两级重组器以及运行重组器的方法技术

本发明专利技术涉及一种重组器（１０；１００），用于将燃料和氧化剂转化为重组物（２６；１２６），重组器具有氧化区（２０；１２０），可通过第一燃料输送装置（１２；１１２）和第一氧化剂输送装置（１６；１１６）将燃料和氧化剂的混合物输送到氧化区，重组器还具有设置在氧化区（２０；１２０）之后的注入及混合物形成区（２２；１２２），可通过第二燃料输送装置（１４；１１４）向注入及混合物形成区输送其它燃料，其中，设置第二氧化剂输送装置（１８；１１８），可通过第二氧化剂输送装置向注入及混合物形成区（２２；１２２）输送其它的氧化剂。按照本发明专利技术，第二氧化剂输送装置（１８；１１８）如此相对于第二燃料输送装置（１４；１１４）设置，即第二氧化剂输送装置在第二燃料输送装置（１４；１１４）前的区域中产生一种氧化剂屏障衬垫，用以减小氧化区（２０；１２０）的混合物向第二燃料输送装置（１４；１１４）的热传递。此外，本发明专利技术还涉及一种用于运行此类重组器（１０；１１０）的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种将燃料和氧化剂转化为重组物的重组器，该重组器具有氧 化区，可通过第一燃料输難置和第一氧化剂输鄉置将燃料和氧化剂的混合 物输送到该氧化区，该重组器还具有设置在氧化区之后的注入及混合物形成区， 可通过第二燃料输送装置向该注入及混合物形成区输送其它燃料，其中，设置 第二氧化剂输送装置，可通过该第二氧化剂输皿置向注入及混合物形成区输 送其它的氧化剂。本专利技术还涉及一种用于运行此类重组器的方法。
技术介绍
此类重组器常常在燃料电池或燃料电池堆的运行方面用于产生富含 氢的气体混合物(即重组物)且输送给燃料电池或燃料电池堆。基于电化 学进程，燃料电池通过输入这种富含氢的气体产生电能。此类燃料电池在比如机动车领域作为附加能量来源(即所谓的APU， Auxiliary Power United,辅助动力装置)来使用。将燃料和氧化剂转化为重组物的重组器 重组过程可以根据不同的原理实现。比如公知了一种催化剂重组，在该重 组中燃料的一部分在放热反应中被氧化。此外还公知了一种所谓的"蒸汽 重组"，用于从碳氢化合物中产生重组物。在此，借助于水蒸汽在吸热反 应中将碳氢化合物转化为氢气。上述两种原理的组合，即基于放热反应进 行重组和通过吸热反应产生氢气的组合被称作自热重组，其中，在该组合 中从碳氢化合物的燃烧中获取用于蒸汽重组的能量。例如在DE10359205A1中公开了一种以自热重组的方式实施的此类 重组器。属于现有技术的该重组器具有两个燃料输送装置和两个氧化剂输 送装置，两种输送装置中的一个分别用于氧化区以及注入及混合物形成 区。由此实现了在重组器中温度曲线图(温度轮廓)的明显的均匀化且因 此改善了重组器性能。在该公知的重组器中，首先将燃料和氧化剂(通常为空气)输送到重组器的氧化区，在氧化区中燃料的一部分借助于氧化剂 完全氧化。通过氧化产生了气态的氧化产物，其在下面被称作所谓的烟气。 然后，烟气到达设置在氧化区后面的重组器的注入及混合物形成区，在此 通过第二燃料输送装置再输送其它燃料。这样，在注入及混合物形成区中 发生了另一燃料蒸发，从而调节当前混合物中为了进行重组所必要的低化 学计量的燃料/空气比例。然后，该混合物被输送到重组区，该重组区比如可至少部分地通过重组器的催化剂形成。根据DE10359205A1还设置 了第二氧化剂输送装置，通过该第二氧化剂输送装置可以将其它氧化剂输 送给注入及混合物形成区。该第二氧化剂输送装置用于优化重组过程且表 示另一个影响重组进程的参数。不过按照DE10359205A1的重组器具有 缺点，即通过在注入及混合物形成区中热的烟气将巨大的热量传递到第二 燃料输送装置，特别是传递到第二燃料输送装置的蒸发纤维网上。通过这 种热传递在第二燃料输送装置或第二燃料输送装置的输送管道中至少部 分地发生待输入的燃料的预蒸发。这种预蒸发还导致了燃料中不可控制的 气泡形成，由此可能导致非均匀的、间歇的穿过第二燃料输送装置的燃料 输送。而这种穿过第二燃料输送装置的非均匀的燃料输送又导致了不稳定 的重组器特性、强烈的温度波动以及通过在重组器内部形成越来越多的烟 灰导致的压力上升。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于，改进此类重组器和用于运行此类重组器的 方法，使得能够在多级重组器中更稳定地实现重组过程。按照本专利技术的重组器在此类现有技术上如此改进，即第二氧化剂输送 装置如此相对于第二燃料输送装置设置，使得第二氧化剂输送装置在第二 燃料输送装置前的区域中产生一种氧化剂屏障衬垫，用以减小来自氧化区 的混合物向第二燃料输送装置的热传递。氧化剂借助于第一和第二氧化剂 输送装置分级地、在此情况下分为两级输送到重组器的相应的区域。在此， 优选将氧化区所需氧化剂总量的80%至90%通过第一氧化剂输送装置输 送。从而保证了例如大于1.2的足够的入值或者说足够的空气系数。剩余 的氧化剂数量，也就是氧化剂总量的10%至20%将通过第二氧化剂输送5装置输送至注入及混合物形成区。在此，第二氧化剂输送装置相对于第二燃料输送装置如此形成，即由冷的氧化剂构成的氧化剂屏障衬垫在第二燃料输送装置前在注入及混合物形成区中形成，并且由此至少减小了通过烟气向第二燃料输送装置的热传递。此外，还减小了第二燃料输送装置内部的热传导。因此，可以放弃用于冷却第二燃料输送装置的外部的和单独的冷却装置，所以还不会附带产生额外的冷却能力。通过烟气中或来自氧化区的混合物中较低的空气系数或者说较低的A值还可以借助于烟气流中更高的温度抑制重组区、例如形成重组区的催化剂的冷却，比如利用通过壁改善在氧化区中的烟气和形成重组区的催化剂之间的热传递。按照本专利技术的重组器可以以有利的方式如此改进，即其它的氧化剂在 其与来自氧化区的混合物混合前至少部分地与第二燃料输送装置发生接触。这例如通过第二氧化剂输送装置相对于第二燃料输送装置的特殊的结 构布置实现。特别是可以将第二氧化剂输送装置设计为环围第二燃料输送 装置的管件。 '此外还可以如此改进按照本专利技术的重组器，即第二燃料输送装置包括 蒸发纤维网，输送给注入及混合物形成区的其它燃料流经该蒸发纤维网。 例如，第二燃料输送装置可以至少一部分以管状构成，其中，蒸发纤维网 被置入以管状构成的第二燃料输送装置中。此外，按照本专利技术的重组器还能这样形成，即第二氧化剂输送装置与 第二燃料输送装置如此进行热传递，即通过第二燃料输送装置输送的其它 燃料在进入注入及混合物形成区之前己经由第二氧化剂输送装置有效地 冷却。这种有效的冷却能够额外地用于对第二燃料输送装置进行冷却，以 便最大程度地阻止其它燃料的预蒸发。按照本专利技术的重组器在优选的实施方式中可以如此改进，即第一和第 二氧化剂输送装置与共同的氧化剂管道连接，通过该管道为第一和第二氧 化剂输送装置供给氧化剂。由此，实现了在重组器中两级的氧化剂输送的 简化。例如，在这种情况下可以只设置一个鼓风机，该鼓风机将空气作为 氧化剂进行供给并且供两个氧化剂输送装置使用。此外，按照本专利技术的重组器能够在这种关系中如此实现，即至第一和 第二氧化剂输送装置的各氧化剂体积流可通过在共同的氧化剂管道上设置的体积流分流阀调节。因此，能够将氧化剂总量分配为至第一氧化剂输 送装置和至第二氧化剂输送装置的体积流。通过可变地控制体积流分流阀 可以实现根据重组器的相应的运行状态有针对性地调节第二燃料输送装 置前的温度水平。此外可以通过经体积流分流阀的氧化剂输送在将空气作 为氧化剂的情况下有针对性地调节第一氧化剂输送装置与第二氧化剂输 送装置之间的可变的空气比例，而不需要额外的鼓风机。按照本专利技术的方法在此类现有技术的基础上如此改进，即第二氧化剂 输送装置在氧化剂输送过程中在第二燃料输送装置前的区域中产生一种 氧化剂屏障衬垫，用以减小来自氧化区的混合物向第二燃料输送装置的热 传递。因此以相同或相似的方式得出了结合按照本专利技术的重组器所阐述的 优点，为了避免重复，相应的实施方式参照结合按照本专利技术的重组器。相同地也适用于按照本专利技术的方法的下列优选实施方式，其中，为了 避免重复，相应的实施方式也参照结合按照本专利技术的重组器。按照本专利技术的方法可以以有利地方式如此改进，即其它的氧化剂在其 与来自氧化区的混合物混合之前至少部分地与第二燃料输送装置发生接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种重组器（１０；１００），用于将燃料和氧化剂转化为重组物（２６；１２６），重组器具有氧化区（２０；１２０），能够通过第一燃料输送装置（１２；１１２）和第一氧化剂输送装置（１６；１１６）将燃料和氧化剂的混合物输送到氧化区，重组器还具有设置在氧化区（２０；１２０）之后的注入及混合物形成区（２２；１２２），能够通过第二燃料输送装置（１４；１１４）向注入及混合物形成区输送其它燃料，其中，设置第二氧化剂输送装置（１８；１１８），能够通过第二氧化剂输送装置向注入及混合物形成区（２２；１２２）输送其它的氧化剂，其特征在于，第二氧化剂输送装置（１８；１１８）如此相对于第二燃料输送装置（１４；１１４）设置，即第二氧化剂输送装置在第二燃料输送装置（１４；１１４）前的区域中产生一种氧化剂屏障衬垫，用以减小氧化区（２０；１２０）的混合物向第二燃料输送装置（１４；１１４）的热传递。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈亚斯林德迈尔，马蒂亚斯穆勒，
申请(专利权)人：艾奈德有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]