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WO2020102837A1 - Verfahren zum aufheizen eines brennstoffzellensystems sowie brennstoffzellensystem - Google Patents

Verfahren zum aufheizen eines brennstoffzellensystems sowie brennstoffzellensystem

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Publication number
WO2020102837A1
WO2020102837A1 PCT/AT2019/060391 AT2019060391W WO2020102837A1 WO 2020102837 A1 WO2020102837 A1 WO 2020102837A1 AT 2019060391 W AT2019060391 W AT 2019060391W WO 2020102837 A1 WO2020102837 A1 WO 2020102837A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
reformer
water vapor
fuel cell
fuel
cell system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/AT2019/060391
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English (en)
French (fr)
Inventor
Nikolaus BSC DI SOUKUP
Martin DI Dr. HAUTH
Michael DI SEIDL
Stefan MSC WEISSENSTEINER
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.)
AVL List GmbH
Original Assignee
AVL List GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by AVL List GmbH filed Critical AVL List GmbH
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Priority to CN201980067178.9A priority patent/CN112840490B/zh
Priority to US17/295,061 priority patent/US12218390B2/en
Priority to BR112021008319-7A priority patent/BR112021008319A2/pt
Priority to DE112019005780.4T priority patent/DE112019005780A5/de
Publication of WO2020102837A1 publication Critical patent/WO2020102837A1/de
Priority to ZA2021/01958A priority patent/ZA202101958B/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a method for heating a fuel cell system, in particular an SOFC system, and an associated fuel cell system.
  • a SOFC system Before a SOFC system can be operated at full power, it must be brought to operating temperature. This takes place as part of a heating or starting operation of the SOFC system.
  • Known SOFC systems have at least one fuel cell stack with an anode section and a cathode section and a reformer upstream of the at least one fuel cell stack.
  • the reformer for steam reforming is equipped with a nickel-based catalyst or the reformer is designed in the form of a nickel reformer.
  • a flushing gas or protective gas flows around the nickel-based catalyst of known systems. This means that a correspondingly reducing environment is created on the nickel-based catalyst during the heating operation.
  • oxygen-containing gas can also be added to the carbon-containing gas.
  • the carbon of the carbon-containing gas can be oxidized and transported out of the reformer in the form of carbon dioxide. That is, by supplying an oxygen-containing gas during the heating operation, carbon of the carbon-containing gas can be bound. Carbon deposits can be avoided accordingly.
  • the object of the present invention is to at least partially take into account the problems described above.
  • a method for heating a fuel cell system comprising at least one fuel cell stack with an anode section and a cathode section and a reformer upstream of the anode section for steam reforming using a fuel, the reformer comprising a nickel-based catalyst being available posed.
  • the process has the following steps:
  • the water vapor supplies the nickel-based catalyst with oxygen during the heating process.
  • the oxygen in the water vapor is provided in a chemically bonded manner. This can prevent the oxygen from connecting immediately with reduced nickel.
  • the oxygen bound in the water vapor is suitable for bind the resulting carbon and avoid corresponding deposits and the remaining hydrogen ensures that nickel remains reduced and does not oxidize.
  • the water vapor is supplied with a predefined water vapor / carbon ratio, the water content being able to be selected somewhat higher than for an equilibrium state in order to create a certain level of security.
  • the present invention preferably relates to a method for heating an SOFC system, in particular a stationary SOFC system.
  • the process is preferably operated with a nickel-based catalyst with about 30-70, preferably about 50 percent by weight of nickel. That is, the nickel-based catalyst is a catalyst that has a corresponding nickel content.
  • the heating process can be understood to mean a process for heating the fuel cell system, in particular as part of a starting process of the fuel cell system.
  • the heating process is preferably carried out until the reformer is heated to a predefinable operating temperature, for example in a range between 400 ° C. and 600 ° C., in particular in a range between 500 ° C. and 550 ° C.
  • the oxidation of nickel would occur in the reformer in the presence of oxygen. This is not desirable.
  • the oxidized nickel would have to be reduced again during operation of the fuel cell system so that steam reforming can lead to an equilibrium composition. This means that the entire catalyst would have to be reduced again. This can take a long time and the structure of the catalyst can be damaged.
  • the reformer or the nickel-based catalyst of the reformer is acted upon according to the invention with the carbon-containing fluid, by means of which oxygen on the catalyst can be displaced.
  • the fuel is to be understood in particular as a hydrocarbon-containing fuel.
  • the heating device can have a plurality of heating means at different points in the fuel cell system.
  • the carbon-containing fluid and the water vapor are passed through a fluid delivery device through the nickel-based catalyst of the reformer headed.
  • the fluid delivery device can have a pump and / or a blower for delivering or directing a liquid and / or gaseous fluid.
  • the water vapor is passed through the nickel-based catalyst from a predefined threshold temperature in the fuel cell system.
  • the threshold temperature is preferably predefined as a function of the environment of the fuel cell system or from environmental parameters and / or operating states of the fuel cell system. The aim is that the water vapor remains as gaseous as possible in order to avoid water deposits.
  • the threshold temperature can accordingly be set to a value of at least 100 ° C.
  • the threshold temperature is preferably predefined to a value between approximately 100 ° C. and approximately 110 ° C.
  • the temperature should not be chosen too high.
  • small water deposits can be accepted, since the fuel cell system can evaporate locally during the heating process without causing damage.
  • the fuel in particular methane, natural gas or LPG, is used as the carbon-containing fluid. That is, the same fuel as in later normal operation, that is, an operation in which electricity is generated by the fuel cell system, of the fuel cell system is used.
  • the fuel cell system can be operated efficiently by using the same fuel for starting operation and normal operation. There is no need for separate and / or additional fuel stores and / or fuel sources. In order to dispense with an evaporation step, only gaseous fuel is preferably used.
  • the fuel with a fuel quantity between 5% and 20% of the fuel quantity used during steam reforming during normal operation of the fuel cell system as the carbon-containing fluid during the heating process is used.
  • This means that the amount of fuel used is kept relatively low compared to normal operation. This can prevent the at least one fuel cell stack downstream of the reformer from being cooled by the endothermic reforming and the heating process being braked accordingly.
  • the heating device can have a heat exchanger on the reformer and an afterburner for burning cathode exhaust gas and / or anode exhaust gas from the at least one fuel cell stack, with a hot side of the heat exchanger downstream of the afterburner for heating the reformer during the heating process Afterburner exhaust gas is supplied.
  • the reformer can be heated particularly efficiently using the afterburner exhaust gas.
  • the afterburner is arranged downstream of the at least one fuel cell stack and is in fluid communication with a fluid outlet of the anode section and a fluid outlet of the cathode section.
  • the water vapor and the carbon-containing fluid in the form of fuel as a fuel / water vapor mixture can be passed to the reformer via an anode gas supply line upstream of the reformer. That is, the water vapor and the fuel are provided upstream of the reformer, in particular upstream of a fluid delivery device also arranged upstream of the reformer, and are passed from there through the anode gas feed line in the direction of the reformer.
  • a particularly space-saving and weight-reduced process fluid line system can be provided for the fuel cell system.
  • the anode gas supply line is to be understood as a fluid line through which fuel to be reformed or a fuel mixture to be reformed during normal operation of the fuel cell system is directed to the reformer.
  • the anode gas supply line is configured upstream of the optional fluid delivery device, downstream of the fluid delivery device and correspondingly upstream of the reformer.
  • a fluid delivery device as described above in a method upstream of the reformer in the anode gas supply line, can be used to deliver the fuel to the reformer and in addition to the anode gas supply line, a water vapor supply line for supplying water vapor to the anode gas supply line can be configured, the water vapor being passed through the water vapor supply line during the heating process and introduced into the anode gas supply line downstream of the fluid delivery device and mixed with the fuel. Because the water vapor is only fed via the separate water vapor feed line downstream of the fluid delivery device of the anode gas feed line, the fluid delivery device only has to be designed to transport or deliver the preferably gaseous fuel, as a result of which costs can be saved at this point.
  • a suitable additional fluid delivery device can be provided in the water vapor supply line for conveying the water vapor.
  • the further fluid delivery device only has to be activated during the starting operation or heating process, as a result of which the durability of the further fluid delivery device, which is relatively long with respect to the service life of the fuel cell system, can be achieved.
  • a fluid delivery device for delivering the fuel to the reformer in the anode gas feed line and, in addition to the anode gas feed line, a water vapor feed line for feeding water vapor into the anode gas feed line, the water vapor being formed during the heating process the water vapor supply line is routed and introduced into the anode gas supply line upstream of the fluid delivery device and is mixed with the fuel.
  • a fluid delivery device for delivering the fuel to the reformer and, in addition to the anode gas supply line, a water vapor supply line for supplying water vapor into the anode gas supply line can be configured, in the water vapor supply line a hot side of an exhaust gas heat exchanger is configured and the water vapor is passed through the water vapor supply line and the hot side of the exhaust gas heat exchanger during the heating process, is introduced into the anode gas supply line downstream or upstream of the fluid delivery device and is mixed with the fuel. This allows the water vapor to be preheated in an efficient manner during the heating process.
  • the exhaust gas heat exchanger or the hot side of the exhaust gas heat exchanger can be provided downstream of a hot side of a reformer heat exchanger or the heat exchanger on the reformer.
  • the exhaust gas heat exchanger can also be provided downstream of a hot side of a cathode gas heat exchanger which is arranged downstream of the afterburner, in particular in a cathode gas supply line. That is, the exhaust gas heat exchanger is a heat exchanger that is used or required in any case in the fuel cell system.
  • a fuel cell system that is configured to carry out a method as described above.
  • the fuel cell system has at least one fuel cell stack with an anode section and a cathode section and a reformer upstream of the anode section for steam reforming of a fuel, the reformer comprising a nickel-based catalyst.
  • a fuel cell system according to the invention thus has the same advantages as have been described in detail with reference to the method according to the invention. As already described above, the
  • Heating device have a heat exchanger on the reformer and an afterburner for burning cathode exhaust gas and / or anode exhaust gas from the at least one fuel cell stack.
  • a fluid delivery device for delivering the fuel to the reformer can be arranged upstream of the reformer in the anode gas feed line.
  • a water vapor supply line can be used to supply water vapor into the
  • Anode gas supply line can be configured.
  • a hot side of an exhaust gas heat exchanger can be configured in the water vapor supply line, the exhaust gas heat exchanger downstream of a hot side of one Cathode gas heat exchanger, which is arranged downstream of the afterburner, in particular in a cathode gas supply line, can be provided.
  • FIG. 1 shows a block diagram for explaining a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows a block diagram for explaining a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 3 shows a block diagram for explaining a fuel cell system according to a third embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a block diagram for explaining a fuel cell system according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 shows a curve diagram for explaining a method according to the invention for heating a fuel cell system.
  • the fuel cell system 1 a schematically shows a fuel cell system 1 a according to a first embodiment.
  • the fuel cell system 1 a has a fuel cell stack 2 with an anode section 3 and a cathode section 4 and a reformer 5 upstream of the anode section 3 for steam reforming of a fuel.
  • the reformer 5 comprises a nickel-based catalyst.
  • a fleece device 6 is provided for tempering the fuel cell system 1 a.
  • the pickling device 6 comprises one Heat exchanger on the reformer 5, an afterburner 7 for burning cathode exhaust gas and / or anode exhaust gas from the fuel cell stack 2 and a cathode gas heat exchanger 12 in a cathode gas supply line 13.
  • further heating elements and functional components can be assigned to the heating device 6, but these are not described further here .
  • the cathode gas supply line 12 is provided for supplying cathode supply gas to the cathode section 4.
  • Cathode supply gas can in particular be understood to mean air or another oxygen-containing fluid.
  • An anode gas supply line 8 is configured upstream of the anode section 3.
  • Anode gas or a process fluid for the anode section can be directed in the direction of the reformer and / or the anode section through the anode gas supply line. That is, not only gas but also another process fluid for the anode section can be passed through the anode gas supply line.
  • the afterburner 7 is arranged downstream of the fuel cell stack 2 and upstream of a hot side of the cathode heat exchanger 12.
  • a fluid delivery device 9 for delivering the fuel to the reformer 5 is configured in the anode gas supply line 8 upstream of the reformer 5.
  • the fuel cell system 1 a further has a recirculation path 14, through which fuel cell exhaust gas, in particular anode exhaust gas from the anode section 3, downstream of the fuel cell stack 2 can be reused or fed back to the anode section.
  • FIG. 2 shows a fuel cell system 1 b according to a second embodiment.
  • the fuel cell system 1 b shown in FIG. 2 essentially corresponds to the fuel cell system 1 a shown in FIG. 1, wherein in addition to the anode gas supply line 8, a water vapor supply line 10 for supplying water vapor downstream of the fluid delivery device 9 into the anode gas supply line 8 is configured.
  • FIG. 3 shows a fuel cell system 1 c according to a third embodiment.
  • the fuel cell system 1 b shown in FIG. 3 essentially corresponds to the fuel cell system 1 a shown in FIG. 1, wherein in addition to the anode gas supply line 8, a water vapor supply line 10 for supplying Water vapor is configured upstream of the fluid delivery device 9 into the anode gas supply line 8.
  • FIG. 4 shows a fuel cell system 1 d according to a fourth embodiment.
  • the fuel cell system 1 b shown in FIG. 4 essentially corresponds to the fuel cell system 1 a shown in FIG. 1, wherein in addition to the anode gas feed line 8, a water vapor feed line 10 for feeding water vapor into the anode gas feed line 8 and in the water vapor feed line 10 a hot side of an exhaust gas heat exchanger 11 is configured are.
  • the water vapor can be passed through the water vapor supply line 10 and the hot side of the exhaust gas heat exchanger 11 during the heating process, then introduced into the anode gas supply line 8 and mixed with the fuel.
  • a method for heating a fuel cell system 1 d as shown in FIG. 4 according to a preferred embodiment is subsequently described with reference to FIG. 5.
  • Flierzu is first initiated by the heating device 6, the heating process for heating the fuel cell system 1 d. From a temperature T1 of approx. 50 ° C., belonging to a point in time Z1, methane with a fuel quantity of approx. 10% of the fuel quantity used during normal reforming of the fuel cell system 1 d is supplied to the reformer 5 through the anode gas supply line 8. As soon as a threshold temperature T2 of over 100 ° C.
  • the reformer s or the nickel-based catalyst located therein is supplied with steam via the steam supply line 10, the hot side of the exhaust gas heat exchanger 11 and then the anode gas supply line 8.
  • the heating operation is ended.
  • the fuel cell system 1d is shut down.
  • the electrical consumer (not shown) of the fuel cell system 1 d is first switched off, as a result of which the current approaches zero. Then it will Fuel cell system 1 d cooled with air.
  • the fuel supply can, for example, be reduced to approximately 10% of the nominal output.
  • water can be introduced without carbon according to equilibrium conditions.
  • the air is then regulated to the lowest possible temperature in the afterburner 7, at which a complete oxidation of a reformate gas is still possible. This cools the fuel cell system 1 d.
  • a recirculation of the fuel cell exhaust gas which is carried out during the switch-off process, is stopped and the recirculation path 14 is flushed with fuel gas in order to get water and carbon monoxide from the fuel cell system and to oxidize.
  • This also prevents or at least minimizes the formation of nickel oxide and the condensation of water vapor in the reformer 5.
  • the afterburner 7 is then deactivated and the fuel cell system 1 d is actively cooled with air or, of course, cooled. As a result, the reformer can be prevented from being damaged and the necessary reduction in the catalyst can be eliminated or shortened the next time the fuel cell system 1d is started up.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufheizen eines Brennstoffzellensystems (1a; 1b; 1c; 1d), aufweisend wenigstens einen Brennstoffzellenstapel (2) mit einem Anodenabschnitt (3) und einem Kathodenabschnitt (4) sowie einen Reformer (5) stromaufwärts des Anodenabschnitts (3) zur Dampfreformierung unter Verwendung eines Brennstoffes, wobei der Reformer (5) einen Nickel-basierten Katalysator umfasst, aufweisend die Schritte: Starten eines Aufheizvorgangs zum Aufheizen des Brennstoffzellensystems (1a; 1b; 1c; 1d) mit einer Heizvorrichtung (6) und Leiten eines kohlenstoffhaltigen Fluids sowie Leiten von Wasserdampf durch den Nickel-basierten Katalysator des Reformers (5) während des Aufheizvorgangs. Ferner betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem (1a; 1b; 1c; 1d), das zum Ausführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens konfiguriert ist.

Description

Verfahren zum Aufheizen eines Brennstoffzellensystems sowie
Brennstoffzellensystem
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufheizen eines Brennstoffzellensystems, insbesondere eines SOFC-Systems sowie ein zugehöriges Brennstoffzellensystem.
Bevor ein SOFC-System mit voller Leistung betrieben werden kann, muss es auf Betriebstemperatur gebracht werden. Dies findet im Rahmen eines Aufheiz- bzw. Startbetriebs des SOFC-Systems statt. Bekannte SOFC-Systeme weisen wenigstens einen Brennstoffzellenstapel mit einem Anodenabschnitt und einem Kathodenabschnitt sowie einen Reformer stromaufwärts des wenigstens einen Brennstoffzellenstapels auf. Ferner ist es bekannt, dass der Reformer für eine Dampfreformierung mit einem Nickel-basierten Katalysator ausgestattet ist bzw. der Reformer in Form eines Nickelreformers ausgestaltet ist. Um zu verhindern, dass der Nickel während des Aufheizbetriebs aufoxidiert, wird der Nickel-basierte Katalysator bekannter Systeme mit einem Spülgas bzw. Schutzgas, beispielsweise in Form eines kohlenstoffhaltigen Gases, umströmt. D.h., am Nickel-basierten Katalysator wird während des Aufheizbetriebs eine entsprechend reduzierende Umgebung geschaffen. Um Kohlenstoffablagerungen zu vermeiden, kann dem kohlenstoffhaltigen Gas zusätzlich sauerstoffhaltiges Gas zugeführt werden. Dadurch kann der Kohlenstoff des kohlenstoffhaltigen Gases oxidiert und in Form von Kohlendioxid aus dem Reformer transportiert werden. D.h., durch das Zuführen eines sauerstoffhaltigen Gases während des Aufheizbetriebs kann Kohlenstoff des kohlenstoffhaltigen Gases gebunden werden. Kohlenstoffablagerungen können entsprechend vermieden werden.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei der Verwendung von Nickel-basierten Katalysatoren zusätzliche Maßnahmen erforderlich sind, um Nickel während des Aufheizbetriebs reduziert zu halten und nicht aufoxidieren zu lassen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, der voranstehend beschriebenen Problematik zumindest teilweise Rechnung zu tragen. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Aufheizen eines Brennstoffzellensystems mit Nickel-basiertem Katalysator im Reformer zur Verfügung zu stellen, durch welches während eines Aufheizbetriebs des Brennstoffzellensystems Nickel im System auf einfache Weise reduziert bleibt und nicht aufoxidiert. Ferner ist es eine Aufgabe, ein entsprechend konfiguriertes Brennstoffzellensystem zur Durchführung eines solchen Verfahrens zur Verfügung zu stellen.
Die voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Insbesondere wird die voranstehende Aufgabe durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie das Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 10 gelöst. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Aufheizen eines Brennstoffzellensystems, aufweisend wenigstens einen Brennstoffzellenstapel mit einem Anodenabschnitt und einem Kathodenabschnitt sowie einen Reformer stromaufwärts des Anodenabschnitts zur Dampfreformierung unter Verwendung eines Brennstoffes, wobei der Reformer einen Nickel-basierten Katalysator umfasst, zur Verfügung gestellt. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
Starten eines Aufheizvorgangs zum Aufheizen des Brennstoffzellensystems mit einer Heizvorrichtung und
Leiten eines kohlenstoffhaltigen Fluids sowie Leiten von Wasserdampf durch den Nickel-basierten Katalysator des Reformers während des Aufheizvorgangs.
Durch den Wasserdampf wird dem Nickel-basierten Katalysator während des Aufheizvorgangs Sauerstoff zugeführt. Im Gegensatz zu den im Stand der Technik bekannten Verfahren ist der Sauerstoff im Wasserdampf jedoch chemisch gebunden bereitgestellt. Dadurch kann verhindert werden, dass der Sauerstoff mit reduziertem Nickel sofort eine Verbindung eingeht.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde herausgefunden, dass der im Wasserdampf gebundene Sauerstoff wie ungebundener Sauerstoff dazu geeignet ist, entstehenden Kohlenstoff zu binden und entsprechende Ablagerungen zu vermeiden und der übrigbleibende Wasserstoff dafür sorgt, dass Nickel reduziert bleibt und nicht aufoxidiert. Zur Vermeidung von Kohlenstoffablagerungen wird der Wasserdampf mit einem vordefinierten Wasserdampf/Kohlenstoff-Verhältnis zugeführt, wobei der Wasseranteil etwas höher als für einen Gleichgewichtszustand gewählt werden kann, um eine gewisse Sicherheit zu schaffen.
Die vorliegende Erfindung betrifft vorzugsweise ein Verfahren zum Aufheizen eines SOFC-Systems, insbesondere eines stationären SOFC-Systems. Das Verfahren wird bevorzugt mit einem Nickel-basierten Katalysator mit ca. 30-70, vorzugsweise ca. 50 Gewichtsprozent Nickel betrieben. D.h., der Nickel-basierte Katalysator ist ein Katalysator, der einen entsprechenden Nickelanteil aufweist.
Unter dem Aufheizvorgang kann ein Vorgang zum Aufheizen des Brennstoffzellensystems, insbesondere im Rahmen eines Startvorgangs des Brennstoffzellensystems, verstanden werden. Der Aufheizvorgang wird bevorzugt durchgeführt, bis der Reformer auf eine vordefinierbare Betriebstemperatur, beispielsweise in einem Bereich zwischen 400°C und 600°C, insbesondere in einem Bereich zwischen 500°C und 550°C, aufgeheizt ist.
Ab einer Temperatur von ca. 50°C würde es im Reformer unter Anwesenheit von Sauerstoff zur Oxidation von Nickel kommen. Dies ist nicht erwünscht. Der oxidierte Nickel müsste während des Betriebs des Brennstoffzellensystems wieder reduziert werden, damit eine Dampfreformierung zu einer Gleichgewichtszusammensetzung führen kann. D.h., der gesamte Katalysator müsste wieder reduziert werden. Dies kann lange dauern und die Struktur des Katalysators kann dabei beschädigt werden. Um die Nickeloxidation auf einem minimalen, reversiblen Level zu halten, wird der Reformer bzw. der Nickel-basierte Katalysator des Reformers erfindungsgemäß mit dem kohlenstoffhaltigen Fluid beaufschlagt, durch welches Sauerstoff am Katalysator verdrängt werden kann.
Unter dem Brennstoff ist insbesondere ein kohlenwasserstoffhaltiger Brennstoff zu verstehen. Die Heizvorrichtung kann mehrere Heizmittel an unterschiedlichen Stellen im Brennstoffzellensystem aufweisen.
Das kohlenstoffhaltige Fluid und der Wasserdampf werden durch eine Fluidfördervorrichtung durch den Nickel-basierten Katalysator des Reformers geleitet. Die Fluidfördervorrichtung kann eine Pumpe und/oder ein Gebläse zum Fördern bzw. Leiten eines flüssigen und/oder gasförmigen Fluids aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es bei einem Verfahren möglich, dass der Wasserdampf ab einer vordefinierbaren Schwellentemperatur im Brennstoffzellensystem durch den Nickel-basierten Katalysator geleitet wird. Die Schwellentemperatur wird vorzugsweise abhängig von der Umgebung des Brennstoffzellensystems bzw. von Umgebungsparametern und/oder Betriebszuständen des Brennstoffzellensystems vordefiniert. Ziel ist es, dass der Wasserdampf möglichst gasförmig bleibt, um Wasserablagerungen zu vermeiden. Bei Umgebungsdruck und auch sonst unauffälligen Umgebungsbedingungen und/oder Betriebszuständen kann die Schwellentemperatur demnach auf einen Wert von mindestens 100°C festgelegt werden. Bevorzugt wird die Schwellentemperatur auf einen Wert zwischen ca. 100°C und ca. 110°C vordefiniert. Um den vorteilhaften Effekt des Wasserdampfes möglichst frühzeitig bzw. lange nutzen zu können, soll die Temperatur nicht zu hoch gewählt werden. Bei Versuchen im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich gezeigt, dass geringe Wasserablagerungen in Kauf genommen werden können, da das Brennstoffzellensystem während des Aufheizvorgangs lokal verdampfen kann, ohne Schäden anzurichten.
Weiterhin ist es möglich, dass bei einem erfindungsgemäßen Verfahren als kohlenstoffhaltiges Fluid der Brennstoff, insbesondere Methan, Erdgas oder LPG, verwendet wird. D.h., es wird der gleiche Brennstoff wie im späteren Normalbetrieb, also einem Betrieb, bei welchem mittels des Brennstoffzellensystems Strom erzeugt wird, des Brennstoffzellensystems verwendet. Durch die Verwendung des gleichen Brennstoffs für den Startbetrieb sowie den Normalbetrieb kann das Brennstoffzellensystem effizient betrieben werden. Auf separate und/oder zusätzliche Brennstoffspeicher und/oder Brennstoffquellen kann verzichtet werden. Um auf einen Verdampfungsschritt zu verzichten, wird vorzugsweise nur gasförmiger Brennstoff verwendet.
Bei einer weiteren Ausgestaltungsvariante der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass als kohlenstoffhaltiges Fluid während des Aufheizvorgangs der Brennstoff mit einer Brennstoffmenge zwischen 5% und 20% der während einer Dampfreformierung in einem Normalbetrieb des Brennstoffzellensystems genutzten Brennstoffmenge verwendet wird. D.h., die verwendete Brennstoffmenge wird im Vergleich zum Normalbetrieb relativ niedrig gehalten. Dadurch kann verhindert werden, dass der wenigstens eine Brennstoffzellenstapel stromabwärts des Reformers durch die endotherme Reformierung gekühlt wird und der Aufheizvorgang entsprechend gebremst wird.
Darüber hinaus kann bei einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung die Heizvorrichtung einen Wärmetauscher am Reformer sowie einen Nachbrenner zum Verbrennen von Kathodenabgas und/oder Anodenabgas aus dem wenigstens einen Brennstoffzellenstapel aufweisen, wobei einer heißen Seite des Wärmetauschers stromabwärts des Nachbrenners zum Aufheizen des Reformers während des Aufheizvorgangs Nachbrennerabgas zugeführt wird. Unter Verwendung des Nachbrennerabgases kann der Reformer besonders effizient geheizt werden. Der Nachbrenner ist stromabwärts des wenigstens einen Brennstoffzellenstapels angeordnet und steht jeweils mit einem Fluidausgang des Anodenabschnitts und einem Fluidausgang des Kathodenabschnitts in Fluidverbindung.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren ist es zudem möglich, dass der Wasserdampf und das kohlenstoffhaltige Fluid in Form von Brennstoff als Brennstoff/Wasserdampf-Gemisch über eine Anodengaszuführleitung stromaufwärts des Reformers zum Reformer geleitet werden. D.h., der Wasserdampf und der Brennstoff werden stromaufwärts des Reformers, insbesondere stromaufwärts einer ebenfalls stromaufwärts des Reformers angeordneten Fluidfördervorrichtung als Brennstoff-Wasserdampf-Gemisch bereitgestellt und von dort durch die Anodengaszuführleitung in Richtung des Reformers geleitet. Dadurch kann ein besonders platzsparendes und gewichtsreduziertes Prozessfluidleitungssystem für das Brennstoffzellensystem bereitgestellt werden. Unter der Anodengaszuführleitung ist eine Fluidleitung zu verstehen, durch welche im Normalbetrieb des Brennstoffzellensystems zu reformierender Brennstoff bzw. ein Brennstoffgemisch zum Reformer geleitet wird. Die Anodengaszuführleitung ist stromaufwärts der optionalen Fluidfördervorrichtung, stromabwärts der Fluidfördervorrichtung sowie entsprechend stromaufwärts des Reformers ausgestaltet.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsvariante der vorliegenden Erfindung kann bei einem Verfahren stromaufwärts des Reformers in der Anodengaszuführleitung eine wie vorstehend beschriebene Fluidfördervorrichtung zum Fördern des Brennstoffs zum Reformer und neben der Anodengaszuführleitung eine Wasserdampfzuführleitung zum Zuführen von Wasserdampf in die Anodengaszuführleitung ausgestaltet sein, wobei der Wasserdampf während des Aufheizvorgangs durch die Wasserdampfzuführleitung geleitet und stromabwärts der Fluidfördervorrichtung in die Anodengaszuführleitung eingebracht und mit dem Brennstoff vermischt wird. Dadurch, dass der Wasserdampf über die separate Wasserdampfzuführleitung erst stromabwärts der Fluidfördervorrichtung der Anodengaszuführleitung zugeführt wird, muss die Fluidfördervorrichtung nur zum Transport bzw. zur Förderung des vorzugsweise gasförmigen Brennstoffs ausgestaltet sein, wodurch an dieser Stelle Kosten gespart werden können. Zur Förderung des Wasserdampfes kann eine dafür geeignete weitere Fluidfördervorrichtung in der Wasserdampfzuführleitung bereitgestellt sein. Die weitere Fluidfördervorrichtung muss nur während des Startbetriebs bzw. Aufheizvorgangs aktiviert sein, wodurch eine mit Bezug auf die Lebenszeit des Brennstoffzellensystems relativ lange Haltbarkeit der weiteren Fluidfördervorrichtung erreicht werden kann.
Zudem ist es bei einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, dass stromaufwärts des Reformers in der Anodengaszuführleitung eine Fluidfördervorrichtung zum Fördern des Brennstoffs zum Reformer und neben der Anodengaszuführleitung eine Wasserdampfzuführleitung zum Zuführen von Wasserdampf in die Anodengaszuführleitung ausgestaltet sind, wobei der Wasserdampf während des Aufheizvorgangs durch die Wasserdampfzuführleitung geleitet und stromaufwärts der Fluidfördervorrichtung in die Anodengaszuführleitung eingebracht und mit dem Brennstoff vermischt wird. Durch das Einbringen des Wasserdampfes stromaufwärts der Fluidfördervorrichtung, insbesondere direkt stromaufwärts der Fluidfördervorrichtung in die Anodengaszuführleitung, lassen sich mit einer einfachen und kompakten Bauweise des Brennstoffzellensystems strömungsdynamische Vorteile erzielen.
Ferner können bei einem erfindungsgemäßen Verfahren stromaufwärts des Reformers in der Anodengaszuführleitung eine Fluidfördervorrichtung zum Fördern des Brennstoffs zum Reformer und neben der Anodengaszuführleitung eine Wasserdampfzuführleitung zum Zuführen von Wasserdampf in die Anodengaszuführleitung ausgestaltet sein, wobei in der Wasserdampfzuführleitung eine heiße Seite eines Abgaswärmetauschers ausgestaltet ist und der Wasserdampf während des Aufheizvorgangs durch die Wasserdampfzuführleitung und die heiße Seite des Abgaswärmetauschers geleitet, stromabwärts oder stromaufwärts der Fluidfördervorrichtung in die Anodengaszuführleitung eingebracht und mit dem Brennstoff vermischt wird. Dadurch kann der Wasserdampf während des Aufheizvorgangs auf effiziente Weise vorgeheizt werden. Der Abgaswärmetauscher, bzw. die heiße Seite des Abgaswärmetauschers kann stromabwärts einer heißen Seite eines Reformerwärmetauschers, bzw. des Wärmetauschers am Reformer, bereitgestellt sein. Der Abgaswärmetauscher kann ferner stromabwärts einer heißen Seite eines Kathodengaswärmetauschers, der stromabwärts des Nachbrenners, insbesondere in einer Kathodengaszuführleitung, angeordnet ist, bereitgestellt sein. D.h., der Abgaswärmetauscher ist ein Wärmetauscher, der ohnehin im Brennstoffzellensystem genutzt bzw. benötigt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ferner ein Brennstoffzellensystem zur Verfügung gestellt, das zum Ausführen eines wie vorstehend beschriebenen Verfahrens konfiguriert ist. Das Brennstoffzellensystem weist wenigstens einen Brennstoffzellenstapel mit einem Anodenabschnitt und einem Kathodenabschnitt sowie einen Reformer stromaufwärts des Anodenabschnitts zur Dampfreformierung eines Brennstoffes auf, wobei der Reformer einen Nickel basierten Katalysator umfasst.
Damit bringt ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben worden sind. Wie vorstehend bereits beschrieben, kann die
Heizvorrichtung einen Wärmetauscher am Reformer sowie einen Nachbrenner zum Verbrennen von Kathodenabgas und/oder Anodenabgas aus dem wenigstens einen Brennstoffzellenstapel aufweisen. Stromaufwärts des Reformers kann in der Anodengaszuführleitung eine Fluidfördervorrichtung zum Fördern des Brennstoffs zum Reformer angeordnet sein. Neben der Anodengaszuführleitung kann eine Wasserdampfzuführleitung zum Zuführen von Wasserdampf in die
Anodengaszuführleitung ausgestaltet sein. In der Wasserdampfzuführleitung kann eine heiße Seite eines Abgaswärmetauschers ausgestaltet sein, wobei der Abgaswärmetauscher stromabwärts einer heißen Seite eines Kathodengaswärmetauschers, der stromabwärts des Nachbrenners, insbesondere in einer Kathodengaszuführleitung, angeordnet ist, bereitgestellt sein.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Figuren hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein. Es zeigen jeweils schematisch:
Figur 1 ein Blockschaltbild zum Erläutern eines Brennstoffzellensystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Figur 2 ein Blockschaltbild zum Erläutern eines Brennstoffzellensystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, Figur 3 ein Blockschaltbild zum Erläutern eines Brennstoffzellensystems gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Figur 4 ein Blockschaltbild zum Erläutern eines Brennstoffzellensystems gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
Figur 5 ein Kurvendiagramm zum Erläutern eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Aufheizen eines Brennstoffzellensystems.
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren 1 bis 4 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 ist schematisch ein Brennstoffzellensystem 1 a gemäß einer ersten Ausführungsform dargestellt. Das Brennstoffzellensystem 1 a weist einen Brennstoffzellenstapel 2 mit einem Anodenabschnitt 3 und einem Kathodenabschnitt 4 sowie einen Reformer 5 stromaufwärts des Anodenabschnitts 3 zur Dampfreformierung eines Brennstoffes auf. Der Reformer 5 umfasst einen Nickel-basierten Katalysator. Zum Temperieren des Brennstoffzellensystems 1 a ist eine Fleizvorrichtung 6 bereitgestellt. Die Fleizvorrichtung 6 umfasst einen Wärmetauscher am Reformer 5, einen Nachbrenner 7 zum Verbrennen von Kathodenabgas und/oder Anodenabgas aus dem Brennstoffzellenstapel 2 sowie einen Kathodengaswärmetauscher 12 in einer Kathodengaszuführleitung 13. Darüber hinaus können der Heizvorrichtung 6 noch weitere Heizelemente und Funktionsbauteile zugeordnet sein, die vorliegend jedoch nicht weiter beschrieben werden.
Die Kathodengaszuführleitung 12 ist zum Zuführen von Kathodenzuführgas zum Kathodenabschnitt 4 bereitgestellt. Unter Kathodenzuführgas kann insbesondere Luft oder ein anderes sauerstoffhaltiges Fluid verstanden werden. Stromaufwärts des Anodenabschnitts 3 ist eine Anodengaszuführleitung 8 ausgestaltet. Durch die Anodengaszuführleitung kann Anodengas bzw. ein Prozessfluid für den Anodenabschnitt in Richtung des Reformers und/oder des Anodenabschnitts geleitet werden. D.h., durch die Anodengaszuführleitung kann nicht nur Gas, sondern auch ein anderes Prozessfluid für den Anodenabschnitt geleitet werden.
Der Nachbrenner 7 ist stromabwärts des Brennstoffzellenstapels 2 und stromaufwärts einer heißen Seite des Kathodenwärmetauschers 12 angeordnet. In der Anodengaszuführleitung 8 ist stromaufwärts des Reformers 5 eine Fluidfördervorrichtung 9 zum Fördern des Brennstoffs zum Reformer 5 ausgestaltet. Das Brennstoffzellensystem 1 a weist ferner einen Rezirkulationspfad 14 auf, durch welchen Brennstoffzellenabgas, insbesondere Anodenabgas aus dem Anodenabschnitt 3, stromabwärts des Brennstoffzellenstapels 2 wiederverwendet bzw. dem Anodenabschnitt wieder zugeführt werden kann.
In Fig. 2 ist ein Brennstoffzellensystem 1 b gemäß einer zweiten Ausführungsform dargestellt. Das in Fig. 2 dargestellte Brennstoffzellensystem 1 b entspricht im Wesentlichen dem in Fig. 1 dargestellten Brennstoffzellensystem 1 a, wobei neben der Anodengaszuführleitung 8 eine Wasserdampfzuführleitung 10 zum Zuführen von Wasserdampf stromabwärts der Fluidfördervorrichtung 9 in die Anodengaszuführleitung 8 ausgestaltet ist.
Fig. 3 zeigt ein Brennstoffzellensystem 1 c gemäß einer dritten Ausführungsform. Das in Fig. 3 dargestellte Brennstoffzellensystem 1 b entspricht im Wesentlichen dem in Fig. 1 dargestellten Brennstoffzellensystem 1a, wobei neben der Anodengaszuführleitung 8 eine Wasserdampfzuführleitung 10 zum Zuführen von Wasserdampf stromaufwärts der Fluidfördervorrichtung 9 in die Anodengaszuführleitung 8 ausgestaltet ist.
In Fig. 4 ist ein Brennstoffzellensystem 1 d gemäß einer vierten Ausführungsform dargestellt. Das in Fig. 4 dargestellte Brennstoffzellensystem 1 b entspricht im Wesentlichen dem in Fig. 1 dargestellten Brennstoffzellensystem 1 a, wobei neben der Anodengaszuführleitung 8 eine Wasserdampfzuführleitung 10 zum Zuführen von Wasserdampf in die Anodengaszuführleitung 8 und in der Wasserdampfzuführleitung 10 eine heiße Seite eines Abgaswärmetauschers 11 ausgestaltet sind. Dadurch kann der Wasserdampf während des Aufheizvorgangs durch die Wasserdampfzuführleitung 10 und die heiße Seite des Abgaswärmetauschers 11 geleitet, anschließend in die Anodengaszuführleitung 8 eingebracht und mit dem Brennstoff vermischt werden.
Mit Bezug auf Fig. 5 wird anschließend ein Verfahren zum Aufheizen eines wie in Fig. 4 gezeigten Brennstoffzellensystems 1 d gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben. Flierzu wird mittels der Heizvorrichtung 6 zunächst der Aufheizvorgang zum Aufheizen des Brennstoffzellensystems 1 d eingeleitet. Ab einer Temperatur T1 von ca. 50°C, zugehörig zu einem Zeitpunkt Z1 , wird dem Reformer 5 durch die Anodengaszuführleitung 8 Methan mit einer Brennstoffmenge von ca. 10% der während einer Dampfreformierung in einem Normalbetrieb des Brennstoffzellensystems 1 d genutzten Brennstoffmenge zugeführt. Sobald zu einem Zeitpunkt Z2 im Brennstoffzellensystem eine Schwellentemperatur T2 von über 100°C erreicht ist, wird dem Reformer s bzw. dem darin befindlichen Nickel-basierten Katalysator über die Wasserdampfzuführleitung 10, die heiße Seite des Abgaswärmetauschers 11 und anschließend die Anodengaszuführleitung 8 Wasserdampf zugeführt. Bei 200°C könnte eine Kohlenstoffbildung und eine entsprechende Ablagerung beginnen, welche jedoch durch die Zufuhr des Wasserdampfes verhindert wird. Sobald das Brennstoffzellensystem 1d einen Betriebspunkt P erreicht hat, bei welchem eine Temperatur von ca. 520°C erreicht wurde, wird der Aufheizbetrieb beendet.
Wenn durch das Brennstoffzellensystem 1d kein Strom mehr erzeugt werden soll, wird das Brennstoffzellensystem 1d heruntergefahren. Hierzu wird zunächst der elektrische Verbraucher (nicht dargestellt) des Brennstoffzellensystems 1 d abgeschaltet, wodurch der Strom gegen Null geht. Daraufhin wird das Brennstoffzellensystem 1 d mit Luft gekühlt. Die Brennstoffzufuhr kann beispielsweise auf ca. 10% der Nennleistung gedrosselt werden. Zudem kann Wasser nach Gleichgewichtsbedingungen ohne Kohlenstoff eingebracht werden. Die Luft wird anschließend auf eine möglichst kleine Temperatur im Nachbrenner 7, bei welcher noch eine vollständige Oxidation eines Reformatgases möglich ist, geregelt. Dadurch kühlt das Brennstoffzellensystem 1 d aus. Sobald die Temperatur des Reformers eine Zieltemperatur von beispielsweise ca. 200°C erreicht, wird eine Rezirkulation des Brennstoffzellenabgases, welche während des Abschaltvorgangs durchgeführt wird, gestoppt und der Rezirkulationspfad 14 wird mit Brenngas gespült, um Wasser und Kohlenmonoxid aus dem Brennstoffzellensystem zu bekommen und zu oxidieren. Ferner werden dadurch die Bildung von Nickeloxid sowie das Kondensieren von Wasserdampf im Reformer 5 verhindert oder zumindest minimiert. Daraufhin werden der Nachbrenner 7 deaktiviert und das Brennstoffzellensystem 1 d wird vollständig mit Luft aktiv abgekühlt oder natürlich abgekühlt. Hierdurch kann der Reformer vor Schäden bewahrt werden und die notwendige Reduzierung des Katalysators kann bei der nächsten Inbetriebnahme des Brennstoffzellensystems 1d entfallen oder verkürzt werden. Geringe Mengen an Kohlenstoff, die sich hierbei ggf. bilden, können in Kauf genommen werden, da sie bei der nächsten Inbetriebnahme des Brennstoffzellensystems 1 d regeneriert werden. Die Erfindung lässt neben den dargestellten Ausführungsformen weitere Gestaltungsgrundsätze zu. D. h. die Erfindung soll nicht auf die mit Bezug auf die Figuren erläuterten Ausführungsbeispiele beschränkt betrachtet werden.
Bezugszeichenliste
1 a-1d Brennstoffzellensystem
2 Brennstoffzellenstapel
3 Anodenabschnitt
4 Kathodenabschnitt
5 Reformer
6 Heizvorrichtung
7 Nachbrenner
8 Anodengaszuführleitung
9 Fluidfördervorrichtung
10 Wasserdampfzuführleitung
11 Abgaswärmetauscher
12 Kathodengaswärmetauscher
13 Kathodengaszuführleitung
14 Rezirkulationspfad

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Aufheizen eines Brennstoffzellensystems (1 a; 1 b; 1 c; 1 d) aufweisend wenigstens einen Brennstoffzellenstapel (2) mit einem Anodenabschnitt (3) und einem Kathodenabschnitt (4) sowie einen Reformer (5) stromaufwärts des Anodenabschnitts (3) zur Dampfreformierung unter Verwendung eines Brennstoffes, wobei der Reformer (5) einen Nickel basierten Katalysator umfasst, aufweisend die Schritte:
Starten eines Aufheizvorgangs zum Aufheizen des Brennstoffzellensystems (1 a; 1 b; 1c; 1 d) mit einer Heizvorrichtung (6) und
Leiten eines kohlenstoffhaltigen Fluids sowie Leiten von Wasserdampf durch den Nickel-basierten Katalysator des Reformers (5) während des Aufheizvorgangs.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wasserdampf ab einer vordefinierbaren Schwellentemperatur im Brennstoffzellensystem (1a; 1 b; 1 c; 1 d) durch den Nickel-basierten Katalysator geleitet wird.
3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
als kohlenstoffhaltiges Fluid der Brennstoff, insbesondere Methan, Erdgas oder LPG, verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
als kohlenstoffhaltiges Fluid während des Aufheizvorgangs der Brennstoff mit einer Brennstoffmenge zwischen 5% und 20% der während einer Dampfreformierung in einem Normalbetrieb des Brennstoffzellensystems (1a; 1 b; 1 c; 1d) genutzten Brennstoffmenge verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Heizvorrichtung (6) einen Wärmetauscher am Reformer (5) sowie einen Nachbrenner (7) zum Verbrennen von Kathodenabgas und/oder Anodenabgas aus dem wenigstens einen Brennstoffzellenstapel (2) aufweist, wobei einer heißen Seite des Wärmetauschers stromabwärts des Nachbrenners (7) zum Aufheizen des Reformers (5) während des Aufheizvorgangs Nachbrennerabgas zugeführt wird.
6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wasserdampf und das kohlenstoffhaltige Fluid in Form von Brennstoff als Brennstoff/Wasserdampf-Gemisch über eine Anodengaszuführleitung (8) stromaufwärts des Reformers (5) zum Reformer (5) geleitet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
stromaufwärts des Reformers (5) in der Anodengaszuführleitung (8) eine Fluidfördervorrichtung (9) zum Fördern des Brennstoffs zum Reformer (5) und neben der Anodengaszuführleitung (8) eine Wasserdampfzuführleitung (10) zum Zuführen von Wasserdampf in die Anodengaszuführleitung (8) ausgestaltet sind, wobei der Wasserdampf während des Aufheizvorgangs durch die Wasserdampfzuführleitung (10) geleitet und stromabwärts der
Fluidfördervorrichtung (9) in die Anodengaszuführleitung (8) eingebracht und mit dem Brennstoff vermischt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
stromaufwärts des Reformers (5) in der Anodengaszuführleitung (8) eine Fluidfördervorrichtung (9) zum Fördern des Brennstoffs zum Reformer (5) und neben der Anodengaszuführleitung (8) eine Wasserdampfzuführleitung (10) zum Zuführen von Wasserdampf in die Anodengaszuführleitung (8) ausgestaltet sind, wobei der Wasserdampf während des Aufheizvorgangs durch die Wasserdampfzuführleitung (10) geleitet und stromaufwärts der
Fluidfördervorrichtung (9) in die Anodengaszuführleitung (8) eingebracht und mit dem Brennstoff vermischt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts des Reformers (5) in der Anodengaszuführleitung (8) eine Fluidfördervorrichtung (9) zum Fördern des Brennstoffs zum Reformer (5) und neben der Anodengaszuführleitung (8) eine Wasserdampfzuführleitung (10) zum Zuführen von Wasserdampf in die Anodengaszuführleitung (8) ausgestaltet sind, wobei in der Wasserdampfzuführleitung (10) eine heiße Seite eines Abgaswärmetauschers (11 ) ausgestaltet ist und der Wasserdampf während des Aufheizvorgangs durch die Wasserdampfzuführleitung (10) und die heiße Seite des Abgaswärmetauschers (11 ) geleitet, stromabwärts oder stromaufwärts der Fluidfördervorrichtung (9) in die Anodengaszuführleitung (8) eingebracht und mit dem Brennstoff vermischt wird.
10. Brennstoffzellensystem (1 a; 1 b; 1c; 1 d), das zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der voranstehenden Ansprüche konfiguriert ist, aufweisend wenigstens einen Brennstoffzellenstapel (2) mit einem Anodenabschnitt (3) und einem Kathodenabschnitt (4) sowie einen Reformer (5) stromaufwärts des Anodenabschnitts (3) zur Dampfreformierung eines Brennstoffes, wobei der Reformer (5) einen Nickel-basierten Katalysator umfasst.
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