ES2346885T3

ES2346885T3 - Metodo y aparato para separar liquido de una corriente de gas.

Info

Publication number: ES2346885T3
Application number: ES04758766T
Authority: ES
Inventors: William S. Wheat; David W. Harrison, Sr.; Daniel G. Casey; Kerry K. Spilker
Original assignee: Texaco Development Corp
Current assignee: Texaco Development Corp
Priority date: 2003-04-04
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2010-10-21
Anticipated expiration: 2024-03-30
Also published as: WO2004089498A2; DE602004027617D1; EP1618623A2; EP1618623A4; ATE470963T1; AU2004227990A1; US20080057362A1; AU2004227990B2; CA2521097A1; US20040197622A1; US8426071B2; WO2004089498A3; EP1618623B1; DK1618623T3

Abstract

Un aparato para generar energía que comprende: Un procesador de combustible (95) para producir una corriente de gas reformada rica en hidrógeno (24) que comprende agua, dicho procesador de combustible conectado con un incinerador; Un primer separador (14) conectado al procesador de combustible para separa el agua de la corriente de gas reformada rica en hidrógeno; Una celda de combustible (90) conectada al separador para recibir una corriente de gas reformada rica en hidrógeno vaciada de agua, y producir electricidad y una corriente de gas de escape (26) que comprende agua como productos de una reacción electroquímica; y Un segundo separador (16) conectado a la celda de combustible para separar el agua de la corriente de gas de escape de la celda de combustible. El aparato para generar energía se caracteriza por que al menos una de los primeros y segundos separadores es un aparato (10) para separar el líquido de la corriente de gas que comprende: Un cilindro de carcasa alargado (5) una superficie cilíndrica interna (8); Una entrada de corriente de gas (15) sobre una pared lateral (20) del cilindro de carcasa, dicha entrada de corriente de gas es tangencial a la pared lateral con el fin de hacer que la corriente de gas gire dentro del cilindro de la carcasa; Una salida de corriente de gas (25) localizada en una porción superior (65) del cilindro de la carcasa; Una salida de líquido (35) localizada por debajo de la corriente de gas, la salida de líquido tiene una válvula de salida de líquido (66) para asegurar que mantenga un nivel mínimo de líquido dentro del cilíndrico de la carcasa; y Un sistema de control de válvula (55) para la válvula de salida de líquido (66) en donde el sistema de control de válvula (55) es un sistema de control pasivo y hace que la válvula se mueva a una posición cerrada cuando se logra el nivel mino de líquido en el cilindro de la carcasa.

Description

Método y aparato para separar líquido de una corriente de gas.

Campo de la invención

La presente invención se relaciona con un aparato para generar energía que comprende un aparato compacto para separar líquidos a una corriente de gas tal como se encuentran en los sistemas de procesamiento de combustible y/o de celda de combustible.

Antecedentes de la invención

Las celdas de combustible suministran electricidad de reacciones químicas de oxireducción y poseen ventajas significativas sobre otras formas de generación de energía en términos de limpieza y eficiencia. Típicamente, las celdas de combustible emplean hidrógeno como el combustible y oxígeno como el agente oxidante. La generación de energía es proporcional al índice de consumo de estos reactivos.

Una desventaja significativa que inhibe el uso más amplio de las celdas de combustible es la falta de una infraestructura de hidrógeno ampliamente esparcida. El hidrógeno tiene una densidad de energía volumétrica relativamente baja y es más difícil de almacenar y transportar que los combustibles de hidrocarburo habitualmente utilizados en la mayoría de los sistemas de generación de energía. Una manera de solucionar esta dificultad es el uso de reformadores para convertir una celda, un combustible de hidrocarburo a una corriente de gas rica en hidrógeno que se pueda utilizar como una alimentación para las celdas de combustible.

Los combustibles a base de hidrocarburo, tal como el gas natural, LDPG, gasolina, y diesel, requieren procesos de conversión para ser utilizados como fuentes de combustible para la mayoría de las celdas de combustible. La técnica habitual utiliza procesos multi-etapa que combinan un proceso de conversión inicial con varios procesos de limpieza. El proceso inicial es más a menudo la reforma de vapor (SR), reforma autotérmica (ATR), oxidación parcial catalítica (CPOX), u oxidación parcial no-catalítica (POX) p combinaciones de las mismas. Los procesos de limpieza están usualmente comprendidos de una combinación de desulfurización, cambio de gas-agua a alta temperatura, cambio de agua-gas a baja temperatura, oxidación de CO selectiva, metanación de CO selectiva o combinaciones de las mismas. Los procesos alternativos para recuperar una reforma rico en hidrógeno purificado incluye el uso de reactores de membrana selectivos de hidrógeno y filtros.

Una celda de combustible produce agua como un producto de la reacción electroquímica que ocurre en un pila de celda de combustible. El reformado rico en hidrógeno producido mediante los procesadores de combustible alimentados para una celda de combustible típicamente contiene agua en fases de líquido y vapor como resultado del proceso que reforma el combustible. La operación eficiente de una celda de combustión-sistema de procesamiento de combustible depende de la capacidad de suministra manejo efectivo del agua en el sistema y específicamente para controlar la recuperación del agua en el sistema.

Es deseable recuperar continuamente el agua del producto de celda de combustible de tal manera que este se pueda utilizar para otros propósitos dentro del sistema de celda de combustible tal como suministrar agua al procesador de combustible. También es deseable minimizar la cantidad de agua líquida en las varias corrientes del sistema con el fin de no afectar perjudicialmente los reactores suministrados por tales corrientes. Por ejemplo, el agua líquida se debe eliminar de los gases de escape de la celda de combustible que son suministrados al incinerador con el fin de no ahogar el catalizador de incinerador, o suprimir de otra manera la combustión de los gases de escape en este. De manera similar, es deseable asegurar que la corriente de gas del reformado rico en hidrógeno suministrada a la celda de combustible contenga poco o ninguna agua líquida que pudiera ahogar el catalizador o inundar la celda de combustible reducir de esta manera su efectividad. El agua se recupera de tales corrientes diferencialmente dependiendo de su estado físico, cuando esta en estado líquido el producto agua es típicamente recuperado mediante un separador mecánico de agua, y cuando esta en estado de vapor, es recuperado típicamente mediante un condensador.

La US 6,302,164 describe un sistema para suministrar hidrocarburo de un tanque de almacenamiento que comprende entre varias partes un separador de vapor-líquido. El separador incluye una cámara de recepción para recolectar el líquido, que esta conecta a un tubo de sangrado ajustado con una válvula de no retorno, el líquido recolectado en el fondo de la cámara es absorbido a través del tubo de sangrado por una bomba.

La US 4,596,586 describe un separador de ciclón para separa gas y líquido de una alimentación de aceite crudo, el separador comprende un recipiente que tiene una entrada de alimentación que forma un vértice fluyente de líquido, del cual se separa el gas a través de una salida superior. Un cilindro truncado hueco que se extiende hacia abajo, separado de la pared del recipiente, le suministra a la superficie del vértice que fluye hacia abajo líquido, del cual entonces se separa a través de una salida inferior.

La US 5,360,679 se relaciona con un sistema de generación de energía eléctrica que produce energía eléctrica de combustibles de hidrocarburo gaseosos o líquidos utilizando una pila de celdas de combustible que emplean membranas de intercambio de ion.

La DE 101 20 018 A1 describe un separador compacto, ciclónico horizontal para separar agua líquida de una corriente de gas que incluye un sumidero para recolectar el agua, un drenaje para remover el agua del sumidero y dirigirla a un reservorio, una válvula de cierre asociada con el drenaje para controlara el flujo a través del drenaje y un conmutador de nivel de agua que controlara la abertura/cierre de la válvula. El conmutador dispara el cierre de la válvula antes de que el sumidero se vaciara para suministrar un sello de agua que evite el escape de gas a través del drenaje. El separador del ciclón se puede utilizar en cualquier parte en la unidad de generación de energía de la celda de combustible.

La US 5,200,278 describe el remover agua líquida de la corriente oxidante unificada que sale de la pila de celda de combustible tanto mediante fuerza centrifuga al dirigir la corriente oxidante unificada en una celda arqueada contra la pared interna de un separador mediante condensación. El agua removida se acumula en un reservorio el cual esta integrado con el separador y el agua relativamente fría contenida dentro del reservorio promueve la condensación del agua proveniente de la corriente oxidante unificada. El agua removida es periódicamente drenada desde el reservorio a través de las líneas de drenaje de agua mediante el accionamiento de una válvula de control. La válvula de control se acciona cuando el nivel del agua en el reservorio excede una válvula predeterminada.

La presente invención se relaciona con separadores mecánicos de agua para recuperar el agua líquida proveniente de varias corrientes de gas de proceso encontradas en la celda de combustible y/o sistema de procesamiento de combustible. El diseño de un separador mecánico de agua líquida presenta un compromiso entre la eficiencia de separación, la caída de la presión del flujo de gas, y el volumen físico. El objetivo es maximizar la eficiencia de separación, minimizar la caída de presión de flujo de gas, minimizar el volumen físico del componente. La eficiencia de separación máxima se desea de tal manera que se recupera suficiente agua de producto. Se desea la caída de presión mínima para minimizar los requisitos de energía en el sistema, incrementado así la eficiencia total del sistema. Se desea el volumen físico mínimo, de tal manera que el componente pueda ser fácilmente empacado en un sistema de procesador de combustible o en un sistema de procesamiento de combustible integrado-procesamiento de combustible.

Resumen de la invención

La presente invención suministra un aparato como se definió en la reivindicación 1, que comprenden un separador para separador para separar agua de una corriente de gas que incluye un carcasa inundad y una entrada de corriente de gas sobre una pared lateral de la carcasa que es tangencial a la pared lateral con el fin de originar que la corriente de gas se arremoline dentro de la caracas la salida de la corriente de gas se localiza en una porción superior de la carcasa y una salida de líquido se localiza por debajo de la entrada de corriente de gas. L salida de líquido tiene una válvula de salida de líquido para mantener un nivel mínimo de líquido dentro de la carcasa. La salida de la corriente de gas se alinea sobre un primer eje y la entrada de la corriente de gas se alinea sobre un segundo eje que es diferente del primero. Preferiblemente, la salida de la corriente de gas incluye una extensión tubular alongada que se extiende en la carcasa, la abertura inferior de la extensión tubular alongada dentro de la carcasa se localiza por debajo de la entrada de corriente de gas. Opcionalmente, al menos una porción de la superficie de entrada de la pared lateral de la carcasa esta cubierta por un material capilar. Además, la carcasa puede opcionalmente incluir un indicador de nivel para monitorear el nivel de líquido dentro de la carcasa.

El aparato separador tiene un sistema de control de válvula para la válvula de salida de líquido que es un sistema de control pasivo. El sistema de control pasivo incluye preferiblemente un flotador que controla directamente la válvula de salida de líquido. Más preferiblemente aun, el sistema de control pasivo incluye un conmutador de nivel electrónico que incluye un flotar y un contador magnético conectado al flotador de tal manera que el contar magnético se mueve entre las posiciones cerrada y abierta. El conmutador de nivel electrónico esta preferiblemente eléctricamente conectado en serie a un solenoide que acciona la válvula de salida de líquido.

El aparato de la invención se puede elaborar mediante un método que incluye las etapas de suministrar una carcasa alongada que tiene una superficie de entrada cilíndrica y suministra un entrada de corriente de gas sobre una pared lateral de la carcasa que es tangencial a la pared lateral. El método incluye además la etapa de suministrar una salida de corriente de gas en una porción superior de la carcasa por encima de la entrada de corriente de gas y suministrar una salida de líquido por debajo de la entrada de corriente de gas, la salida de líquido tiene una válvula de salida de líquido asociada para mantener un nivel mínimo de líquido dentro de la carcasa.

El aparato puede ser utilizado para suministrar un método para separa líquido de una corriente de gas. El método incluye las etapas de dirigir una corriente de gas hacia una carcasa alongada o alargada, y al hacer que el líquido dentro de la corriente de gas entre en contacto y se adhiera a una superficie interna de la carcasa. El método además incluye permitirle a la corriente de gas que a vaciado el líquido se eleve a través de la carcasa hasta una salida de la corriente de gas. El agua que se adhiere a las paredes de la carcasa fluye hacia abajo de las paredes bajo la influencia de la gravedad y se recolecta en una sección inferior de la carcasa. El método incluye además la etapa de controlar el nivel de líquido en la sección inferior de la carcasa de tal manera que el nivel de líquido no caiga por debajo de un nivel predeterminado.

Preferiblemente, el agua se adhiere a la(s) superficie (s) interna de la carcasa de debido a la tensión superficial y al efecto capilar. Preferiblemente, la carcasa alargada tiene una pared de lateral sindica y una corriente de gas esta dirigida hacia la carcasa a lo largo de una celda que es tangencial a la pared del lateral cilíndrica de tal manera que el líquido dentro de la corriente de gas entra en contacto y se adhiere a la pared lateral cilíndrica de la carcasa. Además, que el agua a la cual se ha vaciado de agua sea capas de elevarse a través de una carcasa alargada no impedida. Además aun, la etapa de control de nivel de líquido en la sección inferior de carcasa se logra preferiblemente al drenar el líquido de la carcasa utilizando un conmutador de flotador y un solenoide para accionar la válvula de salida de líquido.

La presente invención suministra un aparato apara generar energía de acuerdo con la reivindicación que incluye un procesador de combustible para producir una corriente de gas reformada rica en hidrógeno que comprende agua, un primer separador conectado al procesador de combustible para separa el agua de la corriente de gas reformada rica en hidrógeno, una celda de combustible conectada al separador para recibir una corriente de gas de reformado rica en hidrógeno vaciada de agua y produce electricidad y una corriente de gas de escape que comprende agua como productos de una reacción electroquímica, y un segundo separador conectado a la celda de combustible para separar el agua de la corriente de gas de escape de la celda de combustible. El aparato de generación de energía que incluye además un incinerador conectado al procesador de combustible y preferiblemente el segundo separador esta conectado con el incinerador para incinerar la corriente de gas de escape de las celdas de combustible que esta vaciada de agua. Al menos uno de los primeros y segundos esperadores en aparato para generar energía es un separador que incluye una carcasa alargada, una entrada de corriente de gas sobre una pared lateral de la carcasa que es tangencial a la pared lateral con el fin de hacer que la corriente de gas se arremoline dentro de la carcasa, una salida de corriente de gas localizada en la porción superior de la carcasa y una salida de líquido localizada por debajo de la entrada de la corriente de gas que tiene una válvula de salida de líquido para mantener un nivel mínimo de líquido dentro de la carcasa. Preferiblemente, en los separadores dirigen el agua separada a un reservorio común que suministra agua al aparato de generación de energía y/o esta conectado a un drenaje domestico para el desecho de agua en exceso.

Breve descripción de los dibujos

La invención se puede entender mediante referencia a la siguiente descripción tomada en conjunto con los dibujos que la acompañaran.

La Figura 1-A es una vista lateral de un aparato de la presente invención para separar un líquido de una corriente de gas.

La Figura 1-B es una vista superior de un aparato de la presente invención para separa un líquido de una corriente de gas.

La Figura 2 es una vista lateral de un conmutador para uso en el separador de la presente invención.

La Figura 3 es una vista esquemática de un sistema en el reactor que comprende una pluralidad de separadores de acuerdo con la presente invención.

Aunque la invención es susceptible de varias modificaciones y formas alternativas, las modalidades específicas de la misma se han mostrado a manera de ejemplo de los dibujos y se describen aquí en detalle. Se debe entender, sin embargo, que la descripción precedente de las realizaciones específicas no pretenden limitar la invención a las formas particulares descritas, si no por el contrario, la intención es cubrir todas las notificaciones, equivalentes, y alternativas que caen dentro del espíritu y alcances de la invención como se definió mediante de las reivindicaciones finales.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

Las realizaciones ilustrativas de la invención se describen adelante. El interés de claridad, no todas las características de una realización presente se describen en esta especificación se a preciara por supuesto, que en el desarrollo de cualquiera de tales realizaciones presentes, se deben tomar numerosa decisiones especificas de la implementación para lograr las metas especificas de los desarrolladores, tal como el cumplimiento con las restricciones relacionadas con el sistemas y relacionadas con el negocio, que variaran de una implementación a otra. Más aun se apreciara que tantos esfuerzos de desarrollo pueden ser complejos y consumidores de tiempo, pero sin embargo será una ruta tomada por aquellos expertos en la técnica que tengan el beneficio de esta descripción.

(1) Aparato para separar líquido de una corriente de gas

La presente invención comprende por lo menos un aparato para separar líquido de una corriente de gas, tal como la separación de agua de un procesamiento de combustible o una de una corriente de gas de proceso de celda combustible. La corriente de gas puede ser a lata presión y/o alta temperatura. El líquido se remueve eficientemente de la corriente de gas con solamente una caída a baja presión en la corriente. Además, el aparato es altamente compacto permitiendo su uso en número de celdas de combustible y/o aplicaciones de procesamiento de combustible donde el espacio es comúnmente limitado.

El separador gas-líquido de la presente invención tiene una carcasa alongada que tiene una superficie interna cilíndrica. Como se utiliza aquí "superficie interna cilíndrica" no requiere una superficie interna que tenga una curvatura perfecta, si no es su lugar pueda incluir un numero de formas que incluyan formas poligonales que tengan un numero de segmento rectos, siempre y cuando la forma de la superficie interna tenga generalmente una curvatura suficiente para hacer que el flujo de gas entre a la carcasa se cambia rápidamente la velocidad y la dirección con el fin de posibilitarle al líquido separase de los gases en la corriente.

La carcasa es de forma cilíndrica y tiene una orientación vertical. La referencia a las porciones superior e inferior de la carcasa alargada se hace con esta orientación vertical mente. La carcasa cilíndrica tiene una altura y diámetro en una proporción de entre aproximadamente 1.5:1 y aproximadamente 3:1. Además la carcasa alargada se debe compactar teniendo una altura de menos de aproximadamente 24 pulgadas, preferiblemente menos de aproximadamente 18 pulgadas, más preferiblemente menos de aproximadamente 12 pulgadas y aun más preferiblemente menos de aproximadamente 10 pulgadas. La carcasa se elaborara de materiales convencionales tales como metales, plásticos y varios compuestos.

La carcasa tiene un entrada de corriente de gas para recibir una corriente de gas que tiene o que tenga un componente líquido. La entrada de la corriente de gas se localiza en una pared lateral de la carcasa cilíndrica. La entrada de la corriente de gas se ubica sobre la pared lateral de tal manera que su eje forma una secante geométrica con la pared lateral de la carcasa. La corriente de gas que ingresa a al carcasa a través de esta entrada de corriente de gas fluye a lo largo de la superficie interna cilíndrica de la pared lateral de la carcasa. La celda de flujo a través de esta entrada, denominada aquí como tangencial, hace que la corriente de gas gire dentro de la carcasa e impone fuerzas centrifugas sobre la corriente de gas y sus componentes. Los componentes líquidos de la corriente de gas entran en contacto con la superficie interna cilíndrica y se adhieren a esa superficie debido a la tensión superficial. Un material capilar opcionalmente se puede aplicar o recubrir sobre la superficie interna cilíndrica para promover la adhesión del líquido a esa superficie interna.

Una salida de corriente de gas a través de la cual la corriente de gas vaciada de líquido sale de la carcasa se localiza en una porción superior de la carcasa alargada. La porción superior de la carcasa alargada se debe entender que se refiere a la mitad superior de la carcasa alargada. Más preferiblemente, la salida de la corriente de gas se localiza sobre una porción de la carcasa por encima del centro de la entrada de la corriente de gas.

Para mejorar adicionalmente la separación del líquido proveniente de la corriente de gas, puede ser deseable unir la salida de la corriente de gas a una extensión tubular que se extiende hacia abajo en el interior de la carcasa. Esta extensión tubular tiene aberturas no obstruidas en los extremos opuestos de la extensión para permitir que una corriente de gas vaciada en líquido pase a través de esta. Esta extensión tubular puede ser suficientemente larga para que la abertura inferior de la extensión se ubique por debajo de la entrada de corriente de gas. Sin embargo, este extremo inferior no debe ser tan bajo que la turbulencia del flujo o del gas vaciado de líquido en la boca de la extensión tiende a recoger el líquido que es recolectado en la porción inferior de la carcasa. Además, la extensión tubular se debe orientar a lo largo de un eje que se diferente del eje de la entrada de la corriente de gas y proveniente del flujo de gas girante descrito anteriormente. Más particularmente, la extensión tubular se debe orientar con el fin de forzar la celda de flujo de un gas vaciado de líquido y gire y fluye hacia arriba y alejado de la porción inferior de la carcasa. Más preferiblemente, la extensión tubular debe suministrar una celda de flujo a través de la extensión que sea generalmente perpendicular a la celda de flujo tangencial de la corriente de gas que entra a la carcasa.

La carcasa incluye además una salida del líquido por debajo de la entrada de corriente de gas. Esta salida de líquido tiene una válvula de salida de líquido para drenar el líquido proveniente de a carcasa y para mantener un nivel mino de líquido dentro de la carcasa agregada. Un sistema de control de válvula se utiliza para control y mantener el nivel de líquido dentro la porción inferior de la carcasa. El sistema de control de válvula es pasivo de tal manera que este no requiere monitoreo activo o control sobre la parte de un sistema de control de ordenador u operador humano. Además, cuando el separador es un componente en un aparato de generación de energía, preferiblemente, el sistema de control de válvula no impondrá una carga parásita significativa sobre el aparato de generación de energía.

Más específicamente, la válvula de salida del líquido y el sistema de control de válvula incluirán una válvula flotante que se eleve con el nivel de líquido que recolecta la carcasa y hala de esta manera la válvula. En la media en que el líquido drenado y el nivel del líquido caen, la válvula es reasentada sobre la salida del líquido. En el flotador y asiento de válvulas se deben separar con el fin de que la válvula se reasiente y se selle antes de que todo líquido se haya drenado de la carcasa. El mantenimiento de un nivel mínimo de líquido en la carcasa se requiere para suministrar un sello del agua dentro de la carcasa lo que evitará que el gas pase a través de la salida del líquido y minimice la ida de presesión sobre la corriente de gas objeto.

En una realización preferida, el sistema de control de válvula comprende un conmutador de nivel eléctrico conectado a un flotador. El flotador se eleva y cae con el nivel de líquido dentro de la porción inferior de la carcasa. Un contacto magnético dentro del conmutador de nivel eléctrico es conectado al flotador y se mueve entre las posiciones abierta y cerrada. Un solenoide esta eléctricamente conectado en serie con el conmutador nivel electrónico y controla la posición de la válvula de salida de líquido en una posición abierta o cerrada. Cuando el nivel de líquido y el flotador se elevan, el contactar magnético en el conmutar se mueve a una posición cerrada. El cierre de este contacto resulta en el completamiento de la celda a tierra para el solenoide normalmente cerrado que haga que el solenoide abra la válvula de salida del líquido. Cuando el nivel de líquido le permita al flotador caer a un nivel preseleccionado, el contactor magnético se mueve a una posición abierta dentro del conmutador abriendo el circuito y posibilitando al solenoide regresar la válvula de salida líquida a su posición normalmente cerrada. De nuevo, el nivel preseleccionado será un nivel en el cual exista agua suficiente en la porción inferior de la carcasa para suministrar un sello de agua adecuado por encima de la salida de líquido.

Opcionalmente, pero preferiblemente, la carcasa tendrá además un indicador de nivel para monitorear el nivel de líquido dentro de la porción inferior de la carcasa. Preferiblemente, el indicador de nivel será un nivel visual que este conectado a la pared lateral de la carcasa alargada. Otros indicadores de nivel son conocidos en la técnica se pueden utilizar con ventaja para este propósito.

El agua separada que sale de la carcasa a través de la salida de líquido se puede dirigir a un tanque de agua de proceso para uso en la celda de combustible asociada y/o los sistemas de procesamiento de combustible. Alternativamente, el agua separada se puede dirigir a un reservorio del cual el agua se pueda dirigir a un sistema de drenaje doméstico. Se debe notar que el agua separada de tal celda de combustible y las corrientes de gas de procesamiento de combustible contengan típicamente niveles bajos de los gases de combustible mezclados o disueltos. Tales gases se deben remover o reducir antes de que el agua separada pueda ser dispuesta de manera segura a través del drenaje. Un método de aparato para eliminar tales gases de combustible de tales corrientes de agua se describen en la solicitud de patente U.S. No. 10/407,876 "Integrated Fuel Processor Apparatus and Enclosure and Menthods of Using Same" a Wheat, et al., presentada en abril 4,2003.

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(2) Un aparato para generar energía

La presente invención suministra un aparato para generación de energía que incluye un procesador con combustible, un celda de combustible de dos o más separadores, en donde al menos uno de los separadores es un aparato separador de gas-líquido de la presente invención como se describió anteriormente.

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Procesador/Reformador de combustible

Un aparato para generar energía de la presente invención incluirá un procesador de combustible para producir una corriente de gas de reformado rico en hidrógeno que comprende agua. El procesador de combustible estará conectado con el incinerador, tal como se describe adelante, directa o indirectamente a través de uno o más de los componentes o subsistemas.

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Dos diferentes reacciones se llevan acabo típicamente e el proceso de reforma. Las fórmulas I y II son fórmulas de facción de ejemplo en donde el metal es considerado como el hidrocarburo:

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La reacción de oxidación parcial (fórmula I) ocurre muy rápidamente a la versión completa del oxígeno agregado y es exotérmica (es decir, produce calor). Una concentración mayor de oxígeno en la corriente de alimentación favorece la reacción de oxidación parcial.

La reacción de reforma de corriente (fórmula II), ocurre más lentamente y es endotérmica (es decir, consume calor). Una mayor concentración de vapor de agua favorece la reforma de vapor.

Un experto en la técnica debe entender y apreciar que la oxidación parcial y la reforma de vapor se pueden combinar para convertir los reactivos reformadores precalentados en un gas de síntesis que contiene hidrógeno y monóxido de carbono en tales casos, las proporciones de oxígeno a hidrocarburo y agua a hidrocarburo se vuelven parámetros de caracterización. Estas proporciones afectan la temperatura operativa y el rendimiento del hidrógeno. La temperatura operativa de la etapa de reforma puede variar desde aproximadamente 550ºC a aproximadamente 900ºC dependiendo de las condiciones de alimentación y el catalizador.

El reformador utiliza un lecho de catalizador que puede estar en cualquier forma incluyendo glóbulos, esferas, extruidos, monolitos, y similares o lavado recubierto sobre la superficie de alteas o tubos calientes. Los catalizadores de oxidación parcial deben ser bien conocidos por aquellos expertos en la técnica están a menudo comprendidos de metales nobles tales como platino, paladio, rodio, y/o rutenio sobre el recubrimiento de lavado de alúmina sobre un monolito, extruido, glóbulo, u otro soporte. Se han utilizado los metales no nobles tales como el níquel o el cobalto. Otros recubiertos de lavado tales como titanio, zirconio, sílice y magnesio se han citado en la literatura. Muchos materiales adicionales tales como el lantano, cerio y potasio se han situado en la literatura como "promotores" que mejoran el desempeño del catalizador de oxidación parcial. El catalizador que reforma el vapor debe ser conocido por aquellos expertos en la técnica y puede incluir níquel con cantidades de cobalto o un metal tal como platino, paladio rodio rutenio y/o iridio. El catalizador puede estar soportado, por ejemplo, sobre magnesio, alúmina, sílice, circonio, o alúminato de magnesio, sencillamente o en combinación. Alternativamente, el catalizador que reforma el vapor puede incluir níquel, preferiblemente soportado sobre magnesio, alúmina, sílice, zirconio, o alúminato de magnesio, sencillo o en combinación, promovido por un metal alcalino tal como potasio.

Cuando el proceso de reforma es principalmente un proceso de reforma endotérmico, se utiliza una etapa de enfriado para enfriar la corriente de reformado a una temperatura de desde aproximadamente 600ºC a aproximadamente 200ºC, preferiblemente desde aproximadamente 500ºC a aproximadamente 300ºC, y más preferiblemente desde aproximadamente 425ºC a aproximadamente 375ºC, en preparación para varios procesos de limpieza. Este enfriado se puede lograr con sumideros de calor, tubos de calor o intercambiables de calor dependiendo de la especificación del diseño y de la necesidad de recuperar/reciclar el contenido de calor de la corriente de gas. Alternativamente, o además de esto, el enfriado se puede lograr al inyectar componentes de alimentación adicionales tales como combustible, aire o agua. El agua es preferida por su capacidad a absorber una gran cantidad de calor en la medida en que esta desvaporizada para convertirse en vapor, Las cantidades de componentes agregados dependen del grado de enfriamiento deseada y se determina fácilmente por aquellos expertos en la técnica. Cuando el proceso de reforma pretende ser primariamente un proceso de reforma de vapor, el enfriado de gas de síntesis es opcional por que la naturaleza endotérmica del proceso de reforma de vapor.

Una impureza común en la corriente de reformado de materia prima será azufre, que es convertido en el proceso de reforma a sulfuro de hidrógeno. El reformado o un modulo corriente abajo del reformador puede preferiblemente incluir óxido de zinc y/o otros materiales capaces de absorber y convertir sulfuro de hidrógeno y puede incluir un soporte (por ejemplo, monolito, extruido, glóbulos etc.).

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La desulfurización se logra al convertir el sulfuro de hidrógeno a agua de acuerdo con la siguiente fórmula de reacción III:

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El óxido de zinc es preferido en la medida en que este es un absorbente de sulfuro de hidrógeno efectivo sobre un amplio rango de temperaturas desde aproximadamente 25ºC a aproximadamente 700ºC y logra gran flexibilidad para optimizar la secuencia de etapas de procesamiento mediante la selección apropiada de la temperatura operativa. Otras impurezas tales como cloruros se pueden remover.

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La corriente reformada purificada se puede entones enviara a una etapa de mezcla opcional en la cual se agrega agua a la corriente de gas. La adición de agua disminuye la temperatura de la corriente de reactivo en la medida en que esta se vaporiza y suministra más agua para la reacción de cambio de gas de agua. El vapor de agua y otros componentes de corrientes del reformado se pueden mezclar al ser pasados a través de un núcleo de procesamiento de materiales inertes tales como glóbulos cerámicos u otros materiales similares que se mezclen efectivamente y/o ayuden en la evaporización del agua. Una reacción de cambio de gas de agua típico convierte el monóxido de carbono a dióxido de carbono de acuerdo con la fórmula IV:

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En esta etapa del proceso el monóxido de carbono, un veneno para las celdas de combustible se remueve sustancialmente en la corriente de gas y es convertido en dióxido de carbono, el cual es generalmente considerado como un gas inerte en las celdas de combustible. La concentración del monóxido de carbono se debe preferiblemente disminuir a un nivel que pueda ser tolerado por las celdas de combustible, típicamente por debajo de aproximadamente 50 ppm. En general, la reacción del cambio de gas de agua puede tener lugar a temperaturas desde 150ºC a 600ºC dependiendo del catalizador utilizado. Bajo tales condiciones, la mayor parte del monóxido de carbono en la corriente de gas se oxida a dióxido de carbono.

Los catalizadores de cambio de baja temperatura operan en un rango de desde aproximadamente 150ºC a aproximadamente 300ºC e incluyen por ejemplo, óxido de cobre, o cobre soportado sobre otros óxidos de metal de transición tal como zirconio, zinc soportado sobre óxidos de metal de transición o soportes refractarios tales como sílice, alúmina, zirconio, etc., o un metal noble tal como platino, remio, paladio, rodio u oro sobre un soporte adecuado tal como sílice, alúmina, zirconio y similares. Los catalizadores de cambio a alta temperatura se operan preferiblemente a temperaturas que varían desde aproximadamente 300ºC a aproximadamente 600ºC y pueden incluir óxidos de metal de transición tales como óxido férrico u óxido crómico, y opcionalmente incluyen un promotor tal como siliciuro de cobre o de hierro. Otros catalizadores de cambio de temperatura alta adecuados son metales nobles soportados tales como platino, paladio y/o otros miembros de grupos de platinos soportados. El catalizador de cambio también puede incluir un lecho empacado de temperatura alta o un catalizador de cambio temperatura baja como se describió anteriormente a uno en combinación tanto de los catalizadores de cambio de temperatura alta de temperatura baja. Opcionalmente, un elemento tal como un tubo caliente que puede disponer en el núcleo de procesamiento del reactor de cambio para controlar la temperatura de reacción dentro del lecho empacado del catalizador en razón a que las temperaturas más bajas favorables para la conversión de monóxido de carbono a dióxido de carbono.

Además, la oxidación selectiva se puede efectuar opcionalmente sobre el reformado rico en hidrógeno para convertir el resto del monóxido de carbono a dióxido de carbono. Tales reacciones incluyen: la oxidación deseada a monóxido de carbono (Fórmula V) y la oxidación indeseada de hidrógeno (Fórmula IV) como sigue:

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El procesamiento de se llevar a cabo en la presencia de un catalizador para oxidación del monóxido de carbono y puede estar en cualquier forma adecuada, tal como glóbulos, esferas, monolitos, etc. Los catalizadores de oxidación para los monóxidos de carbono son conocidos y típicamente incluyen metales nobles (por ejemplo, platino, paladio) y/o metales de transición (por ejemplo, hierro, cromo, manganeso), y/o compuestos de metales nobles o de transición, particularmente óxidos. Un catalizador de oxidación preferido es el platino sobre un recubrimiento de lavado de alúmina. El recubrimiento de lavado se puede aplicar a un monolito, extrudo, glóbulo u otro soporte. Los materiales adicionales tal como cerio y lantano se pueden agregar para mejorar el desempeño. Muchas otras formulaciones se han citado en la literatura con algunos practicantes que revindican el desempeño superior del rodio sobre el catalizador de alúmina. El rutenio, paladio, oro, y otros materiales se han citado en la literatura por ser activos para este uso
también.

La oxidación preferencial del monóxido de carbono es favorecida por las bajas temperaturas. En razón a que ambas reacciones producen calor, el tubo caliente u otros medios se pueden disponer dentro del reactor para remover el calor generado en el proceso. La temperatura operativa del proceso es mantenida preferiblemente en el rango de desde aproximadamente 90ºC a aproximadamente 150ºC. De nuevo, tal proceso de oxidación se puede utilizar para reducir el nivel de monóxido de carbono a menos de 50 pmm, un nivel que es adecuado para el uso en las celdas de combustible.

El reformado rico en hidrógeno que sale del procesador de combustible es un gas rico en hidrógeno que contiene dióxido de carbono y otros constituyentes tales como agua, componentes inertes (por ejemplo, nitrógeno, argón), hidrocarburo residual, etc. Este reformado se puede utilizar como el alimento para una celda de combustible o para otras aplicaciones donde se desea una corriente de alimentación rica en hidrógeno.

Los reformadores o procesadores de combustible son bien conocidos en la técnica para uso de reformar o convertir una corriente basada en hidrocarburo a una corriente de gas rica en hidrógeno. Tales reformadores incluyen pero no están limitados a aquellos descritos en la publicación de la solicitud de patente U.S. Nos.: 2002/0083646 A1 de Deshpande, et al., publicado julio 4, 2002; US 2002/0090326 A1 de Deshpande, publicado julio 11, 2002; US 2002/0090328 A1 de Deshpande, publicado en julio 11, 2002; US 2002/0090327 A1 de Deshpande, publicado en julio 11, 2002; US 2002/0088740 A1 de Krause, et al., publicado en julio 11, 2002; US 2002/0094310 A1 de Krause, et al., publicado en julio 18, 2002; US 2002/0155329 A1 de Stevens, publicado en octubre 24, 2002; US 2003/00211741 A1 de Childress, et al., publicado en enero 30, 2003; y US 2003/0021742 de Krause, et al., publicada en enero 30, 2003. Estas publicaciones describen un número de procesadores de combustible diferentemente configurados que se pueden utilizar como ventaja adentro del aparato integrado de la presente invención.

Los procesadores y los reformadores de combustible tiene típicamente un incinerador asociado que esta separado o directamente integrado con el reactor reformar. El incinerador se utiliza para una variedad de funciones que incluyen el calentamiento de los reactivos, la generación de vapor, el calentamiento de uno o más reactores y/o los lechos de catalizador, y el desecho de los subproductos indeseables que son generados durante la operación del procesador del combustible. Por ejemplo, tales iniciadores son frecuente denominados como oxidantes de gas de cola en razón a que ellos son comúnmente utilizados para quemar gas de cola proveniente de la pila de celdas de combustible además de su papel en la operación de procesamiento de combustible.

En el aparato de la presente invención se refiere que el incinerador sea utilizado no solamente para ayudar en la operación de procesamiento de combustible, si no también para uso en quemar y de esta manera eliminar los gases de combustible que se separen de las varias corrientes de procesamiento de combustible y de proceso de celda de combustible. Los incineradores adecuados pueden incluir aquellos descritos en la Patente U.S. No. 6,077,620, otorgada en julio 20,200 a Pettit (catalytic combustor fired by anode effluent and7or fuel from a liquid fuel supply that has been vaporized); Patente U.S. No. 6,232,005, otorgada en mayo 15, 2001 a Pettit (una sección tubular en el extremo de entrada del incinerador mezcla íntimamente los efluentes del ánodo y el cátodo antes de que ellos entren en contacto con el lecho del catalizador primario de los incineradores; la sección tubular comprende al menos un lecho poroso de un medio de mezcla que suministra una celda tortuosa para crear un flujo turbulento y una mezcla intima de los efluente del ánodo y el cátodo en este); y la Patente U.S. No. 6.342,197, otorgada en enero 29, 2002 a Senetar, et al. (Que describe y compara los incineradores con una variedad de características y configuraciones). Otros incineradores adecuados incluyen los aquellos descritos en la solicitud de Patente U.S. No. 10/408,080 "Method and Apparatus for Rapad Heating of Fuel Reforming Reactants" a Nguyen, proyectada en abril 4, 2003, y en la solicitud de Patente U.S. No. 10/407,290 "Anode Tailgas Oxidizer" a Deshoande, et al., proyectada en abril 4, 2003.

Un número de otros subsistemas de procesamiento de combustible están preferiblemente integrados con el reformador y el incinerador. Tales sistemas pueden incluir el manejo del aire, el enfriado y los subsistemas de manejo de agua y pueden ser aun empacados o incluidos dentro de un encierre común con el reformador de combustible y/o incinerador. Los sistemas adecuados se describen en la solicitud de Patente U.S. No. 10/407,401, "Coolant System for Processor", Wheat, et al., presentada en abril 4, 2003; la solicitud de Patente U.S. No.10/407,258 "Fluid Balance Control System for Use in a Fuel Porcessor", Nguyen, et al., presentada en abril 4, 2003; la solicitud de patente U.S. No. 10/407,617, "Method and Apparatus for Separatig Water From a Fuel Cell Exhaust Stream", Deshpande, et al., presentada en abril 4, 2003; y la solicitud de patente U.S. No. 10/408,006, "Level Control for Proccess Water Tank". Wheat, et al., presentada en abril 4, 2003; y la solicitud de patente U.S. 10/407,316, "Portable Fuel Processor Apparatus and Enclosure and Method of Installing Same", Wheat, et al., presentada en abril 4, 2003.

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Pila de celda de combustible

Un aparato para generar energía en la presente invención comprende al menos una celda de combustible y preferiblemente una pluralidad de celdas de combustible comúnmente denominadas como una pila.

Una celda de combustible es un dispositivo electroquímico que convierte energía química producida mediante una reacción directamente en energía eléctrica. Por ejemplo, un tipo de celda de combustible incluye una membrana de electrolito de poligano (PEM), a menudo denominada una membrana de intercambio de protón, que le permita solamente a los protones pasar entre un ánodo y un cátodo de la celda de combustible. En el ánodo, el hidrógeno diatómico (un combustible) reacciona para producir protones que pasan a través del PEM. Los electrones producidos por esta reacción viajan a través del circuito que es externo a la celda de combustible para formar una corriente eléctrica. En el cátodo, el oxígeno reduce los reactivos con lo protones forman agua. Las reacciones anódicas y caóticas se describen por medio de las siguientes ecuaciones:

5

En el ánodo de la celda, y

6

En el cátodo de la celda

Una celda de combustión típica tiene un voltaje Terminal de hasta aproximadamente un voltio de DC. Para los propósitos de producir voltajes muchos mayores, se pueden ensamblar múltiples celdas juntas para formar una disposición denominada pila de celda de combustible y una disposición en la cual las celdas de combustible estén eléctricamente acopladas juntas en serie para formar un voltaje DC mayor (un voltaje cercano a 100 voltios DC, por ejemplo) y suministrar más energía.

La pila de celda de combustible puede incluir placas de campo de flujo (compuestos de grafito o placas de metal, como se indica) que son apiladas una sobre la otra. Las placas pueden incluir varios canales de campo de flujo de superficie y orificios para, como ejemplos, en rutar los reactivos y los productos a través de la pila de celda de combustible. Las placas de campo de flujo son generalmente moldeadas, estampadas o maquinadas de materiales que incluyen compuestos de carbono, plásticos y aleaciones de metal. Un PEM esta en intercalado entre cada placa de campo de flujo de ánodo y cátodo. Las capas de difusión de gas eléctricamente conductoras (GDL) se pueden localizar a cada lado de cada PEM para actuar como un medio de difusión de gas en algunos casos suministrar un soporte los catalizadores de celda de combustible. De esta manera, los gases reactivos de cada lado del PEM pueden pasar a lo largo de los caminos de campo de flujo y difundirse a través de los DGL para reaccionar con el PEM. Los GDL generalmente comprenden un papel o prenda a veces de fibra de carbono. El PEM y su par adyacente de capas de catalizador son a menudo denominadas como un montaje de electrodo de bengala (MEA). El empareado MEA por las capas de GL adyacentes a menudo se denomina como una unidad de electrodo de membrana (MEU), o también como un MEA. Los materiales de membrana comunes incluyen NAFION TM, GORE SELECT TM, polímeros de flurocarbono sulfuratados, y otros materiales tales como polibenzimidazol (PBI) y cetona de éster de poliéter. Varias formulaciones de catalizador adecuadas también son conocidas en la técnica, y son generalmente a base de platino.

Preferiblemente, el aparato para generar energía tendrá una pluralidad de celdas de combustible conectadas en serie como una pila de celda de combustible. Las pilas de celda de combustible típicamente emplearan uno o más múltiples ara conectar corrientes de alimentación común a las celdas individuales que para conectar en ánodo múltiple y las salidas de escape del catado a uno o mas corrientes de escape. En el aparato de generación de energía de la presente invención, la celda de combustible o la pila se celda de combustible tiene al menos una salida de corriente de escape para conectarse con la entrada de corriente de escape de un tanque de agua de proceso. La corriente de escape preferiblemente contiene una corriente de escape de cátodo pero también pude comprender una corriente de escape de ánodo.

Además, en las celdas de combustible y las pilas de celada de combustible utilizadas en el aparato para generar energía de la presente invención también puede tener una entrada para recibir una corriente de agua u otro fluido de enfriado para circular a través de la pila y controlar la temperatura de la pila durante la reacción electroquímica.

En un aparato para generación de energía de la presente invención, la celda de combustible se conecta con un separador para recibir una corriente de gas reformada rica en hidrógeno vaciada de agua y producir electricidad y una corriente de escape que comprende agua como los productos en la reacción electroquímica.

Aparato separador

Un aparato para generación de energía de la presente invención incluirá además al menos primeros y segundos separadores para separa el agua de las corrientes de gas. Al menos uno de los primeros y segundos separadores será un separador mecánico del tipo de la presente invención como se describió en detalle anteriormente. El otro separador también puede ser un separador mecánico de la presente invención pero alternativamente puede ser uno de un número de diferentes tipos de separadores de gas de un líquido convencionales. Por ejemplo, los separadores de gas de un líquido tienen filtros y membranas para utilizar los componentes de corriente de separación que se describen en la Patente U.S. No. 3,224,173, otorgada en diciembre, 1965 a Webb; la patente U.S. No. 5,989,318, otorgada en noviembre 23, 1999 a Schroll; la Patente U.S. No. 6,376,113 otorgada en abril 23, 2002 a Edlund, et al.; y la patente U.S. No. 6,228,146, atorgada en mayo 8, 2001 a Kuespert. Además, los separadores de gas y un líquido que utilizan los condensadores y las trampas de agua para separa el agua de las corrientes se describen en la Patente U.S. No. 4,037,024, otorgada en julio 19. 1977 a Landau; U.S. No. 6,432,568, otorgada en agosto 13, 2002 a Salvador, et al.; la Patente U.S. No. 5,366,818 otorgada en noviembre 22, 1994 a Wilkinson, et al.; y la publicación de la solicitud de Patente U.S. No. 2003/0044670 A1, publica en marzo 6,2003.

En el aparto para generación de energía, el primer separador se conecta al procesador de combustible corriente arriba de desde la celda de combustible para recibir el reformado rico en hidrógeno que comprende agua. El separador remueve al menos una porción del agua proveniente de la corriente de reformado que deja un reformado vaciado de agua. El reformado de agua es luego dirigido desde el primer separador a la celda de combustible de donde esta es utilizada como una alimentación para la reacción electroquímica que produce electricidad, calor, y la corriente de gas de escape que comprende agua. Corriente abajo desde la celda de combustible esta el segundo separador, que recibe la corriente de gas de escape de la celda de combustible y separa al menos una porción del agua proveniente de la corriente de escape que resulta en un corriente de escape vaciado de agua. En una realización opcional pero altamente preferida, la corriente de escape vaciada de agua es dirigida al incinerador asociado con el procesador de combustible para la combustión y desechos de los gases de escape.

Preferiblemente, el primer y segundo separadores están conectados a un reservorio de agua común para recibir las corrientes de agua separadas. Donde los separadores adicionales incorporan en un aparato para generación de energía, se prevé que el agua separada de aquellos separadores se combinara en tal reservorio. El agua recolectada en tal reservorio puede ser dirigida a un drenaje domestico o alternativamente se puede reciclar para uso en la celda de combustible asociada y/o el sistema de procesamiento de combustible.

(3) Un método para elaborar un aparato para remover líquido proviniente de una corriente de gas

Un método para elaborar un aparato para remover líquido de una corriente de gas incluye las etapas de suministrar una carcasa alargada que tiene una superficie interna cilíndrica y suministra una entrada de corriente de gas sobre una pared lateral de la carcasa que es tangencial a la pared lateral. El método además incluye la etapa de suministrar una salida de corriente de gas a una porción superior de la carcasa de suministrar una salida de líquido por debajo de la entrada de corriente de gas, la salida de líquido que tiene una válvula de salida de líquido asociada para mantener un nivel mínimo de líquido dentro de la carcasa.

(4) Un método para separa líquido proviniente de una corriente de gas

Un método para separa líquido de una corriente de gas incluye las etapas de dirigir una corriente de gas hacia una carcasa alargada, y hacer que el líquido dentro de la corriente de gas entre en contacto se adhiera una superficie interna de la carcasa. Preferiblemente, el agua se adhiere a la superficie interna de la carcasa debido a la tensión superficial y los efectos capilares. La carcasa alargada tiene una pared lateral cilíndrica. La corriente de gas esta dirigida hacia la carcasa a lo largo de una celda que es tangencial con la pared lateral cilíndrica de tal manera que la corriente de gas gira dentro de la carcasa originando que el agua dentro de la corriente de gas entre en contacto y se adhiera a la superficie interna cilíndrica de la carcasa.

El agua que se adhiere a las pared de la carcasa fluye hacia abajo de las paredes bajo la influencia de la gravedad y es recolectada en la sección inferior de la carcasa. El método además incluye la etapa de controlar el nivel de líquido en la sección inferior de la carcasa de tal manera que el nivel de líquido no caiga por debajo de un nivel predeterminado. La etapa de controlar el mini nivel de líquido en la sección inferior de la carcasa se logra preferiblemente al drenar el líquido proveniente de la carcasa utilizando una válvula de flote, o más preferiblemente utilizando conmutador de nivel para accionar una válvula en una salida de líquido. Un nivel mínimo de líquido se mantiene en la sección inferior de la carcasa con el fin de suministra un sello de líquido sobre un drenaje que es suministrado en este. Este sello de líquido origina que la corriente de gas rociada de líquido salga de la carcasa a través de la salida de corriente de gas localizada en una porción superior de la carcasa. Además, la presencia de un sello líquido adecuado asegurara que exista solamente una pequeña caída de presión sobre la corriente de gas en la medida en que esta pasa a través de la carcasa y el agua se remueva de la corriente.

Así, el método además incluye la etapa de permitirle a la corriente de gas vaciada de líquido elevarse a través de la carcasa a una salida de corriente de gas localizada en una porción superior de la carcasa. Se prefiere que el vapor de gas vaciado de líquido pueda levarse a través de la carcasa alargada no impedida. Muchos métodos y dispositivos con conocidos donde los desviadores, impulsores y otras estructuras internas se suministran para separar el componente líquido de la corriente de gas. Sin embargo, la presencia de tales estructuras internas dentro de un separador afectara el flujo de gas y crearan una caída de presión indeseable durante la separación del líquido.

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Descripción detalla de las figuras

La Figura 1-A es una vista lateral del separador 10 que se puede utilizar en la presente invención. El separador 10 tiene una carcasa 5 alargada, una sección inferior 60 y sección superior 65. La entrada 15 con la abertura 2 se une a la pared lateral 20 de la carcasa 5. Como se ilustra más claramente en la Figura 1-B, la entrada 15 tiene un eje a lo largo de la línea B-B que es tangencial a la pared lateral 20. Al localizar la entrada 15 tangencial a la pared lateral 20, el gas que entra a la carcasa 5 cambia de dirección y fluye a lo largo de la superficie interna de la pared lateral 20. Este movimiento de giro impone fuerza centrífuga sobre la corriente de gas que originen que los componentes líquidos más pesados entren en contacto y se adhieran a la pared lateral 20. Para promover la adherencia del líquido de la pared lateral 20 un material capilar se puede aplicar a la superficie interna 8 de la carcasa 5. El agua que se adhiere a la superficie interna 8 fluye a la pared lateral inferior 20 bajo la influencia de gravedad y se recolecta en la porción inferior 60 de la carcasa 5.

La salida de líquido 35 se suministra en la porción inferior 60 de la carcasa para drenar el líquido desde la carcasa. El nivel de vista 50 se suministra sobre la pared lateral para monitorear el nivel del líquido dentro de la carcasa 5. El cambio de nivel 55, un conmutador tipo flotador que tiene un flotador mostrado en perfil, es suministrado sobre la pared lateral 20 de a carcasa 5. El flotador dentro de la carcasa se eleva y cae con el nivel de líquido y controla la posición del conmutador de nivel. El conmutador de nivel 55 se conecta en serie con un solenoide (mostrado en la Figura 3) que acciona una válvula de salida de líquido en la línea de drenaje que es conectada a la salida de líquido 35. Más específicamente, cuando el nivel de líquido 30 se eleva, el flotador se eleva originando que un contactor magnético dentro del conmutador de nivel 55 se mueva a una posición cerrada completando el circuito. En la finalización del circuito hace que el solenoide se accione la válvula de salida de líquido proveniente de una posición normalmente cerrada a una posición abierta. En la medida en que el líquido se drena de la carcasa 5 y el nivel de líquido 30 cae el flotador cae moviendo el contactor dentro del conmutador a una posición abierta que abre el circuito eléctrico. La abertura de este circuito hace que el solenoide pertenece a la válvula a su posición normalmente cerrada. El conmutador de nivel 55 se muestra con mayor detalle en la Figura 2.

La carcasa 5 tiene una salida de corriente de gas 25 cerca superior a través de la cual la corriente de gas vaciada de líquido sale de la carcasa del separador. Conectada la salida 25 está la extensión tubular 40 que tiene la sección 6 que se extiende hacia abajo hacia el interior de la carcasa 5. La extensión tubular 40 tiene la abertura 45 en el extremo superior extendido desde la superficie externa de la carcasa y la abertura 4 provista en el extremo inferior dentro de la carcasa. La extensión tubular debe ser de suficiente longitud para que la abertura 4 se ubique por debajo de la entrada 15 con el fin de mejorar la eficacia de separación. Además, la extensión tubular 40 tiene un eje a lo largo de la línea A-A que es generalmente perpendicular al eje de la entrada 15. Como tal, el eje de extensión tubular y así de la salida 25, es generalmente perpendicular a la celda de flujo de la corriente de gas que gira dentro de la carcasa 5. Esta disposición requiere la corriente de gas vaciada de líquido haga un giro de 90º antes de elevarse a través del centro de la carcasa y extendiendo la carcasa del separador. De nuevo, son estos cambios en la celda de flujo de la corriente de gas y la velocidad a la que contribuyen a la separación eficiente.

La Figura 2 es una vista lateral del conmutador de nivel 55. El conmutador 55 tiene un flotador 55a, una carcasa 55b que contiene un contador magnético y los electrónicos del conmutador, los hilos 55d para unir a la pared lateral de la carcasa 20 y los conductores aislados 55e para conectar eléctricamente al conmutador a una válvula de salida de líquido.

La Figura 3, es un esquema de un aparato de generación de energía de acuerdo con la presente invención. El aparato muestra la corriente de gas de escape de la celda de combustible 26 que es recibida por el separador 16. Dentro del separador 16, los líquidos son separados de la corriente de gas que sale de la corriente vaciada de líquido 36 que está dirigida al incinerador 80. El agua separada se recolecta en la porción inferior del separador 16. El conmutador de nivel 56 acciona la válvula de salida de líquido 66 operada por un solenoide para permitirle al líquido recolectado drenarse desde el separado a través de la línea 46 y hacia la línea 76. Cuando el nivel de líquido cae a un nivel predeterminado, el conmutador de nivel 55 le permite al solenoide normalmente cerrado regresar a la válvula de salida de líquido a una posición cerrada. La línea a través del drenaje de agua 76 esta dirigida al reservorio 70 que esta conectado a un drenaje domestico para el desecho del agua de proceso. En la alternativa, donde el reservorio 70 es un tanque de agua de proceso, el agua se puede reciclar para uso en la celda de combustible y/o el sistema de procesamiento de combustible (no mostrado).

También se muestra en la Figura 3, una corriente de reformado 24 proveniente del procesador de combustible 95. El reformado esta dirigido a al separador 14 donde el agua se separa del gas de reformado. La corriente vaciada de agua 94 puede entonces estar dirigida a una celda de combustible o a un incinerador (no mostrado) que depende del contenido de reformado vaciado de agua. Donde una generación de energía comprenda una pluralidad de separadores, del mismo tipo o diferente, las corrientes de agua separadas 72, 74 y 76 son preferiblemente dirigidas al reservorio común 70 para el tratamiento del colectivo y/o desecho.

Las realizaciones particulares descritas anteriormente son solamente ilustrativas, en razón a que la invención se puede modificar y practicar de maneras diferentes pero equivalentes evidentes para aquellos expertos en la técnica que tengan el beneficio de las enseñanzas de esta. Adicionalmente, no se pretenden limitaciones a los talles de construcción a al diseño mostrado aquí, diferentes de las descritas en las reivindicaciones de adelante. Es por lo tanto evidente que en realizaciones particulares descritas anteriormente se pueden alterar o modificar y tales variaciones están consideradas dentro del alcance de la invención. De acuerdo con esto, se busca protección a estas como se establece en las reivindicaciones de adelante.

Claims

1. Un aparato para generar energía que comprende:

Un procesador de combustible (95) para producir una corriente de gas reformada rica en hidrógeno (24) que comprende agua, dicho procesador de combustible conectado con un incinerador;

Un primer separador (14) conectado al procesador de combustible para separa el agua de la corriente de gas reformada rica en hidrógeno;

Una celda de combustible (90) conectada al separador para recibir una corriente de gas reformada rica en hidrógeno vaciada de agua, y producir electricidad y una corriente de gas de escape (26) que comprende agua como productos de una reacción electroquímica; y

Un segundo separador (16) conectado a la celda de combustible para separar el agua de la corriente de gas de escape de la celda de combustible.

El aparato para generar energía se caracteriza por que al menos una de los primeros y segundos separadores es un aparato (10) para separar el líquido de la corriente de gas que comprende:

Un cilindro de carcasa alargado (5) una superficie cilíndrica interna (8);

Una entrada de corriente de gas (15) sobre una pared lateral (20) del cilindro de carcasa, dicha entrada de corriente de gas es tangencial a la pared lateral con el fin de hacer que la corriente de gas gire dentro del cilindro de la carcasa;

Una salida de corriente de gas (25) localizada en una porción superior (65) del cilindro de la carcasa;

Una salida de líquido (35) localizada por debajo de la corriente de gas, la salida de líquido tiene una válvula de salida de líquido (66) para asegurar que mantenga un nivel mínimo de líquido dentro del cilíndrico de la carcasa; y

Un sistema de control de válvula (55) para la válvula de salida de líquido (66) en donde el sistema de control de válvula (55) es un sistema de control pasivo y hace que la válvula se mueva a una posición cerrada cuando se logra el nivel mino de líquido en el cilindro de la carcasa.

2. El aparato de la reivindicación 1, en donde el sistema de control pasivo comprende un flotador (55a).

3. El aparato de reivindicación 1, en donde el sistema de control pasivo comprende un conmutador de nivel electrónico (55) el conmutador de nivel electrónico comprende un flotador (55a) y un contactor magnético conectado al flotador, el contactor magnético movible entre las posiciones abierta y cerrada.

4. El aparato de la reivindicación 3, en donde la válvula de salida (66) comprende una válvula solenoide conectada en serie con el conmutador de nivel electrónico (55).

5. El aparato de la reivindicación 1, en donde la salida de corriente gas (25) se alinea sobre un primer eje y la entrada de corriente de gas (15) se aliena sobre un segundo eje.

6. El aparato de la reivindicación 1, en donde la salida de corriente gas (25) comprende una extensión tubular alargada (40) que se extiende desde la salida de corriente de gas (25) hacia la carcasa (5), el miembro tubular alargado tiene una abertura (4) localizada por debajo de la entrada de corriente de gas (15).

7. El aparato de la reivindicación 1, que comprende además un material capilar sobre al menos una porción de una superficie de entrada (8) de la pared lateral (20).

8. El aparato de la reivindicación 1, que comprende además un indicador de nivel (50) unido al cilindro de la carcasa (5) para indicar el nivel de líquido (30) dentro del cilindro de la carcasa.

9. El aparato de la reivindicación 1, en donde los separadores (14,16) están conectados a un reservorio de agua separado común (70).

10. El aparato de la reivindicación 1, en donde el segundo separador (16) esta conectado al incinerador (80) para quemar una corriente de gas de escape de la celda de combustible vaciada de agua (36).