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DE10116753A1 - Kraftstoff-Reformersystem für Brennstoffzellen - Google Patents

Kraftstoff-Reformersystem für Brennstoffzellen

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DE10116753A1
DE10116753A1 DE10116753A DE10116753A DE10116753A1 DE 10116753 A1 DE10116753 A1 DE 10116753A1 DE 10116753 A DE10116753 A DE 10116753A DE 10116753 A DE10116753 A DE 10116753A DE 10116753 A1 DE10116753 A1 DE 10116753A1
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DE
Germany
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hydrogen
pressure
permeate
fuel cell
metal hydride
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DE10116753A
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Brian David James
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Ford Global Technologies LLC
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Ford Global Technologies LLC
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

Bei einem Bord-Reformersystem für Fahrzeug-Brennstoffzellen sind zwei Wasserstoff-Reinigungseinheiten (12, 14) miteinander verbunden. Die erste Wasserstoff-Reinigungseinheit (12) erzeugt einen ersten Wasserstoffstrom mit einem ersten Druck. Die zweite Wasserstoff-Reinigungseinheit (14) erzeugt einen zweiten Wasserstoffstrom mit einem zweiten Druck. Der erste Wasserstoffstrom wird einem Metallhydridspeicherbett (16) zugeleitet, um dieses zu beladen. Der Wasserstoff in dem Metallhydridspeicherbett bewirkt in Verbindung mit dem zweiten Wasserstoffstrom die Versorgung einer Brennstoffzelle (18).

Description

Die Erfindung betrifft Brennstoffzellen im Allgemeinen und insbesondere ein Kraftstoff-Reformersystem für Brennstoff­ zellen, bei dem mehrere Membran-Wasserstofftrennvorrich­ tungen eingesetzt werden.
Brennstoffzellen wurden in jüngster Zeit als alternative Energiequelle z. B. für Elektroautos entwickelt. Eine Brenn­ stoffzelle ist ein bedarfsgesteuertes Energiesystem, bei dem die Brennstoffzelle in Reaktion auf die Last, der sie unter­ liegt, arbeitet. Typischerweise dient ein flüssiger, wasser­ stoffhaltiger Kraftstoff (z. B. Benzin, Methanol, Diesel, Naphtha etc.) als Brennstofflieferant für die Brennstoffzel­ le, nachdem er in einen wasserstoffhaltigen gasförmigen Strom umgewandelt wurde. Dazu wird der wasserstoffhaltige Kraftstoff durch einen Reformer geleitet, wodurch der flüs­ sige Kraftstoff in ein Wasserstoffgas (10-75%, abhängig von dem flüssigen Kraftstoff) umgewandelt wird, das norma­ lerweise weitere passivierende Gase wie Kohlenmonoxid, Koh­ lendioxid, Methan, Wasserdampf, Sauerstoff, Stickstoff, nicht verbrannten Kraftstoff und in einigen Fällen Wasser­ stoffsulfid enthält. Der Wasserstoff dient der Brennstoff­ zelle dann als Brennstoff.
Bekannte Einrichtungen zur Reformierung eines Kraftstoffes auf Kohlenwasserstoffbasis in einen gasförmigen Refor­ matstrom weisen eine Membran-Wasserstoffreinigungseinheit auf, die aus einer hoch permselektiven (perm-selective) Mem­ bran besteht, welche bevorzugt Wasserstoffmoleküle passieren lässt. Im Betrieb strömt Reformat unter hohem Druck entlang der einen Seite der Membran, und auf der anderen Seite der Membran wird normalerweise reiner Wasserstoff mit niedrige­ rem Druck gesammelt (Permeat). Der Unterschied des Wasser­ stoffpartialdrucks auf beiden Seiten der Membran ist die treibende Kraft für die Trennung des Wasserstoffs. Der Per­ meat-Wasserstoffdruck sollte den Reformat-Wasserstoff­ partialdruck niemals überschreiten. Je höher der Permeat­ druck überdies ist, desto größer ist die Menge des Reformat- Wasserstoffs, die den Membranabscheider verlässt, ohne auf die Permeatseite zu wechseln.
Der reine, gasförmige Wasserstoff wird typischerweise in ein Metallhydridsystem geleitet. Dieses speichert gasförmigen Wasserstoff und dient sowohl als Lastausgleichsvorrichtung als auch als Wasserstoffvorrat, der zum Anlassen des Fahr­ zeugs (während der Kohlenwasserstoffreformer auf Betrieb­ stemperatur gebracht wird) verwendet wird. Das Metallhydrid­ system dient als Lastausgleichsvorrichtung, indem es Wasser­ stoffgas von dem Reformer/H2 Membransystem absorbiert (spei­ chert), wenn der Reformerausstoß den Wasserstoffverbrauch der Brennstoffzelle übersteigt, und gespeicherten Wasser­ stoff desorbiert (abgibt), wenn der Reformerausstoß den Was­ serstoffverbrauch der Brennstoffzelle unterschreitet.
Wasserstoff wird in einer Metallhydridlegierung absorbiert, wenn der Gasdruck den Hydrid-Gleichgewichtsdruck (für eine bestimmte Temperatur) übersteigt, und Wasserstoff wird von dem Metallhydrid desorbiert, wenn der Gasdruck unter dem Hy­ dridgleichgewichtsdruck liegt. Allgemein ist ein hoher Was­ serstoffdruck erforderlich, um ein Metallhydridbett zu bela­ den, und ein niedriger Wasserstoffdruck, um das Bett zu ent­ laden.
Ein Problem der gegenwärtigen, von einem Reformer gespeisten Brennstoffzellensysteme ist, dass sie relativ groß, schwer und teuer sind. Dies ist teilweise darauf zurückzuführen, dass der Wasserstoff, der den Brennstoffzellen bereit­ gestellt wird, Verunreinigungen und Verdünner (d. h. andere Gase als Wasserstoff) enthält. Diese Verunreinigungen und Verdünner verursachen eine relativ signifikante Minderung der Energieleistung pro spezifischem Gewicht und Volumen der Brennstoffzelle.
Ein weiteres Problem gegenwärtiger Brennstoffzellensysteme besteht darin, dass sie in der Regel einen Wasserstoff­ kompressor benötigen, um den Wasserstoffdruck auf den not­ wendigen Metallhydrid-Absorptionsdruck zu erhöhen. Die Inte­ gration eines Wasserstoffkompressors erhöht die Kosten und das Gewicht des Systems zusätzlich.
Darüber hinaus haben die derzeitigen Brennstoffzellensysteme mit Bord-Reformierung eine relativ langsame Reaktionszeit beim Anlassen elektrischer Fahrzeuge im Vergleich zu her­ kömmlichen Fahrzeugen.
Die Erfindung hat daher zur Aufgabe, ein Brennstoffzellen- Energieerzeugungssystem bereitzustellen, das kompakter als bisherige Systeme ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Brenn­ stoffzellen-Energieerzeugungssystem mit einer relativ schnellen Reaktionszeit bereitzustellen, so dass ein Metall­ hydridbett als Lastausgleichsvorrichtung und als Wasser­ stoffgaslieferant für die Inbetriebnahme des Systems dienen kann.
Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Brennstoffzel­ len-Energieerzeugungssystem mit einer verbesserten Syste­ meffizienz bereitzustellen.
Gemäß den oben genannten und weiteren Aufgaben der Erfindung wird ein Bord-Reformersystem für Brennstoffzellen bereitge­ stellt. Das System beinhaltet eine erste Wasserstoff- Reinigungseinheit mit einem Einlass zur Aufnahme einer Zu­ fuhr von Hochdruck-Reformat und einem Auslass zum Ausstoß von Wasserstoff-Permeat. Die erste Wasserstoff- Reinigungseinheit hat außerdem einen Auslass für den nicht permeierten Anteil des Hochdruck-Reformats. Eine zweite Was­ serstoff-Reinigungseinheit hat einen Einlass, um den nicht permeierten Anteil des Hochdrucks-Reformats vom Auslass der ersten Wasserstoff-Reinigungseinheit aufzunehmen. Ferner verfügt die zweite Wasserstoff-Reinigungseinheit über einen Auslass zum Ausstoß von Wasserstoff-Permeat.
Ein Metallhydridspeicherbett hat eine Verbindung zu dem Aus­ lass der ersten Wasserstoff-Reinigungseinheit, um von dort ausgestoßenes Wasserstoff-Permeat aufzunehmen. Das Metallhy­ dridspeicherbett hat ferner eine Verbindung zu der Brenn­ stoffzelle, um Wasserstoff dorthin zu übertragen. Außerdem erhält die Brennstoffzelle ausgestoßenes Wasserstoff-Permeat vom Auslass der zweiten Wasserstoff-Reinigungseinheit.
Zusätzliche Ziele und Merkmale der Erfindung werden bei Be­ trachtung der Zeichnung und der nachfolgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausgestaltung offenbar.
Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftstoff-Reformersystems für Brennstoffzellen gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung.
Die Erfindung betrifft ein Kraftstoff-Reformersystem für Brennstoffzellen, das auch als Brennstoffzellen-Energie­ erzeugungssystem bezeichnet wird. Vorzugsweise dient die Brennstoffzelle zum Betrieb eines Elektroautos. Die Brenn­ stoffzelle und die hier offenbarte Erfindung können jedoch für eine Reihe verschiedener Anwendungen sowohl innerhalb als auch außerhalb des Automobilbereichs Verwendung finden.
Das Kraftstoff-Reformersystem 10 umfasst eine erste Wasser­ stoff-Reinigungseinheit 12, eine zweite Wasserstoff- Reinigungseinheit 14, ein Metallhydridspeicherbett 16 und eine Brennstoffzelle 18. Bei der ersten und zweiten Wasser­ stoff-Reinigungseinheit 12 und 14 handelt es sich vorzugs­ weise um Membran-Reinigungseinheiten, die aus einer hoch permselektiven Membran bestehen, welche bevorzugt Wasser­ stoffmoleküle weiterleitet. Es können jedoch verschiedene andere Reinigungseinheiten Verwendung finden.
Die erste Wasserstoff-Reinigungseinheit 12 nimmt eine Hoch­ druck-Reformatzufuhr oder einen Strom 20 auf, welche(r) an dem Einlass 22 in die erste Reinigungseinheit 12 eintritt und die erste Reinigungsanlage 12 auf einer Seite einer Mem­ bran oder einer ähnlichen Einrichtung zum Reinigen oder Trennen des Wasserstoffs von der Reformatzufuhr 20 in be­ kannter Weise durchläuft.
Die Reformatzufuhr 20 besteht vorzugsweise aus einem Strom, der sich aus einer Mischung aus Wasserstoff, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Wasser und einem Kraftstoff auf Kohlen­ wasserstoffbasis zusammensetzt, und welcher der ersten Rei­ nigungseinheit 12 vorzugsweise mit einem Druck von bei­ spielsweise ca. 20 bar zugeführt wird. Selbstverständlich kann der Strom jeder beliebige wasserstoffhaltige Gasstrom sein.
Die erste Wasserstoff-Reinigungseinheit 12 stellt vorzugs­ weise eine hohe Wasserstoffausbeute aus der Reformat­ zufuhr 20 bereit, so dass ein Wasserstoffpermeatstrom die Reinigungsanlage 12 an dem Auslass 24 auf der anderen Seite der Membran (oder anderen Einrichtung) als derjenigen, wo der Reformatstrom durch läuft, verlässt. In der bevorzugten Ausgestaltung verlässt der Wasserstoffpermeatstrom die erste Wasserstoff-Reinigungsanlage 12 mit einem Druck von ca. 2,5-3 bar und wird in die Leitung 25 weitergeleitet. Es versteht sich, dass der Reformatstromdruck und der Wasser­ stoffstromdruck nur exemplarisch sind und je nach System va­ riiert werden können.
Die Reformatzufuhr 20 verlässt die erste Reinigungseinheit 12 an dem Auslass 26 und wird dann an dem Einlass 28 der zweiten Wasserstoff-Reinigungseinheit 14 zugeführt. Die Re­ formatzufuhr 20 tritt an dem Einlass 28 ein und durchläuft die zweite Reinigungseinheit 14 auf einer Seite einer Mem­ bran oder ähnlichen Einrichtung zum Reinigen oder Trennen des Wasserstoffs von der Reformatzufuhr 20. Die zweite Was­ serstoff-Reinigungseinheit 14 stellt vorzugsweise eine hohe Wasserstoffausbeute aus der Reformatzufuhr 20 bereit, so dass ein Wasserstoffpermeatstrom die Reinigungsanlage 14 an dem Auslass 30 auf der anderen Seite der Membran (oder ande­ ren Einrichtung) als derjenigen, wo der Reformatstrom 20 durch läuft, verlässt. In der bevorzugten Ausgestaltung ver­ lässt der Wasserstoffpermeatstrom die zweite Wasserstoff- Reinigungsanlage 14 mit einem Druck von ca. 1-1,5 bar und wird in die Leitung 32 weitergeleitet. Der genannte Druck für den Wasserstoffpermeatstrom ist ebenfalls rein exempla­ risch und nicht als einschränkend zu verstehen.
Über den Auslass 36 verlässt wasserstoffabgereichertes Re­ format (Retentat) 34 die zweite Wasserstoff-Reinigungs­ einheit 14. Das Wasserstoffpermeat aus der ersten Reini­ gungseinheit 12 wird über die Leitung 25, über das Über­ druckventil 38 und dann über die Leitung 40 in das Metallhy­ dridspeicherbett 16 weitergeleitet. Gemäß der bevorzugten Ausgestaltung wird das Wasserstoffpermeat mit einem Druck von ca. 3 bar direkt zu dem Metallhydridbett 16 weitergelei­ tet, um eine Nachladen desselben zu ermöglichen. Das Über­ druckventil 38 ist vorzugsweise so eingestellt, dass es sich öffnet, um den Druck des Permeats zu reduzieren, wenn der Druck des Permeats zu oder von der Leitung 40 einen festge­ setzten Grenzwert übersteigt.
Im Betrieb wird das Wasserstoffpermeat aus der zweiten Rei­ nigungsanlage 14 über die Leitung 32 direkt zu der Brenn­ stoffzelle 18 weitergeleitet. Somit wird aus der zweiten Reinigungseinheit 14 der Brennstoffzelle 18 nach Bedarf Was­ serstoffpermeat mit einem Druck von ca. 1,5 bar direkt zuge­ führt. Die zweite Reinigungseinheit 14 und die Leitung 32 dienen somit als Umgehung des Metallhydridbetts.
Um die Brennstoffzelle 18 mit Wasserstoff aus dem Metall­ hydridspeicherbett 16 zu versorgen, ist in der Leitung 44 zwischen dem Metallhydridspeicherbett 16 und der Brennstoff­ zelle 18 ein Druckregler 42 angeordnet. Bis das Wasserstoff­ permeat gebraucht wird, wird es mit einem Druck von z. B. 3 bar in dem Metallhydridspeicherbett 16 eingelagert. Um die Brennstoffzelle zu versorgen, wird das Wasserstoffpermeat von dem Metallhydridspeicherbett 16 über den Druckregler 42 geleitet. Vorzugsweise wird der Druck des Wasserstoffs auf den Druck des in der Leitung 32 befindlichen Wasserstoff­ permeats reduziert, so dass eine Vermischung stattfinden kann. Der Druckregler 42 hat auch die Funktion, einen Gegen­ druck für das Metallhydridbett bereitzustellen. Bei der be­ vorzugten Ausgestaltung schwankt der Druck in dem Metallhy­ dridspeicherbett 16 demgemäß zwischen ca. 1,5 bar und 3 bar je nachdem, ob das Bett beladen oder entladen wird und in Abhängigkeit von der Be- und Entladerate.
Um ein Kraftstoffreformersystem 10 mit einer relativ kompak­ ten Größe zu erhalten, wird ein Reformatgesamtdruck von 5-20 bar und ein Permeatdruck von weniger als oder gleich 1 bar bevorzugt. Obwohl verschiedene Drücke genannt wurden, sind die tatsächlichen Drücke nicht entscheidend für das Funktionieren der Erfindung. Es ist nur entscheidend, dass während des Wasserstoffverbrauchs der Brennstoffzelle der Druck des Wasserstoffpermeats, das die erste Reinigungsein­ heit 12 am Auslass 24 verlässt, höher ist als der Druck des Wasserstoffpermeats, das die zweite Reinigungseinheit 14 am Auslass 30 verlässt.
Über die Nebenleitung 46 besteht vorzugsweise eine Strö­ mungsverbindung zwischen der Leitung 25 und der Leitung 32. Wenn der Wasserstoffverbrauch der Brennstoffzelle gleich Null ist, steigt der Permeatdruck in der Leitung 32 bei der zweiten Reinigungseinheit 14. Wenn der Permeatdruck des Was­ serstoffs aus der zweiten Reinigungseinheit 14 höher ist als der Permeatdruck des Wasserstoffs aus der ersten Reinigungs­ einheit 12, dann strömt das Permeat aus der zweiten Reini­ gungseinheit 14 über ein Rückschlagventil 48 (check valve), welches in der Nebenleitung 46 angeordnet ist, in das Me­ tallhydridspeicherbett und lädt dieses somit auf. Bei einem Abschalten des Systems, wenn der Brennstoffzellenverbrauch gleich Null ist und sich Wasserstoff in dem Reformatstrom befindet, steigt der Permeatdruck ebenfalls an, und es er­ folgt ein Beladen des Metallhydrids.
Die Einrichtung und das Verfahren der Erfindung ermöglicht es, ein einziges Hydridbett zur gleichzeitigen Speicherung und Abgabe von Wasserstoff an die Brennstoffzelle zu verwen­ den. Darüber hinaus ermöglicht der Einsatz eines Membranab­ scheiders mit niedrigem Permeatdruck eine hohe Wasserstoff­ ausbeute aus dem Reformatstrom und bietet somit eine hohe Systemeffizienz. Außerdem stellt die Erfindung ein kompaktes System mit einer schnellen Reaktionszeit bereit, so dass das Metallhydridbett als Lastausgleichsvorrichtung und Wasser­ stofflieferant für die Inbetriebnahme des Systems dienen kann.

Claims (20)

1. Reformersystem (10) für eine Fahrzeugbrennstoff­ zelle (18), mit:
einer ersten Wasserstoff-Reinigungseinheit (12) mit einem Einlass (22) zur Aufnahme von Hochdruck- Reformat (20) und einem Auslass (24) zum Ausstoßen von Wasserstoffpermeat;
einer zweiten Wasserstoff-Reinigungseinheit (14) mit einem Einlass (28) zur Aufnahme von Hochdruck- Reformat (20) und einem Auslass (30) zum Ausstoßen von Wasserstoffpermeat,
wobei während des Wasserstoffverbrauchs der Brenn­ stoffzelle (18) das Wasserstoffpermeat, das von dem Auslass der zweiten Reinigungseinheit (14) ausgestoßen wird, einen niedrigeren Druck hat als das Wasserstoff­ permeat, das von dem Auslass der ersten Reinigungsein­ heit (12) ausgestoßen wird;
einem Metallhydridspeicherbett (16), das eine direkte Verbindung (25, 40) zu dem Auslass (24) der ersten Wasserstoff-Reinigungseinheit (12) hat, um von dort ausgestoßenes Wasserstoffpermeat aufzunehmen,
wobei das Metallhydridspeicherbett eine Verbin­ dung (44) zu der Brennstoffzelle hat, um Wasserstoff dorthin zu leiten, und
wobei die Brennstoffzelle weiterhin eine Verbin­ dung (32) zu dem Auslass (30) der zweiten Wasserstoff- Reinigungseinheit (14) hat, um von dort ausgestoßenes Wasserstoffpermeat aufzunehmen.
2. Reformersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass die erste Wasserstoff-Reinigungseinheit (12) einen Membranabscheider enthält.
3. Reformersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die zweite Wasserstoff- Reinigungseinheit (14) einen Membranabscheider ent­ hält.
4. Reformersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, dass die erste Wasserstoff- Reinigungseinheit (12) in einem Bereich von circa 2, 5 bis 3 bar Permeatdruck arbeitet, was ein Nachladen des Metallhydridbetts (16) ermöglicht.
5. Reformersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, dass die zweite Wasserstoff- Reinigungseinheit (14) in einem Bereich von circa 1 bis 1,5 bar Permeatdruck arbeitet, um eine sehr hohe Ausbeute aus dem Hochdruck-Reformat zu erzielen.
6. Reformersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, dass der Auslass (30) der zwei­ ten Wasserstoff-Reinigungseinheit (14) über eine Lei­ tung (46) mit dem Auslass (24) der ersten Wasserstoff- Reinigungseinheit (12) verbunden ist, so dass der Was­ serstoff aus der zweiten Wasserstoff-Reinigungseinheit direkt in das Metallhydridspeicherbett (16) weiterge­ leitet wird, wenn der Druck des Wasserstoffs aus der ersten Wasserstoff-Reinigungseinheit niedriger ist als der Druck des Wasserstoffs aus der zweiten Wasser­ stoff-Reinigungseinheit.
7. Reformersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, dass in der Leitung (46) ein Rückschlagven­ til (48) vorgesehen ist, um zu verhindern, dass ein Austausch des vom Auslass (24) der ersten Reinigungs­ einheit (12) ausgestoßenen Wasserstoffs mit dem vom Auslass (30) der zweiten Reinigungseinheit (14) ausge­ stoßenen Wasserstoff stattfindet.
8. Reformersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, dass ein Druckminderer (42) vor­ gesehen ist, der zwischen dem Metallhydridspeicher­ bett (16) und der Brennstoffzelle (18) angeordnet ist.
9. Vorrichtung zum Betreiben einer Brennstoffzelle (18), umfassend:
eine erste Membran-Wasserstofftrennvorrichtung (12) zum Erzeugen eines ersten Wasserstoffstroms aus einem gasförmigen Reformat (20);
eine zweite Membran-Wasserstofftrennvorrichtung (14) zum Erzeugen eines zweiten Wasserstoffstroms aus einem gasförmigen Reformat, wobei die zweite Membran- Wasserstofftrennvorrichtung mit der ersten Membran- Wasserstofftrennvorrichtung in Verbindung steht;
ein Metallhydridspeichersystem (16) zur Aufnahme des ersten Wasserstoffstroms aus der ersten Membran- Trennvorrichtung (12), wenn der Druck des ersten Was­ serstoffstroms größer ist als der Druck des zweiten Wasserstoffstroms,
wobei die Brennstoffzelle (18) in Strömungsverbindung mit dem zweiten Wasserstoffstrom und dem Metallhydrid­ speichersystem steht, wenn der Druck des ersten Was­ serstoffstroms größer ist als der Druck des zweiten Wasserstoffstroms.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckminderer (42) vorgesehen ist, der den Druck des Wasserstoffs aus dem Metallhydridspeicher­ bett (16) so weit senkt, dass er ungefähr dem Druck des zweiten Wasserstoffstroms gleich ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Druck des ersten Wasserstoffstroms zwischen 2,5 und 3,0 bar liegt.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des zweiten Wasser­ stoffstroms zwischen 1,0 und 1,5 bar liegt.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des gasförmigen Refor­ mats zwischen 5 und 20 bar liegt.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückschlagventil (48) vorge­ sehen ist, das es ermöglicht, das Metallhydridspei­ cherbett (16) mit dem zweiten Wasserstoffstrom zu be­ laden, wenn der Druck des zweiten Wasserstoffstroms größer ist als der Druck des ersten Wasserstoffstroms.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle (18) in einem Motorfahrzeug Verwendung findet.
16. Verfahren zur Versorgung einer Brennstoffzelle (18) mit Wasserstoff, umfassend die folgenden Schritte:
Einleiten eines Hochdruck-Reformats (20) in einen er­ sten Membranabscheider (12);
Abscheiden eines ersten Wasserstoffpermeats und Aus­ stoßen dieses ersten Wasserstoffpermeats mit einem Druck, der niedriger ist als der des Hochdruck- Reformats;
Einleiten des Hochdruck-Reformats in einen zweiten Membranabscheider (14);
Abscheiden eines zweiten Wasserstoffpermeats und Aus­ stoßen dieses zweiten Wasserstoffpermeats mit einem Druck, der niedriger ist als der des ersten Wasser­ stoffpermeats;
Beladen eines Metallhydridspeicherbetts (16) mit einem Wasserstoffpermeat auf einen Druck, der dem Druck des ersten Wasserstoffpermeats ungefähr gleich ist;
Zuleiten des Wasserstoffpermeats zu der Brennstoffzel­ le.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle (18) das zweite Wasserstoff­ permeat aufnimmt, wenn der Druck des zweiten Wasser­ stoffpermeats niedriger ist als der Druck des ersten Wasserstoffpermeats.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Wasserstoffpermeatdruck bei der Weiterleitung von dem Metallhydridspeicherbett (16) zu der Brennstoffzelle (18) vermindert wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Wasserstoffpermeat in das Metallhydridspeicherbett (16) geleitet wird, wenn der Druck des zweiten Wasserstoffpermeats größer ist als der Druck des ersten Wasserstoffpermeats.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des ersten Wasserstoff­ permeats gemindert wird, wenn der Druck größer ist als der Druck des zweiten Wasserstoffpermeats.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007022155A3 (en) * 2005-08-15 2007-05-24 Parker Hannifin Corp Fuel supply manifold assembly
DE102013226305A1 (de) * 2013-12-17 2015-06-18 Robert Bosch Gmbh Brennstoffzellensystem mit einer Speichervorrichtung sowie ein Verfahren zur Bereitstellung von Wasserstoff für ein Brennstoffzellensystem

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4042273B2 (ja) * 1999-10-20 2008-02-06 トヨタ自動車株式会社 燃料電池車両
JP4374782B2 (ja) * 2001-01-18 2009-12-02 トヨタ自動車株式会社 車載用燃料電池システム及びその制御方法
KR100868392B1 (ko) 2001-03-02 2008-11-11 메소퓨얼 인코포레이티드 암모니아에 근거한 수소발생장치 및 사용방법
US7922781B2 (en) 2001-03-02 2011-04-12 Chellappa Anand S Hydrogen generation apparatus and method for using same
US7867300B2 (en) 2001-03-02 2011-01-11 Intelligent Energy, Inc. Ammonia-based hydrogen generation apparatus and method for using same
US8172913B2 (en) 2002-04-23 2012-05-08 Vencill Thomas R Array of planar membrane modules for producing hydrogen
US7527661B2 (en) 2005-04-18 2009-05-05 Intelligent Energy, Inc. Compact devices for generating pure hydrogen
US20040089486A1 (en) * 2002-11-13 2004-05-13 Clive Harrup Vehicle power storage by hydrolysis of water
US20040253493A1 (en) * 2003-06-11 2004-12-16 Nissan Technical Center N. A. Inc. Reformate purifying system for fuel processing systems
JP3883125B2 (ja) * 2003-12-11 2007-02-21 本田技研工業株式会社 燃料電池システムおよび燃料電池システムの停止方法
US7316242B2 (en) * 2004-02-12 2008-01-08 Proton Energy Systems, Inc Hydrogen storage system and method of operation thereof
US20050181244A1 (en) * 2004-02-12 2005-08-18 Proton Energy Systems, Inc. Regenerative fuel cell system and method of operation thereof
US20060029529A1 (en) * 2004-08-03 2006-02-09 Pinkerton Frederick E Pressurized hydrogen delivery system for electrochemical cells
US20070178339A1 (en) * 2006-02-02 2007-08-02 Syntroleum Corporation Paraffinic hydrocarbon for fuel cell application
US7862938B2 (en) * 2007-02-05 2011-01-04 Fuelcell Energy, Inc. Integrated fuel cell and heat engine hybrid system for high efficiency power generation
US9017436B2 (en) * 2008-08-26 2015-04-28 Dcns Fuel processing systems with thermally integrated componentry
US9114352B2 (en) * 2012-12-18 2015-08-25 L'Air Liquide Société Anonyme Pour LÉtude Et L'Exploitation Des Procedes Georges Claude Staged membrane process for high pressure hydrogen production
CN112701322B (zh) * 2020-12-08 2024-04-26 南京氢创能源科技有限公司 一种车载供氢系统

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4048383A (en) 1976-02-09 1977-09-13 Battelle Memorial Institute Combination cell
US4268278A (en) 1978-05-16 1981-05-19 Monsanto Company Inorganic anisotropic hollow fibers
US4329157A (en) 1978-05-16 1982-05-11 Monsanto Company Inorganic anisotropic hollow fibers
US4175153A (en) 1978-05-16 1979-11-20 Monsanto Company Inorganic anisotropic hollow fibers
FR2445394B1 (fr) 1978-12-27 1985-09-06 Kernforschungsanlage Juelich Procede pour augmenter le rendement en courant d'une electrolyse a electrolyte fondu avec degagement d'oxygene a l'anode
US4240805A (en) 1979-03-16 1980-12-23 United Technologies Corporation Process for producing hydrogen containing gas
US4293315A (en) 1979-03-16 1981-10-06 United Technologies Corporation Reaction apparatus for producing a hydrogen containing gas
US4200682A (en) 1979-03-16 1980-04-29 United Technologies Corporation Integrated fuel cell and fuel conversion apparatus
US4795536A (en) 1985-07-10 1989-01-03 Allied-Signal Inc. Hydrogen separation and electricity generation using novel three-component membrane
US4797185A (en) 1985-07-19 1989-01-10 Allied-Signal Inc. Hydrogen separation and electricity generation using novel electrolyte membrane
US4642272A (en) 1985-12-23 1987-02-10 International Fuel Cells Corporation Integrated fuel cell and fuel conversion apparatus
US4664761A (en) 1985-12-27 1987-05-12 Uop Inc. Electrochemical method and apparatus using proton-conducting polymers
US4816353A (en) 1986-05-14 1989-03-28 International Fuel Cells Corporation Integrated fuel cell and fuel conversion apparatus
US4810485A (en) 1986-08-25 1989-03-07 Institute Of Gas Technology Hydrogen forming reaction process
US4911803A (en) 1988-07-19 1990-03-27 Kunz Harold R Composite hydrogen purification membrane and method for purifying hydrogen
US5156925A (en) 1991-10-09 1992-10-20 Alcan International Limited Hydrogen removal system for metal/air cell
US5256172A (en) 1992-04-17 1993-10-26 Keefer Bowie Thermally coupled pressure swing adsorption
DE59306256D1 (de) 1992-11-05 1997-05-28 Siemens Ag Verfahren und Einrichtung zur Wasser- und/oder Inertgasentsorgung eines Brennstoffzellenblocks
US5470680A (en) 1993-03-19 1995-11-28 Materials And Electrochemical Research Corp. Electrochemical fullerene system
US5429885A (en) 1993-11-22 1995-07-04 Yardney Technical Products, Inc. Hydrogen management system for metal/air fuel cell
JP3432892B2 (ja) 1994-06-08 2003-08-04 日本碍子株式会社 改質ガスのｃｏ除去方法
US6063161A (en) 1996-04-24 2000-05-16 Sofinoy Societte Financiere D'innovation Inc. Flow regulated pressure swing adsorption system
GB9609918D0 (en) 1996-05-11 1996-07-17 Johnson Matthey Plc Hydrogen purification
JP3915139B2 (ja) 1996-05-30 2007-05-16 トヨタ自動車株式会社 燃料電池発電装置
GB9611491D0 (en) 1996-06-01 1996-08-07 Johnson Matthey Plc Gas separation devices
DE19624435C1 (de) 1996-06-19 1997-08-28 Daimler Benz Ag Reformierungsreaktor, insbesondere zur Wasserdampfreformierung von Methanol
US5763113A (en) 1996-08-26 1998-06-09 General Motors Corporation PEM fuel cell monitoring system
US5686196A (en) * 1996-10-09 1997-11-11 Westinghouse Electric Corporation System for operating solid oxide fuel cell generator on diesel fuel
US5861137A (en) 1996-10-30 1999-01-19 Edlund; David J. Steam reformer with internal hydrogen purification
US5997594A (en) 1996-10-30 1999-12-07 Northwest Power Systems, Llc Steam reformer with internal hydrogen purification
US6033793A (en) 1996-11-01 2000-03-07 Hydrogen Burner Technology, Inc. Integrated power module
EP1015384B1 (de) 1997-03-07 2005-07-13 William Marsh Rice University Kohlenstofffasern ausgehend von einwandigen kohlenstoffnanoröhren
GB9720353D0 (en) 1997-09-25 1997-11-26 Johnson Matthey Plc Hydrogen purification
AU3076299A (en) 1998-03-12 1999-09-27 Hydrogen Burner Technology, Inc. Process gas purification and fuel cell system

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007022155A3 (en) * 2005-08-15 2007-05-24 Parker Hannifin Corp Fuel supply manifold assembly
US7968244B2 (en) 2005-08-15 2011-06-28 Parker-Hannifin Corporation Fuel supply manifold assembly
DE102013226305A1 (de) * 2013-12-17 2015-06-18 Robert Bosch Gmbh Brennstoffzellensystem mit einer Speichervorrichtung sowie ein Verfahren zur Bereitstellung von Wasserstoff für ein Brennstoffzellensystem

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Publication number Publication date
US6329091B1 (en) 2001-12-11

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