DE10120021A1

DE10120021A1 - Brennstoffzellensystem mit einem thermisch integrierten, isothermischen Co-Reinigungsteilsystem

Info

Publication number: DE10120021A1
Application number: DE10120021A
Authority: DE
Inventors: William Henry Pettit; Rodney Lynn Borup
Original assignee: General Motors Corp
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2000-06-27
Filing date: 2001-04-24
Publication date: 2002-01-24
Also published as: CA2343262A1; US6485853B1; JP2002083624A

Abstract

Ein Brennstoffzellensystem weist ein thermisch integriertes, isothermisches CO-Reinigungsteilsystem auf, das einen Wasser-Gas-Shift-Reaktor, einen Reaktor für selektive Oxidation, zumindest einen Systemwärmetauscher und einen Wärmeübertragungskreis mit geschlossenem Kreislauf umfaßt, der dem Teilsystem zugeordnet ist. Der Wärmeübertragungskreis verwendet ein Wärmeübertragungsmedium, das eine hohe spezifische Wärmekapazität aufweist und durch den Kreis mit einer ausreichend hohen Rate zirkuliert wird, um die mit dem Kreis in Verbindung stehenden Gasstromkomponenten thermisch zu beherrschen.

Description

TECHNISCHES GEBIET

Diese Erfindung betrifft ein PEM-Brennstoffzellensystem mit einem im we sentlichen isothermischen, thermisch integrierten CO-Reinigungs teilsystem, um den Wirkungsgrad und eine Reaktionssteuerung zu opti mieren.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

PEM-Brennstoffzellen sind für viele Anwendungen einschließlich elektri scher Fahrzeugantriebe als Ersatz für Verbrennungsmotoren vorgeschla gen worden. PEM-Brennstoffzellen sind in der Technik gut bekannt und umfassen einen "Membranelektrodenaufbau" (auch bekannt als MEA), der einen dünnen protonenleitfähigen Festpolymermembranelektrolyten mit einer Anode auf einer seiner Seiten und einer Kathode auf der gegenüber liegenden Seite umfaßt. Die Festpolymerelektrolyten bestehen typischer weise aus Ionentauscherharzen, wie beispielsweise perfluorierter Sulfon säure. Die Anode/Kathode umfaßt typischerweise fein geteilte katalytische Partikel (oftmals auf Kohlenstoffpartikeln getragen) gemischt mit proto nenleitfähigem Harz. Der MEA ist schichtartig zwischen einem Paar elek trisch leitfähiger Elemente angeordnet, die (1) als Stromkollektoren für die Anode und Kathode dienen, und (2) Kanäle zur Verteilung der gasförmigen Reaktanden der Brennstoffzelle über die Oberflächen der jeweiligen Anode und Kathode enthalten. Bei PEM-Brennstoffzellen ist Wasserstoff der An odenreaktant (d. h. Brennstoff) und Sauerstoff ist der Kathodenreaktant (d. h. Oxidationsmittel).

Bei Fahrzeuganwendungen ist es erwünscht, einen an Kohlenstoff gebun denen wasserstoffhaltigen Brennstoff (beispielsweise Methan, Benzin, Methanol, etc.) zu verwenden. Flüssige Brennstoffe sind infolge dessen, daß sie leicht an Bord zu lagern sind und eine breite Infrastruktur von Tankstellen besteht, die derartige Flüssigkeiten geeignet liefern können, als Quelle für Wasserstoff besonders geeignet, der von der Brennstoffzelle verwendet wird. Diese Brennstoffe müssen aufgespalten werden, um deren Wasserstoffgehalt zur Beschickung der Brennstoffzelle freizugeben. Die Aufspaltungsreaktion wird in einem sogenannten "Primärreaktor" erreicht. Ein derartiger bekannter Primärreaktor für Benzin ist beispielsweise ein zweistufiger chemischer Reaktor, der oftmals als ein "autothermischer Reformer" bezeichnet ist. Bei einem autothermischen Reformer wird Ben zin und Wasserdampf (d. h. Dampf) mit Luft gemischt und nacheinander durch zwei Reaktionsabschnitte geleitet, d. h. einen ersten "Abschnitt für partielle Oxidation" (POX-Abschnitt) und einen zweiten Dampfreformie rungsabschnitt (SR-Abschnitt). In dem POX-Abschnitt, der einen Kataly sator umfassen kann, reagiert das Benzin exotherm mit einer unter stöchiometrischen Menge an Luft, um Kohlenmonoxid, Wasserstoff und niedrigere Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Methan, zu erzeugen. Die heißen POX-Reaktionsprodukte gelangen zusammen mit dem Dampf, der mit dem Benzin eingeführt wird, in einen SR-Abschnitt, in welchem die niedrigeren Kohlenwasserstoffe reagieren und ein Anteil des Kohlen monoxids mit dem Dampf reagiert, um ein Reformatgas zu erzeugen, das hauptsächlich Wasserstoff, Kohlendioxid, Stickstoff und Kohlenmonoxid umfaßt. Die SR-Reaktion ist endotherm, erhält aber ihre erforderliche Wärme von entweder der Wärme, die in dem exothermen POX-Abschnitt erzeugt wird und durch den Abfluß von dem POX-Abschnitt in den SR-Abschnitt getragen wird, oder von anderen Teilen des Brennstoffzellensy stemes (beispielsweise von einem Brenner). Ein derartiger autothermi scher Reformer ist in der internationalen Patentveröffentlichung mit der Nr. WO 98/08771 beschrieben, die am 5. März 1998 veröffentlicht wurde.

Das in dem SR-Abfluß enthaltene Kohlenmonoxid muß beseitigt oder zu mindest auf sehr niedrige Konzentrationen (d. h. weniger als etwa 20 ppm) verringert werden, die für den Anodenkatalysator in der Brennstoffzelle nicht toxisch sind. Es ist bekannt, den SR-Abfluß von CO dadurch zu rei nigen, daß dieser einer sogenannten "Wasser-Gas-Shift"-Reaktion (WGS- Reaktion, auch CO-Konvertierungsreaktion) unterzogen wird, die in einem Wasser-Gas-Shift-Reaktor erfolgt, der unterstromig des SR-Reaktors an geordnet ist. Bei der Wasser-Gas-Shift-Reaktion reagiert Wasser (d. h. Dampf) exotherm mit dem Kohlenmonoxid in dem SR-Abfluß gemäß der folgenden idealen Shift-Reaktion:

CO + H₂O → CO₂ + H₂

Dennoch überdauert einiges CO immer noch die Wasser-Gas-Shift-Reak tion und muß weiter verringert werden (d. h. auf unterhalb etwa 20 ppm), bevor das Reformat an die Brennstoffzelle geliefert werden kann. Es ist bekannt, den CO-Gehalt von H₂-reichem Reformat, das einen Wasser-Gas- Shift-Reaktor verläßt, dadurch weiter zu verringern, daß dieses mit Sauer stoff (d. h. als Luft) in einer sogenannten "PrOx"-Reaktion (d. h. Reaktion mit selektiver Oxidation) reagiert wird, die in einem katalytischen PrOx- Reaktor ausgeführt wird. Die PrOx-Reaktion ist exotherm und verläuft wie folgt:

CO + 1/2O₂ → CO₂

Der Abfluß des PrOx-Reaktors (d. h. CO-gereinigtes H₂-reiches Reformat) wird anschließend an die Brennstoffzelle geliefert. Die PrOx-Reaktion ist auch bekannt als SelOx (d. h. selektive Oxidation).

Typischerweise sind derartige Brennstoffzellensysteme thermisch komplex mit einer Vielzahl von Systemkomponenten und Arbeitsfluiden (d. h. Re aktandenströmen, wie beispielsweise Brennstoff, Luft, Reformat, etc.), die alle bei verschiedenen Temperaturen arbeiten. Demgemäß sind derartige Systeme oftmals komplex zu steuern und langsam zu starten, nachdem sie nach einer Abschaltung abgekühlt sind. Die vorliegende Erfindung ver einfacht das Wärmemanagement und das Starten von PEM-Brennstoff zellen, die mit Wasserstoff beschickt werden, der von an Kohlenstoff ge bundenen wasserstoffhaltigen Brennstoffen abgeleitet ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein PEM-Brennstoffzellensystem mit ei nem unabhängigen, im wesentlichen isothermischen Wärmeübertra gungsteilsystem, das mit ausgewählten Komponenten des Brennstoffzel lensystemes in Verbindung steht und diese im wesentlichen thermisch beherrscht. Das von dieser Erfindung vorgesehene isothermische Wärme übertragungsteilsystem: (1) integriert thermisch PrOx- und Wasser-Gas- Shift-Reaktoren, die derart ausgebildet sind, um bei im wesentlichen der selben Temperatur zu arbeiten, wie auch andere Systemkomponenten (beispielsweise Wärmetauscher), die bei etwa derselben Temperatur ar beiten; (2) erleichtert einen Start der PrOx- und Shiftreaktoren ohne Ge fahr der Überhitzung oder Schädigung der Katalysatoren der Reaktoren; und (3) vereinfacht eine Steuerung der Reaktoren durch Anlegen einer Re aktionstemperatur an diese, die durch die Wärme, die durch die Reaktio nen erzeugt wird, nicht merklich beeinflußt wird. Durch "thermisches Be herrschen" einer Komponente ist ein Zustand gemeint, bei dem die Kom bination der Strömungsrate und die spezifische Wärmekapazität des Wärmeübertragungsmediums, das in dem Wärmeübertragungskreis ver wendet wird, derart ist, daß der Wärmeübertragungskreis der vorherr schende oder steuernde Faktor ist, der die Betriebstemperatur dieser Komponente bewirkt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform betrifft diese Erfindung ein PEM-Brennstoffzellensystem, das einen Primärreaktor umfaßt, der einen an Kohlenstoff gebundenen wasserstoffhaltigen Brennstoff (beispielsweise Benzin) in ein H₂-reiches Reformatgas zur Beschickung der Brennstoffzelle umwandelt. Der Prozessor umfaßt: (1) einen ersten POX-Abschnitt, bei dem das Benzin mit einer unterstöchiometrischen Menge an Sauerstoff reagiert, um einen Gasstrom zu bilden, der niedrige Kohlenwasserstoffe (beispielsweise Methan) und erste Konzentrationen an CO und H₂ enthält, und (2) einen zweiten SR-Abschnitt unterstromig des ersten POX- Abschnittes, in welchem der Gasstrom, der den POX-Abschnitt verläßt, katalytisch mit Dampf reagiert, um ein Reformatgas zu bilden, das eine zweite CO-Konzentration aufweist, die kleiner als die erste CO-Konzentration ist, und eine zweite H₂-Konzentration aufweist, die größer als die erste H₂-Konzentration ist. Das System umfaßt auch zumindest einen Wasser-Gas-Shift-Reaktor unterstromig des Primärreaktors, der ei nen Anteil des CO in dem Reformatgas, das den Primärreaktor verläßt, mit Dampf reagiert, um die CO-Konzentration in dem Brennstoffgas auf eine dritte CO-Konzentration unterhalb der zweiten CO-Konzentration in dem Abfluß des SR-Reaktors zu verringern und die H₂-Konzentration über die zweite H₂-Konzentration in dem Abfluß des SR-Reaktors zu erhöhen. Es können mehrere Wasser-Gas-Shift-Reaktoren, die bei verschiedenen Tem peraturen arbeiten, anstelle eines einzelnen Wasser-Gas-Shift-Reaktors verwendet werden. Ferner umfaßt das System noch einen PrOx-Reaktor, der einen Teil des CO in dem Reformatgas, das den Wasser-Gas-Shift- Reaktor verläßt, selektiv mit Sauerstoff (d. h. aus Luft) reagiert, um die CO-Konzentration in dem Reformatgas unter die dritte CO-Konzentration zu verringern und ein CO-armes Gas zu erzielen, in welchem die CO-Konzentration für die Brennstoffzelle nicht toxisch ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein PEM-Brennstoffzellensystem, bei dem: (1) der PrOx-Reaktor ein isothermischer Reaktor ist, dessen Kataly sator so ausgewählt ist, um die selektive Oxidation von CO bei einer be stimmten Temperatur zu bewirken; (2) der Wasser-Gas-Shift-Reaktor auch ein isothermischer Reaktor ist, dessen Katalysator so gewählt ist, um die Wasser-Gas-Shift-Reaktion bei im wesentlichen derselben Temperatur zu bewirken, bei der die PrOx-Reaktion erfolgt; (3) zumindest ein Wärmetau scher vorgesehen ist, der Wärme entweder zu oder von zumindest einem der Arbeitsfluide des Systems überträgt; (4) ein Wärmeübertragungskreis mit geschlossenem Kreislauf vorgesehen ist, der mit dem Wasser-Gas- Shift-Reaktor, dem PrOx-Reaktor und dem Wärmetauscher bzw. den Wärmetauschern in Verbindung steht; (5) eine Wärmeübertragungsflüs sigkeit mit einer relativ hohen spezifischen Wärmekapazität vorgesehen ist, die in dem Kreis durch den Wasser-Gas-Shift-Reaktor, den PrOx- Reaktor und den Wärmetauscher bzw. die Wärmetauscher zirkuliert; und (6) eine Pumpe vorgesehen ist, die die Wärmeübertragungsflüssigkeit mit einer ausreichend hohen Rate durch den Kreis zirkuliert, um so den Was ser-Gas-Shift-Reaktor, den Reaktor für selektive Oxidation und den Wär metauscher bei im wesentlichen der Betriebstemperatur zu halten, die für den PrOx-Reaktor ausgewählt ist. Für die Zwecke dieser Anmeldung be zeichnet der Begriff "im wesentlichen die Betriebstemperatur des PrOx- Reaktors", wie er hier verwendet ist, eine Temperatur, die im Bereich von etwa 20°C ± Grad der Betriebstemperatur des PrOx-Reaktors liegt. Andere Betriebstemperaturen können so ausgewählt werden, um das Gesamtvo lumen und die Gesamtmasse der Komponenten in dem Wärmeübertra gungskreis zu optimieren. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist der Wärmetauscher ein Verdampfer, der dazu dient, (1) einen an Kohlen stoff gebundenen wasserstoffhaltigen flüssigen Brennstoff (beispielsweise Benzin) zu verdampfen, bevor er in den Brennstoffprozessor eingeführt wird, oder (2) Wasser zu verdampfen, bevor es in entweder den Primärre aktor oder den Wasser-Gas-Shift-Reaktor eingeführt wird. Bei einer ande ren Ausführungsform ist der Wärmetauscher ein Heizer zum Vorerwärmen des Sauerstoffes, bevor dieser in den Brennstoffprozessor eingeführt wird. Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Wärmetauscher ein Kühler zum Kühlen des Reformatgases, bevor dieses in den Wasser-Gas-Shift- Reaktor eingeführt wird. Bei einer noch weiteren Ausführungsform ist der Wärmetauscher ein umgehbarer Kühler (beispielsweise ein Fahrzeugküh ler) zum Kühlen der Wärmeübertragungsflüssigkeit, wenn deren Tempe ratur im wesentlichen größer als die Betriebstemperatur des PrOx- Reaktors ist. Wenn die Temperatur der Wärmeübertragungsflüssigkeit in nerhalb akzeptabler Grenzen liegt (d. h. keine Kühlung erfordert), kann dieser Kühler unter Verwendung geeigneter Ausstattung umgangen wer den. Bei einer noch weiteren Ausführungsform ist der Wärmetauscher ein Heizer, der die Wärmeübertragungsflüssigkeit (beispielsweise mit Wärme aus einem Brenner) erwärmt, wenn deren Temperatur im wesentlichen kleiner als die Betriebstemperatur des PrOx-Reaktors ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt der Wärmeübertragungskreis eine Vielzahl von Wärmetauschern, von denen jeder eine oder mehrere der Heiz-/Kühlfunktionen ausführt, die oben be schrieben sind. Am bevorzugtesten umfaßt der Wärmeübertragungskreis alle oben beschriebenen Wärmetauscher.

ZEICHNUNGSKURZBESCHREIBUNG

Fig. 1 ist ein Schema einer Ausführungsform eines Brennstoffzel lensystemes gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 ist ein Schema einer anderen Ausführungsform eines Brennstoffzellensystemes gemäß der vorliegenden Erfin dung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEISPIELEN DER ERFINDUNG

Die Erfindung wird anhand der folgenden detaillierten Beschreibung be stimmter spezifischer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die be gleitenden Zeichnungen besser verständlich.

Fig. 1 zeigt eine PEM-Brennstoffzelle 2, die mit Wasserstoff in der Anoden einlaßleitung 4 und Luft in der Kathodeneinlaßleitung 6 beschickt wird. Anodenabgase 8 und Kathodenabgase 10 verlassen die Brennstoffzelle 2 und werden an einen Brenner 12 geliefert, in welchem sie verbrannt wer den, um ein erhitztes Abgas 14 zu bilden. Der Wasserstoff in Leitung 4 wird von der Aufspaltung von Benzin in einem autothermischen Reformer 16 abgeleitet. Diesbezüglich wird das Benzin 18 und das Wasser 20 in ei nem Verdampfer 22 verdampft und anschließend mit vorerwärmter Luft 24 und 28 gemischt und über Leitung 26 an den autothermischen Refor mer 16 geliefert.

Der autothermische Reformer 16 umfaßt zwei Abschnitte, die einen ersten "Abschnitt für partielle Oxidation" (d. h. POX-Abschnitt) und einen zweiten "Dampfreformerabschnitt" (d. h. SR-Abschnitt) unterstromig des oben be schriebenen POX-Abschnittes umfassen. In dem POX-Abschnitt reagiert das Benzin exotherm mit einer unterstöchiometrischen Menge an Luft, um Kohlenmonoxid, Wasserstoff und niedrigere Kohlenwasserstoffe wie bei spielsweise Methan zu erzeugen. Die heißen POX-Reaktionsprodukte be wegen sich dann in den SR-Abschnitt des autothermischen Reformers, in welchem die niedrigeren Kohlenwasserstoffe und der Dampf reagieren, um ein Reformatgas 32 zu erzeugen, das hauptsächlich Wasserstoff, Kohlen dioxid, Stickstoff und Kohlenmonoxid umfaßt. Die POX-Reaktion ist exo therm und liefert die Wärme, die für die endotherme SR-Reaktion erfor derlich ist, welche unterstromig der POX-Reaktion stattindet. Das Refor mat 32 verläßt den autothermischen Reaktor 16 mit einer sehr hohen Temperatur (d. h. etwa 600°C-800°C), die wesentlich höher ist, als die Brennstoffzelle 2 und die Reaktoren zwischen der Brennstoffzelle und dem autothermischen Reformer tolerieren können. Demgemäß wird das Refor mat in Leitung 32 in einem ersten Wärmetauscher 34 mittels einer Umge bungsluft 36 gekühlt, die beim Verlassen des Wärmetauschers 34 an den Einlaß zu dem autothermischen Reformer über Leitung 24 geliefert wird. Daher wird zumindest ein Teil der Luft, die an den autothermischen Re former 16 geliefert wird, für einen effizienteren Betrieb des autothermi schen Reformers 16 vorerwärmt. Das gekühlte Reformat 38 verläßt den Wärmetauscher 34 mit einer Temperatur von etwa 645°C und wird mit Dampf aus Leitung 40 gemischt. Der Dampf in Leitung 40 wird durch Er wärmen von Wasser aus Leitung 42 in einem Wärmetauscher 44 vorgese hen und dient dazu, das Reformat 38 weiter auf eine Temperatur von etwa 600°C in Leitung 46 vorbereitend zu dessen Einführung in einen Hochtemperatur-Wasser-Gas-Shift-Reaktor 48 zu kühlen. Bevor das Re format in den Wasser-Gas-Shift-Reaktor 48 eintritt, wird es in dem Wär metauscher 50 (beispielsweise mittels eines Kathodenabgases von Leitung 10, das auf der anderen Seite des Wärmetauschers 50 strömt) weiter ge kühlt. Nach dem Wärmetauscher 50 und vor einem Eintritt in den Hochtemperatur-Wasser-Gas-Shift-Reaktor 48 besitzt das Reformat in Leitung 52 eine Temperatur von etwa 330°C. Die Wasser-Gas-Shift- Reaktion findet in dem Wasser-Gas-Shift-Reaktor 48 statt, bei der Dampf geringfügig exotherm mit dem Kohlenmonoxid in dem Reformat reagiert, um so den Kohlenmonoxidgehalt zu verringern und dessen Wasserstoff- und Kohlendioxid-Gehalt zu erhöhen. Daher besitzt das Reformat in Lei tung 54, das den Hochtemperatur-Wasser-Gas-Shift-Reaktor 48 verläßt, immer noch eine Temperatur von etwa 420°C und besitzt einen niedrigen Kohlenmonoxidgehalt und einen höheren Wasserstoffgehalt, als das Reformat in Leitung 52, das in den Wasser-Gas-Shift-Reaktor 48 eintritt. Der Kohlenmonoxidgehalt des Reformates 54 zu dieser Stufe umfaßt all gemein etwa 2% bis 4%, was immer noch zu hoch für eine Verwendung in der Brennstoffzelle 2 ist. Demgemäß ist unterstromig des Hochtempe ratur-Wasser-Gas-Shift-Reaktors 48 ein Niedertemperatur-Wasser-Gas- Shift-Reaktor 56 positioniert, um den Kohlenmonoxidgehalt des Reforma tes weiter zu verringern, bevor dieses in den PrOx-Reaktor 58 eintritt. Der in dem Niedertemperatur-Wasser-Gas-Shift-Reaktor 56 verwendete Kata lysator ist gegenüber übermäßigen Temperaturen nicht tolerant und ist insbesondere gegenüber einem Reformat 54 mit 420°C nicht tolerant, das den Hochtemperatur-Wasser-Gas-Shift-Reaktor 48 verläßt. Demgemäß wird das Reformat 54 auf eine Temperatur gekühlt, die für den Katalysa tor in dem Niedertemperatur-Wasser-Gas-Shift-Reaktor 56 geeignet ist (d. h. etwa 220°C). Zu diesem Zweck wird das Reformat, das den Hochtem peratur-Wasser-Gas-Shift-Reaktor 48 verläßt, durch einen Wärmetau scher 60 geleitet, um dessen Temperatur auf etwa 220°C in Leitung 62 abzusenken, die mit der Betriebstemperatur des Katalysators in dem Nie dertemperatur-Wasser-Gas-Shift-Reaktor 56 vereinbar ist. Die Zusam mensetzung des Katalysators, der in dem Niedertemperatur-Wasser-Gas- Shift-Reaktor 56 verwendet ist, ist derart gewählt, daß sie einen Betriebs temperaturbereich aufweist, der im wesentlichen der Temperatur in dem PrOx-Reaktor 58 entspricht. Daher besitzt beispielsweise, wenn der PrOx- Reaktor einen Iridium-Katalysator aufweist, der bei einer Temperatur von etwa 220°C arbeitet, der Niedertemperatur-Wasser-Gas-Shift-Reaktor 56 einen Kupfer-Zink-Katalysator, der im wesentlichen bei derselben Tempe ratur arbeitet, wie in der Technik gut bekannt ist. Das Reformat in Leitung 62 tritt in den Niedertemperatur-Wasser-Gas-Shift-Reaktor 56 ein und verläßt diesen in Leitung 64 mit einem Kohlenmonoxidgehalt von weniger als etwa einem Prozent (1%). Das Reformat in Leitung 64 wird mit Luft in Leitung 66 gemischt und an den PrOx-Reaktor 58 über Leitung 68 gelie fert. In dem PrOx-Reaktor 58 wird das Kohlenmonoxid in dem Reformat von Leitung 68 exotherm mit Sauerstoff aus der Luft selektiv oxidiert, um CO₂ zu bilden und das Kohlenmonoxidniveau auf Niveaus abzusenken, das für die Brennstoffzelle 2 nicht toxisch sind (d. h. unter etwa 20 ppm). Das den PrOx-Reaktor 58 über Leitung 70 verlassende Reformat ist zu heiß für den Gebrauch in der Brennstoffzelle 2 und wird dementsprechend in Wärmetauscher 72 unter Verwendung eines geeigneten Kühlmittels 74 gekühlt, das derart ausgebildet ist, um die Temperatur des Reformates in Leitung 4 auf etwa 80°C abzusenken.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein unabhängiger Wärmeübertra gungskreis vorgesehen, der den Niedertemperatur-Wasser-Gas-Shift- Reaktor 56, den PrOx-Reaktor 58 und einen oder mehrere der Wärmetau scher 22, 44, 60 und andere miteinander verbindet, wie nachfolgend be schrieben ist. Dieser Wärmeübertragungskreis ist in gestrichelten Linien 76 gezeigt und umfaßt eine geeignete Ausstattung zur Bewegung eines ge eigneten Wärmeübertragungsmediums durch die verschiedenen Reaktoren und Wärmetauscher. Vorzugsweise besitzt das Wärmeübertragungsmedi um eine hohe spezifische Wärmekapazität (d. h. zumindest etwa 2 kJ/Kg.K), so daß seine Temperatur nicht leicht geändert wird, wenn Wärme zu dem Medium hinzugefügt oder von diesem entfernt wird. Ein bevorzugtes Wärmeübertragungsmedium für diese Anwendung umfaßt ein paraffinisches Kohlenwasserstofföl, das beispielsweise kommerziell unter der Handelsbezeichnung Paratherm® von der Paratherm Company erhält lich ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Wärmeübertra gungsmedium durch den Kreis 76 mittels einer Pumpe 78 mit einer sol chen Rate zirkuliert, daß die verschiedenen Reaktoren und Wärmetau scher thermisch beherrscht und gesteuert werden und auf jeden dersel ben eine Temperatur aufgebracht wird, die im wesentlichen dieselbe wie die Temperatur in dem PrOx-Reaktor 58 (beispielsweise etwa 220°C) bei dieser Ausführungsform ist.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, zirkuliert die Pumpe 78 das Wärmeübertra gungsmedium durch den Kreis 76 und trifft dabei zunächst auf den Wär metauscher 80, der bei Bedarf dazu verwendet wird, das Wärmetauscher medium unter Verwendung von Abgasen in Leitung 14 von dem Brenner 12 zu erhitzen. Wenn sich die Temperatur des Wärmeübertragungsmedi ums auf einem geeigneten Niveau befindet und keine Erwärmung erfor derlich ist, wird das Brennerabgas in Leitung 14 an eine beliebige Stelle in dem System oder an die Umgebung umgelenkt, wenn es die Situation er fordert. Anschließend strömt das Wärmeübertragungsmedium von dem Heizer 80 in den Wärmetauscher 60, der dazu dient, das Reformat in Lei tung 54 zu kühlen, das den Hochtemperatur-Wasser-Gas-Shift-Reaktor 48 verläßt und in den Niedertemperatur-Wasser-Gas-Shift-Reaktor 56 eintritt. Anschließend strömt das Wärmeübertragungsmedium durch den Wasser-Gas-Shift-Reaktor mit einer ausreichenden Rate, um so die Tem peratur des Wasser-Gas-Shift-Reaktors insgesamt bei etwa der Tempera tur des Wärmeübertragungsmediums indem Kreis 76 zu halten. Diese Temperatur ist etwa dieselbe, wie die Betriebstemperatur in dem PrOx- Reaktor 58, durch welchen das Wärmeübertragungsmedium anschließend strömt. Daher stellt das strömende Wärmeübertragungsmedium die Be triebstemperatur des PrOx-Reaktors 58 und des Wasser-Gas-Shift- Reaktors her und hält diese, wodurch komplizierte Steuerungen vermie den werden, die ansonsten erforderlich wären, um die jeweiligen Tempe raturen zu steuern. Anschließend strömt das Wärmeübertragungsmedium durch den Wärmetauscher 22, der funktionell ein Verdampfer zur Ver dampfung des Benzins und Wassers ist, das an diesen über Leitungen 18 bzw. 20 geliefert wird. Der Verdampfer 22 verdampft das Benzin und das Wasser vorbereitend zu dessen Eintritt in den autothermischen Reformer 16. Nach Verlassen des Verdampfers 22 tritt das Wärmeübertragungsme dium in den Wärmetauscher 82 ein, der dazu dient, Luft in Leitung 28 vorbereitend zu dessen Eintritt in den autothermischen Reaktor 16 vorzu erwärmen. Das Wärmeübertragungsfluid verläßt anschließend den Wär metauscher 82 und tritt in den Wärmetauscher 44 ein, der ähnlich dem Wärmetauscher 22 funktionell ein Verdampfer zum Verdampfen des Was sers in Leitung 42 und zur Lieferung desselben als Dampf in Leitung 40 an den Eingang des Hochtemperatur-Wasser-Gas-Shift-Reaktors 48 ist. Die Wärmeübertragungsflüssigkeit fließt anschließend optional durch den Wärmetauscher 84, der ein Fahrzeugkühler oder dergleichen ist, um die Wärmeübertragungsflüssigkeit in dem Kreis 76 zu kühlen, falls sie zu heiß werden sollte. Wenn keine Kühlung erforderlich ist, wird ein Ventil 86 ak tiviert, um zu ermöglichen, daß die Wärmeübertragungsflüssigkeit den Fahrzeugkühler 84 über Umgehungsleitung 88 umgehen kann. Schließ lich kehrt die Wärmeübertragungsflüssigkeit an einen Speichertank 90 für Wärmeübertragungsflüssigkeit zurück, von dem sie ausgegangen ist. Der Speichertank 90 für Wärmeübertragungsflüssigkeit ist vorzugsweise iso liert, um so die Temperatur der Wärmeübertragungsflüssigkeit für eine lange Zeitperiode beizubehalten, nachdem die Brennstoffzelle abgeschaltet ist. Diesbezüglich besitzt der Speichertank 90 eine ausreichende Kapazi tät, um ein relativ großes Volumen der Wärmeübertragungsflüssigkeit zu speichern, so daß beim Start der Brennstoffzelle warmes/heißes Wärme übertragungsmedium augenblicklich zur Zirkulation durch das System verfügbar ist und dieses schnell auf Betriebstemperatur erwärmt. Alterna tiv dazu oder ergänzend kann das Wärmeübertragungsmedium in dem Wärmetauscher 80 während des Startes erwärmt werden. Anfänglich kann dies eine Befeuerung des Brenners 12 mit Benzin erfordern, das direkt von dem Benzin-Kraftstofftank geliefert wird, anstatt sich auf das Katho den- und Anodenabgas zur Befeuerung des Brenners zu verlassen. Wasser für das System ist in einem Wasserspeichertank 92 gespeichert, der ähn lich dem Speichertank 90 für Wärmeübertragungsflüssigkeit isoliert sein kann, um während des Abschaltens des Brennstoffzellensystemes darin Wärme zu speichern.

In Fig. 2 ist eine PEM-Brennstoffzelle 102 gezeigt, die mit Wasserstoff in der Anodeneinlaßleitung 104 und Luft in der Kathodeneinlaßleitung 106 beschickt wird. Die Anodenabgase 108 und Kathodenabgase 110 verlas sen die Brennstoffzelle 102 und werden an einen Brenner 112 geliefert, in welchem sie verbrannt werden, um ein erhitztes Abgas 114 zu bilden. Der Wasserstoff in Leitung 104 wird von der Aufspaltung des Benzins in einem autothermischen Reformer 116 abgeleitet. Diesbezüglich wird Benzin 118 in einem Verdampfer 120 verdampft und anschließend mit Luft 122, die über eine mit Brennerabgas 114 erwärmte Luftvorerwärmungseinrichtung 124 vorerwärmt wird, und mit Wasser 126 gemischt, das in einer Vorer wärmungseinrichtung 128 für Flüssigkeiten vorerwärmt sein kann, an schließend in dem Verdampfer 130 verdampft und schließlich in dem Wärmetauscher 132 überhitzt, der durch das Abgas 134 von dem auto thermischen Reformer 116 erhitzt wird. Die Mischung wird über Leitung 117 an den autothermischen Reformer 116 geliefert.

Der autothermische Reformer 116 umfaßt zwei Abschnitte, die einen er sten "Abschnitt für partielle Oxidation" (d. h. POX-Abschnitt) und einen zweiten "Dampfreformerabschnitt" (d. h. SR-Abschnitt) unterstromig des POX-Abschnittes umfassen. In dem POX-Abschnitt reagiert das Benzin exotherm mit einer unterstöchiometrischen Menge an Luft, um Kohlen monoxid, Wasserstoff und niedrigere Kohlenwasserstoffe wie beispielswei se Methan zu erzeugen. Die heißen POX-Reaktionsprodukte bewegen sich dann in den SR-Abschnitt des autothermischen Reformers 116, wo sie mit Dampf reagieren, um ein Reformatgas 134 zu erzeugen, das hauptsächlich aus Wasserstoff, Kohlendioxid, Stickstoff und Kohlenmonoxid besteht. Die POX-Reaktion ist exotherm und liefert die Wärme, die von der endother men SR-Reaktion erforderlich ist, die unterstromig der POX-Reaktion er folgt.

Das Reformat 134 verläßt den autothermischen Reformer 116 mit einer sehr hohen Temperatur (d. h. etwa 750°C), die wesentlich höher ist, als die Brennstoffzelle 102 und die Reaktoren zwischen der Brennstoffzelle und dem autothermischen Reformer tolerieren können. Demgemäß wird das Reformat in Leitung 134 in einem ersten Wärmetauscher 132 mittels Dampf 136 gekühlt, der bei Verlassen des Wärmetauschers 132 an den Einlaß des autothermischen Reformers 116 über Leitung 138 geliefert wird. Die Luft 122 für den autothermischen Reformer 116 wird in der Vor erwärmungseinrichtung 124 unter Verwendung von Abgas 114 von dem Brenner 112 vorerwärmt. Daher wird der Luftstrom, der an den autother mischen Reformer 116 geliefert wird, für einen effizienteren Betrieb des autothermischen Reformers 116 vorerwärmt. Das gekühlte Reformat 140 verläßt den Wärmetauscher 132 mit einer Temperatur von etwa 500°C und wird mit Dampf oder Wassernebel von Leitung 142 je nach Bedarf gemischt. Der Dampf oder das flüssige Wasser in Leitung 142 dient dazu, das Reformat 140 gegebenenfalls weiter zu kühlen. Bevor das Reformat in einen Niedertemperatur-Wasser-Gas-Shift-Reaktor 144 eintritt, wird es in einem Wärmetauscher 146 mittels des Wärmeübertragungsmediums von Leitung 148 weiter gekühlt, das auf der anderen Seite des Wärmetau schers 146 strömt. Nach dem Wärmetauscher 146 und vor dem Eintritt in den Niedertemperatur-Wasser-Gas-Shift-Reaktor 144 besitzt das Reformat eine Temperatur von etwa 220°C. Die Wasser-Gas-Shift-Reaktion indet in dem Wasser-Gas-Shift-Reaktor 144 statt, in welchem Dampf geringfügig exotherm mit dem Kohlenmonoxid in dem Reformat reagiert, um den Kohlenmonoxidgehalt zu verringern und den Wasserstoff- und Kohlendi oxidgehalt desselben zu erhöhen. Daher besitzt das Reformat in Leitung 150, das den Niedertemperatur-Wasser-Gas-Shift-Reaktor 144 verläßt, immer noch eine Temperatur von etwa 220°C, besitzt aber einen geringe ren Kohlenmonoxidgehalt und einen höheren Wasserstoffgehalt als das Reformat in Leitung 140, das in den Wasser-Gas-Shift-Reaktor 144 ein tritt.

Die Zusammensetzung des in dem Niedertemperatur-Wasser-Gas-Shift- Reaktor 144 verwendeten Katalysators ist so ausgewählt, daß sie einen Betriebstemperaturbereich aufweist, der im wesentlichen der Temperatur in dem PrOx-Reaktor 152 entspricht. Daher umfaßt, wenn der PrOx- Reaktor einen Katalysator aufweist, der Iridium umfaßt und bei einer Temperatur von etwa 220°C arbeitet, der Katalysator in dem Niedertempe ratur-Wasser-Gas-Shift-Reaktor 144 Kupfer-Zink. Das Reformat in Lei tung 140 tritt in den Niedertemperatur-Wasser-Gas-Shift-Reaktor 144 ein und verläßt diesen in Leitung 150 mit einem Kohlenmonoxidgehalt von weniger als etwa 1% (auf Volumenbasis). Das Reformat in Leitung 150 wird mit Luft in Leitung 154 gemischt und an den PrOx-Reaktor 152 ge liefert. In dem PrOx-Reaktor 152 wird das Kohlenmonoxid in dem Refor mat von Leitung 150 exotherm mit Sauerstoff aus der Luft selektiv oxi diert, um CO₂ zu bilden, was das Kohlenmonoxidniveau auf Niveaus ab senkt, die für die Brennstoffzelle 2 nicht toxisch sind (d. h. unter etwa 20 ppm). Das den PrOx-Reaktor 152 über Leitung 158 verlassende Reformat ist zu heiß für den Gebrauch in der Brennstoffzelle 102 und wird dement sprechend in Wärmetauscher 128 unter Verwendung eines geeigneten Kühlmittels 126 gekühlt, das derart ausgebildet ist, um die Temperatur des Reformates in Leitung 104 auf etwa 80° abzusenken.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein unabhängiger Wärmeübertra gungskreis vorgesehen, der den Niedertemperatur-Wasser-Gas-Shift- Reaktor 144, den PrOx-Reaktor 152 und einen oder mehrere der Wärme tauscher 146, 160, 162, 120, 130, 154 und andere miteinander verbindet. Dieser Wärmeübertragungskreis ist in gestrichelten Linien 156 gezeigt und umfaßt geeignete Ausstattungen zur Bewegung eines geeigneten Wärmeübertragungsmediums durch die verschiedenen Reaktoren und Wärmetauscher. Vorzugsweise besitzt das Wärmeübertragungsmedium eine hohe spezifische Wärmekapazität (d. h. zumindest etwa 2 KJ/KG.K), so daß seine Temperatur nicht leicht geändert wird, wenn Wärme zu dem Medium hinzugefügt oder von diesem entfernt wird. Ein bevorzugtes Wärmeübertragungsmedium für diese Anwendung umfaßt ein paraffini sches Kohlenwasserstofföl, wie es beispielsweise mit der Handelsbezeich nung Paratherm® von der Paratherm Company kommerziell erhältlich ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Wärmeübertragungsmedium durch den Kreis 156 durch eine Pumpe 159 mit einer derartigen Rate zir kuliert, so daß die verschiedenen Reaktoren und Wärmetauscher ther misch beherrscht werden und eine Temperatur auf jeden derselben aufge bracht wird, die im wesentlichen dieselbe wie die Temperatur in dem PrOx-Reaktor 152 (beispielsweise etwa 220°C) bei dieser Ausführungsform ist.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, zirkuliert die Pumpe 159 das Wärmeübertra gungsmedium durch den Kreis 156. Der Wärmetauscher 162 wird ggf. da zu verwendet, das Wärmetauschermedium unter Verwendung von Aus gangsgasen in Leitung 114 von der Vorerwärmungseinrichtung 124 für Luft zu erwärmen. Wenn die Temperatur des Wärmeübertragungsmedi ums auf einem geeigneten Niveau liegt und keine weitere Erwärmung er forderlich ist, wird das Wärmeübertragungsmedium über Ventil 164 um den Wärmetauscher 162 umgelenkt. Anschließend strömt das Wärme übertragungsmedium von dem Heizer 162 zu dem Wärmetauscher 120, der funktionell ein Verdampfer zum Verdampfen des Benzins ist, das an diesen über Leitung 118 geliefert wird. Anschließend strömt das Wärme übertragungsmedium an den Wärmetauscher 130, der funktionell ein Verdampfer zum Verdampfen des Wassers ist, das an diesen über Leitung 166 geliefert wird. Das Wärmeübertragungsmedium verläuft dann durch einen Kühler/Wärmetauscher 154, der die Fähigkeit aufweist, gegebe nenfalls Wärme unter Verwendung des Kühlmittels zu entfernen, das durch die Brennstoffzelle 102 zirkuliert. Wenn keine Kühlung erforderlich ist, wird ein Ventil 170 aktiviert, um zu ermöglichen, daß das Wärme übertragungsmedium den Fahrzeugkühler 154 über Umgehungsleitung 172 umgehen kann. Der Speichertank 168 für Wärmeübertragungsmedi um ist vorzugsweise isoliert, um die Temperatur der Wärmeübertragungs flüssigkeit für eine lange Zeitperiode beizubehalten, nachdem die Brenn stoffzelle abgeschaltet ist. Diesbezüglich besitzt der Speichertank 168 eine ausreichende Kapazität, um einen Anteil des Wärmeübertragungsmedi ums zu speichern, so daß bei Start der Brennstoffzelle warmes/heißes Wärmeübertragungsmedium sofort zur Zirkulation durch das System verfügbar ist und dieses schnell auf Betriebstemperatur erwärmt. Der Tank 168 besitzt eine interne Ventilausrüstung, die einen Rückfluß oder eine Befüllung ermöglicht, sobald das Fahrzeug abgeschaltet wird, und dann während eines Normalbetriebs des Systems ein Pumpen ermöglicht, wobei der Großteil des Volumens nicht Teil des Kreises 156 ist. Alternativ dazu oder ergänzend kann das Wärmeübertragungsmedium in dem Wär metauscher 162 während des Starts erwärmt werden. Anfänglich kann dies eine Befeuerung des Brenners 112 mit Benzin erfordern, das direkt von dem Benzin-Kraftstofftank geliefert wird, anstatt sich auf Kathoden- oder Anodenabgas zur Befeuerung des Brenners zu verlassen. Wasser für das System ist in einem Wasserspeichertank (nicht gezeigt) gespeichert, der ähnlich dem Speichertank 168 für Wärmeübertragungsflüssigkeit iso liert sein kann, um während des Abschaltens des Brennstoffzellensystems Wärme darin zu speichern. Das Wärmeübertragungsmedium gelangt dann durch ein Expansionsreservoir (d. h. Speichertank) 168 und in die Pumpe 159. Anschließend strömt das Wärmeübertragungsmedium von der Pum pe 159 an den Wärmetauscher 146, der dazu dient, das Reformat in Lei tung 140 zu kühlen, das in den Niedertemperatur-Wasser-Gas-Shift- Reaktor 144 eintritt. Anschließend strömt das Wärmeübertragungsmedi um durch den Wasser-Gas-Shift-Reaktor mit einer ausreichenden Rate, um die Temperatur des Wasser-Gas-Shift-Reaktors insgesamt bei etwa der Temperatur des Wärmeübertragungsmediums in dem Kreis 156 zu halten. Die Temperatur ist etwa dieselbe wie die Betriebstemperatur in dem PrOx- Reaktor 152, durch den das Wärmeübertragungsmedium strömt, nach dem es durch den Wärmetauscher 160 gelangt ist. Daher stellt das strö mende Wärmeübertragungsmedium die Betriebstemperatur des PrOx- Reaktors 152 und des Wasser-Gas-Shift-Reaktors 144 her und hält diese, wodurch komplizierte Steuerungen vermieden werden, die ansonsten er forderlich wären, um deren jeweilige Temperaturen zu steuern. Das Wär meübertragungsmedium kehrt dann zu Wärmetauscher 162 zurück, um den Kreislauf zu vervollständigen.

Ein Brennstoffzellensystem weist ein thermisch integriertes, isothermi sches CO-Reinigungsteilsystem auf, das einen Wasser-Gas-Shift-Reaktor, einen Reaktor für selektive Oxidation, zumindest einen Systemwärmetau scher und einen Wärmeübertragungskreis mit geschlossenem Kreislauf umfaßt, der dem Teilsystem zugeordnet ist. Der Wärmeübertragungskreis verwendet ein Wärmeübertragungsmedium, das eine hohe spezifische Wärmekapazität aufweist und durch den Kreis mit einer ausreichend ho hen Rate zirkuliert wird, um die mit dem Kreis in Verbindung stehenden Gasstromkomponenten thermisch zu beherrschen.

Claims

1. PEM-Brennstoffzellensystem mit (i) einem Primärreaktor zur Um wandlung eines an Kohlenstoff gebundenen wasserstoffhaltigen Brennstoffes in ein H₂-reiches Brennstoffgas für die Brennstoffzelle, wobei der Primärreaktor einen Katalysator zur katalytischen Reaktion des Brennstoffes mit Dampf umfaßt, um das Brennstoffgas zu bilden, das eine erste CO-Konzentration und eine erste H₂-Konzentration aufweist, (ii) zumindest einem Wasser-Gas-Shift-Reaktor zur Reakti on zumindest eines Anteiles des CO in dem Brennstoffgas, das den Katalysator verläßt, mit Dampf, um die CO-Konzentration in dem Brennstoffgas auf eine zweite CO-Konzentration unterhalb der ersten CO-Konzentration zu verringern und die H₂-Konzentration über die erste H₂-Konzentration in dem Brennstoffgas zu erhöhen, und (iii) ei nem Reaktor für selektive Oxidation zur selektiven Reaktion zumin dest eines Anteils des CO in dem Brennstoffgas, das den Wasser-Gas- Shift-Reaktor verläßt, mit Sauerstoff, um die CO-Konzentration in dem Brennstoffgas unter die zweite CO-Konzentration zu verringern und ein ausreichend CO-armes Brennstoffgas zu erzeugen, das für die Brennstoffzelle nicht toxisch ist, wobei:

a) der Reaktor für selektive Oxidation ein isothermischer Reaktor ist, der einen ersten Katalysator aufweist, der so ausgewählt ist, um die selektive Oxidation des CO bei einer gewünschten Tem peratur zu bewirken;
b) der Wasser-Gas-Shift-Reaktor ein isothermischer Reaktor ist, der einen zweiten Katalysator aufweist, der so gewählt ist, um die Wasser-Gas-Shift-Reaktion darin bei im wesentlichen der gewünschten Temperatur zu bewirken;
c) zumindest ein Wärmetauscher zur Übertragung von Wärme zu oder von zumindest einem der Arbeitsfluide des Systems vorge sehen ist;
d) ein Wärmeübertragungskreis mit geschlossenem Kreislauf vor gesehen ist, der den Wasser-Gas-Shift-Reaktor, den Reaktor für selektive Oxidation und den Wärmetauscher verbindet;
e) eine Wärmeübertragungsflüssigkeit vorgesehen ist, die in dem Kreis durch den Wasser-Gas-Shift-Reaktor, den Reaktor für se lektive Oxidation und den Wärmetauscher zirkuliert; und
f) eine Pumpe vorgesehen ist, die derart ausgebildet ist, um die Wärmeübertragungsflüssigkeit mit einer ausreichenden Rate durch den gesamten Kreis zu zirkulieren und damit den Wasser- Gas-Shift-Reaktor, den Reaktor für selektive Oxidation und den Wärmetauscher insgesamt bei im wesentlichen der gewünschten Temperatur beizubehalten.

2. PEM-Brennstoffzellensystem mit (i) einem Primärreaktor zur Um wandlung von Benzin in ein H₂-reiches Brennstoffgas für die Brenn stoffzelle, wobei der Primärreaktor einen ersten Abschnitt zur parti ellen Oxidation des Benzins mit einer unterstöchiometrischen Menge an Sauerstoff, um einen niedrigere Kohlenwasserstoffe enthaltenden Gasstrom mit ersten Konzentrationen an CO und H₂ zu bilden, und einen zweiten Abschnitt unterstromig des ersten Abschnittes zur ka talytischen Reaktion des Gasstromes mit dem Dampf umfaßt, um das Brennstoffgas zu bilden, das eine zweite CO-Konzentration, die klei ner als die erste CO-Konzentration ist, und eine zweite H₂-Konzentration aufweist, die größer als die erste H₂-Konzentration ist, (ii) zumindest einem Wasser-Gas-Shift-Reaktor zur Reaktion zumin dest eines Anteils des CO in dem Brennstoffgas, das den zweiten Ab schnitt verläßt, mit Dampf, um die CO-Konzentration in dem Brenn stoffgas auf eine dritte CO-Konzentration unterhalb der zweiten CO-Konzentration zu verringern und die H₂-Konzentration über die zweite H₂-Konzentration in dem Brennstoffgas zu erhöhen, und (iii) einem Reaktor für selektive Oxidation zur selektiven Reaktion zumindest ei nes Anteils des CO in dem Brennstoffgas, das den Wasser-Gas-Shift- Reaktor verläßt, mit Sauerstoff, um die CO-Konzentration in dem Brennstoffgas unter die dritte CO-Konzentration zu verringern und ein ausreichend CO-armes Brennstoffgas zu erzielen, das für die Brennstoffzelle nicht toxisch ist, wobei:

a) der Reaktor für selektive Oxidation ein isothermischer Reaktor mit einem ersten Katalysator ist, der so gewählt ist, um die se lektive Oxidation des CO bei einer gewünschten Temperatur zu bewirken;
b) der Wasser-Gas-Shift-Reaktor ein isothermischer Reaktor mit einem zweiten Katalysator ist, der so gewählt ist, um die Wasser- Gas-Shift-Reaktion darin bei einer im wesentlichen gewünschten Temperatur zu bewirken;
c) zumindest ein Wärmetauscher zur Übertragung von Wärme zu oder von zumindest einem der Arbeitsfluide des Systems vorge sehen ist;
d) ein Wärmeübertragungskreis mit geschlossenem Kreislauf vor gesehen ist, der den Wasser-Gas-Shift-Reaktor, den Reaktor für selektive Oxidation und den Wärmetauscher verbindet;
e) eine Wärmeübertragungsflüssigkeit vorgesehen ist, die in dem Kreis durch den Wasser-Gas-Shift-Reaktor, den Reaktor für se lektive Oxidation und den Wärmetauscher zirkuliert; und
f) eine Pumpe vorgesehen ist, die derart ausgebildet ist, um die Wärmeübertragungsflüssigkeit mit einer ausreichenden Rate durch den gesamten Kreis zu zirkulieren und damit den Wasser- Gas-Shift-Reaktor, den Reaktor für selektive Oxidation und den Wärmetauscher bei im wesentlichen der gewünschten Tempe ratur beizubehalten.

3. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, wobei der Wärmetauscher ein Verdampfer zum Verdampfen des Benzins vor dessen Einführung in den Brennstoffprozessor ist.

4. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, wobei der Wärmetauscher ein Verdampfer zum Verdampfen des Wassers zur Bildung von Dampf vor dessen Einführung in den Brennstoffprozessor ist.

5. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, wobei der Wärmetauscher ein Verdampfer zum Verdampfen des Wassers zur Bildung von Dampf vor dessen Einführung in den Wasser-Gas-Shift-Reaktor ist.

6. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, wobei der Wärmetauscher eine Vorerwärmungseinrichtung zum Erwärmen des Sauerstoffs vor dessen Einführung in den Brennstoffprozessor ist.

7. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, wobei der Wärmetauscher ein Kühler zum Kühlen des Brennstoffgases vor dessen Einführung in den Wasser-Gas-Shift-Reaktor ist.

8. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, wobei der Wärmetauscher ein Kühler zum Kühlen der Wärmeübertragungsflüssigkeit ist, wenn deren Temperatur größer als die im wesentlichen gewünschte Tempe ratur ist.

9. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 8, mit einem Mittel zur Um gehung des Kühlers, wenn die Temperatur der Wärmeübertragungs flüssigkeit innerhalb akzeptabler Grenzen liegt und keine Kühlung erforderlich ist.

10. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, wobei der Wärmetauscher ein Heizer zum Erwärmen der Wärmeübertragungsflüssigkeit ist, wenn deren Temperatur kleiner als die im wesentlichen gewünschte Temperatur ist und eine Erwärmung erfordert.

11. Brennstoffzelle nach Anspruch 2, wobei die Wärmeübertragungsflüs sigkeit einen Kohlenwasserstoff umfaßt, der eine spezifische Wärme kapazität von zumindest etwa 2 KJ/Kg.K aufweist.

12. Brennstoffzelle nach Anspruch 11, wobei der Kohlenwasserstoff ein Paraffinöl ist.

13. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, mit einer Vielzahl der Wärmetauscher, die umfaßt: einen Verdampfer zur Verdampfung des Benzins vor dessen Einführung in den Brennstoffprozessor, einen Verdampfer zum Verdampfen des Wassers zur Bildung von Dampf vor dessen Einführung in den Brennstoffprozessor, einen Verdampfer zum Verdampfen des Wassers zur Bildung von Dampf vor dessen Einführung in den Wasser-Gas-Shift-Reaktor, eine Vorerwärmungs einrichtung zum Erwärmen des Sauerstoffs vor dessen Einführung in den Brennstoffprozessor, einen Kühler zum Kühlen des Brennstoffga ses vor dessen Einführung in den Wasser-Gas-Shift-Reaktor, einen Kühler zum Kühlen von Wärmeübertragungsflüssigkeit, wenn deren Temperatur größer als die im wesentlichen gewünschte Temperatur ist, und einen Heizer zum Erwärmen der Wärmeübertragungsflüssig keit, wenn deren Temperatur kleiner als die im wesentlichen ge wünschte Temperatur ist.