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DE102006039039A1 - Heating of a catalyst stage mounted downstream of a reformer, comprises feeding of air as heat transfer medium into the reformer through supply line, heating the fed medium by heater and thermally coupling the heated up medium in the stage - Google Patents

Heating of a catalyst stage mounted downstream of a reformer, comprises feeding of air as heat transfer medium into the reformer through supply line, heating the fed medium by heater and thermally coupling the heated up medium in the stage Download PDF

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DE102006039039A1
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heating
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Thorsten Kalk
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ZENTRUM fur BRENNSTOFFZELLEN
Zentrum fur Brennstoffzellen-Technik GmbH
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Abstract

The heating of a catalyst stage (300) mounted downstream of a reformer, comprises feeding of air as a heat transfer medium into the reformer (100) through a supply line, heating the fed medium by heater (200) and thermally coupling the heated up medium in the catalyst stage using indirect heat transfer by means of bypass-pipeline (320) designed as a helical tube in an area. An outlet pipeline for the reformer product and the bypass-pipeline are controlled by means of a valve arrangement arranged downstream of the catalyst stage. The heating of a catalyst stage (300) mounted downstream of a reformer, comprises feeding of air as a heat transfer medium into the reformer (100) through a supply line, heating the fed medium by heater (200) and thermally coupling the heated up medium in the catalyst stage using indirect heat transfer by means of bypass-pipeline (320) designed as a helical tube in an area. An outlet pipeline for the reformer product and the bypass-pipeline are controlled by means of a valve arrangement arranged downstream of the catalyst stage. The heat transfer medium is fed back into the reformer by a circulatory pump after passing through the catalyst stage. An independent claim is included for a device for heating of a catalyst stage mounted downstream of a reformer.

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zum Aufheizen mindestens einer einem Reformer nachgeschalteten Katalysatorstufe, wobei dem Reformer ein Wärmeträgermedium über mindestens eine Zuleitung zugeleitet und dieses mittels mindestens einer Heizvorrichtung aufgeheizt wird. Die Erfindung richtet sich auch auf eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens, wobei die Vorrichtung mindestens einen Reformer, eine dem Reformer zugeordnete Zuleitung, eine dem Reformer zugeordnete Ausleitung, eine dem Reformer zugeordnete Heizvorrichtung und mindestens eine dem Reformer nachgeschaltete Katalysatorstufe aufweist.The The invention is directed to a method for heating at least a reformer downstream catalyst stage, wherein the Reformer a heat transfer medium over at least one Feed line and this by means of at least one heater is heated. The invention is also directed to a device to perform of the method, the device comprising at least one reformer, a feeder associated with the reformer, a feeder associated with the reformer Outlet, a heater associated with the reformer and at least having a reformer downstream catalyst stage.

Es ist bekannt, dass durch Reformieren von kohlenwasserstoffhaltigen Energieträgern wie Benzin, Diesel, Erdgas oder LPG, ein wasserstoffhaltiges Produktgas hergestellt werden kann. Beispielsweise läuft die Wasserdampf-Reformierung für Methan als Hauptbestandteil von Erdgas im Wesentlichen nach den zwei unabhängigen Reaktionsgleichungen CH4 + H2O ⇔ CO + 3H2; Δh0 = 206kJ/molund CH4 + 2H2O ⇔ CO2 + 4H2 Δh0 = 165kJ/molunter Wärmezuleitung an einem Katalysator ab. Ein solches bei der Wasserdampfreformierung hergestelltes Wasserstoffgemisch stellt sich im Wesentlichen beispielsweise wie folgt zusammen:
7% CO2, 9% CO, 1% CH4, 27% H2O sowie 56% H2. Ein solches Gasgemisch ist für die Verwendung bei vielen Brennstoffzellen ungeeignet, da das vorhandene Kohlenmonoxid die Katalysatoren der Brennstoffzellen angreift und die Geschwindigkeit der zur Stromgewinnung notwendigen Oxidation deutlich herabsetzt. Aus diesem Grunde ist es erforderlich, das Gasgemisch vor der Verwendung derart zu reinigen, dass der Kohlenmonoxid-Anteil abhängig von den nachgeschalteten Brennstoffzellen auf 10–100 ppm reduziert wird. Dies geschieht in sogenannten Shift-Konvertern, wobei die Konvertierung entsprechend der exothermen homogenen Wasser-Gas-Shift-Reaktion CO + H2O ⇔ CO2 + H2 Δh0 = –41kJ/molabläuft. In der Regel wird in zwei Temperaturstufen, dem Hochtemperatur-Shift (HT-Shift) beispielsweise an einem Fe-Cr-Katalysator bei Temperaturen zwischen 300–500°C und dem Niedertemperatur-Shift (NT-Shift) beispielsweise an einem Cu-Zn-Katalysator bei Temperaturen von 200–300°C, konvertiert. Bei der hohen Temperatur des HT-Shifts ist die Reaktionsgeschwindigkeit der Wasser-Gas-Reaktion hoch, allerdings liegt das Gleichgewicht weit links, also bei hohen Kohlenmonoxid-Konzentrationen. Bei den niedrigen Temperaturen des NT-Shifts liegt das Gleichgewicht günstiger, allerdings ist hier die Reaktionsgeschwindigkeit kleiner. Nach einer derartigen Shift-Konvertierung enthält das Gasgemisch einen Kohlenmonoxidgehalt von etwa 0,5 bis 1%.
It is known that by reforming hydrocarbonaceous fuels such as gasoline, diesel, natural gas or LPG, a hydrogen-containing product gas can be produced. For example, methane steam reforming as a major component of natural gas essentially follows the two independent reaction equations CH 4 + H 2 O ⇔ CO + 3H 2 ; .delta.h 0 = 206kJ / mol and CH 4 + 2H 2 O ⇔ CO 2 + 4H 2 .delta.h 0 = 165kJ / mol under heat supply to a catalyst. Such a hydrogen mixture produced in the steam reforming is essentially composed, for example, as follows:
7% CO 2 , 9% CO, 1% CH 4 , 27% H 2 O and 56% H 2 . Such a gas mixture is unsuitable for use in many fuel cells, since the existing carbon monoxide attacks the catalysts of the fuel cell and significantly reduces the speed of the oxidation necessary for the production of electricity. For this reason, it is necessary to purify the gas mixture before use in such a way that the carbon monoxide content is reduced to 10-100 ppm depending on the downstream fuel cells. This happens in so-called shift converters, whereby the conversion corresponds to the exothermic homogeneous water-gas-shift reaction CO + H 2 O ⇔ CO 2 + H 2 .delta.h 0 = -41kJ / mol expires. In general, in two temperature stages, the high-temperature shift (HT shift), for example on a Fe-Cr catalyst at temperatures between 300-500 ° C and the low-temperature shift (NT shift), for example, on a Cu-Zn Catalyst at temperatures of 200-300 ° C, converted. At the high temperature of the HT shift, the reaction rate of the water-gas reaction is high, but the equilibrium is far left, ie at high carbon monoxide concentrations. In the low temperatures of the NT shift, the equilibrium is more favorable, but here the reaction rate is smaller. After such a shift conversion, the gas mixture contains a carbon monoxide content of about 0.5 to 1%.

Um diesen insbesondere für Niedertemperatur-PEM-Brennstoffzellen weiterhin zu hohen Kohlenmonoxidgehalt zu reduzieren, wird optional eine Gasfeinreinigungsstufe nachgeschaltet. Bei Nutzung der selektiven Oxidation reagiert das in dem Gasgemisch vorhandene Kohlenmonoxid unter Zugabe von Sauerstoff und in Anwesenheit eines geeigneten Katalysators zu Kohlendioxid, gemäß der Reaktion CO + ½O2 ½ CO2 Δh0 = –283,6kJ/mol In order to further reduce this high carbon monoxide content, in particular for low-temperature PEM fuel cells, a gas-fine purification stage is optionally connected downstream. When using the selective oxidation, the carbon monoxide present in the gas mixture reacts with the addition of oxygen and in the presence of a suitable catalyst to carbon dioxide, according to the reaction CO + ½O 2 ½ CO 2 .delta.h 0 = -283.6kJ / mol

Diese Reaktion sollte weitestgehend selektiv, d.h. mit möglichst unterdrückter Wasserstoff-Oxidation ablaufen H2 + ½O2 ⇔ H2O Δh0 = –243,5kJ/mol This reaction should proceed as far as possible selectively, ie with as much as possible suppressed hydrogen oxidation H 2 + ½O 2 ⇔ H 2 O Δh 0 = -243.5kJ / mol

Beim Starten des Prozesses sind zunächst sämtliche Reaktoren, d.h. beispielsweise Reformer und nachgeschaltete Katalysatorstufe, und Wärmetauscher auf Umgebungstemperatur und müssen auf Betriebstemperatur gebracht werden. Bei Großanlagen erfolgt dies mittels Stickstoff, der extra für das An- und Abfahren der Anlage vorgehalten wird. In kleineren, speziell in Brennstoffzellenanwendungen, kommt dieses Verfahren nicht in Frage, da eine separate N2-Versorgung nicht toleriert wird. Dabei ist die Aufheizung des Hauptreformers im allgemeinen unkritisch, da dieser über eine direkte oder indirekte Beheizung verfügen kann (beispielsweise ein Brenner beim Dampfreformer bzw. ein Brenner auf Basis einer Oxidation des Kraftstoffes bei autothermer Reformierung oder partieller Oxidation). Zeitlich kritisch hingegen ist die Aufheizung der nachgeschalteten Katalysatorstufe, in welchen beispielsweise die Shift-Reaktionen oder eine selektive Oxidation stattfindet.At the Start the process are all first Reactors, i. for example reformer and downstream catalyst stage, and heat exchangers at ambient temperature and need be brought to operating temperature. For large systems, this is done by means of Nitrogen, the extra for the startup and shutdown of the plant is maintained. In smaller, especially in fuel cell applications, comes this process out of the question, as a separate N2 supply is not tolerated. The heating of the main reformer is generally not critical, since this over may have direct or indirect heating (for example, a Burner with steam reformer or burner based on oxidation the fuel in autothermal reforming or partial oxidation). In contrast, the heating of the downstream catalytic converter stage is critical in terms of time. in which, for example, the shift reactions or a selective Oxidation takes place.

Aus der DE 101 32 064 A1 sind Verfahren zum Aufheizen von einem Reformer nachgeschalteten Katalysatorstufen bekannt. In der ersten Variante wird in einem Reformer Wasser verdampft und direkt in die nachgeschaltete Katalysatorstufe geleitet. Da das aufgeheizte Wasser in den Katalysatoren der nachgeschaltete Katalysatorstufe kondensieren kann, sind bei diesem Verfahren ausschließlich wasserunempfindliche Katalysatorsysteme geeignet. In einer zweiten Variante wird anstelle von Wasser Luft aufgeheizt und in die nachgeschaltete Katalysatorstufe eingeleitet. In diesem Fall müssen sauerstoffunempfindliche Katalysatoren eingesetzt werden, da die Luft einen Sauerstoffanteil aufweist, welcher die Katalysatoren deaktivieren oder gar schädigen könnte. In einer weiteren Va riante wird schließlich das direkte Aufheizen mit Rauchgas der Reformerbrenners offenbart.From the DE 101 32 064 A1 For example, methods for heating reformer downstream catalyst stages are known. In the first variant, water is evaporated in a reformer and passed directly into the downstream catalyst stage. Since the heated water in the catalysts can condense the downstream catalyst stage, only water-insoluble catalyst systems are suitable in this method. In a second variant, air is heated instead of water and introduced into the downstream catalyst stage. In this case, oxygen-insensitive catalysts must be used, since the air has an oxygen content, which could deactivate or even damage the catalysts te. In another variant, the direct heating with flue gas of the reformer burner is finally revealed.

Aus der DE 199 44 540 A1 ist ein Reaktorsystem bekannt, welches mit elektrischen Heizmitteln arbeitet. Dabei ist eine flächige, elektrische beheizbare, katalysatorbelegte und für einen Reaktionseduktstrom durchlässige Heizvorrichtung vorgesehen. Bei einer Startphase wird der Reaktionseduktstrom lediglich über einen Teil eines Eintrittsquerschnittes in den Reaktionsraum geleitet.From the DE 199 44 540 A1 is a reactor system known which works with electrical heating means. In this case, a planar, electrically heatable, catalyst-occupied and permeable for a Reaktionseduktstrom heater is provided. In a start-up phase, the reaction-educt stream is passed into the reaction space only over part of an inlet cross-section.

Aus der DE 100 54 840 A1 ist schließlich ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Starten eines Reaktors in einem Gaserzeugungssystem bekannt. Dabei wird ein Kohlenwasserstoff zur Erzeugung thermischer Energie umgesetzt, wobei zumindest ein Teil eines Abgasstromes in den Reaktor einströmt.From the DE 100 54 840 A1 Finally, a method and apparatus for starting a reactor in a gas generating system is known. In this case, a hydrocarbon is converted to generate thermal energy, wherein at least a portion of an exhaust gas stream flows into the reactor.

Im Stand der Technik bekannte Verfahren und Vorrichtungen haben erhebliche Einschränkungen zur Folge. Beispielsweise einen erheblichen Energieverbrauch oder eine Beschränkung der einzusetzenden Katalysatoren.in the The prior art known methods and devices have considerable restrictions result. For example, a significant energy consumption or a restriction the catalysts to be used.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen, die es ermöglicht, einen Reformer und mindestens eine nachgeschaltete Katalysatorstufe effektiv aufzuheizen wobei ein Einsatz konventioneller Katalysatoren weiterhin möglich ist.Of the Invention is therefore based on the object to a solution create, which allows one Reformer and at least one downstream catalyst stage effectively to heat up while using conventional catalysts continue possible is.

Bei einer ersten Variante eines Verfahrens zum Aufheizen mindestens einer einem Reformer nachgeschalteten Katalysatorstufe der Eingangs beschriebenen Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch eine thermische Einkopplung des aufgeheizten Wärmeträgermediums in die mindestens eine nachgeschaltete Katalysatorstufe mittels einer indirekten Wärmeübertragung gelöst.at a first variant of a method for heating at least a downstream of a reformer catalyst stage of the input described type, the object is achieved by a thermal coupling the heated heat transfer medium in the at least one downstream catalyst stage means an indirect heat transfer solved.

Ein solches Verfahren zum Aufheizen mindestens einer einem Reformer nachgeschalteten Katalysatorstufe ermöglicht ein Anfahren eines Reformersystems in kurzer Zeit und den Einsatz konventioneller Katalysatoren in der nachgeschalteten Katalysatorstufe. Dies wird im Einzelnen dadurch erreicht, dass das aufgeheizte Wärmeträgermedium mittels der indirekten Wärmeübertragung nicht direkt mit einem Katalysator der nachgeschalteten Katalysatorstufe in Kontakt gebracht wird. Bei einer direkten Wärmeübertragung könnte das aufgeheizte Wärmeträgermedium, je nach Struktur und Eigenschaft des Wärmeträgermediums, beispielsweise zumindest teilweise am Katalysator kondensieren oder in sonstiger nicht gewollter Weise mit dem Katalysator reagieren und demgemäss einen auf dieses Wärmeträgermedium empfindlich reagierenden Katalysator in seiner Funktion einschränken oder gar zerstören. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, die in einem Reformer erzeugte Wärme für ein Aufheizen einer dem Reformer nachgeschalteten Katalysatorstufe zu nutzen, was eine ressourcenschonende Aufheizung bei einer hohen Effizienz der in dem Reformer erzeugten und vorhandenen Wärme gewährleistet.One such process for heating at least one reformer downstream catalyst stage allows a startup of a reformer system in a short time and the use of conventional catalysts in the downstream catalyst stage. This is in particular by achieved that the heated heat transfer medium by means of indirect heat transfer not directly with a catalyst of the downstream catalyst stage is brought into contact. In a direct heat transfer could heated heat transfer medium, depending on the structure and property of the heat transfer medium, for example at least partially condense on the catalyst or in others unintentionally react with the catalyst and accordingly a on this heat transfer medium restrict the function of the catalyst that reacts sensitively or even destroy it. through the method according to the invention Is it possible, the heat generated in a reformer for a Heating a downstream of the reformer catalyst stage use what a resource-saving heating at a high Ensures efficiency of heat generated and existing in the reformer.

Eine erfindungsgemäße erste Variante einer Vorrichtung zum Aufheizen mindestens einer einem Reformer nachgeschalteten Katalysatorstufe der Eingangs beschriebenen Art weist mindestens einen Wärmeübertrager zum indirekten Übertragen von Wärme auf.A according to the invention first Variant of a device for heating at least one reformer downstream catalytic converter stage of the type described above has at least one heat exchanger for indirect transfer of heat on.

Eine solche Vorrichtung ermöglicht ein effektives Durchführen der ersten Variante des Verfahrens zum Aufheizen mindestens einer einem Reformer nachgeschalteten Katalysatorstufe. Mittels des mindestens einen Wärmeübertragers kann ein aufgeheiztes Wärmeträgermedium durch eine einem Reformer nachgeschalteten Katalysatorstufe geleitet werden, ohne dass das Wärmeträgermedium in direktem Kontakt mit dem Katalysator der nachgeschalteten Katalysatorstufe gelangt. Dies ermöglicht eine Verwendung konventioneller Katalysatoren in der nachgeschalteten Katalysatorstufe.A such device allows an effective execution the first variant of the method for heating at least one a reformer downstream catalyst stage. By means of at least a heat exchanger can be a heated heat transfer medium passed through a reformer downstream catalytic converter stage, without the heat transfer medium in direct contact with the catalyst of the downstream catalyst stage arrives. This allows a Use of conventional catalysts in the downstream Catalyst stage.

Bei einer zweiten Variante eines Verfahrens zum Aufheizen mindestens einer einem Reformer nachgeschalteten Katalysatorstufe der Eingangs beschriebenen Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch eine zumindest teilweise Rückleitung des Wärmeträgermediums nach einem Durchleiten durch die mindestens eine nachgeschaltete Katalysatorstufen in den Reformer gelöst.at a second variant of a method for heating at least a downstream of a reformer catalyst stage of the input described type, the object is achieved by an at least partially return the heat transfer medium after passing through the at least one downstream Catalyst stages dissolved in the reformer.

Ein solches Verfahren zum Aufheizen mindestens einer einem Reformer nachgeschalteten Katalysatorstufe ermöglicht ein Aufheizen und Anfahren eines Reformersystems in kurzer Zeit und den gleichzeitigen Einsatz konventioneller Katalysatoren in der nachgeschalteten Katalysatorstufe. Dies wird im Einzelnen dadurch erreicht, dass das aufgeheizte Wärmeträgermedium nach einem Durchleiten durch die mindestens eine nachgeschaltete Katalysatorstufe zumindest teilweise in den Reformer rückgeleitet wird. Dabei wird das verwendete Wärmeträgermedium vorzugsweise in mehreren Zyklen wiederverwendet, wodurch verhindert wird, dass sich die etwaigen unerwünschten Eigenschaften des Wärmeträgermediums durch permanentes neues Einleiten in das System in der nachgeschalteten Katalysatorstufe akkumulieren. Dies ermöglicht eine Verwendung konventioneller Katalysatoren in der nachgeschalteten Katalysatorstufe.One such process for heating at least one reformer Downstream catalyst stage allows heating and starting a Reformersystem in a short time and the simultaneous use of conventional Catalysts in the downstream catalyst stage. this will In particular, achieved in that the heated heat transfer medium after passing through the at least one downstream Catalyst stage is at least partially returned to the reformer. In this case, the heat transfer medium used preferably reused in several cycles, thereby preventing will that any unwanted properties of the heat transfer medium by permanently re-introducing into the system in the downstream Accumulate catalyst level. This allows a use of conventional Catalysts in the downstream catalyst stage.

Eine erfindungsgemäße zweite Variante einer Vorrichtung zum Aufheizen mindestens einer einem Reformer nachgeschalteten Katalysatorstufe der Eingangs beschriebenen Art weist mindestens eine Rückleitung zum Ruckführen des Wärmeträgermediums in den Reformer auf.A second variant of a device according to the invention for heating at least one catalyst stage downstream of a reformer The type described at the beginning has at least one return line for the return of the heat transfer medium into the reformer.

Eine solche Vorrichtung ermöglicht ein effektives Durchführen der zweiten Variante des Verfahrens zum Aufheizen mindestens einer einem Reformer nachgeschalteten Katalysatorstufe. Mittels der mindestens einen Rückleitung kann ein aufgeheiztes Wärmeträgermedium nach einem Durchleiten durch die mindestens eine nachgeschaltete Katalysatorstufe zumindest teilweise in den Reformer rückgeleitet werden. Damit ist ein permanentes neues Zuleiten des Wärmeträgermediums nicht notwendig, wodurch eine Akkumulation etwaiger unerwünschter Stoffkomponenten und/oder Eigenschaften des Wärmeträgermediums in der nachgeschalteten Katalysatorstufe verhindert wird. Dies ermöglicht eine Verwendung konventioneller Katalysatoren in der nachgeschalteten Katalysatorstufe.A such device allows an effective execution the second variant of the method for heating at least one a reformer downstream catalyst stage. By means of at least a return can be a heated heat transfer medium after passing through the at least one downstream Catalyst stage are at least partially returned to the reformer. For a permanent new supply of the heat transfer medium is not necessary whereby an accumulation of any unwanted substance components and / or Properties of the heat transfer medium is prevented in the downstream catalyst stage. This allows a Use of conventional catalysts in the downstream Catalyst stage.

Bei einer dritten Variante eines Verfahrens zum Aufheizen mindestens einer einem Reformer nachgeschalteten Katalysatorstufe der Eingangs beschriebenen Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch ein vorzugsweise alternierendes Durchführen eines der Verfahrensschritte der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens und eines der Verfahrensschritte der zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens gelöst.at a third variant of a method for heating at least a downstream of a reformer catalyst stage of the input described type, the object is achieved by a preferably alternating Perform a the method steps of the first variant of the method according to the invention and one of the method steps of the second variant of the method according to the invention solved.

Ein solches Verfahren zum Aufheizen mindestens einer einem Reformer nachgeschalteten Katalysatorstufe ermöglicht ein äußerst effizientes Aufheizen und Anfahren eines Reformersystems in kurzer Zeit und den Einsatz konventioneller Katalysatoren in der nachgeschalteten Katalysatorstufe. Dabei ist erfindungsgemäß insbesondere ein alternierendes Durchführen eines der Verfahrensschritte der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens und eines der Verfahrensschritte der zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, um so eine Vermischung der gegebenenfalls unterschiedlichen Wärmeträgermedien zu vermeiden.One such process for heating at least one reformer Downstream catalyst stage allows for extremely efficient heating and startup of a reformer system in a short time and use conventional catalysts in the downstream catalyst stage. In this case, the invention is particular an alternate execution one of the method steps of the first variant of the method according to the invention and one of the method steps of the second variant of the method according to the invention provided so as to mix the possibly different Heat transfer media to avoid.

Eine erfindungsgemäße dritte Variante einer Vorrichtung zum Aufheizen mindestens einer einem Reformer nachgeschalteten Katalysatorstufe der Eingangs beschriebenen Art weist mindestens einen Wärmeübertrager zum indirekten Übertragen von Wärme und eine Rückleitung zum Rückleiten eines Wärmeträgermediums in den Reformer auf.A third invention Variant of a device for heating at least one reformer downstream catalytic converter stage of the type described above has at least one heat exchanger for indirect transfer of heat and a return for returning a heat transfer medium into the reformer.

Eine solche Vorrichtung ermöglicht ein effektives Durchführen der dritten Variante des Verfahrens zum Aufheizen mindestens einer einem Reformer nachgeschalteten Katalysatorstufe. Mittels des Wärmeübertragers zum indirekten Übertragen von Wärme und der Rückleitung zum Rückleiten eines Wärmeträgermediums in den Reformer können in effizienter Weise gegebenenfalls unterschiedliche Wärmeträgermedien verwendet werden, was zu einer hohen Effizient der erfindungsgemäßen Vorrichtung führt.A such device allows an effective execution the third variant of the method for heating at least one a reformer downstream catalyst stage. By means of the heat exchanger for indirect transfer of heat and the return for returning a heat transfer medium in the reformer can in an efficient way optionally different heat transfer media be used, resulting in a high efficiency of the device according to the invention.

Bevorzugt wird zur Ausgestaltung der Erfindung bei der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens im wesentlichen Wasser als das Wärmeträgermedium dem Reformer über die mindestens eine Zuleitung zugeleitet. Wird Wasser als das Wärmeträgermedium zugeleitet, ist es möglich, in der nachgeschalteten Katalysatorstufe insbesondere wasserempfindliche Katalysatoren zu verwenden, da aufgrund der erfindungsgemäßen indirekten Wärmeübertragung das aufgeheizte Wasser nicht in direktem Kontakt mit dem Katalysator der nachgeschalteten Katalysatorenstufe kommt und daher eine Kondensation oder eine sonstige nicht gewollte Reaktion des Wasser in diesem nicht zu befürchten ist.Prefers is to the embodiment of the invention in the first variant of inventive method essentially water as the heat transfer medium to the reformer the at least one lead supplied. Will water as the heat transfer medium forwarded, it is possible in the downstream catalyst stage in particular water-sensitive Catalysts to be used because of the indirect according to the invention heat transfer the heated water is not in direct contact with the catalyst the downstream catalyst stage comes and therefore a condensation or any other unwanted reaction of the water in this not to be afraid is.

Weiterhin wird zur Ausgestaltung der Erfindung bei der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens das aufgeheizte Wärmeträgermedium in die mindestens eine nachgeschaltete Katalysatorstufe mittels mindestens einer, vorzugsweise in zumindest einem Bereich als Rohrwendel ausgebildeten Bypass- Leitung thermisch eingekoppelt. Eine solche thermische Einkopplung mittels einer Bypass-Leitung ermöglicht ein einfaches Durchleiten eines Wärmeträgermediums durch die nachgeschaltete Katalysatorstufe ohne in direktem Kontakt mit dem Katalysator der Katalysatorstufe zu kommen. Dabei ist zur thermischen Einkopplung die Bypass-Leitung, welche eine indirekte Wärmeübertragung von dem aufgeheizten Wärmeträgermedium auf die nachgeschaltete Katalysatorstufe ermöglicht, vorzugsweise in zumindest einem Bereich als Rohrwendel ausgebildet, um so die Oberfläche und damit die Kontaktfläche des Wärmeübertragers zu erhöhen und somit eine möglichst effektive Wärmeübertragung zu ermöglichen.Farther is to the embodiment of the invention in the first variant of inventive method the heated heat transfer medium in the at least one downstream catalyst stage means at least one, preferably in at least one area as a tube coil trained bypass line thermally coupled. Such a thermal coupling means allows a bypass line a simple passage of a heat transfer medium through the downstream Catalyst stage without in direct contact with the catalyst of Catalyst stage to come. This is for thermal coupling the bypass line, which is an indirect heat transfer from the heated Heat transfer medium allows for the downstream catalyst stage, preferably in at least an area formed as a coiled tubing, so as to the surface and so that the contact surface of the heat exchanger to increase and thus one possible effective heat transfer to enable.

Bevorzugt wird in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bei der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens mindestens eine der nachgeschalteten Katalysatorstufe zugeordnete Reformerproduktzuleitung und mindestens eine Bypass-Leitung mittels einer, vorzugsweise der mindestens einen nachgeschalteten Katalysatorstufe nachgeschalteten Ventilanordnung leitungsgesteuert. Eine solche Leitungssteuerung mittels einer Ventilanordnung ermöglicht eine einfache Flusssteuerung der nachgeschalteten Katalysatorstufe zugeordneten Reformerproduktzuleitung und der mindestens einen Bypass-Leitung. Mittels einer solchen Leitungssteuerung kann je nach regulärem Betrieb oder nach Aufwärmphase das Reformerprodukt oder das Wärmeträgermedium in die Reformerproduktzuleitung bzw. die Bypass-Leitung geleitet werden.Prefers is in a further embodiment of the invention in the first Variant of the method according to the invention associated with at least one of the downstream catalytic converter stage Reformerproduktzuleitung and at least one bypass line by means of a, preferably the at least one downstream catalyst stage downstream valve arrangement line-controlled. Such Line control by means of a valve arrangement allows a simple flow control of the downstream catalyst stage associated reformer product supply line and the at least one bypass line. By means of such a line control can vary depending on regular operation or after warm-up the reformer product or the heat transfer medium directed into the reformer product supply line or the bypass line become.

In einer Ausführungsform der Erfindung weist die erste Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine vorzugsweise in zumindest einem Bereich als Rohrwendel ausgebildete Bypass-Leitung auf. Eine solche Bypass-Leitung ermöglicht ein einfaches Durchleiten eines Wärmeträgermediums durch die nachgeschaltete Katalysatorstufe ohne dass dieses in direktem Kontakt mit den Katalysatoren der Katalysatorstufe kommt. Dabei ist die Bypass-Leitung, welche eine indirekte Wärmeübertragung von dem aufgeheizten Wärmeträgermedium auf die nachgeschaltete Katalysatorstufe ermöglicht, vorzugsweise in zumindest einem Bereich als Rohrwendel ausgebildet, um so mittels einer großen Kontaktfläche eine möglichst effektive Wärmeübertragung zu ermöglichen.In an embodiment The invention relates to the first variant of the device according to the invention a preferably formed in at least one area as a tube coil Bypass line on. Such a bypass line allows a simple passage of a heat transfer medium through the downstream Catalyst stage without this in direct contact with the catalysts the catalyst stage comes. Here is the bypass line, which an indirect heat transfer from the heated heat transfer medium allows for the downstream catalyst stage, preferably in at least a region formed as a coiled tubing, so as by means of a large contact surface a preferably effective heat transfer to enable.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die erste Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine der mindestens einen Katalysatorstufe nachgeschaltete Ventilanordnung auf. Dabei ist die Ventilanordnung vorzugsweise der dem Reformer nachgeschalteten Katalysatorstufe nachgeschaltet, so dass die Ventilanordnung lediglich mit den bereits abgekühlten Wärmeträgermedien oder Reformerprodukten in Kontakt kommt.In a further embodiment The invention relates to the first variant of the device according to the invention one of the at least one catalyst stage downstream valve assembly on. In this case, the valve arrangement is preferably the reformer Downstream catalyst stage downstream, so that the valve assembly only with the already cooled Heat transfer media or reformer products comes into contact.

Bevorzugt wird zur Ausgestaltung der Erfindung bei der zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens im wesentlichen Luft, vorzugsweise Umgebungsluft als das Wärmeträgermedium dem Reformer über die mindestens eine Zuleitung zugeleitet. Wird Luft, vorzugsweise Umgebungsluft als das Wärmeträgermedium zugeleitet, ist es möglich, in der nachgeschalteten Katalysatorstufe insbesondere luftempfindliche, dass heißt insbesondere sauerstoffempfindliche Katalysatoren, zu verwenden, da aufgrund der erfindungsgemäßen Rückleitung der Luft nach einem Durchleiten durch die mindestens eine Katalysatorstufe in den Reformer die Sauerstoffkonzentration der eingeleiteten Luft permanent reduziert, zumindest nicht weiter erhöht wird und daher zumindest eine vollständige Deaktivierung der beispielsweise sauerstoffempfindlichen Katalysatoren verhindert wird.Prefers is the embodiment of the invention in the second variant of inventive method essentially air, preferably ambient air as the heat transfer medium to the reformer the at least one lead supplied. Will air, preferably Ambient air as the heat transfer medium it is possible in the downstream catalytic converter stage in particular air-sensitive, that means especially oxygen-sensitive catalysts, to use because of the return line according to the invention the air after passing through the at least one catalyst stage in the reformer the oxygen concentration of the introduced air permanently reduced, at least not increased further and therefore at least a complete Deactivation of the example, oxygen-sensitive catalysts prevented becomes.

Bevorzugt wird in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bei der zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens das Wärmeträgermedium mittels einer Pumpvorrichtung, vorzugsweise einer Umwälzpumpe zumindest teilweise rückgeleitet. Eine solche zumindest teilweise Rückleitung mittels einer Pumpvorrichtung ermöglicht insbesondere eine schnelle und effektive Rückleitung, so dass das Wärmeträgermedium nur eine geringe Wärmemenge an die Umgebung abgibt. Weiterhin wird ein Stau des Wärmeträgermediums effektiv verhindert.Prefers is in a further embodiment of the invention in the second Variant of the method according to the invention the heat transfer medium by means of a pumping device, preferably a circulating pump at least partially returned. A such at least partial return By means of a pumping device allows in particular a fast and effective return, so that the heat transfer medium only a small amount of heat to the environment. Furthermore, a jam of the heat transfer medium effectively prevented.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die zweite Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Pumpvorrichtung, vorzugsweise eine Umwälzpumpe auf. Eine solche Pumpvorrichtung unterstützt den Fluss des Wärmeüberträgermediums innerhalb durch die das Wärmeübertragungsmedium leitenden Komponenten, Bauteile und/oder Vorrichtungen.In a further embodiment The invention features the second variant of the device according to the invention a pumping device, preferably a circulation pump. Such a pumping device supports the flow of the heat transfer medium within through the heat transfer medium conductive components, components and / or devices.

Schließlich wird bevorzugt in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bei der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zusätzlich einer der Verfahrensschritte der zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt. Bei einer derartigen Kopplung beider Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein besonders effizientes Anfahren einer nachgeschalteten Katalysatorstufe erreicht werden.Finally will preferred in a further embodiment of the invention in the first variant of the method according to the invention additionally one of Process steps of the second variant of the method according to the invention carried out. In such a coupling of both variants of the method according to the invention can be a particularly efficient start-up of a downstream catalyst stage be achieved.

Die vorgenannten sowie beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in Größe, Form, Gestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeptionen keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.The aforementioned and claimed and described in the embodiments to be used according to the invention Components are subject in size, shape, Design, material selection and technical conceptions none special exceptions, so that in the field of application known selection criteria can apply without restriction.

Weitere Einzelheiten, Merkmal und Vorteile des Gegenstands der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen, in der – beispielhaft – ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. In der Zeichnung zeigtFurther Details, feature and advantages of the subject invention emerge from the dependent claims as well as from the following description of the accompanying drawings, in the - exemplary - a preferred Embodiment of Invention is shown. In the drawing shows

1a ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer ersten Variante der Erfindung; 1a a block diagram of an embodiment of the device according to the invention in a first variant of the invention;

1b eine skizzenhafte Darstellung eines Bereichs einer nachgeschalteten Katalysatorstufe; 1b a sketch of a portion of a downstream catalytic converter stage;

2a ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer zweiten Variante der Erfindung; 2a a block diagram of an embodiment of the device according to the invention in a second variant of the invention;

2b ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer zweiten Variante der Erfindung; 2 B a block diagram of another embodiment of the device according to the invention in a second variant of the invention;

3 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer dritten Variante der Erfindung. 3 a block diagram of an embodiment of the device according to the invention in a third variant of the invention.

In 1a ist bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer ersten Variante der Erfindung nach ein Reformer 100 dargestellt, der eine Reformerzuleitung 110 und eine Reformerausleitung 120 aufweist. An der Reformerzuleitung 110 sind eine Wasserzuleitung 104 und eine Brennstoffzuleitung 102 angeschlossen. Die Wasserzuleitung 104 und die Brennstoffzuleitung 102, d.h. insbesondere deren Flussraten, können mittels Ventile (nicht gezeigt) geregelt werden. Die Brennstoffzuleitung 102 liefert kohlenwasserstoffhaltige Energieträger wie Benzin, Diesel, Erdgas oder LPG oder ein Gemisch aus diesen.In 1a is in one embodiment of the device according to the invention in a first variant of the invention for a reformer 100 presented, which is a reformer feed 110 and a reformer exodus 120 having. At the reformer lead 110 are a water supply 104 and a fuel supply line 102 connected. The water supply 104 and the fuel supply 102 ie in particular their flow rates can be controlled by means of valves (not shown). The fuel supply line 102 provides hydrocarbon-based energy carriers such as gasoline, diesel, natural gas or LPG or a mixture of these.

Im regulären Betrieb, d.h. nach einer Aufheizphase, wird ein Gemisch von kohlenwasserstoffhaltigen Energieträgern und Wasser dem Reformer 100 zugeleitet.In regular operation, ie after a heating phase, a mixture of hydrocarbon-containing energy carriers and water is the reformer 100 fed.

In der Aufwärmphase hingegen ist es vorgesehen, lediglich im wesentlichen Wasser über die Wasserzuleitung 104 dem Reformer 100 zur Verfügung zu stellen. Das Wasser dient in diesem Fall als ein Wärmeträgermedium und nicht als eines der Reformeredukte. Ungeachtet dessen wird das Wasser wie im regulären Betrieb durch den Reformer 100, also auch durch die in dem Reformer angeordneten Katalysatoren geleitet. Die Brennstoffzuleitung 102 wird entsprechend für die Phase der Aufheizung im wesentlichen geschlossen oder deren Flussrate zumindest deutlich reduziert.In the warm-up phase, however, it is provided, only substantially water over the water supply 104 the reformer 100 to provide. The water serves in this case as a heat transfer medium and not as one of the reformeducts. Regardless, the water will be as in regular operation by the reformer 100 , So also passed through the arranged in the reformer catalysts. The fuel supply line 102 is correspondingly closed for the heating phase substantially or at least significantly reduced their flow rate.

Um den Reformer 100, d.h. insbesondere den oder die im Reformer 100 vorhandenen Katalysatoren, aufzuheizen, ist der Reformer 100 mit einer Heizvorrichtung 200 ausgestattet. Die Heizvorrichtung 200 kann in beliebiger Weise innerhalb oder außerhalb oder auf sonstiger Art an oder im Reformer 100 angeordnet sein. Zum Betrieb der Heizvorrichtung 200 wird die Heizvorrichtung 200 mittels einer Luftzuleitung 202 und einer Brennstoffzuleitung 204 mit Energie versorgt, um die Heizvorrichtung innerhalb eines geeigneten Temperaturbandes zu betreiben. Neben Flammbrennern oder sonstigen Brennervorrichtungen kann die Heizvorrichtung auch elektrisch betrieben sein. Die Heizvorrichtung 200 ist mit dem Reformer 100 thermisch gekoppelt, so dass ein Wärmestrom W von der Heizvorrichtung 200 zu dem Reformer 100 ausgebildet ist, der ein Aufheizen des Reformers 100 ermöglicht.To the reformer 100 ie in particular the one or the reformer 100 existing catalysts to heat up, is the reformer 100 with a heater 200 fitted. The heater 200 may be in or out of or in any other way or in the reformer 100 be arranged. To operate the heater 200 becomes the heater 200 by means of an air supply line 202 and a fuel supply line 204 energized to operate the heater within a suitable temperature band. In addition to flame burners or other burner devices, the heater can also be electrically operated. The heater 200 is with the reformer 100 thermally coupled, so that a heat flow W from the heater 200 to the reformer 100 is formed, a heating of the reformer 100 allows.

Das von der Wasserzuleitung 104 stammende Wasser, welches über die Reformerzuleitung 110 in den Reformer 100 eingeleitet wird, wird mittels der Heizvorrichtung 200 aufgeheizt und in die Reformerausleitung 120 geleitet. An die Reformerausleitung 120 schließt sich eine zu der Reformerproduktzuleitung 310 und zu einer Bypass-Leitung 320 führende Aufteilung an. Im regulären Betrieb, d.h. wenn sowohl Wasser als auch Brenn stoff dem Reformer zugeleitet werden und diese im Reformer 100 zu dem Reformerprodukt reagieren, wird das aus dem Reformer stammende wasserstoffhaltige Reformerprodukt über die Reformerproduktzuleitung 310 der nachgeschalteten Katalysatorstufe 300 zugeleitet. Die Katalysatorstufe 300 kann beispielsweise eine Hochtemperaturshift-Stufe (HT-Shift), eine Niedertemperaturshift-Stufe (NT-Shift) und/oder eine selektive Oxidationsstufe (Sel-Ox-Stufe) oder eine Kombination der Stufen aufweisen. Das Reformerprodukt ist in der Regel ein wasserstoffhaltiges Gasgemisch, welches auch einen Anteil Kohlenmonoxid enthält und daher für die direkte Verwendung bei vielen Brennstoffzellen ungeeignet ist. Das Reformerprodukt wird daher im regulären Betrieb über die Reformerproduktausleitung 120 durch die Reformerprodukteinleitung 310 in eine nachgeschaltete Katalysatorstufe 300 geleitet. Die Reformerproduktzuleitung 310 führt das Reformerprodukt dabei direkt durch den Katalysator der nachgeschalteten Katalysatorstufe 300, wobei bei der in der nachgeschalteten Katalysatorstufe 300 durchgeführten Katalyse das Katalysatorstufenprodukt über die Katalysatorstufenproduktausleitung 350 ausleitet wird. Das Katalysatorenstufenprodukt ist dabei im wesentlichen ein durch Oxidation am Katalysator von Kohlenmonoxid gereinigtes wasserstoffreiches Gasgemisch. Dieses wird anschließend im regulären Betrieb über eine Ventilvorrichtung 360 in eine Brennstoffzelle 400 geleitet. In der Brennstoffzelle 400 wird dann entsprechend der Brennstoffzellenreaktionen die in dem wasserstoffhaltigen Katalysatorstufenprodukt vorhandene Energie in elektrische Energie umgewandelt.That of the water supply 104 originating water, which via the reformer supply line 110 in the reformer 100 is initiated is by means of the heater 200 heated up and in the Reformerausleitung 120 directed. To the Reformerausleitung 120 joins one to the reformer product lead 310 and to a bypass line 320 leading division. In regular operation, ie when both water and fuel are fed to the reformer and these in the reformer 100 react to the reformer product, the resulting from the reformer hydrogen-containing reformer product via the reformer product feed line 310 the downstream catalyst stage 300 fed. The catalyst stage 300 For example, it may have a high-temperature shift (HT) shift, a low-temperature shift (NT) shift, and / or a selective oxidation (Sel-Ox) step, or a combination of the steps. The reformer product is usually a hydrogen-containing gas mixture which also contains a proportion of carbon monoxide and is therefore unsuitable for direct use in many fuel cells. The reformer product is therefore in regular operation on the Reformerproduktausleitung 120 through the reformer product introduction 310 in a downstream catalytic converter stage 300 directed. The reformer product supply line 310 leads the reformer product thereby directly through the catalyst of the downstream catalyst stage 300 , wherein in the in the downstream catalyst stage 300 carried out the catalyst stage product via the catalyst stage product discharge 350 is discharged. The catalyst stage product is essentially a hydrogen-rich gas mixture purified by oxidation on the catalyst of carbon monoxide. This is then in regular operation via a valve device 360 in a fuel cell 400 directed. In the fuel cell 400 Then, according to the fuel cell reactions, the energy present in the hydrogenated catalyst step product is converted into electrical energy.

Während der Aufheizphase wird jedoch das aufgeheizte Wasser, welches über die Reformerausleitung 120 den Reformer 100 verlässt, in die Bypassleitung 320 geleitet. Die Bypassleitung 320 stellt eine Umgehungsleitung zu der Reformerproduktzuleitung 310 dar und leitet das aufgeheizte Wasser derart in die nachgeschaltete Katalysatorstufe, d.h. im wesentlichen durch den Katalysator der nachgeschalteten Katalysatorstufe 300, dass ein direkter Kontakt des aufgeheizten Wassers mit dem Katalysator 332 der nachgeschalteten Katalysatorstufe 300 vermieden wird. Der Wärmeübertrag erfolgt stattdessen über einen Wärmeübertrager 330, der im vorliegenden Fall als eine Heizwendel 340 ausgebildet ist. Somit kann der Katalysator 332 der nachgeschalteten Katalysatorstufe 300 indirekt mittels des aufgeheizten Wassers aufgeheizt werden, so dass eine Beschädigung des Katalysators 332 aufgrund einer etwaigen Kondensation des aufgeheizten Wasser in dem Katalysator 332 verhindert wird.During the heating phase, however, the heated water, which via the Reformerausleitung 120 the reformer 100 leaves, in the bypass line 320 directed. The bypass line 320 provides a bypass to the reformer product supply line 310 is and directs the heated water in the downstream catalyst stage, ie essentially by the catalyst of the downstream catalyst stage 300 in that direct contact of the heated water with the catalyst 332 the downstream catalyst stage 300 is avoided. The heat transfer takes place instead via a heat exchanger 330 , in the present case as a heating coil 340 is trained. Thus, the catalyst 332 the downstream catalyst stage 300 be heated indirectly by means of the heated water, so that damage to the catalyst 332 due to any condensation of the heated water in the catalyst 332 is prevented.

Nach Durchlaufen des Wärmeübertragers 330, d.h. in der dargestellten Ausführungsform nach Durchlaufen der Heizwendel 340, wird das nun abgekühlte Wasser durch die Bypassleitung 320 aus der nachgeschalteten Katalysatorstufe 300 in die Ventilvorrichtung 360 geleitet. In der dargestellten Ausführungsform ist die Ventilvorrichtung 360 der nachgeschalteten Katalysatorstufe 300 nachgeschaltet. Wird beispielsweise die Katalysatorstufenproduktausleitung 350 mittels der Ventilvorrichtung 360 geschlossen und gleichzeitig die Bypass-Leitung 320 geöffnet, wird das aus der Reformerausleitung 120 austretende Fluid aufgrund des in der Reformerproduktzuleitung 310 entstehenden Gegendruckes, welcher in Folge des Schließens der mit der Reformerproduktzuleitung 310 in fluidführender Verbindung stehenden Katalysatorstufenproduktausleitung 350 aufgebaut wird, durch die geöffnete und nahezu gegendruckfreie Bypassleitung 320 geleitet. Dieser durch die Bypassleitung 320 führende ist der für die Aufheizphase vorbestimmte Weg. Nach erfolgter Aufheizung, d.h. nach Abschluss der Aufheizphase, wird mittels der Ventilvorrichtung 360 die Bypassleitung 320 bzw. 320' geschlossen und gleichzeitig die Reformerproduktausleitung 350 geöffnet. Der aufgrund der Schließung der Bypassleitung 320/320' entstehende Gegendruck in der Bypassleitung 320 wird das aus der Reformerausleitung 120 ausgeleitete Fluid durch die Reformerproduktzuleitung 310 in die nachgeschaltete Katalysatorstufe 300 geleitet.After passing through the heat exchanger 330 ie in the illustrated embodiment after passing through the heating coil 340 , that is now cooled water through the bypass line 320 from the downstream catalyst stage 300 into the valve device 360 directed. In the illustrated embodiment, the valve device 360 the downstream catalyst stage 300 downstream. If, for example, the catalyst stage product discharge 350 by means of the valve device 360 closed and at the same time the bypass line 320 opened, that is from the Reformerausleitung 120 escaping fluid due to in the Reformerpro duktzuleitung 310 resulting back pressure, which as a result of closing the with the Reformerproduktzuleitung 310 in fluidly contacting catalyst stage product discharge 350 is built, through the open and almost backpressure-free bypass line 320 directed. This through the bypass line 320 leading is the predetermined for the heating phase way. After heating, ie after completion of the heating phase, by means of the valve device 360 the bypass line 320 respectively. 320 ' closed and at the same time the Reformerproduktausleitung 350 open. The due to the closure of the bypass line 320 / 320 ' Resulting back pressure in the bypass line 320 will that be the result of the reformer exodus 120 discharged fluid through the Reformerproduktzuleitung 310 in the downstream catalyst stage 300 directed.

Je nach Betriebsmodus, d.h. entweder Aufheizphase oder regulärer Betrieb, kann daher über eine entsprechende Einstellung der Ventilvorrichtung 360 das aus dem Reformer 100 stammende und über die Reformerausleitung 120 ausgeleitete Fluid, welches während der Aufheizphase das aufgeheiztes Wasser als Wärmeträgermedium und während des regulären Betriebs ein wasserstoffhaltiges Reformerproduktgas ist, entweder in die Reformerproduktzuleitung 310 (im regulären Betrieb) oder durch die Bypassleitung 320 (während der Aufheizphase) geleitet werden. Die Position der Ventilvorrichtung in der dargestellten Ausführungsform ist vorteilhafterweise der nachgeschalteten Katalysatorstufe 300 nachgeschaltet, da die an dieser Position die durch die Ventilvorrichtung 360 fließenden Fluide bereits abgekühlt sind. Es ist jedoch auch denkbar, die Ventilvorrichtung 360 an jeder anderen möglichen Stelle, beispielsweise zwischen Reformer 100 und nachgeschalteter Katalysatorstufe 300, anzuordnen.Depending on the operating mode, ie either heating phase or regular operation, therefore, via a corresponding adjustment of the valve device 360 that from the reformer 100 and about the Reformerausleitung 120 discharged fluid, which during the heating phase, the heated water as a heat transfer medium and during normal operation is a hydrogen-containing reformer product gas, either in the Reformerproduktzuleitung 310 (in regular operation) or through the bypass line 320 (during the heating phase) are passed. The position of the valve device in the illustrated embodiment is advantageously the downstream catalytic converter stage 300 downstream, because at this position the through the valve device 360 flowing fluids are already cooled. However, it is also conceivable, the valve device 360 in any other possible place, for example between reformers 100 and downstream catalyst stage 300 to arrange.

In 1b ist eine schematische Darstellung eines Bereichs einer nachgeschalteten Katalysatorstufe 300. Diese weist gemäß der Ausführungsform nach der ersten Variante der Erfindung einen Abschnitt der das aufgeheizte Wärmeträgermedium in die nachgeschaltete Katalysatorstufe 300 einleitenden Bypass-Leitung 320, eine die Wärme des aufgeheizten Wärmeträgermediums in die Umgebung – den Katalysator 332 – ausleitende Heizwendel 340 und einen Abschnitt der das abgekühlte Wärmeträgermedium aus der nachgeschalteten Katalysatorstufe 300 ausleitenden Bypass-Leitung 320' auf. Bypass-Leitung 320, Heizwendel 340 und Bypass-Leitung 320' sind in fluidführender Weise miteinander leitungsverbunden. Der Katalysator 332 kann ein beliebiger für den Zweck der Katalysatorstufe 300 geeigneter Katalysator sein, wie beispielsweise ein Fe-Cr- Katalysator, ein Cu-Zn-Katalysator oder eine beliebige Mischung aus unterschiedlichen geeigneten Stoffen sein. Auch ist – ganz allgemein – der Katalysator 332 nicht auf eine Einheit beschränkt. Es ist denkbar und praxisnah, eine Mehrzahl von gleichen oder unterschiedlichen Katalysatoren einzusetzen. Dies gilt mutatis mutandis auch für den Katalysator des Reformers 100. Ebenso kann der Katalysator 332 in unterschiedlichen Formen in die nachgeschaltete Katalysatorstufe 300 eingebracht sein, beispielsweise als Schüttung.In 1b is a schematic representation of a portion of a downstream catalyst stage 300 , This has according to the embodiment of the first variant of the invention, a portion of the heated heat transfer medium in the downstream catalyst stage 300 introductory bypass line 320 , one the heat of the heated heat transfer medium into the environment - the catalyst 332 - conductive heating coil 340 and a portion of the cooled heat transfer medium from the downstream catalyst stage 300 conductive bypass line 320 ' on. Bypass line 320 , Heating coil 340 and bypass line 320 ' are conductively connected together in a fluid-conducting manner. The catalyst 332 can be any one for the purpose of the catalyst stage 300 be suitable catalyst such as a Fe-Cr catalyst, a Cu-Zn catalyst or any mixture of different suitable materials. Also, quite generally, is the catalyst 332 not limited to one unit. It is conceivable and practical to use a plurality of identical or different catalysts. This also applies mutatis mutandis to the catalyst of the reformer 100 , Likewise, the catalyst 332 in different forms in the downstream catalyst stage 300 be introduced, for example as a bed.

Während der Aufheizphase wird über die Bypassleitung 320 das aufgeheizte Wasser der nachgeschalteten Katalysatorstufe 300 zugeleitet, jedoch ohne in direktem Kontakt mit dem in der nachgeschalteten Katalysatorstufe 300 vorhandenen Katalysator 332 zu gelangen. Das aufgeheizte Wasser fließt anschließend in eine Heizwendel 340, welche aufgrund der großen Kontaktfläche zu dem Katalysator 332 im besonderen Maße eine indirekte Wärmeübertragung der in dem aufgeheizten Wasser vorhandenen Wärme zu dem Katalysator 332 ermöglicht. Während der Katalysator 332 indirekt aufgeheizt wird, kühlt sich das aufgeheizte Wasser während des Durchfließens durch die Heizwendel 340 ab, so dass das nun abgekühlte Wasser über die Bypassleitung 320' aus der nachgeschalteten Katalysatorstufe 300 ausgeleitet wird.During the heating phase is via the bypass line 320 the heated water of the downstream catalyst stage 300 fed, but without being in direct contact with that in the downstream catalyst stage 300 existing catalyst 332 to get. The heated water then flows into a heating coil 340 due to the large contact area to the catalyst 332 in particular, an indirect heat transfer of the heat present in the heated water to the catalyst 332 allows. While the catalyst 332 is indirectly heated, the heated water cools during the flow through the heating coil 340 so that the now cooled water over the bypass line 320 ' from the downstream catalyst stage 300 is discharged.

Zusätzlich zu den beschriebenen Bauelementen und/oder Vorrichtungen ist in der 1b auch die Reformerproduktzuleitung 310 dargestellt, welche im regulären Betrieb das Reformerprodukt durch den Katalysator 332 führt. Über die Katalysatorstufenproduktausleitung 350 wird im regulären Betrieb das Katalysatorstufenproduktausleitung aus der nachgeschalteten Katalysatorstufe 300 ausgeleitet.In addition to the described components and / or devices is in the 1b also the reformer product supply line 310 which in regular operation, the reformer product by the catalyst 332 leads. About the catalyst stage product discharge 350 In regular operation, the catalyst stage product discharge is from the downstream catalyst stage 300 discharged.

Erfindungsgemäß sind die Leiteinrichtungen 320, 340, 320' einerseits und die Leiteinrichtungen 310, 350 andererseits im wesentlichen voneinander separiert und bilden für die beschriebenen Zwecke unterschiedliche Wege innerhalb und durch die nachgeschaltete Katalysatorstufe 300 aus.According to the invention, the guide devices 320 . 340 . 320 ' on the one hand and the guiding devices 310 . 350 on the other hand substantially separated from each other and form for the purposes described different ways within and through the downstream catalyst stage 300 out.

Bei der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer zweiten Variante der Erfindung nach 2a und 2b weist die Vorrichtung einen Reformer 100 auf, an welchem eine Reformerzuleitung 110 und eine Reformerausleitung 120 angeordnet sind. Wiederum kann der Reformerzuleitung 110 über eine Wasserzuleitung 104 und/oder einer Brennstoffzuleitung 102 Wasser, Brennstoff und/oder ein Wasser-Brennstoffgemisch zugeleitet werden. Weiterhin weist der Reformer 100 eine Heizvorrichtung 200 auf, welche mittels einer Luftzuleitung 202 und einer Brennstoffzuleitung 204 mit Energie versorgt werden kann. Auch in dieser Variante sind elektrische oder sonstige Heizvorrichtungen denkbar. Mittels eines Wärmestroms W zwischen der Heizvorrichtung 200 und dem Reformer 100 wird der Reformer 100 aufgeheizt.In the embodiment of the device according to the invention in a second variant of the invention according to 2a and 2 B the device has a reformer 100 on, on which a reformer supply line 110 and a reformer exodus 120 are arranged. Again, the reformer supply 110 via a water supply 104 and / or a fuel supply line 102 Water, fuel and / or a water-fuel mixture are supplied. Furthermore, the reformer points 100 a heater 200 on, which by means of an air supply line 202 and a fuel supply line 204 can be supplied with energy. Also in this variant, electrical or other heating devices are conceivable. By means of a heat flow W between the heater 200 and the reformer 100 becomes the reformer 100 heated.

Im regulären Betrieb wird dem Reformer 100 über die Reformerzuleitung 110 ein Wasser-Brennstoffgemisch zugeleitet. Dieser setzt sich aus dem von der Brennstoffzuleitung 102 stammenden Brennstoff und aus dem von der Wasserleitung 104 stammenden Wasser zusammen. Das aufgeheizte Reformerprodukt wird anschließend über die Reformerausleitung 120 und über die sich daran anschließende Reformerproduktzuleitung 310 in die nachgeschalteten Katalysatorstufe 300 eingeleitet. Die Reformerproduktzuleitung 310 führt das Reformerprodukt direkt durch den Katalysator der nachgeschalteten Katalysatorstufe 300, wobei bei der in der nachgeschalteten Katalysatorstufe 300 durchgeführten Katalyse das Katalysatorstufenprodukt über die Katalysatorstufenproduktausleitung 350 ausgeleitet wird. Das Katalysatorenstufenprodukt ist dabei im wesentlichen ein durch Oxidation am Katalysator von Kohlenmonoxid gereinigtes wasserstoffreiches Gasgemisch. Diese wird anschließend in ei ne Brennstoffzelle 400 geleitet. In dieser Brennstoffzelle wird im regulären Betrieb die in dem Katalysatorstufenprodukt enthaltene Energie in elektrischen Strom umgewandelt. Gemäß der zweiten Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist diese eine Rückleitung 380 auf, die gemäß 2a beispielsweise mit einer Ausleitung einer Brennstoffzelle über einen Leitungsteiler (beispielsweise in einer einfachen Form ein T-Stück) verbunden oder gemäß 2b beispielsweise mittels einer Ventilvorrichtung 385 mit der Katalysatorstufenproduktausleitung 350 verbunden ist. Die Ventilvorrichtung 385 ist lediglich optional. Auf eine Anordnung kann bei Verwendung einer Pumpvorrichtung 370, welche schaltbar ist, gemäß 2a verzichtet werden.In regular operation becomes the reformer 100 about the reformer supply 110 fed a water-fuel mixture. This is made up of the fuel supply line 102 originating fuel and from the water pipe 104 coming together water. The heated reformer product is then on the Reformerausleitung 120 and about the subsequent reformer product supply line 310 in the downstream catalyst stage 300 initiated. The reformer product supply line 310 leads the reformer product directly through the catalyst of the downstream catalyst stage 300 , wherein in the in the downstream catalyst stage 300 carried out the catalyst stage product via the catalyst stage product discharge 350 is discharged. The catalyst stage product is essentially a hydrogen-rich gas mixture purified by oxidation on the catalyst of carbon monoxide. This is then in ei ne fuel cell 400 directed. In this fuel cell, during normal operation, the energy contained in the catalyst stage product is converted to electrical power. According to the second variant of the device according to the invention, this has a return line 380 on, according to 2a For example, connected to a discharge of a fuel cell via a line divider (for example, in a simple form a tee) or according to 2 B for example by means of a valve device 385 with the catalyst stage product discharge 350 connected is. The valve device 385 is only optional. On an arrangement, when using a pumping device 370 , which is switchable, according to 2a be waived.

Wie bereits bei der Vorrichtung gemäß Variante 1 beschrieben, kann die Wasserzuleitung 104 bzw. die Brennstoffzuleitung 102 geregelt werden, d.h. insbesondere die Flussraten der Zuleitungen 102 und/oder 104.As with the device according to variant 1 described, can the water supply 104 or the fuel supply line 102 be regulated, ie in particular the flow rates of the supply lines 102 and or 104 ,

Während der Aufheizphase wird dem Reformer 100 statt einem Wasser-Brennstoffgemisch über die Brennstoffzuleitung 102 Umgebungsluft zugeleitet. D.h. im Detail, dass die Wasserzuleitung 104 während der Aufheizphase im wesentlichen geschlossen wird und dem Reformer 100 im wesentlichen alleine über die Zuleitung 104 statt beispielsweise Brennstoffgas Umgebungsluft eingeleitet wird. Die Umgebungsluft wird dabei über die Reformerzuleitung 110 in das Innere des Reformers 100 geleitet. Mittels der Heizvorrichtung 200 wird die in dem Reformer 100 eingeleitete Umgebungsluft aufgeheizt und über die Reformerausleitung 120 bzw. der Reformerproduktzuleitung 310 in die nachgeschaltete Katalysatorstufe 300 eingeleitet. Dabei wird die Umgebungsluft direkt durch den in der nachgeschalteten Katalysatorstufe 300 vorhandenen Katalysator geleitet. Die Umgebungsluft heizt dabei den in der nachgeschalteten Katalysatorstufe 300 vorhandenen Katalysator auf. Gleichzeitig führt der in der Umgebungsluft vorhandene Luftsauerstoff zu einer partiellen Oxidation des Katalysators und damit zu einer Teildeaktivierung des Katalysators. Die partielle Oxidation an dem Katalysator führt gleichzeitig zu einer Verringerung des Anteils des Luftsauerstoffs in der zugeleiteten Umgebungsluft.During the heating up becomes the reformer 100 instead of a water-fuel mixture over the fuel supply line 102 Ambient air supplied. Ie in detail that the water supply 104 during the heating phase is substantially closed and the reformer 100 essentially alone via the supply line 104 instead of, for example, fuel gas ambient air is introduced. The ambient air is via the reformer feed line 110 into the interior of the reformer 100 directed. By means of the heater 200 becomes the one in the reformer 100 introduced ambient air heated and the Reformerausleitung 120 or the reformer product supply line 310 in the downstream catalyst stage 300 initiated. The ambient air is directly through the in the downstream catalytic converter stage 300 passed existing catalyst. The ambient air heats up in the downstream catalytic converter stage 300 existing catalyst on. At the same time, the atmospheric oxygen present in the ambient air leads to a partial oxidation of the catalyst and thus to a partial deactivation of the catalyst. The partial oxidation on the catalyst simultaneously leads to a reduction in the proportion of atmospheric oxygen in the ambient air supplied.

Erfindungsgemäß wird die Umgebungsluft entweder nach einer Durchführung durch eine Brennstoffzelle 400 (gemäß 2a) oder direkt nach der Ausleitung aus der nachgeschalteten Katalysatorstufe 300 (gemäß 2b) in die Rückleitung 380 geleitet. Für eine derartige Rückleitung wird vorzugsweise eine Ventilvorrichtung 385 (gemäß 2b) angeordnet, die je nach Zustand die Umgebungsluft entweder in die nachgeschaltete Brennstoffzelle 400 beziehungsweise direkt in die Umgebungsluft, oder in die Rückleitung 380 leitet. Die Ventilvorrichtung kann über unterschiedliche Einstellungen verfügen, so dass beispielsweise auch eine nur teilweise Rückleitung der Umgebungsluft realisiert werden kann. Die Ventilsteuerung kann auch an anderen Positionen angeordnet sein, sie ist jedoch lediglich optional, da eine Leitungssteuerung auch mittels der Pumpvorrichtung 370 realisiert werden kann. Die mit der Rückleitung 380 verbundene Pumpvorrichtung 370, welche vorzugsweise eine Umwälzpumpe ist, leitet dabei die abgekühlte und sauerstoffreduzierte Umgebungsluft zurück zu der Brennstoffzuleitung 104, von welcher sie erneut in die Reformerzuleitung 110 geleitet wird. Dabei wird erfindungsgemäß keine oder nur ein geringer Teil frischer Umgebungsluft, welche einen höheren Sauerstoffanteil aufweist, dem System zugeführt. Die nun abgekühlte und sauerstoffreduzierte Umgebungsluft wird erneut in den Reformer 100 eingeleitet, in diesem erneut aufgeheizt und anschließend über die Reformerausleitung bzw. der Reformerproduktzuleitung 310 erneut in die nachgeschaltete Katalysatorstufe 300 eingeleitet. Die aufgeheizte Umgebungsluft heizt dabei aufgrund des direkten Kon taktes mit dem Katalysator in der nachgeschalteten Katalysatorstufe 300 diesen auf und wird gleichzeitig von den Katalysatoren weiter oxidiert. Nach einem zweiten Durchlaufen der nachgeschalteten Katalysatorstufe 300 weist die zirkulierende Umgebungsluft einen weiter reduzierten Anteil Luftsauerstoff auf, so dass die Umgebungsluft aufgrund der erfindungsgemäßen Rückleitung zu einem Inertgas, d.h. zu einem Gasgemisch mit einem geringen oder keinem Sauerstoffanteil, konvertiert wird.According to the invention, the ambient air is either after being passed through a fuel cell 400 (according to 2a ) or directly after discharge from the downstream catalyst stage 300 (according to 2 B ) in the return line 380 directed. For such a return line is preferably a valve device 385 (according to 2 B ), which depending on the state, the ambient air either in the downstream fuel cell 400 or directly into the ambient air, or in the return line 380 passes. The valve device may have different settings, so that, for example, only a partial return of the ambient air can be realized. The valve control can also be arranged at other positions, but it is only optional, since a line control also by means of the pumping device 370 can be realized. The with the return 380 connected pumping device 370 , which is preferably a circulating pump, thereby passes the cooled and oxygen-reduced ambient air back to the fuel supply line 104 from which she returned to the reformer supply line 110 is directed. According to the invention, no or only a small part of fresh ambient air, which has a higher oxygen content, is supplied to the system. The now cooled and oxygen-reduced ambient air is returned to the reformer 100 initiated, reheated in this and then on the Reformerausleitung or the Reformerproduktzuleitung 310 again in the downstream catalyst stage 300 initiated. The heated ambient air heats due to the direct con tact with the catalyst in the downstream catalyst stage 300 this on and is also further oxidized by the catalysts. After a second pass through the downstream catalyst stage 300 the circulating ambient air to a further reduced proportion of atmospheric oxygen, so that the ambient air due to the return line according to the invention to an inert gas, ie to a gas mixture with a low or no oxygen content, is converted.

Die Umgebungsluft kann für einen weiteren Zyklus mittels der Pumpvorrichtung 370 über die Rückleitung 380 und der Reformerzuleitung 110 dem Reformer 100 und anschließend über die Reformerausleitung 120 bzw. der Reformerproduktzuleitung 310 der nachgeschalteten Katalysatorstufe 300 zugeleitet werden. Eine weitere Teildeaktivierung der in der nachgeschalteten Katalysatorstufe 300 vorhandenen Katalysatoren findet aufgrund der nun geringen Konzentration von Sauerstoff in der Umgebungsluft nicht mehr statt.The ambient air can for a further cycle by means of the pumping device 370 over the return line 380 and the reformer lead 110 the reformer 100 and then about the Reformerausleitung 120 or the reformer product supply line 310 the downstream catalyst stage 300 be forwarded. Another partial deactivation of in the downstream catalyst stage 300 existing catalysts no longer takes place due to the now low concentration of oxygen in the ambient air.

Dies bedeutet, dass, obwohl die zu Beginn sauerstoffhaltige Umgebungsluft direkt durch die Katalysatoren der nachgeschalteten Katalysatorstufe 300 geleitet wird, nur eine geringfügige Teildeaktivierung der Katalysatoren stattfindet und daher keine speziellen, insbesondere sauerstoffunempfindliche Katalysatoren verwendet werden müssen.This means that, although the initially oxygen-containing ambient air directly through the catalysts of the downstream catalyst stage 300 is conducted, only a slight partial deactivation of the catalysts takes place and therefore no special, especially oxygen-insensitive catalysts must be used.

Um die Katalysatoren nach der Aufheizphase schließlich wieder zu reaktivieren, genügt – da nur ein sehr geringes Volumen der in der nachgeschalteten Katalysatorstufe 300 vorhandenen Katalysatoren deaktiviert wurde – ein Durchfluten der Katalysatoren mit einem Wasserstoff ausweisenden Gasgemisch. Dies kann beispielsweise das Wasser-Brennstoffgasgemisch sein, welches im regulären Betrieb über die Wasserzuleitung 104 bzw. die Brennstoffzuleitung 102 dem Reformer 100 zugeleitet und anschließend der nachgeschalteten Katalysatorstufe 300 eingeleitet wird. Diese verdrängt gleichzeitig die bisher zirkulierende Umgebungsluft, die über die Ventilvorrichtung 385 (gemäß 2b) den Kreislauf verlässt und zusammen mit dem Katalysatorstufenprodukt aus der nachgeschalteten Katalysatorstufe 300 geleitet wird. Die Leitung wird dann für den regulären Betrieb mittels der Ventilvorrichtung 385 (gemäß 2b) und/oder mittels Schließens der Pumpvorrichtung 370 geschlossen.Finally, to reactivate the catalysts after the heating phase, it is sufficient - since only a very small volume of the in the downstream catalyst stage 300 existing catalysts was deactivated - a flooding of the catalysts with a hydrogen-containing gas mixture. This may be, for example, the water-fuel gas mixture, which in regular operation via the water supply 104 or the fuel supply line 102 the reformer 100 fed and then the downstream catalyst stage 300 is initiated. This displaces at the same time the previously circulating ambient air, via the valve device 385 (according to 2 B ) leaves the circuit and together with the catalyst stage product from the downstream catalyst stage 300 is directed. The line then becomes for regular operation by means of the valve device 385 (according to 2 B ) and / or by closing the pumping device 370 closed.

In 3 ist bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer dritten Variante der Erfindung ein Reformer 100 dargestellt, der eine Reformerzuleitung 110 und eine Reformerausleitung 120 aufweist. An der Reformerzuleitung 110 sind eine Wasserzuleitung 104 und eine Brennstoffzuleitung 102 angeschlossen. Die Wasserzuleitung 104 bzw. die Brennstoffzuleitung 102, d.h. insbesondere deren Flussraten, können mittels Ventile (nicht gezeigt) geregelt werden. Die Brennstoffzuleitung 102 liefert kohlenwasserstoffhaltige Energieträger wie Benzin, Diesel, Erdgas oder LPG oder ein Gemisch aus diesen. Er kann jedoch auch Luft, insbesondere Umgebungsluft bereitstellen.In 3 is a reformer in an embodiment of the device according to the invention in a third variant of the invention 100 presented, which is a reformer feed 110 and a reformer exodus 120 having. At the reformer lead 110 are a water supply 104 and a fuel supply line 102 connected. The water supply 104 or the fuel supply line 102 , ie in particular their flow rates, can be regulated by means of valves (not shown). The fuel supply line 102 provides hydrocarbon-based energy carriers such as gasoline, diesel, natural gas or LPG or a mixture of these. However, it can also provide air, in particular ambient air.

Weiterhin weist der Reformer 100 eine Heizvorrichtung 200 auf, welche mittels einer Luftzuleitung 202 und einer Brennstoffzuleitung 204 mit Energie versorgt werden kann. Mittels eines Wärmestroms W zwischen der Heizvorrichtung 200 und dem Reformer 100 wird der Reformer 100 aufgeheizt.Furthermore, the reformer points 100 a heater 200 on, which by means of an air supply line 202 and a fuel supply line 204 can be supplied with energy. By means of a heat flow W between the heater 200 and the reformer 100 becomes the reformer 100 heated.

Gemäß der dritten Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist diese mit einem bereits oben näher beschriebenen Wärmeübertrager 330 ausgestattet, der über eine Bypassleitung 320 mit der Reformerausleitung 120 verbunden ist. Eine ebenfalls mit dem Wärmeübertrager 300 verbundene Bypassleitung 320' endet in eine erste Ventilvorrichtung 360. Die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß der dritten Variante weist zudem eine oben näher beschriebene Rückleitung 380 zum Rückleiten eines Wärmeträgermediums in den Reformer auf. Diese Rückleitung 380 ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der dritten Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer zweiten Ventilvorrichtung 385 verbunden und endet in die Brennstoffzuleitung 102, welche wiederum über die Reformerzuleitung 110 in den Reformer 100 führt. Die zweite Ventilvorrichtung 385 kann in ihrer Funktion mit der Ventilvorrichtung 360 verglichen werden. Je nach Zustand der Ventilvorrichtung 385 kann ein Wärmeträgermedium in die Rückleitung 380 oder aber in die Brennstoffzelle 400 bzw. direkt in die Umgebung geleitet werden.According to the third variant of the device according to the invention this is with a heat exchanger already described in detail above 330 equipped with a bypass line 320 with the Reformerausleitung 120 connected is. One also with the heat exchanger 300 connected bypass line 320 ' ends in a first valve device 360 , The inventive device according to the third variant also has a return described above in more detail 380 for returning a heat transfer medium in the reformer. This return 380 is according to a preferred embodiment of the third variant of the device according to the invention with a second valve device 385 connected and ends in the fuel supply line 102 , which in turn via the reformer supply 110 in the reformer 100 leads. The second valve device 385 Can in its function with the valve device 360 be compared. Depending on the condition of the valve device 385 can a heat transfer medium in the return line 380 or in the fuel cell 400 or directly into the environment.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden die zwei erfindungsgemäßen Varianten, welche in der Vorrichtung gemäß 3 kombiniert sind, alternierend verwendet. Dies bedeutet, dass beispielsweise Wasser als Wärmeträgermedium über die geöffnete Wasserzuleitung 104, bei gleichzeitiger Schließung der Brennstoffzuleitung 102, über die Reformerzuleitung 110 in den Reformer eingeleitet wird. Wie bereits beschrieben, wird das Wasser in den Reformer 100 aufgrund der mit dem Reformer 100 gekoppelten Heizvorrichtung 200 aufgeheizt und gelangt in die Reformerausleitung 120. Während der Aufheizphase wird das aufgeheizte Wasser in die Bypassleitung 320 eingeleitet und von dieser in den Wärmeübertrager 300 geführt, wo eine indirekte Wärmeübertragung der Wärme des aufgeheizten Wasser auf den Katalysator der nachgeschalteten Katalysatorstufe 300 stattfindet. Anschließend wird das abgekühlte Wasser über die Bypassleitung 320' in die Ventilvorrichtung 360 geleitet, welche während der Aufheizphase derart geschaltet ist, dass es das abgekühlte Wasser in die Ventilvorrichtung 385 leitet, welches anschließend wiederum das abgekühlte Wasser beispielsweise in die Brennstoffzelle 400 oder aber in eine sonstige Auffangvorrichtung (nicht gezeigt) leitet.In a preferred embodiment, the two variants according to the invention, which in the device according to 3 combined, used alternately. This means that, for example, water as the heat transfer medium via the open water supply line 104 , with simultaneous closure of the fuel supply line 102 , about the reformer supply 110 into the reformer. As already described, the water is in the reformer 100 because of with the reformer 100 coupled heater 200 heated up and gets into the Reformerausleitung 120 , During the heating phase, the heated water is in the bypass line 320 introduced and from this in the heat exchanger 300 led, where an indirect heat transfer of the heat of the heated water to the catalyst of the downstream catalyst stage 300 takes place. Subsequently, the cooled water over the bypass line 320 ' into the valve device 360 directed, which is connected during the heating phase such that it is the cooled water in the valve device 385 leads, which in turn then the cooled water, for example, in the fuel cell 400 or else into another collecting device (not shown) passes.

Alternierend zu der Aufheizung mit beispielsweise Wasser als Wärmeträgermedium gemäß der ersten Variante der Erfindung kann auch eine Aufheizung mit Luft, vorzugsweise Umgebungsluft als Wärmeträgermedium durchgeführt werden. Dazu wird die Wasserzuleitung 104 geschlossen und die Brennstoffzuleitung 102 geöffnet. Von der Brennstoffzuleitung 102 wird nun Luft, vorzugsweise Umgebungsluft, über die Reformerzuleitung 110 in den Reformer 100 eingeleitet. Auch hier findet mittels der Heizvorrichtung eine Aufwärmung der als Wärmeträgermedium agierenden Umgebungsluft statt. Die aufgeheizte Umgebungsluft wird über die Reformerausleitung 120 aus dem Reformer 100 ausgeleitet. Die Ventilvorrichtung 360 ist nun derart geschaltet, dass die aufgeheizte Umgebungsluft nicht in die Bypassleitung 320, sondern über die Reformerproduktzuleitung 310 direkt in die nachgeschaltete Katalysatorstufe, d.h. durch den in der nachgeschalteten Katalysatorstufe angeordneten Katalysator, geleitet wird. Die aufgeheizte Umgebungsluft heizt die nachgeschaltete Katalysatorstufe 300 auf und wird anschließend über die Katalysatorstufenproduktausleitung 350 durch die Ventilvorrichtung 360 in die Ventilvorrichtung 385 geleitet, welche die abgekühlte Umgebungsluft in die Rückleitung 380 leitet. Aufgrund der bereits oben näher beschriebenen Reaktionen der aufgeheizten Umgebungsluft mit dem Katalysator der nachgeschalteten Katalysatorstufe weist die durch die nachgeschaltete Katalysatorstufe 300 geleitete Umgebungsluft einen reduzierten Sauerstoffgehalt auf. Die derartig sauerstoffreduzierte Umgebungsluft wird mittels der Pumpvorrichtung 370 für einen weiteren Zyklus zurück zur Brennstoffzuleitung 102 geleitet, von welcher die Umgebungsluft über die Reformerzuleitung 110 in den Reformer 100 geleitet wird. Dieser Zyklus kann beliebig oft wiederholt werden, bis beispielsweise die gewünschte Temperatur der nachgeschalteten Katalysatorstufe 300 erreicht ist oder aber alternierend erneut Wasser als Wärmeträgermedium eingesetzt werden soll.Alternating to the heating with, for example, water as the heat transfer medium according to the first variant of the invention, heating with air, preferably ambient air, can also be carried out as the heat transfer medium. This is the water supply 104 closed and the fuel supply 102 open. From the fuel supply 102 is now air, preferably ambient air, through the reformer supply 110 in the reformer 100 initiated. Again, by means of the heating device, a heating of the ambient air acting as the heat transfer medium takes place. The heated ambient air is via the Reformerausleitung 120 from the reformer 100 discharged. The valve device 360 is now switched so that the heated ambient air is not in the bypass line 320 but about the reformer product supply line 310 directly into the downstream catalyst stage, that is, passed through the catalyst arranged in the downstream catalyst stage. The heated ambient air heats the downstream catalytic converter stage 300 and then via the catalyst stage product discharge 350 through the valve device 360 into the valve device 385 passed, which the cooled ambient air into the return line 380 passes. Due to the already described above in more detail reactions of the heated ambient air with the catalyst of the downstream catalytic converter stage, which points through the downstream catalyst stage 300 conducted ambient air to a reduced oxygen content. The thus oxygen-reduced ambient air is by means of the pumping device 370 for another cycle back to the fuel supply line 102 passed, from which the ambient air via the reformer supply line 110 in the reformer 100 is directed. This cycle can be repeated as often as desired, for example, the desired temperature of the downstream catalyst stage 300 is reached or alternatively water is used again as a heat transfer medium.

Dazu kann die Ventilvorrichtung 385 derart geschaltet werden, dass die Umgebungsluft aus dem System geleitet wird, um eine Vermischen der Umgebungsluft und des Wassers zu vermeiden. Dies kann beispielsweise mittels eines Ausleitens in die Brennstoffzelle 400 oder mittels eines Ausleitens in die Umgebung oder einer sonstigen Auffangvorrichtung (nicht gezeigt) bewirkt werden. Anschließend wird – wie oben beschrieben – die Brennstoffzuleitung 102 geschlossen und gleichzeitig die Wasserzuleitung 104 geöffnet, so dass erneut Wasser als das Wärmeträgermedium verwendet werden kann. Nach erfolgter Aufheizung der nachgeschalteten Katalysatorstufe werden die bisher verwendeten Wärmeträgermedien mittels einer diesbezüglichen Stellung der Ventilvorrichtung 360 und/oder 385 aus dem System ausgeleitet. Dabei ist anzumerken, dass die zum einen die Position der Ventilvorrichtung 385, sofern vorhanden, an anderen geeigneten Positionen angeordnet werden kann. Zudem ist die Ventilvorrichtung 385 optional, da eine Ventilfunktion auch mittels einer speziellen Pumpvorrichtung 370, welche ein Öffnen und Schließen der Rückleitung 380 bewirken kann, möglich ist.For this purpose, the valve device 385 be switched so that the ambient air is discharged from the system to avoid mixing of the ambient air and the water. This can be done, for example, by means of a discharge into the fuel cell 400 or by means of discharging into the environment or other collecting device (not shown). Subsequently, as described above, the fuel supply line 102 closed and at the same time the water supply 104 opened, so that again water can be used as the heat transfer medium. After the heating of the downstream catalyst stage, the previously used heat transfer media by means of a related position of the valve device 360 and or 385 discharged from the system. It should be noted that on the one hand, the position of the valve device 385 , if available, can be arranged at other suitable positions. In addition, the valve device 385 optional, as a valve function also by means of a special pumping device 370 which is an opening and closing of the return line 380 can effect.

Nach erfolgtem Anfahren, dass heißt nach erfolgtem Aufheizen, kann für den dann stattfindenden regulären Betrieb über die Brennstoffzuleitung 102 der Brennstoff und über die Wasserzuleitung 104 eine entsprechende Menge Wasser dem Reformer zugeführt werden.After the start-up, that is after a successful heating, can for the then taking place regular operation on the fuel supply 102 fuel and through water supply 104 an appropriate amount of water is supplied to the reformer.

Weitere Einzelheiten der in der dritten Variante verwendeten Bauteile und Vorrichtungen können den Beschreibungen der Variante 1 und 2 entnommen werden.Further details of the components and devices used in the third variant, the descriptions of the variant 1 and 2 be removed.

100100
Reformerreformer
102102
Brennstoffzuleitungfuel supply line
104104
Wasserzuleitungwater supply
110110
Reformerzuleitungreformer feed
120120
ReformerausleitungReformerausleitung
200200
Heizvorrichtungheater
202202
Luftzuleitungair supply
204204
Brennstoffzuleitungfuel supply line
300300
nachgeschaltete Katalysatorstufedownstream catalyst stage
310310
ReformerproduktzuleitungReformer product supply
320320
Bypass-Leitung (heißer Bereich)Bypass line (hot Area)
320'320 '
Bypass-Leitung (kalter Bereich)Bypass line (cold area)
330330
WärmeübertragerHeat exchanger
332332
Katalysatorcatalyst
340340
Heizwendelheating coil
350350
KatalysatorstufenproduktausleitungKatalysatorstufenproduktausleitung
360360
Ventilvorrichtungvalve device
370370
Pumpvorrichtungpumping device
380380
Rückleitungreturn
385385
Ventilvorrichtungvalve device
400400
Brennstoffzellefuel cell
WW
Wärmestromheat flow

Claims (14)

Verfahren zum Aufheizen mindestens einer einem Reformer nachgeschalteten Katalysatorstufe, wobei dem Reformer ein Wärmeträgermedium über mindestens eine Zuleitung zugeleitet und dieses mittels mindestens einer Heizvorrichtung aufgeheizt wird, gekennzeichnet durch eine thermische Einkopplung des aufgeheizten Wärmeträgermediums in die mindestens eine nachgeschaltete Katalysatorstufe mittels einer indirekten Wärmeübertragung.Method for heating at least one Reformer downstream catalyst stage, the reformer a Heat transfer medium over at least a supply line and this fed by means of at least one heater is heated, characterized by a thermal coupling the heated heat transfer medium in the at least one downstream catalyst stage means an indirect heat transfer. Verfahren zum Aufheizen mindestens einer einem Reformer nachgeschalteten Katalysatorstufe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Zuführen von im wesentlichen Wasser als das Wärmeträgermedium über die mindestens eine Zuleitung.Method for heating at least one reformer downstream catalyst stage according to claim 1, characterized by feeding essentially water as the heat transfer medium via the at least one supply line. Verfahren zum Aufheizen mindestens einer einem Reformer nachgeschalteten Katalysatorstufe nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine thermische Einkopplung des erhitzen Wärmeträgermediums in die mindestens eine nachgeschaltete Katalysatorstufe mittels mindestens einer, vorzugsweise in zumindest einem Bereich als Rohrwendel ausgebildeten Bypass-Leitung.Method for heating at least one reformer downstream catalyst stage according to claim 1 or 2, characterized by a thermal coupling of the heated heat transfer medium in the at least a downstream catalytic converter stage by means of at least one, preferably formed in at least one area as a tube coil Bypass line. Verfahren zum Aufheizen mindestens einer einem Reformer nachgeschalteten Katalysatorstufe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Leitungssteuerung mindestens einer dem Reformer zugeordneten Ausleitung und mindestens einer Bypass-Leitung mittels einer, vorzugsweise der mindestens einen Katalysatorstufe nachgeschalteten Ventilanordnung.A process for heating at least one reformer downstream catalyst stage according to any one of the preceding claims, ge characterized by a line control of at least one reformer associated discharge and at least one bypass line by means of a, preferably the at least one catalyst stage downstream valve assembly. Vorrichtung zum Aufheizen mindestens einer einem Reformer nachgeschalteten Katalysatorstufe, mindestens auf weisend einen Reformer, eine dem Reformer zugeordnete Zuleitung, eine dem Reformer zugeordnete Ausleitung, eine dem Reformer zugeordnete Heizvorrichtung und mindestens eine dem Reformer nachgeschaltete Katalysatorstufe, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens einen Wärmeübertrager zum indirekten Übertragen von Wärme aufweist.Device for heating at least one Reformer downstream catalyst stage, at least pointing a reformer, a feeder associated with the reformer, a Reformer associated drain, a reformer associated heater and at least one catalyst stage downstream of the reformer, characterized in that the device comprises at least one heat exchanger for the indirect transfer of Has heat. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager eine, vorzugsweise in zumindest einem Bereich als Rohrwendel ausgebildete Bypass-Leitung aufweist.Device according to claim 5, characterized in that that the heat exchanger a, preferably formed in at least one area as a tube helix Bypass line has. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine, vorzugsweise der mindestens einen Katalysatorstufe nachgeschaltete Ventilanordnung aufweist.Apparatus according to claim 5 or 6, characterized in that the device comprises one, preferably the at least one catalyst stage Having downstream valve assembly. Verfahren zum Aufheizen mindestens einer einem Reformer nachgeschalteten Katalysatorstufe, wobei dem Reformer ein Wärmeträgermedium über mindestens eine Zuleitung zugeleitet und dieses mittels mindestens einer Heizvorrichtung aufgeheizt wird, gekennzeichnet durch eine zumindest teilweise Rückleitung des Wärmeträgermediums nach einem Durchleiten durch die mindestens eine nachgeschaltete Katalysatorstufe in den Reformer.Method for heating at least one reformer downstream catalyst stage, the reformer, a heat transfer medium over at least a supply line and this fed by means of at least one heater is heated, characterized by an at least partial return the heat transfer medium after passing through the at least one downstream Catalyst stage in the reformer. Verfahren zum Aufheizen mindestens einer einem Reformer nachgeschalteten Katalysatorstufe nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein Zuführen von im wesentlichen Luft, vorzugsweise Umgebungsluft als das Wärmeträgermedium über die mindestens eine Zuleitung.Method for heating at least one reformer downstream catalyst stage according to claim 8, characterized by feeding of substantially air, preferably ambient air as the heat transfer medium over the at least one supply line. Verfahren zum Aufheizen mindestens einer einem Reformer nachgeschalteten Katalysatorstufe nach Anspruch 9, ge kennzeichnet durch eine zumindest teilweise Rückleitung des Wärmeträgermediums mittels eine Pumpvorrichtung, vorzugsweise einer Umwälzpumpe.Method for heating at least one reformer Downstream catalyst stage according to claim 9, characterized by an at least partial return the heat transfer medium by means of a pumping device, preferably a circulating pump. Vorrichtung zum Aufheizen mindestens einer einem Reformer nachgeschalteten Katalysatorstufe, mindestens aufweisend einen Reformer, eine dem Reformer zugeordnete Zuleitung, eine dem Reformer zugeordnete Ausleitung, eine dem Reformer zugeordnete Heizvorrichtung und mindestens eine dem Reformer nachgeschaltete Katalysatorstufe dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens eine Rückleitung zum Rückleiten eines Wärmeträgermediums in den Reformer aufweist.Device for heating at least one Reformer downstream catalyst stage, at least having a reformer, a feeder associated with the reformer, a Reformer associated drain, a reformer associated heater and at least one reformer downstream catalyst stage characterized in that the device has at least one return line for returning a heat transfer medium in the reformer has. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Pumpvorrichtung, vorzugsweise eine Umwälzpumpe aufweist.Device according to claim 11, characterized in that that the device is a pumping device, preferably a circulation pump having. Verfahren zum Aufheizen mindestens einer einem Reformer nachgeschalteten Katalysatorstufe wobei dem Reformer ein Wärmeträgermedium über mindestens eine Zuleitung zugeleitet und dieses mittels mindestens einer Heizvorrichtung aufgeheizt wird, gekennzeichnet durch ein vorzugsweise alternierendes Durchführen eines der Verfahrensschritte 1 bis 4 und eines der Verfahrensschritte 8 bis 10.Method for heating at least one catalyst stage downstream of a reformer, wherein the reformer is supplied with a heat transfer medium via at least one supply line and this is heated by means of at least one heating device, characterized by a preferably alternating execution of one of the method steps 1 to 4 and one of the method steps 8th to 10 , Vorrichtung zum Aufheizen mindestens einer einem Reformer nachgeschalteten Katalysatorstufe, mindestens aufweisend einen Reformer, eine dem Reformer zugeordnete Zuleitung, eine dem Reformer zugeordnete Ausleitung, eine dem Reformer zugeordnete Heizvorrichtung und mindestens eine dem Reformer nachgeschaltete Katalysatorstufe, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens einen Wärmeübertrager zum indirekten Übertragen von Wär me und eine Rückleitung zum Rückleiten eines Wärmeträgermediums in den Reformer aufweistDevice for heating at least one Reformer downstream catalyst stage, at least having a reformer, a feeder associated with the reformer, a Reformer associated drain, a reformer associated heater and at least one catalyst stage downstream of the reformer, characterized in that the device comprises at least one heat exchanger for the indirect transfer of Warm me and a return for returning a heat transfer medium in the reformer has
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