ES2331078T3 - Sistema reformador de celulas de combustible con quemador exterior. - Google Patents
Sistema reformador de celulas de combustible con quemador exterior. Download PDFInfo
- Publication number
- ES2331078T3 ES2331078T3 ES05005761T ES05005761T ES2331078T3 ES 2331078 T3 ES2331078 T3 ES 2331078T3 ES 05005761 T ES05005761 T ES 05005761T ES 05005761 T ES05005761 T ES 05005761T ES 2331078 T3 ES2331078 T3 ES 2331078T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- fuel cell
- exhaust gas
- reformer
- installation
- components
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
- H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
- H01M8/04022—Heating by combustion
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
- H01M8/04268—Heating of fuel cells during the start-up of the fuel cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
- H01M8/0618—Reforming processes, e.g. autothermal, partial oxidation or steam reforming
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
Sistema reformador de células de combustible, con - varios componentes, a saber + varios subsistemas de reformador (2, 3, 4; 8, 9, 10-15), que forman un reformador (1) para la generación de un gas rico en hidrógeno a partir de un combustible primario, y + una célula de combustible (5) de membrana de electrolito de polímero de baja temperatura o una célula de combustible (5) de membrana de electrolito de alta temperatura para la generación de corriente eléctrica utilizando el gas rico en hidrógeno; y con - una instalación de quemador (6), dispuesta fuera del reformador (1) y de la célula de combustible (5), para la generación de un gas de escape caliente, caracterizado porque - está prevista una instalación de conducción (7) de gases de escape, para la conducción del gas de escape hacia al menos dos de los componentes, a saber, hacia al menos uno de los subsistemas de reformador (2, 3, 4; 8, 9; 10-15) y hacia la célula de combustible (5); y porque - a través de la instalación de conducción (7) de gases de escape se determina la vía de circulación del gas de escape, de tal manera que los componentes son atacados por la corriente y/o atravesados por la corriente de acuerdo con su nivel respectivo de temperatura de funcionamiento de forma sucesiva en secuencia decreciente de la temperatura.
Description
Sistema reformador de células de combustible con
quemador exterior.
La invención se refiere a un sistema reformador
de células de combustible de acuerdo con el preámbulo de la
reivindicación 1 de la patente así como a un procedimiento para el
arranque y/o funcionamiento de un sistema reformador de células de
combustible de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 31 de
la patente.
Se conocen desde hace mucho tiempo sistemas
reformadores de células de combustible. Un reformador, que está
constituido por varios subsistemas de reformador, genera a partir de
un combustible primario un gas rico en hidrógeno, que se utiliza en
una célula de combustible para la generación de corriente eléctrica.
Como subsistemas de reformador se conocen, por ejemplo,
instalaciones reformadoras, evaporadores, intercambiadores de calor,
fases de desviación y gases de purificación fina de gas.
Se conocen reformadores más pequeños para
células de combustible con una potencia eléctrica reducida, por
ejemplo, a partir de los documentos
DE-A-100 40 539,
DE-A-100 32 059 o
DE-A-101 18 618.
Para la puesta en funcionamiento y el
funcionamiento duradero tanto del reformador como también de la
célula de combustible es necesaria una alimentación suficiente de
calor. Especialmente en el caso de sistemas reformadores de células
de combustible con potencia reducida, durante el funcionamiento en
el modo de carga parcial, existe el peligro de que no esté
disponible calor suficiente, lo que puede conducir a un
empeoramiento o incluso a un fracaso del proceso del reformador,
por una parte, y del proceso de las células de combustible, por otra
parte.
Para el calentamiento de una unidad de células
de combustible durante el arranque en frío se conoce a partir del
documento DE-A-199 10 387, prever
una calefacción adicional, cuyo calor de funcionamiento se utiliza
para el calentamiento de una pila de células de combustible. La
calefacción calienta un medio de transporte de calor, que es
conducido a través de las cámaras de reacción de la pila de células
de combustible y en este caso las calienta.
Se conoce a partir del documento
DE-A-139 31 061 una disposición para
la calefacción y refrigeración de un sistema de células de
combustible, en la que además de un quemador y un refrigerador puede
estar integrado también un reformador. Un medio de calefacción y de
refrigeración, respectivamente, que circula en un circuito cerrado
dentro del sistema, sirve para la regulación de los flujos de calor
internos, especialmente para el calentamiento de las corrientes de
medios gaseosos conducidos hacia la célula de combustible.
En el documento DE 103 15 225 A1 se describe un
sistema de reforzador de células de combustible, en el que el gas
de escape puede ser alimentado desde un quemador externo o bien un
medio portador de calor calentado por el quemador externo hacia al
reformador o la célula de combustible para el calentamiento.
Se conoce a partir del documento EP 1 228 999 A2
un sistema de generación de gas para un sistema de células de
combustible, en el que un quemador catalítico calienta con gas
caliente un evaporador y una subunidad reformadora. El quemador
catalítico está acoplado con el evaporador.
En el documento DE 103 24 213 A1 se describe un
dispositivo de células de combustible, con un quemador de
hidrógeno, con el que se pueden llevar una célula de combustible y
un reformador de combustible a la temperatura de funcionamiento
necesaria.
La invención tiene el cometido de indicar un
sistema de reforzador de células de combustible, en el que se puede
conseguir una calefacción especialmente selectiva de subsistemas de
reformador y de células de combustible con una estructura al mismo
tiempo compacta.
El cometido se soluciona de acuerdo con la
invención a través de un sistema reformador de células de
combustible según la reivindicación 1 así como a través de un
procedimiento según la reivindicación 31. Los desarrollos
ventajosos de la invención se definen en las reivindicaciones
dependientes.
En un sistema reformador de células de
combustible de acuerdo con la invención, fuera del reformador y de
la célula de combustible está dispuesta una instalación de quemador
para la generación de un gas de escape caliente. Además, está
prevista una instalación de conducción del gas de escape, para la
conducción del gas de escape hacia al menos dos componentes, a
saber, hacia al menos un subsistema del reformador y hacia la
célula de combustible. El reformador está constituido habitualmente
por varios subsistemas de reformador, a saber, una instalación
reformadora propiamente dicha, un evaporador, uno o varios
intercambiadores de calor, una o varias fases de desviación y una o
varias fases de purificación fina de gas. Por el concepto
"componentes" se entienden a continuación estos subsistemas de
reformador así como la célula de combustible propiamente dicha.
La instalación de conducción de gas de escape
determina de esta manera que al menos dos de los componentes sean
atacados o recorridos por el gas de escape caliente. En este caso,
la vía de circulación del gas de escape se determina a través de la
instalación de conducción del gas de escape, de tal manera que los
componentes son atacados y/o recorridos por la corriente de acuerdo
con su nivel de temperatura de funcionamiento respectivo. Esto
significa que en primer lugar es recorrido por la corriente de gas
de escape el componente con el nivel máximo de temperatura de
funcionamiento. A continuación, el gas de escape circula al
componente con la temperatura de funcionamiento inferior siguiente,
etc. El gas de escape se refrigera cada vez más sobre su vía de
circulación. No obstante, puesto que es guiado dirigido a su
destino, en cada componente, a través del cual circula, puede ceder
calor para conseguir o alcanzar en este componente la temperatura de
funcionamiento necesaria.
En este caso, es posible que el gas de escape o
bien afluya directamente al componente respectivo propiamente dicho
o, en cambio, también sólo circule en el exterior por delante del
componente. De acuerdo con el caso de aplicación, o bien de la
transmisión de calor necesaria, la instalación de conducción de gas
de escape se puede equipar para asegurar en el componente
respectivo una transmisión de calor necesaria desde el gas de
escape al espacio de reacción del componente.
En una forma de realización ventajosa de la
invención, la instalación de conducción del gas de escape está
configurada de tal forma que los componentes son atacados por la
corriente del gas de escape desde el exterior y el calor del gas de
escape se transmite desde el exterior a través de paredes a los
espacios de reacción de los componentes. De esta manera, el gas de
escape no tiene que llegar al interior de los espacios de reacción.
En su lugar, es suficiente, por ejemplo, que el gas de escape
circule por el exterior de un componente a lo largo de una pared de
un espacio de reacción respectivo, para que se caliente la
pared.
Es ventajoso que la instalación de conducción
del gas de escape presente canales para la conducción del gas de
escape. Esto facilita una conducción selectiva y dirigida al
objetivo del gas de escape caliente.
En otra forma de realización de la invención,
los canales están dispuestos en los espacios de reacción de los
componentes. Por lo tanto, el gas de escape es conducido al interior
de los espacios de reacción, por las paredes interiores de los
espacios de reacción o bien a través de los espacios de reacción.
Evidentemente, el gas de escape puede no llegar en este caso a los
espacios de reacción propiamente dichos y mezclarse allí con las
corrientes de medios. En su lugar, el calor del gas de escape es
cedido a través de las paredes de los canales a los espacios de
reacción. Los canales aseguran de una manera correspondiente también
que el gas de escape abandone de nuevo los espacios de
reacción.
De acuerdo con la necesidad de calor de un
componente respectivo, se adapta la superficie de los canales
asociados a este componente, que es efectiva para la transmisión de
calor desde el gas de escape hacia el componente, es decir, por
ejemplo la longitud, número, forma de la sección transversal y/o
dimensiones de la sección transversal de los canales. La necesidad
de calor se determina a través del calor necesario para la
consecución de la temperatura de funcionamiento en el componente
respectivo. En virtud del dimensionado de la instalación de
quemador, se conoce a cantidad de calor en el gas que abandona la
instalación de quemador o bien los componentes individuales. A
través de la configuración correspondiente de los canales se puede
ceder ahora selectivamente en cada componente exactamente la
cantidad de calor que es necesaria para el calentamiento del
componente durante el arranque del sistema o bien para el
mantenimiento de la temperatura de funcionamiento en el modo a
plena carga o en el modo de carga parcial. Así, por ejemplo, se
puede adaptar la longitud de los canales que atraviesan el espacio
de reacción respectivo o bien que conducen por delante de un espacio
de reacción. Cuanto mayor es la longitud o bien el número de los
canales, que están saciados a un espacio de reacción, tanto mayor
será la cantidad de calor, que se puede ceder desde el gas de escape
al espacio de reacción. Lo mismo se aplica de manera
correspondiente para la forma de la sección transversal: cuanto
menos es la sección transversal de un canal, tantos más canales
deben preverse para hacer circular el gas de escape de manera
fiable. De una manera correspondiente, se incrementa también la
superficie efectiva (superficie exterior de los canales) y se cede
más calor. En cambio, un número reducido de canales con una sección
transversal al mismo tiempo mayor garantiza que se pueda ceder
relativamente poco calor a través de la superficie entonces menor.
Este calor se puede distribuir de esta manera, por ejemplo, bien
sobre los componentes siguientes.
En una forma de realización ventajosa de la
invención, están previstos canales de calefacción en los
componentes, que son utilizables de la misma manera por el gas de
escape alimentado desde la instalación de conducción del gas de
escape y por un gas caliente generado durante el funcionamiento del
sistema en los propios componentes. En el estado de funcionamiento,
se generan en los componentes unas corrientes de medios (gases)
calientes, por ejemplo finalmente el gas reformado propiamente
dicho. Este gas caliente se puede alimentar, después de abandonar
un componente respectivo, en primer lugar a través de los canales de
calefacción a otro componente para calentarlo. Solamente entonces
el gas llega a su lugar de destino propio, donde o bien es procesado
o es consumido - en la propia célula de combustible- para la
generación de corriente eléctrica.
Los canales de calefacción se pueden utilizar o
bien exclusivamente como canales para la instalación de conducción
de gases de escape o también se puede utilizar al mismo tiempo para
el gas caliente generado por los propios componentes o también para
el gas de escape y el gas caliente. No obstante, en caso de
utilización simultánea debe asegurarse que el gas de escape no
puede llegar a los espacios de reacción del reformador o de la
célula de combustible.
Con preferencia, la instalación de conducción
del gas de escape posibilita una circulación en serie y/o una
circulación en paralelo a través de los componentes. De una manera
correspondiente, de acuerdo con la conducción de la temperatura, el
gas de escape puede circular sucesivamente a través de varios
componentes o también al mismo tiempo a través de varios
componentes.
\newpage
En otra forma de realización de la invención, la
instalación de conducción de gases de escape está dividida aguas
abajo por la instalación de quemador y aguas arriba por los
componentes en una primera sección de conducción y en una segunda
sección de conducción, de manera que la corriente del gas de escape
está dividida sobre las dos secciones de conducción. Las secciones
de conducción posibilitan de esta manera que la corriente de gas de
escape puede estar dividida detrás de la instalación de quemador y
pueda ser conducida de manera selectiva hacia el componente
respectivo.
En este caso, es especialmente ventajoso que a
través de la primera sección de conducción se pueda conducir gas de
escape hacia al menos uno de los subsistemas de reformador, mientras
que a través de la segunda sección de conducción sea conducido gas
de escape hacia la célula de combustible. Esto significa que el gas
de escape puede ser conducido directamente desde la instalación del
quemador hacia la célula de combustible.
En una forma de realización especialmente
ventajosa, al menos uno de los componentes puede ser alimentado con
aire adicional. El aire adicional posibilita una refrigeración
selectiva del gas de escape, para conseguir la temperatura deseada
para el componente respectivo.
Es especialmente ventajoso que el aire adicional
se pueda mezclar con el gas de escape en la segunda sección de
conducción. Puesto que el gas de escape en la segunda sección de
conducción procede directamente desde la instalación de quemador,
presenta una temperatura alta, que puede ser demasiado alta para la
célula de combustible. Con la ayuda de la refrigeración selectiva a
través de la mezcla de aire adicional, se puede refrigerar el gas
de escape a una temperatura adecuada para la célula de
combustible.
En otra forma de realización de la invención, el
gas de escape que circula a través de la segunda sección de
conducción se puede conducir hacia un intercambiador de calor, con
el que se puede calentar el aire adicional, que se alimenta a
continuación a la célula de combustible. De esta manera, el gas de
escape propiamente dicho no tiene que ser conducido hacia la célula
de combustible. En su lugar, se transmite solamente el calor del
gas de escape sobre el aire adicional y desde el aire adicional
sobre la célula de combustible.
Es especialmente ventajoso que el aire adicional
pueda ser desviado desde el aire primario, que se alimenta a la
instalación de quemador. La instalación de quemador necesita de
todos modos aire primario (aire de la combustión), que sirve para
la combustión del combustible a través de la instalación de
quemador. Desde ella se puede derivar de manera sencilla una
corriente de aire como aire adicional y se puede alimentar a la
segunda sección de conducción.
De manera más ventajosa, el aire adicional puede
ser transportado de manera forzada por una instalación de
transporte de aire adicional. De esta manera se garantiza que el
aire adicional sea alimentado en la cantidad deseada a su objetivo.
Como instalación de transporte de aire adicional es adecuado sobre
todo un soplante conmutable.
Es especialmente ventajoso que la instalación de
transporte de aire adicional pueda ser activada de manera
independiente de un estado de funcionamiento de la instalación de
quemador. En este caso, la instalación de transporte de aire
adicional puede transportar también aire adicional cuando la
instalación de quemador está desconectada. Así, por ejemplo, el
aire adicional se puede utilizar en la operación para la
refrigeración de la célula de combustible, aunque no se accione ya
la instalación de quemador propiamente dicha.
En una forma de realización especialmente
ventajosa de la invención, están dispuestos adyacentes entre sí
aquellos componentes que requieren una temperatura de funcionamiento
lo más similar posible. De esta manera, es posible mantener
reducidas las medidas de aislamiento entre los componentes. Además,
la corriente de gas de escape se puede conducir de manera sencilla
desde un componente hacia el componente siguiente.
Es especialmente ventajoso que los componentes
estén dispuestos, en función de su temperatura de funcionamiento
respectiva, adyacentes entre sí y/o de forma sucesiva en secuencia
decreciente de la temperatura. Entonces es posible que el gas de
escape pueda ser conducido de manera sencilla desde un componente
hacia el componente siguiente.
Como reformador en el sentido de la invención se
puede considerar cualquier tipo de instalación para la generación
de gas rico de hidrógeno a partir de un combustible primario. A
ellas pertenecen reformadores (instalaciones de reformador) en
sentido propio, pero también reactores de craqueo, que se pueden
utilizar igualmente de manera conocida para la generación del gas.
El concepto "reformador" se puede definir, por lo tanto, en
este contexto como es habitual también en el sentido técnico
propiamente dicho; pero esto parece conveniente para evitar una
sobrecarga verbal del texto a través de duplicaciones de
denominación de reformadores y reactores de craqueo.
Como célula de combustible son adecuadas células
de combustible de membrana de electrolito de polímero de alta
temperatura. Se conoce la estructura de estas células de
combustible. Como célula de combustible se puede entender en el
sentido de la invención una célula de combustible individual, pero
también una pila (stack) o varias pilas de células de combustible.
Evidentemente, se conoce que un sistema reformador de células de
combustible necesita habitualmente varias células de combustible
individuales conectadas en serie, para obtener una tensión
eléctrica útil.
Con preferencia, entre componentes adyacentes
está previsto un aislamiento térmico. El aislamiento térmico
permite que se puedan mantener de manera muy precisa las
temperaturas de funcionamiento necesarias en los componentes
individuales, para mantener el rendimiento del sistema en un nivel
óptimo y evitar un daño de los componentes.
Al menos algunos de los componentes pueden
formar una unidad de construcción. De manera alternativa a ello, es
posible que también algunos componentes adyacentes entre sí estén
dispuestos separados en el espacio, es decir, que con preferencia
presentan una distancia entre sí.
Es especialmente ventajoso que la instalación de
quemador pueda ser accionada con el mismo combustible primario que
se utiliza también para la generación del gas rico en hidrógeno. De
esta manera, es suficiente poner un combustible unitario a la
disposición de todo el sistema reformador de células de
combustible.
En una forma de realización especialmente
ventajosa de la invención, se puede alimentar aire primario (aire
de la combustión) a la instalación de quemador para la combustión
del combustible primario y para la generación del gas de escape,
mientras que se puede alimentar aire secundario al gas de escape. El
aire secundario es alimentado de una manera correspondiente aguas
abajo desde la instalación de quemador, para refrigerar el gas de
escape (ver también arriba: "aire adicional"). De esta manera
se puede evitar un recalentamiento de los primeros componentes,
vistos en la dirección de la circulación.
Con preferencia, el aire secundario puede ser
transportado de manera forzada a través de una instalación de
transporte de aire secundario, que puede estar formada también a
través de una instalación de transporte de aire (instalación de
alimentación de aire), que transporta, además, el aire primario, de
la instalación de quemador.
En el caso de mezcla del aire secundario, es
posible conseguir diferentes estequiometrías del aire, cuyo índice
de aire \lambda se desvía del valor 1,0 compensado
estequiométricamente. Cuanto más aire secundario se añade, tanto
más elevado es el índice de aire \lambda.
La instalación de quemador debería accionarse
con estequiometrías del aire con un índice de aire \lambda en el
intervalo de 1,0 a 4,0, con preferencia de 1,2 a 3,0. En este caso,
hay que procurar que las estequiometrías del aire de la instalación
de quemador estén establecidas en función de la temperatura de
funcionamiento de aquel componente que presenta el máximo valor de
la temperatura de funcionamiento. De esta manera se asegura que el
componente que tiene la máxima necesidad de calor guante el arranque
y en el funcionamiento, sea alimentado con calor suficiente por la
instalación de quemador. Los componentes siguientes pueden ser
alimentados entonces con calor en configuración correspondiente de
la instalación de conducción de gas de escape o bien de los canales
que pertenecen a éstas de la manera descrita anteriormente.
Es especialmente ventajoso que esté prevista una
instalación de alimentación de aire para la alimentación de aire de
la combustión hacia la instalación de quemador y la instalación de
alimentación de aire sirve, además, también para el transporte del
gas de escape a través de la instalación de conducción de gas de
escape. La instalación de alimentación de aire genera de esta
manera la diferencia de presión necesaria en la instalación de
conducción de gases de escape, que garantiza una circulación de paso
y de salida fiable del gas de escape.
Además, es ventajoso que la instalación de
quemador sea componente de una instalación de calefacción para la
generación de calor para un espacio útil, especialmente un espacio
útil en una instalación móvil como en un autobús, una caravana, un
vehículo industrial o un barco. La instalación de calefacción, por
ejemplo una calefacción fija o una calefacción de gas en un
autobús, está presente de todos modos, para mantener el espacio
útil para los ocupantes en un nivel de temperatura agradable. El gas
de escape desde la instalación de quemador se puede utilizar
entonces, después de abandonar el sistema de células de combustible
del reformador, es decir, después de calentar los componentes,
también para la calefacción del espacio útil, cuando sea deseable.
De manera alternativa, el gas de escape se puede descargar
evidentemente también directamente a través de una chimenea al
medio ambiente.
Con preferencia, para esta finalidad, a
continuación del sistema reformador de células de combustible está
conectado en la corriente de gases de escape un intercambiador de
calor, a través del cual se puede calentar, por medio del gas de
escape, el aire para el espacio útil. Este intercambiador de calor
es igualmente componente de la instalación de calefacción y de una
manera correspondiente está presente con frecuencia ya en la
instalación móvil.
Por último, de acuerdo con la invención se
indica un procedimiento para el arranque y/o funcionamiento de un
sistema reformador de células de combustible. En este caso, -como se
ha representado anteriormente- el gas de escape es conducido hacia
al menos dos componentes, a saber, hacia al menos uno de los
subsistemas de reformador y/o hacia la célula de combustible. El
gas de escape circula a través de los componentes respectivos de
acuerdo con su nivel de temperatura en secuencia decreciente.
Éstas y otras ventajas y características de la
invención se explican en detalle a continuación con la ayuda de
ejemplos con la colaboración de las figuras que se acompañan. En
este caso:
La figura 1 muestra la estructura esquemática de
un sistema reformador de células de combustible de acuerdo con la
invención.
La figura 2 muestra otra forma de realización
del sistema reformador de células de combustible de acuerdo con la
invención.
La figura 3 muestra de forma esquemática una
realización del sistema de la figura 2, y
La figura 4 muestra de forma esquemática otra
forma de realización de la invención.
La figura 1 muestra de forma esquemática la
estructura de un sistema reformador de células de combustible de
acuerdo con la invención.
Un reformador 1 sirve para la generación de un
gas rico en hidrógeno a partir de un combustible primario. El
reformador 1 está constituido de manera conocida por varios
subsistemas de reformador 2, 3, 4. A ellos pertenecen, por ejemplo,
las instalaciones de reformador propiamente dichas (por ejemplo,
reformador de vapor, dispositivo para la oxidación parcial, reactor
de craqueo, reforma autotérmica), evaporador, fases de desviación,
fases de purificación fina de gas e intercambiador de calor. Un
ejemplo de un reformador 1 típico se explica en detalle a
continuación con la ayuda de la figura 3.
A continuación del reformador 1 está conectada
una célula de combustible 5. Como ya se ha indicado anteriormente,
el concepto de célula de combustible se utiliza, en general, para
una célula de combustible individual, pero también para una pila
(stack) de células de combustible o varias pilas de células de
combustible. La estructura de principio y el tipo de función de la
célula de combustible 5 se conocen, de manera que no es necesaria
una descripción detallada. En principio, la célula de combustible 5
genera una corriente eléctrica utilizando gas rico en hidrógeno,
que es alimentado a la misma desde el reformador 1.
Las corrientes de medios (de gas) habituales en
los sistemas reformadores de células de combustible, especialmente
las corrientes de gas de combustión primario y de gas reformado,
agua, aire de reacción, no se representan en la figura 1, porque no
afectan a la invención.
En su lugar, de acuerdo con la invención, está
previsto un quemador 6, al que se alimentan aire y gas,
especialmente también el combustible primario y que genera un gas
de escape caliente. El gas de escape caliente es conducido al
reformador 1 a través de un canal de circulación de gas de escape 7
que sirve como instalación de conducción de gas de escape.
El quemador 6 está previsto en el exterior del
reformador 1 y de la célula de combustible 5. Por lo tanto, se
diferencia de otros quemadores internos posibles, que pueden estar
dispuestos en componentes individuales de manera conocida.
En este caso, los diferentes subsistemas de
reformador 2, 3, 4 están dispuestos en el reformador 1 unos detrás
de otros en una secuencia, que corresponde a los gradientes de
temperatura de su temperatura de funcionamiento respectiva. Esto
significa que el gas de escape caliente llega a través del canal de
circulación de gas de escape 7 en primer lugar al subsistema de
reformador 2, que necesita la temperatura máxima de funcionamiento.
Allí el gas de escape cede una parte de su energía térmica, de
manera que se puede llevar un espacio de reacción en el subsistema
de reformador 2 a la temperatura de funcionamiento necesaria.
Idealmente, el gas de escape abandona el subsistema de
refor-
mador 2 con una temperatura, que corresponde a la temperatura de funcionamiento del subsistema de reformador 2.
mador 2 con una temperatura, que corresponde a la temperatura de funcionamiento del subsistema de reformador 2.
A continuación, el gas de escape llega a través
del canal de circulación de gas de escape 7 hasta el siguiente
subsistema de reformador 3, que trabaja con una temperatura de
funcionamiento más baja. Aunque el gas de escape se ha refrigerado,
en efecto, un poco en el tiempo intermedio, el sistema está
concebido de tal forma que el gas de escape presenta siempre
todavía calor suficiente para alimentar en una medida suficiente
también el subsistema de reformador 3. De una manera similar,
también los otros subsistemas de reformador son recorridos por la
corriente sucesivamente en la secuencia decreciente de sus
temperaturas de funcionamiento. A continuación se puede alimentar
el gas de escape a través del canal de circulación de gas de escape
7 también todavía a la célula de combustible, donde se cede más
calor.
En este caso, en el transcurso del tiempo, la
temperatura del gas de escape que abandona el subsistema de
reformador respectivo debería corresponder, en el instante de la
salida desde el subsistema de reformador, a la temperatura de
funcionamiento del subsistema de reformador respectivo.
Evidentemente, el técnico es libre o bien para
dejar circular la corriente de gas de escape a través de todos los
componentes (subsistemas de reformador 2, 3, 4, célula de
combustible 5) del sistema, o para seleccionar solamente algunos de
los componentes. De esta manera, en general, es posible que algunos
componentes en el sistema no requieran calor adicional desde el
exterior, ya sea porque trabajan de forma insensible al calor o
porque el calor de reacción que se genera en ellos es siempre
suficiente para mantener la temperatura de funcionamiento
necesaria.
La figura 2 muestra otra forma de realización
del sistema reformador de células de combustible de acuerdo con la
invención con un circuito combinado en serie y en paralelo de varios
subsistemas de reformador.
El gas de escape desde el quemador 6 es
conducido a través del canal de circulación de gas de escape 7 hasta
el reformador 1. En éste están dispuestos en paralelo varios
subsistemas de reformador, a saber, con los signos de referencia
8a, 8b y 8c, de manera que son recorridos al mismo tiempo por la
corriente de gas de escape. A continuación de los subsistemas de
reformador 8a a 8c están conectados otros subsistemas de reformador
9a, 9b y 9c, de manera que entre 8a y 9a, 8b y 9b así como 8c y 9c
está realizado un circuito en serie (circulación en serie).
Evidentemente, las corrientes de gas de escape se pueden conducir
también de otra manera, por ejemplo desde el subsistema de
reformador 8a hacia el subsistema de reformador 9c o hacia los
subsistemas de reformador 9a y 9b. De la misma manera, es posible
que las corrientes de gas de escape se mezclen de nuevo, después de
haber atravesado los componentes individuales en primer lugar
separados. Los subsistemas de reformador 9a a 9c son recorridos por
la corriente entonces de nuevo en paralelo. Solamente a continuación
se reúne de nuevo el gas de escape en el canal de circulación de
gas de escape 7 y se conduce a la célula de combustible 5. Después
de abandonar la célula de combustible 5, el gas de escape se puede
utilizar de nuevo posteriormente para la calefacción de un espacio
útil o se puede descargar a través de una chimenea al medio
ambiente.
El concepto del canal de circulación de gas de
escape 7 se selecciona en representación de una pluralidad de
canales individuales, que se pueden prever de acuerdo con los
requerimientos en los componentes y también entre los componentes.
Aquí se deja a la decisión del técnico dimensionar los canales en lo
que se refiere a su número, longitud, forma y dimensión de la
sección transversal, de manera que se puede descargar la cantidad
de calor deseado desde el gas de escape a través de la superficie
exterior del canal hacia el medio ambiente del canal, es decir,
especialmente el componente respectivo. Los canales se pueden
conducir en el exterior a lo largo de los componentes, de manera
que el calor del gas de escape debe llegar a través de las paredes
exteriores de los componentes hasta el interior, para actuar en el
espacio de reacción respectivo.
De manera alternativa a ello, los canales que
conducen el gas de escape se pueden conducir también a los espacios
de reacción propiamente dichos o bien lo más cerca posible de los
espacios de reacción (paredes interiores), para facilitar la
transmisión de calor desde el gas de escape hacia el espacio de
reacción.
La figura 3 muestra esquemáticamente una
realización concreta del sistema descrito ya en general en la figura
2.
De acuerdo con ello, el gas de escape es
alimentado desde el quemador 6 a través del canal de circulación de
gas de escape 7 (evidentemente deben preverse aquí varios canales)
en paralelo hacia el reformador de vapor 10 y un intercambiador de
calor 11. A continuación, el gas de escape desde el reformador de
vapor 10 es conducido a un intercambiador de calor 12, y el gas de
escape desde el intercambiador de calor 11 es conducido a un
evaporador 13. A continuación de éste está conectada una fase de
desviación 14, a la que sigue de nuevo una fase de purificación
fina de gas 15. A continuación, el gas de escape llega a la célula
de combustible 5.
Como se ha representado anteriormente, los
diferentes componentes son recorridos por la corriente en función
de sus temperaturas en secuencia decreciente. De esta manera, el
reformador de vapor 10 y el intercambiador de calor 11 presentan
una temperatura de funcionamiento de 650 a 750ºC para el
calentamiento del gas de alimentación/evaporador. El intercambiador
de calor 12 conectado a continuación para la refrigeración del
producto reformado así como el evaporador 13 trabajan con
temperaturas de 400 a 500ºC. En cambio, la temperatura de
funcionamiento de la fase de desviación 14 conectada de nuevo a
continuación está entre 300 y 350ºC. La purificación fina del gas
signo de referencia 15) se realiza, en cambio, solamente con 180 a
250ºC. La célula de combustible es accionada, finalmente, en un
intervalo de temperatura de 50 a 90ºC.
Los niveles de temperatura se pueden variar
según el tipo y configuración del sistema reformador así como según
el tipo del combustible a reformar.
La figura 4 muestra otra forma de realización de
la invención. Para la simplificación, los mismos componentes y
elementos de construcción, que ya se han explicado anteriormente,
por ejemplo, con referencia a la figura 1, se designan de la misma
manera en la figura 4.
A diferencia de la forma de realización de la
figura 1, en la figura 4 la instalación de conducción del gas de
escape 7 presenta una primera sección de conducción 16 y una segunda
sección de conducción 17. De esta manera, se divide el gas de
escape desde el quemador 6 en dos corrientes.
El gas de escape conducido a través de la
primera sección de conducción 16 es conducido hacia los subsistemas
de reformador 2, 3, 4. El gas de escape en la segunda sección de
conducción 17, en cambio, es conducido directamente hacia la célula
de combustible 5. De esta manera, es posible un calentamiento
directo de la célula de combustible 5.
Para completar, se alimenta aire adicional 18 al
gas de escape en la segunda sección de conducción 17, para reducir
la temperatura del gas de escape en la segunda sección de conducción
17 y para evitar de esta manera un calentamiento demasiado fuerte
de la célula de combustible 5.
Para el soporte de la corriente de aire
adicional está previsto un soplante 19 que sirve como instalación de
transporte de aire adicional.
El aire adicional 18 se puede ramificar delante
del quemador 6 desde el aire primario alimentado al quemador 6.
El soplante 19 se puede accionar también cuando
el quemador 6 está desconectado. En este caso, el soplante 19
transporta el aire adicional 18 hacia la célula de combustible 15
para refrigerar la célula de combustible 5 en el funcionamiento.
En una variante no representada de la figura 4,
se alimenta también aire adicional a subsistemas de reformador
individuales para ajustar su temperatura al valor deseado de la
temperatura de funcionamiento.
Las ventajas de la disposición de acuerdo con la
invención consisten en una estructura compacta, una calefacción
directa selectiva de subsistemas de reformador y de la célula de
combustible a sus niveles respectivos de temperatura de
funcionamiento, en la posibilidad de prescindir de intercambiadores
de calor o medios de transporte de calor adicionales, en una
protección frente a recalentamiento de subsistemas críticos de
temperatura como la célula de combustible y las fases de
purificación de gas así como en una regulación simplificada del
proceso de calefacción.
En principio, el sistema de acuerdo con la
invención no sólo es adecuado para el arranque del sistema, sino
también para la preparación de energía térmica en el funcionamiento
con potencia reducida (modo de carga parcial), cuando el calor de
pérdida interno del sistema reformador 1 y de la célula de
combustible 5 no es suficiente para mantener el sistema en el nivel
necesario de temperatura de funcionamiento. En el funcionamiento
normal, a plena carga, en cambio, la preparación del calor se
realiza habitualmente a través de quemadores integrados no
representados en los subsistemas de reformador individuales (por
ejemplo, en el reformador de vapor 10 y en el evaporador 13).
Entonces se puede desconectar el quemador 6. Evidentemente, el
sistema de acuerdo con la invención se puede utilizar también en el
modo a plena carga. De la misma manera, el calor de reacción que se
produce durante el funcionamiento en los subsistemas de reformador y
en la célula de combustible 5 se puede utilizar para el
abastecimiento de calor. Adicionalmente, se pueden conectar también
aquí quemadores externos.
En la instalación de reformador utilizada en el
reformador 1 se puede tratar de una instalación de reformador
autotérmica, un reformador de vapor, un dispositivo para la
oxidación parcial o un reactor de craqueo. Como forma de
realización preferida se contempla un reformador de vapor. En la
preparación siguiente del gas pueden encontrar aplicación una
desviación de alta y de baja temperatura, una oxidación selectiva y
una metanización. Los subsistemas de reformador pueden presentar,
en principio, cualquier forma geométrica, siendo aplicable como
forma de realización preferida la estructura como reactores de
placas, puesto que aquí se pueden integrar de manera especialmente
sencilla canales de calefacción (para el canal de circulación de gas
de escape 7), por ejemplo como canales de intercambio de calor de
corriente cruzada, en los componentes individuales. Como tipos de
células de combustible son adecuadas de la misma
manera células de combustible de membrana de electrolito de polímero de baja de temperatura y de alta temperatura.
manera células de combustible de membrana de electrolito de polímero de baja de temperatura y de alta temperatura.
Como quemador externo 6 se puede emplear, en
principio, cualquier forma de realización de quemador opcional. De
prefiere un quemador superficial con baja altura de la llama, por
ejemplo un quemador con superficie cerámica o metálica o bien con
una superficie de materiales de fibras, como por ejemplo una estera
de fibras de cerámica recubierta con carburo de silicio.
En principio, el sistema reformador de células
de combustible de acuerdo con la invención puede estar configurado
como una unidad o como sistema individual separado como disposición
separada en el espacio. Para la mayoría de los casos de aplicación,
sin embargo, se agrupan en un subsistema aquellos sistemas
individuales (componentes), que presentan niveles idénticos o muy
similares de temperatura de funcionamiento.
En caso de utilización de células de combustible
de membrana de electrolito de polímero de alta temperatura, que
presentan una compatibilidad CO esencialmente más elevada que las
células de combustible de membrana de electrolito de polímero de
baja temperatura, se puede suprimir la fase de purificación fina del
gas 15 (figura 3) y en su lugar puede entrar la célula de
combustible con un nivel de temperatura de funcionamiento entre
temperatura ambiente y 250ºC, con preferencia entre 140 y 200ºC.
Los canales individuales del canal de
circulación de gas de escape 7 para la conducción de los gases de
escape del quemador en los subsistemas de reformador así como en la
célula de combustible pueden presentar geometrías discrecionales.
Se prefieren por razones de fabricación (técnica de decapado y de
estampación; láser; erosión) canales longitudinales, es decir,
canales que se extienden rectos con sección transversal en gran
medida rectangular. La posición de los canales de circulación de
gas de escape 7 con respecto a los canales no representados con los
reactivos (corrientes de medios propiamente dichas) puede ser
discrecional. Las formas de realización preferidas son canales
cruzados, en los que los canales de circulación de gas de escape 7 y
los otros canales de medios se cruzan. Su número y disposición en
los componentes individuales se ajusta a los niveles necesarios de
la temperatura de funcionamiento, a la geometría de los canales de
circulación del gas de escape, a la masa de los componentes
individuales, que deben calentarse, así como a la calidad de la
transmisión de calor. De manera más conveniente, los canales de gas
de escape están diseñados de tal forma que se puede conseguir un
máximo de la transmisión de calor y un mínimo de la caída de presión
en la corriente de gas de escape.
Entre las fases individuales del sistema
reformador de células de combustible se puede realizar un
aislamiento térmico contra transmisión de calor no deseada a través
de materiales de aislamiento y/o a través del distanciamiento
correspondiente entre los componentes. Las distancias espaciales
preferidas entre las fases, que trabajan con diferentes niveles de
temperatura de funcionamiento, están en una disposición separada en
el espacio entre 5 y 100 mm; especialmente preferidas son
distancias entre 10 y 40 mm.
De manera más conveniente, se recomienda para el
sistema reforzador de células de combustible completo para la
reducción al mínimo de las pérdidas de calor hacia el exterior y
para la obturación de la conducción de la circulación de gas de
escape un alojamiento con material aislante y con una carcasa
hermética al gas.
El sistema reformador de células de combustible
de acuerdo con la invención se puede emplear preferentemente para
la alimentación de corriente de a bordo en instalaciones móviles,
como por ejemplo autobuses, caravanas, vehículos industriales o
barcos. Tales instalaciones móviles presentan un espacio útil, como
por ejemplo una cabina de conductor, un camarote o una vivienda de
una caravana o de un autobús. No obstante, el sistema reformador de
células de combustible no sólo está concebido para aplicaciones
móviles, sino también para aplicaciones estacionarias. Las
magnitudes de potencia preferidas se extienden hasta 3 kW
(eléctrico), se prefieren especialmente potencias eléctricas entre
50 y 500 W. Como combustibles preferidos sirven propano o mezclas de
propano y butano, pero también se pueden emplear de la misma manera
otros compuestos hidrocarburos líquidos o en forma de gas (por
ejemplo, Diesel, gasolina, metanol o
bio-combustibles) con una preparación
correspondiente del combustible.
Claims (31)
1. Sistema reformador de células de
combustible, con
- -
- varios componentes, a saber
- +
- varios subsistemas de reformador (2, 3, 4; 8, 9, 10-15), que forman un reformador (1) para la generación de un gas rico en hidrógeno a partir de un combustible primario, y
- +
- una célula de combustible (5) de membrana de electrolito de polímero de baja temperatura o una célula de combustible (5) de membrana de electrolito de alta temperatura para la generación de corriente eléctrica utilizando el gas rico en hidrógeno; y con
- -
- una instalación de quemador (6), dispuesta fuera del reformador (1) y de la célula de combustible (5), para la generación de un gas de escape caliente,
\hskip0,7cmcaracterizado porque
- -
- está prevista una instalación de conducción (7) de gases de escape, para la conducción del gas de escape hacia al menos dos de los componentes, a saber, hacia al menos uno de los subsistemas de reformador (2, 3, 4; 8, 9; 10-15) y hacia la célula de combustible (5); y porque
- -
- a través de la instalación de conducción (7) de gases de escape se determina la vía de circulación del gas de escape, de tal manera que los componentes son atacados por la corriente y/o atravesados por la corriente de acuerdo con su nivel respectivo de temperatura de funcionamiento de forma sucesiva en secuencia decreciente de la temperatura.
2. Sistema reformador de células de combustible,
con
- -
- varios componentes, a saber
- +
- varios subsistemas de reformador (2, 3, 4; 8, 9, 10-15), que forman un reformador (1) para la generación de un gas rico en hidrógeno a partir de un combustible primario, y
- +
- una célula de combustible (5) de membrana de electrolito de polímero de baja temperatura o una célula de combustible (5) de membrana de electrolito de alta temperatura para la generación de corriente eléctrica utilizando el gas rico en hidrógeno; y con
- -
- una instalación de quemador (6), dispuesta fuera del reformador (1) y de la célula de combustible (5), para la generación de un gas de escape caliente,
\hskip0,7cmcaracterizado porque
- -
- está prevista una instalación de conducción (7) de gases de escape, para la conducción del gas de escape hacia al menos dos de los componentes, a saber, hacia al menos uno de los subsistemas de reformador (2, 3, 4; 8, 9; 10-15) y hacia la célula de combustible (5);
- -
- la instalación de conducción (7) de gases de escape está dividida aguas debajo de la instalación de quemador (6) y aguas arriba de los componentes en una primera sección de conducción (16) y en una segunda sección de conducción (17);
- -
- a través de la primera sección de conducción (16) se conduce gas de escape hacia varios subsistemas de reformador (2, 3, 4; 8, 9; 10-15):
- -
- a través de la instalación de conducción (7) de gases de escape se determina la vía de circulación del gas de escape, de tal manera que al menos una parte de los subsistemas de reformador (2, 3, 4; 8, 9; 10-15) respectivos son atacados por la corriente y/o atravesados por la corriente de acuerdo con su nivel respectivo de temperatura de funcionamiento de forma sucesiva en secuencia decreciente de la temperatura; y porque
- -
- a través de la segunda sección de conducción (17) se conduce gas de escape hacia la célula de combustible (5).
3. Sistema reformador de células de combustible
de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque
la instalación de conducción de gas de escape está configurado de
tal forma que los componentes son atacados por la corriente de gas
de escape desde el exterior y el calor del gas de escape es
transmitido desde el exterior a través de paredes a espacios de
reacción de los componentes.
4. Sistema reformador de células de combustible
de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3,
caracterizado porque la instalación de conducción de gases
de escape presenta canales para la conducción del gas de escape.
5. Sistema reformador de células de combustible
de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque los
canales están dispuestos en espacios de reacción de los
componentes.
6. Sistema reformador de células de combustible
de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5,
caracterizado porque de acuerdo con la necesidad de calor de
un componente respectivo, que depende del calor necesario para la
consecución de la temperatura de funcionamiento en el componente, se
adapta la superficie de los canales que es efectiva para una
transmisión de calor desde el gas de escape hacia el espacio de
reacción respectivo.
7. Sistema reformador de células de combustible
de acuerdo con una de las reivindicaciones 4 a 6,
caracterizado porque la longitud, número, forma de la
sección transversal y/o dimensión de la sección transversal de un
canal asociado a un componente están adaptados a la necesidad de
calor del componente.
8. Sistema reformador de células de combustible
de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7,
caracterizado porque en los componentes están previstos
canales de calefacción, que pueden ser atravesados de la misma
manera por la corriente de gas de escape alimentado desde la
instalación de conducción de gas de escape y por un gas caliente
generado durante el funcionamiento del sistema en los componentes
propiamente dichos.
9. Sistema reformador de células de combustible
de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8,
caracterizado porque la instalación de conducción del gas de
escape (7) posibilita una circulación en serie a través de al menos
una parte de los componentes.
10. Sistema reformador de células de combustible
de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9,
caracterizado porque la instalación de conducción (7) de
gases de escape posibilita una circulación en paralelo a través de
al menos una parte de los subsistemas de reformador.
11. Sistema reformador de células de combustible
de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10,
caracterizado porque se alimenta aire adicional (18) al
menos a uno de los componentes.
12. Sistema reformador de células de combustible
de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado porque se
mezcla aire adicional (18) con el gas de escape en la segunda
sección de conducción (17).
13. Sistema reformador de células de combustible
de acuerdo con la reivindicación 11 ó 12, caracterizado
porque a través de la segunda sección de conducción (17) se conduce
gas de escape hacia un intercambiador de calor, a través del cual
se calienta aire adicional (18), que se alimenta a la célula de
combustible (5).
14. Sistema reformador de células de combustible
de acuerdo con una de las reivindicaciones 11 a 13,
caracterizado porque el aire adicional (18) es ramificado
desde un aire primario, que se alimenta a la instalación de quemador
(6).
15. Sistema reformador de células de combustible
de acuerdo con una de las reivindicaciones 11 a 14,
caracterizado porque el aire adicional (18) es transportado
de manera forzada desde una instalación de transporte de aire
adicional (19).
16. Sistema reformador de células de combustible
de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque la
instalación de transporte de aire adicional (19) es activada de
manera independiente de un estado de funcionamiento de la
instalación de quemador (6).
17. Sistema reformador de células de combustible
de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 16,
caracterizado porque están dispuestos adyacentes entre sí
aquellos componentes que requieren una temperatura de funcionamiento
lo más similar posible.
18. Sistema reformador de células de combustible
de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 17,
caracterizado porque los componentes están dispuestos en
función de su temperatura de funcionamiento respectiva adyacentes
entre sí y/o de forma sucesiva en secuencia decreciente de la
temperatura.
19. Sistema reformador de células de combustible
de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 18,
caracterizado porque los subsistemas de reformador son
componentes, seleccionados a partir del grupo de instalación de
reformador (10), evaporador (13), una o varias fases de desviación
(14), una o varias fases de purificación fina de gas (15) y/o uno o
varios intercambiadores de calor (11, 12).
20. Sistema reformador de células de combustible
de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 19,
caracterizado porque entre componentes adyacentes está
previsto un aislamiento térmico.
21. Sistema reformador de células de combustible
de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 20,
caracterizado porque al menos dos de los componentes forman
una unidad constructiva.
22. Sistema reformador de células de combustible
de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 21,
caracterizado porque al menos dos de los componentes
adyacentes entre sí están dispuestos separados uno del otro en el
espacio.
23. Sistema reformador de células de combustible
de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 22,
caracterizado porque la instalación de quemador (6) es
accionada con el combustible primario.
24. Sistema reformador de células de combustible
de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 23,
caracterizado porque
- -
- a la instalación de quemador (6) se alimenta aire primario para la combustión del combustible primario y para la generación del gas de escape;
- -
- se alimenta aire secundario al gas de escape.
25. Sistema reformador de células de combustible
de acuerdo con la reivindicación 24, caracterizado porque el
aire secundario es alimentado de manera forzada a través de una
instalación de transporte de aire secundario.
26. Sistema reformador de células de combustible
de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 25,
caracterizado porque la instalación de quemador (6) es
accionada con estequiometrías del aire de \lambda = 1,0 a 4,0,
con preferencia \lambda = 1,2 a 3,0.
27. Sistema reformador de células de combustible
de acuerdo con la reivindicación 26, caracterizado porque la
estequiometría del aire y/o la potencia térmica de la instalación de
quemador (6) se establece en función de la temperatura de
funcionamiento de aquel componente que presenta el valor máximo de
la temperatura de funcionamiento.
28. Sistema reformador de células de combustible
de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 27,
caracterizado porque está prevista una instalación de
alimentación de aire para la alimentación de aire de la combustión
hacia la instalación de quemador (6), y porque la instalación de
alimentación de aire sirve, además, para el transporte del gas de
escape a través de la instalación de conducción de gas de
escape.
29. Sistema reformador de células de combustible
de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 28,
caracterizado porque
- -
- la instalación de quemador (6) es componente de una instalación de calefacción para la generación de calor para un espacio útil; y porque
- -
- el gas de escape desde la instalación de quemador (6) es utilizado, después de abandonar el sistema de reformador de células de combustible, para la calefacción del espacio útil.
30. Sistema reformador de células de combustible
de acuerdo con la reivindicación 29, caracterizado porque a
continuación del sistema reformador de células de combustible está
conectado, en la corriente del gas de escape, un intercambiador de
calor para el calentamiento de aire ara el espacio útil.
31. Procedimiento para el arranque y/o el
funcionamiento de un sistema reformador de células de combustible,
en el que el sistema reformador de células de combustible
presenta:
- -
- varios componentes, a saber
- +
- varios subsistemas de reformador (2, 3, 4; 8, 9, 10-15), que forman un reformador (1) para la generación de un gas rico en hidrógeno a partir de un combustible primario, y
- +
- una célula de combustible (5) de membrana de electrolito de polímero de baja temperatura o una célula de combustible (5) de membrana de electrolito de alta temperatura para la generación de corriente eléctrica utilizando el gas rico en hidrógeno; así como
- -
- una instalación de quemador (6), dispuesta fuera del reformador (1) y de la célula de combustible (5), para la generación de un gas de escape caliente,
\hskip0,7cmcaracterizado porque
- -
- el gas de escape es conducido hacia al menos dos componentes, a saber, hacia al menos uno de los subsistemas de reformador (2, 3, 4; 8, 9; 10-15) y hacia la célula de combustible (5); y porque
- -
- la corriente de gas de escape ataca y/o atraviesa los componentes respectivos de acuerdo con su nivel respectivo de la temperatura de funcionamiento de forma sucesiva en secuencia descendente.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP05005761A EP1703578B1 (de) | 2005-03-16 | 2005-03-16 | Reformer-Brennstoffzellen-System mit externem Brenner |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2331078T3 true ES2331078T3 (es) | 2009-12-21 |
Family
ID=34934312
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES05005761T Expired - Lifetime ES2331078T3 (es) | 2005-03-16 | 2005-03-16 | Sistema reformador de celulas de combustible con quemador exterior. |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7851098B2 (es) |
| EP (1) | EP1703578B1 (es) |
| JP (1) | JP4820404B2 (es) |
| AT (1) | ATE443353T1 (es) |
| AU (1) | AU2006201057B2 (es) |
| CA (1) | CA2617308C (es) |
| DE (1) | DE502005008135D1 (es) |
| ES (1) | ES2331078T3 (es) |
| WO (1) | WO2006097298A1 (es) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100178577A1 (en) * | 2006-09-27 | 2010-07-15 | Junji Morita | Fuel cell system |
| US8124289B2 (en) | 2007-01-22 | 2012-02-28 | Rolls-Royce Fuel Cell Systems (Us) Inc. | Multistage combustor and method for starting a fuel cell system |
| JP5225604B2 (ja) * | 2007-04-09 | 2013-07-03 | 株式会社日立製作所 | 固体酸化物形燃料電池およびその発電方法 |
| DE102007055179A1 (de) * | 2007-11-19 | 2009-05-20 | Enymotion Gmbh | Brennstoffzellensystem und Verfahren zu dessen Betrieb |
| JP2009266541A (ja) * | 2008-04-24 | 2009-11-12 | Nippon Oil Corp | 間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システムの運転方法 |
| EP2200114B1 (de) * | 2008-12-19 | 2013-10-16 | Truma Gerätetechnik GmbH & Co. KG | Reformer-Brennstoffzellen-System |
| KR101755379B1 (ko) * | 2016-11-15 | 2017-07-10 | 국방과학연구소 | 잠수함용 연료 개질 시스템 |
| AU201712794S (en) | 2016-11-23 | 2017-05-23 | Dometic Sweden Ab | Ventilation and air conditioning apparatus |
| DE102017001564B4 (de) | 2017-02-20 | 2020-01-16 | Diehl Aerospace Gmbh | Verfahren zum Starten einer Brennstoffzellenanordnung und Brennstoffzellenanordnung |
| AU2018366469B2 (en) | 2017-11-16 | 2024-09-12 | Dometic Sweden Ab | Air conditioning apparatus for recreational vehicles |
| USD905217S1 (en) | 2018-09-05 | 2020-12-15 | Dometic Sweden Ab | Air conditioning apparatus |
| DE102018133529A1 (de) | 2018-12-21 | 2020-06-25 | Siqens Gmbh | Brennersystem sowie Verfahren zum Bereitstellen von thermischer Energie |
| IT201900019193A1 (it) | 2019-10-17 | 2021-04-17 | Dometic Sweden Ab | Apparato di condizionamento dell'aria per veicoli ricreativi |
| WO2022033994A1 (de) | 2020-08-14 | 2022-02-17 | Siqens Gmbh | Temperiervorrichtung für einen stapelartigen energiespeicher oder -wandler sowie ein brennstoffzellenstapel mit einer solchen temperiervorrichtung |
Family Cites Families (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19706584C2 (de) * | 1997-02-21 | 2002-09-26 | Aeg Energietechnik Gmbh | Hochtemperaturbrennstoffzellen mit Erwärmung des Reaktionsgases |
| DE19910387A1 (de) | 1999-03-09 | 2000-09-21 | Siemens Ag | Brennstoffzellenbatterie mit Heizung und verbesserter Kaltstartperformance und Verfahren zum Kaltstarten einer Brennstoffzellenbatterie |
| DE19931061A1 (de) | 1999-07-01 | 2001-01-11 | Mannesmann Ag | Anordnung zum Beheizen/Kühlen einer Brennstoffzelle und Brennstoffzellensystem |
| DE19942195A1 (de) * | 1999-09-03 | 2001-03-08 | Merck Patent Gmbh | Latentwärmespeicher für Brennstoffzellen |
| JP2001080904A (ja) * | 1999-09-08 | 2001-03-27 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料改質器 |
| JP2001106506A (ja) * | 1999-10-06 | 2001-04-17 | Mitsubishi Electric Corp | 改質器用燃焼装置 |
| DE10032059A1 (de) | 2000-07-05 | 2002-01-17 | Mir Chem Gmbh | Vorrichtung zum Ausführen einer katalytischen Rohrreaktion |
| JP2002053306A (ja) * | 2000-08-09 | 2002-02-19 | Babcock Hitachi Kk | 水素製造装置と該水素製造装置を用いる燃料電池システム |
| DE10040539A1 (de) | 2000-08-18 | 2002-03-07 | Aral Ag & Co Kg | Membranreaktor und Verfahren zur Herstellung von hochreinem Wasserstoffgas |
| JP2002179403A (ja) * | 2000-12-07 | 2002-06-26 | Isuzu Ceramics Res Inst Co Ltd | 天然ガス改質システム及び天然ガス改質装置 |
| DE10104607A1 (de) * | 2001-02-02 | 2002-08-14 | Xcellsis Gmbh | Gaserzeugungssystem für ein Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betrieb eines Gaserzeugungssystems |
| JP2002289245A (ja) * | 2001-03-23 | 2002-10-04 | Toyota Motor Corp | 改質部を備える燃料電池システム |
| DE10118618A1 (de) | 2001-04-12 | 2002-10-17 | Mir Chem Gmbh | Katalytische Reinigung eines Wasserstoffstromes von Kohlenmonoxid in einer Mini-Reaktor-Anlage mit Vorvermischung |
| JP2003040605A (ja) * | 2001-07-31 | 2003-02-13 | Daikin Ind Ltd | 改質装置及び燃料電池システム |
| JP3627687B2 (ja) * | 2001-08-24 | 2005-03-09 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池の改質装置 |
| JP3807361B2 (ja) * | 2002-02-08 | 2006-08-09 | 日産自動車株式会社 | 燃料改質システムおよび燃料電池システム |
| US7410016B2 (en) * | 2002-06-24 | 2008-08-12 | Delphi Technologies,Inc. | Solid-oxide fuel cell system having a fuel combustor to pre-heat reformer on start-up |
| JP3994825B2 (ja) * | 2002-08-28 | 2007-10-24 | ダイキン工業株式会社 | 燃料電池発電システム |
| DE10315225B4 (de) * | 2003-03-31 | 2005-06-30 | Alutec Metallwaren Gmbh & Co. | Wärmetauscher |
| DE10324213A1 (de) * | 2003-05-28 | 2004-12-16 | Robert Bosch Gmbh | Brennstoffzellenvorrichtung |
| EP1639660A4 (en) * | 2003-06-27 | 2009-12-02 | Ultracell Corp | EFFICIENT SYSTEMS OF FUEL MICROPILES AND RELATED METHODS |
| JP2006199543A (ja) * | 2005-01-21 | 2006-08-03 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 化学変換装置の運転方法、燃料改質装置の運転方法及び燃料電池の運転方法 |
-
2005
- 2005-03-16 AT AT05005761T patent/ATE443353T1/de not_active IP Right Cessation
- 2005-03-16 DE DE502005008135T patent/DE502005008135D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2005-03-16 ES ES05005761T patent/ES2331078T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2005-03-16 EP EP05005761A patent/EP1703578B1/de not_active Expired - Lifetime
-
2006
- 2006-03-14 AU AU2006201057A patent/AU2006201057B2/en not_active Ceased
- 2006-03-15 US US11/375,947 patent/US7851098B2/en active Active
- 2006-03-15 WO PCT/EP2006/002397 patent/WO2006097298A1/de not_active Ceased
- 2006-03-15 JP JP2008501227A patent/JP4820404B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2006-03-15 CA CA2617308A patent/CA2617308C/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE502005008135D1 (de) | 2009-10-29 |
| JP4820404B2 (ja) | 2011-11-24 |
| CA2617308A1 (en) | 2006-09-21 |
| EP1703578A1 (de) | 2006-09-20 |
| ATE443353T1 (de) | 2009-10-15 |
| JP2008532908A (ja) | 2008-08-21 |
| EP1703578B1 (de) | 2009-09-16 |
| AU2006201057B2 (en) | 2008-05-15 |
| WO2006097298A1 (de) | 2006-09-21 |
| US7851098B2 (en) | 2010-12-14 |
| AU2006201057A1 (en) | 2006-10-05 |
| CA2617308C (en) | 2012-01-10 |
| US20060210848A1 (en) | 2006-09-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5026662B2 (ja) | 燃料電池系及び該系用のバーナ装置 | |
| AU2004237256B2 (en) | Thermally integrated fuel cell system | |
| JP3088099B2 (ja) | 燃料セル装置 | |
| US6447736B1 (en) | System for the water vapor reforming of a hydrocarbon | |
| ES2387212T3 (es) | Flujo de aire mejorado de la campana de flujo de un apilamiento de celdas de combustible utilizando un dispositivo de distribución de aire | |
| US8038960B2 (en) | Reformer | |
| US10505212B2 (en) | Solid oxide fuel cell apparatus | |
| CN101500940A (zh) | 氢生成装置以及燃料电池系统 | |
| ES2381603T3 (es) | Sistema de celdas de combustible y procedimiento para su funcionamiento | |
| JP2009076365A (ja) | 燃料電池装置 | |
| JP2022507791A (ja) | 燃料電池システム、その使用及びその動作の方法 | |
| JP4820404B2 (ja) | 外部燃焼器を有する改質燃料電池システム | |
| WO2012066174A9 (es) | Sistema procesador de etanol integrado en un sistema de propulsión independiente de aire | |
| JP5129452B2 (ja) | 燃料電池発電システム | |
| JP4614515B2 (ja) | 燃料電池用の改質装置 | |
| JP2016139470A (ja) | 燃料電池モジュール | |
| JP4968984B2 (ja) | 燃料電池用改質装置 | |
| WO2015018963A2 (es) | Reformador multitubular para un sistema de reformado de hidrocarburos y alcoholes y sistema de reformado de hidrocarburos y alcoholes que lo comprende y procedimiento asociado | |
| ES2358214T3 (es) | Sistema de procesado de combustible. | |
| CN114730894B (zh) | 燃料电池模块 | |
| JP2007314419A (ja) | 水素含有ガス生成装置の運転制御方法 | |
| BRPI0621742A2 (pt) | sistema de célula de combustìvel | |
| CN101605719B (zh) | 氢生成装置 | |
| US20210313597A1 (en) | Thermally insulated housing for a heat-producing, heat-radiating device | |
| JP7738051B2 (ja) | 改質ユニットおよび燃料電池装置 |