Система топливных элементов с риформером и пламенным нейтрализатором

013775 Изобретение относится к системе топливных элементов, содержащей риформер с блоком форсунки для преобразования топлива с окислителем в процессе экзотермической реакции с целью получения продуцируемого газа, смешивающегося ниже по потоку от блока форсунки с дополнительным топливом,причем газовая смесь, образующаяся при этом, превращается в риформере в продукт риформинга; штабель топливных элементов, к которому подводится продукт риформинга; и пламенный нейтрализатор, в который подаются преобразованные вещества, с блоком форсунки для преобразования топлива с окислителем в процессе экзотермической реакции окисления. Кроме того, изобретение относится к автомобилю с такой системой топливных элементов. Системы топливных элементов служат для преобразования химической энергии в электрическую. Центральным элементом таких систем является топливный элемент, в котором в результате контролируемого преобразования водорода и кислорода высвобождается электрическая энергия. Системы топливных элементов должны быть в состоянии перерабатывать топливо, принятое на практике. Поскольку в топливном элементе преобразуются водород и кислород, используемое топливо должно приготавливаться таким образом, чтобы газ, подаваемый на анод топливного элемента, содержал как можно большую долю водорода - в этом состоит задача риформера. С этой целью на риформер подаются топливо и окислитель, предпочтительно воздух. При этом в риформере происходит преобразование топлива с окислителем, например, в процессе парциального окисления. Риформер, соответствующий уровню техники,известен из DE 10359205 А 1. Чтобы, с одной стороны, выбросить в окружающую среду максимально обезвреженные газообразные продукты сгорания, а с другой, обеспечить наличие источника тепла для предварительного нагрева различных компонентов и подачу сред, входящих в систему топливных элементов, в системе топливных элементов предусмотрен пламенный нейтрализатор. В отличие от риформера пламенный нейтрализатор обеспечивает максимально полное сгорание, чтобы в результате в газообразном продукте сгорания оставалось как можно меньше вредных веществ. Пламенный нейтрализатор,соответствующий уровню техники, известен из DE 102004049903 А 1. Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы подобные системы топливных элементов и автомобили усовершенствовать таким образом, чтобы добиться экономии затрат. Эта задача решается с помощью системы топливных элементов согласно п.1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления и усовершенствованные варианты изобретения вытекают из зависимых пунктов. Система топливных элементов согласно изобретению основывается на рассмотренном вначале уровне техники в том смысле, что блок форсунки риформера конструктивно выполнен аналогично блоку форсунки пламенного нейтрализатора. По сравнению с уровнем техники, согласно которому блоки форсунок, встроенные, соответственно, в риформер и пламенный нейтрализатор, до сих пор выбирались в зависимости от наличия места и требований к качеству выпаривания, получается двоякая экономия затрат. С одной стороны, дешевле изготавливать блок форсунки только одной конструкции, а с другой,дополнительная экономия затрат может быть достигнута за счет эффекта количества изделий в штуках,поскольку понадобится вдвое больше блоков форсунки оставшейся конструкции, а поштучная цена с увеличением количества изделий снижается. Таким образом, стало ясно, что расчет системы топливных элементов на то, что она может быть оснащена конструктивно одинаковыми блоками форсунки, рациональнее другого расчета, ориентированного на индивидуальные выбор и подгонку блоков форсунки. Оснащение конструктивно одинаковыми блоками форсунки может быть предпочтительным даже перед лицом того факта, что вокруг обоих блоков форсунки должны подбираться абсолютно разные физические и химические окружающие условия и абсолютно разные условия окисления. Сам по себе предпочтительный индивидуальный расчет отдельных блоков форсунки при соответствующем расчете системы топливных элементов в определенных обстоятельствах принесет меньше пользы, чем польза, полученная от упомянутого эффекта количества изделий в штуках. Другие преимущества видны из унифицированного складирования как на производственном предприятии, так и в мастерской. При этом предпочтительно предусмотрено, чтобы блок форсунки риформера и блок (54) форсунки пламенного нейтрализатора содержали по одной топливной форсунке. Альтернативно, вышеупомянутые преимущества могут быть достигнуты за счет того, что блок форсунки риформера и блок форсунки пламенного нейтрализатора содержат по одному устройству для топливоподачи методом выпаривания. Кроме того, изобретение относится к автомобилю с такой системой топливных элементов, с помощью которой могут быть достигнуты вышеописанные преимущества. Ниже предпочтительные варианты осуществления изобретения поясняются на примере со ссылкой на приложенный чертеж. Чертеж схематически изображает систему топливных элементов в соответствии с предпочтительным примером осуществления. На чертеже схематически изображена система топливных элементов в соответствии с предпочтительным примером осуществления. Система 10 топливных элементов, установленная в автомобиле, содержит риформер 12, в который топливо из топливного бака 16 подается по первому топливопроводу 14. Кроме того, с помощью второго топливопровода 18 топливо из топливного бака 16 подводится к преоб-1 013775 разователю 12 в другом месте. В качестве видов топлива могут быть использованы дизельное топливо,бензин, биогаз, природный газ и другие виды топлива, известные из уровня техники. Кроме того, в риформер 12 по первому воздуховоду 22 для окислителя может подаваться окислитель, например воздух. Риформер 12 содержит блок 48 форсунки, содержащий первичное устройство для топливоподачи, с помощью которого топливо подается в блок 48 форсунки. Первичное устройство для топливоподачи соединено с первым топливопроводом 14. Кроме того, блок 48 форсунки содержит устройство для подачи окислителя, которое соединено с первым воздуховодом 22 для окислителя и с помощью которого окислитель подается в блок 48 форсунки. Внутри блока 48 форсунки в результате сгорания или экзотермической реакции полного окисления происходит преобразование топлива и окислителя. Возникающий при этом поток горячего продуцируемого газа поступает затем ниже по течению, т.е. на чертеже справа, в зону 50 смешения. В зоне 50 смешения к образовавшемуся продуцируемому газу с помощью вторичного устройства 20 для топливоподачи подмешивается дополнительное топливо. В данном примере осуществления первичное и вторичное устройства для топливоподачи являются, соответственно, форсункой и предпочтительно соплом Вентури, однако топливо может также подаваться в блок 48 форсунки или в зону 50 смешения с помощью устройства для топливоподачи с пористым выпарным блоком для выпаривания. Вторичное устройство 20 для топливоподачи соединено со вторым топливопроводом 18. Дополнительно может быть предусмотрено, чтобы в зону 50 смешения подавался окислитель. Газовая смесь,смешанная с дополнительным топливом, поступает в зону 52 риформинга, где она в процессе эндотермической реакции превращается в газовую смесь, обогащенную водородом, предпочтительно с помощью присутствующего там катализатора. Этот продукт риформинга, т.е. газовая смесь, обогащенная водородом, покидает риформер 12 по газопроводу для подачи продукта риформинга 24 и может направляться для дальнейшего использования в штабель 26 топливных элементов. Продукт риформинга в штабеле 26 топливных элементов преобразуется с помощью приточного воздуха для катода, подаваемого по катодному воздуховоду 28, давая ток и тепло. Выработанный ток отводится через электрические выводы 30. В представленном случае газ, отходящий с анода, по газопроводу 32 для отходящего газа подается в смесительный блок 34 пламенного нейтрализатора 36. В пламенный нейтрализатор 36 по третьему топливопроводу 38 из топливного бака 16 подается топливо. Кроме того, в пламенный нейтрализатор по второму воздуховоду 40 для окислителя подается окислитель. Пламенный нейтрализатор 36 содержит блок 54 форсунки, включающий устройство для топливоподачи, с помощью которого топливо подается в блок 54 форсунки. Устройство для топливоподачи соединено с третьим топливопроводом 38. Кроме того, блок 54 форсунки содержит устройство для подачи окислителя, которое соединено со вторым воздуховодом 40 для окислителя и с помощью которого в блок 54 форсунки подается окислитель. Внутри блока 54 форсунки в процессе экзотермической реакции окисления, т.е. как можно более полного сгорания, происходит преобразование топлива и окислителя. Образующиеся при этом газообразные продукты сгорания поступают затем ниже по течению, т.е. на чертеже справа, в зону 56 смешения. В зоне 56 смешения к образовавшимся газам с помощью смесительного блока 34 подмешивается газ, отходящий с анода. Газовая смесь, перемешанная с газом, отходящим с анода,поступает в зону 58 горения, которая в приведенном примере осуществления заполнена пористым материалом, в котором газовая смесь сгорает почти полностью, т.е. газовая смесь сгорает на пористом материале в зоне 58 горения. Газообразный продукт сгорания из пламенного нейтрализатора 36, перемешанный в смесительном блоке 42 с воздухом, отходящим с катода и подаваемым по воздухопроводу 44 для воздуха, отходящего с катода, в смесительный блок 42, проходит через теплообменник 46 для предварительного нагрева воздуха, подаваемого на катод, и, наконец, покидает систему топливных элементов. Отдельные зоны риформера 12, т.е. зона расположения блока 48 форсунки, зона смешения 50 и зона 52 риформинга, а также отдельные зоны пламенного нейтрализатора 36, т.е. зона расположения блока 54 форсунки, зона 50 смешения и зона 58 горения, отделены на чертеже друг от друга пунктирными или сплошными линиями. Зоны могут быть отделены друг от друга конструктивными элементами или плавно переходить друг в друга. Хотя на описанном чертеже это не показано явно, в топливопроводах 14, 18 и 38, в воздуховодах 22 и 40 для окислителя, а также в воздуховоде 28 для подачи на катод приточного воздуха могут быть установлены соответствующие устройства подачи, как, например, насосы, или нагнетатели, и/или распределительные клапаны для регулирования расхода. Признаки, раскрытые в вышеприведенном описании, на чертеже, а также в пунктах формулы изобретения могут быть существенными для осуществления изобретения как в отдельности, так и в любой комбинации. Перечень позиций 10 - система топливных элементов 12 - риформер 14 - первый топливопровод 16 - топливный бак 18 - второй топливопровод-2 013775 20 - вторичное устройство для топливоподачи 22 - первый воздуховод для окислителя 24 - газопровод для подачи продукта риформинга 26 - штабель топливных элементов 28 - воздуховод для подачи приточного воздуха на катод 30 - электрические выводы 32 - воздуховод для воздуха, отходящего с анода 34 - смесительный блок 36 - пламенный нейтрализатор 38 - третий топливопровод 40 - второй воздуховод для окислителя 42 - смесительный блок 44 - воздуховод для воздуха, отходящего с катода 46 - теплообменник 48 - блок форсунки 50 - зона смешения 52 - зона риформинга 54 - блок форсунки 56 - зона смешения 58 - зона горения ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Система (10) топливных элементов, содержащая риформер (12) с блоком (48) форсунки для преобразования топлива с окислителем в процессе экзотермической реакции для получения реакционного газа, смешивающегося ниже по потоку от блока (48) форсунки с дополнительным топливом, причем газовая смесь, образующаяся при этом, превращается в риформере (12) в продукт риформинга; штабель (26) из топливных элементов, к которому подводится продукт риформинга; и пламенный нейтрализатор (36), в котором подаются преобразованные вещества, с блоком форсунки для преобразования топлива с окислителем в процессе экзотермической реакции окисления,отличающаяся тем, что блок (48) форсунки риформера (12) конструктивно выполнен идентично блоку (54) форсунки пламенного нейтрализатора (36). 2. Система (10) топливных элементов по п.1, отличающаяся тем, что блок (48) форсунки риформера(12) и блок (54) форсунки пламенного нейтрализатора (36) содержат по одной топливной форсунке. 3. Система (10) топливных элементов по п.1, отличающаяся тем, что блок (48) форсунки риформера и блок (54) форсунки пламенного нейтрализатора содержат по одному устройству для топливоподачи методом выпаривания. 4. Автомобиль с системой (10) топливных элементов согласно любому из пп.1-3.