DE102010002276A1 - Fuel cell system with a reformer in an improved arrangement - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem (1), aufweisend wenigstens eine SOFC Brennstoffzelle in tubularer Ausführung (10), wobei wenigstens ein Reformer (11) zur Bereitstellung von für den Betrieb der Brennstoffzelle erforderlichem Reduktionsmittel (12) vorgesehen ist. Hierzu ist erfindungsgemäß der Reformer (11) in der tubularen Brennstoffzelle (10) angeordnet.The invention relates to a fuel cell system (1), comprising at least one tubular SOFC (10) SOFC fuel cell, at least one reformer (11) being provided to provide the reducing agent (12) required for operating the fuel cell. For this purpose, the reformer (11) is arranged in the tubular fuel cell (10).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, aufweisend wenigstens eine SOFC Brennstoffzelle in tubularer Ausführung, wobei wenigstens ein Reformer zur Bereitstellung von für den Betrieb der Brennstoffzelle erforderlichem Reduktionsmittel vorgesehen ist. Die Brennstoffzelle ist insbesondere durch einen tubularen Elektrolytkörper oder einem Körper aus Anoden- oder Kathodensubstrat gebildet.The present invention relates to a fuel cell system, comprising at least one SOFC fuel cell in a tubular design, wherein at least one reformer is provided for providing required for the operation of the fuel cell reducing agent. The fuel cell is in particular formed by a tubular electrolyte body or a body of anode or cathode substrate.
Stand der TechnikState of the art
Brennstoffzellensysteme der hier interessierenden Art weisen SOFC-Brennstoffzellen auf, wobei SOFC eine Brennstoffzelle mit keramischem Elektrolyt beschreibt (SOFC = Solid Oxide Fuel Cell), und wobei die Brennstoffzelle tubular ausgeführt ist, wobei die tubulare Form nicht auf einen runden Querschnitt begrenzt ist und lediglich eine längliche Erstreckung beschreibt, die sowohl am Ende geschlossen oder offen sein kann, so dass das Reduktionsmittel durch die Brennstoffzelle hindurch geleitet werden kann. Auf der Innenseite der Brennstoffzelle ist ein Anodenmaterial angeordnet, welches mit dem Reduktionsmittel in Wechselwirkung treten kann. Außenseitig, vom Anodenmaterial durch den keramischen Elektrolyt getrennt, weist die Brennstoffzelle ein Kathodenmaterial auf, welches mit Sauerstoff, vorzugsweise mit Luft umspült wird. Jede der drei Schichten (Anodenmaterial, Elektrolyt oder Kathodenmaterial) oder auch ein anderes temperaturbeständiges gasdurchlässiges Material kann als Trägermaterial ausgebildet sein und die mechanische Stabilität gewährleisten, während die anderen beiden Schichten als dünnere Schichten aufgebracht werden.Fuel cell systems of the type of interest here include SOFC fuel cells, wherein SOFC is a solid electrolyte fuel cell (SOFC), and wherein the fuel cell is tubular, with the tubular shape not limited to a circular cross section and only one describes elongated extension, which may be both closed at the end or open, so that the reducing agent can be passed through the fuel cell. On the inside of the fuel cell, an anode material is arranged, which can interact with the reducing agent. On the outside, separated from the anode material by the ceramic electrolyte, the fuel cell to a cathode material, which is washed with oxygen, preferably with air. Each of the three layers (anode material, electrolyte or cathode material) or another temperature-resistant gas-permeable material may be formed as a carrier material and ensure the mechanical stability, while the other two layers are applied as thinner layers.
Wegen Ihres Potenzials zur Senkung des CO2-Ausstoßes für die Bereitstellung von Strom und Wärme spielt die Kraft-Wärme-Kopplung eine zunehmend wichtige Rolle im Energiemarkt. Dabei sind Brennstoffzellen-Anlagen auf Basis von keramischen Zellen bekannt, die bei hoher Temperatur von 650°C bis 1.000°C betrieben werden, wobei sehr hohe elektrische Wirkungsgrade erzielt werden. Brennstoffzellensysteme bestehen aus einer oder vorzugsweise mehreren Brennstoffzellen, in denen Methan, Wasserstoff und Kohlenmonoxid mit Sauerstoff unter Entstehung von Strom und Wärme zu Kohlendioxid und Wasser reagieren. Dabei wird der Anodenseite Erdgas oder ein anderer Brennstoff wie z. B. Methanol oder Kerosin zugeführt, das durch katalytische Vorreformierung je nach Systemkonzept ganz oder teilweise zu Wasserstoff umgewandelt wird. Hierfür dient der Reformer, wobei der Reformerprozess vorzugsweise endotherm ist und folglich nur unter Energiezufuhr betrieben werden kann. Für die Reformierung, die vorzugsweise als Dampfreformierung ausgeführt ist, muss das Brenngas ggf. in der Brennstoffzellen-Anlage vor Eintritt in einen Vorreformer mit Wasserdampf gemischt werden.Cogeneration is playing an increasingly important role in the energy market because of its potential to reduce CO2 emissions for the provision of electricity and heat. In this case, fuel cell systems based on ceramic cells are known, which are operated at high temperature of 650 ° C to 1000 ° C, with very high electrical efficiencies are achieved. Fuel cell systems consist of one or preferably several fuel cells in which methane, hydrogen and carbon monoxide react with oxygen to form electricity and heat to carbon dioxide and water. In this case, the anode side of natural gas or other fuel such. As methanol or kerosene supplied, which is completely or partially converted to hydrogen by catalytic pre-reforming depending on the system concept. For this purpose, the reformer is used, wherein the reformer process is preferably endothermic and therefore can only be operated with energy. For the reforming, which is preferably carried out as steam reforming, the fuel gas may need to be mixed with water vapor in the fuel cell system before entering a pre-reformer.
Tubulare und damit röhrenförmige Brennstoffzellen mit unterschiedlich geformtem Querschnitt, vorzugweise rund oder oval, sind von planaren Brennstoffzellen zu unterscheiden, die in Form eines Stapels (Stack) montiert werden, und folglich durch eine Vielzahl von Funktionsschichten, die aufeinander gestapelt werden, gebildet sind. Die Bauform der tubularen Brennstoffzelle ist das Kriterium zur Abgrenzung zur planaren Brennstoffzelle, wobei die tubulare Form durch den Elektrolytkörper oder den Körper aus Anoden- oder Kathodensubstrat vorgegeben ist. Die tubularen Brennstoffzellen werden meist auf einem Grundkörper montiert, über den sowohl die Brenngasversorgung als auch die Abführung des Abgases vorgenommen wird.Tubular and thus tubular fuel cells of different shaped cross-section, preferably round or oval, are to be distinguished from planar fuel cells, which are mounted in the form of a stack, and thus formed by a plurality of functional layers which are stacked on each other. The design of the tubular fuel cell is the criterion for delimitation from the planar fuel cell, wherein the tubular shape is predetermined by the electrolyte body or the body of anode or cathode substrate. The tubular fuel cells are usually mounted on a base body, via which both the fuel gas supply and the discharge of the exhaust gas is made.
Ferner werden beidseitig offene tubulare Brennstoffzellen von Brennstoffzellen unterschieden, die ein geschlossenes Ende aufweisen. Das Brenngas bzw. der Wasserstoff wird bei letzterem Typ dabei über eine Lanze in die Brennstoffzelle eingespeist.Furthermore, tubular fuel cells open on both sides are distinguished from fuel cells which have a closed end. The fuel gas or hydrogen is fed in the latter type via a lance in the fuel cell.
Ein wesentlicher Schwachpunkt von Brennstoffzellensystemen bilden Dichtungen, die zwischen dem Grundkörper und der Brennstoffzelle oder beispielsweise zwischen der Lanze und dem Grundkörper erforderlich sind. Die Dichtungen trennen die Luftseite von der Brenngasseite, wobei die für die Dichtung erforderlichen Werkstoffe hochtemperaturfest sein müssen. Die Temperaturen von bis zu 1.000°C machen Glasdichtungen erforderlich, die jedoch bei sehr langen Betriebsdauern durch thermomechanische Spannungen versagen können.A major weakness of fuel cell systems are seals that are required between the main body and the fuel cell or, for example, between the lance and the main body. The seals separate the air side from the fuel gas side, with the materials required for the seal to be high temperature resistant. Temperatures of up to 1,000 ° C require glass seals, which can fail due to thermo-mechanical stresses at very long operating times.
Aus der
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Brennstoffzellensystem mit wenigstens einer tubularen SOFC-Brennstoffzelle bereitzustellen, in dem der Reformer derart vorteilhaft angeordnet ist, dass die Prozesswärme der Energiewandlung in der Brennstoffzelle zur Wärmeeinbringung in den Reformer genutzt werden kann. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vorteilhafte Temperaturverteilung in der Brennstoffzelle zu schaffen, insbesondere ein Brennstoffzellensystem zu schaffen, welches eine minimale thermische Belastung erforderlicher Dichtungen aufweist und einen minimalen Temperaturgradienten über die Zellfläche.It is therefore the object of the present invention to provide a fuel cell system with at least one tubular SOFC fuel cell, in which the reformer is arranged in such an advantageous manner that the process heat of the energy conversion in the fuel cell can be used for heat introduction into the reformer. In particular, it is the object of the present invention to provide an advantageous temperature distribution in the fuel cell, in particular to provide a fuel cell system which has a minimum thermal load required seals and a minimum temperature gradient across the cell surface.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Brennstoffzellensystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved on the basis of a fuel cell system according to the preamble of claim 1 in conjunction with the characterizing features. Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der Reformer in der tubularen Brennstoffzelle angeordnet ist.The invention includes the technical teaching that the reformer is disposed in the tubular fuel cell.
Die Erfindung geht dabei von dem Gedanken aus, den Reformer unmittelbar im heißen Bereich innerhalb der tubularen Brennstoffzelle so anzuordnen, so dass die Prozesswärme des Brennstoffzellensystems direkt auf den Reformer einwirken kann, um die endotherme Reformerreaktion zu betreiben, bzw. zu unterstützen. Die Brennstoffzelle weist eine tubulare, im Wesentlichen röhrenförmige Gestalt auf, so dass der Reformer gemäß der vorliegenden Erfindung der röhrenförmigen Gestalt der Brennstoffzelle angepasst ist, beispielsweise, dass der Reformer in Gestalt eines schlanken Zylinders ausgeführt ist. Dieser kann in der Brennstoffzelle mit Vorteil derart angeordnet werden, dass durch den Brennstoffzellenprozess entstehendes heißes Abgas den Reformer derart umströmt, dass ein Wärmeübertrag vom heißen Abgas in den Reformer erfolgen kann.The invention is based on the idea of arranging the reformer directly in the hot region within the tubular fuel cell, so that the process heat of the fuel cell system can act directly on the reformer to operate or support the endothermic reformer reaction. The fuel cell has a tubular, substantially tubular shape, so that the reformer according to the present invention is adapted to the tubular shape of the fuel cell, for example, that the reformer is designed in the shape of a slender cylinder. This can advantageously be arranged in the fuel cell such that hot exhaust gas produced by the fuel cell process flows around the reformer in such a way that heat can be transferred from the hot exhaust gas into the reformer.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Brennstoffzelle als einseitig geschlossener Körper ausgeführt sein, wobei eine Lanze vorgesehen ist, die sich durch die tubulare Zelle hindurch erstreckt und wobei der Reformer in der Lanze angeordnet ist. Die Lanze bildet ein rohrförmiges Gebilde, welches sich im Wesentlichen über der gesamten Länge durch die Brennstoffzelle hindurch erstreckt. Durch die Lanze wird das Reduktionsmittel bis vor das geschlossene Ende der Brennstoffzelle geleitet, so dass es dort aus der Lanze austritt. Nachfolgend strömt das Reduktionsmittel durch den ringförmigen Spalt zwischen der Lanze und der Brennstoffzelle wieder zurück. Dabei umspült das Reduktionsmittel eine innenseitig in der Brennstoffzelle angeordnete Anode, wobei zugleich eine außenseitig auf der Brennstoffzelle angeordnete Kathode mit Luft umspült wird. Das Reduktionsmittel beschreibt vorliegend ein Gemisch u. a. aus Methan, Wasserstoff und Kohlenmonoxid, das durch den Brennstoffzellenprozess zumindest teilweise in Wasser und Kohlendioxid umgewandelt wird, welches als heißes Abgas die Brennstoffzelle wieder verlässt. Da das heiße Abgas die Lanze über weite Bereiche mantelförmig umströmt, kann die Wärme aus dem heißen Abgas den Reformer heizen. Durch die Anordnung im Inneren der Zelle wird außerdem Wärme durch Strahlung von der Brennstoffzelle auf den Reformer übertragen.According to an advantageous embodiment of the present invention, the fuel cell can be designed as a closed-end body, wherein a lance is provided, which extends through the tubular cell and wherein the reformer is arranged in the lance. The lance forms a tubular structure which extends through substantially the entire length through the fuel cell. Through the lance, the reducing agent is passed to the closed end of the fuel cell, so that it emerges from the lance. Subsequently, the reducing agent flows back through the annular gap between the lance and the fuel cell. In this case, the reducing agent flows around an anode arranged inside the fuel cell, wherein at the same time air is flushed around a cathode arranged on the outside of the fuel cell. The reducing agent in this case describes a mixture u. a. from methane, hydrogen and carbon monoxide, which is at least partially converted by the fuel cell process into water and carbon dioxide, which leaves the fuel cell as a hot exhaust gas again. Since the hot exhaust gas flows around the lance over wide areas like a shell, the heat from the hot exhaust gas can heat the reformer. The arrangement inside the cell also transfers heat by radiation from the fuel cell to the reformer.
Ferner ergibt sich eine weitere mögliche Ausführungsform. Das Gas kann umgekehrt strömen, also an der Anode vorbei und durch die Lanze wieder zurück. In diesem Fall wird der Reformer zwischen Brennstoffzellen-Tubus und Lanze angeordnet. Der Wärmeübergang findet aus der Lanze heraus zum Reformer statt, ggf. über Rippen, die mit der Lanze verbunden sind und mit Reformerkatalysator beschichtet oder von Reformerkatalysator umgeben. Auch dadurch kann das zum Grundkörper zurückströmende Gas abgekühlt werden.Furthermore, there is another possible embodiment. The gas can flow in reverse, past the anode and back through the lance. In this case, the reformer is placed between fuel cell tube and lance. The heat transfer takes place from the lance to the reformer, possibly via ribs which are connected to the lance and coated with reforming catalyst or surrounded by reforming catalyst. This also allows the gas flowing back to the main body to be cooled.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist ein Grundkörper vorgesehen, auf dem die wenigstens eine vorzugsweise geschlossen ausgeführte Brennstoffzelle mit der innen liegenden Lanze angeordnet ist, wobei der Reformer im an den Grundkörper angrenzenden Bereich der Lanze angeordnet ist. Die Lanze ist dabei derart ausgeführt, dass eine Wärmeübertragung durch die Wandung der Lanze ermöglicht ist. Wenn das Reduktionsmittel und das aus dem Brennstoffzellenprozess gebildete Abgas die Lanze mantelförmig umströmt, so weist die Brennstoffzelle etwa im Bereich der mechanischen Aufnahme auf dem Grundkörper die höchsten Temperaturen auf. Wird in diesem Bereich der Reformer angeordnet, so entsteht eine kühlende Wirkung durch die endotherme Reformerreaktion im Reformer, so dass eine gleichmäßige Temperaturverteilung und folglich eine geringere thermische Belastung der Dichtungen zwischen der Brennstoffzelle und dem Grundkörper und zwischen der Lanze und dem Grundkörper ermöglicht wird. Damit kann die Gebrauchsdauer einer Brennstoffzelle wesentlich erhöht werden, wenn die Dichtungen, beispielsweise Dichtungen aus einem Glaslot, geringeren thermischen Belastungen ausgesetzt sind.According to a further advantageous embodiment, a base body is provided, on which the at least one preferably closed fuel cell is arranged with the inner lance, wherein the reformer is arranged in the region of the lance adjacent to the base body. The lance is designed such that a heat transfer through the wall of the lance is possible. When the reducing agent and the exhaust gas formed from the fuel cell process flows around the lance in the manner of a jacket, the fuel cell has the highest temperatures, for example in the region of the mechanical intake on the main body. If the reformer is arranged in this region, a cooling effect is created by the endothermic reformer reaction in the reformer, so that a uniform temperature distribution and consequently a lower thermal load on the seals between the fuel cell and the base body and between the lance and the base body is made possible. Thus, the service life of a fuel cell can be substantially increased if the seals, For example, seals are exposed from a glass solder, lower thermal loads.
Auf vorteilhafte Weise kann eine Wärmeübertragung zwischen dem an der Anode vorbei geführten Reduktionsmittel bzw. dem daraus entstehenden Abgas und dem Reformer erfolgen. Die Wärmeübertragung umfasst dabei einen Übergang von Wärme von der Außenseite zur Innenseite der vorzugsweise rohrförmigen Lanze, so dass insbesondere Wärme vom Reduktionsmittel bzw. vom Abgas auf bzw. in den Reformer übertragbar ist. Die Lanze kann aus einem gut wärmeleitenden Material hergestellt sein, beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff. Die Lanze muss dabei den hohen Betriebstemperaturen der Brennstoffzelle Stand halten können, wobei zur Herstellung der Lanze auch Keramikwerkstoffe Verwendung finden können, die gute Wärmeleitungseigenschaften aufweisen. Ferner kann die Wandung der Lanze sehr dünn ausgeführt werden, um den Wärmeeintrag vom Reduktionsmittel bzw. vom Abgas in den Reformer weiter zu verbessern.Advantageously, a heat transfer between the guided past the anode reducing agent or the resulting exhaust gas and the reformer can be done. The heat transfer in this case comprises a transition of heat from the outside to the inside of the preferably tubular lance, so that in particular heat from the reducing agent or from the exhaust gas can be transferred to or into the reformer. The lance can be made of a good heat-conducting material, for example of a metallic material. The lance must be able to withstand the high operating temperatures of the fuel cell, wherein for the production of the lance and ceramic materials can be used, which have good thermal conductivity properties. Furthermore, the wall of the lance can be made very thin, to further improve the heat input from the reducing agent or from the exhaust gas into the reformer.
Auf der Innenseite der Brennstoffzelle kann eine Anode und auf der Außenseite der Brennstoffzelle eine Kathode aufgebracht sein, wobei das an der Anode vorbei geführte Reduktionsmittel bzw. das Abgas den Reformer mantelförmig umströmt und vorzugsweise in einen Auslasskanal im Grundkörper mündet. Der Reformer kann folglich angrenzend an den Auslasskanal angeordnet sein, so dass insbesondere die Dichtung zwischen der Lanze und dem Grundkörper und ferner die Dichtung zwischen der Brennstoffzelle und dem Grundkörper niedrigeren Temperaturen ausgesetzt sind, da im Reformer eine endotherme Reaktion abläuft, so dass eine Kühlwirkung entsteht. Der Auslasskanal kann angrenzend an den Versorgungskanal im Grundkörper angeordnet sein, so dass durch den Versorgungskanal das Reduktionsmittel der Brennstoffzelle zugeführt wird, wobei durch den Auslasskanal das aus der Brennstoffzelle abgeleitete Abgas abgeführt werden kann. Sind der Auslasskanal und der Versorgungskanal im Grundkörper benachbart zueinander angeordnet, so dass die beiden Kanäle beispielsweise lediglich durch eine Wandung getrennt sind, so kann Wärme vom Auslasskanal in den Versorgungskanal übergehen. Damit erfolgt ein Wärmeübergang durch die Wandung im Grundkörper vom Abgas, das den Auslasskanal durchströmt, auf das Brenngas, welches beispielsweise Methan oder Methanol sein kann und dem Reformer zugeführt wird. Die Wandung kann zur Verbesserung des Wärmeübergangs nach Art einer Wärmetauscherwandung beispielsweise mit vergrößerter Wärmeübergangsfläche ausgeführt sein. Folglich kann mit Vorteil auch die Wandung der Lanze nach Art einer Wärmetauscherwandung ausgeführt sein. Weiterführend können der Auslasskanal und der Versorgungskanal jeweils als Fluidleitungsgebilde, beispielsweise in Form von mäanderförmigen oder zeilenförmigen Kühlschlangen, angrenzend aneinander angeordnet sein, um den Wärmeübertrag vom Abgas an das Brenngas weiter zu optimieren.On the inside of the fuel cell, an anode and on the outside of the fuel cell, a cathode may be applied, wherein the guided past the anode reducing agent or the exhaust gas flows around the reformer jacket and preferably opens into an outlet channel in the body. The reformer can thus be arranged adjacent to the outlet channel, so that in particular the seal between the lance and the base body and also the seal between the fuel cell and the base body are exposed to lower temperatures, as in the reformer runs an endothermic reaction, so that a cooling effect , The outlet channel can be arranged adjacent to the supply channel in the base body, so that the reducing agent is supplied to the fuel cell through the supply channel, wherein the exhaust gas derived from the fuel cell can be discharged through the outlet channel. If the outlet channel and the supply channel are arranged adjacent to each other in the base body, so that the two channels are separated, for example, only by one wall, then heat can pass from the outlet channel into the supply channel. Thus, a heat transfer through the wall in the body of the exhaust gas, which flows through the exhaust passage, to the fuel gas, which may be, for example, methane or methanol and the reformer is supplied. The wall can be designed to improve the heat transfer in the manner of a heat exchanger wall, for example, with an enlarged heat transfer surface. Consequently, with advantage, the wall of the lance can be designed in the manner of a heat exchanger wall. In addition, the outlet channel and the supply channel can each be arranged adjacent to each other as fluid line formations, for example in the form of meandering or line-shaped cooling coils, in order to further optimize the heat transfer from the exhaust gas to the fuel gas.
Nach einem noch weiteren Vorteil kann der Reformer mit einer bereichsweise unterschiedlichen Reformeraktivität ausgebildet sein, die in Durchströmrichtung des Brenngases graduell angepasst ist, vorzugsweise derart, dass die Reformeraktivität von der Anströmseite des Reformers zur Abströmseite ansteigt. Damit kann trotz veränderlicher Gaszusammensetzung eine gleichmäßige Reformierung über den Bereich erzeugt werden, über den sich der länglich ausgeführte und vorzugsweise in der Lanze angeordnete Reformer erstreckt.According to yet another advantage, the reformer may be formed with a region-wise different reforming activity, which is gradually adjusted in the flow direction of the fuel gas, preferably such that the reformer activity increases from the upstream side of the reformer to the downstream side. Thus, despite varying gas composition, uniform reforming can be produced over the area over which the elongate reformer, preferably arranged in the lance, extends.
Wird im Vorreformer das Brenngas nicht vollständig zu Wasserstoff und Kohlenmonoxid umgesetzt, gelangt z. B. Methan auf die Anode der Brennstoffzelle und wird hier reformiert, was als interne Reformierung bezeichnet wird. Im Gegensatz zur exothermen elektrochemischen Reaktion der Brennstoffzelle, die über die gesamte Zellfläche verteilt stattfindet, findet die endotherme interne Reformierung im Wesentlichen in der Nähe der Anströmseite der Anode statt Dadurch wird die Brennstoffzelle an der Anströmseite der Anode kälter als an der Abströmseite der Anode. Durch die gezielte graduelle Ausbildung der Reformeraktivität kann in einem weiteren Vorteil dafür gesorgt werden, dass sich über die gesamte Länge der Brennstoffzelle eine konstante Temperatur einstellt. Dies führt zu einer gleichmäßigeren Verteilung der elektrochemischen Reaktion über die Zelle und damit zu einer besseren Ausnutzung der Fläche sowie zu einer geringeren Belastung mit thermomechanischen Spannungen. Da die interne Reformierung auf der Anode dort am stärksten ist, wo das Gas auf die Anode trifft, kann es hierfür sinnvoll sein, die Reformeraktivität von der Antrömseite des Reformers zu seiner Abströmseite hin abnehmen zu lassen.If the fuel gas is not completely converted to hydrogen and carbon monoxide in the pre-reformer, z. As methane on the anode of the fuel cell and is reformed here, which is referred to as internal reforming. In contrast to the exothermic electrochemical reaction of the fuel cell, which takes place distributed over the entire cell surface, the endothermic internal reforming takes place substantially in the vicinity of the upstream side of the anode. As a result, the fuel cell becomes colder on the upstream side of the anode than on the downstream side of the anode. The targeted gradual formation of the reformer activity can be provided in a further advantage that sets a constant temperature over the entire length of the fuel cell. This leads to a more uniform distribution of the electrochemical reaction across the cell and thus to a better utilization of the surface and to a lower load with thermo-mechanical stresses. Since the internal reforming on the anode is the strongest where the gas strikes the anode, it may be useful to decrease the reformer activity from the upstream side of the reformer to its downstream side.
Bevorzugtes Ausführungsbeispiel der ErfindungPreferred embodiment of the invention
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand einer einzigen Figur näher dargestellt. Es zeigt:
Die Figur eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Brennstoffzellensystems mit den Merkmalen der vorliegenden Erfindung.Further, measures improving the invention will be described in more detail below together with the description of a preferred embodiment of the invention with reference to a single figure. It shows:
The figure is a schematic representation of an embodiment of a fuel cell system with the features of the present invention.
Die Figur zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Brennstoffzellensystems
Der Elektrolytkörper
Die gezeigte Brennstoffzelle ist lediglich beispielhaft mit einem endseitig geschlossenen Elektrolytkörper
Erfindungsgemäß ist ein Reformer
Der Versorgungskanal
Die vorliegende Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktive Einzelheiten, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich, als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein. Insbesondere kann ein Brennstoffzellensystem
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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