WO2008083657A1 - Method for operating a reformer, reforming system and fuel cell system - Google Patents

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reformer
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Matthias Boltze
Michael Rozumek
Stefan Käding
Manfred Pfalzgraf
Andreas Engl
Beate Bleeker
Michael Süßl
Markus Bedenbecker
Stefan Kah
Andreas Lindermeir
Norbert GÜNTHER
Johannes EICHSTÄDT
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    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a reformer for producing a hydrogen-rich reformate, wherein the reformer fuel and oxidant are supplied.
  • the invention further relates to a reforming system with a reformer and an electronic control unit, wherein the reformer fuel and oxidant are supplied.
  • the invention relates to a fuel cell system.
  • Reformers are used to produce a hydrogen-rich mixture, which is used in particular for generating electrical energy in a reformer downstream fuel cell assembly.
  • the reformer hydrocarbons are supplied as fuel and an oxidizing agent.
  • atmospheric oxygen is used as the oxidizing agent.
  • the fuels can be supplied in liquid and gaseous form, with the fuels supplied to an internal combustion engine, in particular, also being used as fuels for the reformer in the field of mobile use.
  • a reformer can be run on different fuels.
  • structurally identical reformers in systems that are designed for different fuels On the other hand, the basis can be created in this way for one and the same plant to run on different fuels without loss of efficiency.
  • a motor vehicle that is equipped with such an internal combustion engine should therefore, if possible, also have a reformer that can implement various fuels in a suitable manner.
  • the invention is based on the object of developing methods, systems and systems of the prior art in such a way that suitable reforming processes can take place with varying fuel properties.
  • the invention is based on the generic method characterized in that at least one property of the fuel supplied to the reformer is determined and that, depending on the at least one property, the quantitative ratio of supplied fuel and oxidant is adjusted.
  • a property of the fuel supplied to the reformer is first determined.
  • the air ratio can then be determined, a size that has a decisive influence on the functioning of the reformer.
  • the air ratio is closely linked to the temperature profile in the reformer, so that desired temperature profiles and thus optimized reformer operation can be provided by a suitable adjustment of the air ratio.
  • the at least one property characterizes the fuel type. It can therefore be distinguished in particular between different fuel gases, diesel and gasoline.
  • the at least one characteristic characterizes the fuel quality.
  • the fuel quality is indicated by the octane number. Comparable key figures also exist for other fuel types.
  • the at least one property characterizes the purity of the fuel.
  • diesel is sold with varying purity. This especially affects sulfur contaminants in diesel, which can affect the performance of the reformer and a fuel cell system to which the reformer belongs. If the level of sulfur impurities is known, then the operating point of the reformer can be adapted to it, in particular in view of the fact that the smallest possible sulfur deposits occur in the reformer.
  • a temperature is measured at at least two positions in the region of the reformer and the temperature information is additionally measured when the Position of the ratio of supplied fuel and oxidant is taken into account.
  • the quantitative ratio of supplied fuel and oxidant is adjusted so that the temperatures measured in the region of the reformer have the smallest possible difference.
  • the invention is further developed in a particularly advantageous manner in that the quantitative ratio of supplied fuel and oxidant is regulated on the basis of maps stored in an electronic control unit, wherein different maps for different properties of the fuel supplied to the reformer are present.
  • Such a control on the basis of characteristic maps is advisable, since the systematic dependencies between the lambda values and the operating behavior of the reformer are hardly detectable in any other way.
  • the invention is based on the generic reforming system in that at least one property of the fuel supplied to the reformer can be determined and detected by the electronic control unit and that the quantity ratio of supplied fuel and oxidant can be adjusted by the electronic control unit as a function of the at least one property ,
  • the advantages and peculiarities of the method according to the invention are implemented in the context of a reforming system. This also applies to the particularly preferred embodiments of the system specified below.
  • At least one sensor is provided for detecting the fuel quality, wherein the at least one property characterizes the fuel quality.
  • At least one sensor for detecting the purity of the fuel is provided, wherein the at least one property characterizes the purity of the fuel.
  • the reforming system according to the invention is usefully further developed in that at least two temperature sensors are provided at at least two positions in the region of the reformer and that the thus determined temperature information can be additionally taken into account in the adjustment of the ratio of supplied fuel and Oxidati- onsffen by the electronic control unit ,
  • the quantitative ratio of supplied fuel and oxidant can be adjusted by the electronic control unit so that the temperatures measured in the region of the reformer have the smallest possible difference.
  • the quantitative ratio of supplied fuel and oxidizing agent can be regulated on the basis of characteristic diagrams stored in the electronic control unit, with different characteristic diagrams being present for different properties of the fuel fed to the reformer.
  • the invention is based on the finding that the temperature level in the reformer can be adjusted by the lambda value adaptation to the type of fuel.
  • a constant supply of oxidizing agent and fuel constant conditions arise after some time, in particular with regard to the state variables of temperature and pressure.
  • 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, therefore, the position of the thermodynamic equilibrium and thus the temperature level in the reformer can be advantageously set, and in connection with advantageous embodiments of the invention, attention can also be paid to a homogeneous temperature profile.
  • Typical lambda values for gasoline and diesel are in the range greater than or equal to 0.35, while lambda values for natural gas are in the range greater than or equal to 0.25.
  • the invention further relates to a fuel cell system with a reforming system according to the invention.
  • the presently described reformers serve to supply low-temperature fuel cell systems with reforming, in particular those systems which are used in the mobile sector, for example for providing electrical energy for motor vehicle air conditioning systems.
  • Figure 1 is a schematic representation of a reforming system according to the invention.
  • FIG. 2 shows a flowchart for explaining a method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a reforming system according to the invention.
  • the reforming system according to the invention comprises a reformer 10, to which a fuel supply device 12 and an oxidant supply device 14 are assigned.
  • the fuel supply device 12 is generally a pump, while the Oxidantkarzu soup Anlagen 14 a Air blower is.
  • the fuel 10 and oxidizer 18 are supplied to the reformer 10.
  • After suitable implementation of these substances in the reformer 10 of the reformer 10 provides a hydrogen-rich reformate 20, which can then be fed in particular a fuel cell stack for generating electrical energy.
  • the fuel supply device 12 and the oxidant supply device 14 are controlled by an electronic control unit 22.
  • the electronic control unit 22 can also control or regulate other functions of the fuel cell system.
  • a sensor 24 is provided in the fuel supply, the output signal of the electronic control unit 22 is supplied.
  • two temperature sensors 26, 28 are arranged in the reformer 10, which also supply the determined information to the electronic control unit 22.
  • the air ratio For fine adjustment of the air ratio, that is, in particular for providing a setpoint for a Lambdarege- ment, then the from the temperature sensors 26, 28 temperatures are taken into account. If it is desired, for example, that the temperature profile in the reformer 10 is as constant as possible, the air ratio can be varied until the difference between - B -
  • FIG. 2 shows a flow chart for explaining a method according to the invention.
  • the fuel type is detected in step S02.
  • the detection of the fuel type is used here by way of example to explain the method according to the invention. It is therefore determined whether a motor vehicle is fueled, for example, with diesel or gasoline.
  • the air ratio is then set as a function of the determined type of fuel. This process may imply that only the fuel pump and / or the air blower are adjusted so that a certain air ratio is expected. However, the setting of the air ratio can also further imply that a setpoint value is provided for a lambda control, that is to say a fuel-type-dependent setpoint value, on which basis a lambda control known per se can then take place.
  • a lambda control that is to say a fuel-type-dependent setpoint value, on which basis a lambda control known per se can then take place.
  • Step S04 determines the temperature profile in the reformer, for example by detecting two temperatures at different positions. If it is subsequently determined in step S05 that the temperature profile is still unacceptable, the air ratio is varied in step S06. Following this, the temperature profile is again determined in step S04. If it is determined in step S05 that an acceptable temperature profile is present, then in step SO7 the reforming system is converted into its continuous operation. The presence of this continuous operation does not exclude that there is a permanent detection of the fuel type. This has the background that even during a progressive reformer operation, a change of Fuel can be done when, for example, a motor vehicle is refueled. Here too, it is thus possible to react if continuous testing of the fuel type takes place in the context of continuous operation, in particular in connection with a determination of the temperature profile in the reformer.

Abstract

The invention relates to a method for operating a reformer (10) for producing a hydrogen-rich reformate (20), whereby fuel (16) and oxidizing agents (18) are supplied to the reformer. The invention is characterized in that at least one property of the fuel (16) supplied to the reformer (10) is determined and the quantitative ratio of the supplied fuel (16) and oxidizing agents (18) is adjusted depending on said at least one property. The invention also relates to a reforming system and to a fuel cell system.

Description

Verfahren zum Betreiben eines Reformers, Reformierungssys- tem und BrennstoffzellenanlageMethod for operating a reformer, reforming system and fuel cell system
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Reformers zum Erzeugen eines wasserstoffreichen Reformats, wobei dem Reformer Brennstoff und Oxidationsmittel zugeführt werden.The invention relates to a method for operating a reformer for producing a hydrogen-rich reformate, wherein the reformer fuel and oxidant are supplied.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Reformierungssystem mit einem Reformer und einer elektronischen Steuereinheit, wobei dem Reformer Brennstoff und Oxidationsmittel zugeführt werden.The invention further relates to a reforming system with a reformer and an electronic control unit, wherein the reformer fuel and oxidant are supplied.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Brennstoffzellenanlage .Furthermore, 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.Reformers are used to produce a hydrogen-rich mixture, which is used in particular for generating electrical energy in a reformer downstream fuel cell assembly. For this purpose, the reformer hydrocarbons are supplied as fuel and an oxidizing agent. In particular, atmospheric oxygen is used as the oxidizing agent. The fuels can be supplied in liquid and gaseous form, with the fuels supplied to an internal combustion engine, in particular, also being used as fuels for the reformer in the field of mobile use.
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 ver- schiedenen 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.For several reasons, it is desirable that a reformer can be run on different fuels. To the one can be used in this way structurally identical reformers in systems that are designed for different fuels. On the other hand, the basis can be created in this way for one and the same plant to run on different fuels without loss of efficiency. In the mobile sector, this is particularly interesting, since there are internal combustion engines, which can process different fuels. A motor vehicle that is equipped with such an internal combustion engine, should therefore, if possible, also have a reformer that can implement various fuels in a suitable manner.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren, Syste- me und Anlagen des Standes der Technik in der Weise weiterzubilden, dass geeignete Reformierungsprozesse bei variierenden Brennstoffeigenschaften stattfinden können.The invention is based on the object of developing methods, systems and systems of the prior art in such a way that suitable reforming processes can take place with varying fuel properties.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen An- Sprüche gelöst.This task is solved with the features of the independent claims.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are indicated in the dependent claims.
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 is based on the generic method characterized in that at least one property of the fuel supplied to the reformer is determined and that, depending on the at least one property, the quantitative ratio of supplied fuel and oxidant is adjusted. In order to optimize the reforming process, therefore, a property of the fuel supplied to the reformer is first determined. Depending on this property, the air ratio can then be determined, a size that has a decisive influence on the functioning of the reformer. In particular, the air ratio is closely linked to the temperature profile in the reformer, so that desired temperature profiles and thus optimized reformer operation can be provided by a suitable adjustment of the air ratio.
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 be distinguished in particular between different fuel gases, diesel and gasoline.
Ebenfalls kann nützlich sein, dass die mindestens eine Eigenschaft die Brennstoffqualität kennzeichnet. Im Zusammen- hang mit Benzin wird die Brennstoffqualität durch die Oktanzahl gekennzeichnet . Vergleichbare Kennzahlen existieren auch für andere Brennstofftypen.It may also be useful that the at least one characteristic characterizes the fuel quality. In the case of gasoline, the fuel quality is indicated by the octane number. Comparable key figures also exist 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.It may also be advantageous that the at least one property characterizes the purity of the fuel. In particular, diesel is sold with varying purity. This especially affects sulfur contaminants in diesel, which can affect the performance of the reformer and a fuel cell system to which the reformer belongs. If the level of sulfur impurities is known, then the operating point of the reformer can be adapted to it, in particular in view of the fact that the smallest possible 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 Ein- Stellung 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 er- wünschte 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 vorge- nommen werden.It is of particular advantage that a temperature is measured at at least two positions in the region of the reformer and the temperature information is additionally measured when the Position of the ratio of supplied fuel and oxidant is taken into account. By determining the fuel properties, the air ratio in the reformer can thus first be adjusted so that a desired mode of operation of the reformer is to be expected. The setting of this desired mode of operation can then be supported by the fact that the temperature profile is determined in the reformer. On this basis, corrections can be made to the originally set air ratio.
Insbesondere ist es nützlich, dass das Mengenverhältnis von zugeführtem Brennstoff und Oxidationsmittel so eingestellt wird, dass die im Bereich des Reformers gemessenen Tempera- turen eine möglichst geringe Differenz aufweisen.In particular, it is useful that the quantitative ratio of supplied fuel and oxidant is adjusted so that the temperatures measured in the region of the reformer have the smallest possible 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 ei- gens 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 Abhängigkei- ten zwischen den Lambdawerten und dem Betriebsverhalten des Reformers kaum in anderer Weise erfassbar sind. Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Reformierungs- system 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 Reformierungs- Systems umgesetzt. Dies gilt auch für die nachfolgend angegebenen besonders bevorzugten Ausführungsformen des Systems .The invention is further developed in a particularly advantageous manner in that the quantitative ratio of supplied fuel and oxidant is regulated on the basis of maps stored in an electronic control unit, wherein different maps for different properties of the fuel supplied to the reformer are present. A regulation of the air ratio-a so-called lambda control-can be carried out on the basis of a lambda probe provided for this purpose or by means of a suitable evaluation of the electrical parameters of a fuel cell arrangement arranged downstream of the reformer. Such a control on the basis of characteristic maps is advisable, since the systematic dependencies between the lambda values and the operating behavior of the reformer are hardly detectable in any other way. The invention is based on the generic reforming system in that at least one property of the fuel supplied to the reformer can be determined and detected by the electronic control unit and that the quantity ratio of supplied fuel and oxidant can be adjusted by the electronic control unit as a function of the at least one property , In this way, the advantages and peculiarities of the method according to the invention are implemented in the context of a reforming system. This also applies to the particularly preferred embodiments of the system specified below.
Dieses kann dadurch weitergebildet sein, dass mindestens ein Sensor zum Erfassen der Brennstoffqualität vorgesehen ist, wobei die mindestens eine Eigenschaft die Brennstoff- qualität kennzeichnet.This can be further developed in that at least one sensor is provided for detecting the fuel quality, 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.It can also be provided that at least one sensor for detecting the purity of the fuel is provided, wherein the at least one property characterizes 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 Oxidati- onsmittel durch die elektronische Steuereinheit berücksichtigt werden können. In diesem Zusammenhang ist es besonders nützlich, dass das Mengenverhältnis von zugeführtem Brennstoff und Oxidations- mittel so durch die elektronische Steuereinheit einstellbar ist, dass die im Bereich des Reformers gemessenen Tem- peraturen eine möglichst geringe Differenz aufweisen.The reforming system according to the invention is usefully further developed in that at least two temperature sensors are provided at at least two positions in the region of the reformer and that the thus determined temperature information can be additionally taken into account in the adjustment of the ratio of supplied fuel and Oxidati- onsmittel by the electronic control unit , In this context, it is particularly useful that the quantitative ratio of supplied fuel and oxidant can be adjusted by the electronic control unit so that the temperatures measured in the region of the reformer have the smallest possible difference.
Von besonderem Vorteil ist es, dass das Mengenverhältnis von zugeführtem Brennstoff und Oxidationsmittel auf der Grundlage von in der elektronischen Steuereinheit gespei- cherten Kennfeldern regelbar ist, wobei verschiedene Kennfelder für verschiedene Eigenschaften des dem Reformer zugeführten Brennstoffs vorliegen.It is of particular advantage that the quantitative ratio of supplied fuel and oxidizing agent can be regulated on the basis of characteristic diagrams stored in the electronic control unit, with different characteristic diagrams being present for different properties of the fuel fed to the reformer.
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 thermodynamisehen 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. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennstoffzellenanla- ge mit einem erfindungsgemäßen Reformierungssystem.The invention is based on the finding that the temperature level in the reformer can be adjusted by the lambda value adaptation to the type of fuel. With a constant supply of oxidizing agent and fuel, constant conditions arise after some time, in particular with regard to the state variables of temperature and pressure. In particular, with regard to the 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, therefore, the position of the thermodynamic equilibrium and thus the temperature level in the reformer can be advantageously set, and in connection with advantageous embodiments of the invention, attention can also be paid to a homogeneous temperature profile. Typical lambda values for gasoline and diesel are in the range greater than or equal to 0.35, while lambda values for natural gas are in the range greater than or equal to 0.25. The invention further relates to a fuel cell system with a reforming system according to the invention.
Die vorliegend beschriebenen Reformer dienen der Versorgung von Niedrigtemperatur-BrennstoffZellensystemen mit Refor- mat, insbesondere solcher Systeme, die im mobilen Bereich genutzt werden, beispielsweise zur Bereitstellung elektrischer Energie für Kraftfahrzeugklimaanlagen.The presently described reformers serve to supply low-temperature fuel cell systems with reforming, in particular those systems which are used in the mobile sector, for example for providing electrical energy for motor vehicle air conditioning systems.
Weitere Anwendungen der Erfindung liegen im Bereich der Abgasnachbehandlung, insbesondere von Heizgeräteabgasen im mobilen Bereich, und der Erwärmung von Heizmedien mit der Abwärme eines Reformers .Further applications of the invention are in the field of exhaust aftertreatment, in particular of heater exhaust gases in the mobile area, and the heating of heating media with the waste heat of a reformer.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitendenThe invention will now be described with reference to the accompanying drawings
Zeichnungen anhand besonders bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.Drawings exemplified with reference to particularly preferred embodiments.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Reformierungssystems undFigure 1 is a schematic representation of a reforming system according to the invention and
Figur 2 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines erfin- dungsgemäßen Verfahrens.FIG. 2 shows a flowchart for explaining a method according to the invention.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Reformierungssystems. Das erfindungsgemäße Reformierungssystem umfasst einen Reformer 10, dem eine Brennstoffzuführeinrichtung 12 und eine Oxidationsmittelzu- führeinrichtung 14 zugeordnet sind. Bei der Brennstoffzuführeinrichtung 12 handelt es sich im Allgemeinen um eine Pumpe, während die Oxidationsmittelzuführeinrichtung 14 ein Luftgebläse ist. Durch diese Vorrichtungen 12, 14 werden dem Reformer 10 Brennstoff 16 und Oxidationsmittel 18 zugeführt. Nach geeigneter Umsetzung dieser Substanzen im Reformer 10 liefert der Reformer 10 ein Wasserstoffreiches Reformat 20, das dann insbesondere einem Brennstoffzellen- stapel zur Erzeugung von elektrischer Energie zugeführt werden kann. Die Brennstoffzuführeinrichtung 12 und die O- xidationsmittelzuführeinrichtung 14 werden von einer elektronischen Steuereinheit 22 gesteuert. Bei Einbindung des Reformierungssystems in eine Brennstoffzellenanlage kann die elektronische Steuereinheit 22 auch andere Funktionen der Brennstoffzellenanlage steuern beziehungsweise regeln. Zur Erfassung einer Eigenschaft des dem Reformer 10 zugeführten Brennstoffs 16 ist in der Brennstoffzuführleitung ein Sensor 24 vorgesehen, dessen Ausgangssignal der elektronischen Steuereinheit 22 zugeführt wird. Weiterhin sind in dem Reformer 10 zwei Temperatursensoren 26, 28 angeordnet, die die ermittelten Informationen ebenfalls an die e- lektronische Steuereinheit 22 liefern. Bei Inbetriebnahme des Reformierungssystems kann somit zunächst durch den Sensor 24 eine Eigenschaft des zugeführten Brennstoffs ermittelt werden, beispielsweise der Brennstofftyp, die Brennstoffqualität und/oder die Reinheit des Brennstoffs. Auf dieser Grundlage kann dann die Luftzahl eingestellt werden, insbesondere durch Beeinflussung der Brennstoffzuführeinrichtung 12 und/oder der Oxidationsmittelzuführeinrichtung 14. Zur Feineinstellung der Luftzahl, das heißt insbesondere zur Bereitstellung eines Sollwertes für eine Lambdarege- lung, können dann noch die von den Temperatursensoren 26, 28 ermittelten Temperaturen berücksichtigt werden. Ist beispielsweise erwünscht, dass in dem Reformer 10 ein möglichst konstantes Temperaturprofil vorliegt, so kann die Luftzahl so lange variiert werden, bis die Differenz zwi- - B -FIG. 1 shows a schematic representation of a reforming system according to the invention. The reforming system according to the invention comprises a reformer 10, to which a fuel supply device 12 and an oxidant supply device 14 are assigned. The fuel supply device 12 is generally a pump, while the Oxidantmittelzuführeinrichtung 14 a Air blower is. By means of these devices 12, 14 the fuel 10 and oxidizer 18 are supplied to the reformer 10. After suitable implementation of these substances in the reformer 10 of the reformer 10 provides a hydrogen-rich reformate 20, which can then be fed in particular a fuel cell stack for generating electrical energy. The fuel supply device 12 and the oxidant supply device 14 are controlled by an electronic control unit 22. When integrating the reforming system in a fuel cell system, the electronic control unit 22 can also control or regulate other functions of the fuel cell system. For detecting a property of the fuel supplied to the reformer 10 16, a sensor 24 is provided in the fuel supply, the output signal of the electronic control unit 22 is supplied. Furthermore, two temperature sensors 26, 28 are arranged in the reformer 10, which also supply the determined information to the electronic control unit 22. When the reforming system is put into operation, a characteristic of the supplied fuel can thus first be determined by the sensor 24, for example the fuel type, the fuel quality and / or the purity of the fuel. On this basis, then the air ratio can be adjusted, in particular by influencing the fuel supply 12 and / or the Oxidationsmittelzuführeinrichtung 14. For fine adjustment of the air ratio, that is, in particular for providing a setpoint for a Lambdarege- ment, then the from the temperature sensors 26, 28 temperatures are taken into account. If it is desired, for example, that the temperature profile in the reformer 10 is as constant as possible, the air ratio can be varied until the difference between - B -
schen den von den Temperatursensoren 26, 28 ermittelten Temperaturen unter weiterer Berücksichtigung der absoluten Temperatur möglichst gering ist.tween the temperatures detected by the temperature sensors 26, 28, taking into account the absolute temperature as low as possible.
Figur 2 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Nach dem Start des Reformers in Schritt SOl wird in Schritt S02 der Brennstofftyp erfasst. Die Erfassung des Brennstofftyps wird hier beispielhaft zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens herangezogen. Es wird also ermittelt, ob ein Kraftfahrzeug beispielsweise mit Diesel oder Benzin betankt ist. In Schritt S03 wird dann die Luftzahl in Abhängigkeit des ermittelten Brennstofftyps eingestellt. Dieser Vorgang kann implizieren, dass lediglich die Brennstoffpumpe und/oder das Luftgebläse so eingestellt werden, dass eine bestimmte Luftzahl zu erwarten ist. Das Einstellen der Luftzahl kann aber weitergehend auch implizieren, dass ein Sollwert für eine Lambdare- gelung zur Verfügung gestellt wird, also ein brennstofftypabhängiger Sollwert, wobei auf dieser Grundlage dann eine an sich bekannte Lambdaregelung stattfinden kann. In einemFIG. 2 shows a flow chart for explaining a method according to the invention. After the start of the reformer in step SO1, the fuel type is detected in step S02. The detection of the fuel type is used here by way of example to explain the method according to the invention. It is therefore determined whether a motor vehicle is fueled, for example, with diesel or gasoline. In step S03, the air ratio is then set as a function of the determined type of fuel. This process may imply that only the fuel pump and / or the air blower are adjusted so that a certain air ratio is expected. However, the setting of the air ratio can also further imply that a setpoint value is provided for a lambda control, that is to say a fuel-type-dependent setpoint value, on which basis a lambda control known per se can then take place. In one
Schritt S04 wird dann das Temperaturprofil im Reformer ermittelt, beispielsweise durch das Erfassen von zwei Temperaturen an verschiedenen Positionen. Wird daraufhin in Schritt S05 ermittelt, dass das Temperaturprofil noch nicht akzeptabel ist, so wird in Schritt S06 die Luftzahl variiert. Im Anschluss daran wird wiederum das Temperaturprofil in Schritt S04 ermittelt. Wird in Schritt S05 festgestellt, dass ein akzeptables Temperaturprofil vorliegt, so wird in Schritt SO7 das Reformierungssystem in seinen Dauerbetrieb überführt. Das Vorliegen dieses Dauerbetriebs schließt nicht aus, dass eine permanente Erfassung des Brennstoff- typs vorliegt. Dies hat den Hintergrund, dass auch während eines fortschreitenden Reformerbetriebs ein Wechsel des Brennstoffs erfolgen kann, wenn beispielsweise ein Kraftfahrzeug nachgetankt wird. Auch hierauf kann somit reagiert werden, wenn im Rahmen des Dauerbetriebs eine kontinuierliche Überprüfung des Brennstofftyps erfolgt, insbesondere im Zusammenhang mit einer Ermittlung des Temperaturprofils im Reformer.Step S04 then determines the temperature profile in the reformer, for example by detecting two temperatures at different positions. If it is subsequently determined in step S05 that the temperature profile is still unacceptable, the air ratio is varied in step S06. Following this, the temperature profile is again determined in step S04. If it is determined in step S05 that an acceptable temperature profile is present, then in step SO7 the reforming system is converted into its continuous operation. The presence of this continuous operation does not exclude that there is a permanent detection of the fuel type. This has the background that even during a progressive reformer operation, a change of Fuel can be done when, for example, a motor vehicle is refueled. Here too, it is thus possible to react if continuous testing of the fuel type takes place in the context of continuous operation, in particular in connection with a determination of the temperature profile in the reformer.
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 features of the invention disclosed in the foregoing description, in the drawings and in the claims may be essential to the realization of the invention both individually and in any combination.
Bezugszeichenliste :List of reference numbers:
10 Reformer10 reformers
12 Brennstoffzuführeinrichtung 14 Oxidationsmittelzuführeinrichtung12 fuel supply 14 oxidant supply
16 Brennstoff16 fuel
18 Ox dationsmittel18 oxydating agents
20 Reformat20 Reformat
22 Steuereinheit 24 Sensor22 control unit 24 sensor
26 Temperatursensor26 temperature sensor
28 Temperatursensor 28 temperature sensor

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Betreiben eines Reformers (10) zum Erzeugen eines wasserstoffreichen Reformats (20) , wobei dem Reformer Brennstoff (16) und Oxidationsmittel (18) zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, 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.A method of operating a reformer (10) to produce a hydrogen-rich reformate (20), wherein fuel (16) and oxidant (18) are fed to the reformer, characterized in that at least one property of the fuel supplied to the reformer (10) ( 16) is determined and that, depending on the at least one property, the quantitative ratio of supplied fuel (16) and oxidizing agent (18) is set.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Eigenschaft den Brennstofftyp kennzeichnet .2. The method according to claim 1, characterized in that the at least one property characterizes the fuel type.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Eigenschaft die Brennstoff- qualität kennzeichnet.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one property characterizes the fuel quality.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Eigenschaft die Reinheit des Brennstoffs kennzeichnet.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the at least one property characterizes the purity of the fuel.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 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. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that at at least two positions in the region of the reformer, a temperature is measured and the temperature information is additionally taken into account in the adjustment of the ratio of supplied fuel and oxidant.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch, gekennzeichnet, dass das Mengenverhältnis von zugeführtem Brennstoff und Oxidationsmittel so eingestellt wird, dass die im Bereich des Reformers gemessenen Temperaturen eine möglichst gerin- ge Differenz aufweisen.6. The method according to claim 5, characterized in that the quantitative ratio of supplied fuel and oxidizing agent is adjusted so that the measured temperatures in the region of the reformers have the smallest possible difference.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mengenverhältnis von zugeführtem Brennstoff und Oxidationsmittel auf der Grundlage von in einer elektronischen Steuereinheit (22) gespeicherten Kennfeldern geregelt wird, wobei verschiedene Kennfelder für verschiedene Eigenschaften des dem Reformer zugeführten Brennstoffs vorliegen.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the quantitative ratio of supplied fuel and oxidizing agent is regulated on the basis of stored in an electronic control unit (22) maps, with different maps for different properties of the fuel supplied to the reformer.
8. Reformierungssystem mit einem Reformer (10) und einer elektronischen Steuereinheit (22) , wobei dem Reformer Brennstoff (16) und Oxidationsmittel (18) zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Eigenschaft des dem Reformer (10) zugeführten Brennstoffs (16) ermit- telbar und von der elektronischen Steuereinheit (22) erfassbar ist und dass in Abhängigkeit der mindestens einen Eigenschaft das Mengenverhältnis von zugeführtem Brennstoff (16) und Oxidationsmittel (18) durch die elektronische Steuereinheit einstellbar ist.8. reforming system with a reformer (10) and an electronic control unit (22), wherein the reformer fuel (16) and oxidizing agent (18) are supplied, characterized in that at least one property of the reformer (10) supplied fuel (16) ascertainable and detectable by the electronic control unit (22) and that the quantity ratio of supplied fuel (16) and oxidizing agent (18) can be set by the electronic control unit as a function of the at least one property.
9. Reformierungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor (24) zum Erfassen des Brennstofftyps vorgesehen ist, wobei die mindestens eine Eigenschaft den Brennstofftyp kennzeichnet.9. reforming system according to claim 8, characterized in that at least one sensor (24) is provided for detecting the fuel type, wherein the at least one characteristic characterizes the fuel type.
10. Reformierungssystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor (24) zum Erfassen der Brennstoffqualität vorgesehen ist, wobei die min- destens eine Eigenschaft die Brennstoffqualität kennzeichnet .10. reforming system according to claim 8 or 9, characterized in that at least one sensor (24) is provided for detecting the fuel quality, wherein the mini- at least one feature characterizing the fuel quality.
11. Reformierungssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor (24) zum Erfassen der Reinheit des Brennstoffs vorgesehen ist, wobei die mindestens eine Eigenschaft die Reinheit des Brennstoffs kennzeichnet.11. Reforming system according to one of claims 8 to 10, characterized in that at least one sensor (24) is provided for detecting the purity of the fuel, wherein the at least one characteristic characterizes the purity of the fuel.
12. Reformierungssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Temperatursensoren (26, 28) an mindestens zwei Positionen im Bereich des Reformers (10) vorgesehen sind und dass die so ermittelbaren Temperaturinformationen zusätzlich bei der Einstellung des Mengenverhältnisses von zugeführtem Brennstoff (16) und Oxidationsmittel (18) durch die elektronische Steuereinheit (22) berücksichtigt werden können.12. Reforming system according to one of claims 8 to 11, characterized in that at least two temperature sensors (26, 28) are provided at at least two positions in the region of the reformer (10) and that the thus determined temperature information in addition to the adjustment of the ratio of supplied Fuel (16) and oxidizing agent (18) by the electronic control unit (22) can be considered.
13. Reformierungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Mengenverhältnis von zugeführtem Brennstoff (16) und Oxidationsmittel (18) so durch die elektronische Steuereinheit (22) einstellbar ist, dass die im Bereich des Reformers (10) gemessenen Temperaturen eine möglichst geringe Differenz aufweisen.13. Reforming system according to claim 12, characterized in that the quantitative ratio of supplied fuel (16) and oxidizing agent (18) is adjustable by the electronic control unit (22) such that the temperatures measured in the region of the reformer (10) are as high as possible have small difference.
14. Reformierungssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Mengenverhältnis von zugeführtem Brennstoff (16) und Oxidationsmittel (18) auf der Grundlage von in der elektronischen Steuereinheit (22) ge- speicherten Kennfeldern regelbar ist, wobei verschiedene14. Reforming system according to one of claims 8 to 13, characterized in that the quantity ratio of supplied fuel (16) and oxidizing agent (18) on the basis of stored in the electronic control unit (22) stored maps is variable, with different
Kennfelder für verschiedene Eigenschaften des dem Reformer (10) zugeführten Brennstoffs (16) vorliegen. Characteristics for various properties of the reformer (10) supplied fuel (16) are present.
15. Brennstoffzellenanlage mit einem Reformierungssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 14. 15. Fuel cell system with a reforming system according to one of claims 8 to 14.
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