DE60032027T2 - System und verfahren zum vorzeitigen detektieren von verunreinigungen in brennstoffverarbeitendem system - Google Patents

System und verfahren zum vorzeitigen detektieren von verunreinigungen in brennstoffverarbeitendem system Download PDF

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Description

  • Bereich der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Brennstoff verarbeitende Systeme und betrifft noch spezieller ein System und ein Verfahren zum frühen Nachweis eines drohenden Versagens der Wasserstoff-Reiniger, die in derartigen Brennstoff verarbeitenden Systemen verwendet werden.
  • Hintergrund und Zusammenfassung der Erfindung
  • Brennstoff verarbeitende Systeme schließen eine Brennstoff-Verarbeitungs-Einheit oder Wasserstoff-erzeugende Anordnung, die Wasserstoff-Gas produziert, und einen Brennstoffzellen-Stapel ein, der einen elektrischen Strom und Wasser aus dem Wasserstoff-Gas und Luft produziert. Da Brennstoffzellen extrem empfindlich gegenüber bestimmten kontaminierenden Stoffen sind, wird dafür gesorgt, zu verhindern, dass der Wasserstoff-Zustrom zu dem Brennstoffzellen-Stapel mehr als annehmbare Konzentrationswerte an diesen verunreinigenden Substanzen enthält. Daher besteht ein Bedarf zum Nachweis verunreinigender Substanzen in dem Produkt-Wasserstoff-Strom von einer Brennstoff-Verarbeitungs-Einheit, bevor der verunreinigte Produkt-Strom den Brennstoffzellen-Stapel erreicht.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein System und ein Verfahren zum Nachweis von Verunreinigungen in dem Wasserstoff-Produktstrom eines Brennstoff verarbeitenden Systems in ausreichender Zeit bereit, um zu verhindern, dass Verunreinigungen den Brennstoffzellen-Stapel erreichen, der mit der Brennstoff-Verarbeitungs-Einheit verbunden ist. So wird in einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung bereitgestellt ein Brennstoff-Verarbeitungs-System, das eine Brennstoff verarbeitende Anordnung umfasst, die dafür angepasst ist, aus einem Rohstoff einen Produkt-Wasserstoff-Strom zu produzieren, der wenigstens Wasserstoff-Gas und eine oder mehrere ausgewählte Komponente(n) umfasst, die gewählt sind aus der Gruppe, die besteht aus Kohlendioxid, Methan und Wasser; einen Brennstoffzellen-Stapel, der eine oder mehrere Brennstoffzelle(n) einschließt, worin der Brennstoffzellen-Stapel dafür angepasst ist, wenigstens einen Teil des Produkt-Wasserstoff-Stroms aufzunehmen; und ein Steuerungssystem, das dafür angepasst ist, die Konzentration wenigstens einer der einen oder mehreren gewählten Komponente(n) in dem Produkt-Wasserstoff-Strom zu messen und ein Strömen des Produkt-Wasserstoff-Stroms zu dem Brennstoffzellen-Stapel zu verhindern, wenn die gemessene Konzentration wenigstens einer der einen oder mehreren ausgewählten Komponente(n) einen entsprechenden Schwellenwert übersteigt.
  • In einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bereitgestellt die Verwendung eines Systems, wie es in der vorliegenden Beschreibung beschrieben ist, zum Verhindern der Kontamination des Brennstoffzellen-Stapels durch Messen der Konzentration von Methan und/oder Wasser in einem Produkt-Wasserstoff-Strom, um nachzuweisen, ob die Trenn-Anordnung versagt hat.
  • In einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bereitgestellt ein Verfahren zum Verhindern der Kontamination eines Brennstoffzellen-Stapels in einem Brennstoff-Verarbeitungs-System, wie es in der vorliegenden Beschreibung beschrieben ist, wobei das Verfahren das Messen der Konzentration wenigstens einer oder mehrerer der ausgewählten Komponenten in einem Produkt-Wasserstoff-Strom, das Vergleichen der gemessenen Konzentration mit einem bestimmten Schwellenwert und das Verhindern des Zuleitens des Produkt-Wasserstoff-Stroms zu dem Brennstoffzellen-Stapel umfasst, wenn die gemessene Konzentration den bestimmten Schwellenwert überschreitet.
  • In einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bereitgestellt eine Verwendung eines Steuerungssystems in einem Brennstoff-Verarbeitungs-System zum Verhindern des Vergiftens einer oder mehrerer Brennstoffzellen durch Kohlenmonoxid, worin das Steuerungssystem die Konzentration einer oder mehrerer ausgewählter Komponente(n) in einem Wasserstoff-Produkt-Strom, die ausgewählt sind aus Wasser, Methan und Kohlendioxid, überwacht und ein Strömen des Wasserstoff-Produkts zu dem Brennstoffzellen-Stapel verhindert, wenn die gemessene Konzentration wenigstens einer der einen oder mehreren ausgewählten Komponente(n) einen entsprechenden Schwellenwert übersteigt.
  • Viele andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden für Fachleute, die in diesem technischen Bereich versiert sind, bei Bezugnahme auf die detaillierte Beschreibung, die nachfolgt, und die begleitenden Blätter mit Figuren offenbar, in denen bevorzugte Ausführungsformen, die die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpern, nur als veranschaulichende Beispiele offenbart sind.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
  • 1 ist ein schematisches Diagramm eines Brennstoff-Verarbeitungs-Systems gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist das Diagramm von 1, das eine andere Ausführungsform eines Brennstoff-Verarbeitungs-Systems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 3 ist ein Fließdiagramm, das ein Verfahren zur frühen Bestimmung von kontaminierenden Stoffen gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • 4 ist eine schematische Vorder-Aufsicht einer Benutzerbediener-Oberfläche für ein Brennstoff-Verarbeitungs-System gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Detaillierte Beschreibung und beste Ausführungsform der Erfindung
  • Ein Brennstoff-Verarbeitungs-System ist in 1 gezeigt und dort allgemein mit der Bezugsziffer 10 angegeben. Das System 10 schließt eine Brennstoff-Verarbeitungs-Einheit 12 und einen Brennstoffzellen-Stapel 14 ein. Der Brennstoffzellen-Stapel 14 schließt wenigstens eine Brennstoffzelle ein und schließt typischerweise mehrere Brennstoffzellen ein, die miteinander gekoppelt sind. Der Brennstoffzellen-Stapel erhält Wasserstoff-Gas von der Brennstoff-Verarbeitungs-Einheit und produziert daraus einen elektrischen Strom, wenn das Wasserstoff-Gas mit Sauerstoff unter Bildung von Wasser umgesetzt wird. Der durch den Brennstoffzellen-Stapel produzierte elektrische Strom wird dann verwendet, um eine Beladung mit elektrischer Energie zu erbringen, die durch eine oder mehrere angeschlossene Vorrichtungen abgefragt wird, wie beispielsweise Fahrzeuge, Haushalte, Generatoren, Boote usw.. Beispiele geeigneter Brennstoffzellen schließen Brennstoffzellen des Protonen-Austausch-Membran-Typs (PEM-Brennstoffzellen) und alkalische Brennstoffzellen ein.
  • Die Brennstoff-Verarbeitungs-Einheit 12 ist eine Vorrichtung oder Anordnung von Vorrichtungen, die dafür angepasst ist, Wasserstoff-Gas durch irgendeinen geeigneten Mechanismus von einem eine einzige Komponente umfassenden oder mehrere Komponenten umfassenden Rohstoff zu produzieren, der eine oder mehrere Zulauf-Ströme umfasst. Beispiele geeigneter Brennstoff-Verarbeitungs-Einrichtungen schließen Dampf-Reformierer ein. Beispiele geeigneter Mechanismen schließen das Dampf-Reformieren, eine partielle Oxidation, ein autothermales Reformieren und eine Pyrolyse eines Kohlenwasserstoffs oder eines Alkohols und eine Elektrolyse von Wasser ein. Es sollte verstanden werden, dass der Rohstoff für die Brennstoff-Verarbeitungs-Einrichtung 12 schwankt in Abhängigkeit von der speziellen Form einer Brennstoff-Verarbeitungs-Einrichtung, die verwendet wird. Wenn beispielsweise die Brennstoff-Verarbeitungs-Einrichtung 12 ein Dampf-Reformierer ist, schließt das Rohmaterial typischerweise Wasser und einen Alkohol oder Kohlenwasserstoff ein. Autothermales Reformieren schließt auch eine Wasser-Komponente oder einen Wasserstrom als einen Teil des Rohmaterials ein, während dies nicht zutrifft für die Pyrolyse und eine partielle Oxidation.
  • Für Zwecke der Veranschaulichung beschreibt die folgende Beschreibung eine Brennstoff-Verarbeitungs-Einrichtung 12 und ihre verschiedenen Ausführungsformen allgemein, da es im Umfang der vorliegenden Erfindung liegt, dass eine Brennstoff-Verarbeitungs-Einrichtung 12 implementiert werden kann als Vorrichtung oder Serie von Vorrichtungen, durch die Wasserstoff-Gas produziert wird, wie auch im Kontext eines Dampf-Reformers.
  • In 1 ist eine Zufuhr-Anordnung 16 gezeigt, die den Rohstoff-Strom und den Wasser-Strom 18 und 20 einer Brennstoff-Verarbeitungs-Einrichtung 12 zuführt. Die Zufuhr-Anordnung 16 schließt eine oder mehrere Pumpen ein, die die Ströme aus Vorratsbehältern (nicht gezeigt) abziehen. Wenn der Rohstoff mit Wasser vermischbar ist, wie beispielsweise Methanol, kann die Zufuhr-Anordnung eine Mischkammer einschließen, in der der Rohstoff und Wasser vor Einleiten an die Brennstoff-Verarbeitungs-Einrichtung vorgemischt werden. Die Ströme 18 und 20 können auch vor dem Leiten an die Brennstoff-Verarbeitungs-Einrichtung vorgeheizt oder sogar verdampft werden. Wenn ein Wasser-Strom nicht für den speziellen Mechanismus erforderlich ist, durch den die Brennstoff-Verarbeitungs-Einrichtung 12 Wasserstoff-Gas produziert, dann versteht es sich, dass die Zufuhr-Anordnung 16 einen Wasserstrom 20 nicht einschließt.
  • Die Brennstoff-Verarbeitungs-Einrichtung 12 schließt einen Wasserstoff produzierenden Bereich 24 ein, in dem Wasserstoff-Gas produziert wird. Dieser anfängliche Wasserstoff-Strom 26 schließt typischerweise Verunreinigungen ein, die entfernt werden müssen, bevor das produzierte Wasserstoff-Gas an den Brennstoffzellen-Stapel 16 geleitet werden kann. Im Kontext eines Dampf-Reformers kann dieser Bereich bezeichnet werden als „Reformier-Bereich", in dem der Rohstoff und Wasser katalytisch unter Produzieren eines Wasserstoff-Stroms (oder Reformat-Strom) umgesetzt werden, der Wasserstoff und Nebenprodukte enthält. Nebenprodukte der Reformier-Reaktion schließen Kohlendioxid und Kohlenmonoxid ein.
  • Der Strom 26 gelangt in einen Abtrennbereich oder eine Abtrenn-Anordnung 30, in der Wasserstoff-Gas wenigstens teilweise gereinigt wird und so ein Produkt-Wasserstoff-Strom 34 produziert wird, der wenigstens eine erhebliche Teilmenge des Wasserstoff-Gases im Strom 26 enthält. Der Abtrenn-Bereich 30 entfernt wenigstens eine Teilmenge der Verunreinigungen aus dem Strom 26, was dazu führt, dass der Produkt-Wasserstoff-Strom 34 eine höhere Konzentration an Wasserstoff-Gas als der Strom 26 aufweist. Der Bereich 30 kann die entfernte Teilmenge des Stroms 26 zurückhalten oder verbrauchen, oder er kann die entfernte Teilmenge als Nebenprodukt-Strom 36 ausleiten, so wie dies in den 1 und 2 gezeigt ist. Eine geeignete Form eines Abtrenn-Bereichs schließt eine oder mehrere für Wasserstoff selektive Membranen) 32 ein, die es erlauben, dass Wasserstoff-Gas durch sie hindurch tritt und so ein Produkt-Strom 34 erzeugt wird, wobei die verbleibenden Komponenten des Stroms 26, die nicht in der Lage sind, durch die Membranen) hindurch zu treten, einen Nebenprodukt-Strom 36 bilden. Der Nebenprodukt-Strom 36 enthält typischerweise nicht umgesetzte Ausgangsstoffe, etwas Wasserstoff-Gas, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid. Geeignete, für Wasserstoff selektive Membranen schließen Membranen ein, die gebildet sind aus Palladium, Palladium-Legierungen oder Keramik-Materialien. Der Abtrenn-Bereich 30 kann irgendeine andere geeignete Vorrichtung einschließen oder Gebrauch von irgendeinem anderen geeigneten Mechanismus zum Reinigen von Wasserstoff machen, wie beispielsweise ein absorbierendes Bett oder ein katalytischer Reaktor. Beispiele absorbierender Betten schließen Betten mit Zeolith und Kohlenstoff ein. Beispiele katalytischer Reaktoren schließen Wasser-Gas-Schift-Reaktoren und selektive Oxidations-Reaktoren ein.
  • Manchmal enthält der Produkt-Strom Zusammensetzungen, die von Wasserstoff-Gas verschieden sind. Dies kann beispielsweise dann geschehen, wenn es ein kleines Leck oder einen anderen Defekt in der/den Membranen) in dem Abtrenn-Bereich gibt. Daher kann der Produkt-Strom auch gewisse Konzentrationen an Kohlendioxid und Kohlenmonoxid enthalten. Daher ist es bevorzugt, dass die Brennstoff-Verarbeitungs-Einrichtung 12 einen Polier-Bereich einschließt, der die Konzentration an Zusammensetzungen, die für den Brennstoffzellen-Stapel 14 schädlich sind, zu einem Wert unterhalb annehmbarer Werte reduziert. In 2 wird ein Brennstoff-Verarbeitungs-System 10 gezeigt, das eine Brennstoff-Verarbeitungs-Einrichtung mit einem derartigen Polier-Bereich 38 einschließt. In dem Polier-Bereich 38 wird die Konzentration an Komponenten in dem Produkt-Strom, die von Wasserstoff verschieden sind, reduziert, wobei das spezielle Ziel ist, die Konzentrationen von Komponenten, die schädlich für den Brennstoffzellen-Stapel 14 sind, auf Werte unterhalb annehmbarer Werte zu reduzieren.
  • Beispielsweise kann der Polier-Bereich 38 ein oder mehrere Methanierungs-Katalysator-Betten) 40 einschließen, die Kohlenmonoxid und Kohlendioxid in dem Pro dukt-Strom in Methan und Wasser nach den folgenden Reaktionsgleichungen umwandeln: CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O CO + 3 H2 = CH4 + H2O
  • Da Methan und Wasser den Brennstoffzellen-Stapel 14 nicht schädigen, beeinträchtigt der polierte Produkt-Strom 42 den Betrieb des Stapels 14 nicht, so lange die Konzentrationen an Kohlenmonoxid und Kohlendioxid unterhalb annehmbarer Minimum-Werte liegen, wie dies weiter unten im einzelnen diskutiert wird.
  • Manchmal enthält der Produkt-Strom 34 auch eine gewisse Konzentration an nicht umgesetztem Rohstoff und Wasser, die auch durch den Abtrenn-Bereich 30 hindurchtreten. Deswegen kann der Polier-Bereich 38 weiter einen Reformier-Bereich 44 einschließen, um so irgendwelche nicht umgesetzten Rohstoffe in Wasserstoff-Gas, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid umzuwandeln. Dies erhöht die Menge an Wasserstoff-Gas, die durch die Brennstoff-Verarbeitungs-Einrichtung produziert wird, wodurch die Effizienz der Brennstoff-Verarbeitungs-Einrichtung verbessert wird. Jedoch versteht es sich, dass der Reformier-Bereich des Reinigungs-Bereichs 38 stromaufwärts des/der Methanierungs-Betten) liegen sollte, so dass irgendwelche Mengen an Kohlenmonoxid und Kohlendioxid, die in dem zweiten Reformier-Bereich produziert werden, in Zusammensetzungen umgewandelt werden können, die den Brennstoffzellen-Stapel nicht schädigen.
  • Ein Beispiel einer geeigneten Dampf-Reformier-Brennstoff-Verarbeitungs-Einrichtung mit einem Polier-Bereich ist offenbart in der parallel anhängigen US-Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen Nr. 09/291,447, deren Offenbarung durch die In-Bezugnahme vollständig in die vorliegende Beschreibung übernommen wird. Es versteht sich, dass ein zweiter Reformier-Bereich für die vorliegende Erfindung nicht nötig ist und dass der Polier-Bereich Gebrauch von irgendeinem anderen geeigneten Verfahren zum Entfernen oder Reduzieren der Konzentration an Komponenten machen kann, die für den Brennstoffzellen-Stapel 14 schädlich sind. Es versteht sich auch, dass die vorliegende Erfindung mit Brennstoff-Verarbeitungs-Einrichtungen implementiert werden kann, denen ein Polier-Bereich fehlt.
  • Ohne Berücksichtigung der speziellen Konstruktion der Brennstoff-Verarbeitungs-Einrichtung kann der Abtrenn-Bereich einmal versagen, nämlich einen signifikanten Verlust an Wasserstoff-Selektivität erfahren. Beispielsweise kann dies in Reinigungs-Bereichen auf Membran-Basis auftreten, wenn es einen physikalischen Defekt bei einer Wasserstoff-Abtrenn-Membran gibt oder wenn ein Riss oder ein anderes Loch in die Membran während des Betriebs eingebracht wurde. Sollte ein solcher Fehler auftreten, steigen die Konzentrationen an Kohlendioxid und Kohlenmonoxid in dem Produkt-Strom dramatisch. Brennstoff-Verarbeitungs-Einrichtungen, die einen Polier-Bereich einschließen, sind in der Lage, diese Konzentrationen in gewissem Grad zu reduzieren; jedoch ist es wahrscheinlich, dass die Konzentration an Kohlenmonoxid und Kohlendioxid die Kapazität des Polier-Bereichs 38 übersteigt.
  • Wenn dies unentdeckt bleibt, würde der Produkt-Strom, der zu dem Brennstoffzellen-Stapel gelangt, Konzentrationsmengen an Kohlendioxid und Kohlenmonoxid enthalten, die die annehmbaren Minimal-Werte übersteigen. Speziell problematisch ist die Konzentration an Kohlenmonoxid, da eine Konzentration an Kohlenmonoxid, die so niedrig ist wie wenige Teile auf eine Million (ppm), den in Brennstoffzellen-Stapel vergiften oder permanent schädigen kann. Kohlendioxid ist weniger gefährlich für den Brennstoffzellen-Stapel, jedoch ist es wünschenswert, die Konzentration an Kohlendioxid ebenfalls zu begrenzen, da es das Potential des Brennstoffzellen-Stapels erniedrigt und in Kohlen-monoxid umgewandelt werden kann.
  • Um den Brennstoffzellen-Stapel 14 davor zu schützen, in dem Fall geschädigt zu werden, dass der Produkt-Strom Konzentrationen an schädlichen Komponenten enthält, die oberhalb annehmbarer Schwellenwerte liegen, schließt das System 10 weiter ein Steuerungssystem 50 ein, das die Zusammensetzung des Produkt-Stroms überwacht, der die Brennstoff-Verarbeitungs-Einrichtung verlässt. Das Steuerungssystem 50 schließt eine Sensor-Anordnung 52 ein, die eine oder mehrere Sensoren einschließt, die dafür angepasst sind, die Konzentration einer spezifischen Komponente des Produkt-Stroms nachzuweisen. Beispielsweise kann die Sensor-Anordnung 52 einen Sensor einschließen, der dafür angepasst ist, die Konzentration an Kohlenmonoxid in dem Produkt-Strom nachzuweisen, einen Sensor zum Nachweis der Konzentration an Kohlendioxid einschließen, usw... Es versteht sich, dass die Anordnung 52 einen oder mehrere Sensoren) einschließen kann, der/die dafür angepasst ist/sind, die Konzentration an irgendeiner ausgewählten Komponente oder potentiellen Verunreinigung in dem Produkt-Strom nachzuweisen. Die Sensor-Anordnung 52 kann weiter (oder alternativ dazu) die Zusammensetzung des gesamten Produkt-Stroms messen.
  • Die Sensor-Anordnung 52 kommuniziert über irgendeinen geeigneten Kommunikationsweg mit einer Steuerungseinrichtung 54. Beispielsweise kann der Sensor ein elektrisches (d. h. Spannungs- oder Strom-) Signal an die Kontrolleinrichtung senden. Andere nicht ausschließliche Wege schließen ein optisches Signal, ein Signal in Wellenform oder irgendein anderes Signal ein, das von der Kontroll-Einrichtung empfangen und leicht in ein Steuerungs-Signal umgewandelt werden kann. Die Steuerungs-Einrichtung 54 vergleicht die gemessenen Konzentrationen mit annehmbaren Schwellenwerten, wie sie in einem Speicherabschnitt 56 des Steuerungssystems gespeichert sein können. Vorzugsweise schließt der Speicherabschnitt eine nicht-flüchtige Komponente ein, in der die Schwellenwerte gespeichert sind.
  • Es ist innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung, dass die Sensor-Anordnung nicht nur die Zusammensetzung des Produkt-Stroms nachweisen kann, sondern auch die gemessene(n) Konzentration(en) mit (einem) entsprechenden gespeicherten Wert(en) vergleichen kann. In einer solchen Ausführungsform signalisiert die Sensor-Anordnung der Steuereinrichtung, wenn eine oder mehrere der Schwellen-Konzentrationen überschritten werden.
  • Wenn irgendeine der Schwellen-Konzentrationen überschritten wird, isoliert die Steuerungs-Einrichtung 54 automatisch den Brennstoffzellen-Stapel und verhindert so, dass der kontaminierte Produkt-Strom den Stapel erreicht. Dieses Isolieren des Brennstoffzellen-Stapels kann implementiert werden in irgendeiner geeigneten Weise. Beispielsweise ist in den 1 und 2 ein Isolations-Ventil 58 gezeigt, und dieses verhindert dann, wenn dieses durch das Steuerungssystem 50 betätigt wird, dass der Produkt-Strom den Brennstoffzellen-Stapel erreicht. Wie gezeigt, leitet das Ventil 58 den Produkt-Strom in einen Abgas-Strom 60 um. Das System 10 kann derart beschrieben werden, dass es eine Isolations-Anordnung einschließt, die irgendeinen geeigneten Mechanismus einschließt, um dann, wenn die Anordnung betätigt wird, ein fließen des Produkt-Wasserstoff-Stroms zu dem Brennstoffzellen-Stapel zu verhindern. Beispielsweise kann die Anordnung ein oder mehrere Isolations-Ventil(e) einschließen.
  • Die Sensor-Anordnung 52 sollte die Konzentration des Produkt-Stroms in ausreichender Weise stromaufwärts von dem Isolations-Ventil 58 messen, so dass genügend Zeit zur Verfügung steht, die Zusammensetzung des Stroms zu messen, zu bestimmen, ob der Strom oberhalb annehmbarer Werte kontaminiert ist, und dann den Brennstoffzellen-Stapel zu isolieren, bevor der Strom in den Stapel eintritt. Daher ist es bevorzugt, dass die Sensor-Anordnung 52 den Produkt-Strom so weit wie möglich stromaufwärts des Isolations-Ventils analysiert.
  • Mit der Ausführungsform des Brennstoff-Verarbeitungs-Systems, wie es in 1 gezeigt ist, kann das Steuerungssystem 50 die Konzentration von Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid in dem Produkt-Strom 34 messen. Die Konzentration an Kohlenmonoxid sollte geringer sein als 10 ppm (parts per million), um zu verhindern, dass das Steuerungssystem den Brennstoffzellen-Stapel isoliert. Vorzugsweise beschränkt das System die Konzentration an Kohlenmonoxid auf einen Wert geringer als 5 ppm, und noch mehr bevorzugt auf einen Wert geringer als 1 ppm. Die Konzentration an Kohlendioxid kann größer sein als die von Kohlenmonoxid. Beispielsweise können Konzentrationen von weniger als 25 % Kohlendioxid annehmbar sein. Vorzugsweise ist die Konzentration geringer als 10 %, noch mehr bevorzugt geringer als 1 %. Besonders bevorzugte Konzentrationen sind geringer als 50 ppm. Es versteht sich, dass die hier angegebenen annehmbaren Mindest-Konzentrationen veranschaulichende Beispiele sind und dass Konzentrationen, die von denjenigen verschieden sind, die vorstehend präsentiert wurden, angewendet werden können und innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen. Beispielsweise können bestimmte Verwender oder Hersteller Mindest- oder Höchst-Konzentrations-Werte oder -Bereiche anfordern, die von denen verschieden sind, die oben identifiziert wurden.
  • Wenn die Brennstoff-Verarbeitungs-Einrichtung einen Polier-Bereich einschließt, beispielsweise die Brennstoff-Verarbeitungs-Einrichtung, wie sie in 2 gezeigt ist, können andere Konzentrationen anstelle derer oder zusätzlich zu denen gemessen werden, die oben beschrieben sind. Beispielsweise kann deswegen, weil Kohlendioxid und Kohlenmonoxid in Methan und Wasser im Methanierungs-Abschnitt des Polier-Bereichs umgewandelt werden, die Konzentration an Methan oder Wasser überwacht werden. Annehmbare Konzentrationen von Methan im Produkt-Strom 42 sind weniger als 1 %. Vorzugsweise liegt die Konzentration an Methan niedriger als 1.000 ppm und noch mehr bevorzugt niedriger als 300 ppm. Annehmbare Konzentrationen an Wasser in dem Produkt-Strom 42 sind geringer als 5.000 ppm. Vorzugsweise ist die Konzentration an Wasser geringer als 1.000 ppm, noch mehr bevorzugt weniger als 300 ppm.
  • Es versteht sich, dass nicht alle Zusammensetzungen, die gemessen werden, notwendigerweise schädlich für den Brennstoffzellen-Stapel sind. Beispielsweise schädigen weder Methan noch Wasser den Brennstoffzellen-Stapel. Die Konzentrationen dieser Zusammensetzungen können jedoch gemessen werden, da sie ein Indikator für ein Versagen im Trenn-Bereich der Brennstoff-Verarbeitungs-Einrichtung sind. Da der Polier-Bereich als anfängliche Absicherung zum Entfernen von Kohlendioxid und Kohlenmonoxid aus dem Produkt-Strom innerhalb von deren Kapazität liegt, liefert das Nachweisen der Produkte von dem Polier-Bereich einen Vorab-Nachweis für einen Fehler in dem Trenn-Bereich. Beispielsweise können Konzentrationen an Methan oder Wasser nachgewiesen werden, die annehmbare Schwellenwerte überschreiten, und das sehr weit im Vorfeld der Tatsache, dass die Konzentrationen an Kohlendioxid oder Kohlenmonoxid die bestimmten Maximal-Werte überschreiten. Deswegen liefert ein Nachweisen von Methan oder Wasser einen früheren Nachweis eines Fehlers als das Nachweisen von Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid.
  • Wasser liefert einen noch früheren Nachweis als Methan, da es in stöchiometrisch größeren Mengen als Methan produziert wird. Auch kann ein Nachweisen von Wasser bevorzugt sein, da Wasser-/Feuchtigkeits-Sensoren derzeit weniger teuer und weniger Wechselwirkungen mit anderen Komponenten des Produkt-Stroms hervorrufend sind. Natürlich ist – wie oben diskutiert – bevorzugt, dass das System mehr als eine Zusammensetzung nachweist, um einen Nachweis sicherzustellen, bevor der Brennstoffzellen-Stapel vergiftet ist. Es kann in ähnlicher Weise wünschenswert für die Sensor-Anordnung 52 sein, redundante Sensoren für eine ausgewählte Zusammensetzung in dem Fall einzuschließen, dass einer der Sensoren beschädigt ist oder nicht arbeitet.
  • Das Überwachen der Konzentration an Kohlendioxid sollte auch einen früheren Nachweis ermöglichen als das Überwachen der Konzentration an Kohlenmonoxid, da die relative Konzentration an Kohlendioxid in dem Produkt-Strom vor einem Anstieg der Konzentration an Kohlenmonoxid ansteigt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass Kohlenmonoxid reaktiver ist als Kohlendioxid und daher noch einfacher als Kohlendioxid in Methan und Wasser in dem Reinigungs-Bereich umgewandelt wird.
  • Es liegt innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung, dass das Steuerungssystem 50 eine Sensor-Anordnung 52 einschließt und dafür angepasst werden kann, nachzuweisen und den Brennstoffzellen-Stapel zu isolieren, und zwar in Reaktion auf Konzentrationen von Zusammensetzungen aus der Gruppe, die besteht aus Kohlendioxid, Methan und Wasser. So lange ein geeigneter Sensor verfügbar ist, um die gewünschte Zusammensetzung nachzuweisen, kann die Steuereinrichtung 54 einen damit in Verbindung stehenden Schwellen-Konzentrations-Wert für die Zusammensetzung speichern und automatisch den Brennstoffzellen-Stapel isolieren, wenn der Schwellenwert überschritten wird.
  • Das oben beschriebene Verfahren zum Verhindern einer Schädigung eines Brennstoffzellen-Stapels 14 durch frühen Nachweis einer Fehlfunktion in einer Brennstoff-Verarbeitungs-Einrichtung 12 wird schematisch bei 62 in 3 veranschaulicht. Bei 64 wird die Zusammensetzung des Produkt-Stroms gemessen. Wie oben diskutiert, kann dies ein Messen der Zusammensetzung des gesamten Stroms oder ein Nachweisen der Konzentration ausgewählter Zusammensetzungen in dem Strom einschließen. Bei 66 wird die gemessene Konzentration oder werden die gemessenen Konzentrationen mit den gespeicherten Schwellenwerten verglichen. Diese Schwellenwerte entsprechen den annehmbaren Schwellen-Konzentrationen der gemessenen Zusammensetzungen, und dann, wenn sie überschritten werden, wird der Brennstoffzellen-Stapel bei 68 isoliert. Wenn keiner der Schwellenwerte überschritten wird, wird das Überwachen des Produkt-Stroms wiederholt, wodurch eine periodische und vorzugsweise kontinuierliche Überwachung des Produkt-Stroms erreicht wird.
  • Zusätzlich zu einem Isolieren eines Brennstoffzellen-Stapels kann das Steuerungssystem 50 in anderer Weise den Betrieb des Brennstoff-Verarbeitungs-Systems in Reaktion auf den nachgewiesenen Fehler in der Brennstoff-Verarbeitungs-Einrichtung steuern. Beispielsweise sollte der Produkt-Strom, der nun in Form eines Abgas-Stroms 60 vorliegt, gebraucht oder auf andere Weise entsorgt werden. Beispielsweise kann der Strom in die Atmosphäre abgelassen werden. Es kann jedoch erwünscht sein, den Strom 60 für andere Zwecke zu nutzen. Dass er nicht länger geeignet zur Verwendung als Zustrom für einen Brennstoffzellen-Stapel 14 ist, bedeutet noch nicht, dass er wertlos ist. Beispielsweise kann der Strom 60 verwendet werden als Brennstoff für eine Verbrennungs-Einheit, um für ein Heizen des Brennstoff-Verarbeitungs-Systems 10 oder einer anderen Vorrichtung zu sorgen. Diese Verbrennung kann zu dem Zeitpunkt auftreten, an dem der Brennstoffzellen-Stapel isoliert wird, oder der Strom kann für zukünftige Verwendung gespeichert werden. Er kann auch für eine zukünftige Verwendung gespeichert werden, die verschieden von der Verwendung als Brennstoff für eine Verbrennungs-Einheit ist.
  • Das Steuerungssystem 50 kann auch automatisch stoppen, dass weiteres Rohgas der Brennstoff-Verarbeitungs-Einrichtung 12 zugeleitet wird. Da die Betätigung des Steuerungssystems erfolgt ist und dadurch auch ein Fehler innerhalb der Brennstoff-Verarbeitungs-Einrichtung signalisiert wird, folgt daraus, dass es keinen Bedarf dafür gibt, irgendwelches weiteres Rohstoff-Material aufzuwenden, bis der Fehler fixiert ist. Da dies typischerweise ein Herunterschalten der Brennstoff-Verarbeitungs-Einrichtung einschließt, kann das Steuerungssystem auch automatisch bewirken, dass die Brennstoff-Verarbeitungs-Einrichtung ihre Abschaltsequenz beginnt. Da der Brennstoffzellen-Stapel isoliert wurde und daher nicht länger einen Strom aus Wasserstoff aus der Brennstoff-Verarbeitungs-Einrichtung aufnimmt, sollte die Belastung, die auf den Brennstoffzellen-Stapel aufgebracht wird, auch gesteuert werden, so dass das Vermögen des Stapels mit der Belastung klarzukommen, nicht überschritten wird. Das Steuerungssystem 50 kann automatisch diese Steuerung der aufgebrachten Belastung einleiten. Zusätzlich zu den obigen Sicherheitsschritten kann das Steuerungssystem auch ein Respons-System auslösen, das einen Alarm oder eine andere geeignete Vorrichtung einschließen kann, um Benutzer darüber in Kenntnis zu setzen, dass es eine Fehlfunktion innerhalb der Brennstoff-Verarbeitungs-Einrichtung gegeben hat oder unmittelbar bevorstehend geben kann und dass der Brennstoffzellen-Stapel nicht länger einen Wasserstoff-Strom von der Brennstoff-Verarbeitungs-Einrichtung aufnimmt.
  • Die oben beschriebenen Schritte des erfundenen Verfahrens, das durch das Steuerungssystem implementiert werden kann, sind in 3 bei 70 bis 78 gezeigt. Keiner dieser Schritte ist essentiell; es kann jedoch bevorzugt sein, jeden einzelnen oder alle diese Schritte in einem System oder Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zu implementieren.
  • Das Steuerungssystem 50 kann entweder mit einer digitalen oder einer analogen Schaltung oder einer Kombination der beiden implementiert werden. Beispielsweise kann die Kontroll-Einrichtungs-Software einschließen, die auf einem Prozessor aufgespielt ist und dort arbeitet, oder sie kann eine analoge Schaltung sein. Unabhängig davon, wie die Kontroll-Einrichtung 54 implementiert wird, kann sie (muss jedoch nicht notwendiger weise) eine Benutzer-Oberfläche einschließen. Ein Beispiel einer Benutzeroberfläche ist schematisch in 4 gezeigt und allgemein mit „80" angegeben. Die Benutzeroberfläche 80 ermöglicht es einem Benutzer, den Betrieb der Steuerungs-Einrichtung zu überwachen und/oder mit der Steuerungs-Einrichtung in Wechselwirkung zu treten.
  • Wie gezeigt, schließt die Benutzeroberfläche 80 einen Anzeige-Bereich 82 ein, in dem dem Benutzer Informationen präsentiert werden. Beispielsweise kann der Anzeige-Bereich 82 die aktuellen Werte anzeigen, die von der Sensor-Anordnung 52 gemessen werden. Wie diskutiert, kann dies die gesamte Zusammensetzung des Produkt-Stroms oder Konzentrationen ausgewählter Komponenten davon einschließen. Andere Informationen in Bezug auf den Betrieb und die Leistungen des Brennstoff-Verarbeitungs-Systems können auch in dem Bereich 82 angezeigt werden. Auch in 4 gezeigt ist eine einem Benutzer ein Signal gebende Vorrichtung 84, die einen Benutzer davon in Kenntnis setzt, wenn ein annehmbarer Schwellenwert überschritten wurde und der Brennstoffzellen-Stapel isoliert wurde. Die Vorrichtung 84 kann einen Alarm einschließen, Lichter einschließen oder irgendeinen geeigneten Mechanismus oder andere geeignete Mechanismen zum In-Kenntnis-Setzen von Benutzern einschließen.
  • Die Benutzeroberfläche 80 kann auch eine Benutzer-Eingabe-Vorrichtung 86 einschließen, über die ein Benutzer mit dem Steuerungssystem kommuniziert. Beispielsweise kann die Eingabe-Vorrichtung 86 möglich machen, dass ein Benutzer die Schwellen-Konzentrations-Werte einstellt und/oder die spezielle Zusammensetzung oder Zusammensetzungen wählt, die nachgewiesen werden sollen. Die Eingabe-Vorrichtung 86 kann jede beliebige geeignete Vorrichtung zum Entgegennehmen des Inputs von Benutzern einschließen, einschließlich Dreh-Wählscheiben und Schalter, zu drückende Knöpfe, Tastenfelder, Tastaturen, eine Maus, Touch-Screens (Bildschirme mit Berührungsfunktion) usw..
  • Es versteht sich, dass es im Umfang der vorliegenden Erfindung liegt, dass das Brennstoff-Verarbeitungs-System ein Steuerungssystem ohne eine Benutzer-Oberfläche einschließen kann und dass es nicht erforderlich ist, dass die Benutzeroberfläche alle die oben beschriebenen Elemente einschließt. Die oben beschriebenen Elemente wurden gemeinsam schematisch in 4 veranschaulicht, jedoch liegt es innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung, dass sie getrennt voneinander implementiert werden können. Beispielsweise kann die Benutzeroberfläche mehrere Anzeige-Bereiche einschließen, von denen jeder dafür angepasst ist, eine oder mehrere der Typen von Informationen für den Benutzer, wie sie oben beschrieben wurden, anzuzeigen. In ähnlicher Weise kann eine einzelne Eingabe-Vorrichtung für einen Benutzer verwendet werden, und die Eingabe-Vorrichtung kann eine Anzeige einschließen, die den Benutzer auffordert, abgefragte Werte einzugeben, oder die den Benutzer in die Lage versetzt, zwischen Eingabe-Bildschirmen umzuschalten.

Claims (37)

  1. Brennstoff verarbeitendes System umfassend: – eine Brennstoff-Verarbeitungs-Anordnung (12), die dafür angepasst ist, von einem Rohstoff (18) einen Produkt-Wasserstoff-Strom (34) zu produzieren, der wenigstens Wasserstoff-Gas und eine oder mehrere ausgewählte Komponenten umfasst, die gewählt sind aus der Gruppe, die besteht aus Kohlendioxid, Methan und Wasser; – einen Brennstoffzellen-Stapel (14), der eine oder mehrere Brennstoffzelle(n) einschließt, worin der Brennstoffzellen-Stapel (14) dafür angepasst ist, wenigstens einen Teil des Produkt-Wasserstoff-Stroms (34) aufzunehmen; und – ein Steuerungssystem (50), das dafür angepasst ist, die Konzentration wenigstens einer der einen oder mehreren gewählten Komponente(n) in dem Produkt-Wasserstoff-Strom (34) zu messen und ein Strömen des Produkt-Wasserstoff-Stroms (34) zu dem Brennstoffzellen-Stapel (14) zu verhindern, wenn die gemessene Konzentration wenigstens einer der einen oder mehreren ausgewählten Komponenten einen entsprechenden Schwellenwert übersteigt.
  2. System nach Anspruch 1, worin das Steuerungssystem (50) ein automatisiertes Steuerungssystem ist, das automatisch ein Strömen des Produkt-Wasserstoff-Stroms (34) zu dem Brennstoffzellen-Stapel (14) verhindert, wenn die gemessene Konzentration der wenigstens einen der einen oder mehreren ausgewählten Komponente(n) einen entsprechenden Schwellenwert übersteigt.
  3. System nach Anspruch 1 oder 2, worin das Steuerungssystem (50) wenigstens einen Sensor (52) einschließt, der dafür angepasst ist, die Konzentration der wenigstens einen der einen oder mehreren ausgewählten Komponente(n) in dem Produkt-Wasserstoff-Strom (34) zu messen.
  4. System nach Anspruch 3, worin das Steuerungssystem (50) weiter eine Steuerungseinheit (54) in Verbindung mit dem wenigstens einen Sensor (52) einschließt und die dafür angepasst ist, die Konzentrationen, die durch den wenigstens einen Sensor (52) gemessen werden, mit einem oder mehreren Schwellenwerten zu vergleichen.
  5. System nach Anspruch 4, worin die Steuerungseinheit (54) dafür angepasst ist, automatisch eine Isolations-Anordnung zu betätigen, wenn die gemessene Konzentration der wenigstens einen der einen oder mehreren ausgewählten Komponenten einen entsprechenden Schwellenwert übersteigt, und weiter worin bei Betätigen die Isolations-Anordnung dafür angepasst ist, ein Zuleiten des Produkt-Wasserstoff-Stroms (34) zu dem Brennstoffzellen-Stapel (14) zu verhindern.
  6. System nach Anspruch 5, worin die Isolations-Anordnung wenigstens ein Isolationsventil (58) einschließt, das dafür angepasst ist, ein Strömen des Produkt-Wasserstoff-Stroms (34) zu dem Brennstoffzellen-Stapel (14) dadurch zu verhindern, dass es den Produkt-Wasserstoff-Strom (34) unter Bildung eines Abfallstroms (60) umleitet.
  7. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin das Steuerungssystem (50) dafür angepasst ist, automatisch die Brennstoff-Verarbeitungs-Anordnung (12) abzuschalten, wenn die gemessene Konzentration der wenigstens einen der einen oder mehreren ausgewählten Komponente(n) einen entsprechenden Schwellenwert übersteigt.
  8. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin der Brennstoffzellen-Stapel (14) in Verbindung mit einer oder mehreren Vorrichtung(en) steht, die dafür angepasst ist/sind, eine elektrische Ladung an den Brennstoffzellen-Stapel (14) anzulegen, und weiter worin das Steuerungssystem (50) dafür angepasst ist, die elektrische Ladung, die an den Brennstoffzellen-Stapel (14) angelegt wird, zu steuern, wenn die gemessene Konzentration der wenigstens einen der einen oder mehreren ausgewählten Komponente(n) einen entsprechenden Schwellenwert übersteigt.
  9. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin die Brennstoff-Verarbeitungs-Anordnung (12) dafür angepasst ist, einen Produkt-Strom (26) über wenigstens eines der Verfahren Dampf-Reformieren, Elektrolyse, Pyrolyse, partielle Oxidation und autothermales Reformieren zu produzieren.
  10. System nach Anspruch 9, worin die Brennstoff-Verarbeitungs-Anordnung (12) einen Dampf-Reformer einschließt und der Rohstoff (18) Wasser und ein Kohlenstoffenthaltendes Ausgangsmaterial einschließt und gegebenenfalls das Ausgangsmaterial (18) Wasser und wenigstens eine der Verbindungen aus der Gruppe Kohlenwasserstoff und Alkohol einschließt.
  11. System nach Anspruch 9 oder 10, weiter umfassend eine Abtrenn-Anordnung (30), die dafür angepasst ist, Verunreinigungen von dem Produkt-Strom (26) zu entfernen, um den Produkt-Wasserstoff-Strom (34) zu produzieren.
  12. System nach Anspruch 11, worin die Abtrenn-Anordnung (30) dafür angepasst ist, den Produkt-Strom (26) aufzunehmen und von diesem Verunreinigungen zu entfernen und so einen Produkt-Wasserstoff-Strom (34) daraus zu produzieren, der wenigstens einen erheblichen Teil des Wasserstoffs in dem Produkt-Strom (26) enthält, und gegebenenfalls die Konzentration des Wasserstoff-Gases in dem Produkt-Wasserstoff-Strom (34) größer ist als die Konzentration an Wasserstoff-Gas in dem Produkt-Strom (26).
  13. System nach Anspruch 11 oder 12, worin die Abtrenn-Anordnung (30) wenigstens eine für Wasserstoff selektive Membran (32) einschließt.
  14. System nach Anspruch 13, worin die Abtrenn-Anordnung (30) wenigstens eine für Wasserstoff selektive Membran (32) einschließt, die gebildet ist aus wenigstens einem der Metalle Palladium und Palladium-Legierung.
  15. System nach einem der Ansprüche 11 bis 14, worin die Abtrenn-Anordnung (30) wenigstens eine der Einrichtungen absorbierendes Bett und katalytischer Reaktor einschließt.
  16. System nach einem der Ansprüche 11 bis 15, worin die Brennstoff-Verarbeitungs-Anordnung (12) weiter einen Reinigungsbereich einschließt, der dafür angepasst ist, weiter die Konzentration an Verunreinigungen in dem Produkt-Wasserstoff-Strom (34) zu reduzieren.
  17. System nach Anspruch 16, worin der Reinigungs-Bereich wenigstens ein Polier-Katalysator-Bett (38) einschließt und gegebenenfalls wenigstens ein Reformier-Katalysator-Bett (44) einschließt.
  18. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin die wenigstens eine der einen oder mehreren ausgewählten Komponente(n) Wasser einschließt.
  19. System nach Anspruch 18, worin das Steuerungssystem (50) dafür angepasst ist, ein Strömen des Produkt-Wasserstoff-Stroms (34) zu dem Brennstoffzellen-Stapel (14) zu verhindern, wenn die gemessene Konzentration an Wasser in dem Produkt-Wasserstoff-Strom (34) etwa 5.000 ppm übersteigt.
  20. System nach Anspruch 18, worin das Steuerungssystem (50) dafür angepasst ist, ein Strömen des Produkt-Wasserstoff-Stroms (34) zu dem Brennstoffzellen-Stapel (14) zu verhindern, wenn die gemessene Konzentration an Wasser in dem Produkt-Wasserstoff-Strom (34) etwa 1.000 ppm übersteigt.
  21. System nach Anspruch 18, worin das Steuerungssystem (50) dafür angepasst ist, ein Strömen des Produkt-Wasserstoff-Stroms (34) zu dem Brennstoffzellen-Stapel (14) zu verhindern, wenn die gemessene Konzentration an Wasser in dem Produkt-Wasserstoff-Strom (34) etwa 300 ppm übersteigt.
  22. System nach einem vorangehenden Anspruch, worin die wenigstens eine der einen oder mehreren ausgewählten Komponente(n) Methan einschließt.
  23. System nach Anspruch 22, worin das Steuerungssystem (50) dafür angepasst ist, ein Strömen des Produkt-Wasserstoff-Stroms (34) zu dem Brennstoffzellen-Stapel (14) zu verhindern, wenn die gemessene Konzentration an Methan in dem Produkt-Wasserstoff-Strom (34) etwa 1 % des Produkt-Wasserstoff-Stroms (34) übersteigt.
  24. System nach Anspruch 22, worin das Steuerungssystem (50) dafür angepasst ist, ein Strömen des Produkt-Wasserstoff-Stroms (34) zu dem Brennstoffzellen-Stapel (14) zu verhindern, wenn die gemessene Konzentration an Methan in dem Produkt-Wasserstoff-Strom (34) etwa 1.000 ppm übersteigt.
  25. System nach Anspruch 22, worin das Steuerungssystem (50) dafür angepasst ist, ein Strömen des Produkt-Wasserstoff-Stroms (34) zu dem Brennstoffzellen-Stapel (14) zu verhindern, wenn die gemessene Konzentration an Methan in dem Produkt-Wasserstoff-Strom (34) etwa 300 ppm übersteigt.
  26. System nach einem vorangehenden Anspruch, worin wenigstens eine der einen oder mehreren ausgewählten Komponente(n) Kohlendioxid einschließt.
  27. System nach Anspruch 26, worin das Steuerungssystem (50) dafür angepasst ist, ein Strömen des Produkt-Wasserstoff-Stroms (34) zu dem Brennstoffzellen-Stapel (14) zu verhindern, wenn die gemessene Konzentration an Kohlendioxid in dem Produkt-Wasserstoff-Strom (34) etwa 25 % des Produkt-Wasserstoff-Stroms (34) übersteigt.
  28. System nach Anspruch 26, worin das Steuerungssystem (50) dafür angepasst ist, ein Strömen des Produkt-Wasserstoff-Stroms (34) zu dem Brennstoffzellen-Stapel (14) zu verhindern, wenn die gemessene Konzentration an Kohlendioxid in dem Produkt-Wasserstoff-Strom (34) etwa 10 % des Produkt-Wasserstoff-Stroms (34) übersteigt.
  29. System nach Anspruch 26, worin das Steuerungssystem (50) dafür angepasst ist, ein Strömen des Produkt-Wasserstoff-Stroms (34) zu dem Brennstoffzellen-Stapel (14) zu verhindern, wenn die gemessene Konzentration an Kohlendioxid in dem Produkt-Wasserstoff-Strom (34) etwa 1 % des Produkt-Wasserstoff-Stroms (34) übersteigt.
  30. System nach Anspruch 26, worin das Steuerungssystem (50) dafür angepasst ist, ein Strömen des Produkt-Wasserstoff-Stroms (34) zu dem Brennstoffzellen-Stapel (14) zu verhindern, wenn die gemessene Konzentration an Kohlendioxid in dem Produkt-Wasserstoff-Strom (34) etwa 50 ppm übersteigt.
  31. Verwendung eines Systems nach einem der Ansprüche 1 bis 30 zum Verhindern der Kontamination des Brennstoffzellen-Stapels (14) durch Messen der Konzentration an Methan und/oder Wasser in einem Produkt-Wasserstoff-Strom (34), um nachzuweisen, wenn die Trenn-Anordnung (30) versagt hat.
  32. Verwendung nach Anspruch 31, welche die Verwendung des Systems nach einem der Ansprüche 1 bis 30 zum Verhindern einer Kontamination des Brennstoffzellen-Stapels (14) durch Messen der Konzentration von Methan und/oder Wasser in dem Produkt-Wasserstoff-Strom (34) unter Bereitstellung einer Vorab-Anzeige einer überschüssigen Menge an Kohlendioxid und/oder Kohlenmonoxid in dem Produkt-Wasserstoff-Strom (34) ist.
  33. Verfahren zum Verhindern der Kontamination eines Brennstoffzellen-Stapels (14) in einem Brennstoff-Verarbeitungs-System (10), wie es in einem der Ansprüche 1 bis 30 definiert ist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass man – die Konzentration wenigstens einer oder mehrerer der ausgewählten Komponente(n) in einem Produkt-Wasserstoff-Strom (34) misst; – die gemessene Konzentration mit einem bestimmten Schwellenwert vergleicht; und – ein Zuleiten des Produkt-Wasserstoff-Stroms (34) zu dem Brennstoffzellen-Stapel (14) verhindert, wenn die gemessene Konzentration den bestimmten Schwellenwert übersteigt.
  34. Verwendung eines Steuerungssystems in einem Brennstoff-Verarbeitungs-System zum Verhindern eines Vergiftens einer oder mehrerer Brennstoffzelle(n) durch Kohlenmonoxid, worin das Steuerungssystem die Konzentration einer oder mehrerer ausgewählter Komponente(n), die gewählt ist/sind aus Wasser, Methan und Kohlendioxid, in einem Produkt-Wasserstoff-Strom überwacht und ein Strömen des Produkt-Wasserstoff-Stroms (34) zu dem Brennstoffzellen-Stapel (14) verhindert, wenn die gemessene Konzentration wenigstens einer der einen oder mehreren ausgewählten Komponente(n) einen entsprechenden Schwellenwert übersteigt.
  35. Verwendung nach Anspruch 34, worin das Steuerungssystem die Konzentration der beiden Komponenten Methan und Wasser überwacht.
  36. Verwendung nach Anspruch 34, worin das Steuerungssystem die Konzentration der Einzelkomponente Wasser überwacht.
  37. Verwendung nach Anspruch 34, worin das Steuerungssystem die Konzentration der Einzelkomponente Methan überwacht.
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