Un sistema de celdas de combustible de óxido sólido y un método para operar un sistema de celdas de combustible de óxido sólido.

Un sistema de celdas de combustible de óxido sólido (10) que comprende una pila de celdas de combustible de óxido sólido

(12), la pila de celdas de combustible de óxido sólido (12) que comprende al menos una celda de combustible de óxido sólido (16), cada celda de combustible de óxido sólido (16) que comprende un electrolito (18), un ánodo (20) y un cátodo (22), un suministro de oxidante (24) que está dispuesto para suministrar oxidante al cátodo (22) de al menos una celda de combustible de óxido sólido (16), un suministro de combustible (26) que está dispuesto para suministrar combustible al ánodo (20) de al menos una celda de combustible de óxido sólido (16), caracterizado por un dispositivo electroquímico (14), el dispositivo electroquímico (14) que comprende un electrólito (34), un ánodo (36) y un cátodo (38), medios (32, 50, 58) para suministrar una porción del combustible no usado desde el ánodo (20) de al menos una celda de combustible de óxido sólido (16) al cátodo (38) del dispositivo electroquímico (14), medios (28, 50, 52) para suministrar una porción del combustible no usado desde el ánodo (20) de al menos una celda de combustible de óxido sólido (16) al ánodo (36) del dispositivo electroquímico (14), por los cuales el dispositivo electroquímico (14) está dispuesto para eliminar el oxígeno del combustible no usado al cátodo (38) del dispositivo electroquímico (14), el dispositivo electroquímico (14) está dispuesto para transferir oxígeno a través del electrólito (34) desde el combustible no usado en el cátodo (38) del dispositivo electroquímico (14) al combustible no usado en el ánodo (36) del dispositivo electroquímico (14), y medios (32, 50, 62, 68) para suministrar la porción de combustible no usado con oxígeno agotado desde el cátodo (38) del dispositivo electroquímico (14) al ánodo (20) de al menos una celda de combustible de óxido sólido(16).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2011/069844.

Solicitante: LG Fuel Cell Systems, Inc.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 6065 Strip Avenue North Canton OH 44720 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: BOZZOLO,MICHELE, AGNEW,GERALD DANIEL.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej., BATERIAS, PARA LA... > Pilas de combustible; Su fabricación > H01M8/04 (Disposiciones o procesos auxiliares, p. ej. para controlar la presión, para la circulación de fluidos)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej., BATERIAS, PARA LA... > Pilas de combustible; Su fabricación > H01M8/06 (Combinación de pilas de combustible con medios para la producción de reactivos o para el tratamiento de residuos (pilas de combustible regenerativas H01M 8/18))

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Ilustración 4 de Un sistema de celdas de combustible de óxido sólido y un método para operar un sistema de celdas de combustible de óxido sólido.
Un sistema de celdas de combustible de óxido sólido y un método para operar un sistema de celdas de combustible de óxido sólido.

Fragmento de la descripción:

Un sistema de celdas de combustible de óxido sólido y un método para operar un sistema de celdas de combustible de óxido sólido La presente invención se relaciona con un sistema de celdas de combustible de alta temperatura, particularmente con un sistema de celdas de combustible de óxido sólido.

En un sistema de celdas de combustible de óxido sólido conocido una primera porción de los gases de escape que abandonan los ánodos de las celdas de combustible de óxido sólido se reciclan de vuelta a los ánodos de las celdas de combustible de óxido sólido con combustible fresco suministrado por los ánodos de las celdas de combustible de óxido sólido con el fin de proporcionar vapor para procesar el combustible fresco. Adicionalmente una segunda porción de los gases de escape que abandonan los ánodos de las celdas de combustible de óxido sólido se suministran a una cámara de combustión y se queman en la cámara de combustión. Los gases de escape quemados se usan para calentar el reactante y las celdas de combustible de óxido sólido a una temperatura adecuada para que las reacciones electroquímicas que ocurran en el óxido sólido sean celdas de combustible. Sin embargo, la cantidad del combustible quemado en el cámara de combustión en exceso de lo requerido para calentar los reactantes y las celdas de combustible de óxido sólido a la temperatura adecuada para que ocurran las reacciones electroquímicas disminuye la eficiencia de conversión global. La conversión electroquímica completa del combustible en las celdas de combustible de óxido sólido se llevaría a cabo con baja eficiencia. La creación de una atmósfera oxidante en la descarga de las celdas de combustible de óxido sólido crearía problemas para el diseño del sistema de celdas de combustible de óxido sólido y crearía problemas en la selección de los materiales, por ejemplo requieren materiales que son resistentes a la oxidación, para el sistema de celdas de combustible de óxido sólido.

DE102008018941 describe un sistema de celdas de combustible con una pila de celdas de combustible, una bomba de oxígeno y dos dispositivos de control.

US2004/062973 describe un sistema de celdas de combustible de óxido sólido con una pila de celdas de combustible de óxido sólido y una turbina de gas.

EP1511110 describe una celda de combustible de electrólito sólido donde el dióxido de carbono se elimina de un flujo de gas de salida del ánodo por vía de licuación de gases.

WO2007/014128 describe un sistema de celdas de combustible que incluye una pila de celdas de membrana de intercambio de iones de baja hidratación, alta temperatura para separar una porción del hidrógeno contenido en una corriente de descarga de combustible y reciclar el hidrógeno en la corriente de entrada de combustible.

En consecuencia la presente invención busca proporcionar un sistema de celdas de combustible de óxido sólido nuevo que reduce, preferentemente, supera el problema mencionado anteriormente.

Por consiguiente, la presente invención proporciona un sistema de celdas de combustible de óxido sólido que comprende una pila de celdas de combustible de óxido sólido y un dispositivo electroquímico, la pila de celdas de combustible de óxido sólido que comprende al menos una celda de combustible de óxido sólido, cada celda de combustible de óxido sólido que comprende un electrolito, un ánodo y un cátodo, un suministro de oxidante que se dispone para suministrar oxidante al cátodo de al menos una celda de combustible de óxido sólido, un suministro de combustible que está dispuesto para suministrar combustible al ánodo de al menos una celda de combustible de óxido sólido, el dispositivo electroquímico que comprende una electrolito, un ánodo y un cátodo, medios para suministrar una porción del combustible no usado desde el ánodo de al menos una celda de combustible de óxido sólido al cátodo del dispositivo electroquímico, medios para suministrar una porción del combustible no usado desde el ánodo de al menos una celda de combustible de óxido sólido al ánodo del dispositivo electroquímico, con lo cual el dispositivo electroquímico está dispuesto para eliminar el oxígeno del combustible no usado en el cátodo del dispositivo electroquímico, el dispositivo electroquímico está dispuesto para transferir oxígeno a través del electrolito desde el combustible no usado en el cátodo del dispositivo electroquímico al combustible no usado en el ánodo del dispositivo electroquímico, y medios para suministrar la porción de combustible no usado con oxígeno agotado desde el cátodo del dispositivo electroquímico al ánodo de al menos una celda de combustible de óxido sólido.

Puede haber medios para suministrar la porción del combustible no usado y oxígeno en el ánodo del dispositivo electroquímico a una cámara de combustión.

Puede haber medios para suministrar una porción del combustible no usado desde el ánodo de al menos una celda de combustible de óxido sólido a una cámara de combustión, el dispositivo electroquímico está dispuesto para transferir oxígeno a través del electrolito desde el combustible no usado en el cátodo del dispositivo electroquímico al ánodo del dispositivo electroquímico y medios para suministrar la porción del combustible no usado y oxígeno en el ánodo del dispositivo electroquímico a la cámara de combustión.

El sistema de celdas de combustible de óxido sólido puede comprender un motor de turbina de gas, el motor de turbina de gas que comprende un compresor y una turbina dispuesta para accionar el compresor, el compresor que se dispone para suministrar al menos una porción del oxidante al cátodo de al menos una celda de combustible de óxido sólido.

Los medios para suministrar la porción de combustible no usado con oxígeno agotado desde el cátodo del dispositivo electroquímico al ánodo de al menos una celda de combustible de óxido sólido puede comprender medios para mezclar la porción del combustible no usado con oxígeno agotado desde el cátodo del dispositivo electroquímico con el combustible suministrado por el suministro de combustible.

Los medios para mezclar la porción combustible no usado con oxígeno agotado desde el cátodo del dispositivo electroquímico con el combustible suministrado por el suministro de combustible puede comprender un eyector de combustible.

El sistema de celdas de combustible de óxido sólido puede comprender medios para suministrar una porción del oxidante no usado desde el cátodo de al menos una celda de combustible de óxido sólido de vuelta al cátodo de al menos una celda de combustible de óxido sólido.

Los medios para suministrar una porción del oxidante no usado desde el cátodo de al menos una celda de combustible de óxido sólido de vuelta al cátodo de al menos una celda de combustible de óxido sólido pueden comprender medios para mezclar la porción del oxidante no usado desde el cátodo de al menos una celda de combustible de óxido sólido con oxidante suministrado por el suministro de oxidante.

Los medios para mezclar la porción del oxidante no usado desde el cátodo de al menos una celda de combustible de óxido 30 sólido con oxidante suministrado por el suministro de oxidante puede comprender un eyector de oxidante.

El sistema de celdas de combustible de óxido sólido puede comprender medios para suministrar una porción del oxidante no usado desde el cátodo de al menos una celda de combustible de óxido sólido a la cámara de combustión.

El sistema de celdas de combustible de óxido sólido puede comprender medios para suministrar gases de escape de la cámara de combustión a la turbina del motor de turbina de gas.

Los medios para el suministro de... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un sistema de celdas de combustible de óxido sólido (10) que comprende una pila de celdas de combustible de óxido sólido (12) , la pila de celdas de combustible de óxido sólido (12) que comprende al menos una celda de combustible de óxido sólido (16) , cada celda de combustible de óxido sólido (16) que comprende un electrolito (18) , un ánodo (20) y un cátodo (22) , un suministro de oxidante (24) que está dispuesto para suministrar oxidante al cátodo (22) de al menos una celda de combustible de óxido sólido (16) , un suministro de combustible (26) que está dispuesto para suministrar combustible al ánodo (20) de al menos una celda de combustible de óxido sólido (16) , caracterizado por un dispositivo electroquímico (14) , el dispositivo electroquímico (14) que comprende un electrólito (34) , un ánodo (36) y un cátodo (38) , medios (32, 50, 58) para suministrar una porción del combustible no usado desde el ánodo (20) de al menos una celda de combustible de óxido sólido (16) al cátodo (38) del dispositivo electroquímico (14) , medios (28, 50, 52) para suministrar una porción del combustible no usado desde el ánodo

(20) de al menos una celda de combustible de óxido sólido (16) al ánodo (36) del dispositivo electroquímico (14) , por los cuales el dispositivo electroquímico (14) está dispuesto para eliminar el oxígeno del combustible no usado al cátodo (38) del dispositivo electroquímico (14) , el dispositivo electroquímico (14) está dispuesto para transferir oxígeno a través del electrólito (34) desde el combustible no usado en el cátodo (38) del dispositivo electroquímico

(14) al combustible no usado en el ánodo (36) del dispositivo electroquímico (14) , y medios (32, 50, 62, 68) para suministrar la porción de combustible no usado con oxígeno agotado desde el cátodo (38) del dispositivo electroquímico (14) al ánodo (20) de al menos una celda de combustible de óxido sólido (16) .

2. Un sistema de celdas de combustible de óxido sólido según reivindicación 1 que comprende medios (28, 56) para suministrar la porción del combustible no usado y oxígeno en el ánodo (36) del dispositivo electroquímico (14) a una cámara de combustión (30) .

3. Un sistema de celdas de combustible de óxido sólido según reivindicación 1 que comprende medios (28) para suministrar una porción del combustible no usado desde el ánodo (20) de al menos una celda de combustible de óxido sólido (16) a una cámara de combustión (30) , el dispositivo electroquímico (14) está dispuesto para transferir oxígeno a través del electrolito (34) desde el combustible no usado en el cátodo (38) del dispositivo electroquímico

(14) al ánodo (36) del dispositivo electroquímico (14) y medios (56) para suministrar la porción del combustible no usado y oxígeno en el ánodo (36) del dispositivo electroquímico (14) a la cámara de combustión (30) .

4. Un sistema de celdas de combustible de óxido sólido como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 que comprende un motor de turbina de gas (40) , el motor de turbina de gas (40) que comprende un compresor (42) y una turbina (44) dispuesta para accionar el compresor (42) , el compresor (42) que está dispuesto para suministrar al menos una porción del oxidante al cátodo (22) de al menos una celda de combustible de óxido sólido (16) .

5. Un sistema de celdas de combustible de óxido sólido como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 que comprende medios (48) para suministrar una porción del oxidante no usado desde el cátodo (22) de al menos una celda de combustible de óxido sólido (16) ; opcionalmente que comprende medios (70, 72) para suministrar una porción del oxidante no usado desde el cátodo (22) de al menos una celda de combustible de óxido sólido (16) a la cámara de combustión (30) .

6. Un sistema de celdas de combustible de óxido sólido como se reivindica en la reivindicación 5 que comprende medios (86) para suministrar gases de escape desde la cámara de combustión (30) a la turbina (44) del motor de turbina de gas (40) ; opcionalmente caracterizado porque los medios para suministrar los gases de escape desde la cámara de combustión (30) a la turbina (44) del motor de turbina de gas (40) comprende un intercambiador de calor (90) .

7. Un sistema de celdas de combustible de óxido sólido como se reivindica en la reivindicación 5 en donde los medios para suministrar una porción del oxidante no usado desde el cátodo (22) de al menos una celda de combustible de óxido sólido (16) de vuelta al cátodo (22) de al menos una celda de combustible de óxido sólido (16) comprende un intercambiador de calor (90) .

8. Un sistema de celdas de combustible de óxido sólido como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 en donde la pila de celdas de combustible de óxido sólido (12) está dispuesta para suministrar electricidad al dispositivo electroquímico (14) .

9. Un sistema de celdas de combustible de óxido sólido como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 en donde la turbina (44) del motor de turbina de gas (40) está dispuesta para accionar un generador eléctrico (46) ; opcionalmente caracterizado porque el generador eléctrico (46) está dispuesto para suministrar electricidad al dispositivo electroquímico.

10. Un método para operar un sistema de celdas de combustible de óxido sólido (10) , el sistema de celdas de combustible de óxido sólido (10) que comprende una pila de celdas de combustible de óxido sólido (12) y un dispositivo electroquímico (14) , la pila de celdas de combustible de óxido sólido (12) que comprende al menos una celda de combustible de óxido sólido (16) , cada celda de combustible de óxido sólido (16) que comprende un electrólito (18) , un ánodo (20) y un cátodo (22) , el dispositivo electroquímico (14) que comprende un electrólito (34) , un ánodo (36) y un cátodo (38) , el método que comprende suministrar oxidante al cátodo (22) de al menos una celda de combustible de óxido sólido (16) , suministrar combustible al ánodo (20) de al menos una celda de combustible de óxido sólido (16) , suministrar una porción del combustible no usado desde el ánodo (20) de al menos una celda de combustible de óxido sólido (16) al cátodo (38) del dispositivo electroquímico (14) , suministrar una porción del combustible no usado desde el ánodo (20) de al menos una celda de combustible de óxido sólido

(16) al ánodo (36) del dispositivo electroquímico (14) , eliminar oxígeno desde el combustible no usado en el cátodo

(38) del dispositivo electroquímico (14) , transferir oxígeno a través del electrólito (34) desde el combustible no usado en el cátodo (38) del dispositivo electroquímico (14) al combustible no usado en el ánodo (36) del dispositivo electroquímico (14) y suministrar combustible no usado con oxígeno agotado desde el cátodo (38) del dispositivo electroquímico (14) al ánodo (20) de al menos una celda de combustible de óxido sólido (16) .

11. Un método como se reivindica en la reivindicación 10 que comprende suministrar la porción del combustible no usado y oxígeno en el ánodo (36) del dispositivo electroquímico (14) a una cámara de combustión (30) .

12. Un método como se reivindica en la reivindicación 10 que comprende suministrar una porción del combustible no usado desde el ánodo (20) de al menos una celda de combustible de óxido sólido (16) a una cámara de combustión (30) , transferir oxígeno a través del electrólito (34) desde el combustible no usado en el cátodo (38) del dispositivo electroquímico (14) al ánodo (36) del dispositivo electroquímico (14) y suministrar la porción del combustible no usado y oxígeno en el ánodo (36) del dispositivo electroquímico (14) a la cámara de combustión (30) .

13. Un método para operar un sistema de celdas de combustible de óxido sólido como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12 en donde el sistema de celdas de combustible de óxido sólido (10) comprende un motor de turbina de gas (40) , el motor de turbina de gas (40) que comprende un compresor (42) y una turbina (44) dispuesta para accionar el compresor (42) , el método que comprende suministrar al menos una porción del oxidante al cátodo (22) de al menos una celda de combustible de óxido sólido (16) a través del compresor (42) .

14. Un método para operar un sistema de celdas de combustible de óxido sólido como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13 que comprende suministrar una porción del oxidante no usado desde el cátodo (22) de al menos una celda de combustible de óxido sólido (16) de vuelta al cátodo (22) de al menos una celda de combustible de óxido sólido (16) .

15. Un método para operar un sistema de celdas de combustible de óxido sólido como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14 que comprende suministrar la porción del combustible no usado desde el ánodo (36) del dispositivo electroquímico (14) a una cámara de combustión (30) ; opcionalmente que comprende suministrar una porción del oxidante no usado desde el cátodo (22) de al menos una celda de combustible de óxido sólido (16) a la cámara de combustión (30) ; opcionalmente que comprende suministrar gases de escape desde la cámara de combustión (30) a la turbina (44) del motor de turbina de gas (40) .

16. Un método para operar un sistema de celdas de combustible de óxido sólido como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 10 a 15 que comprende suministrar electricidad al dispositivo electroquímico (14) .

17. Un método para operar un sistema de celdas de combustible de óxido sólido como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 10 a 16 que comprende accionar un generador eléctrico (46) mediante el uso de la turbina (44) del motor de turbina de gas (40) ; opcionalmente que comprende suministrar electricidad desde el generador eléctrico (46) al dispositivo electroquímico (14) .