[go: up one dir, main page]

DE10013597A1 - Kombinationsanlage mit einer Brennstoffzelle und einem Verbrennungsmotor und/oder Brenner - Google Patents

Kombinationsanlage mit einer Brennstoffzelle und einem Verbrennungsmotor und/oder Brenner

Info

Publication number
DE10013597A1
DE10013597A1 DE10013597A DE10013597A DE10013597A1 DE 10013597 A1 DE10013597 A1 DE 10013597A1 DE 10013597 A DE10013597 A DE 10013597A DE 10013597 A DE10013597 A DE 10013597A DE 10013597 A1 DE10013597 A1 DE 10013597A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
reformer
fuel
fuel cell
combustion engine
separating device
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.)
Ceased
Application number
DE10013597A
Other languages
English (en)
Inventor
Roland Hamelmann
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.)
Proton Motor Fuel Cell GmbH
Original Assignee
Proton Motor Fuel Cell GmbH
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 Proton Motor Fuel Cell GmbH filed Critical Proton Motor Fuel Cell GmbH
Priority to DE10013597A priority Critical patent/DE10013597A1/de
Priority to PCT/EP2001/003062 priority patent/WO2001071838A2/de
Priority to AU2001254694A priority patent/AU2001254694A1/en
Publication of DE10013597A1 publication Critical patent/DE10013597A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

Anlage zur gleichzeitigen Erzeugung von Strom und einer weiteren Energieform, nämlich mechanischer Energie und/oder extren nutzbarer Wärme, aus einem Ausgangsbrennstoff (2) auf Kohlenwasserstoffbasis, aufweisend: DOLLAR A (a) einen Reformer (4), der für ein partielles Reformieren eines ihm zugeführten Ausgangsbrennstoff-Stroms (2a) unter Entstehung von Wasserstoff ausgebildet ist; DOLLAR A (b) eine mit dem Reformer (4) in Strömungsverbindung stehende Trenneinrichtung (10), mit der sich Wasserstoff von dem partiell reformierten Brennstoffstrom (8) abtrennen läßt; DOLLAR A (c) eine mit der Trenneinrichtung (10) in Strömungsverbindung stehende Brennstoffzelle (16), mit der sich Strom (20) aus von der Trenneinrichtung (10) zugeführtem Wasserstoff (14) und einem zugeführten Oxidationsmittel (18) erzeugen läßt; DOLLAR A (d1) einen Verbrennungsmotor (6), dem sich an Wasserstoffatomen reduzierter, von der Trenneinrichtung (10) stammender Brennstoff (12) zuführen läßt und mit dem sich mechanische Energie (22) erzeugen läßt; DOLLAR A und/oder DOLLAR A (d2) einen Brenner (6), der sich an Wasserstoffatomen reduzierter, von der Trenneinrichtung (10) stammender Brennstoff (12) zuführen läßt und mit dem sich extern nutzbare Wärme (22) erzeugen läßt.

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Anlage zur gleichzeitigen Erzeugung von Strom und einer weiteren Energieform, nämlich mechanischer Energie und/oder extern nutzbarer Wärme, aus einem Ausgangsbrennstoff auf Kohlenwasserstoffbasis, aufweisend:
  • a) einen Reformer, der für ein partielles Reformieren eines ihm zugeführten Ausgangsbrennstoff-Stroms unter Entstehung von Wasserstoff ausgebildet ist;
  • b) eine mit dem Reformer in Strömungsverbindung stehende Trenneinrichtung, mit der sich Wasserstoff von dem partiell reformierten Brennstoffstrom abtrennen läßt;
  • c) eine mit der Trenneinrichtung in Strömungsverbindung stehende Brennstoffzelle, mit der sich Strom aus von der Trenneinrichtung zugeführtem Wasserstoff und einem zugeführten Oxidationsmittel erzeugen läßt;
  • d) einen Verbrennungsmotor, dem sich an Wasserstoffatomen reduzierter, von der Trenneinrichtung stammender Brennstoff zuführen läßt und mit dem sich mechanische Energie erzeugen läßt;
und/oder
  • 1. einen Brenner, dem sich an Wasserstoffatomen reduzierter, von der Trenneinrichtung stammender Brennstoff zuführen läßt und mit dem sich extern nutzbare Wärme erzeugen läßt.
Es ist bekannt, eine Brennstoffzelle mit Wasserstoff zu betreiben, der in einem Reformer aus Ausgangsbrennstoff auf Kohlenwasserstoffbasis erzeugt worden ist. Hierbei war man bestrebt, das Reformieren möglichst weit zu treiben, d. h. einen möglichst hohen Anteil der im Ausgangsbrennstoff enthaltenen Wasserstoffatome als Wasserstoff zu gewinnen, welcher der Brennstoffzelle zugeführt werden kann. Dies hat zu kompliziert aufgebauten, aufwendigen Reformern geführt, die sich überdies nicht bequem auf sich ändernde Betriebsbedingungen der Brennstoffzelle (z. B. sich ändernde Stromerzeugungsanforderung) steuern lassen.
Als weiterer Stand der Technik sei erwähnt, daß in Kraftfahrzeugen, die von einem Verbrennungsmotor angetrieben werden, normalerweise ein von dem Verbrennungsmotor mechanisch angetriebener Stromgenerator vorhanden ist, so daß außer der mechanischen Antriebsenergie auch Strom erzeugt wird. Diese Stromerzeugung erfolgt jedoch mit einem recht schlechten Wirkungsgrad, weil in der ersten Stufe die Erzeugung mechanischer Energie schon mit dem schlechten, thermodynamischen Wirkungsgrad behaftet ist und weil überdies in der zweiten Stufe der Wirkungsgrad des Stromgenerators ins Spiel kommt.
Gegenüber der angesprochenen, bekannten Brennstoffzellenanlage zeichnet sich die erfindungsgemäße Anlage insbesondere dadurch aus, daß der Reformer bewußt für ein nur partielles Reformieren des Ausgangsbrennstoffs ausgelegt ist und daß der nach Abtrennung des Wasserstoffs verbleibende, an Wasserstoffatomen reduzierte Brennstoff noch energiereich ist und nutzbringend in dem Verbrennungsmotor und/oder dem Brenner verbrannt werden kann. Die Ausdrucksweise "extern nutzbare Wärme" soll zum Ausdruck bringen, daß nicht etwa nur intern in der Anlage (insbesondere im Reformer) eingesetzte Wärme erzeugt wird, sondern Nutzwärme für Zwecke extern von der Anlage. Konkrete Beispiele hierfür werden später gegeben.
Gegenüber dem angesprochenen, bekannten Kraftfahrzeug zeichnet sich die erfindungsgemäße Anlage insbesondere dadurch aus, daß Strom auf grundlegend anderem Weg erzeugt wird, nämlich in einer Brennstoffzelle, und daß demzufolge die Stromerzeugung mit deutlich besserem Wirkungsgrad möglich ist.
Die Größe des Reformers und der für den Reformer erforderliche Bauaufwand hängen einerseits selbstverständlich von der Leistung ab, für welche die Anlage ausgelegt ist. Andererseits spielt es aber eine sehr wesentliche Rolle, welchen Anteil die Stromerzeugung am Gesamt- Energieoutput der Anlage haben soll. Je kleiner dieser Anteil ist, desto unperfekter und damit kleiner und preisgünstiger kann der Reformer ausgeführt sein.
An dieser Stelle seien tpyische Beispiele für bei der Erfindung brauchbare Ausgangsbrennstoffe auf Kohlenwasserstoffbasis genannt: Methan, Erdgas, Methanol, Benzin, Dieselöl.
Die bei der erfindungsgemäßen Anlage ermöglichte Vereinfachung des Aufbaus und des Betriebs des Reformers zeigt sich insbesondere daran, daß die bisher übliche CO-Shift-Stufe in der Regel entbehrlich ist. Aber auch andere Einsparungen sind möglich, z. B. Arbeiten bei geringeren Temperaturen, geringeres Apparatevolumen, geringere mit Katalysator besetzte Fläche und dergleichen.
Reformer für Brennstoffe auf Kohlenwasserstoffbasis sind wohlbekannte Apparate, so daß hier keine detailliertere Beschreibung erforderlich ist.
In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung ist die Anlage mit einer derartigen Auslegung vorgesehen, daß sich dem Verbrennungsmotor und/oder dem Brenner zusätzlich Ausgangsbrennstoff, der nicht durch den Reformer geleitet worden ist, zuführen läßt. Dabei kann der zusätzliche Ausgangsbrennstoff entweder mit dem an Wasserstoffatomen reduzierten, von der Trenneinrichtung stammenden Brennstoff gemischt werden, oder es kann mit zwei getrennten Zuführungen, z. B. zwei Düsen im Brenner, gearbeitet werden. Auf diese Weise muß nicht der gesamte Ausgangsbrennstoff-Strom durch den Reformer geleitet werden, und es ergibt sich eine optimale Anpassung der Reformergröße an den Anteil der elektrischen Energie an dem Gesamt-Energieoutput der Anlage.
Es wird darauf hingewiesen, daß die Ausbildung der Anlage in vielen Fällen so sein wird, daß man den an Wasserstoffatomen reduzierten, von der Trenneinrichtung stammenden Brennstoff über eine Leitung kontinuierlich dem Verbrennungsmotor und/oder dem Brenner zuführt. Andererseits ist es jedoch möglich und bei einer Reihe von Fällen praktischer, den an Wasserstoffatomen reduzierten, von der Trenneinrichtung stammenden Brennstoff zunächst einem Zwischentank zuzuführen, von wo dann je nach aktuellem Bedarf der Verbrennungsmotor und/oder der Brenner gespeist werden kann.
Für den Reformer kommen grundsätzlich alle bekannten Bauarten in Betracht. Konkret sind bevorzugt die mit Dampfreformierung arbeitende Bauweise, die mit katalytischer Reformierung arbeitende Bauweise, die mit partieller Oxidation arbeitende Bauweise, und Mischformen dieser Bauweisen. Auch die mit Dampfreformierung und die mit partieller Oxidation (d. h. Einblasen von Luft/Sauerstoff in den Ausgangsbrennstoff) arbeitenden Reformertypen arbeiten in der Regel mit dem Einsatz eines Katalysators. Das Reformieren wird in der Regel bei erhöhter Temperatur durchgeführt.
Ein erster bevorzugter konkreter Typ der eingesetzten Trenneinrichtung ist der mit einer wasserstoffselektiven Membran aufgebaute Typ. Besonders bevorzugt wird eine Palladiummembran, d. h. bestehend aus Palladium oder hauptsächlich aus Palladium, aber einem oder mehreren Zusätzen, eingesetzt. Membran-Trenneinrichtungen sind an sich bekannt, so daß hier keine detailliertere Beschreibung erfolgen muß.
Ein weiterer bevorzugter Typ von Trenneinrichtung ist eine elektrochemische Wasserstoffpumpe. Hierbei handelt es sich um eine Elektrolysezelle, die mit Strom betrieben wird und anodisch selektiv Wasserstoff oxidiert bzw. ionisiert, eine protonenleitende Membran aufweist und kathodisch Protonen reduziert. Der benötigte Strom kann, muß aber nicht, von der Brennstoffzelle bezogen werden.
Elektrochemische Wasserstoffpumpen sind an sich bekannt, so daß hier keine detailliertere Beschreibung erforderlich ist.
Die Brennstoffzelle ist vorzugsweise eine Polymerelektrolytmembran- Brennstoffzelle.
Die Brennstoffzelle ist vorzugsweise für Luft als Oxidationsmittel und/oder für Betrieb bei Umgebungsdruck und/oder für Kühlung durch die zugeführte Luft ausgelegt. Diese Vorzugsmerkmale führen zu einer besonders einfach aufgebauten und unkompliziert zu betreibenden Brennstoffzelle. Derartige Brennstoffzellen sind an sich bekannt.
Es ist ein Charakteristikum der erfindungsgemäßen Anlage, daß sie sich so auslegen läßt (z. B. durch Leistung des Verbrennungsmotors und/oder des Brenners in Relation zur Größe der Brennstoffzelle, durch Größe und Auslegungs-Wasserstoffausbeute des Reformers, durch Wahl des Verhältnisses der Ausgangsbrennstoff-Ströme durch den Reformer und im Bypass am Reformer vorbei), daß ein relativ großer Anteil des Gesamt-Energieoutputs der Anlage an dem Verbrennungsmotor und/oder dem Brenner anfallen. Vorzugsweise sind das mindestens 20%, stärker bevorzugt mindestens 30%, noch stärker bevorzugt mindestens 50%, und noch stärker bevorzugt mindestens 80%.
Die erfindungsgemäße Anlage läßt sich besonders günstig überall dort einsetzen, wo sowohl Bedarf an Strom als auch Bedarf an Wärme und/oder mechanischer Energie besteht. Als erste besonders bevorzugte Verwendung sei die Kombination von Hausheizung mit Haus- Stromerzeuger genannt. Als zweite besonders bevorzugte Verwendung sei die Kombination von Heizung mit Stromerzeuger für Fahrzeuge genannt, z. B. Omnibus im Winter auf einem Parkplatz stehend, Wohnmobil im Winter auf einem Standplatz stehend, Wohnwagen im Winter auf einem Standplatz stehend (wobei man für "Heizung" auch "heizen und/oder kochen" setzen kann). Als dritte besonders bevorzugte Verwendung sei ein Kraftfahrzeug genannt, wobei der Verbrennungsmotor als Fahrzeug-Antriebsmotor vorgesehen ist und der in der Brennstoffzelle erzeugte Strom für einen zusätzlich vorgesehenen Antriebs-Elektromotor und/oder für das Bordnetz des Kraftfahrzeugs genutzt wird.
Es wird darauf hingewiesen, daß der Anlage ein Speicher für von der Brennstoffzelle erzeugten Strom zugeordnet sein kann, vorzugsweise ein elektrochemischer Speicher (z. B. des Typs, wie er als "Akkumulator" mit einer Reihe unterschiedlicher Elektrodenmaterialien und Elektrolyten bekannt ist), ein elektrochemischer Doppelschichtspeicher (das ist praktisch ein Hochleistungskondensator), ein kapazitiver Speicher, oder ein induktiver Speicher. Im Zusammenhang mit Kraftfahrzeugen wird besonders auf die bevorzugte Möglichkeit hingewiesen, aus dem Speicher einen zusätzlichen Antriebs-Elektromotor als kurzzeitigen Booster-Motor zu speisen. Dies ist ganz besonders günstig und bevorzugt, wenn das Kraftfahrzeug einen elektrischen Anlasser-Generator, z. B. zugeordnet dem Abtriebs-Kurbelwellenende, aufweist; der Anlasser-Generator kann ideal als Booster-Motor benutzt werden.
Ganz generell ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Anlage immer dann besonders vorteilhaft, wenn für den benötigten Strom kein Stromnetz zur Verfügung steht oder nur mit großem Aufwand eine Verbindung zu einem Stromnetz hergestellt werden kann. Zur Veranschaulichung seien die folgenden, besonders bevorzugten Situationen genannt:
  • - Forschungsstation in kalter, einsamer Umgebung, wo man viel Beheizungswärme, aber auch Strom für elektrische Geräte, Meßgeräte, Informationsübertragung etc. benötigt;
  • - "Expeditionssituation", wo man den Verbrennungsmotor z. B. zum Betreiben eines Bohrgeräts oder einer Wasserpumpe oder einer Erdölförderpumpe benötigt, aber auch Strom für den Komfort der dort lebenden Menschen;
  • - Pipeline-Pumpenstation in einsamer Umgebung, wo man Strom zumindest für die Steuerung der Pumpe und Informationsübertragung benötigt;
  • - Erdölraffinerie in einsamer Gegend, wo einerseits hoher Wärmebedarf besteht, aber andererseits zumindest für das Feld Messen-Steuern-Regeln Strom vorhanden sein muß.
Es versteht sich, daß bei Vorhandensein eines Verbrennungsmotors dessen Abwärme, insbesondere im Kühlwasser und im Abgas, bei Bedarf nutzbar ist, z. B. für Heizzwecke. Der Begriff "Verbrennungsmotor" ist in der vorliegenden Anmeldung umfassend als "Maschine zum Erzeugen mechanischer Energie aus der Verbrennung von Brennstoff" zu verstehen. Bevorzugte Typen sind Hubkolbenmotor mit innerer Verbrennung, Stirling-Motor, Gasturbine.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur kombinierten Erzeugung von Strom und einer weiteren Energieform, nämlich mechanische Energie und/oder extern nutzbarer Wärme, aus einem Ausgangsbrennstoff auf Kohlenwasserstoffbasis, welches die eingangs offenbarten technischen Maßnahmen, gegebenenfalls eines oder mehrere der vorstehend offenbarten Vorzugsmerkmale, aufweist.
Die Erfindung und bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung werden nachfolgend anhand eines schematisiert als Blockdiagramm dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. Das einzige Zeichnungsblatt zeigt ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Anlage.
Ein Ausgangs-Brennstoffstrom 2 wird zunächst aufgeteilt in einen ersten Strom 2a zu einem Reformer 4 und einen zweiten Strom 2b direkt zu einem Verbrennungsmotor und/oder einem Brenner 6. Das Aufteilungsverhältnis der Ströme 2a und 2b kann per Auslegung in weiten Bereichen unterschiedlich sein, z. B. zwischen 100% : 0% (überhaupt kein Strom 2b direkt zu dem Verbrennungsmotor und/oder Brenner 6 vorhanden) und 3% : 97%. Es kann aber auch so sein, daß das Aufteilungsverhältnis bei einer bestehenden, bzw. betriebenen Anlage variierbar ist, z. B. wenn man bei konstantem Strombedarf einen erhöhten Antriebsleistungsbedarf oder einen erhöhten Wärmebedarf hat oder wenn man bei ungeändertem Antriebsleistungsbedarf oder Wärmebedarf einen höheren Strombedarf hat (es versteht sich, daß bei diesen Beispielen die Gesamt-Brennstoffzufuhr erhöht werden muß).
Der Reformer 4 ist ein Reformer, der bewußt nur für ein partielles Reformieren des als Strom 2a zugeführten Ausgangsbrennstoffs ausgelegt ist. Es handelt sich also um einen Reformer, der gerade nicht auf hohe Wasserstoffausbeute abzielt. Bevorzugt sind eine Wasserstoffausbeute unter 50%, stärker bevorzugt unter 20%, noch stärker bevorzugt unter 10%, noch stärker bevorzugt unter 5%. Unter "Wasserstoffausbeute" wird hier der Anteil an gewonnenen Wasserstoffatomen bzw. Molekülen aus zwei Wasserstoffatomen in Relation zu allen im Reformer an der Reaktion beteiligten Wasserstoffatomen, also einschließlich der Wasserstoffatome aus etwaig zugeführtem Wasser, verstanden.
Von dem Reformer 4 wird ein Strom 8 aus partiell reformiertem Brennstoff einer Trenneinrichtung 10 zugeführt. Während die Ströme 2a und 2b zumindest dann Flüssigkeitsströme sind, wenn man mit bei Raumtemperatur flüssigem Ausgangsbrennstofef arbeitet, ist der Strom 8 häufig ein Gasstrom. Die Trenneinrichtung 10 kann man sich konkret insbesondere als Membrantrenneinrichtung (wobei die Membran selektiv praktisch nur Wasserstoff hindurchtreten läßt, alle anderen Atome und Moleküle nicht) oder als elektrochemische Wasserstoffpumpe vorstellen.
Von der Trenneinrichtung 10 wird ein Strom 12 aus an Wasserstoff reduziertem Brennstoff, gasförmig oder flüssig oder nach Abkühlung flüssig, dem Verbrennungsmotor und/oder Brenner 6 zugeführt. Der Verbrennungsmotor 6 oder der Brenner 6 müssen keine besonders spezielle Auslegung haben. Es sind Verbrennungsmotoren verfügbar, die problemlos mit gasförmigem Brennstoff betrieben werden können, und für Brenner gilt dies erst recht.
Der in der Trenneinrichtung 10 abgetrennte Wasserstoff wird als Strom 14 einer Brennstoffzelle, vorzugsweise Polymerelektrolytmembran- Brennstoffzelle 16, zugeführt, ebenso ein Luftstrom 18. Die Abgabe des erzeugten elektrischen Stroms von der Brennstoffzelle 16 ist mit einem Pfeil 20 symbolisiert. Bei dem Verbrennungsmotor und/oder Brenner 6 ist mit einem Pfeil 22 die Abgabe von mechanischer Energie und/oder die Abgabe von extern nutzbarer Wärme (aus dem Brenner, ggf. auch aus dem Verbrennungsmotor) angedeutet. Mit einem Pfeil 24 ist ein Abgasstrom aus dem Verbrennungsmotor und/oder Brenner angedeutet. Mit einem Pfeil 26 ist ein Strom von durch "kalte Verbrennung" in der Brennstoffzelle 16 gebildeten Wasser angedeutet.
Außerdem ist ein vorzugsweise elektrochemischer Speicher 28 oder kapazitiver Speicher 28 eingezeichnet, der elektrisch mit der Brennstoffzelle 16 verbunden ist.
Der Ausgangsbrennstoff-Strom 2b ist in unterbrochener Linie gezeichnet, um anzudeuten, daß ein derartiger Bypass des Reformers 4 und der Trenneinrichtung 10 zwar bevorzugt, aber zur Ausführung der Erfindung nicht zwingend erforderlich ist. Der Ausgangsbrennstoff-Strom 2b kann, wie als erste Möglichkeit eingezeichnet, gleichsam parallel zu dem Strom 12 aus an Wasserstoffatomen reduziertem Brennstoff dem Verbrennungsmotor und/oder Brenner zugeführt werden. Außerdem ist als zweite Möglichkeit ein Ausgangsbrennstoff-Strom 2b' eingezeichnet, um anzudeuten, daß man diesen Strom 2b' alternativ auch mischend mit dem Strom 12 aus an Wasserstoffatomen reduziertem Brennstoff zusammenführen kann, ehe der gemischte Strom dem Verbrennungsmotor und/oder Brenner 6 zugeführt wird.
Abwärme des Verbrennungsmotors 6 und/oder einen Teil der im Brenner 6 erzeugten Wärme kann man zur Deckung des Wärmebedarfs des Reformers 4 einsetzen.
Vorstehend sind die Verbindungslinien zwischen den Bestandteilen der Anlage als Fluidströme 2, 2a, 2b, 2b', 8, 12, 14 beschrieben worden. Diese Verbindungslinien kann man sich naturgemäß auch konkret als Leitungen vorstellen. Weiter vorn ist schon darauf hingewiesen worden, daß in der Leitung 12 und/oder in den Leitungen 2b, 2b' wahlweise auch jeweils ein Zwischentank vorgesehen sein kann. Das gleiche gilt selbstverständlich für die Leitungen 2 und 2a.

Claims (20)

1. Anlage zur gleichzeitigen Erzeugung von Strom und einer weiteren Energieform, nämlich mechanischer Energie und/oder extern nutzbarer Wärme, aus einem Ausgangsbrennstoff (2) auf Kohlenwasserstoffbasis, aufweisend:
  • a) einen Reformer (4), der für ein partielles Reformieren eines ihm zugeführten Ausgangsbrennstoff-Stroms (2a) unter Entstehung von Wasserstoff ausgebildet ist;
  • b) eine mit dem Reformer (4) in Strömungsverbindung stehende Trenneinrichtung (10), mit der sich Wasserstoff von dem partiell reformierten Brennstoffstrom (8) abtrennen läßt;
  • c) eine mit der Trenneinrichtung (10) in Strömungsverbindung stehende Brennstoffzelle (16), mit der sich Strom (20) aus von der Trenneinrichtung (10) zugeführtem Wasserstoff (14) und einem zugeführten Oxidationsmittel (18) erzeugen läßt;
  • d) einen Verbrennungsmotor (6), dem sich an Wasserstoffatomen reduzierter, von der Trenneinrichtung (10) stammender Brennstoff (12) zuführen läßt und mit dem sich mechanische Energie (22) erzeugen läßt;
und/oder
  • 1. einen Brenner (6), dem sich an Wasserstoffatomen reduzierter, von der Trenneinrichtung (10) stammender Brennstoff (12) zuführen läßt und mit dem sich extern nutzbare Wärme (22) erzeugen läßt.
2. Anlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine derartige Auslegung, daß sich dem Verbrennungsmotor (6) und/oder dem Brenner (6) zusätzlich Ausgangsbrennstoff (2b), der nicht durch den Reformer (4) geleitet worden ist, zuführen läßt.
3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reformer (4) ein mit Dampfreformierung arbeitender Reformer ist.
4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reformer (4) ein mit katalytischer Reformierung arbeitender Reformer ist.
5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Reformer (4) ein mit partieller Oxidation arbeitender Reformer ist.
6. Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung (10) mit einer wasserstoffselektiven Membran aufgebaut ist.
7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Palladiummembran vorgesehen ist.
8. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung (10) eine elektrochemische Wasserstoffpumpe ist.
9. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzelle (16) eine Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle ist.
10. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzelle (16) für Luft (18) als Oxidationsmittel ausgelegt ist.
11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzelle (16) für Betrieb bei Umgebungsdruck ausgelegt ist.
12. Anlage nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzelle (16) für Kühlung durch die zugeführte Luft (18) ausgelegt ist.
13. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine Auslegung, bei der mindestens 20% des Energieoutputs der Anlage an dem Verbrennungsmotor (6) und/oder dem Brenner (6) anfallen.
14. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine Auslegung, bei der mindestens 30% des Energieoutputs der Anlage an dem Verbrennungsmotor (6) und/oder dem Brenner (6) anfallen.
15. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine Auslegung, bei der mindestens 50% des Energieoutputs der Anlage an dem Verbrennungsmotor (6) und/oder dem Brenner (6) anfallen.
16. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine Auslegung, bei der mindestens 80% des Energieoutputs der Anlage an dem Verbrennungsmotor (6) und/oder dem Brenner (6) anfallen.
17. Verwendung der Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 16 als Kombination von Hausheizung mit Haus-Stromerzeuger.
18. Verwendung der Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 16 als Kombination von Heizung mit Stromerzeuger für Fahrzeuge.
19. Verwendung der Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 16 in einem Kraftfahrzeug, wobei der Verbrennungsmotor als Fahrzeugantriebsmotor vorgesehen ist und der in der Brennstoffzelle erzeugte Strom für einen zusätzlich vorgesehenen Antriebs- Elektromotor und/oder für das Bordnetz des Kraftfahrzeugs genutzt wird.
20. Verwendung nach Anspruch 18 oder 19, wobei ein Speicher (28) für von der Brennstoffzelle (16) gelieferten Strom vorgesehen ist.
DE10013597A 2000-03-18 2000-03-18 Kombinationsanlage mit einer Brennstoffzelle und einem Verbrennungsmotor und/oder Brenner Ceased DE10013597A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10013597A DE10013597A1 (de) 2000-03-18 2000-03-18 Kombinationsanlage mit einer Brennstoffzelle und einem Verbrennungsmotor und/oder Brenner
PCT/EP2001/003062 WO2001071838A2 (de) 2000-03-18 2001-03-16 Kombinationsanlage mit einer brennstoffzelle und einem verbrennungsmotor und/oder brenner
AU2001254694A AU2001254694A1 (en) 2000-03-18 2001-03-16 Combination installation comprising a fuel cell and a combustion engine and/or burner

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10013597A DE10013597A1 (de) 2000-03-18 2000-03-18 Kombinationsanlage mit einer Brennstoffzelle und einem Verbrennungsmotor und/oder Brenner

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10013597A1 true DE10013597A1 (de) 2001-09-27

Family

ID=7635505

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10013597A Ceased DE10013597A1 (de) 2000-03-18 2000-03-18 Kombinationsanlage mit einer Brennstoffzelle und einem Verbrennungsmotor und/oder Brenner

Country Status (3)

Country Link
AU (1) AU2001254694A1 (de)
DE (1) DE10013597A1 (de)
WO (1) WO2001071838A2 (de)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE20205813U1 (de) * 2002-04-12 2003-02-20 Hymer AG, 88339 Bad Waldsee Freizeitfahrzeug mit Bordstromversorgung über Brennstoffzelle
DE10152809A1 (de) * 2001-10-25 2003-05-15 Daimler Chrysler Ag Hybridantriebssystem
DE10244883A1 (de) * 2002-09-26 2004-04-08 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Heizsystem für ein Fahrzeug
EP1739777A2 (de) 2005-06-28 2007-01-03 J. Eberspächer GmbH Co. KG Brennstoffzellensystem für ein Fahrzeug
DE102005030474A1 (de) * 2005-06-28 2007-01-04 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Brennstoffzellensystem für ein Fahrzeug
DE10220183B4 (de) * 2001-05-08 2009-01-02 Suzuki Motor Corp., Hamamatsu Brennstoffzelle, Brennstoffzellensystem und Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle
RU216707U1 (ru) * 2022-11-01 2023-02-22 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Федеральный исследовательский центр "Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук" (ИК СО РАН, Институт катализа СО РАН) Устройство получения водорода
WO2025252277A1 (de) * 2024-06-06 2025-12-11 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Vorrichtung und verfahren zur verarbeitung von helium und wasserstoff enthaltenden gasen

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6861169B2 (en) 2001-05-09 2005-03-01 Nuvera Fuel Cells, Inc. Cogeneration of power and heat by an integrated fuel cell power system
JP4887836B2 (ja) * 2006-03-01 2012-02-29 日産自動車株式会社 内燃機関
DE102006032471A1 (de) 2006-07-13 2008-01-17 Webasto Ag Brennstoffzellensystem mit Reformer und Nachbrenner
DE102015226447A1 (de) * 2015-12-22 2017-06-22 Robert Bosch Gmbh System und Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff und Brennstoffzelle

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19523109A1 (de) * 1995-06-26 1997-01-09 Daimler Benz Ag Stromerzeugungssystem für ein Fahrzeug mit Brennkraftmaschine
DE19635008A1 (de) * 1995-08-30 1997-03-06 Honda Motor Co Ltd Brennstoffbatteriesystem

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL302138A (de) * 1963-02-19
FR1460767A (fr) * 1965-10-12 1966-01-07 Allis Chalmers Mfg Co Séparation et épuration électrochimique des gaz
JPS5031516A (de) * 1973-07-24 1975-03-28
JPS59213940A (ja) * 1983-05-20 1984-12-03 Nissan Motor Co Ltd 改質ガスエンジン
JPS59224074A (ja) * 1983-06-03 1984-12-15 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 燃料電池用燃料の処理方法
US5248566A (en) * 1991-11-25 1993-09-28 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Fuel cell system for transportation applications
JPH06310163A (ja) * 1993-04-28 1994-11-04 Shikoku Sogo Kenkyusho:Kk 燃料電池発電システム
JPH08261014A (ja) * 1995-03-24 1996-10-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 発電方法
JP4008051B2 (ja) * 1995-05-24 2007-11-14 三菱重工業株式会社 発電方法
JP3367790B2 (ja) * 1995-06-07 2003-01-20 東京瓦斯株式会社 発電方法
JP4000608B2 (ja) * 1996-11-07 2007-10-31 トヨタ自動車株式会社 水素製造充填装置および電気自動車
WO2001008247A1 (en) * 1999-07-27 2001-02-01 Idatech, Llc Fuel cell system controller

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19523109A1 (de) * 1995-06-26 1997-01-09 Daimler Benz Ag Stromerzeugungssystem für ein Fahrzeug mit Brennkraftmaschine
DE19635008A1 (de) * 1995-08-30 1997-03-06 Honda Motor Co Ltd Brennstoffbatteriesystem

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10220183B4 (de) * 2001-05-08 2009-01-02 Suzuki Motor Corp., Hamamatsu Brennstoffzelle, Brennstoffzellensystem und Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle
DE10152809B4 (de) * 2001-10-25 2004-07-22 Daimlerchrysler Ag Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebssystems
US6868927B2 (en) 2001-10-25 2005-03-22 Daimlerchrysler Ag Method for operating a hybrid drive system
DE10152809A1 (de) * 2001-10-25 2003-05-15 Daimler Chrysler Ag Hybridantriebssystem
DE20205813U1 (de) * 2002-04-12 2003-02-20 Hymer AG, 88339 Bad Waldsee Freizeitfahrzeug mit Bordstromversorgung über Brennstoffzelle
DE10244883A1 (de) * 2002-09-26 2004-04-08 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Heizsystem für ein Fahrzeug
DE10244883B4 (de) * 2002-09-26 2005-02-17 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Heizsystem für ein Fahrzeug
US6871790B2 (en) 2002-09-26 2005-03-29 J. Eberspacher Gmbh & Co. Kg Heating system for a vehicle
EP1739777A2 (de) 2005-06-28 2007-01-03 J. Eberspächer GmbH Co. KG Brennstoffzellensystem für ein Fahrzeug
DE102005030474A1 (de) * 2005-06-28 2007-01-04 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Brennstoffzellensystem für ein Fahrzeug
EP1739777A3 (de) * 2005-06-28 2009-01-21 J. Eberspächer GmbH Co. KG Brennstoffzellensystem für ein Fahrzeug
RU216707U1 (ru) * 2022-11-01 2023-02-22 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Федеральный исследовательский центр "Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук" (ИК СО РАН, Институт катализа СО РАН) Устройство получения водорода
WO2025252277A1 (de) * 2024-06-06 2025-12-11 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Vorrichtung und verfahren zur verarbeitung von helium und wasserstoff enthaltenden gasen

Also Published As

Publication number Publication date
WO2001071838A2 (de) 2001-09-27
WO2001071838A3 (de) 2002-05-30
AU2001254694A1 (en) 2001-10-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69410276T2 (de) Plasmatron brennkraftmaschinensystem
DE19928102B4 (de) Fahrzeug mit einem Antriebs-Verbrennungsmotor und mit einem Brennstoffzellensystem zur Stromversorgung elektrischer Verbraucher des Fahrzeugs und Verfahren zum Betrieb eines derartigen Fahrzeugs
EP1082774B1 (de) Brennstoffzellensystem und verfahren zum erzeugen elektrischer energie mittels eines brennstoffzellensystems
DE19822689A1 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Erzeugen elektrischer Energie mittels eines Brennstoffzellensystems
EP1033769A1 (de) Brennstoffzellensystem mit zugeordneter Wasserstofferzeugungsanlage
DE10013597A1 (de) Kombinationsanlage mit einer Brennstoffzelle und einem Verbrennungsmotor und/oder Brenner
DE10154637A1 (de) Brennstoffbereitstellungseinheit und Verfahren zur Bereitstellung eines wasserstoffhaltigen Brennstoffs
WO2003021696A2 (de) System zum erzeugen elektrischer energie und verfahren zum betreiben eines systems zum erzeugen elektrischer energie
EP1679757A2 (de) Brennstoffzellensystem
DE102010034271A1 (de) Festoxid-Brennstoffzelle (Solid Oxide Fuel Cell, SOFC) sowie Verfahren zum Betreiben derselben
DE10157737A1 (de) Brennstoffzellenanlage
DE10231126A1 (de) Verfahren zum Starten eines Gaserzeugungssystems
DE102007018311B4 (de) Zweistufiger Reformer und Verfahren zum Betreiben eines Reformers
DE10010069A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Gaserzeugungsvorrichtung bzw. eines Brennstoffzellensystems, Gaserzeugungsvorrichtung und Brennstoffzellensystem
WO2008006334A1 (de) Brennstoff zellensystem mit reformer und nachbrenner
EP1845577B1 (de) Brennstoffzellensystem
DE10010068A1 (de) Multifuel-Brennstoffzellensystem und Verfahren zu seinem Betrieb
DE102007019360A1 (de) Verdampfereinrichtung
DE102007033151B4 (de) Betriebsverfahren für ein Brennstoffzellensystem
DE102006017615A1 (de) Brennstoffzellensytem
DE102022203737B4 (de) Wasserstoff-Speicherkraftwerk und Verfahren zu dessen Betrieb
DE102008005838B4 (de) Kraftfahrzeug mit Reformer
DE10359231A1 (de) System und Verfahren zur Erzeugung eines Reformats
DE10238041A1 (de) Wasserstofferzeuger
DE202006008898U1 (de) Brennstoffzellensystem für ein Fahrzeug

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8131 Rejection