Patent DE-102016203792-B4 (DE)
Title: Brennstoffzellenmodul
Inventor: YAMADA TAKAYUKI
IPC: H01M8/06
Filed: 2016-03-09
Granted: 2018-10-25
Abstract: Brennstoffzellenmodul (10), umfassend:einen Brennstoffzellenstapel (16), der eine Mehrzahl gestapelter Brennstoffzellen (34) aufweist, wobei die Brennstoffzellen (34) dazu eingerichtet sind, durch elektrochemische Reaktionen eines Brenngases und eines sauerstoffhaltigen Gases elektrische Energie zu erzeugen;einen Reformer (18), welcher dazu eingerichtet ist, hauptsächlich Kohlenwasserstoff enthaltenden Rohbrennstoff zu reformieren, um dadurch das Brenngas zu erzeugen, welches dem Brennstoffzellenstapel (16) zugeführt wird;einen Verdampfer (20), welcher dazu eingerichtet ist, Wasser zu verdampfen und dem Reformer (18) Wasserdampf zuzuführen;eine Abgasbrennkammer (22), welche dazu eingerichtet ist, das von dem Brennstoffzellenstapel (16) als Brennstoffabgas abgeführte Brenngas sowie das von dem Brennstoffzellenstapel (16) als sauerstoffhaltiges Abgas abgeführte sauerstoffhaltige Gas zu verbrennen, um dadurch ein Verbrennungsabgas zu erzeugen;eine Anlaufbrennkammer (24), welche dazu eingerichtet ist, den Rohbrennstoff sowie das sauerstoffhaltige Gas zu verbrennen, um dadurch ein Verbrennungsgas zu erzeugen; undeinen Luftvorwärmer (26), welcher dazu eingerichtet ist, das sauerstoffhaltige Gas durch Wärmeaustausch mit dem Verbrennungsgas oder dem Verbrennungsabgas zu erwärmen unddas erwärmte sauerstoffhaltige Gas dem Brennstoffzellenstapel (16) zuzuführen, wobei das Brennstoffzellenmodul (10) ferner umfasst:einen Zufuhrkanal des sauerstoffhaltigen Gases (38), welcher dazu eingerichtet ist, das sauerstoffhaltige Gas dem Luftvorwärmer (26) zuzuführen und anschließend das sauerstoffhaltige Gas von dem Luftvorwärmer (26) an den Brennstoffzellenstapel (16) zuzuführen;einen ersten Brennstoffzufuhrkanal (40a), welcher dazu eingerichtet ist, den Rohbrennstoff der Anlaufbrennkammer (24) zuzuführen;einen zweiten Brennstoffzufuhrkanal (40b), welcher dazu eingerichtet ist, den Rohbrennstoff dem Verdampfer (20) zuzuführen und anschließend den Rohbrennstoff von dem Verdampfer (20) dem Reformer (18) zuzuführen;eine Kanalumschalteinheit (42), welche dazu eingerichtet ist, den Rohbrennstoff entweder dem ersten Brennstoffzufuhrkanal (40a) oder dem zweiten Brennstoffzufuhrkanal (40b) zuzuführen;einen Reaktantabgaskanal (46a, 46b), welcher dazu eingerichtet ist, das von dem Brennstoffzellenstapel (16) abgeführte Brennstoffabgas und das von dem Brennstoffzellenstapel (16) abgeführte sauerstoffhaltige Abgas der Abgasbrennkammer (22) zuzuführen; undeinen Abgaskanal (48), welcher sich von einem Verbrennungsabgasauslass der Abgasbrennkammer (22) erstreckt, wobei die Anlaufbrennkammer (24) und der Luftvorwärmer (26) in dem Abgaskanal (48) in einer Reihenfolge von Anlaufbrennkammer (24) und dann Luftvorwärmer (26) in Richtung der stromabwärts gelegenen Seite in einer Strömungsrichtung des Verbrennungsabgases angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass,bevor der Reformer (18) auf eine Temperatur erwärmt ist, bei der der Reformer (18) Dampfreformierung durchführen kann, und bevor der Brennstoffzellenstapel (16) auf eine Temperatur erwärmt ist, bei der der Brennstoffzellenstapel (16) Stromerzeugung durchführen kann, der Rohbrennstoff durch die zum ersten Brennstoffzufuhrkanal (40a) geschaltete Kanalumschalteinheit (42) der Anlaufbrennkammer (24) zugeführt wird; das sauerstoffhaltige Gas, das von dem Brennstoffzellenstapel (16) abgeführt wird, durch die Abgasbrennkammer (22) der Anlaufbrennkammer (24) zugeführt wird, und ein Mischgas des sauerstoffhaltigen Gases und des durch den ersten Brennstoffzufuhrkanal (40a) zugeführten Rohbrennstoffs an der Anlaufbrennkammer (24) gezündet wird, wodurch das dem Luftvorwärmer (26) zuzuführende Verbrennungsgas erzeugt wird; und nachdem der Reformer (18) auf eine Temperatur erwärmt ist, bei der der Reformer (18) Dampfreformierung durchführen kann, und der Brennstoffzellenstapel (16) auf eine Temperatur erwärmt ist, bei der der Brennstoffzellenstapel (16) Stromerzeugung durchführen kann, der Rohbrennstoff durch die zum zweiten Brennstoffzufuhrkanal (40b) geschaltete Kanalumschalteinheit (42) und der Wasserdampf durch den zweiten Brennstoffzufuhrkanal (40b) dem Reformer (18) zugeführt werden, um das dem Luftvorwärmer (26) zuzuführende Verbrennungsabgas zu erzeugen.