BRPI0721785B1 - método para operação de uma célula de combustível e disposição de célula de combustível. - Google Patents

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Lars Johansen
Peter Jozsa
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Volvo Tech Corporation
Volvo Truck Corp
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Description

(54) Título: MÉTODO PARA OPERAÇÃO DE UMA CÉLULA DE COMBUSTÍVEL E DISPOSIÇÃO DE CÉLULA DE COMBUSTÍVEL.
(51) Int.CI.: H01M 8/04; H01M 16/00; H01M 8/06; H01M 8/12 (73) Titular(es): VOLVO TRUCK CORPORATION (72) Inventor(es): JOHANSEN, LARS; JOZSA, PETER
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MÉTODO PARA OPERAÇÃO DE UMA CÉLULA DE COMBUSTÍVEL E
DISPOSIÇÃO DE CÉLULA DE COMBUSTÍVEL
CAMPO TÉCNICO [0001] A presente invenção se refere a método para operação, especialmente para partida, de uma célula de combustível como especialmente uma célula de combustível de óxido sólido (SOFC). A presente invenção adicionalmente se refere a uma disposição de célula de combustível compreendendo uma tal célula de combustível, especialmente um sistema híbrido de SOFC, para condução deste método.
ESTADO DA TÉCNICA [0002] Células de combustível de óxido sólido são utilizadas para converter combustível, tal como hidrogênio ou um composto rico em hidrogênio, e oxigênio para energia elétrica, calor e gases de saída quentes. O combustível é alimentado para um compartimento de anodo da célula de combustível e oxigênio é suprido por ar ambiente ou comprimido para um compartimento de catodo da célula de combustível.
[0003] Uma tal célula de combustível é muito vulnerável a gradientes de temperatura internos que especialmente ocorrem durante o procedimento de partida devido as diferentes propriedades de expansão térmica dos diferentes materiais dentro da célula de combustível.
[0004] A patente japonesa número JP 2001351665 apresenta um gerador elétrico compósito e um método para partida de um tal gerador, em que o gerador elétrico compósito é composto de uma turbina de gás e de uma célula de combustível de eletrodo sólido. Uma linha de exaustão da turbina de gás é alimentada através de um queimador de suporte de combustão, um pré-aquecedor e um gerador de vapor de maneira a pré-aquecer o combustível e ar que é suprido para a célula de combustível. Por intermédio disso, um grande gradiente de temperatura no reformador de
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2/26 combustível na partida do gerador elétrico compósito deverá ser prevenido.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0005] Um objetivo fundamental da presente invenção é o de proporcionar um método aperfeiçoado para operação de uma célula de combustível como mencionado na parte introdutória anteriormente especialmente durante a fase de partida de maneira tal que os gradientes de temperatura os quais ocorrem durante a fase de partida são minimizados, os riscos de um dano prematuro da célula de combustível sendo diminuído e o tempo de vida útil da célula de combustível sendo aumentado.
[0006] Um outro objetivo fundamental da presente invenção é o de proporcionar uma disposição de célula de combustível compreendendo uma tal célula de combustível, disposição de célula de combustível que é adaptada para condução do método anteriormente mencionado de uma maneira eficiente.
[0007] O objetivo da presente invenção é solucionado com um método em concordância com a reivindicação de patente independente 1 posteriormente.
[0008] Adicionalmente, o objetivo da presente invenção é solucionado por uma disposição híbrida de célula de combustível em concordância com a reivindicação de patente independente 14 posteriormente.
[0009] Por este método e esta disposição, o problema de partida de uma célula de combustível (especialmente uma SOFC) é solucionado de uma maneira que não irá ser destrutiva para os componentes da célula de combustível. O tempo de vida útil e o desempenho da integridade de disposição híbrida de célula de combustível são prolongados. Adicionalmente, o tempo de vida útil do catalisador da célula de combustível pode também ser prolongado devido ao fato de que condições menos
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3/26 exotérmicas ocorrem no procedimento de partida em comparação com soluções conhecidas. Finalmente, em concordância com a presente invenção, a opção é proporcionada em que a disposição híbrida de célula de combustível pode suprir energia por intermédio da unidade de turbina durante o procedimento de partida.
[00010] As reivindicações de patente dependentes posteriormente apresentam concretizações exemplificativas e vantajosas e aperfeiçoamentos das soluções em concordância com as reivindicações de patente independentes 1 e 14, posteriormente, respectivamente.
[00011] Irá ser apreciado que características da presente invenção são susceptíveis de serem combinadas em qualquer combinação sem se afastar a partir do escopo da presente invenção como definido pelas reivindicações de patente acompanhantes posteriormente.
[00012] Detalhes adicionais, características e vantagens da presente invenção irão se tornar aparentes a partir da descrição posteriormente de concretizações exemplificativas e preferidas da presente invenção em conexão com os Desenhos.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [00013] A presente invenção irá ser explanada em maiores detalhes posteriormente, com referência para as concretizações mostradas nos Desenhos acompanhantes, em que:
Figura 1 um diagrama de blocos esquemático de uma disposição híbrida de célula de combustível em concordância com uma primeira concretização da presente invenção para condução de uma primeira concretização do método em concordância com a presente invenção durante uma inicial ou primeira fase de partida;
Figura 2 um diagrama de blocos esquemático de uma disposição híbrida de célula de combustível em concordância
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4/26 com uma segunda concretização da presente invenção para condução de uma segunda concretização do método em concordância com a presente invenção durante uma inicial ou primeira fase de partida;
Figura 3 um diagrama de blocos esquemático da disposição híbrida de célula de combustível em concordância com a primeira concretização da presente invenção da Figura 1 para condução do método em concordância com a presente invenção durante uma subseqüente ou intermediária segunda fase de partida;
Figura 4 um diagrama de blocos esquemático da disposição híbrida de célula de combustível em concordância com a primeira concretização da presente invenção da Figura 1 para condução do método em concordância com a presente invenção durante uma operação de estado estabilizado.
[00014] As Figuras são somente representações esquemáticas e a presente invenção não está limitada para as concretizações nelas representadas.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [00015] Para facilidade de explanação, a Figura 1 e até a Figura 4 mostram substancialmente somente aquelas tubulações, linhas e componentes que são utilizados, necessitados ou ativados durante aquela fase de operação específica descrita em conexão com a Figura referenciada.
[00016] Adicionalmente, tubulações e linhas da disposição híbrida de célula de combustível são indicadas com letras minúsculas (a), (b), (c), (...), unidades e componentes são indicados com números (1), (2), (3), (...), e alimentações externas são indicadas com letras maiúsculas (A) , (B) , (C) , (...) . Através de todas da Figura 1 e até a Figura 4, quaisquer números ou caracteres de referência estão sempre se referindo para a mesma tubulação, linha, componentes ou alimentações externas, como pode ser o caso.
[00017] A Figura 1 mostra um diagrama de blocos
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5/26 esquemático de uma disposição híbrida de célula de combustível em concordância com uma primeira concretização preferida e exemplificativa da presente invenção.
[00018] Esta disposição híbrida de célula de combustível compreende uma célula de combustível (1), preferivelmente na forma de uma célula de combustível de óxido sólido (SOFC), compreendendo um compartimento de catodo (11) e um compartimento de anodo (12) . A disposição híbrida de célula de combustível adicionalmente compreende uma unidade de queimador (2) (que pode ser uma unidade de queimador convencional ou uma unidade de queimador catalítica), um primeiro trocador de calor (3) , um segundo trocador de calor (4) e uma unidade de turbina (5) que inclui um dilatador (51) e um compressor (52) . Adicionalmente, uma pluralidade de tubulações ou linhas de (a) até (f) e uma primeira e uma segunda válvula (21, 22) são proporcionadas para conexão destas unidades e componentes de (1) até (5) com uns em relação aos outros em concordância com as explanações posteriormente.
[00019] Uma unidade de controle eletrônico (ECU) (6) é utilizada para operação ou controle da primeira e da segunda válvula (21, 22) cada uma das quais por intermédio de um correspondente terminal de saída que é simbolizado com o mesmo número de referência (21, 22) como a primeira e a segunda válvula (21, 22) , respectivamente, que é conectada com referido terminal de saída (21, 22) , respectivamente. Entretanto, por razões de clareza unicamente, as conexões em si mesmas, entre a (ECU) (6) e a primeira e a segunda válvula (21, 22) por intermédio dos terminais de saída (21, 22) da (ECU) (6) são omitidas na Figura 1. O mesmo se aplica correspondentemente para as unidades de controle (6) e terminais de saída mostrados na Figura 2 e até na Figura 4 e as válvulas relacionadas indicadas nesta Figura 2 e até na Figura 4.
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6/26 [00020] Finalmente, uma alimentação de ar (A), uma alimentação de combustível (D) e uma exaustão (E) são esquematicamente indicadas.
[00021] A célula de combustível (1) (SOFC) é utilizada para converter combustível e oxigênio em energia elétrica, calor e gases de saída quentes. Preferivelmente hidrogênio ou combustível rico em hidrogênio, tal como por exemplo, dimetil éter (DME) é utilizado como combustível, entretanto, quaisquer hidrocarbonetos (como, por exemplo, alcanos), preferivelmente hidrocarbonetos nos grupos de C1 até C4, isto é, nos grupos de moléculas contendo de 1 átomo de C até 4 átomos de C), mas também aqueles hidrocarbonetos possuindo mais do que 4 átonos de C, quaisquer álcoois, preferivelmente álcoois nos grupos de C1 até C4, e qualquer éter, preferivelmente éter nos grupos de C1 até C4 são adequados para utilização em uma disposição híbrida de célula de combustível em concordância com a presente invenção como tais. Geralmente, hidrogênio e hidrocarbonetos nos grupos de C1 até C4 possuem a eficiência a mais alta e são em sua maior parte preferidos.
[00022] No estado estabilizado, o combustível é suprido por intermédio da alimentação de combustível (D) para a disposição híbrida de célula de combustível. Oxigênio é usualmente suprido por ar ambiente por intermédio da alimentação de ar (A) para a disposição híbrida de célula de combustível. Os gases de exaustão são liberados por intermédio da exaustão (E) a partir da disposição híbrida de célula de combustível.
[00023] Geralmente, e em um estado estabilizado, o combustível como mencionado anteriormente pode ser tanto convertido diretamente por uma reação anódica da célula de combustível (1) , ou quanto o combustível, se não for de hidrogênio puro, é primeiro convertido em uma etapa de reação primária por intermédio
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7/26 de uma camada catalítica separada e primeira (ou superior) sobre o catalisador de anodo para uma mistura de gás contendo hidrogênio e monóxido de carbono e então submetido a uma reação anódica (secundária) por intermédio de uma segunda camada catalítica no catalisado de anodo da célula de combustível (1).
[00024] A mistura de gás também pode conter também metano e dióxido de carbono e outras substâncias como produtos de reação a partir desta etapa de reação primária. A etapa de reação primária pode compreender reações parciais tanto endotérmicas e quanto exotérmicas. Adicionalmente, ar e água podem ser utilizados para controlar estas reações na primeira camada catalítica. Os produtos de reação desta primeira ou primária etapa de reação, se utilizada, irão ser o combustível para as reações eletroquímicas no anodo da célula de combustível (I) durante a etapa de reação secundária por intermédio da segunda camada catalítica sobre o catalisado de anodo da célula de combustível (1) .
[00025] Os gases de saída da célula de combustível (1) compreendem freqüentemente substâncias que podem ser queimadas na unidade de queimador (2) . Estes gases podem ser hidrogênio não convertido ou o combustível primário ou produtos de reação da reação ocorrendo na primeira e na segunda camada catalítica no compartimento de anodo da célula de combustível (1) . Os gases de saída quentes a partir da unidade de queimador (2) podem ser passados para o dilatador (51) da unidade de turbina (5) que interage com o compressor (52) para compressão de ar que é suprido na operação de estado estabilizado a partir da alimentação de ar (A) para o compartimento de catodo (II) da célula de combustível (1) . Energia elétrica pode ser gerada por intermédio do dilatador (51) na unidade de turbina (5) .
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8/26 [00026] Como mencionado na parte introdutória anteriormente, uma célula de combustível de óxido sólido é tipicamente muito vulnerável aos gradientes de temperatura internos devido para o fato de que a mesma compreende diversos diferentes materiais que possuem diferentes propriedades de expansão térmica. Tais gradientes de temperatura interna podem especialmente ocorrer em uma extensão considerável durante a operação de partida da disposição híbrida de célula de combustível, isto é, durante o período de tempo entre acionamento da disposição híbrida de célula de combustível e a operação de estado estabilizado da disposição híbrida de célula de combustível, em que a célula de combustível é usualmente operada em temperaturas na faixa entre, por exemplo, em torno de 650 0C e em torno de 800 0C.
[00027] De maneira a evitar ou diminuir tais gradientes de temperatura interna prejudiciais, a operação de partida da disposição híbrida de célula de combustível em concordância com a presente invenção é operada em concordância com o método em concordância com a presente invenção, método que compreende uma primeira ou inicial fase de partida e preferivelmente uma subseqüente segunda ou intermediária fase de partida, antes que a operação de
estado estabilizado venha a ser ativada.
[00028] A Figura 1 mostra uma primeira
concretização do método em concordância com a presente
invenção durante uma primeira ou inicial fase de partida,
que se inicia quando acionando a disposição híbrida de célula de combustível e que é explanada a seguir.
[00029] Substancialmente, a primeira ou inicial fase de partida é proporcionada para submissão de combustível para uma reação exotérmica com oxigênio na unidade de queimador (2) (que preferivelmente é uma unidade de queimador catalítica ou uma unidade de queimador
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9/26 convencional) de maneira a esquentar e passivamente aquecer a célula de combustível (1) por intermédio do calor dos gases de saída a partir da unidade de queimador (2).
[00030] Em mais detalhes, durante a primeira ou inicial fase de partida, ar é suprido a partir da alimentação de ar (A) por intermédio de uma primeira linha (a) que conduz através do compressor (52) da unidade de turbina (5) , na qual o mesmo é comprimido, e através do primeiro trocador de calor (3) para recepção de calor para uma primeira entrada da unidade de queimador (2) . Adicionalmente, combustível (preferivelmente DME, ver anteriormente) é suprido a partir da alimentação de combustível (D) por intermédio de uma segunda linha (b) através do primeiro trocador de calor (3) para recepção de calor para uma segunda entrada da unidade de queimador (2) .
[00031] No caso de utilização de uma unidade de queimador catalítica (2) que requer combustível e ar préaquecidos em sua entrada, preferivelmente uma unidade adicional, por exemplo, na forma de uma unidade de queimador convencional ou uma unidade de aquecimento elétrico (não indicada nas Figuras) é proporcionada para aquecimento tanto do primeiro trocador e calor (3) e/ou
quanto diretamente o combustível e ar antes que os mesmos
venham a ser supridos para a unidade de queimador
catalítica (2) durante uma fase no começo da primeira ou
inicial fase de partida durante a qual o primeiro trocador de calor (3) não é suficientemente aquecido pelos gases de saída da célula de combustível (1) ou pelos gases de saída da unidade de queimador (2) , de maneira que durante esta fase o combustível e ar não podem ser suficientemente aquecidos pelo primeiro trocador de calor (3) sozinho.
[00032] No caso de não utilização de uma unidade de queimador catalítica (2) , mas uma usual ou convencional unidade de queimador (2) , o ar e o combustível
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10/26 alimentados para a unidade de queimador (2) deveriam usualmente não necessitar serem pré-aquecidos.
[00033] Dentro da unidade de queimador (2), o combustível é submetido a uma reação exotérmica com oxigênio a partir do ar suprido, e gases de saída quentes a partir da unidade de queimador (2) são alimentados por intermédio de uma terceira linha (c) através do segundo trocador de calor (4) para liberação de calor e então para o dilatador (51) da unidade de turbina (5) para operação do compressor (52) para compressão do ar e para geração de energia elétrica durante a primeira ou inicial fase de partida.
[00034] O calor dos gases de saída a partir do dilatador (51) da unidade de turbina (5) é utilizado para uniformemente esquentar e passivamente aquecer a célula de combustível (1) por passagem destes gases através do compartimento de anodo (11) e/ou do compartimento de catodo (12) em pelo menos uma das seguintes quatro variações. Estas variações podem também ser combinadas umas com as outras e podem tanto ser selecionadas precedente à partida da primeira ou inicial fase de partida e/ou quanto as mesmas podem ser mudadas e/ou selecionadas durante a condução da primeira ou inicial fase de partida como requerido para provisão do calor necessário para a célula de combustível (1) .
[00035] Em concordância com uma primeira variação, os gases de saída são alimentados a partir da saída da turbina (5) [isto é, através do dilatador (51) ] através da primeira válvula (21) por intermédio de uma primeira seção (c1) da terceira linha (c) através do primeiro trocador de calor (3) para liberação de calor para o ar comprimido [linha (a)] e/ou para o combustível [linha (b) ] , e através da segunda válvula (22) por intermédio da quarta linha (d) diretamente [isto é, circundando o segundo
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11/26 trocador de calor (4) ] no compartimento de catodo (11) e/ou no compartimento de anodo (12) da célula de combustível (1) .
[00036] Em concordância com uma segunda variação, os gases de saída são alimentados a partir da saída da turbina (5) [isto é, o dilatador (51) ] através da primeira válvula (21) por intermédio de uma segunda seção (c2) da terceira linha (c) diretamente para a segunda válvula (22) [isto é, circundando o primeiro trocador de calor (3) ] e então por intermédio da quinta linha (e) através do segundo trocador de calor (4) para recepção de calor a partir dos gases de saída da unidade de queimador (2) [linha (c)], e por intermédio da quarta linha (d) para pelo menos um dos compartimentos (11, 12) da célula de combustível (1) .
[00037] Em concordância com uma terceira variação, os gases de saída são alimentados a partir da saída da turbina (5) [isto é, o dilatador (51) ] através da primeira válvula (21) por intermédio da segunda seção (c2) da terceira linha (c) diretamente através da segunda válvula (22) e da quarta linha (d) diretamente [isto é, circundando o primeiro e o segundo trocador de calor (3, 4) ] para pelo menos um dos compartimentos (11, 12) da célula de combustível (1) . Esta variação é especialmente útil se a unidade de queimador (2) é uma convencional, mas não uma unidade de queimador catalítica (2) .
[00038] Em concordância com a quarta variação, os gases de saída são alimentados a partir da saída da turbina (5) [isto é, o dilatador (51) ] através da primeira válvula (21) por intermédio da primeira seção (c1) da terceira linha (c) através do primeiro trocador de calor (3) para liberação de calor para o ar comprimido [linha (a)] e/ou para o combustível [linha (b) ], e então por intermédio da segunda válvula (22) e a quinta linha (e)
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12/26 através do segundo trocador de calor (4) para recepção de calor a partir dos gases de saída da unidade de queimador (2) [linha (c)], e por intermédio da quarta linha (d) para pelo menos um dos compartimentos (11, 12) da célula de combustível (1) .
[00039] Por pelo menos uma destas variações que é/são ativada/s por controle das válvulas (21, 22) por intermédio da unidade de controle (6) conseqüentemente, a célula de combustível (1) é esquentada uniformemente na integridade de unidade e para uma temperatura prédeterminada, de maneira que o aquecimento da célula de combustível (1) não é conduzido pela reação eletroquímica entre oxigênio e hidrogênio dentro da célula de combustível (1) , mas por intermédio dos gases de saída quentes da unidade de queimador (2) . (Somente se os gases de saída da unidade de queimador (2) contiverem combustível não queimado que alcança a célula de combustível (1) , então uma correspondente reação eletroquímica pode acontecer dentro da célula de combustível (1) que contribui para o aquecimento da célula de combustível (1) , entretanto, esta é usualmente uma reação não desejada durante a primeira ou inicial fase de partida).
[00040] Os gases de saída a partir do compartimento de catodo (11) e/ou do compartimento de anodo (12) da célula de combustível (1) são alimentadas por intermédio da sexta linha (f) através do primeiro trocador de calor (3) para liberação de calor para o ar comprimido e para o combustível suprido, antes que os gases de saída venham a alcançar a exaustão (E).
[00041] A primeira e a segunda válvula (21, 22) é controlada por intermédio da unidade de controle eletrônico (6) . A saída relacionada desta unidade de controle (6) que é conectada com a válvula relacionada é (como explanado anteriormente) simbolizada com o mesmo
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13/26 número de referência (21, 22) como a válvula relacionada.
[00042] Como mencionado anteriormente, a seleção de pelo menos uma das quatro variações anteriormente mencionadas pode ser feita tanto antes de partida da primeira ou inicial fase de partida, e/ou quanto durante a condução da primeira ou inicial fase de partida, dependendo, por exemplo, do calor dos gases de saída que é liberado dentro do dilatador (51) e/ou do calor dos gases de saída que é necessário para um aquecimento da célula de combustível (1) apropriadamente.
[00043] A Figura 2 mostra um diagrama de blocos esquemático de uma disposição híbrida de célula de combustível em concordância com uma segunda concretização da presente invenção para condução de uma segunda concretização do método em concordância com a presente invenção durante a partida ou fase inicial. As mesmas como na primeira a Figura 1 são unidades, componentes e linhas concretização em concordância com simbolizadas com os mesmos números e caracteres de referência, respectivamente, de maneira que se levando em consideração a função destas unidades, componentes e linhas, referência é feita para as explanações anteriormente da Figura 1. Somente por motivo de clareza, a primeira e a segunda seção (c1), (c2) da terceira linha (c) e a primeira válvula (21) não são indicadas na Figura 2.
[00044] A diferença substancial entre a primeira e a segunda concretização da presente invenção em concordância com a Figura 1 e com a Figura 2 é a de que a disposição híbrida de célula de combustível em concordância com a Figura 2 é proporcionada com um sistema de transportamento de calor adicional geralmente compreendendo canais ou tubulações e manifolds que são passados através do primeiro e/ou do segundo trocador de calor (3, 4) para recepção de calor e que são passados através de uma câmara
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14/26 ou compartimento de aquecimento separada/o (13) dentro da célula de combustível (1) , preferivelmente próximo para o anodo, para liberação de calor e adicionalmente aquecimento da célula de combustível (1) .
[00045] Em concordância com a Figura 2, exemplificativamente uma sétima linha (l) [a última linha (l) conectando o segundo trocador de calor (4) para o sistema de transportamento de calor adicional] e bem como uma unidade de bomba (9) para transporte de um fluido de troca de calor ou meio de refrigeração através das linhas (k) , (l) e através da câmara ou compartimento de refrigeração (13) (somente esquematicamente indicada) é proporcionada, em que a sétima linha (k) recebe calor a partir do primeiro trocador de calor (3) e/ou a oitava linha (l) recebe calor a partir do segundo trocador de calor (4) por alimentação de cada uma destas linhas (k) , (l) através do primeiro e do segundo trocador de calor (3, 4) , respectivamente.
[00046] Adicionalmente, a conexão entre a sétima linha (k) e a oitava linha (l) pode ser proporcionada com uma válvula de permutação (switch-over) (não indicada), de maneira que o meio de refrigeração pode ser seletivamente transportado tanto somente através do primeiro trocador de calor (3) , ou quanto através do primeiro e do segundo trocador de calor (3, 4) .
[00047] Outras configurações podem evidentemente ser bem como executadas, nas quais, por exemplo, o meio de refrigeração é somente alimentado através do segundo trocador de calor (4) , mas não através do primeiro trocador de calor (3) .
[00048] Adicionalmente, a operação do sistema de transportamento de calor adicional da Figura 2 pode ser combinada com as variações de operação de aquecimento ou combinações ou seqüências das mesmas, como descrito em
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15/26 conexão com as concretizações da Figura 1 e até a Figura 3.
de transportamento de pode ser ativado sob ambientais um veículo célula de condições [00049] Este sistema calor adicional (k, l, 9, 13) determinadas circunstâncias ou automaticamente ou por um motorista de incorporando tal disposição híbrida de combustível ou um operador de tal disposição híbrida de célula de combustível. Preferivelmente, a unidade de controle eletrônico (6) é proporcionada para ativação e operação deste sistema de transportamento de calor, especialmente bem como a unidade de bomba (9) . Conseqüentemente, como indicado na Figura 2 a unidade de bomba (9) é também conectada com a unidade de controle eletrônico (6) por intermédio de um correspondente terminal de saída da unidade de controle eletrônico (6) com o mesmo número de referência (9) . O mesmo se aplica para a válvula de permutação anteriormente mencionada (não mostrada).
[00050] A Figura 3 mostra um diagrama de blocos esquemático da disposição híbrida de célula de combustível em concordância com a primeira concretização da presente invenção como indicado na Figura 1 para explanação da segunda ou intermediária fase de partida da operação de partida em concordância com a presente invenção que é uma fase opcional e que preferivelmente segue a primeira ou inicial fase de partida em concordância com a Figura 1 ou com a Figura 2, especialmente se hidrogênio é utilizado como o combustível, antes que a operação de estado estabilizado (Figura 4) venha a ser ativada. Por esta (opcional) segunda ou intermediária fase de partida, por um lado, a integridade de fase de partida é acelerada, e por outro lado, o risco de um dano do catalisador dentro da célula de combustível (1) devido a uma partida prematura da operação de estado estabilizado é adicionalmente reduzido.
[00051] As mesmas unidades, componentes e
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16/26 linhas como na primeira concretização em concordância com Figura 1 são novamente simbolizados com os mesmos números e caracteres de referência, respectivamente, de maneira que se levando em consideração as funções destas unidades, componentes e linhas, referência é feita para as explanações anteriormente.
[00052] A diferença substancial entre a primeira ou inicial fase de partida em concordância com Figura 1 ou com a Figura 2 e a segunda intermediária ou fase de partida em concordância com a Figura 3 é a de que oxigênio na forma de ar comprimido não é somente suprido para uma entrada da unidade de queimador (2) , mas bem como para pelo menos um do compartimento de catodo (11) e do compartimento de anodo (12) da célula de combustível (1) .
[00053] De maneira a realizar isto, a primeira linha (a) é ramificada preferivelmente além do primeiro trocador de calor (3) por intermédio de uma terceira válvula (41) para uma primeira ramificação (a1) que conduz por intermédio de uma quarta válvula (14) para o compartimento de catodo (11) e por intermédio de uma quinta válvula (15) para o compartimento de anodo (12) , e uma segunda ramificação (a2) que conduz para a primeira entrada da unidade de queimador (2) .
[00054] Por abertura da terceira válvula (41) para a primeira ramificação (a1) e a quarta e/ou a quinta válvula (14, 15) por intermédio da unidade de controle eletrônico (6), pequenas quantidades de ar (isto é oxigênio) são supridas para o compartimento de catodo (11) e/ou o compartimento de anodo (12) da célula de combustível (1) . Preferivelmente, a quarta válvula (14) é aberta, quando a temperatura no compartimento de catodo (11) tenha alcançado uma determinada temperatura média prédeterminada, por exemplo, de cerca de 50 0C abaixo da temperatura de estado estabilizado ou da temperatura
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17/26 operacional mais baixa da célula de combustível (1) . A quinta válvula (15) é aberta quando a temperatura no compartimento de anodo (12) tenha alcançado uma determinada temperatura média pré-determinada, por exemplo, bem como de cerca de 50 0C abaixo da temperatura de estado estabilizado ou da temperatura operacional mais baixa da célula de combustível (1) .
[00055] Adicionalmente, estas válvulas (14, 15) são preferivelmente controladas de maneira tal que os gradientes de temperatura dentro da célula de combustível (1) entre o compartimento de anodo (12) e o compartimento de catodo (11) estão em um mínimo.
[00056] Como mencionado anteriormente, por esta alimentação de ar adicional durante a segunda ou intermediária fase de partida do procedimento de partida [na qual ar é comprimido no compressor (52) da unidade de turbina (5) e aquecido dentro do primeiro trocador de calor (3) ] , para a célula de combustível (1) , o procedimento de partida é acelerado, de maneira que a operação de estado estabilizado pode ser alcançada muito mais rapidamente.
[00057] A razão é a de que uma reação exotérmica com combustível irá partir (se iniciar) no catodo e na camada catalítica primária no anodo da célula de combustível (1) . Devido a este fato, o ar pode ser suprido para ambos o compartimento de catodo (11) e o compartimento de anodo (12) , e gradientes de temperatura indesejados acima de um pré-determinado limiar podem ser evitados.
[00058] A temperatura dentro da célula de combustível (1) pode adicionalmente ser controlada por abertura de uma válvula de entrada (admissão) na célula de combustível (1) para ar ou água (não indicada na Figura 3), pela qual o compartimento de anodo (12) pode ser refrigerado. A água de refrigeração pode também iniciar
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18/26 reações endotérmicas com o combustível primário na primeira camada catalítica do anodo. Similarmente, a temperatura do compartimento de catodo (11) pode adicionalmente ser
controlada bem como por intermédio de ar ou água que é
suprido/a através de uma correspondente válvula de entrada
(admissão) na célula de combustível (1) (não indicada na
Figura 3) se necessário.
[00059] A Figura 4 mostra um diagrama de blocos esquemático da disposição híbrida de célula de combustível em concordância com a primeira concretização da presente invenção para explanação da operação de estado estabilizado. As mesmas unidades, componentes e linhas como na primeira concretização em concordância com a Figura 1 são novamente simbolizadas com os mesmos números e caracteres de referência, respectivamente, de maneira que se levando em consideração estas unidades, componentes e linhas, referência é feita para as explanações anteriormente.
[00060] Esta operação de estado estabilizado ou normal se inicia quando a célula de combustível (1) tenha alcançado uma determinada temperatura aumentada prédeterminada que é usualmente conhecida como a temperatura operacional mais baixa que é, por exemplo, de cerca de 650 0C.
[00061] Os gases de saída da unidade de queimador (2), que são alimentados através do segundo trocador de calor (4) para liberação de calor e através do dilatador (51) da unidade de turbina (5) , são durante a operação de estado estabilizado supridos por intermédio do primeiro trocador de calor (3) (para liberação de calor) para a exaustão (E) ao invés de para a entrada do compartimento de catodo (11) e do compartimento de anodo (12) . P or motivo de clareza, uma válvula de permutação (switch-over) não foi indicada na Figura 4, mas as seções
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19/26 de linha relacionadas (c1) e (c2) e a quarta linha (d) na Figura 1 e até a Figura 3 são omitidas na Figura 4 na medida em que as mesmas não são utilizadas durante operação de estado estabilizado. O mesmo se aplica para a primeira válvula (21) e a segunda válvula (22) e a quinta linha (e) que em concordância com a Figura 1 e até a Figura 3 opcionalmente conduzem os gases de saída do dilatador (51) através do segundo trocador de calor (4) .
[00062] Em concordância com a Figura 4, o combustível é novamente alimentado a partir da alimentação de combustível (D) por intermédio da segunda linha (b) através do primeiro trocador de calor (1) para recepção de calor. Entretanto, na saída do primeiro trocador de calor (3) , a segunda linha (b) é ramificada por intermédio de uma sexta válvula (31) para uma primeira ramificação (b1) que diretamente conduz por intermédio de uma sétima válvula (23) para o compartimento de anodo (12) , e uma segunda ramificação (b2) que conduz para o segundo trocador de calor (4) para opcionalmente aquecimento adicionalmente de uma parte do combustível, antes que o mesmo venha a ser alimentado a partir da saída do segundo trocador de calor (4) bem como para o compartimento de anodo (12) da célula de combustível (1) . Esta distribuição de combustível entre a linha (b1) e a linha (b2) é conduzida por controle da sexta válvula (31) de maneira a manter a temperatura operacional desejada dentro da célula de combustível (1) .
[00063] Adicionalmente, por intermédio da sétima válvula (23) , uma terceira ramificação (b3) da segunda linha (b) é proporcionada por intermédio da qual combustível pode ser alimentado para a segunda entrada da unidade de queimador (2) para queima do mesmo. Os gases de saída a partir da unidade queimador (2) são alimentados por intermédio da linha (c) para o segundo trocador de calor (4) de maneira a aquecer o combustível dentro do segundo
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20/26 trocador de calor (4) e após isso para o dilatador (51) para tração do compressor (52). A quantidade de combustível alimentado para a unidade de queimador (2) é controlada por operação da sétima válvula (23) de maneira tal que a quantidade requerida de calor para adicional aquecimento do combustível é suprida para o segundo trocador de calor (4) , e de maneira tal que o dilatador (51) pode ser operado em concordância com a carga exercida pelo compressor (52) .
[00064] Finalmente, para a operação de estado estabilizado, a disposição híbrida de célula de combustível é proporcionada com um separador de água (Wt) preferivelmente entre a saída do primeiro trocador de calor (3) e a exaustão (E) , por intermédio do qual água é separada a partir do gás de saída ou uma parte do mesmo que deixa a unidade de queimador (2) [depois que a mesma tenha sido alimentada através do segundo trocador de calor (4) , da unidade de turbina (5) e do primeiro trocador de calor (3) ] . A quantidade de água que é separada depende especialmente da temperatura de saída da corrente de gás de exaustão.
[00065] A partir do separador de água (Wt) a água é suprida por intermédio da nona linha (n) para um tanque de água (W) a partir do qual a água é alimentada por intermédio de uma décima linha (n) e através de uma oitava válvula (24) preferivelmente para o segundo trocador de calor (4) de maneira que esta água é aquecida e suprida primordialmente na forma de vapor de água juntamente com o combustível por intermédio da linha de ramificação (b2) para o compartimento de anodo (12) da célula de combustível (1) . Entretanto, devido ao fato do combustível não necessariamente necessitar ser alimentado na linha de ramificação (b2) , esta linha de ramificação (b2) pode também alimentar vapor somente a partir da décima linha (n) [neste caso a sexta válvula (31) fecha (pára) a linha de
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21/26 ramificação combustível combustível evitando que a célula de (b2) por intermédio disso venha a ser suprido para (1) por intermédio da linha de ramificação (b2)] . Alternativamente, a décima linha (n) poderia ser alimentada diretamente para a linha de ramificação (b2) (não indicada) de maneira que o segundo trocador de calor (4) deveria ser circundado (rodeado).
[00066] Pelo menos uma parte da água a partir do tanque de água (W) pode bem como ser alimentada de volta por conseqüentemente controlando a oitava válvula (24) por intermédio da terceira linha (c) , do dilatador (51) e do primeiro trocador de calor (3) para o separador de água (WT) .
[00067] O ar é novamente suprido a partir da alimentação de ar (A) e alimentação através do compressor (52) da unidade de turbina (5) , e então alimentação através do e aquecido dentro do primeiro trocador de calor (3) por intermédio dos gases de saída do dilatador (51) . Na saída do primeiro trocador de calor (3) , a primeira linha (a) é novamente ramificada por intermédio da terceira válvula (41) para a primeira ramificação (al) conduzindo diretamente para o compartimento de catodo (11) e por intermédio da quinta válvula (15) para o compartimento de anodo (12) , e a segunda ramificação (a2) que é alimentada para a primeira saída da unidade de queimador (2) .
[00068] Por esta configuração, por intermédio da linha de ramificação (b2) água ou vapor de água e/ou combustível, por abertura da quinta válvula (15) , ar pode ainda ser suprido para o compartimento de anodo (12) , se uma reforma interna do combustível no anodo é para ser conseguida.
[00069] Finalmente, os gases de saída do compartimento de catodo (11) e do compartimento de anodo (12) da célula de combustível (1) são preferivelmente
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22/26 supridos por intermédio de uma nona válvula (42) e uma décima primeira linha (g) para a terceira saída da unidade de queimador (2) para queima, isto é, oxidação de quaisquer compostos não reagidos destes gases, juntamente com o combustível e o ar (oxigênio) que são opcionalmente supridos por intermédio da segunda entrada e da primeira entrada, respectivamente, para a unidade de queimador (2) . Entretanto, alternativamente ou adicionalmente, estes gases de saída podem bem como ser alimentados para a exaustão (E) em concordância com a Figura 1 e até a Figura 3 por intermédio da seção relacionada da sexta linha (f) (indicada como uma linha tracejada na Figura 4) além da nona válvula (42) .
[00070] Novamente, a unidade de controle eletrônico (6) para permutação ou operação das válvulas relacionadas é indicada somente esquematicamente, e os terminais de saída da unidade de controle eletrônico (6) conduzindo para as válvulas relacionadas são cada um indicados com o número de referência da válvula relacionada.
[00071] Geralmente, uma unidade de turbina (5) com uma temperatura de saída de 200 0C ou menos pode vantajosamente ser instalada na disposição híbrida de célula de combustível em concordância com a presente invenção. Neste caso, a eficiência da integridade da disposição pode estar na faixa de 65 % ou até mesmo mais alta. Adicionalmente, com uma tal turbina (5) é comparativamente fácil gerenciar o equilíbrio (balanço) de água da integridade da disposição. Se algum excesso de água é injetado a partir da décima linha (n) por intermédio da oitava válvula (24) e da terceira linha (c) na unidade de turbina (5) , uma eficiência até mesmo ainda mais alta pode ser obtida.
[00072] Como mencionado anteriormente, uma
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23/26 vantagem primordial do método e da disposição híbrida de célula de combustível em concordância com a presente invenção é a de que os mesmos podem ser operados de uma maneira tal que durante o procedimento de partida energia é gerada sem sacrifício da durabilidade e do desempenho de longo prazo da célula de combustível, especialmente uma sofc.
[00073] A fonte de energia da integridade da disposição é o combustível primário, por exemplo, de um veículo (ou de um equipamento estacionário, etc.) combustível que é preferivelmente pressurizado em um tanque principal. Ar pressurizado é gerado no compressor (52) da unidade de turbina (5). O ar pode ser utilizado para controle da temperatura no compartimento de catodo (11) e no compartimento de anodo (12) da célula de combustível (1) e na unidade de queimador (2) que preferivelmente é uma unidade de queimador catalítica (2) .
[00074] A unidade de queimador (2) é adequada para converter o combustível primário (se não hidrogênio), hidrogênio não reagido e monóxido de carbono e outros subprodutos reativos das reações ocorrendo na primeira camada catalítica e na segunda camada catalítica do compartimento de anodo (12) da célula de combustível (1) para C02 e vapor de água para geração dos gases de saída quentes para a unidade de turbina (5) .
[00075] A célula de combustível (1) irá durante a operação de estado estabilizado suprir a unidade de queimador (2) com ar quente e redutores quentes tais como monóxido de carbono, hidrogênio e resíduo de combustível a partir da saída da célula de combustível (1) por intermédio da nona válvula (42) e da décima primeira linha (g) . A temperatura destes gases quentes e substâncias está próxima para a temperatura normal de operação da célula de combustível (1) de, por exemplo, cerca de entre 650 0C e
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24/26 cerca de 800 0C.
[00076] O sistema de transportamento de calor em concordância com a Figura 2 pode também ser utilizado durante a operação de estado estabilizado em concordância com Figura 4. Neste caso, os gases de saída quentes da célula de combustível (1) são preferivelmente gás/fluido de trocador de calor à jusante e possivelmente à montante da unidade de turbina (5) com o meio de refrigeração do sistema de transportamento de calor em concordância com Figura 2. O meio de refrigeração aumenta a temperatura da célula de combustível (1) de uma maneira que não irá comprometer a durabilidade e desempenho da célula de combustível (1) .
[00077] A água separada armazenada no tanque de água (W) pode adicionalmente ser utilizada para controlar a temperatura da célula de combustível (1) pelo qual a eficiência da disposição é aumentada devido à reação de deslocamento de água / gás endotérmica do combustível primário se o mesmo não for hidrogênio.
[00078] Como um resultado, a disposição híbrida de célula de combustível em concordância com a presente invenção não requer uma unidade de reformador de combustível separada à montante da célula de combustível (1) . Em conseqüência disso, a complexidade, o peso e os custos e volume da disposição híbrida de célula de combustível são reduzidos.
[00079] Adicionalmente, a unidade de turbina (5) que pode ser utilizada na disposição híbrida de combustível em concordância com a presente invenção pode utilizar calor de alta qualidade a partir da unidade de queimador (2) . Tanto a unidade de turbina (5) e quanto a unidade de queimador (2) juntamente resulta em um aumento da eficiência da disposição híbrida de célula de combustível para aproximadamente de 60 % até 65 %, mas a
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25/26 eficiência poderia ser até mesmo ainda mais alta se uma unidade de turbina (5) com temperaturas de exaustão tão baixas como em torno de 200 0C fosse utilizada na disposição híbrida de célula de combustível. Esta eficiência é substancialmente mais alta do que no caso de células de combustível de baixa temperatura.
[00080] A disposição híbrida de célula de combustível preferivelmente funciona sobre combustível DME (dimetil éter) devido para o fato de que a reatividade deste combustível nas temperaturas anteriormente mencionadas é alta e o combustível não irá depositar fuligem.
[00081] DME possui a vantagem de que, ao contrário de muitos outros hidrocarbonetos facilmente disponíveis, o DME não provoca nenhum problema de durabilidade para o anodo fundamentado em Ni comum da célula de combustível (1) . DME pode ser produzido a partir de gás natural e a partir de fontes “verdes”.
[00082] Adicionalmente, DME é também consideravelmente mais fácil de manipular do que hidrogênio. DME é não tóxico, inerte, não carcinogênico, não mutagênico e não corrosivo, e DME pode ser armazenado da mesma maneira como gás natural.
[00083] Uma outra vantagem do DME é a de que nenhum pré-queimador é necessário, devido para o fato de que a unidade de queimador (2) entre a célula de combustível (1) e a unidade de turbina (5) pode ser iniciada (se dar partida) a partir de temperaturas ambientes. Finalmente, o intervalo de vida útil pode ser consideravelmente estendido, em casos onde a disposição híbrida de célula de combustível é submetida para freqüentes procedimentos de partida e de parada.
[00084] As válvulas anteriormente mencionadas (21), (22), (41), (31), (23), (24) e (42) são válvulas de
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26/26 três vias (three-way) possuindo uma entrada e duas saídas, válvulas que são preferivelmente proporcionadas de maneira tal que as correntes de fluxo de saída de ambas as saídas podem ser controladas (isto é, aumentadas e diminuídas ou paradas) independentemente uns dos outros. As válvulas (14) e (15) são válvulas liga/desliga (on-off) possuindo uma entrada e uma saída, em que a corrente de fluxo de saída da saída pode preferivelmente ser controlada de uma maneira aumentando e diminuindo continuamente (válvula “proporcional”).
[00085] Genericamente, é para ser observado que modificações para concretizações da presente invenção descritas precedentemente são possíveis sem se afastar a partir do escopo da presente invenção como definida pelas reivindicações de patente acompanhantes subseqüentemente.
[00086] Adicionalmente, expressões tais como “incluindo”, “compreendendo”, “incorporando”, “consistindo de”, “possui”, “é” utilizadas para descrever e reivindicar a presente invenção são intencionadas para serem construídas de uma maneira não exclusiva, a saber possibilitando para itens, componentes ou elementos não explicitamente descritos também para estarem presentes.
[00087] Finalmente, numerais incluídos entre parênteses nas reivindicações de patente acompanhantes subseqüentemente são intencionados para auxiliar o entendimento e compreensão das reivindicações de patente e não deveriam ser construídos de qualquer maneira para limitar a matéria reivindicada por estas reivindicações de patente.
[00088] Portanto, a presente invenção foi descrita com referência para concretizações específicas, e deverá ser observado por aqueles especializados no estado da técnica que a presente invenção é unicamente limitada pelas reivindicações de patente posteriormente.
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Claims (24)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Método para operação de uma célula de combustível, caracterizado pelo fato de que compreende:
    - uma operação de partida com uma primeira ou inicial fase de partida durante a qual combustível suprido é submetido a uma reação exotérmica com oxigênio em uma unidade de queimador (2) e durante a qual a célula de combustível (1) é aquecida por intermédio do calor de gases de saída a partir da unidade de queimador (2) que são alimentados para a célula de combustível (1) , até que a célula de combustível (1) tenha alcançado uma temperatura operacional mais baixa dentro de uma faixa de temperatura operacional de estado estabilizado; e
    - uma operação de estado estabilizado que é iniciada quando a temperatura operacional mais baixa é alcançada, por terminação da alimentação de gases de saída a partir da unidade de queimador (2) para a célula de combustível (1) e por alimentação do combustível e ar para a célula de combustível (1) .
  2. 2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que durante a operação de partida gases de saída a partir da unidade de queimador (2) são utilizados para gerar energia elétrica por intermédio de uma unidade de turbina (5).
  3. 3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que durante a operação de partida gases de saída a partir da unidade de queimador (2) são alimentados através de um dilatador (51) para tração de um compressor (52) para compressão de ar que é alimentado para a unidade de queimador (2) para suprimento do oxigênio.
  4. 4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que gases de saída a partir do dilatador (51) são alimentados através de um primeiro
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    2/6 trocador de calor (3) para liberação de calor para o ar comprimido e/ou o combustível suprido, e/ou através de um segundo trocador de calor (4) para recepção de calor a partir dos gases de saída a partir da unidade de queimador (2) .
  5. 5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que gases de saída a partir da célula de combustível (1) são alimentados através do primeiro trocador de calor (3) para liberação de calor para o ar comprimido e/ou o combustível suprido.
  6. 6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que durante a operação de partida a célula de combustível (1) é adicionalmente aquecida por intermédio de um sistema de transportamento de calor (l, k, 9) compreendendo um fluido trocador de calor para suprimento de calor a partir do primeiro e/ou segundo trocador de calor (3, 4) para uma câmara ou compartimento de aquecimento (13) dentro da ou na célula de combustível (1).
  7. 7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a operação de partida compreende uma segunda ou intermediária fase de partida que é iniciada quando a célula de combustível (1) tenha alcançado uma temperatura média pré-determinada abaixo da faixa de temperatura de estado operacional estabilizado, segunda ou intermediária fase de partida durante a qual oxigênio é suprido para pelo menos um do compartimento de catodo (11) e do compartimento de anodo (12) da célula de combustível (1) depois que o relacionado compartimento de catodo ou de anodo (12, 13) tenha alcançado a temperatura média pré-determinada.
  8. 8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a segunda ou intermediária fase de partida é terminada e uma operação de estado
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    3/6 estabilizado é iniciada quando a célula de combustível (1) tenha alcançado uma temperatura aumentada pré-determinada acima da temperatura média pré-determinada, mas abaixo da faixa de temperatura de estado operacional estabilizado ou, alternativamente, tenha alcançado uma temperatura operacional mais baixa dentro da faixa de temperatura de estado operacional estabilizado.
  9. 9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a operação de estado estabilizado é iniciada por alimentação de combustível para o compartimento de anodo (12) e por alimentação de ar para o compartimento de catodo (11) da célula de combustível (1) e por terminação da alimentação de gases de saída a partir da unidade de queimador (2) para a célula de combustível (1).
  10. 10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o combustível suprido para o compartimento de anodo (12) é aquecido por alimentação do mesmo através de pelo menos um do primeiro e do segundo trocador de calor (3, 4) .
  11. 11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um do primeiro e do segundo trocador de calor (3, 4) é aquecido por queima de combustível na unidade de queimador (2) e por alimentação dos gases de saída a partir da unidade de queimador (2) através do relacionado primeiro e/ou segundo trocador de calor (3, 4).
  12. 12. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que água é separada a partir do gás de saída da unidade de queimador (2) que é suprida substancialmente na forma de vapor de água para o compartimento de anodo (12) da célula de combustível (1) para controle da temperatura da célula de combustível (1) .
  13. 13. Método, de acordo com a reivindicação 9,
    Petição 870180024549, de 27/03/2018, pág. 34/38
    4/6 caracterizado pelo fato de que água é separada a partir do gás de saída da unidade de queimador (2) que é suprida para o dilatador (51) da unidade de turbina (5) para aumento da eficiência da unidade de turbina (5) .
  14. 14. Disposição híbrida de célula de combustível compreendendo uma célula de combustível (1) e uma unidade de queimador (2) para queima de combustível, caracterizada pelo fato de que a unidade de queimador (2) é conectável com a célula de combustível (1) para alimentação de calor, que é gerado por queima do combustível, para a célula de combustível (1) para aquecimento da mesma durante a operação de partida em concordância com o método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 até 13.
  15. 15. Disposição híbrida de célula de combustível, de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo fato de que compreende uma primeira linha (a; a2) entre um suprimento de ar (A) e uma primeira entrada da unidade de queimador (2) para alimentação de ar a partir do suprimento de ar (A) para a primeira entrada da unidade de queimador (2) , e uma segunda linha (b; b1, b3) entre o suprimento de combustível (D) e uma segunda entrada da unidade de queimador (2) para alimentação de combustível a partir do suprimento de combustível (D) para a segunda entrada da unidade de queimador (2) .
  16. 16. Disposição híbrida de célula de combustível, de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo fato de que compreende uma terceira e uma quarta linha (c; c1;
    c2; d) entre uma saída da unidade de queimador (2) e a célula de combustível (1) para alimentação dos gases de saída da unidade de queimador (2) para a célula de combustível (1) .
  17. 17. Disposição híbrida de célula de combustível, de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelo fato de que compreende um primeiro trocador de calor (3) para
    Petição 870180024549, de 27/03/2018, pág. 35/38
    5/6 aquecimento do ar e/ou do combustível antes que venham a ser alimentados para a unidade de queimador (2).
  18. 18. Disposição híbrida de célula de combustível, de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelo fato de que compreende uma unidade de turbina (5) com um dilatador (51) para tração de um compressor (52) para compressão do ar que é alimentado para a primeira entrada da unidade de queimador (2) .
  19. 19. Disposição híbrida de célula de combustível, de acordo com a reivindicação 18, caracterizada pelo fato de que os gases de saída da unidade de queimador (2) são alimentados através do dilatador (51) de maneira a tracionar o compressor (52) da unidade de turbina (5) .
  20. 20. Disposição híbrida de célula de combustível, de acordo com a reivindicação 16, caracterizada pelo fato de que compreende um segundo trocador de calor (4) para aquecimento dos gases de saída da unidade de queimador (2) que são alimentados para a célula de combustível (1) .
  21. 21. Disposição híbrida de célula de combustível, de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pelo fato de que os gases de saída da célula de combustível (1) são alimentados através do primeiro trocador de calor (3) para liberação de calor para o ar e/ou o combustível que é suprido para a unidade de queimador (2) .
  22. 22. Disposição híbrida de célula de combustível, de acordo com a reivindicação 17 ou 20, caracterizada pelo fato de que compreende um sistema de transportamento de calor com uma pluralidade de linhas (k, l) para transporte de um fluido de troca de calor, linhas (k, l) que são passadas através do primeiro e/ou do segundo trocador de calor (3, 4) para recepção de calor e que são passados através da célula de combustível (1) para liberação do calor.
  23. 23. Disposição híbrida de célula de combustível,
    Petição 870180024549, de 27/03/2018, pág. 36/38
    6/6 de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo fato de que compreende um separador de água (Wt) para separação de água a partir do gás de saída da unidade de queimador (2) e para suprimento da mesma substancialmente na forma de vapor de água para o compartimento de anodo (12) da célula de combustível (1) para controle da temperatura da célula de combustível (1) .
  24. 24. Disposição híbrida de célula de combustível, de acordo com a reivindicação 19, caracterizada pelo fato de que compreende um separador de água (Wt) para separação de água a partir do gás de saída da unidade de queimador (2) e para suprimento da mesma para o dilatador (51).
    Petição 870180024549, de 27/03/2018, pág. 37/38
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