AT528078A1 - Kontrollverfahren und Anordnung zum Kontrollieren einer Reformertemperatur - Google Patents
Kontrollverfahren und Anordnung zum Kontrollieren einer ReformertemperaturInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kontrollverfahren zum Kontrollieren einer Refor- mertemperatur mit den Schritten: Teilen eines Stroms aus Reformer-Gas (22) in einen Strom aus Reformer-Zuführgas (24) und einen Strom aus Reformer-Bypass-Gas (26) mittels eines Reformer-Gas- Strömungsteilers (28), Leiten des Stroms aus Reformer-Zuführgas (24) über ein Hochtemperaturventil (30) und einen Reformer (20) zur Dampfreformierung, Leiten des Stroms aus Reformer-Bypass-Gas (26) über einen Oxidations-Katalysator (40) zur Reinigung von Abgasen, wobei mittels des Hochtemperaturventils (30) der Durchlass des Stroms aus Reformer- Zuführgas (24) durch das Hochtemperaturventil (30) und den Reformer (20) kontrolliert wird, um dadurch die Reformertemperatur zu kontrollieren.
Description
Kontrollverfahren und Anordnung zum Kontrollieren einer Reformertemperatur
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kontrollverfahren zum Kontrollieren einer Reformertemperatur, eine Anordnung zum Kontrollieren einer Reformertemperatur und ein
Brennstoffzellensystem mit einer solchen Anordnung.
Im Stand der Technik ist bekannt, dass mittels eines Reformers ein wasserstoffhaltiges Reformat oder Synthesegas aus einem Brennstoff erzeugt werden kann. Bei dieser Dampfreformierung wird Wasserstoff aus kohlenstoffhaltigen Energieträgern und Wasser erzeugt. Dabei werden zur Dampfreformierung Katalysatoren eingesetzt. Ebenfalls ist es wichtig, dass der Reformer eine Reformertemperatur in einem bestimmten Tem-
peraturbereich aufweist.
Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen
Reformer effizient passend zu temperieren.
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Kontrollverfahren zum Kontrollieren einer Reformertemperatur mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Anordnung zum Kontrollieren einer Reformertemperatur mit den Merkmalen des Anspruchs 10 sowie ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 16. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Anordnung sowie dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird
beziehungsweise werden kann.
Demgemäß wird ein Kontrollverfahren zum Kontrollieren einer Reformertemperatur
beschrieben. Das Kontrollverfahren weist die folgenden Schritte auf:
Teilen eines Stroms aus Reformer-Gas in einen Strom aus Reformer-Zuführgas und
einen Strom aus Reformer-Bypass-Gas mittels eines Reformer-Gas-Strömungsteilers,
Reformer zur Dampfreformierung,
Leiten des Stroms aus Reformer-Bypass-Gas über einen Oxidations-Katalysator zur
Reinigung von Abgasen,
wobei mittels des Hochtemperaturventils der Durchlass des Stroms aus Reformer-Zuführgas durch das Hochtemperaturventil und den Reformer kontrolliert wird, um
dadurch die Reformertemperatur zu kontrollieren.
Dadurch, dass der Durchlass des Stroms aus Reformer-Zuführgas mittels des Hochtemperaturventils kontrolliert wird, wird gleichzeitig kontrolliert, wie groß der Anteil des Reformer-Gases ist, welcher als Reformer-Zuführgas durch den Reformer strömt, und wie groß der Anteil des Reformer-Gases ist, welcher als Reformer-Bypass-Gas durch den Oxidations-Katalysator strömt. Der Durchlass durch das Hochtemperaturventil bestimmt den Massenstrom des Reformer-Zuführgases durch den Reformer. Damit kann
mittels des Hochtemperaturventils die Reformertemperatur kontrolliert werden.
Je stärker das Hochtemperaturventil den Durchlass des Reformer-Zuführgases begrenzt, desto mehr Reformer-Gas fließt als Reformer-Bypass-Gas über den Oxidations-Katalysator. Der Strömungspfad mit dem Oxidations-Katalysator stellt demnach einen Bypass dar. Je stärker der Durchlass des Hochtemperaturventils geschlossen ist, desto höher wird der Druck in dem Strom aus Reformer-Zuführgas, so dass dann mehr Reformer-Gas als Reformer-Bypass-Gas in den Bypass mit dem Oxidations-Ka-
talysator fließt.
Das Hochtemperaturventil kann als Schmetterlingsklappe ausgebildet sein. Weiter kann das Hochtemperaturventil kontinuierlich einstellbar sein. Insbesondere ist es möglich das Hochtemperaturventil elektronisch einzustellen. Der Durchlass des Hochtemperaturventils kann zwischen 0% und 100% Durchlass eingestellt werden. Weiter
ist das Hochtemperaturventil insbesondere für hohe Temperaturen geeignet.
Der Reformer kann Teil eines Brennstoffzellensystems sein. Dabei kann das Brennstoffzellensystem einen oder mehrere Brennstoffzellenstapel aufweisen. Die mehreren Brennstoffzellenstapel können wiederum einen Teil eines Brennstoffzellenstapelturms bilden.
Der Reformer ist eine Vorrichtung, welche aus einem Brennstoff Wasserstoff, ein was-
serstoffhaltiges Reformat und/oder ein Synthesegas erzeugen kann. Als chemische
Reaktion liegt eine Dampfreformierung zugrunde. Die Dampfreformierung ist ein Ver-
fahren zur Herstellung von Wasserstoff aus kohlenstoffhaltigen Energieträgern und
Wasser.
Der Oxidations-Katalysator reduziert den Anteil von z.B. Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffen und/oder Formaldehyd in den Verbrennungsabgasen. Er wandelt gasförmige Schadstoffe durch Oxidation in unschädliche Stoffe um, wie beispielsweise Koh-
lenstoffdioxid und/oder Wasser.
Der Strom aus Reformer-Zuführgas wird über ein Hochtemperaturventil und einen Reformer geleitet. Dies kann bedeuten, dass der Strom aus Reformer-Zuführgas durch das Hochtemperaturventil und den Reformer hindurchströmt. Dabei kann zwischen dem Strom aus Reformer-Zuführgas und dem Reformer ein Wärmeaustausch stattfinden. Dabei wird Wärmeenergie zwischen dem Reformer-Zuführgas und dem Reformer ausgetauscht. Auf diese Weise kann die Reformertemperatur oder die ReformatGleichgewichtstemperatur mittels des Stroms aus Reformer-Zuführgas kontrolliert
werden.
Der Strom aus Reformer-Bypass-Gas wird über einen Oxidations-Katalysator geleitet. Dies kann bedeuten, dass der Strom aus Reformer-Bypass-Gas durch den OxidationsKatalysator hindurchströmt. Dieses Reformer-Bypass-Gas ist im Wesentlich sauerstoffabgereicherte Luft aus dem Brennstoffzellenstapel. Es wird insbesondere im Bypass mit dem Anodenabgas gemischt. Dieses (jetzt brennbare) Gemisch wird insbesondre im Oxidations-Katalysator umgesetzt. Ohne Die Mischung mit dem Anodenabgas kann das Reformer-Bypass Gas nicht umgesetzt werden oder es würde nicht bren-
nen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Kontrollverfahrens weist der Strom aus Reformer-Bypass-Gas einen höheren Druck auf als der Strom aus Reformer-Zuführgas. Vorteilhafterweise kann dadurch sichergestellt werden, dass das Hochtemperaturventil funktioniert. Damit kann mittels des Hochtemperaturventils der Durchfluss des Reformer-Zuführgases durch den Reformer kontrolliert werden. Somit kann wiederum die
Temperatur des Reformers eingestellt werden.
Insbesondere können der Strom aus Reformer-Bypass-Gas und der Strom aus Refor-
mer-Zuführgas bezüglich des Drucks im Wesentlichen ausgeglichen sein. Hierfür kann
es wichtig sein, dass die Massenströme über beide Pfade, d.h. der Massenstrom des
Stroms aus Reformer-Bypass-Gas und der Massenstrom des Stroms aus Reformer-
Zuführgas, im Wesentlichen gleich groß sind.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Kontrollverfahrens strömt der Strom aus Reformer-Zuführgas zuerst durch das Hochtemperaturventil und danach durch den Reformer. Vorteilhafterweise ist das Hochtemperaturventil in Strömungsrichtung des Reformer-Zuführgases vor dem Reformer angeordnet. Einen Druckverlust des Oxidations-Katalysators kann man nicht kontrollieren, weshalb das Hochtemperaturventil stromaufwärts des Reformers angeordnet ist. Durch diese Anordnung des Hochtemperaturventil stromaufwärts des Reformers ist es möglich, dass in einem Nominalbetrieb kein Durchfluss auf einer Heizseite des Reformers stattfindet. Hier spricht man
insbesondere von einem adiabaten Betrieb.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Kontrollverfahrens ist ein Druckverlust des Stroms aus Reformer-Bypass-Gas bei dem Oxidations-Katalysator größer als ein Druckverlust des Stroms aus Reformer-Zuführgas bei dem Reformer. Normalerweise hat der Oxidations-Katalysator einen größeren Druckverlust als der Reformer. Dies ist auch notwendig, damit das Hochtemperaturventil genügend Puffer zum Arbei-
ten hat.
Während dem Volllastbetrieb des Reformers gibt es kaum Massenstrom von dem Strom aus Reformer-Zuführgas über den Reformer. Wohingegen während eines Aufheizvorgangs des Reformers viel Massenstrom von dem Strom aus Reformer-Zuführ-
gas über den Reformer geführt wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Kontrollverfahrens werden der Strom aus Reformer-Zuführgas nach dem Durchströmen durch den Reformer und der Strom aus Reformer-Bypass-Gas nach dem Durchströmen durch den Oxidations-Katalysator mittels eines Abgas-Strömungsverbinders zu einem Strom aus Abgas zusammengeführt. Dadurch sind der Reformer in dem Strom aus Reformer-Zuführgas und der Oxidations-Katalysator in dem Strom aus Reformer-Bypass-Gas parallel zueinander an-
geordnet.
den.
Der Strom aus abgezweigter Zuluft wird von einem Strom aus Zuluft abgezweigt. Dabei wird der Strom aus Zuluft, welcher dem Kathodenzuführgas-Abschnitt des Brennstoffzellenstapels zugeführt wird, als Strom aus Kathodenzuführgas bezeichnet. Der Strom aus Kathodenabgas wird von dem Kathodenabgas-Abschnitt des Brennstoffzellensta-
pels abgeleitet.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Kontrollverfahrens wird ein Strom aus Oxidations-Katalysator-Zuführgas, welcher aus dem Strom aus Reformer-BypassGas und einem Strom aus Anodenabgas gebildet wird, durch den Oxidations-Katalysator geleitet. Dabei können der Strom aus Reformer-Bypass-Gas und der Strom aus Anodenabgas mittels eines Oxidations-Katalysator-Strömungsverbinders zusammengeführt werden. Insbesondere können der Strom aus Reformer-Bypass-Gas und der Strom aus Anodenabgas in einem Oxidations-Katalysator-Gasmischer zusätzlich vermischt werden. Der Strom aus Anodenabgas wird von dem Anodenabgas-Abschnitt
des Brennstoffzellenstapels abgeleitet.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Kontrollverfahrens wird ein Anodenabgas-Hochtemperaturventil in den Strom aus Anodenabgas eingefügt, um zu kontrollieren, welcher Anteil des Stroms aus Anodenabgas durch den Oxidations-Katalysator strömt. Dabei ist das Anodenabgas-Hochtemperaturventil in Strömungsrichtung des Stroms aus Anodenabgas vor dem Oxidations-Katalysator-Strömungsverbinder
angeordnet.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Kontrollverfahrens wird der Strom aus Anodenabgas in einen Anodenabgas-Abgasanteil, welcher durch den OxidationsKatalysator strömt, und in einen Anodenabgas-Rückführgasanteil, welcher einem Strom aus Brennstoffzuführgas zugeführt wird, aufgeteilt. Der Strom aus Brennstoff-
zuführgas wird in dem Reformer reformiert. Das reformierte Gas wird dem
Anodenzuführgas-Abschnitt des Brennstoffzellenstapels als Strom aus Anodenzuführ-
gas zugeführt. Dabei kann über einen Brennstoffwärmetauscher ein Wärmeaustausch
zwischen dem Strom aus Anodenabgas und dem Strom aus Anodenzuführgas erfol-
gen.
Weiter wird eine Anordnung zum Kontrollieren einer Reformertemperatur beschrieben.
Die Anordnung umfasst
einen Reformer-Gas-Strömungsteiler zum Teilen eines Stroms aus Reformer-Gas in
einen Strom aus Reformer-Zuführgas und einen Strom aus Reformer-Bypass-Gas,
einen Reformer zur Dampfreformierung, wobei der Reformer in dem Strom aus Refor-
mer-Zuführgas angeordnet ist,
ein Hochtemperaturventil zum Kontrollieren des Durchlasses des Stroms aus Reformer-Zuführgas durch das Hochtemperaturventil und den Reformer, um dadurch die Reformertemperatur zu kontrollieren, wobei das Hochtemperaturventil in dem Strom
aus Reformer-Zuführgas angeordnet ist, und
einen Oxidations-Katalysator zur Reinigung von Abgasen, wobei der Oxidations-Kata-
Iysator in dem Strom aus Reformer-Bypass-Gas angeordnet ist.
Dabei sind der Reformer-Gas-Strömungsteiler, der Reformer, das Hochtemperaturventil und der Oxidations-Katalysator insbesondere zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Kontrollieren einer Reformertemperatur ausgebildet. Damit weist die erfindungsgemäße Anordnung zum Kontrollieren einer Reformertemperatur die gleichen Vorteile auf, wie sie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum
Kontrollieren einer Reformertemperatur beschrieben werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Anordnung ist das Hochtemperaturventil in Strömungsrichtung des Stroms aus Reformer-Zuführgas vor dem Reformer angeordnet. Vorteilhafterweise ist das Hochtemperaturventil stromaufwärts des Reformers angeordnet, da ein Druckverlust des Oxidations-Katalysators nicht kontrolliert werden
kann.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Anordnung weist die Anordnung ei-
nen Abgas-Strömungsverbinder auf, welcher den Strom aus Reformer-Zuführgas und
in dem Strom aus Reformer-Bypass-Gas demnach parallel zueinander angeordnet.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Anordnung weist die Anordnung einen Reformer-Gas-Strömungsverbinder auf, welcher einen Strom aus abgezweigter Zuluft und einen Strom aus Kathodenabgas zu dem Strom aus Reformer-Gas verbindet. Weiter kann ein Reformer-Gasmischer in Strömungsrichtung des Stroms aus Reformer-Gas hinter dem Reformer-Gas-Strömungsverbinder angeordnet sein. Mittels des Reformer-Gasmischers kann der Strom aus Reformer-Gas durchgemischt wer-
den.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Anordnung weist die Anordnung einen Oxidations-Katalysator-Strömungsverbinder auf, welcher den Strom aus Reformer-Bypass-Gas und einen Strom aus Anodenabgas zu einem Strom aus OxidationsKatalysator-Zuführgas verbindet. Dabei ist der Oxidations-Katalysator-Strömungsverbinder in dem Strom aus Reformer-Bypass-Gas zwischen dem Reformer-Gas-Strö-
mungsteiler und dem Oxidations-Katalysator angeordnet.
Das Oxidations-Katalysator-Zuführgas wird durch den Oxidations-Katalysator geleitet. Weiter kann die Anordnung einen Oxidations-Katalysator-Gasmischer aufweisen, welcher zwischen dem Oxidations-Katalysator-Strömungsverbinder und dem OxidationsKatalysator angeordnet ist. Der Oxidations-Katalysator-Gasmischer kann den Strom aus Oxidations-Katalysator-Zuführgas, d.h. den Strom aus Reformer-Bypass-Gas und
den Strom aus Anodenabgas, durchmischen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Anordnung ist ein AnodenabgasHochtemperaturventil zum Kontrollieren des Durchflusses des Stroms aus Anodenabgas durch den Oxidations-Katalysator in dem Strom aus Anodenabgas angeordnet. Insbesondere ist das Anodenabgas-Hochtemperaturventil in Strömungsrichtung des Stroms aus Anodenabgas vor dem Oxidations-Katalysator-Strömungsverbinder ange-
ordnet.
Der Strom aus Brennstoffzuführgas wird in dem Reformer reformiert. Das reformierte Gas wird dem Anodenzuführgas-Abschnitt des Brennstoffzellenstapels als Strom aus Anodenzuführgas zugeführt. Die Anordnung kann weiter einen Brennstoffwärmetauscher aufweisen. Dabei kann über den Brennstoffwärmetauscher ein Wärmeaustausch zwischen dem Strom aus Anodenabgas und dem Strom aus Anodenzuführgas
erfolgen.
Weiter wird ein Brennstoffzellensystem beschrieben. Das Brennstoffzellensystem umfasst zumindest einen Brennstoffzellenstapel zum Erzeugen von elektrischer Leistung und zumindest eine erfindungsgemäße Anordnung zum Kontrollieren einer Reformer-
temperatur.
Das Brennstoffzellensystem kann einen oder mehrere Brennstoffzellenstapel aufweisen. Die mehreren Brennstoffzellenstapel können wiederum einen Teil eines Brenn-
stoffzellenstapelturms bilden.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzu-
fügen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung Ausführungs-
beispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems mit einem Brennstoffzellenstapel und einer erfindungsgemäßen An-
ordnung zum Kontrollieren einer Reformertemperatur.
gen 10 vorgesehen sein.
Der in der Fig. 1 dargestellt Brennstoffzellenstapel 110 weist einen Kathodenzuführgas-Abschnitt 60 zum Zuführen von einem Strom aus Kathodenzuführgas KZG, einen Kathodenabgas-Abschnitt 62 zum Ableiten eines Stroms aus Kathodenabgas KAG, einen Anodenabgas-Abschnitt 64 zum Ableiten eines Stroms aus Anodenabgas AAG und einen Anodenzuführgas-Abschnitt 66 zum Zuführen von einem Strom aus Ano-
denzuführgas AZG auf.
Die Anordnung 10 zum Kontrollieren einer Reformertemperatur weist einen ReformerGas-Strömungsteiler 28, einen Reformer 20, ein Hochtemperaturventil 30 und einen Oxidations-Katalysator 40 auf. Der Reformer-Gas-Strömungsteiler 28 dient dazu einen Strom aus Reformer-Gas 22 in einen Strom aus Reformer-Zuführgas 24 und einen Strom aus Reformer-Bypass-Gas 26 zu teilen. Der Reformer 20 wird zur Dampfreformierung eingesetzt. Dabei ist der Reformer 20 in dem Strom aus Reformer-Zuführgas 24 angeordnet. Das Hochtemperaturventil 30 dient zum Kontrollieren des Durchlasses des Stroms aus Reformer-Zuführgas 24 durch das Hochtemperaturventil 30 und den Reformer 20. Mittels der Kontrolle des Durchlasses des Stroms aus Reformer-Zuführgas 24 kann ebenfalls die Reformertemperatur kontrolliert werden. Das Hochtemperaturventil 30 ist, wie der Reformer 20, in dem Strom aus Reformer-Zuführgas 24 angeordnet. Der Oxidations-Katalysator 40 wird zur Reinigung von Abgasen verwendet. Dabei ist der Oxidations-Katalysator 40 in dem Strom aus Reformer-Bypass-Gas 26
angeordnet.
Mittels des Hochtemperaturventils 30 wird kontrolliert, wie groß der Anteil des Reformer-Gases 22 ist, welcher als Reformer-Zuführgas 24 durch den Reformer 20 strömt, und wie groß der Anteil des Reformer-Gases 22 ist, welcher als Reformer-Bypass-Gas 26 durch den Oxidations-Katalysator 40 strömt. Dabei stellt der Weg über den Oxida-
tions-Katalysator 40 einen Bypass dar. Der Durchlass durch das Hochtemperaturventil
und damit die Reformertemperatur.
Das Hochtemperaturventil 30 ist in Strömungsrichtung des Stroms aus Reformer-Zuführgas 24 vor dem Reformer 20 angeordnet. Demnach strömt der Strom aus Reformer-Zuführgas 24 zuerst durch das Hochtemperaturventil 30 und danach durch den
Reformer 20.
Von einer Zuluftvorrichtung 70 wird ein Strom aus Zuluft 72 als Strom aus Kathodenzuführgas KZG zu dem Kathodenzuführgas-Abschnitt 60 geleitet. Dabei wird ein Strom
aus abgezweigter Zuluft 32 von dem Strom aus Zuluft 72 abgezweigt.
Die Anordnung 10 kann einen Reformer-Gas-Strömungsverbinder 12 aufweisen. Der Reformer-Gas-Strömungsverbinder 12 verbindet den Strom aus abgezweigter Zuluft 32 und den Strom aus Kathodenabgas KAG zu dem Strom aus Reformer-Gas 22. Weiter kann ein Reformer-Gasmischer 74 in Strömungsrichtung des Stroms aus Reformer-Gas 22 hinter dem Reformer-Gas-Strömungsverbinder 12 angeordnet sein. Mit Hilfe des Reformer-Gasmischers 74 kann der Strom aus Reformer-Gas 22, welcher durch den Strom aus abgezweigter Zuluft 32 und den Strom aus Kathodenabgas KAG
gebildet wird, durchgemischt werden.
Weiter kann die Anordnung 10 einen Abgas-Strömungsverbinder 42 aufweisen. Der Abgas-Strömungsverbinder 42 verbindet den Strom aus Reformer-Zuführgas 24 und den Strom aus Reformer-Bypass-Gas 26 zu einem Strom aus Abgas 44. Der Strom aus Abgas 44 wird zu einer Abgasvorrichtung 76 geleitet. Dabei ist der Abgas-Strömungsverbinder 42 in Strömungsrichtung des Stroms aus Reformer-Zuführgas 24 hinter dem Reformer 20 und in Strömungsrichtung des Stroms aus Reformer-Bypass-Gas 26 hinter dem Oxidations-Katalysator 40 angeordnet. Dementsprechend sind der Reformer 20 in dem Strom aus Reformer-Zuführgas 24 und der Oxidations-Katalysator
40 in dem Strom aus Reformer-Bypass-Gas 26 parallel zueinander angeordnet.
Die Anordnung 10 kann zudem einen Oxidations-Katalysator-Strömungsverbinder 48 aufweisen, welcher den Strom aus Reformer-Bypass-Gas 26 und den Strom aus Anodenabgas AAG zu einem Strom aus Oxidations-Katalysator-Zuführgas 46 verbindet. Dabei ist der Oxidations-Katalysator-Strömungsverbinder 48 in dem Strom aus Refor-
mer-Bypass-Gas 26 zwischen dem Reformer-Gas-Strömungsteiler 28 und dem
dem Strom aus Anodenabgas AAG gebildet wird, zu durchmischen.
In einem optionalen Ausführungsbeispiel kann die Anordnung 10 ein AnodenabgasHochtemperaturventil 50 zum Kontrollieren des Durchflusses des Stroms aus Anodenabgas AAG durch den Oxidations-Katalysator 40 aufweisen. Das Anodenabgas-
Hochtemperaturventil 50 ist dabei in dem Strom aus Anodenabgas AAG angeordnet.
Zudem kann die Anordnung einen Anodenabgas-Strömungsteiler 80 aufweisen. Der Anodenabgas-Strömungsteiler 80 teilt den Strom aus Anodenabgas AAG in einen Anodenabgas-Abgasanteil 52 und einen Anodenabgas-Rückführgasanteil 54. Der Anodenabgas-Abgasanteil 52 strömt durch den Oxidations-Katalysator 40. Dagegen wird der Anodenabgas-Rückführgasanteil 54 einem Strom aus Brennstoffzuführgas 34
bei einem Brennstoffzuführgas-Strömungsverbinder 92 zugeführt.
Der Strom aus Brennstoffzuführgas 34 wird von einem Brennstoffzuführbehälter 90 zu dem Reformer 20 geführt und in dem Reformer 20 reformiert. Das reformierte Gas wird dem Anodenzuführgas-Abschnitt 66 des Brennstoffzellenstapels 110 als Strom aus
Anodenzuführgas AZG zugeführt.
Die Anordnung 10 kann weiter einen Brennstoffwärmetauscher 82 aufweisen. Dabei kann über den Brennstoffwärmetauscher 82 ein Wärmeaustausch zwischen dem
Strom aus Anodenabgas AAG und dem Strom aus Anodenzuführgas AZG erfolgen.
Optional kann ein Schutzgasbehälter 94 vorgesehen sein. Von dem Schutzgasbehälter 94 kann ein Strom aus Schutzgas 96 an einem Schutzgas-Strömungsverbinder 98
in den Strom aus Brennstoffzuführgas 34 geleitet werden.
Die Anordnung 10 ist insbesondere ausgebildet das folgende Kontrollverfahren zum Kontrollieren einer Reformertemperatur durchzuführen. Das Kontrollverfahren weist
die im Folgenden beschriebenen Schritte auf.
In einem ersten Schritt wird ein Strom aus Reformer-Gas 22 in einen Strom aus Re-
former-Zuführgas 24 und einen Strom aus Reformer-Bypass-Gas 26 mittels des Re-
former-Gas-Strömungsteilers 28 geteilt.
In einem zweiten Schritt wird der Strom aus Reformer-Zuführgas 24 über ein Hoch-
temperaturventil 30 und einen Reformer 20 zur Dampfreformierung geleitet.
In einem dritten Schritt wird der Strom aus Reformer-Bypass-Gas 26 über einen Oxidations-Katalysator 40 zur Reinigung von Abgasen geleitet. Dabei werden die Schritte
insbesondere gleichzeitig ausgeführt.
Mittels des Hochtemperaturventils 30 kann der Durchlass des Stroms aus ReformerZuführgas 24 durch das Hochtemperaturventil 30 und den Reformer 20 kontrolliert werden. Aufgrund der Kontrolle des Stroms aus Reformer-Zuführgas 24 kann wiederum die Reformertemperatur kontrolliert werden. Insbesondere wird durch das Hochtemperaturventil 30 indirekt auch der Strom aus Reformer-Bypass-Gas 26 kontrolliert, d.h. die Einstellung des Hochtemperaturventils 30 entscheidet, wieviel über den By-
pass strömt.
In einem Ausführungsbeispiel kann der Strom aus Reformer-Bypass-Gas 26 einen höheren Druck aufweisen als der Strom aus Reformer-Zuführgas 24. Weiter kann ein Druckverlust des Stroms aus Reformer-Bypass-Gas 26 bei dem Oxidations-Katalysator 40 größer sein als ein Druckverlust des Stroms aus Reformer-Zuführgas 24 bei
dem Reformer 20.
13 Bezugszeichenliste 10 Anordnung 12 Reformer-Gas-Strömungsverbinder 20 Reformer 22 Strom aus Reformer-Gas 24 Strom aus Reformer-Zuführgas 26 Strom aus Reformer-Bypass-Gas 28 Reformer-Gas-Strömungsteiler 30 Hochtemperaturventil 32 Strom aus abgezweigter Zuluft 34 Strom aus Brennstoffzuführgas 40 Oxidations-Katalysator 42 Abgas-Strömungsverbinder 44 Strom aus Abgas 46 Strom aus Oxidations-Katalysator-Zuführgas 48 Oxidations-Katalysator-Strömungsverbinder 50 Anodenabgas-Hochtemperaturventil 52 Anodenabgas-Abgasanteil 54 Anodenabgas-Rückführgasanteil 60 Kathodenzuführgas-Abschnitt 62 Kathodenabgas-Abschnitt 64 Anodenabgas-Abschnitt 66 Anodenzuführgas-Abschnitt 70 Zuluftvorrichtung 72 Strom aus Zuluft 74 Reformer-Gasmischer 76 Abgasvorrichtung
14 78 Oxidations-Katalysator-Gasmischer 80 Anodenabgas-Strömungsteiler 82 Brennstoffwärmetauscher 90 Brennstoffzuführbehälter 92 Brennstoffzuführgas-Strömungsverbinder 94 Schutzgasbehälter 96 Strom aus Schutzgas 98 Schutzgas-Strömungsverbinder 100 Brennstoffzellensystem 110 Brennstoffzellenstapel
KZG Strom aus Kathodenzuführgas KAG Strom aus Kathodenabgas AAG Strom aus Anodenabgas
AZG Strom aus Anodenzuführgas
Patentansprüche
1. Kontrollverfahren zum Kontrollieren einer Reformertemperatur, umfassend die Schritte:
Teilen eines Stroms aus Reformer-Gas (22) in einen Strom aus Reformer-Zuführgas (24) und einen Strom aus Reformer-Bypass-Gas (26) mittels eines Re-
former-Gas-Strömungsteilers (28),
Leiten des Stroms aus Reformer-Zuführgas (24) über ein Hochtemperaturventil
(30) und einen Reformer (20) zur Dampfreformierung,
Leiten des Stroms aus Reformer-Bypass-Gas (26) über einen Oxidations-Kata-
Iysator (40) zur Reinigung von Abgasen,
wobei mittels des Hochtemperaturventils (30) der Durchlass des Stroms aus Reformer-Zuführgas (24) durch das Hochtemperaturventil (30) und den Reformer
(20) kontrolliert wird, um dadurch die Reformertemperatur zu kontrollieren.
2. Kontrollverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom aus Reformer-Bypass-Gas (26) einen höheren Druck aufweist als der Strom aus
Reformer-Zuführgas (24).
3. Kontrollverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom aus Reformer-Zuführgas (24) zuerst durch das Hochtemperaturventil (30)
und danach durch den Reformer (20) strömt.
4. Kontrollverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckverlust des Stroms aus Reformer-Bypass-Gas (26) bei dem Oxidations-Katalysator (40) größer ist als ein Druckverlust des
Stroms aus Reformer-Zuführgas (24) bei dem Reformer (20).
5. Kontrollverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom aus Reformer-Zuführgas (24) nach dem Durchströmen durch den Reformer (20) und der Strom aus Reformer-Bypass-Gas (26) nach dem Durchströmen durch den Oxidations-Katalysator (40) mittels eines Abgas-Strömungsverbinders (42) zu einem Strom aus Abgas (44) zusammenge-
führt werden.
6. Kontrollverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge-
kennzeichnet, dass der Strom aus Reformer-Gas (22) durch einen Strom aus
abgezweigter Zuluft (32) und einen Strom aus Kathodenabgas (KAG) gebildet
wird.
7. Kontrollverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strom aus Oxidations-Katalysator-Zuführgas (46), welcher aus dem Strom aus Reformer-Bypass-Gas (26) und einem Strom aus Anodenabgas (AAG) gebildet wird, durch den Oxidations-Katalysator (40) geleitet
wird.
8. Kontrollverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anodenabgas-Hochtemperaturventil (50) in den Strom aus Anodenabgas (AAG) eingefügt wird, um zu kontrollieren, welcher Anteil des Stroms aus Anodenabgas (AAG) durch den Oxidations-Katalysator (40) strömt.
9. Kontrollverfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom aus Anodenabgas (AAG) in einen Anodenabgas-Abgasanteil (52), welcher durch den Oxidations-Katalysator strömt, und in einen Anodenabgas-Rückführgasanteil (54), welcher einem Strom aus Brennstoffzuführ-
gas (34) zugeführt wird, aufgeteilt wird.
10. Anordnung (10) zum Kontrollieren einer Reformertemperatur, gekennzeichnet durch
einen Reformer-Gas-Strömungsteiler (28) zum Teilen eines Stroms aus Reformer-Gas (22) in einen Strom aus Reformer-Zuführgas (24) und einen Strom aus
Reformer-Bypass-Gas (26),
einen Reformer (20) zur Dampfreformierung, wobei der Reformer (20) in dem
Strom aus Reformer-Zuführgas (24) angeordnet ist,
ein Hochtemperaturventil (30) zum Kontrollieren des Durchlasses des Stroms aus Reformer-Zuführgas (24) durch das Hochtemperaturventil (30) und den Reformer (20), um dadurch die Reformertemperatur zu kontrollieren, wobei das Hochtemperaturventil (30) in dem Strom aus Reformer-Zuführgas (24) angeord-
net ist, und
einen Oxidations-Katalysator (40) zur Reinigung von Abgasen, wobei der Oxida-
tions-Katalysator (40) in dem Strom aus Reformer-Bypass-Gas (26) angeordnet
ist.
11. Anordnung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochtemperaturventil (30) in Strömungsrichtung des Stroms aus Reformer-Zuführgas
(24) vor dem Reformer (20) angeordnet ist.
12. Anordnung (10) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung (10) einen Abgas-Strömungsverbinder (42) aufweist, welcher den Strom aus Reformer-Zuführgas (24) und den Strom aus Reformer-Bypass-Gas (26) zu einem Strom aus Abgas (44) verbindet, wobei der Abgas-Strömungsverbinder (42) in Strömungsrichtung des Stroms aus Reformer-Zuführgas (24) hinter dem Reformer (20) und in Strömungsrichtung des Stroms aus Reformer-Bypass-
Gas (26) hinter dem Oxidations-Katalysator (40) angeordnet ist.
13. Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung (10) einen Reformer-Gas-Strömungsverbinder (12) aufweist, welcher einen Strom aus abgezweigter Zuluft (32) und einen Strom aus
Kathodenabgas (KAG) zu dem Strom aus Reformer-Gas (22) verbindet.
14. Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung (10) einen Oxidations-Katalysator-Strömungsverbinder (48) aufweist, welcher den Strom aus Reformer-Bypass-Gas (26) und einen Strom aus Anodenabgas (AAG) zu einem Strom aus Oxidations-Katalysator-Zuführgas (46) verbindet, wobei der Oxidations-Katalysator-Strömungsverbinder (48) in dem Strom aus Reformer-Bypass-Gas (26) zwischen dem Reformer-Gas-Strö-
mungsteiler (28) und dem Oxidations-Katalysator (40) angeordnet ist.
15. Anordnung (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anodenabgas-Hochtemperaturventil (50) zum Kontrollieren des Durchflusses des Stroms aus Anodenabgas (AAG) durch den Oxidations-Katalysator (40) in dem
Strom aus Anodenabgas (AAG) angeordnet ist.
16. Brennstoffzellensystem (100), gekennzeichnet durch zumindest einen Brenn-
stoffzellenstapel (110) zum Erzeugen von elektrischer Leistung und zumindest
eine Anordnung (10) zum Kontrollieren einer Reformertemperatur nach einem der Ansprüche 10 bis 15.
Claims (14)
1. Kontrollverfahren zum Kontrollieren einer Reformertemperatur, umfassend die Schritte:
Teilen eines Stroms aus Reformer-Gas (22) in einen Strom aus Reformer-Zuführgas (24) und einen Strom aus Reformer-Bypass-Gas (26) mittels eines Re-
former-Gas-Strömungsteilers (28),
Leiten des Stroms aus Reformer-Zuführgas (24) über ein Hochtemperaturventil
(30) und einen Reformer (20) zur Dampfreformierung,
Leiten des Stroms aus Reformer-Bypass-Gas (26) über einen Oxidations-Kata-
Iysator (40) zur Reinigung von Abgasen,
wobei mittels des Hochtemperaturventils (30) der Durchlass des Stroms aus Reformer-Zuführgas (24) durch das Hochtemperaturventil (30) und den Reformer (20) kontrolliert wird, um dadurch die Reformertemperatur zu kontrollieren, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom aus Reformer-Gas (22) durch einen Strom aus abgezweigter Zuluft (32) und einen Strom aus Kathodenabgas (KAG)
gebildet wird.
2. Kontrollverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom aus Reformer-Bypass-Gas (26) einen höheren Druck aufweist als der Strom aus
Reformer-Zuführgas (24).
3. Kontrollverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom aus Reformer-Zuführgas (24) zuerst durch das Hochtemperaturventil (30)
und danach durch den Reformer (20) strömt.
4. Kontrollverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckverlust des Stroms aus Reformer-Bypass-Gas (26) bei dem Oxidations-Katalysator (40) größer ist als ein Druckverlust des
Stroms aus Reformer-Zuführgas (24) bei dem Reformer (20).
5. Kontrollverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom aus Reformer-Zuführgas (24) nach dem Durch-
strömen durch den Reformer (20) und der Strom aus Reformer-Bypass-Gas (26)
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nach dem Durchströmen durch den Oxidations-Katalysator (40) mittels eines Ab-
gas-Strömungsverbinders (42) zu einem Strom aus Abgas (44) zusammenge-
führt werden.
6. Kontrollverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strom aus Oxidations-Katalysator-Zuführgas (46), welcher aus dem Strom aus Reformer-Bypass-Gas (26) und einem Strom aus Anodenabgas (AAG) gebildet wird, durch den Oxidations-Katalysator (40) geleitet
wird.
7. Kontrollverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anodenabgas-Hochtemperaturventil (50) in den Strom aus Anodenabgas (AAG) eingefügt wird, um zu kontrollieren, welcher Anteil des Stroms aus Anodenabgas (AAG) durch den Oxidations-Katalysator (40) strömt.
8. Kontrollverfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom aus Anodenabgas (AAG) in einen Anodenabgas-Abgasanteil (52), welcher durch den Oxidations-Katalysator strömt, und in einen Anodenabgas-Rückführgasanteil (54), welcher einem Strom aus Brennstoffzuführ-
gas (34) zugeführt wird, aufgeteilt wird.
9. Anordnung (10) zum Kontrollieren einer Reformertemperatur, gekennzeichnet durch
einen Reformer-Gas-Strömungsteiler (28) zum Teilen eines Stroms aus Reformer-Gas (22) in einen Strom aus Reformer-Zuführgas (24) und einen Strom aus
Reformer-Bypass-Gas (26),
einen Reformer (20) zur Dampfreformierung, wobei der Reformer (20) in dem
Strom aus Reformer-Zuführgas (24) angeordnet ist,
ein Hochtemperaturventil (30) zum Kontrollieren des Durchlasses des Stroms aus Reformer-Zuführgas (24) durch das Hochtemperaturventil (30) und den Reformer (20), um dadurch die Reformertemperatur zu kontrollieren, wobei das Hochtemperaturventil (30) in dem Strom aus Reformer-Zuführgas (24) angeord-
net ist, und
23/24 ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE
einen Oxidations-Katalysator (40) zur Reinigung von Abgasen, wobei der Oxidations-Katalysator (40) in dem Strom aus Reformer-Bypass-Gas (26) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung (10) einen Reformer-GasStrömungsverbinder (12) aufweist, welcher einen Strom aus abgezweigter Zuluft (32) und einen Strom aus Kathodenabgas (KAG) zu dem Strom aus ReformerGas (22) verbindet.
10. Anordnung (10) nach Anspruch 90, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochtemperaturventil (30) in Strömungsrichtung des Stroms aus Reformer-Zuführgas
(24) vor dem Reformer (20) angeordnet ist.
11. Anordnung (10) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung (10) einen Abgas-Strömungsverbinder (42) aufweist, welcher den Strom aus Reformer-Zuführgas (24) und den Strom aus Reformer-Bypass-Gas (26) zu einem Strom aus Abgas (44) verbindet, wobei der Abgas-Strömungsverbinder (42) in Strömungsrichtung des Stroms aus Reformer-Zuführgas (24) hinter dem Reformer (20) und in Strömungsrichtung des Stroms aus Reformer-Bypass-
Gas (26) hinter dem Oxidations-Katalysator (40) angeordnet ist.
12. Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung (10) einen Oxidations-Katalysator-Strömungsverbinder (48) aufweist, welcher den Strom aus Reformer-Bypass-Gas (26) und einen Strom aus Anodenabgas (AAG) zu einem Strom aus Oxidations-Katalysator-Zuführgas (46) verbindet, wobei der Oxidations-Katalysator-Strömungsverbinder (48) in dem Strom aus Reformer-Bypass-Gas (26) zwischen dem Reformer-Gas-Strö-
mungsteiler (28) und dem Oxidations-Katalysator (40) angeordnet ist.
13. Anordnung (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anodenabgas-Hochtemperaturventil (50) zum Kontrollieren des Durchflusses des Stroms aus Anodenabgas (AAG) durch den Oxidations-Katalysator (40) in dem
Strom aus Anodenabgas (AAG) angeordnet ist.
14. Brennstoffzellensystem (100), gekennzeichnet durch zumindest einen Brennstoffzellenstapel (110) zum Erzeugen von elektrischer Leistung und zumindest eine Anordnung (10) zum Kontrollieren einer Reformertemperatur nach einem
der Ansprüche 9 bis 13.
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| ATA50194/2024A AT528078A1 (de) | 2024-03-06 | 2024-03-06 | Kontrollverfahren und Anordnung zum Kontrollieren einer Reformertemperatur |
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|---|---|---|---|
| ATA50194/2024A AT528078A1 (de) | 2024-03-06 | 2024-03-06 | Kontrollverfahren und Anordnung zum Kontrollieren einer Reformertemperatur |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| ATA50194/2024A AT528078A1 (de) | 2024-03-06 | 2024-03-06 | Kontrollverfahren und Anordnung zum Kontrollieren einer Reformertemperatur |
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2025
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