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DE102005026783A1 - Motor vehicle reformer system comprises reformer for converting hydrocarbon containing fuel into hydrogen gas-rich reformat gas, and cooling mechanism to cool the reformat gases and having heat sink to absorb heat energy from the gas - Google Patents

Motor vehicle reformer system comprises reformer for converting hydrocarbon containing fuel into hydrogen gas-rich reformat gas, and cooling mechanism to cool the reformat gases and having heat sink to absorb heat energy from the gas Download PDF

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DE102005026783A1
DE102005026783A1 DE200510026783 DE102005026783A DE102005026783A1 DE 102005026783 A1 DE102005026783 A1 DE 102005026783A1 DE 200510026783 DE200510026783 DE 200510026783 DE 102005026783 A DE102005026783 A DE 102005026783A DE 102005026783 A1 DE102005026783 A1 DE 102005026783A1
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DE
Germany
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heat sink
gas
reformer
reformat
heat energy
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE200510026783
Other languages
German (de)
Inventor
Jürgen Ringler
Michael Preis
Jochem Huber
Christian Liebl
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.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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.)
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

The motor vehicle reformer system has a reformer (10) to convert hydrocarbon containing fuel (22) into a hydrogen gas-rich reformat gas (28) in a reaction temperature, and a cooling mechanism comprising a copper heat sink. The fuel comprises gasoline, diesel and/or alcohols. The cooling mechanism is arranged for the cooling of the reformat gases to a corresponding discharge temperature pertaining to the temperature requirements of a downstream acceptor. The heat sink is arranged to absorb heat energy extracted from the reformat gas and to deliver absorbed heat energy at a later time. The motor vehicle reformer system has a reformer to convert hydrocarbon containing fuel into a hydrogen gas-rich reformat gases in a reaction temperature, and a cooling mechanism comprising a copper heat sink. The fuel comprises gasoline, diesel and/or alcohols. The cooling mechanism is arranged for the cooling of the reformat gases to a corresponding discharge temperature pertaining to the temperature requirements of a downstream acceptor. The heat sink is arranged to absorb heat energy extracted from the reformat gas and to deliver back the absorbed heat energy at a later time. The heat sink; is arranged at 100[deg]C for the resistance to deformation of plastic molding parts, and/or for preventing an excessive displacement of combustion air supplied to a motor arranged downstream to the acceptor; exhibits a geometry of ribs-, lattice-, and/or tubular-structure, which maximizes the surface of the heat sink; stands in direct or indirect contact with the reformat gas; and has a thermal mass for taking up a part of a heat energy extracted from the reformat gas, and a medium, which changes its state of aggregation by the heat energy.

Description

Hintergrund der Erfindungbackground the invention

Die Erfindung betrifft ein Reformersystem mit einem Reformer zum Umsetzen eines kohlenwasserstoffhaltigen Kraftstoffes in ein wasserstoffgasreiches Reformatgas bei einer zur Umsetzung erforderlichen Reaktionstemperatur sowie einer Abkühleinrichtung zum Abkühlen des Reformatgases auf eine den Temperaturanforderungen eines nachschaltbaren Abnehmers entsprechende Abgabetemperatur. Die Erfindung kann insbesondere in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz kommen.The The invention relates to a reformer system with a reformer for reacting a hydrocarbon-containing fuel in a hydrogen-rich reformate gas at a reaction temperature required for the reaction as well a cooling device for cooling down the reformate gas to the temperature requirements of a nachschaltbaren Customer's corresponding dispensing temperature. The invention can in particular used in a motor vehicle.

Reformersysteme werden in Kraftfahrzeugen generell eingesetzt, um aus kohlenwasserstoffhaltigen Kraftstoffen ein wasserstoffreiches Synthesegas bzw. Reformatgas, bestehend aus Wasserstoff (H2), Kohlenmonoxid (CO) und Inertgas (N2, CO2, H2O) zu erzeugen. Als kohlenwasserstoffhaltige Kraftstoffe können flüssige Kraftstoffe, wie z.B. Benzin, Diesel und Alkohole oder gasförmige Kraftstoffe, wie z.B. Methan oder Erdgas verwendet werden. Je nach der neben dem Kohlenwasserstoff beteiligten Verbindung (O2, H2O, CO2) sind unterschiedliche Reformierungsverfahren, nämlich partielle Oxidation, Dampfreformierung, CO2-Reformierung und Cracken oder auch Kombinationen dieser Verfahren (z.B. Autotherme Reformierung) bekannt. Während die partielle Oxidation stark exotherm verläuft, sind alle anderen Verfahren endotherm bzw. annähern energieneutral. Zur Erhöhung der Wasserstoffausbeute kann eine sogenannte Shift-Reaktion (Wassergasgleichgewicht) nachgeschaltet sein.Reformer systems are generally used in motor vehicles to produce hydrocarbon-containing fuels, a hydrogen-rich synthesis gas or reformate gas consisting of hydrogen (H 2 ), carbon monoxide (CO) and inert gas (N 2 , CO 2 , H 2 O). As the hydrocarbonaceous fuels, liquid fuels such as gasoline, diesel and alcohols or gaseous fuels such as methane or natural gas can be used. Depending on the compound (O 2 , H 2 O, CO 2 ) involved in addition to the hydrocarbon, different reforming processes, namely partial oxidation, steam reforming, CO 2 reforming and cracking or combinations of these processes (eg autothermal reforming) are known. While the partial oxidation is highly exothermic, all other processes are endothermic or nearly energy neutral. To increase the hydrogen yield, a so-called shift reaction (water gas equilibrium) can be connected downstream.

Zahlreiche Einsatz- und Nutzungsmöglichkeiten eines Reformatgases in einem Kraftfahrzeug sind bekannt. Diese umfassen den Betrieb einer Brennstoffzelle, die Zufuhr des Reformatgases zu einem Verbrennungsmotor zur Minderung der Kaltstart-/Warmlauf- und Rohemissionen sowie die Nachbehandlung der Abgase eines Verbrennungsmotors. Damit kommen eine Brennstoffzelle, ein Verbrennungsmotor und/oder ein Abgasnachbehandlungssystem eines Kraftfahrzeugs als Abnehmer des Reformatgases und damit als dem Reformer nachschaltbare Abnehmer in Betracht.numerous Use and possible uses a reformate gas in a motor vehicle are known. These include the operation of a fuel cell, the supply of the reformate gas to an internal combustion engine to reduce cold start / warm-up and raw emissions as well as the aftertreatment of the exhaust gases of an internal combustion engine. Thus come a fuel cell, an internal combustion engine and / or an exhaust aftertreatment system of a motor vehicle as a customer the reformate gas and thus as the reformer nachschaltbare customers into consideration.

Die Temperaturen des vom Reformer erzeugten Reformatgases sind in der Regel sehr hoch, d.h. sie liegen beispielsweise zwischen 800 und 1000° C bei Nutzung eines Reformerkatalysators bzw. bei ca. 1500°C ohne Katalysator. Diese Temperaturen entsprechen oft nicht den Temperaturanforderungen eines nachgeschalteten Abnehmers. Wird beispielsweise ein Verbrennungsmotor mit Reformat betrieben, wird dieses mittels einer Sauganlage dem Verbrennungsmotor zugeführt. Herkömmliche Sauganlagen von Kfz-Motoren, welche oftmals Kunststoffteile umfassen, sind jedoch bei hohen Temperaturen in der Regel nicht formbeständig. Es ist daher erforderlich, die Temperatur des Reformatgases erheblich zu senken, bevor dieses der Sauganlage des Motors zugeführt werden kann. Weiterhin kommt es durch zu heißes Reformat zu einer unzulässig hohen Verdrängung von dem Motor zugeführter Verbrennungsluft, die zur Herabsetzung der Leistung führt.The Temperatures of the reformate produced by the reformer are in the Usually very high, i. For example, they are between 800 and 1000 ° C when used a reforming catalyst or at about 1500 ° C without catalyst. These temperatures often do not meet the temperature requirements of a downstream one Customer. For example, if an internal combustion engine is operated with reformate, this is supplied by means of a suction system to the internal combustion engine. conventional Suction systems of motor vehicle engines, which often include plastic parts, however, are not dimensionally stable at high temperatures. It is therefore necessary, the temperature of the reformate gas to considerably before it is fed to the intake system of the engine can. Furthermore, too hot reformate leads to an inadmissibly high level displacement supplied by the engine Combustion air, which leads to a reduction in performance.

Zur Kühlung des Reformats auf für die Sauganlage verträgliche Temperaturen wird nach heutigem Stand der Technik ein Wärmetauscher bzw. Wärmeübertrager verwendet, mittels dem die überschüssige Wärme des Reformats über einen Kühlkreislauf abgeführt wird. Dazu ist jedoch ein hoher apparativer Aufwand nötig. So werden neben dem Wärmetauscher Kühlwasserleitungen und -anschlüsse, eine Förderpumpe sowie eine Regelungsvorrichtung zur Regelung des Kühlkreislaufes benötigt. Damit ergibt sich eine erhebliche Komplexität des Gesamtsystems. Dies führt einerseits zu erheblichen Kosten und andererseits auch zu einem erheblichen Platzbedarfs des Reformersystems im Motorraum des Fahrzeugs.to cooling reformat for the suction system compatible Temperatures is a heat exchanger according to the current state of the art or heat exchanger used by means of which the excess heat of the Reformat over a cooling circuit dissipated becomes. However, this requires a high expenditure on equipment. So be next to the heat exchanger Cooling water pipes and connections, a delivery pump and a control device for controlling the cooling circuit needed. This results in a considerable complexity of the overall system. This leads on the one hand At a considerable cost and on the other hand, to a considerable amount of space the reformer system in the engine compartment of the vehicle.

Wird der Reformer etwa ausschließlich zur Reduzierung von Kaltstartemissionen eines Verbrennungsmotors bis zum Zeitpunkt des Anspringens eines Katalysatorsystems im Abgasnachbehandlungssystem betrieben, so sind gewöhnlich lediglich geringe Laufzeiten für das Reformersystem von maximal einer bis zwei Minuten erforderlich. Die dabei mittels eines Wärmetauschers abgeführte Wärmeenergie kann allerdings in derart kurzer Zeit gar nicht effektiv für Wärmemanagementanwendungen im Fahrzeug genutzt werden. Weiterhin stellt der Wärmetauscher eine potentielle Fehlerquelle dar, da dessen Ausfall zu einer Überhitzung des Abnehmers, wie z.B. der Sauganlage des Verbrennungsmotors führen könnte. In einem solchen Fall muss der Reformer unverzüglich abgeschaltet werden. Darüber hinaus müssen im Wärmetauscher dessen Kanäle besonders gestaltet sein, um eine gleichmäßige Wärmeübertragung an das Kühlkreislaufmedium zu erzielen und eine lokale Überhitzung bzw. Schädigung zu vermeiden. Die dazu erforderliche filigrane Geometrie der Kanäle erhöht jedoch die Gefahr von Ablagerungen (z.B. Fouling-Effekte) und die Gefahr von damit verbundenen Druckverlusten im Reformersystem.Becomes the reformer about exclusively for reducing cold start emissions of an internal combustion engine until the time the catalyst system in the exhaust aftertreatment system starts up operated, so are ordinary only low maturities for the reformer system of a maximum of one to two minutes required. The case by means of a heat exchanger dissipated Heat energy can however, not so effective for thermal management applications in such a short time be used in the vehicle. Furthermore, the heat exchanger provides a potential source of error because its failure leads to overheating of the customer, such as could lead to the intake system of the internal combustion engine. In In such a case, the reformer must be shut down immediately. About that have to go out in the heat exchanger its channels be specially designed to a uniform heat transfer to the cooling circuit medium to achieve and a local overheating or damage to avoid. However, the required filigree geometry of the channels increases the risk of deposits (such as fouling effects) and the risk associated pressure losses in the reformer system.

Zugrundeliegende Aufgabeunderlying task

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Reformersystem der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei dem eine Abkühleinrichtung kostengünstig realisiert werden kann, sowie wenig störungsanfällig ist.The invention has for its object to provide a reformer system of the type mentioned, in which a cooling device can be realized inexpensively, and little stö is prone to.

Erfindungsgemäße LösungInventive solution

Die Erfindung ist erfindungsgemäß mit einem gattungsgemäßen Reformersystem gelöst, bei dem die Abkühleinrichtung eine Wärmesenke aufweist, die darauf ausgelegt ist, die dem Reformatgas zur Abkühlung entzogene Wärmeenergie zu absorbieren und erst zu einem späteren Zeitpunkt wieder abzugeben. Als Wärmesenke wird dabei ein Medium verstanden, welches die absorbierte Wärmeenergie alternierend zwischenspeichern und/oder diskontinuierlich abgeben kann.The Invention is according to the invention with a generic reformer system solved, where the cooling device a heat sink which is designed to remove the reformate gas for cooling Thermal energy to absorb and release again at a later date. As a heat sink In this case, a medium is understood which alternately absorbs the absorbed heat energy caching and / or can deliver discontinuously.

Die Wärmesenke ist erfindungsgemäß in der Lage, eine große Energiemenge aufzunehmen und in sich zu speichern, wobei sich oftmals ihre Temperatur gar nicht oder nur unwesentlich erhöht. Die als Wärmesenke ausgeführte erfindungsgemäße Abkühleinrichtung ist im Vergleich zur im Stand der Technik verwendeten Wärmetauscherstruktur weniger komplex. Insbesondere ist in der Regel kein Zusammenwirken mehrerer Komponenten erforderlich. Das erfindungsgemäße Reformersystem ist damit wesentlich kostengünstiger und kaum störungsanfällig. Wie vorstehend erwähnt, kann als Abnehmer ein Verbrennungsmotor, eine Brennstoffzelle und/oder ein Abgasnachbehandlungssystem vorgesehen sein. Die erfindungsgemäße Abkühleinrichtung ist damit zum Abkühlen des Reformatgases auf eine den Temperaturanforderungen eines dieser vorgenannten Abnehmer entsprechende Abgabetemperatur eingerichtet.The heat sink is able according to the invention a big Amount of energy to absorb and store in itself, often with their temperature is not or only slightly increased. The as a heat sink executed Cooling device according to the invention is compared to the heat exchanger structure used in the prior art less complex. In particular, there is usually no interaction multiple components required. The reformer system according to the invention is thus much cheaper and hardly susceptible to interference. As mentioned above, can as a customer an internal combustion engine, a fuel cell and / or a Be provided exhaust after treatment system. The cooling device according to the invention is for cooling the reformate gas to the temperature requirements of one of these above-mentioned customer corresponding dispensing temperature set up.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungadvantageous Further developments of the invention

In bevorzugter Ausführungsform weist die Wärmesenke eine zur Aufnahme zumindest eines Teils der dem Reformatgas entzogenen Wärmeenergie Q = cp·m·ΔT geeignete thermische Masse

Figure 00040001
auf. Insbesondere ist die thermische Masse zur Aufnahme der gesamten dem Reformatgas entzogenen Wärmeenergie geeignet. Eine derartige zur Aufnahme einer großen Wärmeenergie geeignete thermische Masse weist entweder ein Material mit einer großen spezifischen Wärmekapazität oder einer entsprechend großen Stoffmenge auf. Die Wärmesenke gemäß dieser Ausführungsform erfordert kein Zusammenwirken mehrerer Bauteile und ist daher besonders robust, was die Störungsanfälligkeit des Reformersystems weiter verringert.In a preferred embodiment, the heat sink a for receiving at least part of the reformate withdrawn heat energy Q = c * m * p .DELTA.T suitable thermal mass
Figure 00040001
on. In particular, the thermal mass is suitable for receiving the entire heat energy withdrawn from the reformate gas. Such a thermal mass suitable for absorbing a large thermal energy either has a material with a large specific heat capacity or a correspondingly large amount of substance. The heat sink according to this embodiment does not require cooperation of several components and is therefore particularly robust, which further reduces the susceptibility to failure of the reformer system.

Zweckmäßigerweise weist die Wärmesenke ein Medium auf, das mittels der dem Reformatgas entzogenen Wärmeenergie seinen Aggregatzustand ändert. Mit anderen Worten, wird durch die Zuführung der Wärmeenergie ein Phasenübergang im Medium der Wärmesenke bewirkt. Dieser Phasenübergang kann insbesondere vom festen in den flüssigen Zustand, vom flüssigen in den gasförmigen Zustand oder vom festen in den gasförmigen Zustand erfolgen. Bei einem solchen Phasenübergang absorbiert die Wärmesenke die Wärmeenergie ohne wesentlichen gleichzeitigen Temperaturanstieg. Damit werden der Wärmesenke benachbarte Bauteile in ihrer Temperatur nicht durch Wärmeeintrag beeinflusst. Da zum Übergang zwischen zwei Phasen eines Stoffes in der Regel große Energiemengen nötig sind, ermöglicht die Wärmesenke des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine hohe Energieabsorption bei verhältnismäßig geringer Masse der Wärmesenke. Die Wärmesenke weist damit ein besonders vorteilhaftes Gewichts/Nutzenverhältnis auf. Mittels der Wärmesenke der vorliegenden Ausführungsform kann das Reformat nicht nur zusätzlich abgekühlt werden, sondern vorteilhafterweise kann auch die Austrittstemperatur des Reformats annähernd konstant gehalten werden.Conveniently, assigns the heat sink Medium on, by means of the reformed gas extracted heat energy changes its state of aggregation. In other words, the supply of heat energy becomes a phase transition in the medium of the heat sink causes. This phase transition In particular, from the solid to the liquid state, from the liquid in the gaseous Condition or from solid to gaseous state. at such a phase transition absorbs the heat sink the heat energy without significant simultaneous increase in temperature. With that the heat sink neighboring components in their temperature not by heat input affected. There to the transition between two phases of a substance usually large amounts of energy necessary, allows the heat sink of the present embodiment a high energy absorption at relatively low mass of the heat sink. The heat sink thus has a particularly advantageous weight / benefit ratio. By means of the heat sink the present embodiment Not only can the reformat be additional chilled be, but advantageously, the outlet temperature of the Reformats kept constant.

Sauganlagen von Kfz-Motoren werden in der Regel aus Kunststoffformteilen, beispielsweise Polyamid (PA)-Formteilen gefertigt. Um keine Einschränkungen bezüglich der Verwendbarkeit dieser Formteile hinnehmen zu müssen, ist es vorteilhaft, wenn die Wärmesenke zum Abkühlen des Reformatgases auf eine für die Formbeständigkeit von Kunststoffformteilen ausreichend niedrige Temperatur, und/oder eine ausreichend niedrige Temperatur, um eine übermäßige Verdrängung von einem als Abnehmer nachgeschalteten Motor zugeführter Verbrennungsluft zu verhindern, insbesondere eine Temperatur von maximal 100° C eingerichtet ist. Bei der Verwendung von Formteilen aus PA6 für die Sauganlage ist beispielsweise die Formbeständigkeit bis 180° C nach Vicat B gegeben. In diesem Fall ist es zur Sicherstellung der Formbeständigkeit der Sauganlage zweckmäßig, die Temperatur des Reformatgases vor Eintritt in die Sauganlage auf etwa 100° C zu senken.Suction Of automotive engines are usually made of plastic moldings, for example Made of polyamide (PA) molded parts. No restrictions in terms of to accept the usability of these moldings, is It is advantageous if the heat sink to cool down the reformate gas on a for the dimensional stability of plastic moldings sufficiently low temperature, and / or a sufficiently low temperature to avoid excessive displacement of one as a taker downstream motor supplied To prevent combustion air, in particular a temperature of maximum 100 ° C is set up. When using molded parts made of PA6 for the suction system for example, the dimensional stability up to 180 ° C Vicat B given. In this case, it is to ensure the dimensional stability the suction system appropriate, the Temperature of the reformate gas before entering the intake system about 100 ° C to lower.

In weiterhin zweckmäßiger Ausführungsform ist der vom Reformer umsetzbare kohlenwasserstoffhaltige Kraftstoff flüssig, und umfasst insbesondere Benzin, Diesel und/oder Alkohole. Mit anderen Worten ist der Reformer des erfindungsgemäßen Reformersystems zum Umsetzen eines derartigen flüssigen Kraftstoffes in ein wasserstoffgasreiches Reformatgas ausgelegt. Die Reformierung auf der Grundlage von Benzin oder Diesel ist besonders vorteilhaft, da in diesem Fall auf die von heutigen Kraftfahrzeugen bereits verwendeten Treibstoffe zurückgegriffen werden kann. Die zur Umsetzung von Benzin oder Diesel benötigte Reaktionstemperatur liegt etwa bei 1500° C. Mit Hilfe von Katalysatoren kann die Reaktionstemperatur jedoch auf etwa 800 bis 1000° C gesenkt werden. Die von der Wärmesenke zu absorbierende Wärmemenge kann daher im katalytischen Fall erheblich reduziert werden.In is still expedient embodiment the hydrocarbon-containing fuel that can be converted by the reformer liquid, and includes in particular gasoline, diesel and / or alcohols. With others Words is the reformer of the reformer system according to the invention for implementation such a liquid Fuel designed in a hydrogen-rich reformate gas. The reforming on the basis of gasoline or diesel is special advantageous, since in this case to that of today's motor vehicles already used fuels can be used. The for reaction of gasoline or diesel required reaction temperature is at about 1500 ° C. However, with the help of catalysts, the reaction temperature can at about 800 to 1000 ° C be lowered. The of the heat sink amount of heat to be absorbed can therefore be significantly reduced in the catalytic case.

Zweckmäßigerweise steht die Wärmesenke in direktem oder indirektem Kontakt mit dem Reformat. Bei direktem Kontakt mit dem Reformat kann eine optimale Kühlwirkung der Wärmesenke auf das Reformat sichergestellt werden. Die Kühlung des Reformats kann im Bedarfsfall aber auch über einen indirekten Kontakt mit der Wärmesenke, beispielsweise mittels eines Wärmeübertragers bewerkstelligt werden und ermöglicht dann eine besonders flexible Anpassung an die Anforderungen des Montageraums, wie etwa den Motorraum eines Fahrzeuges.Conveniently, the heat sink is in direct or indirect contact with the Reformat. In direct Contact with the reformate can optimize the cooling effect of the heat sink to ensure the reform. The cooling of the reformate can in If necessary, but also about an indirect contact with the heat sink, for example by means of a heat exchanger be accomplished and enabled then a particularly flexible adaptation to the requirements of the Mounting space, such as the engine compartment of a vehicle.

Um eine optimale Kühlleistung der Wärmesenke auch bei längerem Betrieb aufrecht zu halten, ist es vorteilhaft, wenn die Wärmesenke aus wärmeleitendem Material, insbesondere Kupfer gestaltet ist. Damit wird eine optimale Kühlung der Wärmesenke durch Wärmeabstrahlung und/oder Konvektion gegenüber der Umgebung ermöglicht. Somit wird eine Temperaturerhöhung der Wärmesenke weitgehend verhindert, wodurch wiederum sichergestellt wird, dass die Kühlwirkung der Wärmesenke gegenüber dem Reformatgas unbeeinträchtigt bleibt.Around an optimal cooling performance the heat sink even for a long time To maintain operation, it is advantageous if the heat sink made of thermally conductive Material, in particular copper is designed. This will be an optimal cooling the heat sink through heat radiation and / or convection the environment allows. Thus, a temperature increase the heat sink largely prevented, which in turn ensures that the cooling effect the heat sink compared to the Reformatgas unimpaired remains.

Eine Verbesserung der Wärmeabstrahlung und/oder Konvektion gegenüber der Umgebung wird ebenfalls erreicht, wenn die Wärmesenke eine die Oberfläche der Wärmesenke maximierende Geometrie aufweist, insbesondere in Rippen-, Gitter- und/oder Röhren-Struktur ausgebildet ist.A Improvement of heat radiation and / or Convection opposite The environment is also achieved when the heat sink is a surface of the heat sink having maximizing geometry, particularly in rib, grid and / or tube structure is trained.

Weiterhin ist es bei einem Kraftfahrzeug vorteilhaft, wenn das Reformersystem derart in einem Motorraum des Fahrzeuges angeordnet ist, dass die Wärmesenke bei Fahrt durch daran entlang strömenden Fahrtwind abgekühlt wird. Gegebenenfalls ist es weiterhin zweckmäßig, wenn der Motorraum zur Zuführung des Fahrtwindes zur Wärmesenke entsprechend eingerichtet ist. Dies kann beispielsweise mittels Luftführungselementen zum Umlenken des durch einen Kühlergrill eintretenden Fahrtwindes auf die Wärmesenke hin geschehen. Damit wird eine effiziente und unaufwendige Kühlung der Wärmesenke bei Fahrt erreicht.Farther it is advantageous in a motor vehicle when the reformer system is arranged in an engine compartment of the vehicle such that the heat sink is cooled when driving through along it flowing airstream. Optionally, it is also appropriate if the engine compartment for feed the wind to the heat sink is set up accordingly. This can be done for example by means of Air guide elements for diverting the through a grille entering wind on the heat sink done. In order to An efficient and inexpensive cooling of the heat sink is achieved while driving.

Um auch bei geringer Geschwindigkeit, wie etwa im Stadtverkehr eine ausreichende Kühlung der Wärmesenke sicherzustellen, ist es zweckmäßig, wenn das Fahrzeug weiterhin eine Kühleinrichtung zum Abkühlen der Wärmesenke, insbesondere bei einer Fahrtgeschwindigkeit des Fahrzeuges unterhalb einer Grenzgeschwindigkeit aufweist, wobei die Kühleinrichtung insbesondere ein Luftgebläse und/oder Mittel zum Zuführen von Kühlwasser zur Wärmesenke aufweist. Das Kühlwasser wird zweckmäßigerweise an der Außenseite der Wärmesenke entlanggeführt. Dazu kann vorteilhafterweise das Motorkühlwasser verwendet werden, welches bereits im Motorraum des Fahrzeugs vorhanden ist.Around even at low speed, such as in city traffic adequate cooling the heat sink it is useful if the vehicle further comprises a cooling device for cooling down the heat sink, especially at a travel speed of the vehicle below a limiting speed, wherein the cooling device in particular an air blower and / or Means for feeding of cooling water to the heat sink having. The cooling water is expediently on the outside along the heat sink. To Advantageously, the engine cooling water can be used, which already exists in the engine compartment of the vehicle.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenSummary the drawings

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Reformersystems anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:following is an embodiment of a inventive reformer system with the attached Schematic drawings explained in more detail. It shows:

1 eine Schnittansicht eines bereits im Stand der Technik bekannten Reformers, sowie 1 a sectional view of a known in the art reformer, as well as

2 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Reformersystems mit einem nachgeschalteten Fahrzeugmotor. 2 a sectional view of an embodiment of a reformer system according to the invention with a downstream vehicle engine.

Detaillierte Beschreibung eines Ausführungsbeispielsdetailed Description of an embodiment

In 1 ist ein aus dem Stand der Technik bekannter Reformer 10 schematisch dargestellt. Der Reformer 10 ist als länglicher Behälter ausgebildet, in dem sich eine Einströmzone 12, eine mit einer unterbrochenen Linie gekennzeichnete Gemischbildungszone 14, eine Reaktionszone 16, sowie eine Ausströmzone 18 in Längsrichtung aneinander anschließen. Mittels eines Injektors 20, der in Form einer Sprühdüse ausgeführt ist, wird über die Einströmzone 12 Kraftstoff 22 in die Gemischbildungszone 14 eingebracht. Gleichzeitig wird der Einströmzone 12 Luft 24 über eine nicht dargestellte Pumpe bzw. ein Gebläse zugeführt. In der Gemischbildungszone 14 wird ein homogenes Luft-/Kraftstoffgemisch gebildet. Dies kann insbesondere durch eine Verdampfung des Kraftstoffs 22 in der Gemischbildungszone 14 erfolgen. Für eine nachfolgende partielle Oxidation sollte typischerweise das Kraftstoff-/Luft-Verhältnis 0,33 betragen.In 1 is a reformer known in the art 10 shown schematically. The reformer 10 is formed as an elongated container in which an inflow zone 12 , a mixture forming zone indicated by a broken line 14 , a reaction zone 16 , as well as an outflow zone 18 connect together in the longitudinal direction. By means of an injector 20 , which is designed in the form of a spray nozzle, is via the inflow zone 12 fuel 22 in the mixture forming zone 14 brought in. At the same time the inflow zone 12 air 24 supplied via a pump or a fan, not shown. In the mixture formation zone 14 a homogeneous air / fuel mixture is formed. This can be done in particular by evaporation of the fuel 22 in the mixture formation zone 14 respectively. For a subsequent partial oxidation, the fuel / air ratio should typically be 0.33.

Das Luft-/Kraftstoffgemisch tritt daraufhin in die Reaktionszone 16 ein, in der sich ein Katalysator 26 befindet. In der Reaktionszone 16 erfolgt nun eine Umsetzung des Luft-/Kraftstoffgemischs in ein wasserstoffreiches Synthesegas, bestehend aus ca. 21% Wasserstoff (H2), 24% Kohlenmonoxid (CO) und 55% Inertgas (überwiegend N2). Das wasserstoffreiche Synthesegas wird nachfolgend als Reformatgas 28 bezeichnet. Die Umsetzung kann durch unterschiedliche Reformierungsverfahren, wie etwa partielle Oxidation, Dampfreformierung, CO2-Reformierung, Cracken oder mit Kombinationen hieraus erfolgen. Mit Hilfe des Katalysators 26 kann die für den Reformierungsprozess erforderliche Reaktionstemperatur deutlich gesenkt werden. Die Reaktionstemperatur liegt in diesem Fall bei ca. 800 bis 1000° C. Das Reformatgas 28 verlässt damit den Reformer 10 über die Ausströmzone 18 mit einer Temperatur T1 von etwa 800 bis 1000° C.The air / fuel mixture then enters the reaction zone 16 one in which there is a catalyst 26 located. In the reaction zone 16 Now, a conversion of the air / fuel mixture into a hydrogen-rich synthesis gas, consisting of about 21% hydrogen (H 2 ), 24% carbon monoxide (CO) and 55% inert gas (mainly N 2 ). The hydrogen-rich synthesis gas is hereinafter referred to as reformate gas 28 designated. The reaction can be carried out by different reforming methods, such as partial oxidation, steam reforming, CO 2 reforming, cracking or combinations thereof. With the help of the catalyst 26 The reaction temperature required for the reforming process can be significantly reduced. The reaction temperature is in this case at about 800 to 1000 ° C. The reformate gas 28 leaves the reformer 10 over the discharge zone 18 with a temperature T1 of about 800 to 1000 ° C.

In 2 ist ein erfindungsgemäßes Reformersystem 10 mit einer daran angeschlossenen Wärmesenke 30 dargestellt. Die Wärmesenke 30 schließt sich an den Reformer 10, der dem in 1 dargestellten Reformer entspricht, unmittelbar an. Sie dient zum Abkühlen des mit der Temperatur T1 aus dem Reformer 10 austretenden Reformatgases auf eine Temperatur T2. Die Wärmesenke 30 entzieht dem Reformatgas 28 dabei allein aufgrund ihrer thermischen Masse und/oder einem in einem Medium der Wärmesenke 30 erfolgenden Phasenübergang Wärmeenergie. Bei Aufnahme der Wärmeenergie durch eine thermische Masse der Wärmesenke 30 steht das Reformatgas 28 in direktem Kontakt mit der Wärmesenke 30. Bei Absorption der Wärme mittels einem Phasenübergang muss das den Phasenübergang ausführende Medium, wie etwa Wasser, in entsprechenden Strukturen, wie etwa Röhren enthalten sein, um eine Vermischung mit dem Reformatgas 28 zu verhindern. In diesem Fall steht die Wärmesenke 30 in indirektem Kontakt mit dem Reformatgas 28.In 2 is a reformer system according to the invention 10 with a connected heat sink 30 shown. The heat sink 30 joins the reformer 10 who in the 1 The reformer corresponds directly to. It serves to cool the one with the temperature T1 from the reformer 10 exiting reformate gas to a temperature T2. The heat sink 30 withdraws the reformat gas 28 solely because of their thermal mass and / or one in a medium of the heat sink 30 successive phase transition heat energy. Upon absorption of heat energy by a thermal mass of the heat sink 30 is the reformat gas 28 in direct contact with the heat sink 30 , Upon absorption of the heat by means of a phase transition, the phase transferring medium, such as water, must be contained in appropriate structures, such as tubes, for mixing with the reformate gas 28 to prevent. In this case, the heat sink is 30 in indirect contact with the reformate gas 28 ,

Im Gegensatz zu einem Wärmetauscher, bei dem die aufgenommene Wärmeenergie in einem kontinuierlichen Prozess weitergeleitet wird, gibt die Wärmesenke 30 die aufgenommene Wärmeenergie lediglich diskontinuierlich an die Umgebung ab. Das heißt, durch die Absorption einer bestimmten Wärmemenge etwa während der Warmlaufphase eines nachgeschalteten Verbrennungsmotors 32 erhöht sich die Temperatur der Wärmesenke 30 jedenfalls in dem Fall, in dem die Wärmeenergie von einer thermischen Masse absorbiert wird, um einen gewissen Temperaturbetrag. Aufgrund der sich dabei ergebenden Temperaturdifferenz zur Umgebung kühlt die Wärmesenke 30 daraufhin durch Abstrahlung der Wärme, Luftkonvektion oder Kühlung mittels einer Flüssigkeit wieder ab. Die Abkühlung erfolgt jedoch zeitversetzt zur Wärmeaufnahme und diskontinuierlich.In contrast to a heat exchanger in which the absorbed heat energy is passed on in a continuous process, the heat sink gives 30 the absorbed heat energy only discontinuously from the environment. That is, by the absorption of a certain amount of heat during the warm-up phase of a downstream internal combustion engine 32 the temperature of the heat sink increases 30 in any case, in the case where the heat energy is absorbed by a thermal mass, by a certain amount of temperature. Due to the resulting temperature difference to the environment, the heat sink cools 30 then by radiation of heat, air convection or cooling by means of a liquid again. However, the cooling takes place with a time delay for heat absorption and discontinuous.

Das Reformatgas 28 ist damit nach Durchlaufen der Wärmesenke auf eine Temperatur T2, die an die Temperaturanforderungen eines nachgeschalteten Verbrennungsmotors 32 angepasst ist, abgekühlt. Der Verbrennungsmotor 32 weist eine aus Kunststoffformteilen gefertigte Sauganlage auf. Um die Formbeständigkeit der Sauganlage sicherzustellen, darf diese nicht über einen Temperaturwert von 100° C erhitzt werden. Dazu ist die Wärmesenke 30 derart ausgelegt, dass die Austrittstemperatur T2 des Reformatgases 28 maximal 100 °C beträgt. Eine Begrenzung auf eine tiefere Temperatur als 100°C kann zur Minimierung des Verdrängungseffektes in der Ansaugluft des Motors nötig sein.The reformate gas 28 is thus after passing through the heat sink to a temperature T2, which corresponds to the temperature requirements of a downstream internal combustion engine 32 adjusted, cooled. The internal combustion engine 32 has an intake manifold made of plastic molded parts. In order to ensure the dimensional stability of the suction system, it must not be heated above a temperature of 100 ° C. This is the heat sink 30 designed such that the outlet temperature T2 of the reformate gas 28 maximum 100 ° C. Limiting to a temperature lower than 100 ° C may be necessary to minimize the displacement effect in the intake air of the engine.

1010
Reformerreformer
1212
Einströmzoneinflow zone
1414
GemischbildungszoneMixture formation zone
1616
Reaktionszonereaction zone
1818
Ausströmzonedischarge zone
2020
Injektorinjector
2222
Kraftstofffuel
2424
Luftair
2626
Katalysatorcatalyst
2828
Reformatgasreformate
3030
Wärmesenkeheat sink
3232
Verbrennungsmotorinternal combustion engine
T1T1
Temperaturtemperature
T2T2
Temperaturtemperature

Claims (8)

Reformersystem mit einem Reformer (10) zum Umsetzen eines kohlenwasserstoffhaltigen Kraftstoffes (22) in ein wasserstoffgasreiches Reformatgas (28) bei einer zur Umsetzung erforderlichen Reaktionstemperatur sowie einer Abkühleinrichtung (30) zum Abkühlen des Reformatgases (28) auf eine den Temperaturanforderungen eines nachschaltbaren Abnehmers (32) entsprechende Abgabetemperatur, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühleinrichtung (30) eine Wärmesenke (30) aufweist, die dazu eingerichtet ist, die dem Reformatgas (28) zur Abkühlung entzogene Wärmeenergie zu absorbieren und erst zu einem späteren Zeitpunkt wieder abzugeben.Reformer system with a reformer ( 10 ) for reacting a hydrocarbon-containing fuel ( 22 ) in a hydrogen-rich reformate gas ( 28 ) at a reaction temperature required for the reaction and a cooling device ( 30 ) for cooling the reformate gas ( 28 ) to a temperature requirement of a downstream customer ( 32 ) corresponding discharge temperature, characterized in that the cooling device ( 30 ) a heat sink ( 30 ), which is adapted to the reformate gas ( 28 ) absorb heat energy withdrawn for cooling and release it again at a later time. Reformersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke (30) eine zur Aufnahme zumindest eines Teils der dem Reformatgas (28) entzogenen Wärmeenergie geeignete thermische Masse aufweist.Reformer system according to claim 1, characterized in that the heat sink ( 30 ) one for receiving at least a portion of the reformate gas ( 28 ) extracted thermal energy has suitable thermal mass. Reformersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke (30) ein Medium aufweist, das mittels der dem Reformatgas (28) entzogenen Wärmeenergie seinen Aggregatzustand ändert.Reformer system according to claim 1 or 2, characterized in that the heat sink ( 30 ) has a medium which, by means of the reformate gas ( 28 ) withdrawn heat energy changes its state of aggregation. Reformersystem nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke (30) zum Abkühlen des Reformatgases (28) auf eine für die Formbeständigkeit von Kunststoffformteilen ausreichend niedrige Temperatur, und/oder eine ausreichend niedrige Temperatur, um eine übermäßige Verdrängung von einem als Abnehmer nachgeschalteten Motor zugeführter Verbrennungsluft zu verhindern, insbesondere auf eine Temperatur von maximal 100 °C eingerichtet ist.Reformer system according to one of the preceding claims, characterized in that the heat sink ( 30 ) for cooling the reformate gas ( 28 ) to a sufficiently low temperature for the dimensional stability of plastic moldings, and / or a sufficiently low temperature, in order to prevent excessive displacement of a customer downstream engine supplied combustion air, in particular to a temperature of at most 100 ° C is set up. Reformersystem nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Reformer (10) umsetzbare kohlenwasserstoffhaltige Kraftstoff (22) flüssig ist, und insbesondere Benzin, Diesel und/oder Alkohole umfasst.Reformer system according to one of the preceding claims, characterized in that the reformer ( 10 ) convertible hydrocarbon-containing fuel ( 22 ) is liquid, and in particular includes gasoline, diesel and / or alcohols. Reformersystem nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke (30) in direktem oder indirektem Kontakt mit dem Reformatgas (28) steht.Reformer system according to one of the preceding claims, characterized in that the heat sink ( 30 ) in direct or indirect contact with the reformate gas ( 28 ) stands. Reformersystem nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke (30) aus wärmeleitendem Material, insbesondere Kupfer hergestellt ist. Reformer system according to one of the preceding claims, characterized in that the heat sink ( 30 ) is made of thermally conductive material, in particular copper. Reformersystem nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke (30) eine die Oberfläche der Wärmesenke (30) maximierende Geometrie aufweist, insbesondere in Rippen-, Gitter- und/oder Röhren-Struktur ausgebildet ist.Reformer system according to one of the preceding claims, characterized in that the heat sink ( 30 ) one the surface of the heat sink ( 30 ) has maximizing geometry, in particular in rib, grid and / or tube structure is formed.
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