本发明专利技术涉及一种PrOx反应器(R)和包含PrOx反应器的燃料电池装置，PrOx反应器包括封闭反应空间的壳体，且该壳体具有用于向反应空间供应含氢的第一气体(G1)的第一入口(E1)、用于向反应供应含氧的第二气体(G2)的第二入口(E2)和用于排出第三气体(G3)的出口(A)，其中有从第二入口(E2)延伸到反应空间中的多个导管(Kv)，多个导管中的每个导管包括至少一个开口(O)，用于将第二气体(G2)供应到反应空间。
【技术实现步骤摘要】
PrOx反应器和包含PrOx反应器的燃料电池装置
本专利技术涉及一种PrOx反应器和一种包含PrOx反应器的燃料电池装置。
技术介绍
根据现有技术，从碳氢化合物中产生氢气的反应器被应用于燃料电池系统。这些反应器中的一种反应器是一氧化碳的优先氧化反应器或所谓的PrOx反应器。在这种反应器中，重整气中的一氧化碳被单级添加的含氧气体优先氧化。这种含氧气体尤其可以是空气。实际上，重整气中一氧化碳的氧化是不完全的。US2003/0200699A1公开了一种自热重整器，其包括第一阶段，第一阶段有选择性地接收燃料流、第一氧化剂流和蒸汽流。第一阶段具有催化剂床的第一部分。在第一阶段中，流体被引导通过催化剂床的第一部分并发生反应。在第一阶段的下游有第二阶段，第二阶段与第一阶段连通。第二阶段接收来自第一阶段的流体并也选择性地接收第二氧化剂流。第二氧化剂流和接收自第一阶段的流体流过催化剂床的第二部分并进一步反应。专利US6,132,689公开了一种多级等温一氧化碳优先氧化反应器(PrOx反应器)，其包括多个串联设置的催化换热器，它们通过一个混合室彼此各自分开，该混合室用于均化离开一个换热器并进入下一个换热器的气体。在优选的实施例中，用于PrOx反应的至少一部分空气被直接送入催化换热器之间的混合室中。EP0776861A1公开了一种这样的方法，其中气体混合物和另外供应的氧化气体通过一种含有催化剂材料的反应器。建议将氧化气体沿着气体混合物的流动路径在多个点处引入，在开环或闭环的控制下，每种情况有一种流速。还建议气体混合物流通过设置在CO氧化反应器入口区域中的静态混合器结构被动冷却。以受控方式沿着反应路径影响放热CO氧化的这种方式允许一种非常可变的适应特定情况的过程管理。例如一种用途就是通过燃料电池操作机动车的甲醇重整来回收氢气。
技术实现思路
本专利技术的目的是消除现有技术的缺点。尤其是一种具有提高效率的PrOx反应器将被详细说明。该目的通过下面的技术特征来实现。根据下面的技术特征，本专利技术的优选构造将是明白的。一种PrOx反应器，包括壳体，该壳体围绕反应空间并具有用于向反应空间供应含氢的第一气体的第一入口、用于向反应空间供应含氧的第二气体的第二入口以及用于排出第三气体的出口，其中有从所述第二入口延伸到所述反应空间中的多个导管，多个导管中的每个导管包括用于将所述第二气体供应到所述反应空间的至少一个开口，其中所述导管的长度和横截面被设计为使得所述第二入口和所述相应导管的所述端部之间的压降基本相等。根据所述的PrOx反应器，其中：壳体包括用于供应一定比例的含氧的第二气体的第三入口。根据所述的PrOx反应器，其中：每个导管包括多个开口。根据所述的PrOx反应器，其中：所述第一入口和所述出口布置在所述壳体的相对侧上，使得从所述第一入口到所述出口的所述第一气体的流动方向形成第一方向。根据所述的PrOx反应器，其中：PrOx反应器包括彼此堆叠在上部的多个板，所述多个板优选地被提供有表面微结构，使得流可以沿第一个方向通过在板之间形成的空腔。根据所述的PrOx反应器，其中：板设置有凹槽，使得在板之间形成流可以沿第一方向通过的多个通道。根据所述的PrOx反应器，其中：导管已经被集成到板中。根据所述的PrOx反应器，其中：输入导管已经连接在导管和第二入口之间。根据所述的PrOx反应器，其中：导管平行于第一方向延伸，并且输入导管与第一方向垂直地延伸。根据所述的PrOx反应器，其中：从输入导管延伸的导管的长度随着距第二入口的距离的增加而减小。根据所述的PrOx反应器，其中：导管具有基本相等的横截面。一种燃料电池装置，包括：至少一个重整器(R1)、所述的PrOx反应器和燃料电池，其中所述PrOx反应器布置在重整器的下游和燃料电池的上游。根据所述的燃料电池装置，设计用于操作丙二醇/水混合物，通过蒸发器将丙二醇/水混合物转化成气相并将丙二醇/水混合物供应到重整器。根据本专利技术，提出了一种PrOx反应器，其包括围绕反应空间的外壳，并具有用于向反应空间供应含氢的第一气体的第一入口、用于向反应空间供应含氧的第二气体的第二入口和用于排出第三气体的出口，其中有从所述第二入口延伸到所述反应空间中的多个导管，多个导管中的每一个包括用于将所述第二气体供应到所述反应空间的至少一个开口。本专利技术上下文中的“反应器”应理解为是指这样的单元：通过该单元在温度和/或压力和/或助剂如催化剂的作用下，将所供应的物质(例如烃)转化成另外的物质。该物质可以是物质混合物，特别是气体。为了转化反应器中的物质，通常需要消耗或去除能量。在本专利技术的上下文中，“PrOx”被理解为意指“优先氧化”，即气体的优先氧化。含氢的第一气体优选包含一定比例的一氧化碳(CO)。含氢的第一气体可以任选地包含一定比例的第二气体，在这种情况下，第二气体的比例小于完全反应所需的比例。在PrOx反应器中，CO通过催化剂转化为CO2，因此可用于下游反应器，特别是燃料电池。含氢的第一气体优选在多个上游反应器中产生。它可以例如从丙二醇/水混合物转化成具有一定比例的一氧化碳、二氧化碳、水和氮的另一含氢气体，该丙二醇/水混合物在称为重整器中且在重整器中加入空气。从这种气体中，一部分一氧化碳在加入水的中间连接的水气变换反应器中转化成二氧化碳和氢气。甚至在将其引入PrOx反应器之前，可选择地将一定比例的第二气体添加到在水气变换反应器中产生的气体中。引入反应空间进行优先氧化的第二种气体是含氧气体，特别是空气。借助根据本专利技术设想的导管，第二气体不与第一气体混合，或者不是刚好与第一气体在第一入口附近局部混合。当第一气体已经包含一定比例的第二气体时，导管尤其用于将另一比例的第二气体供应到反应空间。第一气体基本上从第一入口沿着朝向出口的方向流动。从第二入口延伸到反应空间中的导管导致第二气体的供应在时间和空间上分布到在反应空间中进行的反应，使得例如更大比例的一氧化碳可被氧化成二氧化碳。这提高了PrOx反应器的效率。在一种构造中，壳体包括用于供应一定比例的含氧的第二气体的第三入口。第三入口特别是与第一入口并排布置，使得第一气体可以由第一入口供给，且一定比例的第二气体可以由第三入口供给。在这种构造中，第一气体不包含任何比例的第二气体。在优选的构造中，每个导管包括多个开口。多个开口增加了添加第二气体的空间分布。适当地，第一入口和出口布置在壳体的相对侧上，使得从第一入口到出口的第一气体的流动方向形成第一方向。在适当的构造中，PrOx反应器包括一个堆叠在另一个之上的多个板，所述多个板优选地设置有表面微结构，使得流在第一方向上穿过在板之间形成的空腔。通过微结构将反应空间分成多个反应区域。提供多个反应区域改善了混合，从而改善了反应的完全性。另外，这增加了反应器的表面积，使得可以更有效地供应热量或去除热量。可以例如通过形成压印、滚动或蚀刻图案(例如以凹槽、人字形图案等形式)来引入微结构。所述板可以特别地设置有凹槽，使得多个通道形成在板之间，流沿第一方向流过这些通道。适当地，导管已经被集成到板中。导管可以通过板的微结构集成到板中。根据本专利技术，导管的长度和横截面被设计为使得第二入口和相应管道的端部之间的压降基本相等。结果，第二气体在相同的压力下被均匀地引导到反应空间中，并且本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种PrOx反应器(R)，包括壳体，该壳体围绕反应空间并具有用于向反应空间供应含氢的第一气体(G1)的第一入口(E1)、用于向反应空间供应含氧的第二气体(G2)的第二入口(E2)以及用于排出第三气体(G3)的出口(A)，其中有从所述第二入口(E2)延伸到所述反应空间中的多个导管(Kv)，多个导管中的每个导管包括用于将所述第二气体(G2)供应到所述反应空间的至少一个开口(O)，其中所述导管(Kv)的长度和横截面被设计为使得所述第二入口(E2)和所述相应导管(Kv)的所述端部之间的压降基本相等。
【技术特征摘要】
2017.02.20 DE 102017001563.51.一种PrOx反应器(R)，包括壳体，该壳体围绕反应空间并具有用于向反应空间供应含氢的第一气体(G1)的第一入口(E1)、用于向反应空间供应含氧的第二气体(G2)的第二入口(E2)以及用于排出第三气体(G3)的出口(A)，其中有从所述第二入口(E2)延伸到所述反应空间中的多个导管(Kv)，多个导管中的每个导管包括用于将所述第二气体(G2)供应到所述反应空间的至少一个开口(O)，其中所述导管(Kv)的长度和横截面被设计为使得所述第二入口(E2)和所述相应导管(Kv)的所述端部之间的压降基本相等。2.根据权利要求1所述的PrOx反应器(R)，其中：壳体包括用于供应一定比例的含氧的第二气体(G2)的第三入口(E3)。3.根据前述权利要求中任一项所述的PrOx反应器(R)，其中：每个导管(Kv)包括多个开口(O)。4.根据前述权利要求中任一项所述的PrOx反应器(R)，其中：所述第一入口(E1)和所述出口(A)布置在所述壳体的相对侧上，使得从所述第一入口(E1)到所述出口(A)的所述第一气体(G1)的流动方向形成第一方向。5.根据前述权利要求中任一项所述的PrOx反应器(R)，其中：PrOx反应器(R)包括彼此堆叠在上部的多个板(P...
【专利技术属性】
技术研发人员：D·蒂曼，
申请(专利权)人：迪尔航空航天有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE
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