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

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...

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).