WO2016041654A1 - Brennstoffzellenvorrichtung mit verbessertem anodengasprozessor - Google Patents

Brennstoffzellenvorrichtung mit verbessertem anodengasprozessor Download PDF

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WO2016041654A1
WO2016041654A1 PCT/EP2015/065936 EP2015065936W WO2016041654A1 WO 2016041654 A1 WO2016041654 A1 WO 2016041654A1 EP 2015065936 W EP2015065936 W EP 2015065936W WO 2016041654 A1 WO2016041654 A1 WO 2016041654A1
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fuel cell
cell device
operating
anode
oxygen
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Timo Bosch
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Robert Bosch Gmbh
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    • H01M8/0618—Reforming processes, e.g. autothermal, partial oxidation or steam reforming
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    • H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a fuel cell device and a method for operating a fuel cell device having at least one fuel cell unit and at least one anode exhaust gas recirculation.
  • DE1393804A1 discloses a catalyst and a process for the autothermal, catalytic steam reforming of hydrocarbons using the catalyst. Disclosure of the invention
  • the fuel cell device according to the invention with the features of the main claim is characterized by at least one anode gas processor, which is intended to perform various reforms during different operating phases.
  • a supplied fuel such as natural gas or a supplied fuel-air mixture can be flexibly reformed depending on the operation of the fuel cell device.
  • the various reforms such as e.g. Reforming by partial oxidation and steam reforming, both temporally separated, and performed in parallel with each other in time.
  • the fuel cell device according to the invention can be operated particularly efficiently.
  • the at least one anode gas processor is fluidically ahead of the minimum switched at least one fuel cell unit.
  • a reformate resulting from the various reforms can be fed directly to the fuel cell unit.
  • at least one oxygen supply is arranged in terms of flow in front of the at least one anode gas processor.
  • the oxygen-carbon ratio (O / C) of the fuel-air mixture supplied to the anode gas processor can be adapted for a desired reforming.
  • the at least one anode gas processor comprises a catalyst material. Due to the possibility of carrying out various reforms by means of a catalyst material, it is not necessary to install complex, multipartite reformer systems.
  • the catalyst material comprises at least one noble metal, in particular platinum and / or rhodium.
  • the invention also relates to a method for operating a fuel cell device.
  • the method is characterized in that by means of at least one anode gas processor various reforms during different operating phases are performed.
  • various reforms for a flexible and efficient operation of the fuel cell device can be specifically used.
  • the anode gas processor in particular the catalyst material, is heated before being reformed, preferably locally.
  • the anode gas processor is heated before being reformed, preferably locally.
  • only one component needs to be heated for efficient reforming, which in turn saves energy.
  • oxygen is supplied to the anode side of the at least one anode gas processor.
  • oxygen is supplied on the anode side during the first operating phase.
  • a reforming by partial oxidation is possible and can also be influenced by the amount of oxygen supplied.
  • reforming is carried out by partial oxidation and steam reforming. This allows a steady transition to normal operation.
  • the partial oxidation in the transition phase can be selectively controlled or reduced.
  • the fuel cell unit can be supplied with the required amount of reformate, preferably hydrogen, for normal operation.
  • reformate preferably hydrogen
  • Oxygen supplied whereby a partial oxidation reforming during normal operation is avoided.
  • At least one further reformate is cooled by means of at least one further oxygen supply.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of the fuel cell device according to the invention.
  • Fig. 2 is a schematic representation of another embodiment of the fuel cell device according to the invention.
  • the embodiments of the fuel cell device 10 according to the invention are shown substantially only on the anode side, since in the following mainly anode-side processes are described.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an embodiment of the fuel cell device 10 according to the invention with a fuel cell unit 12 and an anode exhaust gas recirculation 14.
  • the fuel cell device 10 is characterized by an anode gas processor 16, which is intended to perform various reforms during different operating phases.
  • anode gas processor 16 which is intended to perform various reforms during different operating phases.
  • a fuel or a fuel-air mixture can be processed by a specific reforming, in the exemplary embodiment by partial oxidation reforming and / or by steam reforming.
  • the various reforms differ from one another and, depending on the operating phase of the fuel cell device 10, can be carried out both temporally separate from each other, as well as temporally parallel to each other.
  • the fuel cell unit 12 includes a fuel cell 13 having an anode 15, a cathode 17, and an electrolyte 19 interposed therebetween.
  • the fuel cell unit 12 includes an SOFC fuel cell 13.
  • the fuel cell unit 12 a fuel cell stack, that is, a plurality of
  • Fuel cells 13 includes.
  • natural gas is supplied as fuel by means of a fuel supply 18, which is a component of the fuel cell device 10.
  • a fuel supply 18 which is a component of the fuel cell device 10.
  • the fuel or natural gas is the
  • Anodengasskeor 16 can be fed.
  • the anode gas processor 16 is fluidically connected in front of the at least one fuel cell unit 12.
  • an oxygen supply 22 is arranged in terms of flow in front of the at least one anode gas processor 16, through which air or oxygen can be added to the supplied fuel.
  • the oxygen supply 22 is arranged so that oxygen is supplied directly to the anode gas processor 16.
  • the supply of fuel or natural gas is controlled by a valve 24, while the air or oxygen supply is controlled by a further valve 26 Alternatively, it is also conceivable that the supply of fuel or natural gas and / or air or Oxygen is regulated by blower.
  • the anode gas processor 16 includes a catalyst material 28 through which various reforms can be performed.
  • the anode gas processor 16 consists of a reaction chamber 30, which contains the catalyst material 28.
  • the catalyst material 28 comprises at least one noble metal. In the exemplary embodiment shown, these are platinum and rhodium.
  • the catalyst material 28 is made of alternating, in the flow direction, honeycomb Layers constructed, each comprising platinum and rhodium. It is introduced into the anode gas processor 16 so as to completely fill the reaction chamber 30. Due to the honeycomb structure of the catalyst material 28, the supplied fuel can pass through the anode gas processor 16 so that it always comes into contact with the catalyst material 28 and thus a corresponding reforming of the fuel is performed.
  • the catalyst material 28 has a planar layer structure and is mounted in the anode gas processor on the inner wall of the reaction chamber.
  • the fuel or the fuel-air mixture can then coaxially enclosed by the catalyst material 28, the anode gas processor 16 and the reaction chamber 30 to flow through.
  • the fuel cell device 10 according to the invention is operated in such a way that different reforms are carried out during different operating phases by means of the anode gas processor 16, thereby enabling flexible operation of the fuel cell device 10.
  • Prior to commissioning of the fuel cell device 10 according to the invention is predominantly air or oxygen in the anode-side lines of the fuel cell device 10.
  • This oxygen is particularly harmful for the fuel cell unit 12, since it leads to an oxidation of these components.
  • this oxygen can be rendered harmless in a desired reforming, for example by partial oxidation.
  • the anode gas processor 16 or the catalyst material 28 is heated before being reformed.
  • the anode gas processor 16 or the catalyst material 28 is locally heated. This is about a heating wire 31 accomplished, which is in contact with the catalyst material.
  • the fuel cell device 10 is supplied with fuel via the fuel supply 18.
  • oxygen is supplied on the anode side upstream of the at least one anode gas processor 16.
  • valves 24, 26 we set the ratio between the supplied oxygen or the air and the fuel or natural gas.
  • the fuel-air mixture is conveyed by the pump 20 to the anode gas processor 16. There is a partial phase oxidation carried out during a first phase of operation or during the start-up phase.
  • CPOX Catalytic Partial Oxidation
  • the hydrocarbons contained in the fuel are oxidized at the catalyst 28 with oxygen and thus substantially to Carbon monoxide and hydrogen reformed.
  • the catalyst material 28 By the catalyst material 28, the required reforming temperature is lowered.
  • the reforming reaction is exothermic, resulting in the further course of the reforming process in the anode gas processor 16 temperatures of about 800 ° C to 1200 ° C arise.
  • oxygen-carbon ratio (O / C) of the anode gas processor 16 supplied fuel-air mixture is controlled so that after the reforming by partial oxidation no oxygen remains.
  • the oxygen-carbon ratio (O / C) during the start-up phase is regulated to a value of approximately 1.2. This ensures that there are no significant carbon deposits.
  • the oxygen-carbon ratio is controlled by a ⁇ -control.
  • the air or oxygen which is present on the anode side in the lines of the fuel cell device 10 prior to startup of the fuel cell device 10, used for the partial oxidation and thus also rendered harmless for the components of the fuel cell unit 12.
  • the recovered reformate flows through a heat exchanger 32. Subsequently, the reformate is supplied to the fuel cell unit 12 on the anode side, the fuel cell unit 12 being warmed up by the high temperature of the reformate.
  • the reformate After leaving the fuel cell unit 12, the reformate is recycled via the anode exhaust gas recirculation 14 to the downstream materials of the pump 20 and the anode exhaust gas processor 16.
  • the heat exchanger 32 Through the heat exchanger 32, a heat balance between the reformate, which leaves the fuel cell unit 12, and the reformate, which is supplied to the fuel cell unit.
  • the material flow which is supplied to the anode gas processor 16, preheated.
  • the hydrogen contained in the reformate is electrochemically reacted to generate electricity and heat and it is in a second phase of operation, a transition phase, a partial oxidation and a steam reforming performed. Since a steam formation proceeds endothermic, while a partial oxidation is exothermic prevails in this transition phase compared to the start-phase lowered on average temperature.
  • the fuel cell unit 12 is simultaneously supplied via an air supply line 34 on the cathode side air or oxygen.
  • exhaust gas is produced which essentially contains water, carbon monoxide and carbon dioxide.
  • the exhaust gas leaves the fuel cell unit 12 via the
  • Anode exhaust gas recirculation 14 and is in turn fed to the materials upstream of the pump 20 and the anode gas processor 16.
  • the air supplied to the fuel cell unit 12 on the cathode side is discharged via an air discharge line 36.
  • the exhaust gas passes through during the return
  • Anode exhaust gas recirculation 14 also the heat exchanger 32 and the other heat exchanger 38.
  • the heat exchanger 32 is a heat balance between the exhaust gas leaving the fuel cell unit 12, and the reformate, which is supplied to the fuel cell unit.
  • the material flow which is supplied to the anode gas processor 16, further preheated is also the heat exchanger 32 and the other heat exchanger 38.
  • the power generation increases in the fuel cell unit 12 and it increasingly diffuses oxygen from the cathode 17 to the anode 15, which in turn increasingly produces water.
  • oxygen is supplied to the fuel cell unit 12 as a function of the power generation on the anode side.
  • the amount of oxygen supplied by the oxygen supply 22 is reduced in proportion to the increasing power generation of the fuel cell unit 12. In essence, this is a continuous adjustment of the amount of oxygen supplied by the oxygen supply 22.
  • the amount of oxygen supplied by the oxygen supply 22 is regulated in stages.
  • the steam reforming takes place at a reforming temperature of about 500 ° C to 550 ° C.
  • steam is recycled for steam reforming, whereby no additional, external water supply is needed.
  • approximately 60% to 75% of the anode exhaust gas is recirculated by the anode exhaust gas recirculation 14.
  • Recirculation rate is regulated by the pump 20.
  • Normal operation means the scheduled operation of the fuel cell device 10 under normal load. Above all, the fuel cell device 10 in normal operation is also able to achieve the maximum possible efficiency.
  • the fuel cell device 10 is operated or started up by the method according to the invention as follows.
  • the catalyst material 28 is heated before reforming.
  • the fuel cell device 10 is supplied during the start-phase both fuel by means of the fuel supply 18 and oxygen by means of the oxygen supply 22, after which a reforming of the fuel-air mixture by partial Oxidation in the anode gas processor 16 is performed.
  • the oxygen-carbon ratio (O / C) is regulated to a value of 1, 2 by means of the valves 24, 26.
  • the corresponding substances contained in the fuel cell unit 10 on the anode side are recirculated by means of the anode exhaust gas recirculation 14 and the pump 20, whereby, inter alia, the fuel cell unit 12 is heated, with the heat produced by the partial oxidation reforming.
  • the fuel cell unit is heated to a sufficiently high temperature, hydrogen is reacted to generate electricity and heat in the fuel cell unit 12 and the transitional phase is initiated.
  • the transition phase both partial oxidation reforming and steam reforming are carried out.
  • the amount of oxygen supplied by the oxygen supply 22 is reduced in proportion to the power generation of the fuel cell unit 12, thereby increasing the steam reforming performance relative to the partial oxidation reforming.
  • an exhaust pipe 40 is attached to the anode exhaust gas recirculation line 14, through which a part of the anode exhaust gas is tapped off and discharged from the fuel cell device 10.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a further exemplary embodiment of the fuel cell device 10 according to the invention. Compared to the embodiment shown in FIG. 1, a further oxygen supply 42 is arranged.
  • At least one reformate is cooled, which is formed by a reforming during one of the operating phases.
  • the cooling of the reformate is made possible by means of an additional heat exchanger 44, which downstream of the anode dengas processor 16 and upstream of the fuel cell unit 12 is arranged.
  • the amount of oxygen supplied via the further oxygen supply 42 is regulated via a further valve 46.
  • a further valve 46 In the illustrated embodiment is
  • the reformate is cooled, which is formed by partial oxidation during the reforming and has a high temperature of about 800 ° C to 1200 ° C. By cooling this reformate is avoided that caused by the high temperature damage in the fuel cell unit 12.
  • the amount of oxygen supplied by the further oxygen supply 42 is reduced. It is reduced depending on the power generation of the fuel cell unit 12.
  • the amount of oxygen supplied by the further oxygen supply 42 is adjusted to the partial oxidation reduction during the transition phase, which is in turn influenced by the amount of oxygen supplied via the oxygen supply 22.
  • oxygen supply 22 and the further oxygen supply 40 are controlled via a common valve.
  • the exhaust line 40 is designed in FIG. 2 such that the air which is supplied to the fuel cell unit 12 on the cathode side via the air supply line 34 is heated by the exhaust gas contained in the exhaust line 40 by means of a further heat exchanger 48. By the heated air in turn, the fuel cell unit 12 is additionally heated on the cathode side.
  • the amount of oxygen supplied via the oxygen supply 22 and / or the further oxygen supply 42 is regulated at least not exclusively as a function of the power generation of the fuel cell unit 12, but as a function of one other physical quantity, such as a temperature, a composition of matter and / or a moisture content. Corresponding variables can be determined at various locations of the fuel cell device 10.
  • the temperature of the reformate could be determined by a temperature sensor downstream of the anode gas processor 16 and upstream of the fuel cell unit 12 and / or the composition of the reformate by a corresponding sensor downstream of the anode gas processor 16 and upstream of the fuel cell unit 12 and / or the moisture content in the exhaust gas by a humidity sensor the anode exhaust gas recirculation line 14 are determined.
  • first, the second and the third operating phase take place not successively, but independently of one another at different times during the operation of the fuel cell device 10. Furthermore, it is conceivable that further operating phases take place with possibly further reforms or types of reforming.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenvorrichtung (10) und ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung (10) mit mindestens einer Brennstoffzelleneinheit (12) und mindestens einer Anodenabgasrezirkulation (14). Es wird mindestens ein Anodengasprozessor (16) vorgeschlagen, welcher dazu vorgesehen ist verschiedene Reformierungen während unterschiedlichen Betriebsphasen durchzuführen.

Description

Beschreibung
Titel
Brennstoffzellenvorrichtung mit verbessertem Anodengasprozessor Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenvorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung mit mindestens einer Brennstoffzelleneinheit und mindestens einer Anodenabgasrezirkulation.
Stand der Technik
Die DE1393804A1 offenbart einen Katalysator sowie ein Verfahren zur auto- thermen, katalytischen Dampfreformierung von Kohlenwasserstoffen unter Verwendung des Katalysators. Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs ist demgegenüber durch mindestens einen Anodengasprozessor gekennzeichnet, welcher dazu vorgesehen ist verschiedene Reformierungen während unterschiedlichen Betriebsphasen durchzuführen. Dadurch kann ein zugeführter Brennstoff, wie beispielsweise Erdgas, oder ein zugeführtes Brennstoff-Luft-Gemisch je nach Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung flexibel reformiert werden. Insbesondere können die verschiedenen Reformierungen, wie z.B. eine Reformierung durch partielle Oxidation und eine Dampfreformierung, sowohl zeitlich voneinander getrennt, als auch zeitlich parallel zueinander durchgeführt werden. Dadurch kann die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung besonders effizient betrieben werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung möglich. So ist der mindestens eine Anodengasprozessor strömungstechnisch vor der mindes- tens einen Brennstoffzelleneinheit geschaltet. Dadurch kann ein durch die verschiedenen Reformierungen entstehendes Reformat der Brennstoffzelleneinheit direkt zugeführt werden. Es ist von Vorteil, wenn mindestens eine Sauerstoffzufuhr strömungstechnisch vor dem mindestens einen Anodengasprozessor angeordnet ist. Dadurch kann insbesondere das Sauerstoff-Kohlenstoff-Verhältnis (O/C) des dem Anodengasprozessor zugeführten Brennstoff-Luft-Gemisches für eine gewünschte Reformie- rung angepasst werden.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn der mindestens eine Anodengasprozessor ein Katalysatormaterial umfasst. Durch die Möglichkeit mittels eines Katalysatormaterials verschiedene Reformierungen durchzuführen, erübrigt sich der Einbau von komplexen, mehrteilig ausgestalteten Reformersystemen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Katalysatormaterial mindestens ein Edelmetall, insbesondere Platin und/oder Rhodium, umfasst. So kann eine effiziente Realisierung des Anodengasprozessors gewährlistet werden. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass mittels mindestens eines Anodengasprozessors verschiedene Reformierungen während unterschiedlichen Betriebsphasen durchgeführt werden. So können verschiedene Reformierungen für einen flexiblen und effizienten Betrieb der Brennstoffzellenvor- richtung gezielt genutzt werden.
Es ist von Vorteil, dass die verschiedenen Reformierungen während den unterschiedlichen Betriebsphasen mit Hilfe eines Katalysatormaterials durchgeführt werden. So ist der Einbau von zusätzlichen Reformersystemen nicht notwendig, wodurch Kosten gespart werden.
Es ist bevorzugt, wenn der Anodengasprozessor, insbesondere das Katalysatormaterial, vor einer Reformierung, vorzugsweise lokal, erwärmt wird. So muss lediglich eine Komponente für eine effiziente Reformierung erwärmt werden, wo- durch wiederum Energie gespart wird. Es ist vorteilhaft, wenn stromaufwärts des mindestens einen Anodengasprozes- sors anodenseitig Sauerstoff zugeführt wird. Durch eine entsprechende Wahl des zugeführten Sauerstoffanteils, kann die gewünschte Reformierung im Anoden- gasprozessor gezielt beeinflusst werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn während einer ersten Betriebsphase, insbesondere einer Start-Phase, eine Reformierung durch partielle Oxidation durchgeführt wird. Durch die dabei entstehende exotherme Wärme kann die Brennstoffzellenvorrichtung auf eine bevorzugte Betriebstemperatur gebracht werden.
Bevorzugterweise, wird während der ersten Betriebsphase anodenseitig Sauerstoff zugeführt. So wird eine Reformierung durch partielle Oxidation ermöglicht und kann zudem durch die zugeführte Menge an Sauerstoff beeinflusst werden.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn während einer zweiten Betriebsphase, insbesondere einer Übergangsphase, eine Reformierung durch partielle Oxidation und eine Dampfreformierung durchgeführt wird. So kann ein stetiger Übergang in einen Normalbetrieb erfolgen.
Wrd während der zweiten Betriebsphase anodenseitig Sauerstoff in Abhängigkeit, insbesondere in proportionaler Abhängigkeit, von der Stromerzeugung der Brennstoffzelleneinheit zugeführt, kann die partielle Oxidation in der Übergangsphase gezielt kontrolliert bzw. reduziert werden.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn während einer dritten Betriebsphase, insbesondere eines Normalbetriebs, eine Dampfreformierung durchgeführt wird. So kann der Brennstoffzelleneinheit die für einen Normalbetrieb erforderliche Menge an Reformat, vorzugsweise Wasserstoff, zugeführt werden. In bevorzugter Weise, wird während der dritten Betriebsphase anodenseitig kein
Sauerstoff zugeführt, wodurch eine Reformierung durch partielle Oxidation während des Normalbetriebs vermieden wird.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird mittels mindestens einer weiteren Sauerstoffzufuhr mindestens ein Reformat gekühlt. Dadurch kann ein Reformat, welches beispielsweise bei einer partiellen Oxidation entsteht und eine hohe Temperatur aufweist, gezielt gekühlt werden, so dass temperaturbedingte Schäden insbesondere in der Brennstoffzelleneinheit vermieden werden.
Zeichnungen
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung; und
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung.
Beschreibung
In den Figuren sind die Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung 10 im Wesentlichen nur anodenseitig dargestellt, da im Folgenden vorwiegend anodenseitige Prozesse beschrieben werden.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung 10 mit einer Brennstoffzelleneinheit 12 und einer Anodenabgasrezirkulation 14. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 zeichnet sich durch einen Anodengasprozessor 16 auf, welcher dazu vorgesehen ist verschiedene Reformierungen während unterschiedlichen Betriebsphasen durchzuführen. Dadurch kann ein Brennstoff bzw. ein Brennstoff-Luft-Gemisch je nach Betriebsphase durch eine bestimmte Reformierung, im Ausführungsbeispiel durch eine Reformierung durch partielle Oxidation und/oder durch Dampfrefor- mierung, prozessiert werden. Die verschiedenen Reformierungen unterscheiden sich voneinander und können je nach Betriebsphase der Brennstoffzellenvorrichtung 10 sowohl zeitlich getrennt voneinander, als auch zeitlich parallel zueinander durchgeführt werden. Die Brennstoffzelleneinheit 12 umfasst eine Brennstoffzelle 13, welche eine Anode 15, eine Kathode 17 und einen dazwischen angeordneten Elektrolyten 19 aufweist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Brennstoffzelleneinheit 12 eine SOFC-Brennstoffzelle 13. Alternativ ist es aber auch denkbar, dass die Brennstoffzelleneinheit 12 einen Brennstoffzellenstack, also eine Mehrzahl von
Brennstoffzellen 13, umfasst.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird Erdgas als Brennstoff mit Hilfe einer Brennstoffzufuhr 18, welche ein Bestandteil der Brennstoffzellenvorrichtung 10 ist, zugeführt. Mittels einer Pumpe 20 ist der Brennstoff bzw. das Erdgas dem
Anodengasprozessor 16 zuführbar. Der Anodengasprozessor 16 ist strömungstechnisch vor der mindestens einen Brennstoffzelleneinheit 12 geschaltet.
Darüber hinaus ist eine Sauerstoffzufuhr 22 strömungstechnisch vor dem min- destens einen Anodengasprozessor 16 angeordnet, durch welche dem zugeführten Brennstoff Luft bzw. Sauerstoff zugemischt werden kann. Alternativ ist es aber auch denkbar, dass die Sauerstoffzufuhr 22 so angeordnet ist, dass Sauerstoff direkt dem Anodengasprozessor 16 zugeführt wird. Die Zufuhr des Brennstoffes bzw. des Erdgases wird über ein Ventil 24 geregelt, während die Luft- bzw. Sauerstoffzufuhr über ein weiteres Ventil 26 geregelt wird Alternativ ist es aber auch denkbar, dass die Zufuhr von Brennstoff bzw. Erdgas und/oder von Luft bzw. Sauerstoff über Gebläse geregelt wird. Der Anodengasprozessor 16 umfasst ein Katalysatormaterial 28, durch welches verschiedene Reformierungen durchgeführt werden können. Im gezeigten Ausführungsbeispiel besteht der Anodengasprozessor 16 aus einer Reaktionskammer 30, welche das Katalysatormaterial 28 enthält. Durch das Einbringen des Katalysatormaterials 28 in den Stoffstrom des Brennstoffes bzw. des Brennstoff- Luft-Gemisches kann sowohl eine Reformierung durch partielle Oxidation als auch eine Dampfreformierung des Brennstoffes bzw. des Brennstoff-Luft- Gemisches erfolgen.
Das Katalysatormaterial 28 umfasst mindestens ein Edelmetall. Im gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich dabei um Platin und Rhodium. Das Katalysatormaterial 28 ist aus sich in Strömungsrichtung abwechselnden, wabenartigen Schichten aufgebaut, welche jeweils Platin und Rhodium umfassen. Es ist so in den Anodengasprozessor 16 eingebracht, dass es die Reaktionskammer 30 vollständig ausgefüllt. Durch die wabenartige Struktur des Katalysatormaterials 28 kann der zugeführte Brennstoff den Anodengasprozessor 16 so passieren, dass es stets zu einem Kontakt mit dem Katalysatormaterial 28 kommt und somit eine entsprechende Reformierung des Brennstoffes durchgeführt wird.
Alternativ ist es auch denkbar, dass das Katalysatormaterial 28 einen planaren Schichtaufbau aufweist und im Anodengasprozessor an der Innenwand der Reaktionskammer angebracht ist. Der Brennstoff bzw. das Brennstoff-Luft- Gemisch kann dann koaxial, vom Katalysatormaterial 28 umschlossen, den Anodengasprozessor 16 bzw. die Reaktionskammer 30 durchströmen.
Die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung 10 wird so betrieben, dass mittels des Anodengasprozessors 16 verschiedene Reformierungen während unterschiedlichen Betriebsphasen durchgeführt werden, wodurch ein flexibler Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung 10 ermöglicht wird.
Vor der Inbetriebnahme der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung 10 befindet sich überwiegend Luft bzw. Sauerstoff in den anodenseitigen Leitungen der Brennstoffzellenvorrichtung 10. Dieser Sauerstoff ist vor allem für die Brennstoffzelleneinheit 12 schädlich, da er zu einer Oxidation derer Komponenten führt. Durch die Möglichkeit verschiedene Reformierungen während unterschiedlichen Betriebsphasen durchzuführen, kann dieser Sauerstoff in einer gewünschten Reformierung, beispielsweise durch partielle Oxidation, unschädlich gemacht werden.
Die verschiedenen Reformierungen werden während den unterschiedlichen Betriebsphasen mit Hilfe des Katalysatormaterials 28 durchgeführt. Somit erübrigt sich der Einbau von zusätzlichen Reformern, welche bei bisher bekannten Brennstoffzellenvorrichtungen 10 eingesetzt werden.
Erfindungsgemäß wird der Anodengasprozessor 16 bzw. das Katalysatormaterial 28 vor einer Reformierung erwärmt. Im Ausführungsbeispiel wird der Anodengasprozessor 16 bzw. das Katalysatormaterial 28 lokal erwärmt. Dies wird über einen Heizdraht 31 bewerkstelligt, welcher mit dem Katalysatormaterial in Kontakt ist.
Nachdem der Anodengasprozessor 16 bzw. das Katalysatormaterial 28 auf eine zur Einleitung einer Reformierung durch partielle Oxidation geeignete Betriebstemperatur erwärmt ist, wird der Brennstoffzellenvorrichtung 10 über die Brennstoffzufuhr 18 Brennstoff zugeführt.
Gleichzeitig wird stromaufwärts des mindestens einen Anodengasprozessors 16, anodenseitig Sauerstoff zugeführt. Mittels der Ventile 24, 26 wir das Verhältnis zwischen dem zugeführten Sauerstoff bzw. der Luft und dem Brennstoff bzw. dem Erdgas eingestellt.
Das Brennstoff-Luft-Gemisch wird mittels der Pumpe 20 bis zum Anodengasprozessor 16 befördert. Dort wird während einer ersten Betriebsphase bzw. während der Start-Phase eine Reformierung durch partielle Oxidation durchgeführt.
Bei der Reformierung durch partielle Oxidation, welche im Ausführungsbeispiel genau genommen eine katalytische partielle Oxidation (engl.„Catalytic Partial Oxidation", abgekürzt„CPOX") darstellt, werden die im Brennstoff enthaltenen Kohlenwasserstoffe an dem Katalysator 28 mit Sauerstoff oxidiert und somit im Wesentlichen zu Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff reformiert. Durch das Katalysatormaterial 28 wird die benötigte Reformierungstemperatur gesenkt. Jedoch ist die Reformierungsreaktion exotherm, wodurch im weiteren Verlauf des Reformierungsprozesses im Anodengasprozessor 16 Temperaturen von ca. 800 °C bis 1200 °C entstehen.
Anders als bei der Dampfreformierung muss bei der Reformierung durch partielle Oxidation kein Wasser bzw. Wasserdampf zugeführt werden. Für die Reformierung durch partielle Oxidation wird während der ersten Betriebsphase bzw. während der Start-Phase anodenseitig Sauerstoff zugeführt. Mittels der Ventile 24, 26 in der Brennstoffzufuhr 18 und der Sauerstoffzufuhr 22 wird das Sauerstoff- Kohlenstoff-Verhältnis (O/C) des dem Anodengasprozessor 16 zugeführten Brennstoff-Luft-Gemisches so geregelt, dass nach der Reformierung durch partielle Oxidation kein Sauerstoff verbleibt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Sauerstoff-Kohlenstoff-Verhältnis (O/C) während der Start-Phase auf einen Wert von ca. 1 ,2 geregelt. So kann sichergestellt werden, dass es zu keinen nennenswerten Kohlenstoffablagerungen kommt. Alternativ ist es aber auch denkbar, dass das Sauerstoff-Kohlenstoff- Verhältnis über eine λ- Regelung geregelt wird.
Zudem wird die Luft bzw. der Sauerstoff, welcher vor der Inbetriebnahme der Brennstoffzellenvorrichtung 10 anodenseitig in den Leitungen der Brennstoffzellenvorrichtung 10 vorhanden ist, für die partielle Oxidation verwendet und somit für die Komponenten der Brennstoffzelleneinheit 12 ebenfalls unschädlich gemacht.
Nach der Reformierung des Brennstoff-Luft-Gemisches in dem Anodengaspro- zessor 18 strömt das gewonnene Reformat durch einen Wärmetauscher 32. Anschließend wird das Reformat der Brennstoffzelleneinheit 12 anodenseitig zugeführt, wobei die Brennstoffzelleneinheit 12 durch die hohe Temperatur des Reformats aufgewärmt wird.
Nach Verlassen der Brennstoffzelleneinheit 12 wird das Reformat über die Anodenabgasrezirkulation 14 den Stoffen stromabwärts der Pumpe 20 und des Anodenabgasprozessors 16 wieder zugeführt.
Das Reformat passiert während der Rückführung durch die
Anodenabgasrezirkulation 14 den Wärmetauscher 32, welcher Stromabwärts des Anodengasprozessors 16 angeordnet ist, und einen weiteren Wärmetauscher 38, welcher stromaufwärts des Anodengasprozessors angeordnet ist. Durch den Wärmetauscher 32 erfolgt ein Wärmeabgleich zwischen dem Reformat, welches die Brennstoffzelleneinheit 12 verlässt, und dem Reformat, welches der Brennstoffzelleneinheit zugeführt wird. Durch den weiteren Wärmetauscher 38 wird der Stoffstrom, welcher dem Anodengasprozessor 16 zugeführt wird, vorgewärmt.
Sobald die Brennstoffzelleneinheit 12 eine ausreichende Betriebstemperatur von ca. 500 °C bis 800 °C aufweist, wird der im Reformat enthaltene Wasserstoff unter Erzeugung von Strom und Wärme elektrochemisch umgesetzt und es wird in einer zweiten Betriebsphase, einer Übergangsphase, eine Reformierung durch partielle Oxidation und eine Dampfreformierung durchgeführt. Da eine Dampfre- formierung endotherm abläuft, während eine partielle Oxidation exotherm abläuft, herrscht in dieser Übergangsphase eine gegenüber der Start-Phase im Mittel abgesenkte Temperatur.
Für die Umsetzung des im Reformat enthaltenen Wasserstoffs wird der Brennstoffzelleneinheit 12 gleichzeitig über eine Luftzufuhrleitung 34 kathodenseitig Luft bzw. Sauerstoff zugeführt.
Bei der Umsetzung des Reformats in der Brennstoffzelleneinheit 12 entsteht Abgas, welches im Wesentlichen Wasser, Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid enthält. Das Abgas verlässt die Brennstoffzelleneinheit 12 über die
Anodenabgasrezirkulation 14 und wird wiederum den Stoffen stromaufwärts der Pumpe 20 und des Anodengasprozessors 16 zugeführt. Die der Brennstoffzelleneinheit 12 kathodenseitig zugeführte Luft wird über eine Luftabführleitung 36 abgeführt.
Das Abgas passiert während der Rückführung durch die
Anodenabgasrezirkulation 14 ebenfalls den Wärmetauscher 32 und den weiteren Wärmetauscher 38. Durch den Wärmetauscher 32 erfolgt ein Wärmeabgleich zwischen dem Abgas, welches die Brennstoffzelleneinheit 12 verlässt, und dem Reformat, welches der Brennstoffzelleneinheit zugeführt wird. Durch den weiteren Wärmetauscher 38 wird der Stoffstrom, welcher dem Anodengasprozessor 16 zugeführt wird, weiterhin vorgewärmt.
In der zweiten Betriebsphase bzw. der Übergangsphase erhöht sich die Stromerzeugung in der Brennstoffzelleneinheit 12 und es diffundiert vermehrt Sauerstoff von der Kathode 17 zur Anode 15, wodurch wiederum vermehrt Wasser entsteht. Entsprechend in der zweiten Betriebsphase bzw. der Übergangsphase anoden- seitig Sauerstoff in Abhängigkeit von der Stromerzeugung der Brennstoffzelleneinheit 12 zugeführt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Menge des durch die Sauerstoffzufuhr 22 zugeführten Sauerstoffs in proportionaler Abhängigkeit zu der sich erhöhenden Stromerzeugung der Brennstoffzelleneinheit 12 reduziert. Im Wesentlichen handelt es sich hierbei um eine kontinuierliche Anpassung der Menge des durch die Sauerstoffzufuhr 22 zugeführten Sauerstoffs. Alternativ ist es aber auch denkbar, dass die Menge des durch die Sauerstoffzufuhr 22 zugeführten Sauerstoffs stufenweise reguliert wird.
Sobald in der Brennstoffzelleneinheit 12 eine ausreichende Menge an Wasser erzeugt wird, welches für eine Dampfreformierung im Anodengasprozessor 16 über die Anodenabgasrezirkulation 14 zurückgeführt werden kann, bzw. eine entsprechende Menge an Sauerstoff von der Kathode 17 zur Anode 15 diffundiert, wird während einer dritten Betriebsphase, d.h. während des Normalbetriebs, ausschließlich eine Dampfreformierung durchgeführt.
Die Dampfreformierung läuft bei einer Reformierungstemperatur von ca. 500 °C bis 550 °C ab. Durch die Anodenabgasrezirkulation 14 wird Wasserdampf für die Dampfreformierung rückgeführt, wodurch keine zusätzliche, externe Wasserzufuhr benötigt wird. Im Normalbetrieb werden durch die Anodenabgasrezirkulation 14 ca. 60 % bis 75 % des Anodenabgaseses rezirkuliert. Die entsprechende
Rezirkulationsrate wird durch die Pumpe 20 reguliert.
Im Normalbetrieb ist in der Brennstoffzellenvorrichtung 10 anodenseitig kein freier Sauerstoff mehr vorhanden, welcher zu einer schädlichen Oxidation der Kom- ponenten in der Brennstoffzelleneinheit 12 führen kann. Zudem ist eine ausreichende Wasserstoffbereitstellung durch Dampfreformierung vorhanden. So wird der Brennstoffzellenvorrichtung 10 während der dritten Betriebsphase bzw. des Normalbetriebs anodenseitig gezielt auch kein Sauerstoff mehr zugeführt, wodurch auch eine Reformierung durch partielle Oxidation unterbunden wird.
Unter einem Normalbetrieb ist der planmäßige Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung 10 bei üblicher Beanspruchung zu verstehen. Vor allem ist die Brennstoffzellenvorrichtung 10 im Normalbetrieb auch in der Lage den maximal möglichen Wirkungsgrad zu erreichen.
Zusammenfassend wird die Brennstoffzellenvorrichtung 10 durch das erfindungsgemäße Verfahren wie folgt betrieben bzw. hochgefahren. Das Katalysatormaterial 28 wird vor einer Reformierung erwärmt. Daraufhin wird der Brennstoffzellenvorrichtung 10 während der Start-Phase sowohl Brennstoff mittels der Brennstoffzufuhr 18 als auch Sauerstoff mittels der Sauerstoffzufuhr 22 zugeführt, woraufhin eine Reformierung des Brennstoff-Luft-Gemisches durch partielle Oxidation im Anodengasprozessor 16 durchgeführt wird. Während der Start- Phase wird das Sauerstoff-Kohlenstoff-Verhältnis (O/C) mit Hilfe der Ventile 24, 26 auf einen Wert von 1 ,2 geregelt. Zudem werden die entsprechenden, in der Brennstoffzelleneinheit 10 anodenseitig enthaltenen Stoffe, mit Hilfe der Anodenabgasrezirkulation 14 und der Pumpe 20 rezirkuliert, wodurch unter anderem die Brennstoffzelleneinheit 12, mit der durch die Reformierung durch partielle Oxidation entstehenden Wärme, erwärmt wird. Ist die Brennstoffzelleneinheit auf eine ausreichend hohe Temperatur erwärmt, so wird Wasserstoff unter Erzeugung von Strom und Wämre in der Brennstoffzelleneinheit 12 umgesetzt und es die Übergangsphase eingeleitet. In der Übergangsphase wird sowohl eine Reformierung durch partielle Oxidation, als auch eine Dampfreformierung durchgeführt. Während dieser Übergangsphase wird die Menge des mittels der Sauerstoffzufuhr 22 zugeführten Sauerstoffs in proportionaler Abhängigkeit von der Stromerzeugung der Brennstoffzelleneinheit 12 reduziert, wodurch die Durchführung an Dampfreformierung im Verhältnis zur Reformierung durch partielle Oxidation zunimmt. Wird schließlich eine für einen Normalbetrieb ausreichende Menge an Wasser in der Brennstoffzelleneinheit 12 erzeugt bzw. wird ausreichen Sauerstoff an der Brennstoffzelleneinheit 12 von der Kathode 17 zur Anode 15 diffundiert, so wird die Zufuhr an Sauerstoff unterbunden und der Normalbetrieb ist erreicht. Während des Normalbetriebs wird dann kein Sauerstoff mehr zugeführt und ausschließlich eine Dampfreformierung durchgeführt.
Ferner ist an der Anodenabgasrezirkulationsleitung 14 eine Abgasleitung 40 angebracht, durch welche ein Teil des Anodenabgases abgegriffen und aus der Brennstoffzellenvorrichtung 10 abgeführt wird.
In Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung 10 gezeigt. Im Vergleich zu der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist eine weitere Sauerstoffzufuhr 42 angeordnet.
Mittels der weiteren Sauerstoffzufuhr 42 wird mindestens ein Reformat gekühlt, welches durch eine Reformierung, während einer der Betriebsphasen, entsteht.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Kühlung des Reformats mit Hilfe eines zusätzlichen Wärmetauschers 44 ermöglicht, welcher stromabwärts des Ano- dengasprozessors 16 und stromaufwärts der Brennstoffzelleneinheit 12 angeordnet ist.
Die Menge des über die weitere Sauerstoffzufuhr 42 zugeführten Sauerstoffs wird über ein weiteres Ventil 46 geregelt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird
Sauerstoff mittels der weiteren Sauerstoffzufuhr 42 während der ersten Betriebsphase bzw. während der Start-Phase zugeführt. Dadurch wird das Reformat gekühlt welches während der Reformierung durch partielle Oxidation entsteht und eine hohe Temperatur von ca. 800 °C bis 1200°C aufweist. Durch die Abkühlung dieses Reformats wird vermieden, dass durch die hohe Temperatur Schäden in der Brennstoffzelleneinheit 12 entstehen.
Während der zweiten Betriebsphase bzw. während der Übergangsphase wird die Menge des durch die weitere Sauerstoffzufuhr 42 zugeführten Sauerstoffs redu- ziert. Sie wird in Abhängigkeit der Stromerzeugung der Brennstoffzelleneinheit 12 reduziert. Somit wird die Menge des durch die weitere Sauerstoffzufuhr 42 zugeführten Sauerstoffs an die während der Übergangsphase abnehmende Reformierung durch partielle Oxidation angepasst, welche wiederum durch die Menge des über die Sauerstoffzufuhr 22 zugeführten Sauerstoffs beeinflusst wird.
Alternativ ist es auch denkbar, dass die Sauerstoffzufuhr 22 und die weitere Sauerstoffzufuhr 40 über ein gemeinsames Ventil geregelt werden.
Während der dritten Betriebsphase bzw. während des Normalbetriebs wird kein Sauerstoff über die weitere Sauerstoffzufuhr 42 zugeführt, da im Normalbetrieb ausschließlich eine Dampfreformierung durchgeführt wird, welche im Vergleich zur Reformierung durch partielle Oxidation eine geringere Reformierungstempe- ratur aufweist. Daher ist keine Abkühlung des Reformats notwendig. Des Weiteren ist in Figur 2 die Abgasleitung 40 so ausgeführt, dass mittels eines weiteren Wärmetauschers 48 die Luft, welche der Brennstoffzelleneinheit 12 ka- thodenseitig über die Luftzufuhrleitung 34 zugeführt wird, durch das in der Abgasleitung 40 enthaltene Abgas erwärmt wird. Durch die erwärmte Luft wiederum wird die Brennstoffzelleneinheit 12 zusätzlich kathodenseitig erwärmt. In einem alternativen Ausführungsbeispiel, welches von den Figuren ausgeht, jedoch nicht bildlich dargestellt ist, wird die Menge des über die Sauerstoffzufuhr 22 und/oder die weitere Sauerstoffzufuhr 42 zugeführten Sauerstoffs zumindest nicht ausschließlich in Abhängigkeit der Stromerzeugung der Brennstoffzelleneinheit 12 reguliert, sondern in Abhängigkeit einer anderen physikalischen Größe, wie beispielsweise einer Temperatur, einer Stoffzusammensetzung und/oder einem Feuchtigkeitsgehalt. Entsprechende Größen können an verschiedenen Stellen der Brennstoffzellenvorrichtung 10 ermittelt werden. So könnte beispielsweise die Temperatur des Reformats durch einen Temperatursensor stromabwärts des Anodengasprozessors 16 und stromaufwärts der Brennstoffzelleneinheit 12 und/oder die Stoffzusammensetzung des Reformats durch einen entsprechenden Sensor stromabwärts des Anodengasprozessors 16 und stromaufwärts der Brennstoffzelleneinheit 12 und/oder der Feuchtigkeitsgehalt im Abgas durch einen Feuchtesensor in der Anodenabgasrezirkulationsleitung 14 ermittelt werden.
In einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel, welches von den Figuren ausgeht, ist es denkbar, dass die erste, die zweite und die dritte Betriebsphase nicht nacheinander, sondern unabhängig voneinander zu verschiedenen Zeiten während des Betriebs der Brennstoffzellenvorrichtung 10 erfolgen. Ferner ist es denkbar, dass weitere Betriebsphasen mit ggf. weiteren Reformierungen bzw. Reformierungsarten erfolgen.

Claims

Brennstoffzellenvorrichtung (10) mit mindestens einer Brennstoffzelleneinheit (12) und mindestens einer Anodenabgasrezirkulation (14), gekennzeichnet durch mindestens einen Anodengasprozessor (16), welcher dazu vorgesehen ist verschiedene Reformierungen während unterschiedlichen Betriebsphasen durchzuführen.
Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Anodengasprozessor (16) strömungstechnisch vor der mindestens einen Brennstoffzelleneinheit (12) geschaltet ist.
Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Sauerstoffzufuhr (22) strömungstechnisch vor dem mindestens einen Anodengasprozessor (16) angeordnet ist.
Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Anodengasprozessor (16) ein Katalysatormaterial (28) umfasst.
Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Katalysatormaterial (28) mindestens ein Edelmetall, insbesondere Platin und/oder Rhodium, umfasst.
Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung (10), insbesondere einer Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mindestens einer Brennstoffzelleneinheit (12) und mindestens einer Anodenabgasrezirkulation (14), dadurch gekennzeichnet, dass mittels mindestens eines Anodengasprozessors (16) verschiedene Reformierungen während unterschiedlichen Betriebsphasen durchgeführt werden.
7. Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Reformierun- gen während den unterschiedlichen Betriebsphasen mit Hilfe eines Katalysatormaterials (28) durchgeführt werden.
8. Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ano- dengasprozessor (16), insbesondere das Katalysatormaterial (28), vor einer Reformierung, vorzugsweise lokal, erwärmt wird.
9. Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts des mindestens einen Anodengasprozessors (16) anodenseitig Sauerstoff zugeführt wird.
10. Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass während einer ersten Betriebsphase, insbesondere einer Start-Phase, eine Reformierung durch partielle Oxidation durchgeführt wird.
1 1. Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass während der ersten Betriebsphase anodenseitig Sauerstoff zugeführt wird.
12. Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass während einer zweiten Betriebsphase, insbesondere einer Übergangsphase, eine Reformierung durch partielle Oxidation und eine Dampfreformierung durchgeführt wird.
13. Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass während der zweiten Betriebsphase anodenseitig Sauerstoff in Abhängigkeit, insbesondere in proportionaler Abhängigkeit, von der Stromerzeugung der Brennstoffzelleneinheit (12) zugeführt wird.
14. Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass während einer dritten Betriebsphase, insbesondere eines Normalbetriebs, eine Dampfreformierung durchgeführt wird.
15. Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass während der dritten Betriebsphase anodenseitig kein Sauerstoff zugeführt wird.
16. Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mittels mindestens einer weiteren Sauerstoffzufuhr (42) mindestens ein Reformat gekühlt wird.
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