EP3501052A1 - Gasprozessoreinheit, sowie brennstoffzellenvorrichtung mit einer solchen gasprozessoreinheit - Google Patents

Gasprozessoreinheit, sowie brennstoffzellenvorrichtung mit einer solchen gasprozessoreinheit

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EP3501052A1
EP3501052A1 EP17751091.4A EP17751091A EP3501052A1 EP 3501052 A1 EP3501052 A1 EP 3501052A1 EP 17751091 A EP17751091 A EP 17751091A EP 3501052 A1 EP3501052 A1 EP 3501052A1
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EP
European Patent Office
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unit
gas
gas processor
processor unit
exhaust gas
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17751091.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Norbert Domaschke
Maxime Carre
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
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    • F28D7/02—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled
    • F28D7/024—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled the conduits of only one medium being helically coiled tubes, the coils having a cylindrical configuration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
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    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • F28F9/028—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits by using inserts for modifying the pattern of flow inside the header box, e.g. by using flow restrictors or permeable bodies or blocks with channels
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • Gas processor unit and fuel cell device with such a gas processing unit
  • the present invention relates to a gas processor unit, in particular cathode gas processor, for a fuel cell device, which has at least a first functional unit.
  • the present invention also relates to a fuel cell device having a gas processing unit according to the invention.
  • the present invention has the advantage that at least one first connection box (70) and at least one second connection box (72) are arranged, which are set up to supply at least one exhaust gas, thereby enabling a more efficient operation of the gas processing unit.
  • a fuel cell device is to be understood as meaning, in particular, a device which in particular has a preferably functional component, in particular a design element. and / or functional component, a fuel cell system or the entire fuel cell system is formed.
  • a "fuel cell unit” is to be understood as meaning in particular a unit having at least one fuel cell which is provided with at least one chemical energy of at least one, in particular continuously supplied, fuel gas, in particular hydrogen and / or carbon monoxide, and at least one oxidant , in particular oxygen, in particular into electrical energy.
  • the at least one fuel cell can be used, in particular, as a solid oxide fuel cell.
  • the at least one fuel cell unit comprises a plurality of fuel cells, which are arranged in particular in a fuel cell stack.
  • a "gas processor unit” should be understood as meaning, in particular, a unit which is provided with a particularly gaseous fluid in front of a supply line to an anode and / or to a cathode of a fuel cell unit for use within a reaction taking place in the fuel cell unit.
  • at least part of a gas processor unit or the gas processor as a unit is a cathode gas processor and / or an anode gas processor
  • Partial unit of the gas processor unit are understood, which is in particular intended to make at least a contribution to a preparation and / or preparation of the particular gaseous fluid and / or the at least one exhaust gas.
  • the gas processor unit comprises in particular a plurality, in particular at least two, in particular different from each other and / or identical to each other trained, functional units.
  • the functional units of the gas processor unit are integrated in a common housing of the gas processor unit.
  • a part of the functional units is designed as a cathode gas processor and / or as an anode gas processor.
  • a "cathode gas processor” is to be understood as meaning, in particular, a unit which is intended in particular to heat an ambient air to a reaction temperature before being supplied to a cathode of a fuel cell unit and / or to postpone an anode exhaust gas of the fuel cell unit, alternatively or additionally, the cathode gas processor may be provided be to heat at least a portion of a natural gas and / or a fuel gas and / or a fuel gas-containing gas mixture to a reaction temperature.
  • an "anode gas processor” is to be understood in particular as meaning a unit which is intended in particular to heat a natural gas and / or a fuel gas and / or a gas mixture containing gas to a reaction temperature and / or the natural gas into a fuel gas and / or a fuel gas mixture
  • the anode gas processor may be provided to heat at least a portion of ambient air to a reaction temperature prior to delivery to a cathode of a fuel cell unit.
  • a "natural gas” is to be understood as meaning, in particular, a gas and / or a gas mixture, in particular a natural gas mixture, which comprises at least one alkane, in particular methane, ethane, propane and / or butane , in particular carbon dioxide and / or nitrogen and / or oxygen and / or sulfur compounds.
  • connection box is to be understood as meaning a space, in particular an antechamber and / or plenum, which is adapted to a fluid, in particular an exhaust gas, such as, for example, cathode exhaust gas or anode exhaust gas, or natural gas, and / or ambient air
  • a junction box itself may have additional process connections, which are intended to allow a supply and / or discharge of fluids to a gas processor unit.
  • the at least one first connection box for supplying cathode exhaust gas is set up and the at least one second connection box is arranged for supplying anode exhaust gas, thereby enabling effective operation of the gas processor unit, in particular of the cathode gas processor.
  • a terminal box which is provided for feeding cathode exhaust gas
  • a connection box which is provided for feeding anode exhaust gas
  • at least one component of a functional unit such as a Nachbrenntician, or more functional units.
  • a terminal box may not be part of a functional unit.
  • a terminal box or a plurality of terminal boxes may be formed as a module, in particular as a module for expanding a gas processor unit.
  • a connection box is preferably at least one component of a gas processor unit.
  • the at least one first functional unit is designed as a post-combustion unit and / or the gas processor unit has at least one second functional unit, which is preferably designed as a heat exchanger, whereby a compact design with minimized heat losses is made possible.
  • a "afterburner unit” is to be understood as meaning in particular a unit which is intended to at least substantially after-burn at least one combustible component of an exhaust gas. at least largely oxidize.
  • the afterburner unit may comprise a catalytic afterburner and / or a diffusion burner and / or a recuperative burner and / or a partially and / or fully premixing burner and / or a pore burner.
  • a heat exchanger is to be understood as meaning, in particular, a unit which is intended to transfer heat in the direction of a temperature gradient between at least two, in particular, fluid streams, in particular in a crossflow mode and / or in a DC principle and / or preferably in one
  • Functional units embodied as heat exchangers are provided, in particular, for transferring heat from at least one fluid stream, in particular an exhaust gas and / or an exhaust gas mixture of the fuel cell unit, to an ambient air, which is supplied to the fuel cell unit in at least one operating state the units configured as heat exchangers are in each case designed as coaxial heat exchangers and / or helical tube heat exchangers
  • a functional unit designed as a heat exchanger could be provided for, W RME, to be transmitted from at least one fluid stream, in particular an exhaust gas, preferably an anode exhaust gas from a fuel cell unit, in particular a natural gas and / or a fuel gas and / or a combustion gas containing gaseous mixture,
  • a "reformer unit” is to be understood as meaning in particular a chemical-technical unit for at least one, in particular partial or complete, treatment of the natural gas, in particular by steam reforming and / or by partial oxidation and / or by an autothermal reforming , In particular for the production of at least one fuel gas and / or a gas-containing gas mixture understood.
  • At least one third connection box which is set up to supply cathode exhaust gas or anode exhaust gas, is arranged, as a result of which, in particular, the fed cathode exhaust gas and / or anode exhaust gas can be spatially distributed in a targeted manner.
  • the at least one first functional unit has at least one wall, in particular a perforated plate, with a multiplicity of openings, wherein in particular the connection boxes are formed adjacent to the at least one wall.
  • terminal boxes are rotationally symmetrical or circularly symmetrical, whereby a cost-effective production and a reduction of possibly occurring thermo-mechanical stresses is made possible.
  • connection boxes are arranged ordered along at least one direction according to their respective size, whereby in particular the accessibility to the process connections of the junction boxes is improved.
  • the terminal boxes are arranged "arranged along at least one direction according to their respective size.” It should be understood in this context that, in particular starting from a junction box with a greatest spatial extent or with a smallest spatial extent along one direction, the further one Junction boxes are arranged with decreasing spatial extent or increasing spatial extent.
  • the terminal boxes are arranged concentrically, in particular in the radial direction, side by side, whereby in particular a supply of cathode exhaust gas and anode exhaust gas to afterburning unit over a large area of the wall, in particular the perforated plate is distributed.
  • at least two of the junction boxes are arranged inside each other, in particular the at least one second junction box within the at least one first junction box, thereby allowing a much more compact design of the gas processor unit.
  • the at least one second functional unit is at least partially designed as a helical tube heat exchanger, whereby a more effective heat transfer is achieved.
  • the at least second functional unit in particular the helical tube heat exchanger, is integrated in the at least one first functional unit, preferably in a combustion chamber of the afterburner unit, whereby a more compact design is achieved.
  • a pitot tube is arranged for stowage of hot exhaust gas of the afterburner unit, whereby in particular the flow path of the exhaust gas can be specifically influenced.
  • At least one additional Abgasleitsch in particular helical Abgasleitsch arranged, which is particularly intended to hot exhaust gas of the afterburner unit, preferably along a course of helical Rohr Chipübertragers to lead, whereby the heat transfer can also be further improved.
  • the at least one first functional unit has at least one access, preferably closable access, in particular a service opening, whereby a maintenance of the gas processor unit is made possible.
  • the at least second functional unit is at least partially designed as a helical double tube heat exchanger, in particular with at least one pipe transposition, whereby the heat transfer is additionally increased.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of a fuel cell device
  • Fig. 2 is a schematic external view of an embodiment of a gas processor unit
  • Fig. 3 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of a gas processor unit
  • Fig. 4 is a schematic cross-sectional view of a lower portion of the embodiment of the gas processing unit of Fig. 3;
  • Fig. 5 is a schematic cross-sectional view of another embodiment of a gas processor unit
  • Fig. 6 is a schematic cross-sectional view of another embodiment of a gas processor unit
  • Fig. 7 is a schematic cross-sectional view of another embodiment of a gas processor unit
  • Fig. 8 is a schematic cross-sectional view of a lower portion of the embodiment of the gas processing unit of Fig. 7; 9 is a schematic cross-sectional view of another embodiment of a gas processor unit;
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a fuel cell device 10.
  • the fuel cell device 10 comprises a fuel cell unit 12.
  • the fuel cell unit 12 is shown here in simplified form as a fuel cell 14 for generating electrical and thermal energy.
  • the electrical energy can be tapped via two DC lines 16, 18.
  • a design of a fuel cell unit as a fuel cell stack with a plurality of fuel cells is conceivable.
  • the fuel cell 14 is preferably designed as a solid oxide fuel cell.
  • the fuel cell unit 12, or the fuel cell 14 comprises an anode 20, a cathode 22 and an electrolyte 24 arranged between the anode 20 and the cathode 22.
  • the fuel cell device 10 has two gas processor units 26, 28.
  • the gas processor unit 26 is a cathode gas processor 30.
  • the gas processor unit 28 is an anode gas processor 32.
  • the two gas processor units 26, 28 it is also conceivable for the two gas processor units 26, 28 to be housed in a gas processor unit, in particular as a unit. are formed.
  • the cathode gas processor 26 has a first functional unit 34 and a second functional unit 36.
  • the first functional unit 34 is designed as a post-combustion unit 38, while the second functional unit 36 is designed as a heat exchanger 40.
  • the anode gas processor 32 has a third functional unit 42, a fourth functional unit 44 and a fifth functional unit 46.
  • the third functional unit 42 and the fifth functional unit 46 are each designed as heat exchangers 48, 52, while the fourth functional unit 44 is designed as a reformer unit 50.
  • the fourth functional unit 44 is fluidically connected between the third functional unit 42 and the fifth functional unit 46.
  • the fuel cell device 10 is supplied with a fresh gas.
  • the fresh gas consists of fresh natural gas and a recirculate, which is discharged via a second process connection 56 from the fuel cell device 10.
  • the natural gas and the recirculate are combined outside the fuel cell device 10 via a connection 58 and compressed by means of a compressor 60.
  • the natural gas and the recirculate may be combined within the fuel cell device 10 via the connection 58.
  • the fresh gas is preheated in the third functional unit 42 by an anode exhaust gas of the fuel cell unit 12.
  • the third functional unit 42 may be preceded by a desulfurization unit, not shown here, in particular a hot desulfurization unit. It is then passed through the fourth functional unit 44 into the fifth functional unit 52, in which it is heated to a reaction temperature between 650 ° C and 850 ° C.
  • the fourth functional unit 44 which is designed as a reformer unit 50, serves for an endothermic steam reforming of the long-chain alkanes present in natural gas (C X H2 ( X + D, where x> 1):
  • the fuel gas-containing reformate obtained by the fourth functional unit 18 is fed to the anode 20 of the fuel cell unit 12 where it is replaced by an electrochemical Reaction is reacted to generate electrical and thermal energy.
  • a hot anode exhaust gas of the fuel cell unit 12 is passed into the fifth functional unit 52 in order to heat the fresh gas to the reaction temperature. Since the reformate is not completely convertible in the anode 20 of the fuel cell unit 12, a part of the anode exhaust gas, as already described, supplied to the fresh natural gas as recirculate. The remainder of the anode exhaust gas is supplied to the first functional unit 34.
  • the first functional unit 34 combustible constituents of the anode exhaust gas are post-combusted.
  • the heat generated in the first functional unit 34 is used to heat an ambient air supplied to the fuel cell apparatus 10 via a third process connection 62 for the cathode 22 and to heat, for example, heating water and / or process water to a fifth process connection 64 .
  • the ambient air in the second functional unit 36 is heated to the reaction temperature.
  • a cathode exhaust gas is passed directly into the first functional unit 34.
  • natural gas may be supplied to the first functional unit 34 via a conduit 66. This may be necessary above all during a heating process of the fuel cell device 10.
  • FIG. 2 shows a schematic external representation of an embodiment of a gas processor unit 26.
  • the gas processor unit 26, in the case shown, the cathode gas processor 30, for the fuel cell device 10, has - as already explained - the first functional unit 34.
  • the gas processor unit 26, or the cathode gas processor 30 is at least substantially cylindrical.
  • the gas processor unit 26, or the cathode gas processor 30 shown is characterized in particular by the fact that a first connection box 70 and a second connection box 72 are arranged, which are set up to supply exhaust gas.
  • the gas processor unit 26 or the cathode gas processor 30 can be better integrated into the fuel cell apparatus 10. Above all, the gas processing unit 26 can be more easily integrated into the fuel cell device 10 downstream of the fuel cell unit 12.
  • the first connection box 70 is set up to supply cathode exhaust gas and the second connection box 72 is designed to supply Anode exhaust, whereby cathode exhaust and anode exhaust gas can be fed in parallel.
  • a third connection box 74 which is set up to supply cathode exhaust gas, is additionally arranged.
  • the supply of cathode exhaust gas is additionally spatially distributed through the third connection box.
  • the third connection box 74 is provided for feeding anode exhaust gas.
  • the first connection box 70 is arranged to supply anode exhaust gas and the second connection box 72 is adapted to supply cathode exhaust gas.
  • the third connection box 74 is set up to supply anode exhaust gas.
  • the cathode exhaust gas to be fed is fed to the first connection box 70 via a first supply line 76 and the third connection box 74 via a third supply line 80.
  • the second terminal box 72 is supplied with the anode exhaust gas to be fed via a second supply line 78.
  • the first functional unit 34 is designed as a post-combustion unit 38.
  • the fed anode gas is mixed with the supplied cathode gas inside the gas processing unit 26, and the cathode gas processor 30, effectively burned, wherein in the first functional unit 34, and in the Nachbrenntician 30, resulting hot exhaust gas, the gas processing unit 26 via a Exit opening 82 leaves.
  • the gas processor unit 26, or the cathode gas processor 30, as already mentioned, has a second functional unit 36, which is designed as a heat exchanger 40.
  • the heat exchanger 40 is
  • Ambient air supplied via a fourth supply line 84 whereby a portion of the heat of the in the first functional unit 34, and the Nachbrenntician 38, resulting hot exhaust gas is transferred to the ambient air.
  • the preheated ambient air leaves the second functional unit 36, or the heat exchanger 40, via a discharge line and, as shown in FIG. 1, the cathode 22 is supplied to the fuel cell unit 12.
  • the exhaust gas of the first functional unit 34, or of the afterburner unit 38 which is partly cooled by the transfer of heat to the ambient air, is subsequently removed from the outlet opening 62 via the fifth process connection 62 shown in FIG Heating of heating water and / or service water can be used.
  • FIG. 3 shows a schematic cross-sectional representation of an exemplary embodiment of a gas processor unit 26 or of the cathode gas processor 30.
  • the first functional unit 36, or the afterburner unit 38 has a combustion chamber 88, which is cylindrical in the interior of the gas processor 26 and is surrounded by the second functional unit 36, or the heat exchanger 40, in the manner of a shell.
  • the heat exchanger 40 is designed as a coaxial heat exchanger 90, wherein the supplied ambient air to be heated is guided in opposite directions to the hot exhaust gas produced in the first functional unit 34 or the afterburning unit 38.
  • the combustion chamber 88 is bounded by a cylindrical wall 92.
  • the cylindrical wall 92 is part of the Koaxial desprestedtragers 90 and thus also the second functional unit
  • the cylindrical wall 92 can also be at least partially understood as a part of the combustion chamber 88 and thus also the first functional unit 34.
  • the terminal boxes 70, 72, 73 are formed in the illustrated embodiment in a lower portion 94 of the gas processing unit 26.
  • the first functional unit 34 has a wall 96, in the case shown a perforated plate
  • FIG. 4 shows a diagrammatic cross-sectional view of the lower region 94 of the gas processor unit 26 or of the cathode gas processor 30 from FIG. 3.
  • at least one part, or a number, of the multiplicity of openings 102 is fluidically in each case at least one of the junction boxes 70, 72, 74 is assigned.
  • the at least one part of the plurality of openings 102 is in each case formed in a subregion 104, 106, 108 which adjoins in each case at least one of the terminal boxes 70, 72, 74.
  • a first number of openings 110 is arranged in a circle in an inner portion 104, wherein the openings 110 are fluidly connected to the first connection box 70.
  • a second number of openings 112 are also arranged in a circle, wherein the openings 112 are fluidly connected to the second connection box 72.
  • a third number of openings 114 are also arranged in a circle, wherein the openings 114 are fluidly connected to the third connection box 74.
  • the openings 102 may have different sizes.
  • the openings 112 in the central portion 106 are smaller than the openings 110 in the inner portion 104 and the openings 114 in the outer portion 108.
  • anode exhaust gas can be fed through the openings 112 in the central portion 106 at a higher speed in the combustion chamber 88 , which in turn favors the mixing of anode exhaust gas and cathode exhaust gas.
  • terminal boxes 70, 72, 74 rotationally symmetric, or
  • junction boxes 70, 72, 74 are arranged along at least one direction according to their respective sizes. Whereby the supply lines 76, 78, 80 can be more easily connected to the terminal boxes, while at the same time ensuring the compactness of the gas processor unit 26.
  • the terminal boxes 70, 72, 74 are arranged along at least one direction according to their respective sizes. Whereby the supply lines 76, 78, 80 can be more easily connected to the terminal boxes, while at the same time ensuring the compactness of the gas processor unit 26.
  • connection boxes form a pyramidal arrangement.
  • connection boxes 70, 72, 74 are arranged concentrically, in particular in the radial direction, next to one another.
  • the first terminal box 70 is formed cylindrically in the middle, wherein the second terminal box 72 is formed annularly around the first terminal box 70.
  • the third terminal box 74 is formed annularly around the second terminal box 72. Since the terminal box 70, 72, 74 are formed side by side in such a way, a corresponding concentric arrangement of the openings 102 can be realized, whereby a concentrically alternating supply of anode exhaust gas and cathode exhaust gas is made possible. This in turn favors the mixing of anode exhaust gas and cathode exhaust gas, which enables a particularly high-yield combustion.
  • FIG. 5 shows a schematic cross-sectional representation of a further exemplary embodiment of a gas processor unit 26 or of a cathode gas processor 30.
  • at least two of the connection boxes 70, 72, 74 are arranged one inside the other, in the case shown the second connection box 72 within the first connection box 70.
  • the first terminal box 70 is required for the supply of cathode exhaust gas, whereby the formation of a third terminal box 74, as shown in the embodiment according to Figures 1 to 4, can be omitted. Accordingly, this is on the one hand the
  • a third supply line 80 is eliminated.
  • the first supply line 76 for the supply of cathode exhaust gas to the first junction box 70 and the second supply line 78 for the supply of anode exhaust gas to the second junction box 72 is arranged.
  • the second supply line 78 extends partially within the first junction box 70, whereby the supply of anode exhaust gas to the second junction box 72 is made possible.
  • the second functional unit 36, or the heat exchanger 30 is designed as a helical tube heat exchanger 120.
  • the helical tube heat exchanger 120 is integrated into the combustion chamber 80 of the first functional unit 34, or the afterburner unit 38. As a result, the hot exhaust gas produced in the first functional unit 34 or the afterburning unit 38 can flow around the helical tubular heat exchanger 120.
  • the fourth supply line 84 and the discharge line 86 are formed in the axial direction compared to the embodiment of Figures 1 to 4, which is based on the flow of ambient air also allows axial integration in a fuel cell device 10, whereby In turn, thermo-mechanical stresses, the number of joints and pressure losses are reduced.
  • the gas processing unit 26 shown in the lower portion 94 an expansion 126 of the combustion chamber 88, whereby the discharge line 86 can be passed through the combustion chamber 88 without affecting the combustion in the region of the openings 102.
  • a stowage tube 122 for stowage of hot exhaust gas of the afterburner unit 38 is arranged, whereby the hot exhaust gas of the afterburner unit 38 flows past the helical tube heat exchanger 120, which in turn causes the heat transfer. is effectively increased to the ambient air flowing in the helical heat exchanger ambient.
  • the pitot tube 122 is closed at one of the outlet opening 82 side facing. In the case shown, the pitot tube 122 is closed at the outlet opening 82 side facing by a plate 124. As a result, the resulting from the combustion in the Nachbrenntician 38 corrosions, in comparison to the closure of the other pipe end on a wall 96 side facing reduced. Furthermore, the exhaust-side pressure losses are reduced, since the hot exhaust gas can be expressed more continuously after combustion and does not strike a closing plate directly.
  • FIG. 6 shows a schematic cross-sectional representation of a further embodiment of a gas processor unit.
  • an additional Abgasleitstoff 130 in the case shown a helical Abgasleitffen 130, arranged, which is intended to lead hot exhaust gas of the afterburner unit 38 along the course of the helical Rohrchipübertragers 120, whereby the heat transfer is additionally increased to the guided in the helical tube heat exchanger 120 ambient air
  • the exhaust gas routing means 130 is an exhaust gas guide plate 132.
  • FIG. 7 shows a schematic cross-sectional representation of a further exemplary embodiment of a gas processor unit 26 or of the cathode gas processor 30.
  • the first functional unit 34, or the afterburning unit 38 has an access 140, in the case shown a closable access 140, which represents a service opening 142.
  • the access 140 can be closed or opened by a flap 144. Through the access 140, or the service opening 142, a maintenance, or cleaning, the afterburning unit 38 is made possible.
  • FIG. 8 shows a schematic cross-sectional illustration of the lower region 94 of the exemplary embodiment of the gas processor unit 26 or of the cathode gas processor 30 from FIG. 7. It can be seen that in the wall 96, or the perforated plate 100, in addition to the openings 102, a larger opening 146 is formed. Thus, the access 140 is formed in part in the wall 96 of the first functional unit 26, and the afterburner unit 34, whereby the combustion chamber 88 of the afterburning unit 34 is accessible for maintenance.
  • the first connection box 70 shown in FIG. 4 is modified to an access 140. This could be accomplished by forming a flap similar to the flap 144 on the underside of the junction box 70 and a larger opening on the top of the junction box 70, similar to the larger opening 146 in the wall 96 or perforated plate 100, respectively is formed, whereby the combustion chamber 88 is accessible for maintenance.
  • FIG. 9 shows a schematic cross-sectional representation of a further exemplary embodiment of a gas processor unit 26 or of a cathode gas processor 30.
  • the second functional unit 36 is formed as a helical double tube heat exchanger 150, whereby the heat exchanging surface and thus also the heat transfer is increased to the ambient air flowing in the heat exchanger 40.
  • the length of the heat exchanger 40, or the helical Doppelrohr Beresttragers 150 can be reduced by the increased heat exchanging surface, which in turn pressure losses are minimized.
  • the helical double tube heat exchanger 150 is formed with a tubular transport 152, whereby the length of the individual tube coils 154, 156 is compensated. Thus, the pressure losses in the individual coiled tubing 154, 156 are compared with each other.
  • the helical tube heat exchangers 120 shown in FIGS. 5 to 7 and / or the helical double tube heat exchangers 150 shown in FIG. 9 can also be understood as helical tube heat exchangers.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gasprozessoreinheit (26, 28), insbesondere Katho-dengasprozessor (26), für eine Brennstoffzellenvorrichtung (10), welche zumindest eine erste Funktionseinheit (34) aufweist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest ein erster Anschlusskasten (70) und zumindest ein zweiter Anschlusskasten (72) angeordnet sind, welche zur Speisung von zumindest einem Abgas eingerichtet sind. Die Erfindung betrifft auch eine Brennstoffzellenvorrichtung (10) mit einer solchen Gasprozessoreinheit (26).

Description

Beschreibung Titel
Gasprozessoreinheit, sowie Brennstoffzellenvorrichtung mit einer solchen Gasprozessoreinheit
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasprozessoreinheit, insbesondere Ka- thodengasprozessor, für eine Brennstoffzellen Vorrichtung, welche zumindest eine erste Funktionseinheit aufweist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner auch eine Brennstoffzellenvorrichtung, welche eine erfindungsgemäße Gasprozessoreinheit aufweist.
Stand der Technik
Die DE 10 2014 226 082 AI offenbart Gasprozessoreinheit, welche eine Mehrzahl von Funktionseinheiten aufweist.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung hat demgegenüber den Vorteil, dass zumindest ein erster Anschlusskasten (70) und zumindest ein zweiter Anschlusskasten (72) angeordnet sind, welche zur Speisung von zumindest einem Abgas eingerichtet sind, wodurch eine effektivere Betriebsweise der Gasprozessoreinheit ermöglicht wird.
Unter einer„Brennstoffzellenvorrichtung" soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Vorrichtung verstanden werden, welche insbesondere einen, vorzugsweise funktionstüchtigen, Bestandteil, insbesondere eine Konstruktions- und/oder Funktionskomponente, eines Brennstoffzellensystems oder das gesamte Brennstoffzellensystem ausbildet.
Unter einer„Brennstoffzelleneinheit" soll in diesem Zusammenhang insbesonde- re eine Einheit mit zumindest einer Brennstoffzelle verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, zumindest eine chemische Energie zumindest eines, insbesondere kontinuierlich zugeführten, Brenngases, insbesondere Wasserstoff und/oder Kohlenstoffmonoxid, und zumindest eines Oxidationsmittels, insbesondere Sauerstoff, insbesondere in elektrische Energie umzuwandeln. Die zumin- dest eine Brennstoffzelle kann insbesondere als Festoxid-Brennstoffzelle (engl.
Solid Oxide Fuel Cell, abgek. SOFC) ausgebildet sein. Vorzugsweise umfasst die zumindest eine Brennstoffzelleneinheit eine Vielzahl von Brennstoffzellen, welche insbesondere in einem Brennstoffzellenstack angeordnet sind. Unter einer„Gasprozessoreinheit" soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, ein insbesondere gasförmiges Fluid vor einer Zuleitung zu einer Anode und/oder zu einer Kathode einer Brennstoffzelleneinheit für eine Verwendung innerhalb einer in der Brennstoffzelleneinheit ablaufenden Reaktion und/oder zumindest ein Abgas der in der Brennstoffzelleneinheit ablaufenden Reaktion aufzubereiten und/oder nachzubereiten. Insbesondere ist zumindest ein Teil einer Gasprozessoreinheit oder die Gasprozessor als Einheit ein Kathodengasprozessor und/oder ein Anodengas- prozessor. Unter einer„Funktionseinheit" soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine
Teileinheit der Gasprozessoreinheit verstanden werden, welche insbesondere dazu vorgesehen ist, zumindest einen Beitrag zu einer Aufbereitung und/oder Vorbereitung des insbesondere gasförmigen Fluids und/oder des zumindest einen Abgases zu leisten. Die Gasprozessoreinheit umfasst insbesondere eine Mehrzahl, insbesondere zumindest zwei, insbesondere verschieden voneinander und/oder identisch zueinander ausgebildeter, Funktionseinheiten. Insbesondere sind die Funktionseinheiten der Gasprozessoreinheit in ein gemeinsames Gehäuse der Gasprozessoreinheit integriert. Insbesondere ist ein Teil der Funktionseinheiten als ein Kathodengasprozessor und/oder als ein Anodengasprozes- sor ausgebildet. Unter einem„Kathodengasprozessor" soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, insbesondere eine Umgebungsluft vor einer Zuführung an eine Kathode einer Brennstoffzelleneinheit auf eine Reaktionstemperatur zu erwärmen und/oder ein Anodenabgas der Brennstoffzelleneinheit nachzubereiten. Alternativ oder zusätzlich kann der Kathodengasprozessor dazu vorgesehen sein, zumindest einen Teil eines Erdgases und/oder eines Brenngases und/oder eines brenngashaltiges Gasgemischs auf eine Reaktionstemperatur zu erwärmen.
Unter einem„Anodengasprozessor" soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, insbesondere ein Erdgas und/oder ein Brenngas und/oder ein brenngashaltiges Gasgemisch auf eine Reaktionstemperatur zu erwärmen und/oder das Erdgas in ein Brenngas und/oder ein Brenngasgemisch zu überführen. Alternativ oder zusätzlich kann der Anodengasprozessor dazu vorgesehen sein, zumindest einen Teil einer Umgebungsluft vor einer Zuführung an eine Kathode einer Brennstoffzelleneinheit auf eine Reaktionstemperatur zu erwärmen. Ebenso ist es denkbar, dass der Anodengasprozessor dazu vorgesehen ist, eine Entschwefelung von Brenngas vorzunehmen.
Unter einem„Erdgas" soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Gas und/oder ein Gasgemisch, insbesondere ein Naturgasgemisch, verstanden werden, welches zumindest ein Alkan, insbesondere Methan, Ethan, Propan und/oder Butan, umfasst. Ferner kann das Erdgas weitere Bestandteile aufweisen, wie insbesondere Kohlenstoffdioxid und/oder Stickstoff und/oder Sauerstoff und/oder Schwefelverbindungen.
Unter einem„Anschlusskasten" soll in diesem Zusammenhang ein Raum, insbesondere ein Vorraum und/oder Plenum, verstanden werden, welcher dazu eingerichtet ist ein Fluid, insbesondere ein Abgas, wie beispielsweise Kathodenabgas oder Anodenabgas, oder Erdgas, und/oder eine Umgebungsluft, zu einer Funktionseinheit, vorzugsweise zu einer Nachbrenneinheit, zu Speisen. Ein Anschlusskasten selbst kann zusätzliche Prozess-Anschlüsse aufweisen, welche dazu vorgesehen sind eine Zufuhr und/oder Abfuhr von Fluiden zu einer Gasprozessoreinheit zu ermöglichen. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung möglich. So ist es von Vorteil wenn der zumindest eine erste Anschlusskasten zur Speisung von Kathodenabgas eingerichtet ist und der zumindest eine zweite Anschlusskasten zur Speisung von Anodenabgas eingerichtet ist, wodurch eine effektive Betriebsweise der Gasprozessoreinheit, insbesondere des Kathodengasprozessors, ermöglicht wird.
Vorzugsweise ist zumindest ein Teil eines Anschlusskastens und/oder ein Teil einer Vielzahl von Anschlusskästen ein Teil einer Funktionseinheit. In bevorzugter Weise sind ein Anschlusskasten, welcher zur Speisung von Kathodenabgas vorgesehen ist, und/oder ein Anschlusskasten, welcher zur Speisung von Anodenabgas vorgesehen ist, zumindest ein Bestandteil einer Funktionseinheit, wie beispielsweise einer Nachbrenneinheit, oder mehrerer Funktionseinheiten. Alternativ kann ein Anschlusskasten aber auch nicht ein Bestandteil einer Funktionseinheit sein. Beispielsweise können ein Anschlusskasten oder eine Vielzahl von Anschlusskästen als ein Modul, insbesondere als ein Modul zur Erweiterung einer Gasprozessoreinheit ausgebildet sein. In bevorzugter Weise ist ein Anschlusskasten jedoch zumindest ein Bestandteil einer Gasprozessoreinheit.
Unter„eingerichtet" oder„vorgesehen" soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwen- dungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
Auch ist es von Vorteil, wenn die zumindest eine erste Funktionseinheit als eine Nachbrenneinheit ausgebildet ist und/oder die Gasprozessoreinheit zumindest eine zweite Funktionseinheit aufweist, welche vorzugsweise als ein Wärmeübertrager ausgebildet ist, wodurch eine kompakte Bauweise mit minimierten Wärmeverlusten ermöglicht wird.
Unter einer„Nachbrenneinheit" soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, zumindest einen brennbaren Bestandteil eines Abgases zumindest weitgehend nachzuverbrennen. Vorzugsweise ist die Nachbrenneinheit dazu vorgesehen, insbesondere innerhalb eines Anodenabgases einer Brennstoffzelleneinheit enthaltenes Brenngas zu- mindest weitgehend zu oxidieren. Insbesondere kann die Nachbrenneinheit einen katalytischen Nachbrenner und/oder einen Diffusionsbrenner und/oder einen Rekuperatorbrenner und/oder einen teil- und/oder vollvormischenden Brenner und/oder einen Porenbrenner umfassen.
Unter einem„Wärmeübertrager" soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, Wärme in Richtung eines Temperaturgefälles zwischen zumindest zwei insbesondere fluiden Stoffströmen zu übertragen, insbesondere in einem Kreuzstrombetrieb und/oder in einem Gleichstromprinzip und/oder vorzugsweise in einem Gegenstromprinzip. Als Wärmeübertrager ausgebildete Funktionseinheiten sind insbesondere dazu vorgesehen, eine Wärme von zumindest einem fluiden Stoffstrom, insbesondere einem Abgas und/oder einem Abgasgemisch der Brennstoffzelleneinheit, auf eine Umgebungsluft, welche in zumindest einem Betriebszustand einer Kathode der Brennstoffzelleneinheit zugeführt ist, zu übertragen. Vorzugsweise sind die als Wärmeübertrager ausgebildeten Einheiten jeweils als Koaxialwärmeübertrager und/oder Helix-Rohr-Wärmeübertrager ausgebildet. Alternativ könnte eine als Wärmeübertrager ausgebildete Funktionseinheit dazu vorgesehen sein, Wärme von zumindest einem fluiden Stoffstrom, insbesondere einem Abgas, vorzugsweise einem Anodenabgas einer Brennstoffzelleneinheit, insbesondere auf ein Erdgas und/oder ein Brenngas und/oder ein brenngashaltiges Gasgemisch, welches in zumindest einem Betriebszustand einer Anode der Brennstoffzelleneinheit zugeführt wird, zu übertragen.
Unter einer„Reformereinheit" soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine chemisch-technische Einheit zu zumindest einer, insbesondere teilweisen oder vollständigen, Aufbereitung des Erdgases, insbesondere durch eine Dampfre- formierung und/oder durch eine partielle Oxidation und/oder durch eine au- totherme Reformierung, insbesondere zur Gewinnung zumindest eines Brenngases und/oder eines brenngashaltigen Gasgemischs, verstanden werden.
In einer vorteilhaften Ausführung ist zumindest ein dritter Anschlusskasten, welcher zur Speisung von Kathodenabgas oder Anodenabgas eingerichtet ist, angeordnet, wodurch insbesondere das gespeiste Kathodenabgas und/oder Anodenabgas gezielt räumlich verteilt werden kann. Vorteilhaft ist es, wenn die zumindest eine erste Funktionseinheit zumindest eine Wandung, insbesondere eine Lochplatte, mit einer Vielzahl an Öffnungen, aufweist, wobei insbesondere die Anschlusskästen angrenzend zu der zumindest einen Wandung ausgebildet sind. Dadurch wird eine besonders effektive Speisung der zumindest einen Funktionseinheit, vorzugsweise der Nachbrenneinheit, insbesondere mit Kathodenabgas und Anodenabgas, ermöglicht.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn jeweils zumindest ein Teil der Vielzahl an Öffnungen strömungstechnisch jeweils zumindest einem der Anschlusskästen zugeordnet ist, wodurch insbesondere eine effektive Vermischung von gespeistem Kathodenabgas und Anodenabgas erfolgen kann.
Es ist von Vorteil, wenn die Anschlusskästen rotationssymmetrisch, bzw. kreissymmetrisch, ausgebildet sind, wodurch eine kostengünstige Herstellung und eine Reduzierung eventuell auftretender thermo-mechanischer Spannungen ermöglicht wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Anschlusskästen entlang zumindest einer Richtung betrachtet gemäß ihrer jeweiligen Größe geordnet angeordnet sind, wodurch insbesondere die Zugänglichkeit zu den Prozess-Anschlüssen der Anschlusskästen verbessert ist.
Darunter, dass die Anschlusskästen„entlang zumindest einer Richtung betrachtet gemäß ihrer jeweiligen Größe geordnet angeordnet sind" soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass insbesondere ausgehend von einem Anschlusskasten mit einer größten räumlichen Ausdehnung oder mit einer kleinsten räumlichen Ausdehnung entlang einer Richtung betrachtet die weiteren Anschlusskästen mit abnehmender räumlicher Ausdehnung oder zunehmender räumlicher Ausdehnung angeordnet sind.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung sind die Anschlusskästen konzentrisch, insbesondere in radialer Richtung, nebeneinander angeordnet, wodurch insbesondere eine Speisung von Kathodenabgas und Anodenabgas zur Nachbrenneinheit über einen großen Bereich der Wandung, insbesondere der Lochplatte, verteilt ist. In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführung sind zumindest zwei der Anschlusskästen ineinander, insbesondere der zumindest eine zweite Anschlusskasten innerhalb des zumindest einen ersten Anschlusskastens, angeordnet, wodurch eine deutlich kompaktere Ausgestaltung der Gasprozessoreinheit ermöglicht wird.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführung ist die zumindest eine zweite Funktionseinheit zumindest teilweise als ein wendeiförmiger Rohrwärmeübertrager ausgebildet, wodurch ein effektiverer Wärmeübertrag erreicht wird.
Vorteilhaft ist es, wenn die zumindest zweite Funktionseinheit, insbesondere der wendeiförmige Rohrwärmeübertrager, in die zumindest eine erste Funktionseinheit, vorzugsweise in einen Brennraum der Nachbrenneinheit, integriert ist, wodurch eine kompaktere Bauweise erreicht wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Staurohr zur Stauung von heißem Abgas der Nachbrennereinheit angeordnet ist, wodurch insbesondere der Strömungsweg des Abgases gezielt beeinflusst werden kann.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführung ist mindestens ein zusätzliches Abgasleitmittel, insbesondere wendeiförmiges Abgasleitmittel, angeordnet, welches insbesondere dazu vorgesehen ist heißes Abgas der Nachbrennereinheit, vorzugsweise entlang einem Verlauf des wendeiförmigen Rohrwärmeübertragers, zu führen, wodurch der Wärmeübertrag ebenfalls zusätzlich verbessert werden kann.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführung weist die zumindest eine erste Funktionseinheit mindestens einen Zugang, vorzugsweise verschließbaren Zugang, insbesondere eine Service-Öffnung, auf, wodurch eine Wartung der Gasprozessoreinheit ermöglicht wird.
Insbesondere ist der mindestens eine Zugang in der zumindest einen Wandung der zumindest einen ersten Funktionseinheit und/oder zumindest teilweise durch zumindest einen der Anschlusskästen ausgebildet, wodurch der Zugang auf technisch elegante Weise realisiert ist. In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführung ist die zumindest zweite Funktionseinheit zumindest teilweise als ein wendeiförmiger Doppelrohrwärmeübertrager, insbesondere mit mindestens einer Rohrtransposition, ausgebildet, wodurch der Wärmeübertrag zusätzlich gesteigert wird.
Zeichnungen
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dar gestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzellenvorrichtung;
Fig. 2 eine schematische Außendarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Gasprozessoreinheit;
Fig. 3 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Gasprozessoreinheit;
Fig. 4 eine schematische Querschnittsdarstellung eines unteren Bereichs des Ausführungsbeispiels der Gasprozessoreinheit aus Fig. 3;
Fig. 5 eine schematische Querschnittsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Gasprozessoreinheit;
Fig. 6 eine schematische Querschnittsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Gasprozessoreinheit;
Fig. 7 eine schematische Querschnittsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Gasprozessoreinheit;
Fig. 8 eine schematische Querschnittsdarstellung eines unteren Bereichs des Ausführungsbeispiels der Gasprozessoreinheit aus Fig. 7; Fig. 9 eine schematische Querschnittsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Gasprozessoreinheit;
Der Fachmann wird die in der Beschreibung und den Zeichnungen offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Beschreibung
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzellenvorrichtung 10. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 umfasst eine Brennstoffzelleneinheit 12. Die Brennstoffzelleneinheit 12 ist hier vereinfacht als eine Brennstoffzelle 14 zur Erzeugung elektrischer und thermischer Energie dar- gestellt. Die elektrische Energie ist über zwei Gleichstromleitungen 16, 18 abgreifbar. Alternativ ist jedoch auch eine Ausbildung einer Brennstoffzelleneinheit als ein Brennstoffzellenstack mit einer Vielzahl von Brennstoffzellen denkbar.
Die Brennstoffzelle 14 ist vorzugsweise als Festoxid -Brennstoffzelle ausgeführt. Die Brennstoffzelleneinheit 12, bzw. die Brennstoffzelle 14, umfasst eine Anode 20, einer Kathode 22 und einen zwischen der Anode 20 und der Kathode 22 angeordneten Elektrolyten 24.
Weiter weist die Brennstoffzellenvorrichtung 10 zwei Gasprozessoreinheiten 26, 28 auf. Bei der Gasprozessoreinheit 26 handelt es sich um einen Kathodengas- prozessor 30. Bei der Gasprozessoreinheit 28 handelt es sich um einen Anoden- gasprozessor 32. Alternativ ist es aber auch denkbar, dass die zwei Gasprozessoreinheiten 26, 28 in einer Gasprozessoreinheit, insbesondere als Einheit, ausgebildet sind.
Der Kathodengasprozessor 26 weist eine erste Funktionseinheit 34 und eine zweite Funktionseinheit 36 auf. Die erste Funktionseinheit 34 ist als Nachbrenneinheit 38 ausgebildet, während die zweite Funktionseinheit 36 als ein Wärmeübertrager 40 ausgebildet ist. Der Anodengasprozessor 32 weist eine dritte Funktionseinheit 42, eine vierte Funktionseinheit 44 und eine fünfte Funktionseinheit 46 auf. Die dritte Funktionseinheit 42 und die fünfte Funktionseinheit 46 sind jeweils als Wärmeübertrager 48, 52 ausgebildet, während die vierte Funktionseinheit 44 als eine Reformerein- heit 50 ausgebildet ist. Die vierte Funktionseinheit 44 ist strömungstechnisch zwischen die dritte Funktionseinheit 42 und die fünfte Funktionseinheit 46 geschaltet.
Über einen Prozessanschluss 54 wird der Brennstoffzellen Vorrichtung 10 ein Frischgas zugeführt. Das Frischgas besteht aus frischem Erdgas und einem Re- zirkulat, welches über einen zweiten Prozessanschluss 56 aus der Brennstoffzellenvorrichtung 10 abgeführt wird. Das Erdgas und das Rezirkulat werden außerhalb der Brennstoffzellenvorrichtung 10 über einen Anschluss 58 zusammengeführt und mittels eines Verdichters 60 verdichtet. Alternativ wäre es aber auch denkbar, dass das Erdgas und das Rezirkulat innerhalb der Brennstoffzellenvorrichtung 10 über den Anschluss 58 zusammengeführt werden.
Das Frischgas wird in der dritten Funktionseinheit 42 durch ein Anodenabgas der Brennstoffzelleneinheit 12 vorgewärmt. Zu einer Entschwefelung des Erdgases kann der dritten Funktionseinheit 42 eine hier nicht dargestellte Entschwefelungseinheit, insbesondere eine Heißentschwefelungseinheit, vorgeschaltet sein. Im Anschluss wird es durch die vierte Funktionseinheit 44 hindurch in die fünfte Funktionseinheit 52 geleitet, in dem es auf eine Reaktionstemperatur zwischen 650 °C und 850 °C erhitzt wird. Die vierte Funktionseinheit 44, welche als Refor- mereinheit 50 ausgebildet ist, dient einer endothermen Dampf-Reformierung der im Erdgas vorhandenen langkettigen Alkane (CXH2(X+D, mit x > 1):
CxH2(x+i) + x * H20 x * CO + (2x+l) * H2 Das durch die vierte Funktionseinheit 18 gewonnene brenngashaltige Reformat wird der Anode 20 der Brennstoffzelleneinheit 12 zugeführt, wo es durch eine elektrochemische Reaktion unter Erzeugung von elektrischer und thermischer Energie umgesetzt wird. Ein heißes Anodenabgas der Brennstoffzelleneinheit 12 wird in die fünfte Funktionseinheit 52 geleitet, um das Frischgas auf die Reakti- onstemperatur zu erhitzen. Da das Reformat nicht vollständig in der Anode 20 der Brennstoffzelleneinheit 12 umsetzbar ist, wird ein Teil des Anodenabgases, wie bereits beschrieben, dem frischen Erdgas als Rezirkulat zugeführt. Der Rest des Anodenabgases wird der ersten Funktionseinheit 34 zugeführt. In der ersten Funktionseinheit 34 werden brennbare Bestandteile des Anodenabgases nachverbrannt. Die in der ersten Funktionseinheit 34 entstehende Wärme wird ver- wendet, um eine der Brennstoffzellenvorrichtung 10 über einen dritten Prozess- anschluss 62 zugeführte Umgebungsluft für die Kathode 22 zu erhitzen und um beispielsweise Heizungswasser und/oder Brauchwasser nach einem fünften Pro- zessanschluss 64 zu erwärmen. Für die elektrochemische Reaktion in der Kathode 22 wird die Umgebungsluft in der zweiten Funktionseinheit 36 auf die Reaktionstemperatur erhitzt. Nach dem Austritt aus der Brennstoffzelleneinheit 12 wird ein Kathodenabgas direkt in die erste Funktionseinheit 34 geleitet. Zusätzlich zu einem Teil des Anodenabgases kann der ersten Funktionseinheit 34 Erdgas über eine Rohrleitung 66 zugeführt werden. Dies kann vor allem bei einem Aufheizvorgang der Brennstoffzellenvorrichtung 10 notwendig sein.
Figur 2 zeigt eine schematische Außendarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Gasprozessoreinheit 26. Die Gasprozessoreinheit 26, im gezeigten Fall der Kathodengasprozessor 30, für die Brennstoffzellenvorrichtung 10, weist - wie schon erläutert - die erste Funktionseinheit 34 auf. Im gezeigten Fall ist die Gasprozessoreinheit 26, bzw. der Kathodengasprozessor 30 zumindest im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet. Die Gasprozessoreinheit 26, bzw. der gezeigte Kathodengasprozessor 30, zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass ein erster Anschlusskasten 70 und ein zweiter Anschlusskasten 72 angeordnet sind, welche zur Speisung von Abgas eingerichtet sind. Durch die gezeigte Ausgestaltung der Anschlusskästen lässt sich die Gasprozessoreinheit 26, bzw. der Kathodengasprozessor 30, besser in die Brennstoffzellenvorrichtung 10 integrieren. Vor allem lässt sich die Gasprozessoreinheit 26 einfacher stromabwärts der Brennstoffzelleneinheit 12 in die Brennstoffzellenvorrichtung 10 integrieren.
In dem gezeigten Fall ist der erste Anschlusskasten 70 zur Speisung von Katho- denabgas eingerichtet und der zweite Anschlusskasten 72 zur Speisung von Anodenabgas, wodurch Kathodenabgas und Anodenabgas parallel gespeist werden können.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist zudem ein dritter Anschlusskasten 74, welcher zur Speisung von Kathodenabgas eingerichtet ist, angeordnet. Durch den dritten Anschlusskasten wird die Speisung von Kathodenabgas zusätzlich räumlich verteilt. Alternativ wäre es aber auch denkbar, dass der dritte Anschlusskasten 74 zur Speisung von Anodenabgas vorgesehen ist. Alternativ ist es auch denkbar, dass der erste Anschlusskasten 70 zur Speisung von Anodenabgas eingerichtet ist und der zweite Anschlusskasten 72 zur Speisung von Kathodenabgas. Auch wäre es denkbar, dass der dritte Anschlusskasten 74 zur Speisung von Anodenabgas eingerichtet ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird dem ersten Anschlusskasten 70 über eine erste Zuführleitung 76 und dem dritten Anschlusskasten 74 über eine dritte Zuführleitung 80 das zu speisende Kathodenabgas zugeführt. Gleichzeitig wird dem zweiten Anschlusskasten 72 über eine zweite Zuführleitung 78 das zu speisende Anodenabgas zugeführt.
Wie schon erwähnt, ist die erste Funktionseinheit 34 als Nachbrenneinheit 38 ausgebildet. So wird das gespeiste Anodengas unter Beimischung das gespeisten Kathodengases im Inneren der Gasprozessoreinheit 26, bzw. des Kathoden- gasprozessors 30, effektiv verbrannt, wobei das in der ersten Funktionseinheit 34, bzw. in der Nachbrenneinheit 30, entstehende heiße Abgas die Gasprozessoreinheit 26 über eine Austrittsöffnung 82 verlässt.
Darüber hinaus, weist die Gasprozessoreinheit 26, bzw. der Kathodengaspro- zessor 30, - wie ebenfalls schon erwähnt - eine zweite Funktionseinheit 36 auf, welche als Wärmeübertrager 40 ausgebildet ist. Dem Wärmeübertrager 40 wird
Umgebungsluft über eine vierte Zuführleitung 84 zugeführt, wodurch ein Teil der Wärme des in der ersten Funktionseinheit 34, bzw. der Nachbrenneinheit 38, entstehenden heißen Abgases auf die Umgebungsluft übertragen wird. Anschließend verlässt die vorgewärmte Umgebungsluft die zweite Funktionseinheit 36, bzw. den Wärmeübertrager 40, über eine Abführleitung und wird, wie in Figur 1 gezeigt, der Kathode 22 der Brennstoffzelleneinheit 12 zugeführt. Das durch die Übertragung von Wärme auf die Umgebungsluft zum Teil abgekühlte aber weiterhin noch heiße Abgas der ersten Funktionseinheit 34, bzw. der Nachbrenneinheit 38, wird anschließend von der Austrittsöffnung 62 über den in Figur 1 gezeigten, fünften Prozessanschluss 62 abgeführt und kann beispielsweise weiter zur Erwärmung von Heizungswasser und/oder Brauchwasser genutzt werden.
In Figur 3 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbei- spiels einer Gasprozessoreinheit 26, bzw. des Kathodengasprozessors 30, gezeigt. Es lässt sich erkennen, dass die erste Funktionseinheit 36, bzw. die Nachbrenneinheit 38, eine Brennkammer 88 aufweist, die im Inneren der Gasprozessors 26 zylindrisch ausgebildet ist und von der zweiten Funktionseinheit 36, bzw. des Wärmeübertragers 40, mantelförmig umgeben wird. So lässt sich auch er- kennen dass der Wärmeübertrager 40 als ein Koaxialwärmeübertrager 90 ausgebildet ist, wobei die zu erwärmende zugeführte Umgebungsluft gegenläufig zu dem in der ersten Funktionseinheit 34, bzw. der Nachbrenneinheit 38, entstehenden, heißen Abgases geführt wird. Die Brennkammer 88 wird durch eine zylindrische Wandung 92 begrenzt. Die zylindrische Wandung 92 ist dabei ein Teil des Koaxialwärmeübertragers 90 und damit auch der zweiten Funktionseinheit
36. Der in der vorhergehenden Beschreibung beschriebene Wärmeübertrag von dem in der ersten Funktionseinheit 34, bzw. der Nachbrenneinheit 38, entstehenden, heißen Abgas auf die Umgebungsluft findet dabei über die zylindrische Wandung 92 statt. Die zylindrische Wandung 92 kann allerdings auch zumindest teilweise als ein Teil der Brennkammer 88 und damit auch der ersten Funktionseinheit 34 aufgefasst werden.
Die Anschlusskästen 70, 72, 73 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in einem unteren Bereich 94 der Gasprozessoreinheit 26 ausgebildet. Die erste Funk- tionseinheit 34 weist eine Wandung 96, in dem gezeigten Fall eine Lochplatte
100, mit einer Vielzahl an Öffnungen 102, auf, wobei die Anschlusskästen 70, 72, 74 angrenzend zu der Wandung 96 ausgebildet sind. Dadurch wird eine besonders kompakte Bauweise erreicht, wobei die Nachbrenneinheit 38, bzw. die Brennkammer 88, durch die Öffnungen 102 düsenartig mit Kathodenabgas und Anodenabgas effektiv gespeist wird. Durch die düsenartige Einspeisung von Kathodenabgas und Anodenabgas entstehen in der Brennkammer 88 rezirkulati- onsartige Ströme, bzw. Verwirbelungen, knapp über der Oberfläche der Wandung 96, welche positiv zur Vermischung des Anodenabgases mit dem Kathodenabgas und damit auch zur Verbrennung in der Brennkammer 88 beitragen. Die genannten rezirkulationsartigen Ströme sind dabei im Wesentlichen lateral zur Oberfläche der Wandung 96, vor allem an den Öffnungen 102, lokalisiert.
Figur 4 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung des unteren Bereichs 94 der Gasprozessoreinheit 26, bzw. des Kathodengasprozessors 30 aus Figur 3. So kann man erkennen, dass jeweils zumindest ein Teil, bzw. eine Anzahl, der Vielzahl an Öffnungen 102 strömungstechnisch jeweils zumindest einem der Anschlusskästen 70, 72, 74 zugeordnet ist. Dabei ist jeweils der zumindest eine Teil der Vielzahl an Öffnungen 102 jeweils in einem Teilbereich 104, 106, 108 ausgebildet, der an jeweils zumindest einen der Anschlusskästen 70, 72, 74 angrenzt.
In dem Ausführungsbeispiel aus Figur 4 sind drei Teilbereiche 104, 106, 108 gezeigt in denen die Öffnungen 102 ausgebildet sind. Dabei ist in einem inneren Teilbereich 104 eine erste Anzahl an Öffnungen 110 kreisförmig angeordnet, wobei die Öffnungen 110 strömungstechnisch mit dem ersten Anschlusskasten 70 verbunden sind. In einem mittleren Teilbereich 106 ist eine zweite Anzahl an Öffnungen 112 ebenfalls kreisförmig angeordnet, wobei die Öffnungen 112 strömungstechnisch mit dem zweiten Anschlusskasten 72 verbunden sind. In einem äußeren Teilbereich 108 ist eine dritte Anzahl an Öffnungen 114 ebenfalls kreisförmig angeordnet, wobei die Öffnungen 114 strömungstechnisch mit dem dritten Anschlusskasten 74 verbunden sind.
Die Öffnungen 102 können unterschiedliche Größen aufweisen. So sind die Öffnungen 112 in dem mittleren Teilbereich 106 kleiner ausgebildet als die Öffnungen 110 im inneren Teilbereich 104 und die Öffnungen 114 im äußeren Teilbereich 108. Dadurch kann Anodenabgas durch die Öffnungen 112 im mittleren Teilbereich 106 mit einer höheren Geschwindigkeit in die Brennkammer 88 eingespeist werden, wodurch wiederum die Vermischung von Anodenabgas und Kathodenabgas begünstigt wird.
Außerdem sind die Anschlusskästen 70, 72, 74 rotationssymmetrisch, bzw.
kreissymmetrisch, ausgebildet, wodurch zum einen eine kompakte Bauweise er- reicht wird und zum anderen eine kostengünstige Herstellung, beispielsweise mittels eines Spritzgussverfahrens, ermöglicht wird.
Weiter sind die Anschlusskästen 70, 72, 74 entlang zumindest einer Richtung be- trachtet gemäß ihrer jeweiligen Größe geordnet angeordnet. Wodurch die Zuführleitungen 76, 78, 80 einfacher mit den Anschlusskästen in Verbindung gebracht werden können, wobei zugleich die Kompaktheit der Gasprozessoreinheit 26 gewährleistet bleibt. In dem in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Anschlusskasten 70,
72, 74 ausgehend von dem ersten Anschlusskasten 70, mit einer größten räumlichen Ausdehnung, radial nach außen hin mit abnehmender räumlicher Ausdehnung angeordnet. Vereinfacht ausgedrückt bilden die Anschlusskasten eine pyramidale Anordnung.
Im gezeigten Fall sind die Anschlusskästen 70, 72, 74 konzentrisch, insbesondere in radialer Richtung, nebeneinander angeordnet. So ist der erste Anschlusskasten 70 zylindrisch in der Mitte ausgebildet, wobei der zweite Anschlusskasten 72 ringförmig um den ersten Anschlusskasten 70 ausgebildet ist. Daraufhin ist der dritte Anschlusskasten 74 ringförmig um den zweiten Anschlusskasten 72 ausgebildet. Da die Anschlusskasten 70, 72, 74 derart nebeneinander ausgebildet sind, kann auch eine entsprechende konzentrische Anordnung der Öffnungen 102 realisiert werden, wodurch auch eine konzentrisch alternierende Speisung von Anodenabgas und Kathodenabgas ermöglicht wird. Dies wiederum begüns- tigt die Vermischung von Anodenabgas und Kathodenabgas, wodurch eine besonders ertragsreiche Verbrennung ermöglicht wird.
In Figur 5 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Gasprozessoreinheit 26, bzw. eines Kathodengasprozes- sors 30, gezeigt. Dabei sind zumindest zwei der Anschlusskästen 70, 72, 74 ineinander, im gezeigten Fall der zweite Anschlusskasten 72 innerhalb des ersten Anschlusskastens 70, angeordnet. So wird für die Speisung von Kathodenabgas lediglich der erste Anschlusskasten 70 benötigt, wodurch die Ausbildung eines dritten Anschlusskastens 74, wie er im Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 bis 4 gezeigt ist, entfallen kann. Entsprechend wird dadurch zum einen die
Bauweise der Gasprozessoreinheit 26, bzw. des Kathodengasprozessors 30, kompakter und zum anderen werden Material kosten bei einer Herstellung der Gasprozessoreinheit gespart.
Zudem entfällt die Anordnung einer dritten Zuführleitung 80, wie sie in den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 4 gezeigt wird. So ist lediglich die erste Zuführleitung 76 für die Zufuhr von Kathodenabgas zum ersten Anschlusskasten 70 und die zweite Zuführleitung 78 für die Zufuhr von Anodenabgas zum zweiten Anschlusskasten 72 angeordnet. Dabei verläuft die zweite Zuführleitung 78 teilweise innerhalb des ersten Anschlusskastens 70, wodurch die Zufuhr von Anodenabgas zum zweiten Anschlusskasten 72 ermöglicht wird.
Darüber hinaus ist in dem in Figur 5 gezeigten Ausführungsbeispiel die zweite Funktionseinheit 36, bzw. der Wärmeübertrager 30, als ein wendeiförmiger Rohrwärmeübertrager 120 ausgebildet. Der wendeiförmige Rohrwärmeübertrager 120 ist dabei in den Brennraum 80 der ersten Funktionseinheit 34, bzw. der Nachbrenneinheit 38, integriert. Dadurch kann das in der ersten Funktionseinheit 34, bzw. der Nachbrenneinheit 38, entstehende heiße Abgas den wendeiförmigen Rohrwärmeübertrager 120 umströmen.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die vierte Zuführleitung 84 und die Abführleitung 86, im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel aus den Figuren 1 bis 4, in axialer Richtung ausgebildet, wodurch bezogen auf die Strömung der Umgebungsluft auch eine axiale Integration in eine Brennstoffzellenvorrichtung 10 ermöglicht wird, wodurch wiederum thermo-mechanische Spannungen, die Anzahl der Fügestellen und Druckverluste reduziert werden.
Außerdem weist die gezeigte Gasprozessoreinheit 26 im unteren Bereich 94 eine Aufweitung 126 der Brennkammer 88 auf, wodurch die Abführleitung 86 durch die Brennkammer 88 geleitet werden kann ohne die Verbrennung im Bereich der Öffnungen 102 zu beeinflussen.
Des Weiteren ist in dem in Figur 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ein Staurohr 122 zur Stauung von heißem Abgas der Nachbrennereinheit 38 angeordnet, wodurch das heiße Abgas der Nachbrenneinheit 38, dicht an dem wendeiförmigen Rohrwärmetauscher 120 vorbei strömt, wodurch wiederum der Wärmeüber- trag auf die im wendeiförmigen Wärmeübertrager strömende Umgebungsluft effektiv erhöht wird.
Das Staurohr 122 ist an einer der Austrittsöffnung 82 zugewandten Seite verschlossen. Im gezeigten Fall ist das Staurohr 122 an der der Austrittsöffnung 82 zugewandten Seite durch eine Platte 124 verschlossen. Dadurch sind die durch die Verbrennung in der Nachbrenneinheit 38 entstehenden Korrosionen, im Vergleich zur Verschließung des anderen Rohrendes an einer der Wandung 96 zugewandten Seite, vermindert. Des Weiteren sind die abgasseitigen Druckverluste reduziert, da sich das heiße Abgas nach der Verbrennung stetiger ausprägen kann und nicht direkt auf eine Verschlussplatte trifft.
Figur 6 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Gasprozessoreinheit. Dabei ist ein zusätzliches Abgasleitmittel 130, im gezeigten Fall ein wendeiförmiges Abgasleitmittel 130, angeordnet, welches dazu vorgesehen ist heißes Abgas der Nachbrennereinheit 38 entlang dem Verlauf des wendeiförmigen Rohrwärmeübertragers 120 zu führen, wodurch der Wärmeübertrag auf die im wendeiförmigen Rohrwärmeübertrager 120 geführte Umgebungsluft zusätzlich erhöht wird. In dem gezeigten Fall handelt es sich bei dem Abgasleitmittel 130 um ein Abgasleitblech 132.
In Figur 7 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Gasprozessoreinheit 26, bzw. des Kathodengasprozessors 30, gezeigt. Man kann erkennen, dass die erste Funktionseinheit 34, bzw. die Nachbrenneinheit 38, einen Zugang 140, im gezeigten Fall einen verschließbaren Zugang 140, welcher eine Service-Öffnung 142 darstellt, aufweist. Der Zugang 140 kann durch eine Klappe 144 verschlossen oder geöffnet werden. Durch den Zugang 140, bzw. die Service-Öffnung 142, wird eine Wartung, bzw. Säuberung, der Nachbrenneinheit 38 ermöglicht.
Der Zugang 140 ist derart ausgebildet, dass er von dem ersten Anschlusskasten 70 zum Teil umgeben ist. Der Zugang 140 ist also zum Teil angrenzend zum ersten Anschlusskasten 70 ausgebildet. So ist auch ein Teil des Zugangs 140 durch den ersten Anschlusskasten 70 ausgebildet. Dadurch bleibt die Kompaktheit der Gasprozessoreinheit 26 gewährleistet. In Figur 8 ist eine schematische Querschnittsdarstellung des unteren Bereichs 94 des Ausführungsbeispiels der Gasprozessoreinheit 26, bzw. des Kathodengas- prozessors 30, aus Figur 7 gezeigt. Man kann erkennen, dass in der Wandung 96, bzw. der Lochplatte 100, zusätzlich zu den Öffnungen 102 eine größere Öff- nung 146 ausgebildet ist. So ist der Zugang 140 zum Teil in der Wandung 96 der ersten Funktionseinheit 26, bzw. der Nachbrenneinheit 34, ausgebildet, wodurch der Brennraum 88 der Nachbrenneinheit 34 für eine Wartung zugänglich wird.
Alternativ ist es auch denkbar, dass der Zugang 140 an einen anderen, beispielsweise einen zweiten und/oder dritten Anschlusskasten, angrenzt oder von einem anderen, wie dem zweiten und/oder dritten Anschlusskasten umgeben wird. So ist es beispielsweise auch denkbar, dass der in Figur 4 gezeigte erste Anschlusskasten 70 zu einem Zugang 140 modifiziert wird. Dies könnte dadurch erreicht werden, dass auf der Unterseite des Anschlusskastens 70 eine Klappe, ähnlich der Klappe 144, ausgebildet wird und auf der Oberseite des Anschlusskastens 70 eine größere Öffnung, ähnlich der größeren Öffnung 146, in der Wandung 96, bzw. der Lochplatte 100, ausgebildet wird, wodurch der Brennraum 88 für eine Wartung zugänglich wird.
In Figur 9 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Gasprozessoreinheit 26, bzw. eines Kathodengasprozes- sors 30, gezeigt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die zweite Funktionseinheit 36 als ein wendeiförmiger Doppelrohrwärmeübertrager 150 ausgebildet, wodurch die wärmetauschende Oberfläche und damit auch der Wärmeübertrag auf die im Wärmeübertrager 40 strömende Umgebungsluft vergrößert wird.
Ferner kann durch die vergrößerte wärmetauschende Oberfläche die Länge des Wärmeübertragers 40, bzw. des wendeiförmigen Doppelrohrwärmeübertragers 150, verringert werden, wodurch wiederum Druckverluste minimiert werden.
Im gezeigten Fall ist der wendeiförmige Doppelrohrwärmeübertrager 150 mit einer Rohrtransposition 152 ausgebildet, wodurch die Länge der einzelnen Rohrwendeln 154, 156 ausgeglichen wird. So werden auch die Druckverluste in den einzelnen Rohrwendeln 154, 156 gegenüber einander ausgeglichen. Die in den Figuren 5 bis 7 gezeigten wendeiförmigen Rohrwärmeübertrager 120 und/oder der in der Figur 9 gezeigte wendeiförmige Doppelrohrwärmeübertrager 150 können auch als Helix-Rohr-Wärmeübertrager verstanden werden.

Claims

Ansprüche
Gasprozessoreinheit (26), insbesondere Kathodengasprozessor (30), für eine Brennstoffzellenvorrichtung (10), welche zumindest eine erste Funktionseinheit (34) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erster Anschlusskasten (70) und zumindest ein zweiter Anschlusskasten (72) angeordnet sind, welche zur Speisung von zumindest einem Abgas eingerichtet sind.
Gasprozessoreinheit (26), nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine erste Anschlusskasten (70) zur Speisung von Kathodenabgas eingerichtet ist und der zumindest eine zweite Anschlusskasten (72) zur Speisung von Anodenabgas eingerichtet ist. 3. Gasprozessoreinheit (26) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine erste Funktionseinheit (34) als eine Nachbrenneinheit (38) ausgebildet ist und/oder die Gasprozessoreinheit (26) zumindest eine zweite Funktionseinheit (36) aufweist, welche vorzugsweise als ein Wärmeübertrager (40) ausgebildet ist.
4. Gasprozessoreinheit (26) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein dritter Anschlusskasten (74), welcher zur Speisung von Kathodenabgas oder Anodenabgas eingerichtet ist, angeordnet ist.
5. Gasprozessoreinheit (26) nach einem der Vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine erste Funktionseinheit (34) zumindest eine Wandung (96), insbesondere eine Lochplatte (100), mit einer Vielzahl an Öffnungen (102), aufweist, wobei insbesondere die Anschlusskasten (70, 72, 74) angrenzend zu der zumindest einen Wandung (96) ausgebildet sind.
6. Gasprozessoreinheit (26) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zumindest ein Teil der Vielzahl an Öffnungen (102) strömungstechnisch jeweils zumindest einem der Anschlusskasten (70, 72, 74) zugeordnet ist.
7. Gasprozessoreinheit (26) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusskasten (70, 72, 74) rotationssymmetrisch, bzw. kreissymmetrisch, ausgebildet sind.
8. Gasprozessoreinheit (26) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusskasten (70, 72, 74) entlang zumindest einer Richtung betrachtet gemäß ihrer jeweiligen Größe geordnet angeordnet sind.
9. Gasprozessoreinheit (26) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, die Anschlusskasten (70, 72, 74) konzentrisch, insbesondere in radialer Richtung, nebeneinander angeordnet sind.
10. Gasprozessoreinheit (26) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei der Anschlusskasten (70, 72, 74) ineinander, insbesondere der zumindest eine zweite Anschlusskasten (72) innerhalb des zumindest einen ersten Anschlusskastens (70), angeordnet sind.
11. Gasprozessoreinheit (26) nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine zweite Funktionseinheit (36) zumindest teilweise als ein wendeiförmiger Rohrwärmeübertrager (120) ausgebildet ist.
12. Gasprozessoreinheit (26) nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zweite Funktionseinheit (36), insbesondere der wendeiförmige Rohrwärmeübertrager (120), in die zumindest eine erste Funktionseinheit (34), vorzugsweise in einen Brennraum (88) der Nachbrenneinheit (38), integriert ist.
13. Gasprozessoreinheit (26) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Staurohr (122) zur Stauung von heißem Abgas der Nachbrennereinheit (38) angeordnet ist.
14. Gasprozessoreinheit (26) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zusätzliches Abgasleitmittel (130), insbesondere wendeiförmiges Abgasleitmittel (130), angeordnet ist, welches insbesondere dazu vorgesehen ist heißes Abgas der Nachbrennereinheit (38), vorzugsweise entlang einem Verlauf des wendeiförmigen Rohrwärmeübertragers (120), zu führen.
15. Gasprozessoreinheit (26) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine erste Funktionseinheit (34) mindestens einen Zugang (140), vorzugsweise verschließbaren Zugang (140), insbesondere eine Service-Öffnung (142), aufweist.
16. Gasprozessoreinheit (26) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Zugang in der zumindest einen Wandung (96) der zumindest einen Funktionseinheit (34) und/oder zumindest teilweise durch zumindest einen der Anschlusskästen (70, 72, 74) ausgebildet ist.
17. Gasprozessoreinheit (26) nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zweite Funktionseinheit (36) zumindest teilweise als ein wendeiförmiger Doppelrohrwärmeübertrager (150), insbesondere mit mindestens einer Rohrtransposition (152), ausgebildet ist.
18. Brennstoffzellenvorrichtung (10) aufweisend mindestens eine Gasprozessoreinheit (26, 28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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