DE102007001375A1 - Method of operating a reformer, reforming system and fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Reformers (10) zum Erzeugen eines wasserstoffreichen Reformats (20), wobei dem Reformer Brennstoff (16) und Oxidationsmittel (18) zugeführt werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mindestens eine Eigenschaft des dem Reformer (10) zugeführten Brennstoffs (16) ermittelt wird und dass in Abhängigkeit der mindestens einen Eigenschaft das Mengenverhältnis von zugeführtem Brennstoff (16) und Oxidationsmittel (18) eingestellt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Reformierungssystem und eine Brennstoffzellenanlage.The invention relates to a method for operating a reformer (10) to produce a hydrogen-rich reformate (20), wherein the reformer fuel (16) and oxidizing agent (18) are supplied. According to the invention, it is provided that at least one property of the fuel (16) supplied to the reformer (10) is determined and that the quantity ratio of supplied fuel (16) and oxidant (18) is set as a function of the at least one property. The invention further relates to a reforming system and a fuel cell system.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Reformers zum Erzeugen eines wasserstoffreichen Reformats, wobei dem Reformer Brennstoff und Oxidationsmittel zugeführt werden.The The invention relates to a method for operating a reformer for Producing a hydrogen-rich reformate, wherein the reformer is fuel and oxidizing agent supplied become.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Reformierungssystem mit einem Reformer und einer elektronischen Steuereinheit, wobei dem Reformer Brennstoff und Oxidationsmittel zugeführt werden.The The invention further relates to a reforming system with a reformer and an electronic control unit, wherein the reformer is fuel and Supplied oxidizing agent become.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Brennstoffzellenanlage.Farther The invention relates to a fuel cell system.
Reformer dienen der Erzeugung eines wasserstoffreichen Gemisches, welches insbesondere zur Erzeugung von elektrischer Energie in einer dem Reformer nachgeschalteten Brennstoffzellenanordnung verwendet wird. Zu diesem Zweck werden dem Reformer Kohlenwasserstoffe als Brennstoff sowie ein Oxidationsmittel zugeführt. Als Oxidationsmittel kommt insbesondere Luftsauerstoff zum Einsatz. Die Brennstoffe können flüssig und gasförmig zugeführt werden, wobei im mobilen Einsatzbereich insbesondere die einem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoffe ebenfalls als Brennstoffe für den Reformer verwendet werden.reformer serve to produce a hydrogen-rich mixture, which in particular for the generation of electrical energy in a the reformer downstream fuel cell assembly is used. To this Purpose will be the reformer hydrocarbons as fuel and a Supplied oxidizing agent. In particular, atmospheric oxygen is used as the oxidizing agent. The fuels can liquid and gaseous be fed wherein in the mobile field of application, in particular, an internal combustion engine supplied fuels also as fuels for to be used by the reformer.
Aus mehreren Gründen ist es erwünscht, dass ein Reformer mit verschiedenen Brennstoffen betrieben werden kann. Zum einen können hierdurch baugleiche Reformer in Anlagen eingesetzt werden, die für verschiedene Brennstoffe ausgelegt sind. Zum anderen kann auf diese Weise die Grundlage dafür geschaffen werden, dass ein und dieselbe Anlage mit verschiedenen Brennstoffen ohne Effizienzeinbußen betrieben werden kann. Im mobilen Bereich ist dies besonders interessant, da auch Verbrennungsmotoren existieren, welche verschiedene Kraftstoffe verarbeiten können. Ein Kraftfahrzeug, das mit einem solchen Verbrennungsmotor ausgestattet ist, sollte daher möglichst auch einen Reformer aufweisen, der verschiedene Kraftstoffe in geeigneter Weise umsetzen kann.Out several reasons is it desirable that a reformer with different fuels can be operated. For one thing As a result, identical reformer be used in systems that for different Fuels are designed. On the other hand, in this way the Basis for it created be that one and the same plant with different fuels operated without loss of efficiency can be. In the mobile sector, this is particularly interesting Since there are also internal combustion engines, which different fuels can handle. A motor vehicle equipped with such an internal combustion engine is, therefore, should be possible also have a reformer, the various fuels in appropriate Can implement manner.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren, Systeme und Anlagen des Standes der Technik in der Weise weiterzubilden, dass geeignete Reformierungsprozesse bei variierenden Brennstoffeigenschaften stattfinden können.Of the Invention is based on the object, methods, systems and systems of the prior art in such a way that suitable reforming processes can take place at varying fuel properties.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.These The object is achieved by the features of the independent claims.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.advantageous embodiments of the invention are in the dependent claims specified.
Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Verfahren dadurch auf, dass mindestens eine Eigenschaft des dem Reformer zugeführten Brennstoffs ermittelt wird und dass in Abhängigkeit der mindestens einen Eigenschaft das Mengenverhältnis von zugeführtem Brennstoff und Oxidationsmittel eingestellt wird. Um den Reformierungsprozess zu optimieren, wird also zunächst eine Eigenschaft des dem Reformer zugeführten Brennstoffs ermittelt. In Abhängigkeit von dieser Eigenschaft kann dann die Luftzahl ermittelt werden, also eine Größe, welche einen entscheidenden Einfluss auf die Funktionsweise des Reformers hat. Die Luftzahl ist insbesondere eng an das Temperaturprofil im Reformer gekoppelt, so dass durch eine geeignete Einstellung der Luftzahl erwünschte Temperaturprofile und somit ein optimierter Reformerbetrieb zur Verfügung gestellt werden können.The Invention builds on the generic method thereby, that at least one property of the fuel supplied to the reformer is determined and that depending the at least one property, the ratio of fuel supplied and oxidizing agent is adjusted. To the reforming process to optimize, so first determines a property of the fuel supplied to the reformer. Dependent on then the air ratio can be determined from this property, So a size, which a decisive influence on the functioning of the reformer Has. The air ratio is particularly close to the temperature profile in the Coupled with the reformer, so that by a suitable adjustment of the Air ratio desired Temperature profiles and thus an optimized reformer operation for disposal can be made.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die mindestens eine Eigenschaft den Brennstofftyp kennzeichnet. Es kann also insbesondere zwischen verschiedenen Brenngasen, Diesel und Benzin unterschieden werden.For example it can be provided that the at least one property characterizes the fuel type. It can therefore in particular between different fuel gases, diesel and gasoline.
Ebenfalls kann nützlich sein, dass die mindestens eine Eigenschaft die Brennstoffqualität kennzeichnet. Im Zusammenhang mit Benzin wird die Brennstoffqualität durch die Ok tanzahl gekennzeichnet. Vergleichbare Kennzahlen existieren auch für andere Brennstofftypen.Also can be useful be that the at least one characteristic characterizes the fuel quality. In connection with gasoline, the quality of the fuel is improved the Ok number is indicated. Comparable key figures exist also for other fuel types.
Ebenfalls kann vorteilhaft sein, dass die mindestens eine Eigenschaft die Reinheit des Brennstoffs kennzeichnet. Insbesondere Diesel wird mit unterschiedlicher Reinheit vertrieben. Dies betrifft vor allem Schwefelverunreinigungen im Diesel, die das Betriebsverhalten des Reformers und eines Brennstoffzellensystems, dem der Reformer zugehörig ist, beeinflussen können. Ist das Maß an Schwefelverunreinigungen bekannt, so kann der Betriebspunkt des Reformers darauf abgestimmt werden, insbesondere im Hinblick darauf, dass möglichst geringfügige Schwefelablagerungen im Reformer auftreten.Also may be advantageous that the at least one property the Purity of the fuel features. In particular, diesel will distributed with different purity. This concerns above all Sulfur impurities in diesel that affect the performance of the Reformer and a fuel cell system to which the reformer belongs can. Is that the measure? Sulfur impurities known, so the operating point of the reformer be voted on, in particular with a view to: preferably slight sulfur deposits occur in the reformer.
Von besonderem Vorteil ist es, dass an mindestens zwei Positionen im Bereich des Reformers eine Temperatur gemessen wird und die Temperaturinformation zusätzlich bei der Einstellung des Mengenverhältnisses von zugeführtem Brennstoff und Oxidationsmittel berücksichtigt wird. Über die Ermittlung der Brennstoffeigenschaften kann also zunächst die Luftzahl im Reformer so eingestellt werden, dass eine erwünschte Betriebsweise des Reformers zu erwarten ist. Das Einstellen dieser erwünschten Betriebsweise kann dann noch dadurch unterstützt werden, dass das Temperaturprofil im Reformer ermittelt wird. Auf dieser Grundlage können Korrekturen an der ursprünglich eingestellten Luftzahl vorgenommen werden.From It is particularly advantageous that at least two positions in Range of the reformer is a temperature is measured and the temperature information additionally in adjusting the quantity ratio of fuel supplied and oxidizing agents becomes. about The determination of the fuel properties can therefore first the Air ratio in the reformer can be adjusted so that a desired mode of operation of the reformer is to be expected. The setting of these desired Operation can then be supported by the fact that the temperature profile is determined in the reformer. On this basis, corrections can be made at the original adjusted air ratio.
Insbesondere ist es nützlich, dass das Mengenverhältnis von zugeführtem Brennstoff und Oxidationsmittel so eingestellt wird, dass die im Bereich des Reformers gemessenen Temperaturen eine möglichst geringe Differenz aufweisen.Especially is it useful that the quantity ratio supplied from Fuel and oxidant is adjusted so that the in Range of the reformer measured temperatures as possible have small difference.
Die Erfindung ist ferner in besonders vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass das Mengenverhältnis von zugeführtem Brennstoff und Oxidationsmittel auf der Grundlage von in einer elektronischen Steuereinheit gespeicherten Kennfeldern geregelt wird, wobei verschiedene Kennfelder für verschiedene Eigenschaften des dem Reformer zugeführten Brennstoffs vorliegen. Eine Regelung der Luftzahl – eine so genannte Lambdaregelung – kann auf der Grundlage einer eigens hierfür vorgesehenen Lambdasonde oder durch eine geeignete Auswertung der elektrischen Parameter einer dem Reformer nachgeordneten Brennstoffzellenanordnung erfolgen. Eine solche Regelung auf der Grundlage von Kennfeldern vorzunehmen bietet sich an, da die systematischen Abhängigkeiten zwischen den Lambdawerten und dem Betriebsverhalten des Reformers kaum in anderer Weise erfassbar sind.The Invention is further developed in a particularly advantageous manner, that the quantity ratio supplied from Fuel and oxidizer based on in an electronic Control unit stored maps is controlled, with different Maps for different Characteristics of the fuel supplied to the reformer are present. A regulation of the air ratio - one so-called lambda control - can on the basis of a specially for this provided lambda probe or by a suitable evaluation of electrical parameters of the reformer downstream fuel cell assembly respectively. Such a regulation based on maps It makes sense to make that since the systematic dependencies between the lambda values and the operating behavior of the reformer hardly are detectable in another way.
Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Reformierungssystem dadurch auf, dass mindestens eine Eigenschaft des dem Reformer zugeführten Brennstoffs ermittelbar und von der elektronischen Steuereinheit erfassbar ist und dass in Abhängigkeit der mindestens einen Eigenschaft das Mengenverhältnis von zugeführtem Brennstoff und Oxidationsmittel durch die elektronische Steuereinheit einstellbar ist. Auf diese Weise werden die Vorteile und Besonderheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens im Rahmen eines Reformierungssystems umgesetzt. Dies gilt auch für die nachfolgend angegebenen besonders bevorzugten Ausführungsformen des Systems.The Invention builds on the generic reforming system thereby on, that at least one property of the fuel supplied to the reformer can be determined and detected by the electronic control unit and that in dependence the at least one property, the ratio of fuel supplied and oxidizing agent by the electronic control unit adjustable is. In this way, the advantages and peculiarities of inventive method implemented under a reforming system. This also applies to the following specified particularly preferred embodiments of the system.
Dieses kann dadurch weitergebildet sein, dass mindestens ein Sensor zum Erfassen der Brennstoffqualität vorgesehen ist, wobei die mindestens eine Eigenschaft die Brennstoffqualität kennzeichnet.This can be developed by the fact that at least one sensor for Capture the fuel quality is provided, wherein the at least one property characterizes the fuel quality.
Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Sensor zum Erfassen der Reinheit des Brennstoffs vorgesehen ist, wobei die mindestens eine Eigenschaft die Reinheit des Brennstoffs kennzeichnet.Also can be provided that at least one sensor for detecting the Purity of the fuel is provided, wherein the at least one Feature that features the purity of the fuel.
Das erfindungsgemäße Reformierungssystem ist in nützlicher Weise dadurch weitergebildet, dass mindestens zwei Temperatursensoren an mindestens zwei Positionen im Bereich des Reformers vorgesehen sind und dass die so ermittelbaren Temperaturinformationen zusätzlich bei der Einstellung des Mengenverhältnisses von zugeführtem Brennstoff und Oxidationsmittel durch die elektronische Steuereinheit berücksichtigt werden können.The inventive reforming system is more useful Way further developed that at least two temperature sensors provided at least two positions in the region of the reformer are and that the temperature information can be determined in addition the setting of the quantity ratio supplied from Fuel and oxidizer through the electronic control unit considered can be.
In diesem Zusammenhang ist es besonders nützlich, dass das Mengenverhältnis von zugeführtem Brennstoff und Oxidationsmittel so durch die elektronische Steuereinheit einstellbar ist, dass die im Bereich des Reformers gemessenen Temperaturen eine möglichst geringe Differenz aufweisen.In In this context, it is particularly useful that the ratio of supplied Fuel and oxidant so through the electronic control unit it is adjustable that the temperatures measured in the area of the reformer one possible have small difference.
Von besonderem Vorteil ist es, dass das Mengenverhältnis von zugeführtem Brennstoff und Oxidationsmittel auf der Grundlage von in der elektronischen Steuereinheit gespeicherten Kennfeldern regelbar ist, wobei verschiedene Kenn felder für verschiedene Eigenschaften des dem Reformer zugeführten Brennstoffs vorliegen.From It is particularly advantageous that the quantitative ratio of fuel supplied and oxidizing agents based on in the electronic Control unit stored maps is adjustable, with different Identification fields for various properties of the fuel supplied to the reformer available.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die Lambdawertanpassung an die Kraftstoffart das Temperaturniveau im Reformer eingestellt werden kann. Bei einer konstanten Zufuhr von Oxidationsmittel und Brennstoff stellen sich nach einiger Zeit konstante Bedingungen ein, insbesondere im Hinblick auf die Zustandsgrößen Temperatur und Druck. Insbesondere im Hinblick auf die Temperatur ist eine Begrenzung erforderlich, um den Reformer nicht zu überlasten, speziell im Hinblick auf einen Katalysator. Durch die kraftstoffabhängige Lambdawerteinstellung können also die Lage des thermodynamischen Gleichgewichtes und somit das Temperaturniveau im Reformer vorteilhaft eingestellt werden, wobei im Zusammenhang mit vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung auch noch auf ein homogenes Temperaturprofil geachtet werden kann. Typische Lambdawerte liegen für Benzin und Diesel im Bereich größer oder gleich 0,35, während Lambdawerte für Erdgas im Bereich größer oder gleich 0,25 angesiedelt sind.Of the The invention is based on the finding that by the lambda value adjustment adjusted to the fuel the temperature level in the reformer can be. At a constant supply of oxidant and Fuel will become constant after some time a, in particular with regard to the state variables temperature and pressure. Especially in terms of temperature, a limitation is required so as not to overload the reformer, especially with regard to a catalyst. Due to the fuel-dependent lambda value adjustment can So the position of the thermodynamic equilibrium and thus the Temperature level can be set in the reformer advantageous, wherein in connection with advantageous embodiments of the invention Even on a homogeneous temperature profile can be respected. Typical lambda values are for Gasoline and diesel in the area larger or equal to .35 while Lambda values for Natural gas in the range larger or equal to 0.25 are settled.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennstoffzellenanlage mit einem erfindungsgemäßen Reformierungssystem.The The invention further relates to a fuel cell system with a reforming system according to the invention.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand besonders bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.The Invention will now be described with reference to the accompanying drawings particularly preferred embodiments exemplified.
Es zeigen:It demonstrate:
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.The in the above description, in the drawings and in the claims disclosed features of the invention can both individually and also in any combination for the realization of the invention be essential.
- 1010
- Reformerreformer
- 1212
- Brennstoffzuführeinrichtungfuel supply
- 1414
- Oxidationsmittelzuführeinrichtungoxidant feeder
- 1616
- Brennstofffuel
- 1818
- Oxidationsmitteloxidant
- 2020
- Reformatreformate
- 2222
- Steuereinheitcontrol unit
- 2424
- Sensorsensor
- 2626
- Temperatursensortemperature sensor
- 2828
- Temperatursensortemperature sensor
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |
Effective date: 20120420 |