelstroms ein Gebläse verwendet wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Umsetzen von Brennstoff und Oxidationsmittel zu Reformat baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass es die folgenden Schritte umfasst:
    • – Durchführen einer im Wesentlichen vollständigen Verbrennung in einem Brenner,
    • – Zuführen von Brennstoff zu aus dem Brenner austretendem Abgas, um eine Abgas/Brennstoff-Mischung zu erzeugen, und
    • – Zuführen der Abgas/Brennstoff-Mischung zu einem Katalysator, um Reformat bereitzustellen.
  • Auch in diesem Fall kann auf einen beim Stand der Technik erforderlichen Nachbrenner verzichtet werden, so dass die Kosten zur Durchführung des Verfahrens sinken.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Umsetzen von Brennstoff und Oxidationsmittel zu Reformat kann in vorteilhafter Weise durch die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem beziehungsweise dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems erläuterten Verfahrensschritte weitergebildet sein, und auch derartige Verfahrensvarianten sollen als offenbart gelten. Dies gilt auch in diesem Fall, insbesondere für die Art der Abgasabführung zwischen dem Brenner und dem Katalysator sowie die Art der Brennstoffzuführung zu dem Brenner.
  • Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, das gesamte Anodenabgas dem Reformerbrenner zuzuführen und in diesem Reformerbrenner eine zumindest im Wesentlichen vollständige Verbrennung durchzuführen. In diesem Fall kann das aus dem System abzuführende Abgas unmittelbar hinter dem Reformerbrenner abgeleitet werden, und es ist kein separater Nachbrenner erforderlich. Weiterhin ist die Mischung aus Anodenabgas und Oxidationsmittel (in der Regel Luft) in vielen Fällen zumindest im Normalbetrieb dazu geeignet den Brenner zu betreiben, ohne ihm direkt Brennstoff zuzuführen.
    •
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beispielhaft erläutert.
  • Es zeigt:
  • 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems, das einen erfindungsgemäßen Reformer umfasst und zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren geeignet ist.
  • Bei dem in 1 dargestellten Brennstoffzellensystem 10 handelt es sich um ein SOFC-Hochtemperatur-Brennstoffzellensystem. Das System umfasst einen Reformer 12, der einen Brenner 14 und einen Katalysator 16 aufweist. Der Reformer 12 ist dazu vorgesehen, Reformat 22 zu erzeugen, mit dem eine Brennstoffzelle 24 betrieben werden kann. Erfindungsgemäß sind Mittel 28, 30 vorgesehen, mit denen es möglich ist, das gesamte aus der Brennstoffzelle 24 austretende Anodenabgas 26 dem Brenner 14 zuzuführen. Diese Mittel umfassen im dargestellten Fall ein Gebläse 28 und einen Injektor 30, der in vorteilhafter Weise nach dem Venturiprinzip arbeiten kann. Das Gebläse 28 fördert über den Injektor 30 als Oxidationsmittel dienende Luft 20, die zum Betrieb des Brenners 14 im Reformer 12 erforderlich ist. Hierdurch entsteht am Injektor 30 ein Unterdruck, der wiederum den Gasumlauf fördert und Anodenabgas 26 vom Ausgang der Brennstoffzelle 24 ansaugt. Neben der Luft 20 und dem Anodenab gas 26 wird dem Brenner 14 über eine zweite Brennstoffzuführung 36 Brennstoff zugeführt, der in dem Brenner 14 vollständig verbrannt wird. In dem Teil des Brennerabgases 38, welches vom Injektor 30 über die Brennstoffzelle 24 und den Katalysator 16 angesaugt wurde, wird über eine erste Brennstoffzuführung 34 Brennstoff 18 eingebracht, so dass dem Katalysator 16 eine Abgas/Brennstoff-Mischung zugeführt wird, die zur Erzeugung des Reformats 22 geeignet ist. Der nicht angesaugte Teil des Brennerabgases verlässt über eine Abgasabführung 32 als Abgas das System. Im Reformerkatalysator 16 erfolgt die Reformierung des Abgas/Brennstoff-Gemisches zu wasserstoffhaltigem Reformat 22, welches in der Brennstoffzelle 24 zum großem Teil in Strom umgesetzt wird. Das verbleibende Anodenabgas 26 wird über den Injektor 33 erneut dem Reformierungsprozess zugeführt. Durch das in dem Anodenabgas 26 enthaltene Wasser wird der Reformierungsprozess positiv beeinflusst und eine Russbildung zumindest größtenteils vermieden. Weiterhin steigt durch die erfindungsgemäße Lösung der Systemwirkungsgrad.
  • Da der beim Stand der Technik erforderliche Nachbrenner erfindungsgemäß entfallen kann, werden für ein vollständiges Brennstoffzellensystem 10 als Hauptkomponenten nur noch der Reformer 12 und die Brennstoffzelle 24 benötigt, wodurch sich die Komplexität und damit die Systemkosten erheblich senken lassen.
  • Die Erfindung ist, ohne darauf beschränkt zu sein, insbesondere für mobile Anwendungen geeignet, beispielsweise im Zusammenhang mit sogenannten APUs (Auxiliary Power Units/zusätzliche Energiequellen) für Kraftfahrzeuge.
  • Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
    • 10
    Brennstoffzellensystem
    12
    Reformer
    14
    Brenner
    16
    Katalysator
    18
    Brennstoff
    20
    Oxidationsmittel
    22
    Reformat
    24
    Brennstoffzelle
    26
    Anodenabgas
    28
    Gebläse
    30
    Injektor
    32
    Abgasabführung
    34
    erste Brennstoffzuführung
    36
    zweite Brennstoffzuführung
    38
    Abgasabführung
    40
    Abgas/Brennstoff-Mischung

Claims (16)

  1. Brennstoffzellensystem (10) mit einem Reformer (12), der einen Brenner (14) und einen Katalysator (16) umfasst und zum Umsetzen von Brennstoff (18) und Oxidationsmittel (20) zu Reformat (22) vorgesehen ist, und mit einer Brennstoffzelle (24), insbesondere einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle, die auf der Grundlage von durch den Reformer (12) erzeugtem Reformat (22) elektrische Energie erzeugt und dabei Anodenabgas (26) freisetzt, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (28, 30) vorgesehen sind, die dazu geeignet sind, das gesamte Anodenabgas (26) dem Brenner (14) zuzuführen.
  2. Brennstoffzellensystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es nur eine einzige Abgasabführung (32) zum Abführen von Abgas an die Umgebung aufweist, wobei die Abgasabführung (32) zwischen dem Brenner (14) und dem Katalysator (16) vorgesehen ist.
  3. Brennstoffzellensystem (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es eine erste Brennstoffzuführung (34) aufweist, die zwischen der Abgasabführung (32) und dem Katalysator (16) vorgesehen ist.
  4. Brennstoffzellensystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine zweite Brennstoffzuführung (36) aufweist, die dem Brenner (14) zugeordnet ist.
  5. Brennstoffzellensystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidationsmittel (20) dem Brenner (14) in Form eines Oxidationsmittelstroms zugeführt wird und dass das Anodenabgas (26) dem Oxidationsmittelstrom zugeführt wird.
  6. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (28, 30) einen Injektor (30) umfassen, um das Anodenabgas (26) dem Oxidationsmittelstrom zuzuführen.
  7. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass Luft als Oxidationsmittel (20) verwendet wird und dass die Mittel (28, 30) zur Erzeugung des Oxidationsmittelstroms ein Gebläse (28) umfassen.
  8. Reformer (12) zum Umsetzten von Oxidationsmittel (20) und Brennstoff (18) zu Reformat (22), das zum Betrieb einer Brennstoffzelle (24), insbesondere einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle, geeignet ist, wobei der Reformer (12) einen Brenner (14) und einen diesem nachgeschalteten Katalysator (16) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner (14) dazu ausgelegt ist, eine im Wesentlichen vollständige Verbrennung durchzuführen, wobei aus dem Brenner austretendem Abgas (38) Brennstoff (18) zugeführt wird, um ei ne Abgas/Brennstoff-Mischung (40) zu erzeugen, die dem Katalysator (16) zugeführt wird.
  9. Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems (10), insbesondere eines Hochtemperatur-Brennstoffzellensystems, mit den folgenden Schritten: – Umsetzen von Brennstoff (18) und Oxidationsmittel (20) zu Reformat (22), in einem Reformer (12), der einen Brenner (14) und einen Katalysator (16) umfasst, – Erzeugen von elektrischer Energie in einer Brennstoffzelle, insbesondere einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle, auf der Grundlage von Reformat (22), und dabei Freisetzen von Anodenabgas (26), dadurch gekennzeichnet, dass das gesamte Anodenabgas (26) dem Brenner (14) zugeführt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine einzige Abgasabführung (32) in die Umgebung erfolgt, wobei das Abgas zwischen dem Brenner (14) und dem Katalysator (16) abgeführt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Abgasabführung (32) und dem Katalysator (16) Brennstoff (18) zugeführt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass dem Brenner (14) zumindest zeitweise Brennstoff (18) zugeführt wird, vorzugsweise zumindest während der Startphase.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Anodenabgas (26) einem Oxidationsmittelstrom (20) zugeführt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Anodenabgas (26) dem Oxidationsmittelstrom (20) über einen Injektor (30) zugeführt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass Luft als Oxidationsmittel (20) verwendet wird und dass zur Erzeugung des Oxidationsmittelstroms (20) ein Gebläse (28) verwendet wird.
  16. Verfahren zum Umsetzen von Brennstoff (18) und Oxidationsmittel (20) zu Reformat (22), das zum Betrieb einer Brennstoffzelle (24), insbesondere einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle, geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst: – Durchführen einer im Wesentlichen vollständigen Verbrennung in einem Brenner (14), – Zuführen von Brennstoff (18) zu aus dem Brenner (14) austretendem Abgas (38), um eine Abgas/Brennstoff-Mischung (40) zu erzeugen, und – Zuführen der Abgas/Brennstoff-Mischung (40) zu einem Katalysator (16), um Reformat (22) bereitzustellen.
DE102005010935A 2005-03-09 2005-03-09 Reformer, Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems Withdrawn DE102005010935A1 (de)

Priority Applications (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005010935A DE102005010935A1 (de) 2005-03-09 2005-03-09 Reformer, Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems
CA002601461A CA2601461A1 (en) 2005-03-09 2006-03-06 Reformer, fuel cell system and method for operating a fuel cell system
KR1020077022129A KR20070107169A (ko) 2005-03-09 2006-03-06 개질기, 연료 전지 시스템 및 연료 전지 시스템의 작동방법
PCT/DE2006/000383 WO2006094482A1 (de) 2005-03-09 2006-03-06 Reformer, brennstoffzellensystem und verfahren zum betreiben eines brennstoffzellensystems
CNA2006800072569A CN101138122A (zh) 2005-03-09 2006-03-06 重整器、燃料电池系统和用于使燃料电池系统工作的方法
EP06722551A EP1856758A1 (de) 2005-03-09 2006-03-06 Reformer, brennstoffzellensystem und verfahren zum betreiben eines brennstoffzellensystems
JP2008500040A JP2008533656A (ja) 2005-03-09 2006-03-06 改質器、燃料電池システム、および燃料電池システムの動作方法
US11/908,201 US20080213636A1 (en) 2005-03-09 2006-03-06 Reformer, Fuel Cell System and Method For Operating a Fuel Cell System
AU2006222447A AU2006222447B2 (en) 2005-03-09 2006-03-06 Reformer, fuel cell system and method for operating a fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005010935A DE102005010935A1 (de) 2005-03-09 2005-03-09 Reformer, Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102005010935A1 true DE102005010935A1 (de) 2006-09-14

Family

ID=36660809

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102005010935A Withdrawn DE102005010935A1 (de) 2005-03-09 2005-03-09 Reformer, Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20080213636A1 (de)
EP (1) EP1856758A1 (de)
JP (1) JP2008533656A (de)
KR (1) KR20070107169A (de)
CN (1) CN101138122A (de)
AU (1) AU2006222447B2 (de)
CA (1) CA2601461A1 (de)
DE (1) DE102005010935A1 (de)
WO (1) WO2006094482A1 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007017501A1 (de) * 2007-04-13 2008-10-16 Enerday Gmbh Verfahren zum Überprüfen eines Reformers und elektrische Steuereinheit
DE102008027292A1 (de) * 2008-06-06 2009-12-10 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Brennstoffzellensystem und damit ausgestattetes Kraftfahrzeug
WO2019028487A1 (de) * 2017-08-07 2019-02-14 Avl List Gmbh Brennstoffzellensystem mit zumindest einer hochtemperatur-brennstoffzelle
DE102007062034B4 (de) 2007-12-21 2022-10-06 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Temperaturregelung in einem Brennstoffzellensystem und Brennstoffzellensystem

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006032470B4 (de) * 2006-07-13 2008-07-10 Enerday Gmbh Brennstoffzellensystem mit Reformer und Nachbrenner sowie dessen Verwendung in einem Kraftfahrzeug
DE102006032469B4 (de) * 2006-07-13 2008-06-19 Enerday Gmbh Reformer für ein Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betreiben eines Reformers sowie deren Verwendung
WO2011059417A1 (en) * 2009-11-10 2011-05-19 Utc Power Corporation Pressurized premixing of gases in an injector
CN105070928B (zh) * 2015-07-08 2017-10-20 广东合即得能源科技有限公司 一种燃料电池供氧系统及供氧方法
DE102017215551A1 (de) * 2017-09-05 2019-03-07 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08329967A (ja) * 1995-05-30 1996-12-13 Toshiba Corp 燃料電池発電プラント
DE10109983A1 (de) * 2000-03-07 2001-12-13 Klug Karl H Elektrokatalytischer Reformer für die Synthesegaserzeugung
EP1235291A2 (de) * 2001-02-21 2002-08-28 Nissan Motor Co., Ltd. Brennstoffzellensystem
EP1246287A1 (de) * 2001-03-31 2002-10-02 OMG AG & Co. KG Kombinierte Kraft- Wärmeanlage mit Gaserzeugungssystem und Brennstoffzellen sowie Verfahren zu ihrem Betrieb
WO2003063284A1 (en) * 2002-01-22 2003-07-31 General Motors Corporation Fuel processing system having gas recirculation for transient operations
WO2004046613A2 (en) * 2002-11-15 2004-06-03 Utc Fuel Cells, Llc Burner for combusting the anode exhaust gas stream in a pem fuel cell power plant
DE10247521B4 (de) * 2002-10-11 2005-03-03 Webasto Ag Brennstoffzellensystem

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4128700A (en) * 1977-11-26 1978-12-05 United Technologies Corp. Fuel cell power plant and method for operating the same
US6331366B1 (en) * 1999-06-23 2001-12-18 International Fuel Cells Llc Operating system for a fuel cell power plant
JP3543717B2 (ja) * 2000-02-18 2004-07-21 日産自動車株式会社 触媒燃焼器
JP2002124282A (ja) * 2000-10-16 2002-04-26 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP3849480B2 (ja) * 2001-10-01 2006-11-22 日産自動車株式会社 燃料改質器の制御装置
CA2448715C (en) * 2002-11-11 2011-07-05 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Fuel cell power generating system with two fuel cells of different types and method of controlling the same

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08329967A (ja) * 1995-05-30 1996-12-13 Toshiba Corp 燃料電池発電プラント
DE10109983A1 (de) * 2000-03-07 2001-12-13 Klug Karl H Elektrokatalytischer Reformer für die Synthesegaserzeugung
EP1235291A2 (de) * 2001-02-21 2002-08-28 Nissan Motor Co., Ltd. Brennstoffzellensystem
EP1246287A1 (de) * 2001-03-31 2002-10-02 OMG AG & Co. KG Kombinierte Kraft- Wärmeanlage mit Gaserzeugungssystem und Brennstoffzellen sowie Verfahren zu ihrem Betrieb
WO2003063284A1 (en) * 2002-01-22 2003-07-31 General Motors Corporation Fuel processing system having gas recirculation for transient operations
DE10247521B4 (de) * 2002-10-11 2005-03-03 Webasto Ag Brennstoffzellensystem
WO2004046613A2 (en) * 2002-11-15 2004-06-03 Utc Fuel Cells, Llc Burner for combusting the anode exhaust gas stream in a pem fuel cell power plant

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007017501A1 (de) * 2007-04-13 2008-10-16 Enerday Gmbh Verfahren zum Überprüfen eines Reformers und elektrische Steuereinheit
DE102007062034B4 (de) 2007-12-21 2022-10-06 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Temperaturregelung in einem Brennstoffzellensystem und Brennstoffzellensystem
DE102008027292A1 (de) * 2008-06-06 2009-12-10 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Brennstoffzellensystem und damit ausgestattetes Kraftfahrzeug
US8865357B2 (en) 2008-06-06 2014-10-21 Eberspächer Climate Control Systems GmbH & Co. KG Fuel cell system and motor vehicle equipped therewith
WO2019028487A1 (de) * 2017-08-07 2019-02-14 Avl List Gmbh Brennstoffzellensystem mit zumindest einer hochtemperatur-brennstoffzelle

Also Published As

Publication number Publication date
CA2601461A1 (en) 2006-09-14
AU2006222447B2 (en) 2009-08-27
WO2006094482A1 (de) 2006-09-14
EP1856758A1 (de) 2007-11-21
KR20070107169A (ko) 2007-11-06
JP2008533656A (ja) 2008-08-21
AU2006222447A1 (en) 2006-09-14
US20080213636A1 (en) 2008-09-04
CN101138122A (zh) 2008-03-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0926756B1 (de) PEM-Brennstoffzellensystem sowie Verfahren zum Betreiben eines PEM-Brennstoffzellensystems
DE60314432T2 (de) Festoxidbrennstoffzelle
EP1856758A1 (de) Reformer, brennstoffzellensystem und verfahren zum betreiben eines brennstoffzellensystems
AT519860B1 (de) Brennstoffzellensystem mit ringförmigem Reformer
CH715036A2 (de) Vorrichtung zur Luftversorgung einer Brennstoffzelle, vorzugsweise einer mit Wasserstoff betriebenen Brennstoffzelle.
AT521065A1 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Aufheizen eines Brennstoffzellensystems
EP1679757B1 (de) Brennstoffzellensystem
DE602004008831T2 (de) Brennstoffumformer mit Kapsel und Verfahren
WO2011092070A1 (de) Brennstoffzellensystem mit verbesserter brenngaszirkulation
EP2032249A1 (de) Reformer für ein brennstoff zellensystem
EP1845578B1 (de) Brennstoffzellensystem
DE102016220371A1 (de) Brennstoffzellenvorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzellenvorrichtung
WO2006128449A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur reinigung von abgasen eines verbrennungsmotors
DE102008008907B4 (de) Brennstoffzellensystem
DE10357474B4 (de) System zum Umsetzen von Brennstoff und Luft zu Reformat
DE102007012762A1 (de) Brennstoffzellensystem mit Rezirkulationsstrang
DE102007018311A1 (de) Zweistufiger Reformer und Verfahren zum Betreiben eines Reformers
EP1845577B1 (de) Brennstoffzellensystem
EP1986262B1 (de) Kalibrierverfahren für eine Brennstoffzellensteuerung
DE102007033151B4 (de) Betriebsverfahren für ein Brennstoffzellensystem
EP2075225B1 (de) Reformer, Brennstoffzellensystem und zugehöriges Betriebsverfahren
DE102021214810A1 (de) Brennstoffzellenvorrichtung, sowie Verfahren zur Herstellung einer solchen Brennstoffzellenvorrichtung
DE102006032469B4 (de) Reformer für ein Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betreiben eines Reformers sowie deren Verwendung
DE102007043894A1 (de) Verfahren zur Reformierung flüssiger und/oder gasförmiger Kohlenwasserstoffe oder Alkohole in einem Brennstoffzellensystem und Brennstoffzellensystem
EP1968150A1 (de) Brennstoffzellensystem

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: ENERDAY GMBH, 82131 STOCKDORF, DE

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20121002