DE10346880A1 - Fuel cell for gas generation/power has a gas generating device and a reactor stage linked directly into a line with the function a reactor and/or a heat exchanger - Google Patents

Fuel cell for gas generation/power has a gas generating device and a reactor stage linked directly into a line with the function a reactor and/or a heat exchanger Download PDF

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Jürgen Orgzewalla
Christopher Severin
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FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
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Abstract

A gas-generating device (GGD) (1) with a meandering design acts as a reformer for a fuel cell system (2). The GGD has a first mixing chamber (3), into which a gas mixture enters made up of fuel, air and steam. A homogenized mixture is carried into a subsequent first reactor stage (4), e.g. an autothermic reformer.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit einer Gaserzeugungsvorrichtung.The The present invention relates to a fuel cell system having a A gas generating apparatus.

Brennstoffzellensysteme sind einerseits stationär, andererseits mobil einsetzbar. Aufgrund der bei einem Brennstoffzellensystem notwendigen Aggregate und deren Verbindungen wie auch der Notwendigkeit einer hohen Leistungsdichte wird daran geforscht, wie die Gestaltung eines Brennstoffzellensystems verbessert werden kann. Gaserzeugungsvorrichtungen für insbesondere Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen (PEM) bestehen beispielsweise aus einer katalytischen Reformerstufe und ein oder mehreren nachgeschalteten, mechanischen (Membran) oder katalytischen Gasreinigungsstufen. Dazwischen sind üblicherweise Wärmeaustauscher und/oder Verdampfer zur Absenkung der Reformatgastemperatur auf die gewünschte Eintrittstemperatur der nächsten Stufe angeordnet. Dieses ist beispielsweise aus der EP 1 246 286 A1 und der DE 101 39 608 A1 bekannt.Fuel cell systems are both stationary and mobile use. Because of the aggregates needed in a fuel cell system and their interconnections, as well as the need for high power density, research is being done on how to improve the design of a fuel cell system. Gas generating devices for particular polymer electrolyte fuel cells (PEM) consist for example of a catalytic reformer stage and one or more downstream, mechanical (membrane) or catalytic gas purification stages. In between, heat exchangers and / or evaporators are usually arranged to lower the reformate gas temperature to the desired inlet temperature of the next stage. This is for example from the EP 1 246 286 A1 and the DE 101 39 608 A1 known.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Erhöhung einer Kompaktheit eines Brennstoffzellensystems und insbesondere eine Gaserzeugungsvorrichtung eines Brennstoffzellensystems zu erzielen.task The object of the present invention is to increase the compactness of a Fuel cell system and in particular a gas generating device to achieve a fuel cell system.

Diese Aufgabe wird mit einem Brennstoffzellensystem mit einer Gaserzeugungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1, mit den Merkmalen des Anspruches 12 wie auch mit den Merkmalen des Anspruches 17 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.These Task is with a fuel cell system with a gas generating device with the features of claim 1, with the features of the claim 12 as also solved with the features of claim 17. Further advantageous embodiments and developments are in the respective dependent claims specified.

Ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem mit einer Gaserzeugungsvorrichtung weist zumindest eine Reaktorstufe auf, die an eine Leitung angeschlossen ist. Die Leitung ist eine Funktionseinheit der Gaserzeugungsvorrichtung, in die eine Strömungsänderung integriert ist.One Inventive fuel cell system with a gas generating device has at least one reactor stage on, which is connected to a line. The line is one Function unit of the gas generating device, in which a flow change is integrated.

Als Funktionseinheit wird gemäß einer ersten Ausgestaltung ein Wärmetauscher, der auch Verdampfer mitumfaßt, eine Reaktorstufe und/oder eine mechanische Gasreinigung definiert. Beispielsweise umfaßt diese eine Membran.When Function unit is in accordance with a first embodiment, a heat exchanger, which also includes evaporator, a reactor stage and / or a mechanical gas cleaning defined. For example this one membrane.

Gemäß einer zweiten Ausgestaltung wird als Funktionseinheit eine, das Gas in einem Strömungszustand gezielt beeinflussende Vorrichtung definiert.According to one second embodiment is as a functional unit one, the gas in a flow state defined influencing device defined.

Die Strömungsänderung ist gemäß eines Beispiels eine Querschnittsänderung einer Strömungsführung. Diese wird beispielsweise in Form einer Aufweitung, einer Reduzierung und/oder auch einer Umlenkung des Querschnitts erzielt.The flow change is according to an example a cross section change a flow guide. These is for example in the form of a widening, a reduction and / or a deflection of the cross section achieved.

Vorzugsweise bildet die Funktionseinheit die direkt mit der Reaktorstufe verbundene Leitung. Die mit der Reaktorstufe direkt verbundene Leitung weist gemäß einer Weiterbildung eine Funktion der Reaktorstufe und/oder eines Wärmetauschers auf. Auf diese Weise gelingt es, das eigentliche Leitungssystem im Bereich einer Gaserzeugungsvorrichtung verbessert ausnutzen zu können. Hierbei bedeutet eine Funktion einer Reaktorstufe eine chemische, insbesondere katalytische Umsetzung eines durch die Leitung durchfließenden Fluids. Hierzu kann die Leitung entsprechende Ausgestaltungen aufweisen. Dieses können Anströmflächen, Beschichtungen, katalytisch wirkende Einsätze oder ähnliches sein. Eine Funktion eines Wärmetauschers bedeutet, daß die Leitung eine Ausgestaltung aufweist, die über eine rohrförmige Gestalt hinausgeht. Vielmehr sind die für einen Wärmeaustausch notwendigen Flächen wie auch Kanäle in der Leitung angeordnet. Insbesondere kann die Leitung eine Zwangsanströmung eines Mediums aufweisen, mit dem ein in der Leitung geführtes Fluid den Wärmeaustausch vollzieht. Weiterhin kann die Leitung aus speziellem, für den Wärmeaustausch vorteilhaftem Material gefertigt sein. Beispielsweise können einer oder mehrere der folgenden Werkstoffe zum Einsatz kommen: 17 Mn 4 (Werkstoffnummer 1.0844), 15 Mo 3 (1.5415), 13 Cr Mo 4 4 (1.7335), austenitische Stähle, ferritische Stähle, ferritisch-austenitische Stähle, hitzebeständiger Stahlguß zum Beispiel nach SEW 471, warmfester Stahlguß zum Beispiel nach DIN 17245, Werkstoffe entsprechend DIN 17155 (1.59): Kesselbleche und/oder DIN 17155 für nahtlose Rohre und Sammler aus warmfesten Stählen, hochlegierte, insbesondere martensitische Stähle zum Beispiel gemäß SEW 670-69 (Hochwarmfeste Stähle) und/oder SEL 675-69 (nahtlose Rohre aus hochwarmfesten Stählen). Ein Bauteil kann einen oder mehrere dieser oder anderer Werkstoffe aufweisen.Preferably the functional unit forms the directly connected to the reactor stage Management. The directly connected to the reactor stage line has according to a Training a function of the reactor stage and / or a heat exchanger on. In this way, it succeeds, the actual pipe system exploit in the area of a gas generating device improved can. Here, a function of a reactor stage means a chemical, in particular catalytic conversion of a fluid flowing through the conduit. For this purpose, the line may have corresponding configurations. This can Inflow surfaces, coatings, catalytically acting inserts or similar be. A function of a heat exchanger means that the Line has a configuration which has a tubular shape goes. Rather, they are for a heat exchange necessary surfaces as well as channels arranged in the pipe. In particular, the line may be a forced flow of a Have medium with which a guided in the conduit fluid the heat exchange takes place. Furthermore, the line can be made of special, for heat exchange be made of advantageous material. For example, one can or more of the following materials are used: 17 Mn 4 (material number 1.0844), 15 Mo 3 (1.5415), 13 Cr Mo 4 4 (1.7335), austenitic steels, ferritic steels, ferritic-austenitic steels, heat-resistant Cast steel for Example according to SEW 471, heat-resistant cast steel, for example according to DIN 17245, Materials according to DIN 17155 (1.59): boiler plates and / or DIN 17155 for seamless tubes and collectors made of heat-resistant steels, high-alloyed, especially martensitic steels for example according to SEW 670-69 (High temperature steels) and / or SEL 675-69 (seamless tubes made of high-temperature steels). One Component may have one or more of these or other materials.

Ein Wärmeaustausch kann dazu führen, daß von der Leitung Wärme abgeführt wird. Es kann jedoch auch in die Leitung und an das in der Leitung strömende Fluid Wärme zugegeben werden. Bei mehreren Leitungen, die eine entsprechende Funktion aufweisen, können auch unterschiedliche Funktionen bei den jeweiligen Leitungen vorliegen. Beispielsweise kann eine Leitung eine Wärme abführen, während eine andere Leitung eine Wärme aufnimmt. Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, daß eine Leitung beispielsweise eine katalytische Reaktion und zusätzlich eine kalorische Funktion erfüllt. Beispielsweise kann in der Leitung eine endothermische oder exothermische Reaktion ausgeführt werden, wobei die Leitung gleichzeitig als Wärmetauscher ausgebildet ist, um entweder Wärme zu- oder abzuführen.Heat exchange can cause heat to dissipate from the line. However, heat may also be added to the line and to the fluid flowing in the line. In the case of several lines which have a corresponding function, different functions may also be present in the respective lines. For example, one line may dissipate heat while another line absorbs heat. According to one embodiment, it is provided that a line fulfills, for example, a catalytic reaction and additionally a caloric function. For example, an endothermic or exothermic reaction can be carried out in the line, wherein the conduit is simultaneously formed as a heat exchanger to either heat or remove.

Vorzugsweise ist die Leitung zwischen einer ersten Reaktorstufe und einer zweiten Reaktorstufe angeordnet. Dieses erlaubt eine besonders kompakte Baueinheit eines Reformers zu fertigen, der beispielsweise zwei Katalysatoren und eine Membran aufweist. Auch kann das Brennstoffzellensystem zwei und mehr Katalysatoren, vorzugsweise vier Katalysatoren aufweisen, bei denen der letzte Katalysator beispielsweise ein SelOx-Katalysator ist. Die Nutzung der Leitung in einer Funktion, die annähernd einer Reaktorstufe gleichkommt bzw. als Wärmetauscher gleichzeitig dient, erlaubt gemäß einer Weiterbildung, daß ein ansonsten notwendiger Katalysator als einzelnes Bauteil entfallen kann.Preferably is the line between a first reactor stage and a second Reactor stage arranged. This allows a particularly compact Assembly of a reformer to manufacture, for example, two Catalysts and a membrane. Also, the fuel cell system can be two and more catalysts, preferably four catalysts, in which the last catalyst, for example, a SelOx catalyst is. The use of the line in a function that is approximately one Equal reactor stage or serves as a heat exchanger at the same time, allowed according to a Continuing that one otherwise necessary catalyst as a single component omitted can.

Insbesondere läßt sich auf diese Weise ein Reformer herstellen, der auf sehr engem Raum alle notwendigen Komponenten zur Verfügung stellt. Vorzugsweise ist die Leitung gemäß einer Weiterbildung zwischen der Reaktorstufe und einem Wärmetauscher angeordnet. Auf diese Weise läßt sich beispielsweise die in der Reaktorstufe ausgeführte Reaktion beispielsweise in die Leitung übertragen, insbesondere verlängern. Auch kann der Reaktorstufe nachfolgend eine weitere chemische Umsetzung erfolgen. Auch besteht die Möglichkeit, daß damit schon vor dem Wärmetauscher eine kalorische Wärmeverteilung beginnen kann.Especially let yourself In this way, a reformer can produce that in a very small space provides all necessary components. Preferably the line according to a Training between the reactor stage and a heat exchanger arranged. In this way can be For example, the reaction carried out in the reactor stage, for example transferred to the line, in particular, extend. Also, the reactor stage may subsequently undergo another chemical reaction respectively. There is also the possibility that with it already in front of the heat exchanger a caloric heat distribution can start.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Leitung eine Umlenkung aufweist. Wird diese Umlenkung mit einer der oben beschriebenen Funktionen genutzt, läßt sich die Kompaktheit insbesondere des Reformers weiter erhöhen. Vorzugsweise ist die Umlenkung zumindest teilweise als Wärmetauscher ausgebildet. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist zumindest annähernd die gesamte Umlenkung als Wärmetauscher ausgebildet, insbesondere ist die Umlenkung ein Wärmetauscher.According to one Another embodiment provides that the line is a deflection having. Will this diversion with one of the above Functions used, can be further increase the compactness of the reformer in particular. Preferably the deflection is at least partially designed as a heat exchanger. According to one Another embodiment is at least approximately the entire deflection as a heat exchanger formed, in particular, the deflection is a heat exchanger.

Gemäß einer Ausgestaltung ist der Wärmetauscher, insbesondere die Umlenkung als – zumindest in einem Abschnitt – Gegenstromwärmetauscher ausgeführt. Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist der Wärmetauscher, insbesondere die Umlenkung, zumindest in einem Bereich als Gleichstromwärmetauscher ausgeführt. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der Wärmetauscher, insbesondere die Umlenkung, als Kreuzstromwärmetauscher konstruiert. Weiterhin besteht die Möglichkeit, daß der Wärmetauscher verschiedene Bereiche und somit Kombinationen von verschiedenartigen Wärmetauscherprinzipien aufweist.According to one Embodiment is the heat exchanger, in particular the diversion as - at least in one section - countercurrent heat exchanger executed. According to one another embodiment is the heat exchanger, in particular the deflection, at least in one area as a DC heat exchanger executed. According to one Another embodiment is the heat exchanger, in particular the deflection, designed as a cross-flow heat exchanger. Farther there is a possibility that the heat exchanger different areas and thus combinations of different types heat exchange principles having.

Gemäß einer Ausgestaltung weist die Leitung mehrere Ebenen auf, die übereinander gelagert sind. Durch diese Ebenen wird das durch die Leitungen hindurchfließende Fluid geleitet. Da bei kann das Fluid in einzelne Teilströme aufgespaltet werden, die entweder auf alle Ebenen oder auf spezielle Ebenen geführt werden. Beispielsweise kann eine Aufspaltung in Teilströme eine verbesserte Wärmeaustauschfunktion ermöglichen, sofern zwischen diesen Ebenen eine Strömungsführung eines Wärmeaustauschfluids mit den jeweiligen Teilströmen ermöglicht ist. Beispielsweise kann für einen Wärmetauscher eine erste Ebene einen Teilstrom des durch die Leitung hindurch fließenden Fluids aufnehmen, während eine zweite, direkt an die erste Ebene angrenzende Ebene einen Wärmeaustauschstrom aufnimmt und hindurch fließen läßt. Auf diese Weise ermöglicht sich eine besondere Gestaltungsfreiheit, wie die Leitung ausgestaltet und insbesondere ihre Funktion so ausgenutzt wird, daß sich eine kompakte Bauart ergibt.According to one Embodiment, the line has several levels, one above the other are stored. Through these levels, the fluid flowing through the conduits becomes fluid directed. Since at the fluid can be split into individual streams which are either at all levels or at specific levels. For example, splitting into partial streams can provide an improved heat exchange function enable, provided between these levels a flow guide of a heat exchange fluid with the respective partial flows allows is. For example, for a heat exchanger a first level a partial flow through the line flowing While recording fluids a second plane directly adjacent to the first plane a heat exchange stream absorbs and flows through leaves. On this way allows a special design freedom, as the line designed and in particular their function is exploited so that a compact design results.

Vorzugsweise ist die Umlenkung derart, daß das durch die Leitung hindurch fließende Fluid um mindestens 40° umgelenkt wird. Eine erste Ausgestaltung sieht vor, daß die Umlenkung einen Bereich aufweist, der mindestens annähernd 80° bis etwa 120° aufweist. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Umlenkung derart gestaltet ist, daß sie einen Bereich zwischen 120° und 200° aufweist. Die Umlenkung kann jedoch auch dazwischen liegende wie auch darüber hinausgehende Bereiche aufweisen. Vorzugsweise ist die Umlenkung derart, daß nachfolgende Komponenten der Gaserzeugungsvorrichtung möglichst nahe an die übrigen Komponenten angeschlossen werden können. Beispielsweise kann mit einer 90°- bzw. 180°-Einteilung eine Anordnung der Komponenten, insbesondere von Reaktorstufen und Wärmetauscher, ermöglicht werden, die einen kompakten Reformer ermöglichen.Preferably the deflection is such that the flowing through the conduit Fluid deflected by at least 40 ° becomes. A first embodiment provides that the deflection has a region, at least approximately 80 ° to about 120 °. According to one further embodiment it is provided that the deflection is designed such that she a range between 120 ° and 200 °. The diversion can, however, also intervening as well as beyond Have areas. Preferably, the deflection is such that subsequent Components of the gas generating device as close as possible to the other components can be connected. For example, with a 90 ° or 180 ° division an arrangement the components, in particular of reactor stages and heat exchangers, be made possible which allow a compact reformer.

Eine Weiterbildung sieht vor, daß eine Umlenkung nicht nur in einer Ebene, sondern auch in zwei Ebenen erfolgen kann. Hierbei wird ermöglicht, daß das System dadurch flexibel bezüglich der Anordnung der einzelnen Komponenten zueinander an den jeweils vorhandenen Bauraum angepaßt werden kann. Beispielsweise ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung vorgese hen, daß die Umlenkung eine gewisse Flexibilität aufweist. Dieses erlaubt, daß beim Einbau noch Verschiebungen ermöglicht werden, um die Komponenten unterbringen zu können.A Continuation provides that a Redirection not only in one plane, but also in two planes can be done. This will allow the system thereby flexible regarding the arrangement of the individual components to each other at the respective adapted to existing space can be. For example, according to another embodiment vorgese hen that the Deflection has a certain flexibility. This allows that during installation still shifts possible be able to accommodate the components.

Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung wird ein Brennstoffzellensystem zur Verfügung gestellt, das eine Anordnung einer Gaserzeugungsvorrichtung mit zumindest mehreren Komponenten, insbesondere von hintereinander angeordneten Wärmetauschern und Reaktorstufen aufweist, die zumindest annäherungsweise in zumindest einem Bereich mäanderförmig verläuft. Durch diese Mäanderförmigkeit können mehrere Komponenten nebeneinander zum liegen kommen, die bisher hintereinander angeordnet gewesen sind. Hierzu wird vorzugsweise auf die oben beschriebenen Umlenkungen zurückgegriffen. Die Mäanderförmigkeit erlaubt eine besonders kompakte Bauform der Gaserzeugungsvorrichtung und damit eine platzsparende Unterbringung im Rahmen der Nutzung der Brennstoffzellensystem.According to a further aspect of the invention, a fuel cell system is provided which has an arrangement of a gas generating device with at least a plurality of components, in particular of heat exchangers and reactor stages arranged one behind the other, which meanders at least approximately in at least one area. This meandering allows several components side by side come to rest, which have been arranged in succession. For this purpose, recourse is preferably made to the deflections described above. The meandering allows a particularly compact design of the gas generating device and thus a space-saving accommodation in the context of the use of the fuel cell system.

Unter Mäanderförmigkeit ist insbesondere zu verstehen, daß die Komponenten schlangenförmig, schlaufenförmig angeordnet sind. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, daß die Komponenten der Gaserzeugungsvorrichtung konzentrisch angeordnet sind. Dieses erlaubt die Führung des Fluids beispielsweise von innen nach außen, was dann besonders vorteilhaft ist, wenn im Inneren exotherme Prozesse stattfinden, deren Wärme an weiter außen liegende Komponenten übertragen werden soll. Insbesondere kann das Gaserzeugungsvorrichtung nicht nur zweidimensional, sondern dreidimensional mäanderförmig bzw. konzentrisch verlaufen. Insbesondere läßt sich auf diese Weise das Gaserzeugungsvorrichtung quasi falten.Under Mäanderförmigkeit is to be understood in particular that the components serpentine, arranged loop-shaped are. About that there is also the possibility that the Components of the gas generating device are arranged concentrically. This allows the leadership For example, the fluid from the inside out, which is particularly advantageous is, if inside exothermic processes take place, the heat to continue Outside transfer lying components shall be. In particular, the gas generating device can not only two-dimensional, but three-dimensional meandering or concentric. In particular, can be in this way, the gas generating device quasi fold.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, daß die im Gaserzeugungsvorrichtung verwendeten Reaktorstufen und insbesondere die dort verwendeten Katalysatorträger unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Insbesondere vergrößern sich die Querschnittsgeometrien in Durchströmrichtung des Fluids durch das Gaserzeugungsvorrichtung. Auf diese Weise gelingt es, eine gleichförmige Einströmung und insbesondere auch zusätzlich eine gleiche Wärmeübertragung bzw. Reaktion zur Übertragung zu erhalten. Vorzugsweise wird die Leitung insbesondere in der Ausgestaltung eines Wärmetauschers zur Erzielung auch einer Vergleichmäßigung einer Strömung genutzt.According to one Further development is envisaged that in the gas generating device used reactor stages and in particular those used there catalyst support have different diameters. In particular, enlarge the cross-sectional geometries in the flow direction of the fluid through the gas generating device. In this way, it is possible, a uniform inflow and especially in addition an equal heat transfer or reaction to transmission to obtain. Preferably, the conduit is particularly in the embodiment a heat exchanger used to achieve a homogenization of a flow.

Als Wärmetauschermedium des in der Leitung fließenden Fluids wird gemäß einer Ausgestaltung Wasser genutzt. Eine weitere Ausgestaltung sieht die Nutzung von Wasserdampf vor. Es können jedoch auch andere Fluide genutzt werden, gasförmig wie auch flüssig. Beispielsweise kann Luft als Wärmeaustauschmedium genutzt werden, vorzugsweise zusammen mit einem flüssigen Medium wie beispielsweise Wasser. Als Wärmeaustauschmedium kann auch ein Zwei- oder Dreiphasengemisch genutzt werden. Insbesondere besteht die Möglichkeit, die beim Wechsel von einem Aggregatzustand in den anderen Aggregatzustand frei werdende bzw. erforderliche Energie zu nutzen, um einen Wärmeaustausch im Wärmetauscher zu vollziehen.When heat exchange medium of the flowing in the line Fluids is according to a Design used water. Another embodiment sees the Use of steam before. However, other fluids may be used be used, gaseous as well as liquid. For example, air can be used as a heat exchange medium be used, preferably together with a liquid medium such as water. As a heat exchange medium It is also possible to use a two- or three-phase mixture. Especially there is a possibility that when changing from one state of aggregation to the other state of aggregation use released or required energy to heat exchange in the heat exchanger to accomplish.

Eine Weiterbildung sieht vor, daß die Gaserzeugungsvorrichtung eine Reaktorstufe und einen Wärmetauscher in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht aufweist. Dadurch läßt sich die Gaserzeugungsvorrichtung noch kompakter gestalten, wobei die Anzahl der erforderlichen Bauteile weiter reduziert wird. Dieses vereinfacht den Einbau wie auch das notwendige Anschließen von weiteren Komponenten wie auch Kabeln, Verbindungen oder ähnlichem. Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß ein Katalysatorträger einer Reaktorstufe axial in das Gehäuse einschiebbar ist. Hierzu wird vorzugsweise ein vorgefertigtes Gehäuse verwendet, in das anschließend der getrennt gefertigte Katalysatorträger eingeschoben werden kann. Dieses erlaubt einen unkomplizierten Wechsel des Katalysatorträgers im Falle eines notwendigen Austausches.A Continuing provides that the Gas generating device, a reactor stage and a heat exchanger housed in a common housing having. This can be done make the gas generating device even more compact, wherein the Number of required components is further reduced. This simplifies the installation as well as the necessary connection of other components as well as cables, connections or the like. According to one Embodiment is provided that a catalyst support a Reactor stage axially into the housing is insertable. For this purpose, a prefabricated housing is preferably used, in the following the separately prepared catalyst support can be inserted. This allows an uncomplicated change of the catalyst carrier in the case a necessary exchange.

Vorzugsweise ändert sich ein reformatseitiger Anströmquerschnitt eines Wärmetauschers über dessen Länge. Dadurch gelingt es einerseits, eine Angleichung der Strömung über die Strömungslänge zumindest in einem Bereich der Gaserzeugungsvorrichtung zu erreichen. Zum anderen ermöglicht dieses auch einen Ausgleich der Wärmeübertragung über den Querschnitt des Wärmetauschers. Weiterhin erlaubt eine Vergleichmäßigung der Strömung in der Leitung auch eine entsprechende Mischmöglichkeit insbesondere zwischen Randströmungen und Kernströmungen in der Leitung.Preferably changes a reformatseitiges inflow cross section a heat exchanger over its Length. On the one hand, this makes it possible to at least approximate the flow over the flow length reach in a region of the gas generating device. To the others possible this also balances the heat transfer across the cross section of the heat exchanger. Furthermore, a homogenization of the flow in the Lead also a corresponding mixing possibility in particular between edge flows and core flows in the pipe.

Vorzugsweise ist bei einem als Umlenkung dienendem Wärmetauscher eine Aufweitung angeschlossen, die in eine Reaktorstufe mündet. Die Aufweitung dient vorzugsweise zur Angleichung der Strömung vor der Reaktorstufe. Kommen aus dem Wärmetauscher verschiedene Teilströme, so können sich diese in der Aufweitung untereinander vermischen und so ein vergleichmäßigtes Anströmprofil zur Reaktorstufe bilden.Preferably is an expansion at a serving as a deflection heat exchanger connected, which opens into a reactor stage. The expansion serves preferably for equalization of the flow before the reactor stage. Come out of the heat exchanger different partial flows, so can yourself These mix in the expansion with each other and so a uniform flow profile for Form reactor stage.

Eine Vergleichmäßigung der Strömungsbedingungen wie aber auch insbesondere eine Verbesserung des Wirkungsgrades der Gaserzeugungsvorrichtung läßt sich dadurch erzielen, daß gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung eine Reaktorstufe einer Gaserzeugungsvorrichtung des Brennstoffzellensystem einen Katalysatorträger aufweist, dessen Querschnittsgeometrie zumindest angenähert an eine Querschnittsgeometrie eines angeschlossenen Wärmetauschers ist. Dadurch läßt sich über den Querschnitt betrachtet eine verbesserte Gesamtreaktion im Katalysatorträger erzielen.A Equalization of flow conditions but also in particular an improvement in the efficiency the gas generating device can be achieve that according to a Another idea of the invention is a reactor stage of a gas generating device of the fuel cell system has a catalyst carrier whose cross-sectional geometry at least approximated to a cross-sectional geometry of a connected heat exchanger is. This can be over the Cross-section considered to achieve an improved overall reaction in the catalyst support.

Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß eine Annäherung von einer gerundeten zu einer annähernd eckigen Querschnittsgeometrie oder anders herum erfolgt. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Katalysatorträger eine annähernd eckige Querschnittsgeometrie aufweist. Vorzugsweise weist der Wärmetauscher eine dazu äquivalente Querschnittsgeometrie auf. Der Katalysatorträger kann ein keramisches Material oder ein aus metallischem Werkstoff aufgebauter Katalysatorträger sein. Beispielsweise kann der Katalysatorträger eine Vielzahl von dünnen Metallfolien aufweisen wie auch aus gesintertem Material bestehen. Insbesondere kann die Querschnittsgeometrie des Katalysatorträgers nach ursprünglicher Herstellung entsprechend an den Einsatz im Zusammenspiel mit dem nachfolgendem Wärmetauscher durch entsprechende Umformung angepaßt sein.According to one embodiment, it is provided that an approximation of a rounded to an approximately square cross-sectional geometry or vice versa takes place. According to a further embodiment, it is provided that the catalyst carrier has an approximately angular cross-sectional geometry. Preferably, the heat exchanger has an equivalent cross-sectional geometry. The catalyst support may be a ceramic material or a catalyst support constructed of metallic material. For example, the Katalysatorträ ger have a plurality of thin metal foils as well as made of sintered material. In particular, the cross-sectional geometry of the catalyst support can be adapted according to the original production according to the use in interaction with the subsequent heat exchanger by appropriate deformation.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass eine Querschnittsform eines üblicherweise kreisförmigen Katalysatorträgerquerschnittes äquivalent zu einem rechteckigen Wärmetauscherquerschnitt vorproduziert wird, ohne dass eine weitere Verformung notwendig wird. Beispielsweise werden Metallfolien in eine Rechteckform gefaltet und bilden auf diese Wiese einen Katalysatorträger.A Another embodiment provides that a cross-sectional shape of a conventional circular Catalyst support cross section equivalent to a rectangular heat exchanger cross section Pre-produced, without further deformation necessary becomes. For example, metal foils are folded into a rectangular shape and form a catalyst carrier in this field.

Vorzugsweise wird in die Funktionseinheit eine Kanalstruktur integriert. Dieses erlaubt insbesondere eine Anpassung umgelenkter Strömungen zur Erzielung eines einheitlichen Ausströmprofils über den Ausströmquerschnitt. Gemäß einer Weiterbildung weist ein Teil der Strömungskanäle Verzögerungs- und/oder Beschleunigungspassagen auf. Diese können genutzt werden, um einen annähernd einheitlichen Ausströmquerschnitt zu erzielen. Sie können jedoch auch dazu genutzt werden, gezielte Geschwindigkeitsunterschiede über den Austrittsquerschnitt zu ermöglichen.Preferably a channel structure is integrated in the functional unit. This allows in particular an adaptation of deflected flows to Achievement of a uniform outflow profile over the outflow cross section. According to one Further, a part of the flow channels delay and / or acceleration passages. these can be used to an approximate uniform outflow cross section to achieve. You can However, also be used to targeted speed differences over the To allow outlet cross section.

Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung wird ein Brennstoffzellensystem vorgeschlagen, bei dem ein Wärmetauscher einer Gaserzeugungsvorrichtung mit einer ersten Halbschale eines Gehäuses verbunden ist, auf die eine zweite Halbschale aufsitzt, wobei ein Katalysatorträger zwischen der ersten und der zweiten Halbschale angeordnet ist. Diese Bauform ermöglicht, einerseits einen Wärmeaustausch auch zwischen dem Katalysatorträger und dem Wärmetauscher zu ermöglichen. Zum anderen erleichtert dieses eine Sicherstellung der Strömung zwischen beiden Bauteilen, da durch ein Vormontieren von Wärmetauscher und Katalysatorträger im Gehäuse ein nachfolgendes Hantieren ermöglicht wird, ohne daß es zu Relativbewegungen und Relativverschiebungen beider Bauteile zueinander kommen kann.According to one Another idea of the invention is a fuel cell system proposed in which a heat exchanger a gas generating device connected to a first half-shell of a housing is on which a second half-shell is seated, wherein a catalyst carrier between the first and second half-shell is arranged. This design allows on the one hand a heat exchange also between the catalyst support and the heat exchanger to enable. On the other hand, this facilitates a securing of the flow between Both components, as by a pre-assembly of heat exchangers and catalyst carrier in casing a subsequent handling is enabled, without it to relative movements and relative displacements of both components to each other can come.

Vorzugsweise wird das Brennstoffzellensystem und insbesondere die oben beschriebene Gaserzeugungsvorrichtung als Kompaktgerät in einem Fahrzeug untergebracht.Preferably is the fuel cell system and in particular the one described above Gas generating device housed as a compact device in a vehicle.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in der nachfolgenden Zeichnung dargestellt. Diese Ausgestaltungen sind jedoch nicht beschränkend auszulegen. Vielmehr sind diese sowie Teile davon untereinander sowie auch mit den oben beschriebenen Merkmalen zu weiteren Ausgestaltungen kombinierbar. Es zeigen:Further advantageous embodiments are in the following drawings shown. However, these embodiments are not to be construed restrictively. Rather, these are as well as parts of each other as well as with the features described above can be combined to form further embodiments. Show it:

1 Ein erstes Ausführungsbeispiel eines Reformers eines Brennstoffzellensystem, 1 A first embodiment of a reformer of a fuel cell system,

2 eine schematische Ansicht einer ersten Umlenkung, 2 a schematic view of a first deflection,

3 eine schematische Ansicht einer zweiten Umlenkung, 3 a schematic view of a second deflection,

4 eine Ansicht einer Ausgestaltung einer ersten Ebene einer zweiten Umlenkung gemäß 3, 4 a view of an embodiment of a first plane of a second deflection according to 3 .

5 eine zweite Ebene einer zweiten Umlenkung gemäß 3, 5 a second level of a second deflection according to 3 .

6 eine schematische Ansicht eines Wärmetauschers, der eine Aufweitung eines Strömungsquerschnittes aufweist, 6 a schematic view of a heat exchanger having an expansion of a flow cross-section,

7 eine Aufsicht auf ein Modell eines Reformers, 7 a supervision of a model of a reformer,

8, 9 und 10 jeweils Querschnittgeometrien von Katalysatorträgern und 8th . 9 and 10 each cross-sectional geometries of catalyst supports and

11 ein System aus Gehäuse, Wärmetauscher und Katalysatorträger für eine Gaserzeugungsvorrichtung eines Brennstoffzellensystem. 11 a system of housing, heat exchanger and catalyst carrier for a gas generating device of a fuel cell system.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eine Gaserzeugungsvorrichtung 1 als Reformer für ein nicht näher dargestelltes Brennstoffzellensystem 2. Das Brennstoffzellensystem 2 geht beispielsweise aus der WO 01/39308 hervor, auf die im Rahmen dieser Offenbarung verwiesen wird. Jedoch können auch andere Brennstoffzellensysteme und deren Komponenten im Zusammenspiel mit der Gaserzeugungsvorrichtung 1 Verwendung finden. Die Gaserzeugungsvorrichtung 1 ist mäanderförmig angeordnet. Diese Mäanderform erlaubt eine kompakte Bauweise, die wenig Platz in Anspruch nimmt. Gleichzeitig erlaubt diese Geometrie, daß Anschlüsse an einzelne Komponenten der Gaserzeugungsvorrichtung 1 einfach zu erreichen sind. Die Gaserzeugungsvorrichtung 1 weist eine erste Mischkammer 3 auf, in die vorzugsweise ein Gasgemisch aus Kraftstoff, Luft- und Wasserdampf eintritt. Nach Durchmischung in diese Bestandteile wird ein homogenisiertes Gemisch in eine nachfolgende erste Reaktorstufe 4 geführt. Die erste Reaktorstufe 4 ist beispielsweise ein autothermer Reformer. Dieser benötigt weder eine Wärmezufuhr noch eine Wärmeabfuhr. Anstatt eines autothermen Reformers als erste Reaktorstufe 4 kann jedoch auch ein exothermer bzw. endothermer Reformer eingesetzt werden. Beispielsweise kann ein partieller Oxidationsreformer eine Wärmeabfuhr an der ersten Reaktorstufe 4 erfordern. Ein Einsatz eines Dampfreformers wiederum als erste Reaktorstufe 4 würde dagegen eine Wärmezufuhr erforderlich machen. Aus der ersten Reaktorstufe 4 tritt das Fluid mit einer vergleichmäßigten Geschwindigkeit in eine Leitung 5 ein. Die Leitung 5 ist als Wärmetauscher 6 ausgeführt. Weiterhin ist dieser Wärmetauscher gleichzeitig eine Umlenkung 7. Die Umlenkung 7 ermöglicht ein platzsparendes Anströmen nachfolgender Komponenten der Gaserzeugungsvorrichtung 1. Durch Ausgestaltung der Umlenkung 7 als Wärmetauscher 6 wird kein zusätzliches Bauteil erforderlich. Die Umlenkung 7 ist insbesondere derart ausgestaltet, daß eine Homogenisierung der Temperatur des durchfließenden Fluids erfolgt. Gleichzeitig ermöglicht die Umlenkung 7 insbesondere im Zusammenspiel mit einer nachfolgenden Aufweitung 8 eine Homogenisierung durch Durchmischung einzelner Teilfluidströme. Darüber hinaus kann die Leitung 5 zu einer Homogenisierung der Gasanteile führen. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung finden in der Leitung 5 weitere Gasreaktionen statt, die zu einer Vergleichmäßigung und damit Homogenisierung der einzelnen Teilströme führen. Beispielsweise ist die Leitung 5 dafür mit einer entsprechenden Beschichtung ausgestattet. 1 shows a first embodiment of a gas generating device 1 as a reformer for a non-illustrated fuel cell system 2 , The fuel cell system 2 For example, WO 01/39308, to which reference is made in the context of this disclosure. However, other fuel cell systems and their components may also interact with the gas generating device 1 Find use. The gas generating device 1 is arranged meandering. This meander shape allows a compact design that takes up little space. At the same time, this geometry allows connections to individual components of the gas generating device 1 easy to reach. The gas generating device 1 has a first mixing chamber 3 on, in which preferably a gas mixture of fuel, air and water vapor occurs. After mixing into these components, a homogenized mixture is introduced into a subsequent first reactor stage 4 guided. The first reactor stage 4 is for example an autothermal reformer. This requires neither a heat supply nor a heat dissipation. Instead of an autothermal reformer as the first reactor stage 4 However, an exothermic or endothermic reformer can also be used. For example, a partial oxidation reformer can remove heat at the first reactor stage 4 require. A use of a steam reformer again as the first reactor stage 4 would, however, require a supply of heat. From the first reactor stage 4 the fluid enters the conduit at a uniform rate 5 one. The administration 5 is as a heat exchanger 6 executed. Furthermore, this heat exchanger is at the same time a deflection 7 , The diversion 7 allows a space-saving flow on subsequent components of the gas generating device 1 , By design of the deflection 7 as a heat exchanger 6 no additional component is required. The diversion 7 is in particular designed such that a homogenization of the temperature of the fluid flowing through takes place. At the same time allows the diversion 7 in particular in interaction with a subsequent widening 8th a homogenization by mixing individual partial fluid flows. In addition, the line can 5 lead to a homogenization of the gas components. According to another embodiment find in the line 5 further gas reactions take place, which lead to a homogenization and thus homogenization of the individual partial flows. For example, the line 5 but equipped with a corresponding coating.

In der nachfolgenden Aufweitung 8 erfolgt neben einer Homogenisierung von Temperatur und Fluid eine Strömungsanpassung an die der Aufweitung 8 nachfolgenden zweiten Reaktorstufe 9. Die zweite Reaktorstufe 9 ist beispielsweise ein Hochtemperaturshift. Dabei wird Kohlenmonoxid mit Wasser zu Kohlendioxid und Wasserstoff unter exothermer Wärmefreisetzung katalytisch umgesetzt. Aufgrund des Temperaturniveaus von über 350°C ist im Anschluß an die zweite Reaktorstufe 9 ein zweiter Wärmetauscher 10 angeordnet. Über diesen wird die in der zweiten Reaktorstufe 9 frei gewordene Energie abgeführt, bevor das Fluid in eine zweite Aufweitung 11 gelangt. In dieser zweiten Aufweitung 11 wird wiederum eine Homogenisierung der Temperatur und der Gasanteile bewirkt, bevor von dort das Fluid in eine dritte Reaktorstufe 12 eintritt. Die dritte Reaktorstufe 12 ist beispielsweise als Lowtemperaturshift ausgeführt. Dabei wird wiederum in einer exothermen Reaktion mit Temperaturen von beispielsweise um die 200°C und unter Nutzung eines Katalysators, insbesondere eines Edelmetallkatalysators eine homogene Wassergasreaktion ausgeführt. Im Anschluß an die dritte Reaktorstufe 12 kann wiederum ein dritter Wärmetauscher 13 angeordnet sein. Dieser führt die in der dritten Reaktorstufe 12 entstandene Wärme ab. Vom dritten Wärmetauscher 13 aus wird das Fluid in eine Mischkammer 14 geführt. In dieser Mischkammer 14 folgen wiederum eine Homogenisierung von Temperatur und Fluid. Von der Mischkammer aus wird das Fluid in eine Gasnachreinigung 15 geführt. Die Gasnachreinigung 15 funktioniert beispielsweise nach der selektiven Oxidation. Bei dieser wird beispielsweise unter Verwendung eines Katalysators wie beispielsweise des Au/Fe3O4- oder Au/TiO2-Systems Kohlenmonoxid mit Luftsauerstoff zu Kohlendioxid oxidiert. Dieser Prozeß verläuft exotherm. Daher kann die Gasnachreinigung 15 wiederum selbst eine Wärmeabführung aufweisen. Es kann jedoch auch, so wie dargestellt, ein vierter Wärmetauscher 16 der Gasnachreinigung 15 nachfolgend angeordnet sein. Der vierte Wärmetauscher 16 weist vorzugsweise eine Querschnittsverengung über seine Länge auf. Dieses ermöglicht eine Beschleunigung des aus der Gaserzeugungsvorrichtung 1 ausströmenden Fluids in nachfolgende Bereiche der Brennstoffzellensystem 2 unter gleichzeitiger Durchmischung und damit Homogenisierung des Fluids. Bei dieser Ausgestaltung einer Gaserzeugungsvorrichtung 1 wird der Strömungsquerschnitt beginnend bei der ersten Reaktorstufe hin zur Gasnachreinigung 15 immer größer, wobei der Strömungsquerschnitt zwischen der dritten Reaktorstufe 12 und der Gasnachreinigung 15 in etwa gleich bleibt. Weiterhin nimmt die Temperatur beginnend bei der ersten Reaktorstufe 4 vorzugsweise bis zur dritten Reaktorstufe 12 hin ab. Dieses wird durch die angeordneten Wärmetauscher vollzogen. Die Wärmetauscher sind vorzugsweise jeweils in einem Außenbereich der Gaserzeugungsvorrichtung 1 angeordnet. Dieses erleichtert zum einen die Zugänglichkeit an die Wärmetauscher. Zum anderen ermöglicht dieses ein einfacheres Anschließen von Zu- und Ableitungen, beispielsweise für ein Kühlmedium.In the following expansion 8th In addition to a homogenization of temperature and fluid, a flow adaptation to the expansion takes place 8th subsequent second reactor stage 9 , The second reactor stage 9 is for example a high temperature shift. In this case, carbon monoxide is catalytically reacted with water to carbon dioxide and hydrogen under exothermic heat release. Due to the temperature level of over 350 ° C is following the second reactor stage 9 a second heat exchanger 10 arranged. About this is the in the second reactor stage 9 released energy dissipated before the fluid in a second expansion 11 arrives. In this second expansion 11 In turn, a homogenization of the temperature and the gas fractions is effected, before from there the fluid in a third reactor stage 12 entry. The third reactor stage 12 is for example designed as a low temperature shift. In this case, a homogeneous water gas reaction is again carried out in an exothermic reaction with temperatures of, for example, about 200 ° C and using a catalyst, in particular a noble metal catalyst. Following the third reactor stage 12 in turn, a third heat exchanger 13 be arranged. This leads in the third reactor stage 12 resulting heat. From the third heat exchanger 13 Out of the fluid is in a mixing chamber 14 guided. In this mixing chamber 14 in turn follow a homogenization of temperature and fluid. From the mixing chamber, the fluid is in a gas cleaning 15 guided. The gas post-cleaning 15 works for example after the selective oxidation. In this example, using a catalyst such as the Au / Fe 3 O 4 - or Au / TiO 2 system carbon monoxide is oxidized with atmospheric oxygen to carbon dioxide. This process is exothermic. Therefore, the gas post-purification 15 again have a heat dissipation. However, it may also, as shown, a fourth heat exchanger 16 the gas post-cleaning 15 be arranged below. The fourth heat exchanger 16 preferably has a cross-sectional constriction over its length. This allows acceleration of the gas generating device 1 outflowing fluid in subsequent areas of the fuel cell system 2 with simultaneous mixing and thus homogenization of the fluid. In this embodiment of a gas generating device 1 the flow cross-section is starting from the first reactor stage to gas post-purification 15 getting larger, the flow cross-section between the third reactor stage 12 and the gas post-cleaning 15 remains roughly the same. Furthermore, the temperature decreases starting at the first reactor stage 4 preferably up to the third reactor stage 12 down. This is done by the arranged heat exchangers. The heat exchangers are preferably each in an outer region of the gas generating device 1 arranged. This facilitates on the one hand the accessibility to the heat exchanger. On the other hand, this allows a simpler connection of supply and discharge lines, for example for a cooling medium.

2 zeigt in schematischer Ansicht eine erste Umlenkung 17. In die erste Umlenkung 17 tritt das Fluid mit einem Geschwindigkeitsprofil ein, mit dem es vorzugsweise auch wieder aus der ersten Umlenkung 17 austritt. Die erste Umlenkung 17 ist beispielsweise als 90°-Umlenkung ausgelegt. Sie weist insbesondere Kanäle zur Bildung von Teilströmen auf, wodurch sich das Geschwindigkeitsprofil bei entsprechender Kanalbil dung nach Durchströmen der ersten Umlenkung 17 wieder homogenisiert beim Austritt ergibt. 2 shows a schematic view of a first deflection 17 , In the first diversion 17 enters the fluid with a speed profile, with which it is preferably again from the first deflection 17 exit. The first diversion 17 is designed, for example, as a 90 ° deflection. In particular, it has channels for the formation of partial flows, whereby the velocity profile tion with appropriate Kanalbil after flowing through the first deflection 17 homogenized again on exit.

3 zeigt eine zweite Umlenkung 18, die als 180°-Umlenkung ausgebildet ist. Auch hier ist das eintretende Geschwindigkeitsprofil annähernd gleich mit dem austretenden Geschwindigkeitsprofil. In der zweiten Umlenkung 18 sind auch hierfür wiederum vorzugsweise Kanäle angeordnet, die eine derartige Geschwindigkeitsprofilierung ermöglichen. Neben annähernd geraden Geschwindigkeitsprofilen über den Querschnitt sind auch andersartige Geschwindigkeitsprofile über den Querschnitt möglich, insbesondere parabelförmige Geschwindigkeitsquerschnitte aufgrund beispielsweise einer Wandhaftung des Fluids. 3 shows a second deflection 18 , which is designed as a 180 ° deflection. Again, the incoming velocity profile is approximately equal to the exiting velocity profile. In the second diversion 18 For this purpose, in turn, preferably channels are arranged, which allow such a speed profiling. In addition to approximately straight velocity profiles over the cross section, other types of velocity profiles over the cross section are possible, in particular parabolic velocity cross sections due to, for example, wall adhesion of the fluid.

4 zeigt in einer Aufsicht eine erste Ebene 19 einer Leitung, die als Wärmetauscher ausgebildet ist. Die erste Ebene 19 weist Kanäle 20 auf, die eine Umlenkung des hindurchfließenden Mediums bewirken. Insbesondere zur Erzielung einer gleichmäßigen Ein- wie Austrittsgeschwindigkeit weist die erste Ebene 19 einen Geschwindigkeitsharmonisierer 21 auf. Der Geschwindigkeitsharmonisierer 21 ist insbesondere im Inneren, den ansonsten kürzeren Kanälen 20 angeordnet. Dadurch wird das dorthin durchströmende Teilfluid verzögert. Hierzu weist der Geschwindigkeitsharmonisierer 21 eine labyrinthartige Struktur auf, mittels derer eine Strömungswegverlängerung erzielt wird. Weiterhin wird zur Beschleunigung des Mediums eine Querschnittsverengung der Kanäle 20 ausgeführt, die sich nachfolgend jedoch wieder aufweiten. Aufgrund dieser Aufweitung erfolgt wiederum eine Vergleichmäßigung der ansonsten unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten innerhalb der ersten Ebene 19. Die Kanäle 20 können durch Bleche oder sonstige Materialien geformt werden. Beispielsweise kann hochtemperaturfester Kunststoff oder ähnliches eingesetzt werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit, aus einem Vollmaterial diese Kanäle 20 herauszuarbeiten. 4 shows in a plan a first level 19 a line that ausgebil as a heat exchanger it is. The first level 19 has channels 20 on, which cause a deflection of the flowing medium. In particular, to achieve a uniform entrance and exit speed, the first level 19 a speed harmonizer 21 on. The speed harmonizer 21 is especially inside, the otherwise shorter channels 20 arranged. As a result, the partial fluid flowing through is delayed. For this purpose, the speed harmonizer 21 a labyrinthine structure, by means of which a flow path extension is achieved. Furthermore, to accelerate the medium, a cross-sectional constriction of the channels 20 executed, but subsequently expand again. As a result of this widening, a homogenization of the otherwise different flow velocities within the first plane takes place again 19 , The channels 20 can be formed by sheets or other materials. For example, high-temperature resistant plastic or the like can be used. Furthermore, there is the possibility of a solid material, these channels 20 work out.

5 zeigt eine zweite Ebene 23, die beispielsweise auf der ersten Ebene aus 4 aufsitzt. Die zweite Ebene 23 dient als wärmeabführende Ebene. Durch sie tritt ein wärmeabführendes Medium hindurch. Dieses wärmeabführende Medium kann beispielsweise Luft und/oder Wasser bzw. Luft und/oder Wasserdampf oder auch ein Gemisch allen drei Komponenten sein. Um eine Vergleichmäßigung des Wärmetransportes zu ermöglichen, weist die zweite Ebene 23 ebenfalls eine kanalartige Struktur 24 auf. Über einen Verteilerbereich 25 wird das Kühlmedium in die einzelnen Kanäle aufgeteilt. Durch einen düsenartigen Effekt wird beispielsweise vermieden, daß beim Durchströmen durch den Verteilerbereich 25 eine Sperrung einer Phase bei einem Mehrphasengemisch auftritt. Insbesondere Wasserdampf kann aufgrund einer derartigen Konstruktion ungehindert abströmen. Neben der dargestellten Ausgestaltung der Kanäle durch Wände können weiterhin auch Füßchen eingesetzt werden, die eine entsprechende Aufteilung des Kühlmediums in einzelne Fluidströme bewirken. Vorzugsweise ist die zweite Ebene 23 derart dimensioniert, daß vom abzutransportierenden Wärmestrom her eine gewisse Überdimensionierung vorliegt. Durch Aufeinanderstapelung von ersten und zweiten Ebenen wird vorzugsweise ein Wärmetauscher gebildet, der eine 180°-Umlenkung aufweist. Dieses erlaubt die besonders günstige kompakte Bauform der Gaserzeugungsvorrichtung 1. Weiterhin nutzt eine entsprechende Geometrierung von erster Ebene 19 und zweiter Ebene 23 die Möglichkeit der verschiedenartigen Rekuperations-Wärmetauscherarten aus. Beispielsweise kann eine Mischung aus Kreuz- und Gegenstrom-Wärmetauscher ausgeführt werden. Auch besteht die Möglichkeit, einen Gleichstrom-Wärmetauscher auf diese Weise zu generieren. Durch entsprechende Führung des wärmeabführenden Mediums beispielsweise kann auch ein Parallel-Wärmetauscher ausgeführt werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit, daß die Strömungsführung des wärmeabführenden Mediums mit einer Strömungsführung des Reformats in der ersten Ebene 19 übereinstimmt. 5 shows a second level 23 for example, on the first level 4 seated. The second level 23 serves as a heat-dissipating level. Through them enters a heat dissipating medium. This heat-dissipating medium may be, for example, air and / or water or air and / or water vapor or else a mixture of all three components. In order to allow a homogenization of the heat transfer, the second level 23 also a channel-like structure 24 on. Via a distributor area 25 the cooling medium is divided into the individual channels. By a nozzle-like effect is avoided, for example, that when flowing through the distributor area 25 a blocking of a phase occurs in a multiphase mixture. In particular, water vapor can flow freely due to such a construction. In addition to the illustrated embodiment of the channels through walls also feet can be used, which cause a corresponding division of the cooling medium into individual fluid streams. Preferably, the second level 23 dimensioned such that there is a certain over-dimensioning of the heat flow to be removed. By stacking first and second planes, a heat exchanger is preferably formed which has a 180 ° deflection. This allows the particularly favorable compact design of the gas generating device 1 , Furthermore, use a corresponding first-level geometry 19 and second level 23 the possibility of various types of recuperation heat exchanger. For example, a mixture of cross and countercurrent heat exchangers can be carried out. It is also possible to generate a DC heat exchanger in this way. By appropriate management of the heat dissipating medium, for example, a parallel heat exchanger can be performed. Furthermore, there is the possibility that the flow guidance of the heat-dissipating medium with a flow guide of the reformate in the first plane 19 matches.

6 zeigt einen Wärmetauscher 26 als Aufweitung 27 zur Veränderung eines Strömungsquerschnitts. Hierzu wird beispielsweise als wärmeabführendes Medium Wasserdampf in Form eines Kreuzstroms durch eine versetzt zu der dargestellten Ebene durch den Wärmetauscher 26 hindurchgeführt. Dieser Wasserdampf ist durch Pfeile annähernd senkrecht zu der Aufweitung 27 angegeben. 6 shows a heat exchanger 26 as a widening 27 for changing a flow cross section. For this purpose, for example, as heat-dissipating medium water vapor in the form of a cross-flow through an offset to the plane shown by the heat exchanger 26 passed. This water vapor is by arrows approximately perpendicular to the expansion 27 specified.

7 zeigt eine Aufsicht auf ein Modell eines Reformers als Gaserzeugungsvorrichtung 1. Diese Gaserzeugungsvorrichtung 1 entspricht beispielsweise dem ersten Ausführungsbeispiel aus 1. Ein Treibstoff 28 wird beispielsweise in die Gaserzeugungsvorrichtung 1 eingeführt und durchläuft die einzelnen Komponenten wie Reaktorstufen und Wärmetauscher. Aus der Gaserzeugungsvorrichtung 1 tritt ein Gas 29 aus, das zu einer hier nicht näher dargestellten Anode einer Brennstoffzellensystem geführt wird. Direkt gegenüber des Gasaustritts für das austretende Gas 29 liegt ein Gaseintritt 30, in den ein Anodenaustrittsgas 31 eintritt. Weiterhin führt ein Kathodenaustrittsgas 32 ebenfalls in die Komponente 33 hinein. In die Komponente 33 wird weiterhin Wasser eingeführt, welches von der Komponente 33 als Kühlmedium zur Gaserzeugungsvorrichtung 1 über eine Rohrführung 34 überströmt. Über mehrere Rohrführungen 34 können insbesondere die Wärmetauscher der Gaserzeugungsvorrichtung 1 untereinander verbunden werden. Auf diese Weise können die Bauhöhe und die Anteile der Komponentenanzahl verringert werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit, daß insbesondere in die Wärmetauscher zusätzliches Kühlmedium weiter eingegeben werden kann. Dieses wird durch die Pfeile 35 angedeutet. Weiterhin kann in die Gaserzeugungsvorrichtung 1 auch Luft zugeführt werden. Dieses wird über den Pfeil 36 angedeutet. So wie in 7 dargestellt, läßt sich eine kompakte Gaserzeugungsvorrichtung 1 erzeugen, was eine Länge L, eine Breite B und eine Höhe H aufweist, das nur wenig Platz beansprucht. Beispielsweise weist ein System für eine ZKW Brennstoffzelle eine Länge zwischen 300 und 500 mm, eine Breite zwischen 200 und 400 mm und eine Höhe zwischen 50 und 200 mm auf. Vorzugsweise wird ein Verhältnis L:B:H erzielt, welches etwa 4:3:1 beträgt. Das Verhältnis kann jedoch zwischen 3:2:1 und 4:4:2 betragen. Weiterhin besteht die Möglichkeit, daß die Höhe H größer ist als die Breite B. Dieses ist insbesondere dadurch erzielbar, daß eine Umlenkung nicht nur in einer Ebene erfolgt. Vielmehr wird auch eine Umlenkung in die Höhe ausgeführt. 7 shows a plan view of a model of a reformer as a gas generating device 1 , This gas generating device 1 for example, corresponds to the first embodiment 1 , A fuel 28 becomes, for example, the gas generating device 1 introduced and passes through the individual components such as reactor stages and heat exchangers. From the gas generating device 1 a gas enters 29 from, which is guided to an anode, not shown here, a fuel cell system. Directly opposite the gas outlet for the escaping gas 29 is a gas inlet 30 into which an anode exit gas 31 entry. Furthermore, a cathode exit gas leads 32 also in the component 33 into it. In the component 33 Furthermore, water is introduced, which depends on the component 33 as a cooling medium to the gas generating device 1 via a pipe guide 34 overflows. Over several pipe guides 34 In particular, the heat exchanger of the gas generating device 1 be interconnected. In this way, the height and the proportions of the number of components can be reduced. Furthermore, there is the possibility that in particular in the heat exchanger additional cooling medium can be entered further. This is done by the arrows 35 indicated. Furthermore, in the gas generating device 1 be supplied with air. This is over the arrow 36 indicated. As in 7 shown, can be a compact gas generating device 1 produce what has a length L, a width B and a height H, which takes up little space. For example, a system for a ZKW fuel cell has a length between 300 and 500 mm, a width between 200 and 400 mm and a height between 50 and 200 mm. Preferably, a ratio L: B: H is achieved which is about 4: 3: 1. However, the ratio can be between 3: 2: 1 and 4: 4: 2. Furthermore, there is the possibility that the height H is greater than the width B. This is in particular achievable that a deflection is not only in one plane. Rather, a deflection is carried out in the amount.

8, 9 und 10 zeigen jeweils unterschiedliche Querschnittsgeometrien eines Katalysatorträgers 37. Der Katalysatorträger 37 kann rechteckig, insbesondere quadratisch sein. Dabei können die Ecken so wie in 8 dargestellt, spitz ausgeführt sein. Die in 9 dargestellte Variante zeigt abgerundete Flächen, während die in 10 dargestellte Querschnittsgeometrie des Katalysatorträgers 37 eine ballige Form der Seitenflächen zusätzlich aufweist. Mit einer derartigen Geometrie läßt sich insbesondere hinsichtlich der Geometrie von Wärmetauschern ein einheitliches Strömungsprofil zwischen beiden Komponenten durch die entsprechende Leitung unter Minimierung von Strömungsverlusten aufgrund von Wandreibung und Querschnittsänderungen erzielen. 8th . 9 and 10 each show different cross-sectional geometries of a catalyst support 37 , The catalyst carrier 37 may be rectangular, in particular square. The corners can be as well as in 8th shown to be pointed. In the 9 shown variant shows rounded surfaces, while the in 10 illustrated cross-sectional geometry of the catalyst support 37 has a spherical shape of the side surfaces in addition. With such a geometry, in particular with regard to the geometry of heat exchangers, it is possible to achieve a uniform flow profile between the two components through the corresponding line while minimizing flow losses due to wall friction and cross-sectional changes.

11 zeigt ein System mit einem Gehäuse, daß eine erste Halbschale 38 aufweist. Auf diese erste Halbschale 38 kann eine zweite Halbschale, die hier nicht näher dargestellt ist, aufgesetzt werden. Hierzu weist die erste Halbschale 38 Querstege 39 als Flanschverbindung auf. In der ersten Halbschale 38 ist ein Wärmetauscher 40 angeordnet. Dieser ist eckig und nimmt vorzugsweise eine Form in Übereinstimmung mit der ersten Halbschale 38 ein. In die erste Halbschale 38 kann zusätzlich ein Katalysatorträger 41 paßgenau eingesetzt werden. Die Querschnittsgeometrie des Katalysatorträgers 41 stimmt mit derjenigen des Wärmetauschers 40 überein. Auf diese Weise lassen sich zwei Komponenten einer Gaserzeugungsvorrichtung für eine Brennstoffzellensystem in einem Gehäuse unterbringen. Dieses gestattet einen modularen Aufbau der Gaserzeugungsvorrichtung, was ein Zusammensetzen desselben verein facht. Vorzugsweise werden dafür die Flanschverbindungen nicht nur für die zweite Halbschale vorgesehen. Vielmehr sind Flansche 42 vorhanden, um angrenzende Komponenten mit dem Gehäuse strömungsdicht verbinden zu können. Gemäß der hier dargestellten Ausgestaltung des Systems ist weiterhin ein Fuß 43 vorhanden, der zur Stabilisierung des Gehäuses beiträgt. Dieses ermöglicht eine besondere Leichtbauweise der Halbschalen. Eine weitere Versteifung des Gehäuses erfolgt durch die Flansche 42. Bei entsprechender Paßgenauigkeit des Wärmetauschers 40 erhält das Gehäuse eine ausreichende Steifigkeit, um verwindungssteif insbesondere in einem Fahrzeug untergebracht werden zu können. 11 shows a system with a housing that a first half-shell 38 having. On this first half shell 38 can a second half-shell, which is not shown here, are placed. For this purpose, the first half shell 38 crossbars 39 as flange connection. In the first half shell 38 is a heat exchanger 40 arranged. This is square and preferably takes a shape in accordance with the first half-shell 38 one. In the first half shell 38 can additionally a catalyst support 41 be used accurately. The cross-sectional geometry of the catalyst support 41 agrees with that of the heat exchanger 40 match. In this way, two components of a gas generating device for a fuel cell system can be accommodated in a housing. This allows a modular construction of the gas generating device, which simplifies assembling the same. Preferably, the flange connections are not only provided for the second half-shell. Rather, flanges 42 present to connect adjacent components with the housing flow-tight. According to the embodiment of the system shown here is still a foot 43 present, which contributes to the stabilization of the housing. This allows a special lightweight construction of the half shells. A further stiffening of the housing takes place through the flanges 42 , With appropriate accuracy of fit of the heat exchanger 40 the housing is given sufficient rigidity to be torsionally rigid, especially in a vehicle can be accommodated.

Claims (21)

Brennstoffzellensystem (2) mit einer Gaserzeugungsvorrichtung (1), wobei die Gaserzeugungsvorrichtung (1) zumindest eine Reaktorstufe (4, 9, 12) aufweist, die an eine Leitung (5) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (5) eine Funktionseinheit der Gaserzeugungsvorrichtung ist, in die eine Strömungsänderung integriert ist.Fuel cell system ( 2 ) with a gas generating device ( 1 ), wherein the gas generating device ( 1 ) at least one reactor stage ( 4 . 9 . 12 ), which is connected to a line ( 5 ), characterized in that the line ( 5 ) is a functional unit of the gas generating device, in which a flow change is integrated. Brennstoffzellensystem (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionseinheit eine weitere Reaktorstufe (4, 9, 12) und/oder ein Wärmetauscher (6, 10, 13) ist.Fuel cell system ( 2 ) according to claim 1, characterized in that the functional unit comprises a further reactor stage ( 4 . 9 . 12 ) and / or a heat exchanger ( 6 . 10 . 13 ). Brennstoffzellensystem (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionseinheit eine mechanische Gasreinigung ist.Fuel cell system ( 2 ) according to claim 1, characterized in that the functional unit is a mechanical gas cleaning. Brennstoffzellensystem (2) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsänderung eine Querschnittsänderung einer Strömungsführung ist.Fuel cell system ( 2 ) according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the flow change is a change in cross section of a flow guide. Brennstoffzellensystem (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsänderung eine Strömungsumlenkung ist.Fuel cell system ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the flow change is a flow deflection. Brennstoffzellensystem (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionseinheit die direkt mit der Reaktorstufe (4, 9, 12) verbundene Leitung (5) bildet.Fuel cell system ( 2 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that the functional unit directly with the reactor stage ( 4 . 9 . 12 ) connected line ( 5 ). Brennstoffzellensystem (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (5) zwischen einer ersten Reaktorstufe (4) und einer zweiten Reaktorstufe (9) angeordnet ist.Fuel cell system ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the line ( 5 ) between a first reactor stage ( 4 ) and a second reactor stage ( 9 ) is arranged. Brennstoffzellensystem (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (5) zwischen der Reaktorstufe (4, 9, 12) und einem Wärmetauscher (6, 10, 13) angeordnet ist.Fuel cell system ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the line ( 5 ) between the reactor stage ( 4 . 9 . 12 ) and a heat exchanger ( 6 . 10 . 13 ) is arranged. Brennstoffzellensystem (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (5) eine Umlenkung (7) bildet, die als Wärmetauscher (6, 10, 13) ausgebildet ist.Fuel cell system ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the line ( 5 ) a diversion ( 7 ), which are used as heat exchangers ( 6 . 10 . 13 ) is trained. Brennstoffzellensystem (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkung (7) mindestens annähernd 80° beträgt.Fuel cell system ( 2 ) according to claim 9, characterized in that the deflection ( 7 ) is at least approximately 80 °. Brennstoffzellensystem (2) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkung (7) einen Bereich zwischen 120° und 200° aufweist.Fuel cell system ( 2 ) according to claim 9 or 10, characterized in that the deflection ( 7 ) has a range between 120 ° and 200 °. Brennstoffzellensystem (2) insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anordnung einer Gaserzeugungsvorrichtung (1) mit zumindest mehreren Komponenten, insbesondere von hintereinandergeordneten Wärmetauschern (6, 10, 13) und Reaktorstufen (4, 9, 12), zumindest annäherungsweise in zumindest einem Bereich mäanderförmig verläuft.Fuel cell system ( 2 ) in particular according to one of the preceding claims, characterized in that an arrangement of a gas generating device ( 1 ) with at least a plurality of components, in particular of successively arranged heat exchangers ( 6 . 10 . 13 ) and reactor stages ( 4 . 9 . 12 ), at least approximately meandering in at least one area. Brennstoffzellensystem (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reaktorstufe und ein Wärmetauscher in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind.Fuel cell system ( 2 ) after one of the preceding claims, characterized in that a reactor stage and a heat exchanger are housed in a common housing. Brennstoffzellensystem (2) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Katalysatorträger einer Reaktorstufe axial in das Gehäuse einschiebbar ist.Fuel cell system ( 2 ) according to claim 13, characterized in that a catalyst carrier of a reactor stage is axially inserted into the housing. Brennstoffzellensystem (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein reformatseitiger Anströmquerschnitt eines Wärmetauschers sich über seine Länge ändert.Fuel cell system ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a reformatseitiger inflow cross section of a heat exchanger changes over its length. Brennstoffzellensystem (2) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass an einen als Umlenkung (7) dienender Wärmetauscher (6, 10, 13) eine Aufweitung (8) angeschlossen ist, die in eine Reaktorstufe (4, 9, 12) mündet.Fuel cell system ( 2 ) according to claim 15, characterized in that as a deflection ( 7 ) serving heat exchanger ( 6 . 10 . 13 ) an expansion ( 8th ) connected to a reactor stage ( 4 . 9 . 12 ) opens. Brennstoffzellensystem (2) insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reaktorstufe (4, 9, 12) einer Gaserzeugungsvorrichtung (1) einen Katalysatorträger (37) aufweist, dessen Querschnittsgeometrie zumindest angenähert an eine Querschnittsgeometrie eines angeschlossenen Wärmetauschers (6, 10, 13) ist.Fuel cell system ( 2 ) in particular according to one of the preceding claims, characterized in that a reactor stage ( 4 . 9 . 12 ) a gas generating device ( 1 ) a catalyst support ( 37 ) whose cross-sectional geometry at least approximately to a cross-sectional geometry of a connected heat exchanger ( 6 . 10 . 13 ). Brennstoffzellensystem (2) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Annäherung von einer gerundeten zu einer annähernd eckigen Querschnittsgeometrie oder anders herum erfolgt.Fuel cell system ( 2 ) according to claim 17, characterized in that an approximation of a rounded to an approximately square cross-sectional geometry or vice versa takes place. Brennstoffzellensystem (2) nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorträger (37) eine annähernd eckige Querschnittsgeometrie aufweist.Fuel cell system ( 2 ) according to claim 17 or 18, characterized in that the catalyst support ( 37 ) has an approximately rectangular cross-sectional geometry. Brennstoffzellensystem (2) insbesondere nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmetauscher (40) einer Gaserzeugungsvorrichtung (1) mit einer ersten Halbschale (38) eines Gehäuses verbunden ist, auf die eine zweite Halbschale aufsitzt, wobei ein Katalysatorträger (41) zwischen der ersten und der zweiten Halbschale angeordnet ist.Fuel cell system ( 2 ) in particular according to one of the preceding claims, characterized in that a heat exchanger ( 40 ) a gas generating device ( 1 ) with a first half shell ( 38 ) is connected to a housing, on which a second half-shell is seated, wherein a catalyst support ( 41 ) is disposed between the first and the second half-shell. Brennstoffzellensystem (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als Kompaktgerät in einem Fahrzeug untergebracht ist.Fuel cell system ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that it is housed as a compact device in a vehicle.
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