DE10252075A1 - Gestufte magere Verbrennung für einen Schnellstart eines brennstoffverarbeitenden Systems - Google Patents

Gestufte magere Verbrennung für einen Schnellstart eines brennstoffverarbeitenden Systems

Info

Publication number
DE10252075A1
DE10252075A1 DE10252075A DE10252075A DE10252075A1 DE 10252075 A1 DE10252075 A1 DE 10252075A1 DE 10252075 A DE10252075 A DE 10252075A DE 10252075 A DE10252075 A DE 10252075A DE 10252075 A1 DE10252075 A1 DE 10252075A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
processing system
combustion
fuel processing
fuel
combustion heater
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE10252075A
Other languages
English (en)
Inventor
Steven G Goebel
William H Pettit
Mohammed E H Sennoun
Danel P Miller
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.)
Motors Liquidation Co
Original Assignee
Motors Liquidation Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Motors Liquidation Co filed Critical Motors Liquidation Co
Publication of DE10252075A1 publication Critical patent/DE10252075A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28C—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA COME INTO DIRECT CONTACT WITHOUT CHEMICAL INTERACTION
    • F28C3/00—Other direct-contact heat-exchange apparatus
    • F28C3/06—Other direct-contact heat-exchange apparatus the heat-exchange media being a liquid and a gas or vapour
    • F28C3/08—Other direct-contact heat-exchange apparatus the heat-exchange media being a liquid and a gas or vapour with change of state, e.g. absorption, evaporation, condensation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01B—BOILING; BOILING APPARATUS ; EVAPORATION; EVAPORATION APPARATUS
    • B01B1/00—Boiling; Boiling apparatus for physical or chemical purposes ; Evaporation in general
    • B01B1/005—Evaporation for physical or chemical purposes; Evaporation apparatus therefor, e.g. evaporation of liquids for gas phase reactions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/48—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents followed by reaction of water vapour with carbon monoxide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—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
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H01M8/04022—Heating by combustion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0618—Reforming processes, e.g. autothermal, partial oxidation or steam reforming
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • H01M8/0668—Removal of carbon monoxide or carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0244—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being an autothermal reforming step, e.g. secondary reforming processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0283—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a CO-shift step, i.e. a water gas shift step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0435—Catalytic purification
    • C01B2203/044—Selective oxidation of carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/047—Composition of the impurity the impurity being carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C01B2203/066—Integration with other chemical processes with fuel cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C01B2203/0822—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel the fuel containing hydrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C01B2203/0827—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel at least part of the fuel being a recycle stream
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0838—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by heat exchange with exothermic reactions, other than by combustion of fuel
    • C01B2203/0844—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by heat exchange with exothermic reactions, other than by combustion of fuel the non-combustive exothermic reaction being another reforming reaction as defined in groups C01B2203/02 - C01B2203/0294
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1288—Evaporation of one or more of the different feed components
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/14—Details of the flowsheet
    • C01B2203/142—At least two reforming, decomposition or partial oxidation steps in series
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/80—Aspect of integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas not covered by groups C01B2203/02 - C01B2203/1695
    • C01B2203/82—Several process steps of C01B2203/02 - C01B2203/08 integrated into a single apparatus
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency

Abstract

Brennstoffverarbeitendes System zum schnellen Erreichen einer Betriebstemperatur während einer Startphase. Das brennstoffverarbeitende System umfasst einen Reformer, einen Shift-Reaktor und einen Reaktor für selektive Oxidation, um Wasserstoff zur Verwendung bei der Erzeugung von Elektrizität in einer Vielzahl von Brennstoffzellen abzuleiten. Ein erstes Verbrennungsheizersystem ist mit zumindest einer der Einrichtungen Reformer, Shift-Reaktor und Reaktor für selektive Oxidation gekoppelt, um die Komponente während einer Schnellstartabfolge vorzuheizen. Dies bedeutet, dass das erste Verbrennungsheizersystem dazu dient, Wärmeenergie als ein Produkt der Verbrennung von Luft und Brennstoff in der Form eines ersten erhitzten Austragsstromes zu erzeugen. Dieser erste erhitzte Austragsstrom wird anschließend dazu verwendet, die Komponente direkt oder durch Verwendung eines Wärmetauschersystems zu erhitzen. Der erste erhitzte Austragsstrom wird auch durch eine zweite Verbrennungsvorrichtung als eine Quelle für Sauerstoff oder Verdünnungsmittel verwendet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein brennstoffverarbeitende Systeme und insbesondere ein brennstoffverarbeitendes System mit einem zweistufigen System für magere Verbrennung für einen Schnellstart eines brennstoffverarbeitenden Systems.
  • H2-O2-Brennstoffzellen verwenden Wasserstoff (H2) als einen Brennstoff und Sauerstoff (als Luft) als ein Oxidationsmittel. Der Wasserstoff, der in der Brennstoffzelle verwendet wird, kann von der Reformierung eines Kohlenwasserstoff-Brennstoffes (beispielsweise Methanol oder Benzin) abgeleitet werden. Beispielsweise werden bei einem Dampfreformierungsprozess ein Kohlenwasserstoff-Brennstoff (wie beispielsweise Methanol) und Wasser (wie beispielsweise Dampf in einem katalytischen Reaktor (auch bekannt als "Dampfreformer) einer idealen Reaktion unterzogen, um ein Reformatgas zu erzeugen, das hauptsächlich Wasserstoff und Kohlenmonoxid umfasst.
  • Ein beispielhafter Dampfreformer ist in dem US-Patent Nr. 4,650,727 von Vanderborgh beschrieben. Bei einem anderen Beispiel werden bei einem autothermen Reformierungsprozeß ein Kohlenwasserstoff-Brennstoff (wie beispielsweise Benzin), Luft und Dampf in einem katalytischen Reaktor, der eine Partialoxidation und eine Dampfreformierung kombiniert (auch bekannt als autothermer Reformer) einer idealen Reaktion unterzogen, um ein Reformatgas zu erzeugen, das Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthält. Ein beispielhafter autothermer Reformer ist in der US-Anmeldung Nr. 09/626,553 beschrieben, die am 27. Juli 2000 eingereicht wurde. Das Reformat, das den Reformer verlässt, enthält unerwünscht hohe Konzentrationen an Kohlenmonoxid, von dem der größte Teil entfernt werden muss, um eine Vergiftung des Katalysators der Anode der Brenstoffzelle zu verhindern. Diesbezüglich muss Kohlenmonoxid (d. h. etwa 3-10 Mol-%), das in dem H2-reichen Reformat/Abfluss, der den Reformer verlässt, enthalten ist, auf sehr niedrige nichttoxische Konzentrationen (d. h. weniger als etwa 20 ppm) verringert werden, um eine Vergiftung der Anode zu vermeiden.
  • Es ist bekannt, dass das Kohlenmonoxidniveau (CO-Niveau) des Reformats/Abflusses, der einen Reformer verlässt, dadurch verringert werden kann, dass eine sogenannte "Shift"-Reaktion verwendet wird, bei der Wasser (d. h. Dampf dem Reformat/Abfluss, der den Reformer verlässt, in der Anwesenheit eines geeigneten Katalysators hinzugefügt wird. Dies verringert den Kohlenmonoxidgehalt des Reformates gemäß der folgenden idealen Shift-Reaktion:
    CO + H2O → CO2 + H2
  • Ein gewisser Anteil (d. h. etwa 0,5 Mol-% oder mehr) CO überdauert dennoch die Shiftreaktion. Daher umfasst der Abfluss des Shift-Reaktors Wasserstoff, Kohlendioxid, Wasser, Kohlenmonoxid und Stickstoff.
  • Die Shiftreaktion ist nicht ausreichend, um den CO-Gehalt des Reformats ausreichend (d. h. auf unterhalb etwa 20-200 ppm) zu verringern. Daher ist es erforderlich, Kohlenmonoxid von dem wasserstoffreichen Reformatstrom, der den Shift-Reaktor verlässt, vor einer Lieferung desselben an die Brennstoffzelle weiter zu entfernen. Es ist bekannt, den CO-Gehalt von Ha-reichem Reformat, das den Shift-Reaktor verlässt, durch eine sogenannte "PrOx"-Reaktion (d. h. Reaktion mit selektiver/bevorzugter Oxidation) weiter zu verringern, die in einem geeigneten PrOx-Reaktor ausgeführt wird, der bei Temperaturen betrieben wird, die die selektive Oxidation des CO mit Luft in der Anwesenheit des H2 unterstützen, aber ohne dass wesentliche Mengen des H2 verbraucht/oxidiert werden oder die sogenannte "Umkehr-Wasser-Gas-Shift-Reaktion" (RWGS-Reaktion) ausgelöst wird. Die PrOx- und RWGS-Reaktionen sind wie folgt:
    CO + SO2 → CO2 (PrOx)
    CO2 + H2 → H2O + CO (RWGS)
  • Der PrOx-Prozess ist in einem Dokument beschrieben mit dem Titel "Methanol Fuel Processing for Low Temperature Fuel Cells", das in dem Programm und den Zusammenfassungen des Fuel Cell Seminar 1988, 23.-26. Oktober 1988, Long Beach, Kalifornien und in Vanderborgh et al. US-Patent Nr. 5,271,916 und weitere beschrieben ist.
  • Erwünschterweise liegt das O2, das für die PrOx-Reaktion erforderlich ist, bei etwa dem zweifachen der stöchiometrischen Menge, die erforderlich ist, um das CO in dem Reformat zu reagieren. Wenn die Menge an O2 das etwa Zweifache der erforderlichen stöchiometrischen Menge überschreitet, resultiert ein übermäßiger Verbrauch an H2. Wenn andererseits die Menge an O2 im Wesentlichen kleiner als etwa das Zweifache der erforderlichen stöchiometrischen Menge ist, kann eine unzureichende CO-Oxidation auftreten, und es besteht eine größere Gefahr, dass die RWGS-Reaktion auftritt. Demgemäß verwenden in der Praxis viele Anwender das etwa Vierfache oder höher der stöchiometrischen Menge an O2 als theoretisch erforderlich ist, um eine Reaktion mit dem CO auszuführen.
  • PrOx-Reaktoren können entweder (1) adiabatisch sein (d. h. wenn zugelassen wird, dass die Temperatur des Reaktors während der Oxidation des CO ansteigen kann) oder (2) isotherm sein (d. h. wenn die Temperatur des Reaktors während einer Oxidation des CO im Wesentlichen konstant beibehalten wird). Der adiabatische PrOx-Prozess wird manchmal über eine Anzahl aufeinanderfolgender Stufen bewirkt, die den CO-Gehalt fortschreitend in Stufen verringern, und erfordert eine vorsichtige Temperatursteuerung, da, wenn die Temperatur zu stark ansteigt, die RWGS- Reaktion auftreten kann, die kontraproduktiv mehr CO erzeugt. Der isotherme Prozess kann dieselbe CO-Verringerung wie der adiabatische Prozess bewirken, aber mit weniger Stufen und ohne Gefahr der RWGS- Reaktion, wenn (1) die Reaktortemperatur niedrig genug gehalten werden kann und (2) eine O2-Abreicherung in der Nähe des Endes des Reaktors vermieden werden kann.
  • Ein bekannter isothermer Reaktor ist im Wesentlichen ein mit Katalysator versehener Wärmetauscher mit einer thermisch leitfähigen Barriere oder Wand, die den Wärmetauscher in (1) einen ersten Kanal, durch den das H2-reiche Gas, das dekontaminiert (d. h. Entfernung von CO) werden soll, strömt, und (2) einen zweiten Kanal trennt, durch den ein Kühlmittel strömt, um die Temperatur des Reaktors innerhalb eines definierten Arbeitsbereichs im Wesentlichen konstant zu halten. Die Barrierenwand besitzt eine mit Katalysator versehene erste Fläche, die zu dem ersten Kanal weist, um die CO + O2-Reaktion zu unterstützen, und eine zweite Fläche ohne Katalysator, die zu dem zweiten Kanal zum Kontakt mit dem Kühlmittel darin weist, um Wärme von der mit Katalysator versehenen ersten Oberfläche durch die Barriere herauszuziehen. Die mit Katalysator versehenen Oberflächen von benachbarten Barrieren liegen einander gegenüber und sind eng voneinander beabstandet, um so einen schmalen ersten Kanal zu definieren, durch den sich das H2-reiche Gas bewegt.
  • Der Reformierungsprozess von Benzin oder anderen Kohlenwasserstoffen erfolgt bei hohen Temperaturen (d. h. etwa 600-800°C). Der Wasser-Gas- Shift-Reaktor ist bei Temperaturen von 250-450°C aktiv. Die PrOx- Reaktion ist bei Temperaturen von 100-200°C aktiv. Somit ist es erforderlich, dass der Reformer, der Wasser-Gas-Shift-(WGS)-Reaktor und der PrOx-Reaktor jeweils auf Temperaturen erhitzt werden, die ausreichend sind, damit das brennstoffverarbeitende System arbeiten kann. Während der Startphase verhält sich ein herkömmliches brennstoffverarbeitendes System jedoch so, dass die Erwärmung verschiedener Komponenten gestuft verläuft. Dieses Verfahren kann zu einer unerwünschten Verzögerungszeit führen, um das System in Betrieb zu bringen. Alternativ dazu können externe elektrische Heizquellen (beispielsweise Heizer) verwendet werden, um die Komponenten auf die richtigen Betriebstemperaturen zu bringen. Diese Methode erfordert eine externe Quelle für Elektrizität, wie beispielsweise eine Batterie.
  • Demgemäß besteht ein Bedarf in der relevanten Technik, um ein brennstoffverarbeitendes System vorzusehen, das in der Lage ist, die Komponenten eines brennstoffverarbeitenden Systems schnell aufzuheizen, um diese hohen Betriebstemperaturen für die Startphase zu erreichen. Ferner besteht ein Bedarf in der relevanten Technik, ein brennstoffverarbeitendes System vorzusehen, das diesen Wärmeeingang in das brennstoffverarbeitende System maximiert, während die Tendenz zur Bildung von Kohlenstoff minimiert wird. Noch weiter besteht ein Bedarf in der relevanten Technik, ein brennstoffverarbeitendes System vorzusehen, das in der Lage ist, das brennstoffverarbeitende System zu erwärmen, während der Gebrauch elektrischer Energie während der Startphase und die Abhängigkeit von katalytischen Reaktionen minimiert ist.
  • Gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung ist ein brennstoffverarbeitendes System mit einem vorteilhaften Aufbau vorgesehen, um eine Betriebstemperatur während der Startphase schnell zu erreichen. Das brennstoffverarbeitende System umfasst einen Reformer, einen Shift- Reaktor und einen Reaktor für selektive Oxidation, um Wasserstoff für den Gebrauch bei der Erzeugung von Elektrizität in einer Vielzahl von H2- O2-Brennstoffzellen abzuleiten. Ein erstes Verbrennungsheizsystem ist mit zumindest einer der Einrichtungen Reformer, Shift-Reaktor und Reaktor für selektive Oxidation gekoppelt, um die Komponente(n) während einer Schnellstartabfolge vorzuheizen. Dies bedeutet, dass das erste Verbrennungsheizersystem dazu dient, Wärmeenergie als ein Produkt der Verbrennung von Luft und Brennstoff in der Form eines ersten erhitzten Austragsstromes zu erzeugen. Dieser erste erhitzte Austragsstrom wird dann dazu verwendet, die Komponente entweder direkt oder durch Verwendung eines Systems vom Wärmetauschertyp zu heizen.
  • Aus der nachfolgend vorgesehenen detaillierten Beschreibung werden weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung offensichtlich. Es sei zu verstehen, dass die detaillierte Beschreibung und die spezifischen Ausführungsformen, die die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung angeben, nur zu Zwecken der Veranschaulichung beabsichtigt sind und nicht dazu bestimmt sind, den Schutzumfang der Erfindung zu begrenzen.
  • Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
  • Fig. 1 eine schematische Ansicht ist, die ein brennstoffverarbeitendes System gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • Fig. 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Brennersystems für Verbrennung ist;
  • Fig. 3 eine schematische Ansicht ist, die ein brennstoffverarbeitendes System gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • Fig. 4 eine schematische Ansicht ist, die ein brennstoffverarbeitendes System gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
  • Fig. 5 eine schematische Ansicht ist, die ein brennstoffverarbeitendes System gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Erfindung, ihre Anwendbarkeit oder ihre Verwendungen zu begrenzen. Beispielsweise ist die vorliegende Erfindung nachfolgend im Zusammenhang mit einer Brennstoffzelle beschrieben, die durch reformiertes Benzin beliefert wird. Es sei jedoch zu verstehen, dass die hier ausgeführten Grundsätze gleichermaßen auf Brennstoffzellen anwendbar sind, die durch andere reformierbare Brennstoffe beliefert werden.
  • In Fig. 1 ist ein brennstoffverarbeitendes System, das allgemein mit 10 bezeichnet ist, gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erindung gezeigt. Das brennstoffverarbeitende System 10 umfasst allgemein ein erstes Brennersystem 12, einen autothermen Reformer (Reformer; ATR) 14, einen Wärmetauscher 16, einen Wasser-Gas-Shift- Reaktor/Wärmetauscher (WGS/WT) 18, einen Reaktor für selektive Oxidation/Verdampfer (PrOx/Verdampfer) 20, einen Brennstoffzellenstapel 22, ein zweites Brennersystem 24 und einen Reaktor 26 mit katalytischer Verbrennungseinrichtung (Verbrenn).
  • Das erste Brennersystem 12 und das zweite Brennersystem 24 werden hauptsächlich dazu verwendet, die Komponenten des brennstoffverarbeitenden Systems 10 während einer Startphase zu erwärmen, um schnell und effizient eine optimale Betriebstemperatur in dem brennstoffverarbeitenden System 10 zu erreichen. Das erste Brennersystem 12 und das zweite Brennersystem 24 können verschiedene Typen von Brennstoffen verbrennen, wie beispielsweise Kohlenwasserstoffe oder Wasserstoff oder andere. Somit ist das brennstoffverarbeitende System 10 dazu in der Lage, elektrische Energie effizient durch die Kombination von Wasserstoff und Sauerstoff gemäß der bekannten Brennstoffzellentechnologie zu erzeugen. Das erste Brennersystem 12 und das zweite Brennersystem 24 sind jeweils entweder Brenner mit Vormischung oder Brenner vom Diffusionstyp, die Wärme durch Verbrennung erzeugen. Die Rate der Erwärmung ist durch den Heizwert des Brennstoffes, der verbrannt wird, bestimmt. Die Menge an Brennstoff, die verbrannt wird, ist bei nahezu insgesamt stöchiometrischen Bedingungen (near overall stoichiometric conditions) abhängig von der Luftstromrate. Das erste Brennersystem 12 und das zweite Brennersystem 24 können einen thermischen oder katalytischen Aufbau besitzen.
  • Bevorzugt erfolgt die Erwärmung durch Verbrennung in zwei Stufen, nämlich in dem ersten Brennersystem 12 und im zweiten Brennersystem 24, um die Anfangstemperaturen der Gase zu minimieren, die erforderlich sind, um den Reformer 14, den WGS/WT 18, den PrOx/Verdampfer- Reaktor 20 und eine katalytische Verbrennungseinrichtung 26 effizient und schnell auf Betriebstemperatur zu erwärmen. Dies bedeutet, dass der Reformer 14, der WGS/WT 18, der PrOx/Verdampfer-Reaktor 20 und die katalytische Verbrennungseinrichtung 26 gegenüber Schaden anfällig sind, wenn sie zu hohen Temperaturen ausgesetzt werden. Um jedoch diese Komponenten mit einem einzelnen Brenner auf eine vorbestimmte Betriebstemperatur zu erhitzen, ist es erforderlich, dass die Ausgangsgase des einzelnen Brenners anfänglich ausreichend erhitzt sind, um genügend Hitze unterstromig zur Erwärmung der verbleibenden Komponenten zu führen. Daher können die Ausgangsgase des einzelnen Brenners eine Gefahr für oberstromige Komponenten darstellen, da die Temperatur über derjenigen liegen kann, die die oberstromige Komponente tolerieren kann. Demgemäß ist es bevorzugt, ein zweistufiges Heizsystem zu verwenden, um alle Komponenten während der Startphase effektiv zu erhitzen, ohne dass diese Komponenten überhöhten Temperaturen ausgesetzt werden. Eine Verbrennung in zwei Stufen dient auch dazu, die maximale Flammentemperatur zur verringern, was die Erzeugung von unerwünschter NOX-Bildung verringert. Alternativ dazu könnte die Verbrennung in mehr als zwei Stufen zur verbesserten lokalen Steuerung der resultierenden Erwärmung erfolgen. Beispielsweise könnte ein zusätzlicher Brenner dazu verwendet werden, den WGS/WT 18 und den PrOx/Verdampfer-Reaktor 20 direkt zu erhitzen.
  • Wie am besten in Fig. 1 gezeigt ist, ist das brennstoffverarbeitende System 10 so angeordnet, dass das erste Brennersystem 12 einen ersten Lufteinlassstrom 28 und einen ersten Brennstoffeinlassstrom 30 umfasst. Der erste Lufteinlassstrom 28 kann als eine direkte Zufuhr von einem Systemluftkompressor (nicht gezeigt) oder von der Luftzufuhr 34 zu dem Brennstoffzellenstapel 22 erhalten werden. Der Gebrauch von Luft von der Luftzufuhr 34 zu dem Brennstoffzellenstapel 22 kann zusätzliche Strömungsraten vorsehen, um ggf. eine höhere Heizkapazität zu erreichen.
  • Der erhitzte Abgas-/Austragsstrom von dem ersten Brennersystem 12, der allgemein als 32 bezeichnet ist, verlässt das erste Brennersystem 12 als ein an Brennstoff mageres Verbrennungsabgas, um die unterstromigen Komponenten des brennstoffverarbeitenden Systems 10 zu erhitzen. Die jeweilige Temperatur des ersten Brenneraustragsstromes 32 ist bevorzugt ausreichend, um den Katalysator in dem Reformer 14 auf seine optimierte Betriebstemperatur zu erwärmen, die typischerweise im Bereich von etwa 600-800°C für Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Benzin, liegt. Zu diesem Zweck ist das erste Brennersystem 12 bevorzugt vom Vormisch- oder Diffusionstyp und umfasst eine Hochtemperaturzone zugunsten einer Flammenstabilität. Es sei angemerkt, dass der erste Brenneraustragsstrom 32 des ersten Brennersystems 12 mit unterstromiger Luft (nicht gezeigt) verdünnt werden kann, um den ersten Brenneraustragsstrom auf eine Temperatur zu steuern, die geeignet ist, um den Katalysator in dem Reformer 14 zu erwärmen. Diese unterstromige Luft kann dadurch erhalten werden, dass ein Anteil des ersten Lufteinlassstromes 28 in dem ersten Brennersystem 12 umgelenkt wird oder kann durch Verwendung einer anderen Luftquelle (d. h. Reformerluft 36) erhalten werden. Jedoch wird der erste Lufteinlassstrom 28 bevorzugt als eine direkte Zufuhr von einem Kompressor oder aus einer zeitweiligen Umgehung des Brennstoffzellenstapels 22 und der Verwendung einer Luftversorgung von einem Stapellufteinlassstrom 34 erhalten, um eine hohe Durchflussrate von Luft zu erzielen. Diese Anordnung, die in Fig. 1 gezeigt ist, minimiert den Druckabfall durch das brennstoffverarbeitende System 10, indem Luft von dem ersten Lufteinlassstrom 28 während der Startphase an einem Strömen durch den Wärmetauscher 16 gehindert wird und ferner indem ein Reformerlufteinlassstrom 36 oder ein Reformerdampf 38 während des Normalbetriebs an einem Strömen durch das erste Brennersystem 12 gehindert werden.
  • Demgemäß erhitzt der erste Brenneraustragsstrom 32 von dem ersten Brennersystem 12 nacheinander eine Reformereinlasszone 40, einen Reformer 14, einen Wärmetauscher 16 und einen Schwefelabscheider 42. Ein Bypassventil 44 wird geöffnet, und ein WGS-Ventil 46 wird geschlossen, so dass der Austragsstrom 32 des ersten Brenners den WGS/WT 18 umgeht und zu der katalytischen Verbrennungseinrichtung 26 und dem zweiten Brennersystem 24 strömt. Jedoch sei zu verstehen, dass das Bypassventil 44 und das WGS-Ventil 46 durch ein einzelnes Dreiwegeventil ersetzt werden könnten (siehe Fig. 3). Jedoch ermöglicht diese Anordnung mit zwei Ventilen, dass das Bypassventil 44 entfernt von der hohen Temperatur des Reformatgasstromes 54 angeordnet werden kann. Dadurch kann das Bypassventil 44 aus Materialien für niedrigere Temperatur und bessere Abdichtung hergestellt werden, um Lecks von Reformat zu der katalytischen Verbrennungseinrichtung 26 zu beseitigen, was zu einem Verlust an Systemwirkungsgrad führen kann.
  • Es wird angenommen, dass eine kurze Beschreibung der verbleibenden Komponenten und Verbindungen des brennstoffverarbeitenden Systems 10 nützlich ist, um die Startprozeduren und -komponenten angemessen beschreiben zu können. Daher umfasst unter Bezugnahme auf einen "Normal"-Betrieb (beispielsweise nachdem das System gestartet hat und läuft) die Reformereinlasszone 40 einen Reformerbrennstoffeinlassstrom 48, wie beispielsweise Benzin, und eine Reformerlufteinlassströmung 50 von dem Wärmetauscher 16, um einen Einlassstrom 52 zu erzeugen. Der Einlassstrom 52 tritt in den Reformer 14 ein und reagiert katalytisch mit dem Brennstoff von dem Reformerbrennstoffeinlassstrom 48 und mit Luft und Wasser von der Reformereinlassströmung 50, um einen H2-reichen Reformatgasstrom 54 zu bilden. Der Reformatgasstrom 54 strömt durch den Wärmetauscher 16, der überschüssige Wärme beseitigt, die während des Reformierungszyklus von dem Reformatgasstrom 54 erzeugt wird. Diese Wärme wird anschließend durch den Wärmetauscher 16 verwendet, um eine Mischung aus Reformerlufteinlasstrom 36 und Reformerdampf 38 zu erwärmen, um eine Reformereinlassströmung 50 zu erzeugen. Der Reformatgasstrom 54 strömt dann durch den Schwefelabscheider 42, um Schwefel und andere Kohlenwasserstoffe zu entfernen, und mischt sich bei Austritt mit einer Wasserströmung 56, um die Temperatur in den WGS/WT 18 zu steuern und ferner den Abfluss zu befeuchten.
  • Während des Normalbetriebs ist das WGS-Ventil 46 offen, so dass der befeuchtete Reformatgasstrom 54 durch dieses zu dem WGS/WT 18 und dem PrOx/Verdampfer-Reaktor 20 strömen kann. Wie oben erwähnt ist, ist der WGS/WT 18 ein aus Wasser-Gas-Shift-Reaktor und Wärmetauscher kombiniertes System. Der Wärmetauscherabschnitt des WGS/WT 18 ist fluidmäßig von dem Wasser-Gas-Shift-Reaktor-Abschnitt getrennt, um eine-effiziente Erwärmung des Shift-Reaktorkatalysators während der Startprozedur zu ermöglichen.
  • Der PrOx/Verdampfer-Reaktor 20 ist ein System aus Reaktor für selektive /bevorzugte Oxidation und Verdampfer. Der Verdampferabschnitt des PrOx/Verdampfer-Reaktors 20 wird als ein Wärmetauscher verwendet, um überschüssige Wärme von der Reaktion für selektive Oxidation zu entfernen und einen Reformerdampf 86 zu erzeugen, und trennt die Reaktionskatalysatoren von der Dampfströmung. Der WGS/WT 18 und der PrOx/Verdampfer-Reaktor 20 werden dazu verwendet, CO-Niveaus darin auf akzeptablen Niveaus zu verringern. Der an CO abgereicherte und H2- reiche Reformatstrom 58 wird anschließend in die Anodenseite des Brennstoffzellenstapels 22 zugeführt. Gleichzeitig dazu wird Sauerstoff von dem Stapellufteinlassstrom 34 in die Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels 22 zugeführt. Der Wasserstoff von dem Reformatstrom 58 reagiert mit dem Sauerstoff von dem Stapellufteinlassstrom 34 über eine Membranelektrodenanordnung, um Elektrizität zu erzeugen. Das Anodenabgas oder der Stapelabfluss 60 von der Anodenseite des Brennstoffzellenstapels 22 umfasst einen Anteil an Wasserstoff, der zurück in die katalytische Verbrennungseinrichtung 26 geführt wird, um Wärme zu erzeugen. Das Kathodenabgas 62 von der Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels 22 umfasst Sauerstoff auch zur Verwendung in der katalytischen Verbrennungseinrichtung 26. Die Strömung des Kathodenabgases 62 zu der katalytischen Verbrennungseinrichtung 26 wird über ein Paar Steuerventile gesteuert, nämlich ein Luftsteuerventil 64 der Verbrennungseinrichtung und ein Rückschlagventil 66 für Kathodenabgas. Das Schließen des Rückschlagventils 66 für Kathodenabgas erzeugt einen Gegendruck, der Luft durch das Luftsteuerventil 64 der Verbrennungseinrichtung zur Verbrennung in der katalytischen Verbrennungseinrichtung 26 drückt. Das Öffnen des Kathodenabgasrückschlagventils 66 erlaubt eine Strömung zu einem Austrag 67.
  • Während eines Startzyklus ist das Bypassventil 44 geöffnet, und das WGS-Ventil 46 ist geschlossen, wodurch die mageren Gase des ersten Brennersystems 12 indirekt an das zweite Brennersystem 24 gesendet werden. Es sei zu verstehen, dass es notwendig ist, den WGS/WT 18 zu umgehen, wenn magere Verbrennungsgase in dem brennstoffverarbeitenden System 10 strömen, da der Sauerstoff in den Verbrennungsgasen mit dem CuZn-Katalysator reagieren kann, der typischerweise in Wasser-Gas- Shift-(WGS)-Reaktoren verwendet wird. Wenn jedoch der WGS/WT 18 einen nicht-pyrophoren Katalysator verwendet, sind das Bypassventil 44 und das WGS-Ventil 46 nicht notwendig, und es kann mageren Verbrennungsgasen erlaubt werden, entlang des normalen Betriebsweges durch den Brennstoffzellenstapel 22 zu dem zweiten Brennersystem 24 zu strömen, um das brennstoffverarbeitende System 10 zu vereinfachen. Allgemein ist es unerwünscht zuzulassen, dass trockene Luft für längere Zeitperioden durch den Brennstoffzellenstapel 22 strömen kann, da die Gefahr eines Austrocknens der Membrane besteht, die typischerweise in PEM-Stapeln verwendet werden. Gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erindung ist, wenn keine Ventile 44, 46 verwendet werden, die resultierende Gasströmung durch den Brennstoffzellenstapel 22 akzeptabel, da sie Feuchtigkeit, die ein Produkt der mageren Verbrennung in dem ersten Brennersystem 12 ist, und sehr niedrige Kohlenmonoxidniveaus enthält, um eine "Vergiftung" der Katalysatoren zu verhindern. Ggf. kann ein Bypassventil verwendet werden, um den Brennstoffzellenstapel 22 zu umgehen.
  • Das zweite Brennersystem 24 wird dazu verwendet, die katalytische Verbrennungseinrichtung 26, den WGS/WT 18 und den PrOx/Verdampfer-Reaktor 20 indirekt zu erwärmen. Der zweite Brennstoffeinlassstrom 68 wird unterstromig der katalytischen Verbrennungseinrichtung 26 in das zweite Brennersystem 24 eingeführt, so dass während des Verbrennungsprozesses der größte Teil des verbleibenden Sauerstoffs verbraucht wird. Es sei jedoch angemerkt, dass es vorzuziehen ist, in dem zweiten Brennersystem 24 geringfügig mager an Brennstoff zu bleiben, um sicherzustellen, dass keine unverbrannten Kohlenwasserstoffe in dem erwärmten Austragsstrom 70 vorhanden sind. Das zweite Brennersystem 24 ist bevorzugt von einem Vormisch- oder Diffusionstyp. Genauer ist das zweite Brennersystem 24 vom Vormischtyp, wenn es mit flüssigem Brennstoff verwendet wird, um die Menge an Emissionen zu verringern, die durch die Flamme erzeugt werden.
  • Wie am besten in Fig. 2 zu sehen ist, wird die katalytische Verbrennungseinrichtung 26 indirekt erwärmt. Dies bedeutet, dass unter Startbedingungen die Gasströmung 88 der Verbrennungseinrichtung zu dem zweiten Brennersystem 24 das Produkt einer mageren Verbrennung in dem ersten Brennersystem 12 ist, das durch das Bypassventil 44 strömt. Die Gasströmung 88 der Verbrennungseinrichtung wird indirekt über eine Zwischenlage 202 erwärmt, die eine Flamme 204 des zweiten Brennersystems 24 von der Gasströmung 88 der Verbrennungseinrichtung trennt. Der zweite Brennstoffeinlassstrom 68 wird der Gasströmung 88 der Verbrennungseinrichtung nach der katalytischen Verbrennungseinrichtung 26 hinzugefügt und mit dieser gemischt. Bei einem Vormischvorgang wird der zweite Brennstoffeinlassstrom 68 in das Gas, das die katalytische Verbrennungseinrichtung 26 verlässt, in einer Mischkammer 206 vor einer Einführung in die Flammenkammer 208 eingespritzt und mit diesem gemischt. Bei einem Diffusionsvorgang erfolgt keine Mischung in der Kammer 206, und der zweite Brennstoffeinlassstrom 68 wird unterstromig eines Flammenstabilisators 210 direkt in die Flamme 204 eingespritzt. Bei einem Betrieb mit flüssigem Brennstoff wird die Vormischmethode bevorzugt, um so die Menge an Emissionen von der Flamme 204 zu verringern. Der Flammenstabilisator 210 kann von einem herkömmlichen Typ sein, wie beispielsweise eine Wirbel erzeugende Einrichtung, eine mit Löchern durchsetzte Platte (wie in Fig. 2 gezeigt ist), eine rückwärts weisende Stufe, ein stumpfer Körper oder Querstrahlen. Die Flamme 204 kann durch eine Zündkerze 212 gezündet werden.
  • Wie am besten in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, ist eine Sprühverdampfungszone 72 unterstromig von dem zweiten Brennersystem 24 vorgesehen, die einen Sprühwasserstrom 74 verwendet, um die Gastemperatur des Austragsstroms 70, der das zweite Brennersystem 24 verlässt, in dem Falle zu verringern, wenn die Austrittstemperatur des Austragsstromes 70 für einen Startverdampfer 80 oder einen WGS/WT 18 zu hoch ist. Die Temperatur des Austragsstromes 70, der das zweite Brennersystem 24 verlässt, wird verringert, wenn dieser durch die Sprühverdampfungszone 72 und den Startverdampfer 80 strömt, um einen Austragsstrom 82 zu erzeugen. Der Austragsstrom 82 strömt dann durch den Wärmetauscher des WGS/WT 18 und einen Betriebsverdampfer 96 zu dem Austrag 67.
  • Es wird auch Wärmeenergie von dem zweiten Brennersystem 24 verwendet, indem ein Startverdampfer-Wasserstrom 78 durch einen Startverdampfer 80 eingeleitet wird, um eine Dampfströmung 76 des Startverdampfers zu erzeugen. Die Dampfströmung 76 des Startverdampfers strömt über die Rückseite des PrOx/Verdampfer-Reaktors 20, um den PrOx/Verdampfer-Reaktor 20 zu erwärmen, da die Sättigungstemperatur der Dampfströmung 76 des Startverdampfers (134°C bei 3 atm.) die Betriebstemperatur des Katalysators in dem PrOx/Verdampfer-Reaktor 20 ergänzt. Es sei angemerkt, dass eine Verwendung der Wärme der Verdampfung eine erhebliche Wärmeenergie übertragen kann. Es können Abflüsse zur Beseitigung von kondensiertem Wasser vorgesehen sein, um die Verwendung von Wärmeenergie zur Rückverdampfung des kondensierten Wassers zu vermeiden. Der PrOx/Verdampfer-Reaktor 20 ist eine Konstruktion vom Wärmetauschertyp, um den Reaktionskatalysator von der Dampfströmung 76 des Startverdampfers, einer PrOx-Einlasswasserströmung 84 und der resultierenden PrOx-Dampfströmung 86, die erzeugt wird, zu trennen.
  • Die PrOx-Dampfströmung 86 sieht eine zusätzliche Erwärmung des Wärmetauschers 16 zusätzlich zu der direkten Wärme vor, die an den Wärmetauscher 16 über das erste Brennersystem 12 geliefert wird. Wenn während des Startzyklus die Temperatur einer Abgasaustrittsströmung 98 des WGS/WT die Verdampfungstemperatur (typischerweise etwa 150°C) überschreitet, kann der Betriebsverdampfer 96 einen zusätzlichen Dampf 102 erzeugen. Dies bedeutet, dass ein Betriebswasser 100, das in den Betriebsverdampfer 96 eintritt, so eingestellt ist, dass der Dampf 102 geringfügig überhitzt ist. Der Dampf 102 verbindet sich mit der PrOx-Dampfströmung 86, um einen Reformerdampf 38 zu bilden, der zu einem Wärmetauscher 16 strömt. Dieser Prozess kann verwendet werden, um eine zusätzliche Erwärmung des Wärmetauschers 16 vorzusehen.
  • Während eines Schnellstartzyklus des brennstoffverarbeitenden Systems 10 wird eine vollständige Luftströmung in den ersten Lufteinlassstrom 28 des ersten Brennersystems 12 eingeführt. Das Bypassventil 44 wird geöffnet, und das WGS-Ventil 46 wird geschlossen, um so eine Strömung 90 zu einem zweiten Brennersystem 24 zu führen. Zündelemente 212, wie beispielsweise Zündkerzen, in dem ersten Brennersystem 12 und dem zweiten Brennersystem 24 werden aktiviert. Gleichzeitig wird ein erster Brennstoffeinlassstrom 30 und ein zweiter Brennstoffeinlassstrom 68 in das erste Brennersystem 12 bzw. das zweite Brennersystem 24 eingeführt, um eine Verbrennung zu starten. Abhängig von den Ausführungskomponenten kann eine alternative Abfolge geeignet sein. Alternative Szenarien könnten bei einer reduzierten Strömung oder Zuleitung mit dem ersten Brennersystem 12 oder zweiten Brennersystem 24 anspringen. Eine Bestätigung einer Verbrennung in dem ersten Brennersystem 12 und dem zweiten Brennersystem 24 wird durch Sensoren erhalten, wie beispielsweise eine Flammenionisierungs- oder Temperaturmessung des ersten Brenneraustragsstromes 32 bzw. an dem Ausgang der Sprühverdampfungszone 72. Der erste Brennstoffeinlassstrom 30 wird so gesteuert, um die Solltemperatur für den Katalysator in dem Reformer 14 (typischerweise etwa 600-800°C) für Kohlenwasserstoffe vom Benzintyp zu erzeugen.
  • Ein zweiter Brennstoffeinlassstrom 68 wird so gesteuert, um nahezu insgesamt stöchiometrische Bedingungen beizubehalten und damit den Wärmeeingang zu dem brennstoffverarbeitenden System 10 für einen schnellen Start zu maximieren. Dies bedeutet, dass die gesamte Brennstoffströmung, die gleich der Summe des ersten Brennstoffeinlassstromes 30 und des zweiten Brennstoffeinlassstromes 68 ist, mit nahezu dem gesamten Sauerstoff reagiert und diesen verbraucht, der durch den ersten Lufteinlassstrom 28 geliefert wird, um die Verbrennungswärme zu maximieren, die erzeugt wird, ohne dass nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe erzeugt werden.
  • Der Sprühwasserstrom 74 wird in die Sprühverdampfungszone 72 eingeführt, um die richtige Temperatur des Austragsstromes 82 durch die Verdampfung von Wasser beizubehalten, um so die Temperaturgrenzen der unterstromigen Komponenten nicht zu überschreiten. Dies bedeutet, dass der Sprühwasserstrom 74 sicherstellt, dass der Startverdampfer 80 unterstromig der Sprühverdampfungszone 72 keinen übermäßig hohen Temperaturen (d. h. größer als etwa 600°C) ausgesetzt ist. Überdies stellt der Sprühwasserstrom 74 sicher, dass der Austragsstrom 82 nicht übermäßig erwärmt wird (typischerweise weniger als etwa 300°C), um so den WGS-Katalysator vom CuZn-Typ nicht zu beschädigen. Die Steuertemperatur kann mit der Verwendung von auf Edelmetallen basierenden Katalysatoren geändert werden. Ferner erfolgt über den Startverdampfer 80 eine Verringerung der Gastemperatur infolge einer Verdampfung des Wasserstromes 78 des Startverdampfers. Die Menge des Wasserstromes 78 des Startverdampfers ist begrenzt, so dass die Dampfströmung 76 des Startverdampfers geringfügig überhitzt ist (typischerweise etwa 150°C). Eine weitere Verringerung der Menge des Wasserstromes 78 des Startverdampfers wird verwendet, um eine Erwärmung des WGS/WT 18 anstatt des PrOx/Verdampfer-Reaktors 20 zu begünstigen. Der Startvorgang wird gesteuert, wie oben beschrieben ist, bis das brennstoffverarbeitende System 10 auf eine vorbestimmte Temperatur für einen normalen Betrieb erhitzt ist.
  • Sobald der Katalysator des PrOx/Verdampfer-Reaktors 20 und der Katalysator des WGS/WT 18 oberhalb ihrer minimalen Betriebstemperaturen sind (typischerweise etwa 100°C bzw. etwa 220°C), und der Reformerdampf 38 durch den Wärmetauscher 16 strömt, ist das brennstoffverarbeitende System 10 bereit, um einen Normalbetrieb zu beginnen. Um zu bestimmen, ob derartige Betriebstemperaturen erzielt worden sind, ist es vorzuziehen, die Temperatur der PrOx-Dampfströmung 86 zu überwachen und mit der Betriebstemperatur des PrOx/Verdampfer-Reaktors 20 zu vergleichen, und die Temperatur der Abgasaustrittsströmung 98 des WGS/WT zu überwachen und mit der Betriebstemperatur des WGS/WT 18 zu vergleichen. Die Verfügbarkeit von Dampf wird bestimmt, indem die Temperatur der Reformerluft und der Dampfströmung 50 überwacht wird. Bei Brennstoffen mit hohem Schwefelgehalt ist es vorzuziehen, dass Schwefel von dem flüssigem Brennstoff entfernt wird oder ein Schwefelabscheider 42 auf seiner Betriebstemperatur (typischerweise etwa 300-500°C) gehalten wird, um eine volle Kapazität sicherzustellen, so dass kein Schwefel zu dem Katalysator des WGS/WT 18 oder zu anderen unterstromigen Katalysatoren gelangt, da ein derartiger Katalysator durch die Anwesenheit von Schwefel beschädigt werden kann.
  • Ein normaler brennstoffreicher Betrieb kann mit mehreren Methoden erreicht werden. Beispielsweise kann eine brennstoffreiche Reformerströmung für einen Normalbetrieb gebildet werden, indem ein Reformerbrennstoffeinlassstrom 48 und ein Reformerlufteinlassstrom 36 gestartet werden und ein erster Lufteinlassstrom 28 und ein erster Brennstoffeinlassstrom 30 geschlossen werden. Bevorzugt erfolgt dieser Übergang infolge der übermäßig hohen damit in Verbindung stehenden Temperaturen so schnell, um nicht bei nahezu stöchiometrischen Bedingungen zu verweilen. Überdies sollte dieser Übergang bevorzugt so schnell erfolgen, dass kein Verhältnis von atomarem Sauerstoff in der Luftströmung zu Kohlenstoff in der Brennstoffströmung (Verhältnis von Sauerstoff zu Kohlenstoff) von kleiner als Eins auftritt, was unerwünschten Kohlenstoff erzeugen kann.
  • Alternativ dazu kann ein normaler brennstoffreicher Betrieb hergestellt werden, indem zunächst der erste Brennstoffeinlassstrom 30 und der erste Lufteinlassstrom 28 zu dem ersten Brennersystem 12 vollständig geschlossen werden. Anschließend wird der Reformerlufteinlassstrom 36 und der Reformerbrennstoffeinlassstrom 48 auf eine Art und Weise eingeleitet, um bevorzugt einen Betrieb bei nahezu stöchiometrischen Bedingungen oder bei einem Verhältnis von Sauerstoff zu Kohlenstoff von kleiner als Eins zu vermeiden. Jedoch ist ein Betrieb bei Bedingungen, wenn das Verhältnis von Sauerstoff zu Kohlenstoff kleiner als Eins ist, zugelassen, wenn eine Dampfströmung verfügbar ist. Es ist wichtig anzumerken, dass zumindest eine gewisse Dampfströmung nach dem Startzyklus von dem Startverdampfer 80, dem Betriebsverdampfer 96 und dem PrOx/Verdampfer-Reaktor 20 verfügbar ist, die während des Startzyklus alle vorerhitzt worden sind.
  • Der Wechsel zu einem brennstoffreichen Reformerbetrieb wird durch das Schließen des zweiten Brennstoffeinlassstromes 68 und den Zusatz von Kathodenabgas 62 zu der katalytischen Verbrennungseinrichtung 26 begleitet, um eine Verbrennung vor einem Austrag zu vervollständigen. Zu diesem Zweck muss die katalytische Verbrennungseinrichtung 26 ausreichend mager gehalten werden, um die Katalysatortemperatur unterhalb ihrer Betriebsgrenze beizubehalten (typischerweise etwa 750°C). Zu diesem Zweck befindet sich der Reformerbrennstoffeinlassstrom 48 unterhalb seiner Einstellung für volle Leistung, um sicherzustellen, dass der Betrieb der katalytischen Verbrennungseinrichtung 26 innerhalb akzeptabler Temperaturgrenzen liegt (kleiner als etwa 750°C).
  • Sobald eine stabile Strömung durch den Reformer 14 hergestellt ist, wird das WGS-Ventil 46 geöffnet, und das Bypassventil 44 wird geschlossen, um einen Reformatgasstrom 54 durch den WGS-Abschnitt des WGS/WT 18, den PrOx-Abschnitt des PrOx/Verdampfer-Reaktors 20 und den Brennstoffzellenstapel 22 zu lenken. In Verbindung mit dem Wechsel der Ventilstellungen des Bypassventils 44 und des WGS-Ventils 46 wird die Strömung eines PrOx-Lufteinlassstromes 92 und einer PrOx-Einlasswasserströmung 84 in den PrOx/Verdampfer-Reaktor 20 eingeleitet. Wenn der Brennstoffzellenstapel 22 Strom zieht, wird der Wasserstoffgehalt des Anodenaustragsstroms/Anodenabgasstroms 60 stark verringert, was die Reaktionstemperatur innerhalb der katalytischen Verbrennungseinrichtung 26 verringert. Daher wird ein Sprühwasserstrom 74, wenn dieser verwendet wird, so gesteuert, um die gewünschte Temperatur zu erzeugen, bis er schließlich abgeschaltet werden kann. Ein Startverdampfer- Wasserstrom 78 zu dem Startverdampfer 80 wird auch abgeschaltet, und die Steuerung der Austrittstemperatur des WGS/WT 18 wird unter Verwendung eines Luftsteuerventils 64 der Verbrennungseinrichtung reguliert, das den Kathodenaustragsstrom 62 zu der katalytischen Verbrennungseinrichtung 26 steuert.
  • Wenn es nicht vorher eingeleitet wurde, wird Betriebswässer 100 eingeleitet, um den Verdampfer 96 zu betreiben, sobald die Temperatur der Austrittsströmung 98 des WGS/WT-Austrags die Wasserverdampfungstemperatur überschreitet (typischerweise etwa 150°C). Die Menge an Betriebswasser 100 wird innerhalb der Energieverfügbarkeit der Austrittsströmung 98 des WGS/WT-Austrags bestimmt, um die Menge an Wasser vollständig zu verdampfen, die für den Betrieb verfügbar oder gewünscht ist. Eine Betriebsverdampfer-Dampfströmung 102 ist für die Reformerdampfströmung 38 verfügbar. Das brennstoffverarbeitende System 10 befindet sich nun in einer normalen Betriebsart zur Erzeugung von Elektrizität.
  • Für einen normalen Betrieb wird das Verhältnis von Reformerlufteinlassstrom 36 zur Reformerbrennstoffeinlassstrom 48 so eingestellt, um die gewünschte Reformerreaktionsaustrittstemperatur vorzusehen (typischerweise etwa 750°C). Die Temperatur des Reformatgasstroms 54 in das vordere Ende des WGS/WT 18 (typischerweise etwa 250°C) wird durch die Menge an Wasserströmung 56 gesteuert, die in den Reformatgasstrom 54 zerstäubt und durch diesen verdampft wird.
  • Der PrOx-Lufteinlassstrom 92 wird so eingestellt, um die erforderliche Kohlenmonoxidreinigung für den Brennstoffzellenstapel 22 vorzusehen. Ähnlicherweise wird die PrOx-Einlasswasserströmung 84 so eingestellt, um die zugehörige Wärmeabgabe von dem PrOx/Verdampfer-Reaktor 20 zu beseitigen. Die PrOx-Einlasswasserströmung 84 wird auch so eingestellt, um eine einphasige PrOx-Dampfströmung 86 vorzusehen, wie durch Temperaturmessungen dieses Stromes gezeigt ist. Alternative Ausführungsformen können PrOx-Luft- und Wasserströmungen einstellen, um eine optimale- Leistungsfähigkeit zu erhalten. Beispielsweise kann überschüssige PrOx-Luft dazu verwendet werden, CO-Spitzen handzuhaben, oder ein zweiphasiger PrOx-Dampf kann dazu verwendet werden, ein thermisches Gleichgewicht vorzusehen. Eine Betriebsverdampfer-Dampfströmung 102 wird als ein Überschuss verwendet, um den Wirkungsgrad des brennstoffverarbeitenden Systems zu erhöhen oder Übergangsdampfströmungsanforderungen des Systems zu erfüllen, wird aber nicht für ein thermisches Gleichgewicht verwendet. Der gesteigerte Dampf 102, der durch den Betriebsverdampfer 96 vorgesehen wird, verringert auch das Kohlenmonoxidniveau von dem Reformer 14, was hilft, die exotherme Wirkung innerhalb des WGS/WT 18 zu minimieren. Der Dampf 102 von dem Betriebsverdampfer 96 kann auch dazu verwendet werden, Änderungen in dem Reformerdampf 38 oder das Verhältnis von molarer Dampfströmung zu atomaren Kohlenstoff in der Brennstoffströmung (Verhältnis von Dampf zu Kohlenstoff zu mäßigen. Ferner kann eine Steuerung der Gesamtdampfströmung durch die Verwendung des PrOx/Verdampfer- Reaktors 20 erreicht werden. Dies bedeutet, dass, wenn zusätzliche Dampfströmung während eines Übergangsvorganges erforderlich ist, der PrOx-Lufteinlassstrom 92 gesteigert werden kann, um durch eine exotherme Reaktion mit dem Reformatgasstrom 104 in dem PrOx/Verdampfer-Reaktor 20 eine zusätzliche Wärmeenergie vorzusehen und damit zusätzliches Wasser zu verdampfen, das über die PrOx-Einlasswasserströmung 84 an den PrOx/Verdampfer-Reaktor 20 geliefert wird.
  • Um den Ausgang von dem brennstoffverarbeitende System 10 zu erhöhen oder zu vermindern, wird der Reformerbrennstoffeinlassstrom 48 gesteigert bzw. vermindert, und die entsprechenden Änderungen in den Luft- und Wasserströmungen in dem gesamten System werden so vorgesehen, um das Systemwärmegleichgewicht und die Systemstöchiometrie beizubehalten, wie oben beschrieben ist. Die entsprechenden Änderungen in den Luft- und Wasserströmungen können den Änderungen in der Brennstoffströmung vorangehen oder hinter den Änderungen in der Brennstoffströmung verzögert sein, um die optimale Ansprechzeit und Steuerung innerhalb der gewünschten Reaktorbetriebsbedingungen zu erreichen.
  • Es sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung die einzigartige Fähigkeit besitzt, die Temperatur des WGS/WT 18 zu steuern, und die Fähigkeit besitzt, Entladungen (unloads) des Brennstoffzellenstapels 22 zu steuern. Die Temperatur des Reformats 54 vor einem Eintritt in den WGS/WT 18 wird unter Verwendung einer Wasserströmung 56 gesteuert. Eine primäre Steuerung der Temperatur des WGS/WT 18 wird durch den Austragsstrom 82 vorgesehen. Die Temperatur des Austragsstromes 82 kann durch die Menge an Kathodenabgas 62 eingestellt werden, die durch das Luftsteuerventil 64 der Verbrennungseinrichtung an die katalytische Verbrennungseinrichtung 26 geführt wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es erwünscht, dass der WGS/WT 18 bei nahezu konstanter Temperatur und innerhalb seiner Betriebsgrenzen arbeitet. Bevorzugt wird, wie oben beschrieben ist, ein CuZn-Katalysator in dem WGS/WT 18verwendet, wobei Temperaturen oberhalb etwa 300°C den Katalysator beschädigen können und Temperaturen unterhalb etwa 200°C die Wirksamkeit/Aktivität der Shift-Reaktion stark verringern. Eine Entwicklung in Verbindung mit diesem schmalen Temperaturfenster betrifft die Entfernung von Wärme, die durch die exotherme Reaktion innerhalb des WGS/WT 18, genauer CO + H2O → CO2 + H2 + Wärmeenergie, erzeugt wird. Durch Verwendung des Austragsstromes 82, der eine relativ hohe Durchflußmengenrate und somit eine hohe Wärmekapazität im Vergleich zu allen verfügbaren strömenden Strömen besitzt, kann der Temperaturanstieg (d. h. die Wärmeenergie) in dem WGS/WT 18 am wirksamsten minimiert werden. Die Fähigkeit, die Temperatur des Austragsstromes 82 zu steuern, ist auch wichtig, um ein Verlöschen der Wasser-Gas-Shift- Reaktion in dem WGS/WT 18 zu verhindern (typischerweise unterhalb etwa 220°C), das auftreten kann, wenn die Temperatur des Austragsstromes 82 zu niedrig ist. Eine indirekte exotherme Verringerung wird durch Maximieren der Menge an Reformerdampf 38 zu dem Reformer 14 erreicht, was das Kohlenmonoxidniveau verringert, das in den WGS/WT 18 eintritt. Ein Maximieren der Menge an Betriebswasser 100, das in dem Betriebsverdampfer 96 verdampft wird, kann auch die Strömung an Reformerdampf 38 erhöhen. Ferner kann eine Erhöhung der Strömung des PrOx-Lufteinlassstromes 92 die Dampferzeugungsfähigkeit des PrOx/Verdampfer-Reaktors 20 steigern. Jedoch kann eine gesteigerte Strömung von PrOx-Lufteinlassstrom 92 den Wirkungsgrad des brennstoffverarbeitenden Systems 10 verringern, was für einen Dauerbetrieb nicht erwünscht ist, kann aber dazu dienen, um bei Übergangsvorgängen eine Dampferzeugung zu steigern und damit eine Verringerung des Verhältnisses von Dampf zu Kohlenstoff zu vermeiden oder die exotherme Wirkung in dem WGS/WT 18 zu begrenzen, um die Temperatur des WGS- Katalysators unterhalb schädigender Niveaus zu halten.
  • Es sind zumindest drei Mechanismen zur Handhabung von Entladungen (unloads) des Brennstoffzellenstapels 22 verfügbar. Der Begriff "Entladung" wird dazu verwendet, um zu bezeichnen, wenn ein Abzug von elektrischem Strom von dem Brennstoffzellenstapel 22 verringert wird. Genauer umfassen diese Mechanismen 1) eine Zunahme an Kathodenabgas 62, 2) eine Einleitung oder Steigerung einer Strömung des Startverdampfer- Wasserstromes 78 zu dem Startverdampfer 80 und 3) ein Einführen eines Sprühwasserstromes 74 in eine Sprühverdampfungszone 72. Wenn der Brennstoffzellenstapel 22 entladen wird, steigt der Wasserstoffgehalt des Anodenaustragsstromes 60. Diese Zunahme des Wasserstoffgehaltes bewirkt eine Zunahme der Temperatur von der katalytischen Verbrennungseinrichtung 26. Da es erforderlich ist, die Temperatur des WGS/WT 18 zu steuern, ist es erforderlich, die Temperatur des Austragsstromes 70 von der katalytischen Verbrennungseinrichtung 26 zu begrenzen oder zu steuern. Ähnlicherweise besitzt die katalytische Verbrennungseinrichtung 26 eine Betriebstemperaturgrenze von typischerweise etwa 750°C. Ein Überschreiten dieser Betriebstemperaturgrenze kann das Katalysatormaterial in der Verbrennungseinrichtung 26 beschädigen.
  • Als eine erste Maßnahme wird das Kathodenabgas 62 gesteuert, um den Katalysator der katalytischen Verbrennungseinrichtung 26 unter seine Temperaturgrenze zu kühlen. Dies ermöglicht, dass der Austragsstrom 82 dazu verwendet werden kann, den WGS/WT 18 zu kühlen. Wenn die Temperatur der katalytischen Verbrennungseinrichtung 26 die gewünschte Temperatur des WGS/WT 18 überschreitet und die gesamte verfügbare Kühlkapazität des Kathodenabgases 62 verwendet wird, wird die Temperatur des Austragsstromes 82 abgesenkt, indem eine Strömung von Startverdampfer-Wasserstrom 78 zu dem Startverdampfer 80 eingeleitet oder gesteigert wird. Dies erhöht das Verhältnis von Dampf zu Kohlenstoff des brennstoffverarbeitenden Systems 10. Eine Übertragung von Wasser von dem Betriebsverdampfer 96 zu dem Startverdampfer 80 kann geeignet sein, um überschüssige Wärme in dem Austragsstrom 82 zu dissipieren, wenn kein überschüssiges Wasser verfügbar ist. Jedoch kann ein direkter Sprühwasserstrom 74 dazu verwendet werden, insbesondere, wenn die Temperatur in den Startverdampfer 80 ihre Temperaturgrenze überschreitet (typischerweise etwa 600°C) oder wenn ein gesteigertes Verhältnis von Dampf zu Kohlenstoff in dem brennstoffverarbeitenden System 10 nicht erwünscht ist. Es sei angemerkt, dass der Sprühwasserstrom 74 in den Austragsstrom 70 typischerweise nicht rückgewonnen wird. Selbstverständlich werden, wenn die Last auf den Brennstoffzellenstapel 22 abnimmt, die Brennstoffströmung und die Gesamtabgabe des brennstoffverarbeitenden Systems verringert, um auf die reduzierte Leistungsanforderung anzusprechen.
  • Während der Abschaltung des brennstoffverarbeitenden Systems wird die elektrische Anforderung auf ein minimales vorbestimmtes Niveau verringert, und der Brennstoffzellenstapel 22 wird entladen. Wenn sich der Brennstoffzellenstapel 22 entlädt, steigt der H2-Gehalt des Anodenaustragsstromes 60, und somit ist es erforderlich, dass die gesteigerte Strömung von Kathodenabgas 62 durch das Luftsteuerventil 64 der Verbrennungseinrichtung die Katalysatortemperatur der katalytischen Verbrennungseinrichtung 26 begrenzt. Anschließend wird das Bypassventil 44 geöffnet, und das WGS-Ventil 46 wird geschlossen, um den Reformatgasstrom durch das Bypassventil 44 zu der katalytischen Verbrennungseinrichtung 26 zu lenken. Der PrOx-Lufteinlassstrom 92 und die PrOx- Einlasswasserströmung 84 werden auch abgeschalten. Ferner wird das Betriebswasser 100, der Reformerlufteinlassstrom 36 und der Reformerbrennstoffeinlassstrom 48 abgeschalten. Ggf. kann eine Fortsetzung der Strömung des Kathodenabgases 62 über die Rückseite (oder WT) des WGS/WT 18 den WGS/WT 18 kühlen. Diese anhaltende Strömung kann erwüscht sein, um die Temperatur des Katalysators in dem WGS/WT 18 zu verringern und damit seine katalytische Aktivität in dem Falle zu verringern, wenn dieser nach einem Abschalten Luftlecks ausgesetzt ist. Jedoch können das WGS-Ventil 46 und die Rückschlagventile (wie beispielsweise in dem Anodenaustrag 60) einen Schutz gegenüber einer Luftleckage in den WGS/WT 18 vorsehen.
  • In den Fig. 3-5 sind alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt, die allgemein mit Bezugszeichen 10', 10'' und 10''' bezeichnet sind. Es sei angemerkt, dass in allen Ansichten gleiche Bezugszeichen dazu verwendet werden, um entsprechende Teile zu kennzeichnen.
  • In den Fig. 3-5 ist ein direkter Lufteinlass 302 zu dem zweiten Brennersystem 24 vorgesehen, um frische Verbrennungsluft (d. h. kein Abgas von dem ersten Brennersystem 12) an das zweite Brennersystem 24 zu liefern. Durch die direkte Lieferung von Verbrennungsluft an das zweite Brennersystem 24 kann die Betriebsstabilität des zweiten Brennersystems 24 verbessert werden. D. h. die Verbrennungsluft ist genau steuerbar, und somit wird die Stabilität der Flamme innerhalb des zweiten Brennersystems 24 verbessert. Durch die Verbesserung der Stabilität und somit der Temperatursteuerung des zweiten Brennersystems 24 kann es möglich sein, die Sprühverdampfungszone 72 zu beseitigen.
  • Genauer wird, wie in den Fig. 3-5 gezeigt ist, eine Bypassströmung 90', 90'', 90''' von dem ersten Brennersystem 12 unterstromig des zweiten Brennersystems 24 geführt, und ein direkter Lufteinlass 302 wird an das zweite Brennersystem 24 zur Verbrennung geliefert. Um das brennstoffverarbeitende System zu starten, wird der direkte Lufteinlass 302 gestartet, und ansonsten verläuft die Startprozedur wie oben beschrieben.
  • Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist, da die katalytische Verbrennungseinrichtung 26 oberstromig des Bypassdurchflusses 90' angeordnet ist, der Übergang zu dem Normalbetrieb bevorzugt so modifiziert, dass eine Lieferung von Reformat aus dem Austrag 67 vermieden wird. Genauer umfasst der Übergang zu einem Normalbetrieb ein Schließen des ersten Brennstoffeinlassstromes 30 und des ersten Lufteinlassstromes 28. Ein Reformerdampf 38, der teilweise durch den Startverdampfer 80 erzeugt wird, spült eine Reformereinlasszone 40, einen Reformer 14, einen Wärmetauscher 16 und einen Schwefelabscheider 42, um vor der Öffnung des Durchflusses zu dem WGS/WT 18 Luft zu entfernen. Das WGS-Ventil 46 wird anschließend geöffnet und das Bypassventil 44 geschlossen. Anschließend werden der Reformerlufteinlassstrom 36 und der Reformerbrennstoffeinlassstrom 48 gestartet, um einen brennstoffreichen Betrieb zu beginnen. Gleichzeitig wird ein PrOx-Lufteinlassstrom 92 und eine PrOx-Einlasswasserströmung 84 gestartet. Ein zweiter Brennstoffeinlassstrom 68 und ein direkter Lufteinlass 302 werden dann gestoppt. Ein Anodenaustragsstrom 60 und ein Kathodenaustrag 62 werden anschließend in der Verbrennungseinrichtung 26 einer Reaktion unterzogen. Wenn der Brennstoffzellenstapel 22Strom zieht, wird der Wasserstoffgehalt des Anodenaustragsstroms 60 stark verringert und die Reaktionstemperatur in der Verbrennungseinrichtung 26 fällt ab. Demgemäß kann der Sprühwasserstrom 74 und der Wasserstrom 78 des Startverdampfers abgeschaltet werden. Somit befindet sich das brennstoffverarbeitende System 10' nun in dem normalen Betriebszustand.
  • Unter Bezugnahme auf Fig. 4 sei kurz angemerkt, dass die Verbrennungseinrichtung 26 unterstromig des zweiten Brennersystems 24 positioniert sein kann, so dass die Bypassströmung 90' in die Verbrennungseinrichtung 26 eintreten kann, ohne dass sie durch das zweite Brennersystem 24 strömt. Ferner kann, wie in Fig. 5 gezeigt ist, die Verbrennungseinrichtung 26 längsseits der Seite des zweiten Brennersystems 24 positioniert sein, wodurch die Bypassleitung 90''' modifiziert wird. Diese Anordnung besitzt den Vorteil, dass die Verbrennungseinrichtung 26 nicht dem Austragsstrom 70 von dem zweiten Brennersystem 24 oder dem Sprühwasserstrom 74 von der Sprühverdampfungszone 72 ausgesetzt ist.
  • Gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung ist ein brennstoffverarbeitendes System vorgesehen, das in der Lage ist, die Komponenten des brennstoffverarbeitenden Systems schnell zu erwärmen, um richtige Betriebstemperaturen für die Startphase zu erreichen. Ferner maximiert das brennstoffverarbeitende System der vorliegenden Erfindung diesen Wärmeeingang in das brennstoffverarbeitende System, während die Tendenz zur Bildung von Kohlenstoff minimiert wird. Noch weiter sieht das brennstoffverarbeitende System der vorliegenden Erfindung ein brennstoffverarbeitendes System vor, das in der Lage ist, die Komponenten des brennstoffverarbeitenden Systems zu erwärmen, während der Gebrauch von elektrischer Energie während der Startphase und die Abhängigkeit von katalytischen Reaktionen minimiert ist. Es sei für Fachleute angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nur den potentiellen Gebrauch von kostengünstigem CuZn-Katalysator ohne das Erfordernis nach einem zusätzlichen Kühlmittelkreis ermöglicht. Überdies ermöglicht die straffe Steuerung von Temperaturen innerhalb des brennstoffverarbeitenden Systems, die durch die vorliegende Erfindung gewährt wird, die Optimierung von Reaktorgröße und Katalysatorgebrauch, was in verringerten Kosten für aktives Metall resultiert. Noch weiter sieht die vorliegende eine verbesserte Leistungsfähigkeit bezüglich einer Kohlenmonoxidkonzentration im Übergangszustand vor.
  • Zusammengefasst betrifft die vorliegende Erindung ein brennstoffverarbeitendes System zum schnellen Erreichen einer Betriebstemperatur während einer Startphase. Das brennstoffverarbeitende System umfasst einen Reformer, einen Shift-Reaktor und einen Reaktor für selektive Oxidation, um Wasserstoff zur Verwendung bei der Erzeugung von Elektrizität in einer Vielzahl von Brennstoffzellen abzuleiten. Ein erstes Verbrennungsheizersystem ist mit zumindest einer der Einrichtungen Reformer, Shift-Reaktor und Reaktor für selektive Oxidation gekoppelt, um die Komponente während einer Schnellstartabfolge vorzuheizen. Dies bedeutet, dass das erste Verbrennungsheizersystem dazu dient, Wärmeenergie als ein Produkt der Verbrennung von Luft und Brennstoff in der Form eines ersten erhitzten Austragsstromes zu erzeugen. Dieser erste erhitzte Austragsstrom wird anschließend dazu verwendet, die Komponente direkt oder durch Verwendung eines Wärmetauschersystems zu erhitzen. Der erste erhitzte Austragsstrom wird auch durch eine zweite Verbrennungsvorrichtung als eine Quelle für Sauerstoff oder Verdünnungsmittel verwendet.

Claims (38)

1. Brennstoffverarbeitendes System zum schnellen Erreichen einer Betriebstemperatur, wobei das brennstoffverarbeitende System umfasst:
einen Reformer, der einen wasserstoffhaltigen Brennstoff in ein H2-haltiges Reformat umwandelt,
einen Shift-Reaktor in Fluidverbindung mit dem Reformer, wobei der Shift-Reaktor dazu dient, Kohlenmonoxidniveaus des Reformats zu verringern,
einen Reaktor für selektive Oxidation in Fluidverbindung mit dem Shift-Reaktor, wobei der Reaktor für selektive Oxidation dazu dient, Kohlenmonoxidniveaus des Reformats, das den Shift-Reaktor verlässt, weiter zu verringern; und
ein erstes Verbrennungsheizersystem, das mit zumindest einer der Einrichtungen Reformer, Shift-Reaktor und Reaktor für selektive Oxidation gekoppelt ist, wobei das erste Verbrennungsheizersystem in einem mageren Zustand dazu dient, Wärmeenergie als ein Produkt der Verbrennung von Luft und Brennstoff in der Form eines ersten erhitzten Austragsstromes zu erzeugen.
2. Brennstoffverarbeitendes System nach Anspruch 1, ferner mit: einem zweiten Verbrennungsheizersystem, das mit zumindest einer anderen der Einrichtungen Reformer, Shift-Reaktor und Reaktor für selektive Oxidation gekoppelt ist, wobei das zweite Verbrennungsheizersystem dazu dient, Wärmeenergie als ein Produkt der Verbrennung von Luft und Brennstoff in der Form eines zweiten erhitzten Austragsstromes zu erzeugen.
3. Brennstoffverarbeitendes System nach Anspruch 2, wobei der zweite Verbrennungsheizer ferner einen Lufteinlass umfasst, um frische Luft an diesen zu liefern.
4. Brennstoffverarbeitendes System nach Anspruch 2, wobei das zweite Verbrennungsheizersystem in Reihe mit dem ersten Verbrennungsheizersystem positioniert ist.
5. Brennstoffverarbeitendes System nach Anspruch 4, wobei der zweite Verbrennungsheizer ferner einen ersten Einlass, um frische Luft zu diesen zu liefern, und einen zweiten Einlass in Fluidverbindung mit dem ersten erhitzten Austragsstrom umfasst.
6. Brennstoffverarbeitendes System nach Anspruch 5, wobei der erste erhitzte Austragsstrom dazu verwendet wird, die frische Luft zu verdünnen und damit die Temperatur des zweiten erhitzten Austragsstromes zu steuern.
7. Brennstoffverarbeitendes System nach Anspruch 2, ferner mit: einem Steuerventilsystem, um den ersten erhitzten Austragsstrom von dem ersten Verbrennungsheizersystem selektiv von einem Durchgang durch den Shift-Reaktor umzuleiten.
8. Brennstoffverarbeitendes System nach Anspruch 2, ferner mit: einem Wärmetauscher, der wirksam mit zumindest einer der Einrichtungen Reformer, Shift-Reaktor und Reaktor für selektive Oxidation in Verbindung steht, wobei der Wärmetauscher zumindest einem aus erster erhitzter Austragsstrom und zweiter erhitzter Austragsstrom ausgesetzt ist, um die zumindest eine Einrichtung aus Reformer, Shift-Reaktor und Reaktor für selektive Oxidation zu erwärmen.
9. Brennstoffverarbeitendes System nach Anspruch 2, ferner mit: einem Wassersprühelement, das unterstromig von dem zweiten Verbrennungsheizersystem gekoppelt ist, wobei das Wassersprühelement dazu dient, vorbestimmte Temperaturen des zweiten erhitzten Austragsstromes beizubehalten.
10. Brennstoffverarbeitendes System nach Anspruch 2, ferner mit: einem Steuerventilsystem, um einen O2-haltigen Kathodenabfluss von einem Brennstoffzellenstapel selektiv an eine Katalysator- Verbrennungseinrichtung und das zweite Verbrennungsheizersystem zu lenken.
11. Brennstoffverarbeitendes System nach Anspruch 10, wobei das Steuerventilsystem umfasst:
ein Luftsteuerventil der Verbrennungseinrichtung, um selektiv eines aus einer Gruppe bestehend aus Luft und dem O2-haltigen Kathodenabfluss an die Katalysator-Verbrennungseinrichtung zu lenken; und
ein Kathodenrückschlagventil, um selektiv einen Fluidgegendruck anzulegen und damit eine Führung des O2-haltigen Kathodenabflusses an die Katalysator-Verbrennungseinrichtung zu erleichtern.
12. Brennstoffverarbeitendes System nach Anspruch 2, wobei die Verbrennung der Luft und des Brennstoffes in dem ersten Verbrennungsheizersystem einen mageren stöchiometrischen Zustand aufweist und die Verbrennung der Luft und des Brennstoffs in dem zweiten Verbrennungsheizersystem im Allgemeinen im nahezu idealen stöchiometrischen Zustand erfolgt.
13. Brennstoffverarbeitendes System nach Anspruch 2, ferner mit: einer Katalysator-Verbrennungseinrichtung, die in Reihe oberstromig von dem zweiten Verbrennungsheizersystem positioniert ist.
14. Brennstoffverarbeitendes System nach Anspruch 2, ferner mit: einer Katalysator-Verbrennungseinrichtung, die in Reihe unterstromig von dem zweiten Verbrennungsheizersystem positioniert ist.
15. Brennstoffverarbeitendes System nach Anspruch 2, ferner mit: einer Katalysator-Verbrennungseinrichtung, die so positioniert ist, dass ein Ausgang der Katalysator-Verbrennungseinrichtung unterstromig des zweiten Verbrennungsheizersystems zugeführt wird.
16. Brennstoffverarbeitendes System mit:
einem Reformer, um einen wasserstoffhaltigen Brennstoff, der aus der Gruppe bestehend aus Alkohol und Kohlenwasserstoffen gewählt ist, in ein H2-haltiges Reformat umzuwandeln,
einem Shift-Reaktor in Fluidverbindung mit dem Reformer, wobei der Shift-Reaktor dazu dient, Kohlenmonoxidniveaus des Reformats zu verringern;
einem Reaktor für selektive Oxidation in Fluidverbindung mit dem Shift-Reaktor, wobei der Reaktor für selektive Oxidation dazu dient, Kohlenmonoxidniveaus des Reformats, das den Shift-Reaktor verlässt, weiter zu verringern;
einem ersten Verbrennungsheizersystem, das mit zumindest einer der Einrichtungen Reformer, Shift-Reaktor und Reaktor für selektive Oxidation gekoppelt ist, wobei das erste Verbrennungsheizersystem in einem mageren Zustand dazu dient, um Wärmeenergie als ein Produkt der Verbrennung in der Form eines ersten erhitzten Austragsstromes zu erzeugen; und
einem zweiten Verbrennungsheizersystem, das mit zumindest einer anderen der Einrichtungen Reformer, Shift-Reaktor und Reaktor für selektive Oxidation gekoppelt ist, wobei das zweite Verbrennungsheizersystem in einem geringfügig mageren Zustand dazu dient, Wärmeenergie als ein Produkt einer Verbrennung in der Form eines zweiten erhitzten Austragsstromes zu erzeugen.
17. Brennstoffverarbeitendes System nach Anspruch 16, wobei der zweite Verbrennungsheizer ferner einen Lufteinlass umfasst, der frische Luft an diesen liefert.
18. Brennstoffverarbeitendes System nach Anspruch 16, wobei das zweite Verbrennungsheizersystem in Reihe mit dem ersten Verbrennungsheizersystem positioniert ist.
19. Brennstoffverarbeitendes System nach Anspruch 18, wobei der zweite Verbrennungsheizer ferner einen ersten Einlass, um frische Luft an diesen zu liefern, und einen zweiten Einlass in Fluidverbindung mit dem ersten erhitzten Austragsstrom umfasst.
20. Brennstoffverarbeitendes System nach Anspruch 19, wobei der erste erhitzte Austragsstrom dazu verwendet wird, die frische Luft zu verdünnen und damit die Temperatur des zweiten erhitzten Austragsstromes zu steuern.
21. Brennstoffverarbeitendes System nach Anspruch 18, ferner mit: einem ersten Steuerventilsystem, um den ersten erhitzten Austragsstrom während eines Startzyklus selektiv zu dem zweiten Verbrennungsheizersystem umzulenken.
22. Brennstoffverarbeitendes System nach Anspruch 16, ferner mit: einem Wassersprühelement, das unterstromig von dem zweiten Verbrennungsheizersystem gekoppelt ist, wobei das Wassersprühelement dazu dient, eine vorbestimmte Temperatur des zweiten erhitzten Austragsstromes beizubehalten.
23. Brennstoffverarbeitendes System nach Anspruch 16, ferner mit: einem zweiten Steuerventilsystem, um einen 02-haltigen Kathodenabfluss von einem Brennstoffzellenstapel selektiv an eine Katalysator-Verbrennungseinrichtung und das zweite Verbrennungsheizersystem zu lenken.
24. Brennstoffverarbeitendes System nach Anspruch 23, wobei das zweite Steuerventilsystem umfasst:
ein Luftsteuerventil der Verbrennungseinrichtung, um den 02- haltigen Kathodenabfluss selektiv an die Katalysator- Verbrennungseinrichtung zu lenken; und
ein Kathodenrückschlagventil, um selektiv einen Fluidgegendruck anzulegen und damit das Lenken des O2-haltigen Kathodenabflusses an die Katalysator-Verbrennungseinrichtung zu erleichtern.
25. Brennstoffverarbeitendes System nach Anspruch 16, ferner mit: einer Katalysator-Verbrennungseinrichtung, die in Reihe oberstromig von dem zweiten Verbrennungsheizersystem positioniert ist.
26. Brennstoffverarbeitendes System nach Anspruch 16, ferner mit: einer Katalysator-Verbrennungseinrichtung, die in Serie unterstromig von dem zweiten Verbrennungsheizersystem positioniert ist.
27. Brennstoffverarbeitendes System nach Anspruch 16, ferner mit: einer Katalysator-Verbrennungseinrichtung, die derart positioniert ist, dass ein Ausgang der Katalysator-Verbrennungseinrichtung unterstromig des zweiten Verbrennungsheizersystems zugeführt wird.
28. Brennstoffverarbeitendes System mit:
einem Reformer, um einen wasserstoffhaltigen Brennstoff, der aus der Gruppe bestehend aus Alkoholen und Kohlenwasserstoffen gewählt ist, in H2-haltiges Reformat umzuwandeln;
einem Shift-Reaktor in Fluidverbindung mit dem Reformer, wobei der Shift-Reaktor dazu dient, Kohlenmonoxidniveaus des Reformats zu verringern;
einem Reaktor für selektive Oxidation in Fluidverbindung mit dem Shift-Reaktor, wobei der Reaktor für selektive Oxidation dazu dient, Kohlenmonoxidniveaus des Reformats, das den Shift-Reaktor verlässt, weiter zu verringern;
einem ersten Verbrennungsheizersystem, das mit dem Reformer gekoppelt ist, wobei das erste Verbrennungsheizersystem dazu dient, Wärmeenergie als ein Produkt der Verbrennung in der Form eines ersten erhitzten Austragsstromes zu erzeugen; und
einem zweiten Verbrennungsheizersystem, das mit dem Shift- Reaktor gekoppelt ist, wobei das zweite Verbrennungsheizersystem dazu dient, Wärmeenergie als ein Produkt der Verbrennung in der Form eines zweiten erhitzten Austragsstromes zu erzeugen.
29. Brennstoffverarbeitendes System nach Anspruch 28, wobei der zweite Verbrennungsheizer ferner einen Lufteinlass umfasst, um frische Luft an diesen zu liefern.
30. Brennstoffverarbeitendes System nach Anspruch 28, wobei das zweite Verbrennungsheizersystem in Reihe mit dem ersten Verbrennungsheizersystem positioniert ist.
31. Brennstoffverarbeitendes System nach Anspruch 30, wobei der zweite Verbrennungsheizer ferner einen ersten Einlass, der frische Luft an diesen vorsieht, und einen zweiten Einlass in Fluidverbindung mit dem ersten erhitzten Austragsstrom umfasst.
32. Brennstoffverarbeitendes System nach Anspruch 31, wobei der erste erhitzte Austragsstrom dazu verwendet wird, die frische Luft zu verdünnen und damit die Temperatur des zweiten erhitzten Austragsstromes zu steuern.
33. Brennstoffverarbeitendes System nach Anspruch 30, ferner mit: einem ersten Steuerventilsystem, um selektiv den ersten erhitzten Austragsstrom während eines Startzyklus an das zweite Verbrennungsheizersystem zu lenken.
34. Brennstoffverarbeitendes System nach Anspruch 28, ferner mit: einem Wassersprühelement, das unterstromig von dem zweiten Verbrennungsheizersystem gekoppelt ist, wobei das Wassersprühelement dazu dient, eine vorbestimmte Temperatur des zweiten erhitzten Austragsstromes beizubehalten.
35. Brennstoffverarbeitendes System nach Anspruch 28, ferner mit: einem zweiten Steuerventilsystem, um selektiv einen 02-haltigen Kathodenabfluss von einem Brennstoffzellenstapel an eine Katalysator-Verbrennungseinrichtung und das zweite Verbrennungsheizersystem zu lenken.
36. Brennstoffverarbeitendes System nach Anspruch 28, ferner mit: einer Katalysator-Verbrennungseinrichtung, die in Reihe oberstromig von dem zweiten Verbrennungsheizersystem positioniert ist.
37. Brennstoffverarbeitendes System nach Anspruch 28, ferner mit: einer Katalysator-Verbrennungseinrichtung, die in Reihe unterstromig von dem zweiten Verbrennungsheizersystem positioniert ist.
38. Brennstoffverarbeitendes System nach Anspruch 28, ferner mit: einer Katalysator-Verbrennungseinrichtung, die derart positioniert ist, dass ein Ausgang der Katalysator-Verbrennungseinrichtung unterstromig des zweiten Verbrennungsheizersystems zugeführt wird.
DE10252075A 2001-11-19 2002-11-08 Gestufte magere Verbrennung für einen Schnellstart eines brennstoffverarbeitenden Systems Withdrawn DE10252075A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/993,453 US6926748B2 (en) 2001-11-19 2001-11-19 Staged lean combustion for rapid start of a fuel processor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10252075A1 true DE10252075A1 (de) 2003-06-05

Family

ID=25539564

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10252075A Withdrawn DE10252075A1 (de) 2001-11-19 2002-11-08 Gestufte magere Verbrennung für einen Schnellstart eines brennstoffverarbeitenden Systems

Country Status (3)

Country Link
US (1) US6926748B2 (de)
JP (1) JP2003226507A (de)
DE (1) DE10252075A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004059495A1 (de) * 2004-12-10 2006-06-22 European Fuel Cell Gmbh Brennstoffzellenheizgerät sowie Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffheizgeräts
DE102010023392A1 (de) * 2010-06-10 2011-12-15 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Betriebsverfahren für ein Brennstoffzellensystem

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6838200B2 (en) * 2002-01-22 2005-01-04 General Motors Corporation Fuel processing system having gas recirculation for transient operations
US7008707B2 (en) * 2002-02-15 2006-03-07 General Motors Corporation Direct water vaporization for fuel processor startup and transients
JP2004018363A (ja) * 2002-06-20 2004-01-22 Nissan Motor Co Ltd 燃料改質装置
US7625647B2 (en) * 2002-12-09 2009-12-01 Gm Global Technology Operations, Inc. Fuel cell system with integrated thermal-to-electric generating devices
US20040163313A1 (en) * 2003-02-20 2004-08-26 Buxbaum Robert E. Hydrogen generation apparatus
JP4750374B2 (ja) * 2004-04-30 2011-08-17 京セラ株式会社 燃料電池構造体の運転方法
JP2008500258A (ja) * 2004-05-17 2008-01-10 ヌヴェラ・フュエル・セルズ・インコーポレーテッド 始動バーナー
US7659019B2 (en) * 2005-09-16 2010-02-09 Idatech, Llc Thermally primed hydrogen-producing fuel cell system
US20090207790A1 (en) * 2005-10-27 2009-08-20 Qualcomm Incorporated Method and apparatus for settingtuneawaystatus in an open state in wireless communication system
KR100762685B1 (ko) * 2005-11-10 2007-10-04 삼성에스디아이 주식회사 개질기 및 이를 채용한 연료전지 시스템
US20070180769A1 (en) * 2006-02-08 2007-08-09 Bonadies Joseph V Fuel reformer having closed loop control of air/fuel ratio
US8980489B2 (en) * 2006-03-27 2015-03-17 Casio Computer Co., Ltd. Fuel cell type power generation device, electronic apparatus and treatment method of fuel
JP5011775B2 (ja) * 2006-03-27 2012-08-29 カシオ計算機株式会社 燃料電池型発電装置
DE102006017615A1 (de) * 2006-04-12 2007-10-18 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Brennstoffzellensytem
US20080020333A1 (en) * 2006-06-14 2008-01-24 Smaling Rudolf M Dual reaction zone fuel reformer and associated method
KR100837394B1 (ko) * 2006-08-17 2008-06-12 삼성에스디아이 주식회사 Ｃｏ 제거유닛의 워밍업 구조가 개선된 연료개질기 및 그운영방법
US20100175386A1 (en) * 2009-01-09 2010-07-15 General Electric Company Premixed partial oxidation syngas generation and gas turbine system
US20100175379A1 (en) * 2009-01-09 2010-07-15 General Electric Company Pre-mix catalytic partial oxidation fuel reformer for staged and reheat gas turbine systems
US20100213418A1 (en) * 2009-02-20 2010-08-26 William Allison Logan Method Of Starting A Fuel Processor
US8945507B2 (en) * 2011-04-21 2015-02-03 Kellogg Brown & Root Llc Systems and methods for operating a gasifier
US8751036B2 (en) * 2011-09-28 2014-06-10 Causam Energy, Inc. Systems and methods for microgrid power generation management with selective disconnect
US8862279B2 (en) * 2011-09-28 2014-10-14 Causam Energy, Inc. Systems and methods for optimizing microgrid power generation and management with predictive modeling
JP5914837B2 (ja) * 2013-04-05 2016-05-11 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 水素生成装置
CN108370048B (zh) * 2015-12-15 2019-11-01 日产自动车株式会社 燃料电池系统及燃料电池系统的控制方法
KR102495983B1 (ko) * 2018-04-26 2023-02-06 주식회사 미코파워 연료전지 시스템
US11316180B2 (en) 2020-05-21 2022-04-26 H2 Powertech, Llc Hydrogen-producing fuel cell systems and methods of operating hydrogen-producing fuel cell systems for backup power operations

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4293315A (en) 1979-03-16 1981-10-06 United Technologies Corporation Reaction apparatus for producing a hydrogen containing gas
US4534165A (en) * 1980-08-28 1985-08-13 General Electric Co. Catalytic combustion system
US4352863A (en) * 1981-01-21 1982-10-05 Energy Research Corporation Apparatus and method for producing high pressure steam in a fuel cell system
US4659634A (en) 1984-12-18 1987-04-21 Struthers Ralph C Methanol hydrogen fuel cell system
US4670359A (en) 1985-06-10 1987-06-02 Engelhard Corporation Fuel cell integrated with steam reformer
US4642272A (en) 1985-12-23 1987-02-10 International Fuel Cells Corporation Integrated fuel cell and fuel conversion apparatus
US4650727A (en) 1986-01-28 1987-03-17 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Fuel processor for fuel cell power system
US4816353A (en) 1986-05-14 1989-03-28 International Fuel Cells Corporation Integrated fuel cell and fuel conversion apparatus
US4943493A (en) * 1989-04-21 1990-07-24 International Fuel Cells Corporation Fuel cell power plant
US5271916A (en) 1991-07-08 1993-12-21 General Motors Corporation Device for staged carbon monoxide oxidation
US5484577A (en) 1994-05-27 1996-01-16 Ballard Power System Inc. Catalytic hydrocarbon reformer with enhanced internal heat transfer mechanism
US6126908A (en) 1996-08-26 2000-10-03 Arthur D. Little, Inc. Method and apparatus for converting hydrocarbon fuel into hydrogen gas and carbon dioxide
US6107693A (en) * 1997-09-19 2000-08-22 Solo Energy Corporation Self-contained energy center for producing mechanical, electrical, and heat energy
US6277509B1 (en) * 1999-04-12 2001-08-21 International Fuel Cells Llc Hydride bed water recovery system for a fuel cell power plant
US6159626A (en) * 1999-07-06 2000-12-12 General Motors Corporation Fuel cell system logic for differentiating between rapid and normal shutdown commands
JP2001229941A (ja) * 2000-02-16 2001-08-24 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
US6521204B1 (en) * 2000-07-27 2003-02-18 General Motors Corporation Method for operating a combination partial oxidation and steam reforming fuel processor

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004059495A1 (de) * 2004-12-10 2006-06-22 European Fuel Cell Gmbh Brennstoffzellenheizgerät sowie Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffheizgeräts
DE102004059495B4 (de) * 2004-12-10 2007-12-27 Baxi Innotech Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffheizgeräts
DE102010023392A1 (de) * 2010-06-10 2011-12-15 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Betriebsverfahren für ein Brennstoffzellensystem
US9099708B2 (en) 2010-06-10 2015-08-04 Eberspächer Climate Control Systems GmbH & Co. KG Operating process for a fuel cell system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2003226507A (ja) 2003-08-12
US20030093949A1 (en) 2003-05-22
US6926748B2 (en) 2005-08-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10252076A1 (de) Integriertes brennstoffverarbeitendes System für Schnellstart und Betriebssteuerung
DE10252075A1 (de) Gestufte magere Verbrennung für einen Schnellstart eines brennstoffverarbeitenden Systems
DE19755813C2 (de) Verfahren zum Betrieb einer Wasserdampfreformierungsanlage, damit betreibbare Reformierungsanlage und Brennstoffzellensystem-Betriebsverfahren
DE19755815C2 (de) Verfahren zur Wasserdampfreformierung eines Kohlenwasserstoffs oder Kohlenwasserstoffderivats, damit betreibbare Reformierungsanlage und Brennstoffzellen-Betriebsverfahren
DE10392305T5 (de) Dampfgenerator für eine PEM-Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlage
EP0921585B1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Wasserdampfreformierung eines Kohlenwasserstoffs
DE19720294C1 (de) Reformierungsreaktor und Betriebsverfahren hierfür
DE60121419T2 (de) Betriebssystem für brennstoffzellen
DE10062257B4 (de) Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems
DE19823499A1 (de) Wasserstofferzeugungsvorrichtung und Verfahren, das ohne Dampfversorgung arbeitet und für Brennstoffzellensysteme geeignet ist
DE10065459A1 (de) Gestufte Entlüftung eines Brennstoffzellensystemes bei Schnellabschaltung
DE102005012230A1 (de) Verfahren und System zum Anfahren und transienten Betrieb eines integrierten Brennstoffzellen-Gasturbinensystems
DE102016203792B4 (de) Brennstoffzellenmodul
DE60106699T2 (de) Vorrichtung zur Versorgung einer Brennstoffzelle mit wasserstoffreichem Gas
DE112005000041T5 (de) Brennstoffzellensystem
DE102015216257B4 (de) Brennstoffzellenmodul
DE10065458A1 (de) Brennstoffzellensystemabschaltung mit Anodendrucksteuerung
DE10393728T5 (de) Brenner zum Verbrennen der Anodenabgasströmung in einer PEM-Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlage
EP1753061B1 (de) Verfahren zum Starten einer Brennstoffzellenanlage
DE102015216254B4 (de) Brennstoffzellenmodul
EP2088638A2 (de) Hochtemperaturbrennstoffzellensystem mit Abgasrückführung
WO2004007356A2 (de) Verfahren zum starten eines gaserzeugungssystems
DE112009000652B4 (de) Reformiervorrichtung
WO2004079846A2 (de) Brennstoffzellensystem mit wenigstens einer brennstoffzelle und einem gaserzeugungssystem
DE10010069A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Gaserzeugungsvorrichtung bzw. eines Brennstoffzellensystems, Gaserzeugungsvorrichtung und Brennstoffzellensystem

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8139 Disposal/non-payment of the annual fee