Un aparato, que comprende:

una cabina; y

un procesador de combustible contenido en la cabina,

el procesador de combustible que incluyen:

un reactor procesador;

una carga para el reactor del procesador; y

un subsistema refrigerante capaz de refrigerar el reactor del procesador y el interior de la cabina

Sistema refrigerante para procesador de combustible.

Antecedentes de la invención

La presente invención pertenece a plantas de energía de celdas de combustibles y, más particularmente, a un sistema refrigerante para una planta de energía de celda de combustible integrada.

La tecnología de celdas de combustible es una fuente de energía alterna para más fuentes de energía convencional que emplean la combustión de combustibles fósiles. Una celda de combustible produce típicamente electricidad, agua, y calor a partir de combustible y oxígeno. Más particularmente, las celdas de combustible proporcionan electricidad a partir de reacciones de oxidación - reducción química y posee 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 los reactivos.

Una ventaja significativa que inhibe el uso amplio de las celdas de combustible es la falta de una infraestructura de hidrógeno amplio. El hidrógeno tiene una densidad de energía volumétrica medianamente baja y es más difícil de almacenar y transportar que los combustibles de hidrocarburo utilizados actualmente en la mayoría de sistema de generación de energía. Una forma de superar esta dificulta es el uso de "procesadores de combustibles" o "reformadores" para convertir los hidrocarburos a una corriente de gas rica en nitrógeno que se puede utilizar como una alimentación para celdas de combustibles. Los combustibles basados en hidrocarburos, tal como el gas natural, LPG, gasolina y diesel, requieren la conversión para uso como combustible para la mayoría de celdas de combustibles. La técnica actual utiliza procesos multietapa que combinan un proceso de conversión inicial con varios procesos limpios. El proceso inicial es más frecuente reformado por vapor ("SR"), reformado auto térmico ("ATR"), oxidación parcial catalítica ("CPOX"), u oxidación parcial no catalítica ("POX"). Los procesos de limpieza usualmente comprenden una combinación de desulfurización, cambio de alta temperatura agua-gas, cambio de baja temperatura agua-gas, oxidación CO selectiva, o metanación CO selectiva. Los procesos alternativos incluyen filtros y reactores de membrana selectiva de hidrógeno.

Así, se pueden utilizar muchos tipos de combustibles, algunos de ellos híbridos con combustibles fósiles, pero el combustible ideal es hidrógeno. Si el combustible es por ejemplo, hidrógeno, entonces la combustión es muy limpia y, como un asunto práctico, solo queda agua después de la disipación y/o consumo de calor y consumo de electricidad. La mayoría de combustibles fácilmente disponibles (por ejemplo, gas natural, propano y gasolina) y aún aquellos menos comunes (por ejemplo, metanol y etanol) incluyen hidrógeno en su estructura molecular. Por lo tanto algunas implementaciones de celda de combustibles emplean un "procesador de combustible" que procesan un combustible particular para producir una corriente de hidrógeno relativamente pura utilizado como combustible de la celda de combustible.

Un procesador para una celda de combustible de electrolito de polímero ("PEFC"), también conocida como células de combustibles de membrana de intercambio de protón ("PEMFC"), comprende generalmente secciones de reactor para reformar hidrocarburos, reacciones de oxidación y cambio de agua-gas. Las reacciones se llevan a cabo a temperaturas elevadas y son una combinación de la variedad de generación de calor, consumo de calor o de temperatura constante. Por lo tanto, el manejo del calor es crítico para la operación apropiada del procesador. Se pueden utilizar cargas de reacción de refrigeración para precalentar los reactivos, aunque refrigerar los productos, maneja si el calor dentro del procesador. Una dificultad con los subsistemas de refrigeración convencional es la dependencia entre la refrigeración del reactor y las temperaturas de productos y cargas de reactor. Otro problema es que la planta de energía de celda de combustible, es decir, la celda de combustible su procesador de combustible, se alojan frecuentemente en una cabina, que produce problemas de manejo de calor adicionales. Métodos convencionales para estos problemas aplican un refrigerador de cabina separado. Sin embargo, los refrigeradores de cabinas separados impactan adversamente la eficiencia en costos y en energía de la planta de energía como un todo.

La WO 02/087745 describe un procesador de combustible en una cabina con intercambiadores de calor para refrigerar el gas rico en hidrógeno cuando se utiliza a partir de varias etapas del proceso, tal como: del lecho de catalizador de cambio de gas y agua; del lecho de catalizador de desulfurización; y del lecho de reforma autotérmica.

La presente invención se dirige a resolver, o por lo menos reducir, uno o todos los problemas mencionados anteriormente.

Resumen de la invención

Se describe un subsistema refrigerante para uso en un procesador de combustible y un método para su operación. De acuerdo con la presente invención, los elementos constituyentes del procesador de combustible se alojan en una cabina, y el subsistema refrigerante es capaz de refrigerar el reactor del procesador y el interior de la cabina.

Breve descripción de los dibujos

La invención se puede entender con referencia a la siguiente descripción tomada en conjunto con los dibujos acompañantes, en los que los numerales de referencia identifican elementos similares, en los que:

La Figura 1 ilustra conceptualmente un procesador de combustible construido y operado de acuerdo con la presente invención;

La Figura 2 ilustra una realización particular del procesador de combustible en La Figura 1.

La Figura 3 describe una implementación particular del subsistema refrigerante de La Figura 2.

La Figura 4 ilustra gráficamente el proceso de reforma del reformador auto térmico del procesador de combustible mostrado en La Figura 2;

La Figura 5 ilustra conceptualmente una planta de energía de celda de combustible integrada con combustible por flujo de gas de hidrógeno producido por el procesador de combustible de La Figura 1;

La Figura 6A y la Figura 6B ilustran conceptualmente un aparato de computo que se puede utilizar en la implementación de una realización particular de la presente invención; y

La Figura 7 ilustra conceptualmente la interfaz de operación entre el procesador de combustible y la celda de combustible de la planta de energía de La Figura 5.

Aunque la invención es susceptible de varias modificaciones y formas alternas, los dibujos ilustran las realizaciones específicas descritas aquí en detalle en vía de ejemplo. Cabe entender sin embargo, que la descripción de las realizaciones específicas no está destinada a limitar la invención a las formas particulares descritas, sino por el contrario, la invención cubre todas las modificaciones, equivalentes, y alternativas que caen dentro del alcance de la invención como se define por las reivindicaciones adjuntas.

Descripción detallada de la invención

Las realizaciones ilustrativas de la invención se describen adelante. Por motivos de claridad, no se describen todas las características de una implementación actual en esta especificación. Por supuesto se apreciará que en el desarrollo de cualquiera de tales realizaciones actuales, se deben tomar numerosas decisiones específicas de la implementación para alcanzar las metas específicas de los desarrolladores, tal como la conformidad con las restricciones ocasionadas con el negocio y relacionadas con el sistema, que variarán de una aplicación a la otra. Más aún, se apreciará que tal un esfuerzo de desarrollo, aún si es complejo y consume tiempo, sería una rutina para aquellos medianamente versados en la técnica que tienen el beneficio de esta descripción.

La Figura 1 ilustra conceptualmente un procesador de combustible 100 construido de acuerdo con la presente invención. El procesador de combustible 100 comprende un subsistema refrigerante 102, una carga 104, y un reactor de procesador 106 que produce un flujo de gas de hidrógeno (o rico en hidrógeno) 108. De acuerdo con un aspecto de la invención, el subsistema refrigerante 102 se separa de la carga 104 y es capaz de hacer circular un refrigerante 110 a través del reactor del procesador...

1. Un aparato, que comprende:

una cabina; y

un procesador de combustible contenido en la cabina, el procesador de combustible que incluyen:

un reactor procesador;

una carga para el reactor del procesador; y

un subsistema refrigerante capaz de refrigerar el reactor del procesador y el interior de la cabina.

2. El aparato de la reivindicación 1, en donde el reactor del procesador incluye por lo menos:

una primera etapa capaz de recibir la carga y desarrollar una reacción autotérmica allí;

una segunda etapa capaz de recibir la carga de la primera etapa y remover el azufre de allí;

una tercera etapa capaz de recibir la carga de la segunda etapa y desarrollar una primera reacción de cambio allí;

una cuarta etapa capaz de recibir la carga de la tercera etapa y desarrollar una segunda reacción de cambio allí; y

una quinta etapa capaz de recibir la carga de la cuarta etapa y preferiblemente oxidar la carga recibida.

3. El procesador de combustible de la reivindicación 1, en donde la carga para el reactor del procesador transporta una mezcla de combustible, aire, y agua.

4. El aparato de la reivindicación 1, en donde el subsistema refrigerante es capaz de recibir refrigerante que circula del reactor procesador y que intercambia calor desde allí para enfriar el reactor del procesador y capaz de hacer circular calor desde el interior de la cabina al exterior de la cabina para enfriar el interior de la cabina.

5. El aparato de la reivindicación 4, en donde el subsistema refrigerante comprende:

un intercambiador de calor; y

un soplador de aire capaz de enfriar el intercambiador de calor y el interior de la cabina por convección.

6. El aparato de la reivindicación 5, en donde el enfriador comprende adicionalmente:

un segundo intercambiador de calor; y

un segundo soplador de aire capaz de enfriar el intercambiador de calor y el interior de la cabina por convección.

7. El aparato de la reivindicación 4, en donde el refrigerante comprende por lo menos uno de agua, glicol, aceite, y alcohol.

8. El aparato de la reivindicación 1, en donde el subsistema refrigerante incluye un enfriador capaz de recibir refrigerante que circula del reactor procesador y intercambiar calor de este y capaz de hacer circular calor desde el interior de la cabina al exterior de la cabina.

9. El aparato de la reivindicación 8, en donde el subsistema refrigerante incluye adicionalmente:

Un almacenamiento de refrigerante capaz de almacenar refrigerante recibido desde el enfriador; y

Una bomba capaz de bombear el refrigerante almacenado al reactor del proceso.

10. El aparato de la reivindicación 8, en donde el enfriador comprende:

un intercambiador de calor; y

un soplador de aire capaz de enfriar el intercambiador de calor y el interior de la cabina por convección.

11. El aparato de la reivindicación 8, en donde el enfriador comprende adicionalmente:

un segundo intercambiador de calor; y

un segundo soplador de aire capaz de enfriar el intercambiador de calor y el interior de la cabina por convección.

12. El aparato de la reivindicación 9, en donde el almacenamiento de refrigerante comprende un tanque.

13. El aparato de la reivindicación 1, en donde el subsistema refrigerante incluye:

un enfriador capaz de recibir refrigerante que circula del reactor del procesador e intercambiar calor de allí;

un almacenamiento de refrigerante capaz de almacenar que almacena refrigerante recibido desde el enfriador; y

una bomba capaz de bombear el refrigerante almacenado al reactor del proceso.

14. El aparato de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente:

un oxidante capaz de calentar combustible, agua, y aire y alimentar el reactor del proceso con la mezcla a través de la carga;

un subsistema de suministro de combustible capaz de proporcionar combustible al oxidante;

un subsistema de agua capaz de proporcionar agua al oxidante;

un subsistema de aire capaz de proporcionar aire al oxidante.

15. El aparato de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente una conexión a por lo menos un usuario externo.

16. El aparato de la reivindicación 15, en donde la conexión comprende una salida y una entrada a través que de la cual el refrigerante puede circular.

17. El procesador de combustible de la reivindicación 1, en donde el subsistema refrigerante comprende adicionalmente una pluralidad de unidades de control de temperatura, cada unidad de control de temperatura que incluyen:

un sensor de temperatura para detecta la temperatura del refrigerante en una porción del reactor del procesador a través del cual circula el refrigerante; y

un accionado opera sensible a la temperatura detectada en la porción para acelerar el flujo de refrigerante a través de la porción.

18. Una planta de energía, que comprende:

un aparato como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1-17; y

una celda de combustible contenida en la cabina y energizada por el reformado generado por el reactor procesador del procesador de combustible.

19. La planta de energía de la reivindicación 18, en donde la celda de combustible comprende una celda de combustible de Electrolito de Polímero.

20. Un método para enfriar el procesador de combustible de un aparato de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende:

hacer circular un refrigerante a través del reactor del procesador del procesador de combustible; y

enfriar el fluido circulado a través de convección, la convección también hacer circular aire caliente desde el interior de la cabina por el procesador de combustible al exterior.

21. El método de la reivindicación 20, en donde hacer circular el refrigerante a través del reactor del procesador incluye hacer circular el refrigerante a través de diversas diferentes porciones del reactor del procesador.

22. El método de la reivindicación 20, en donde hacer circular el refrigerante a través del reactor del procesador incluye hacer circular por lo menos uno de agua, glicol, aceite, y alcohol.

23. El método de la reivindicación 20, en donde hacer circular el refrigerante a través del reactor del procesador incluye hacer circular el refrigerante a través del reactor del procesador en forma separada de una carga al reactor procesador.

24. El método de la reivindicación 20, en donde enfría el fluido circulante a través de convección incluye:

hacer circular el refrigerante a través un intercambiador de calor; y

soplar aire a través de los intercambiador de calor.

25. El método de la reivindicación 24, en donde enfriar el fluido circulante a través convección incluye:

hacer circular el refrigerante a través un segundo intercambiador de calor; y

soplar aire a través del segundo intercambiador de calor.

26. El método de la reivindicación 24, en donde soplar aire a través del intercambiador de calor hace circular el aire caliente desde el interior de la cabina al exterior.

27. Un método para enfriar el procesador de combustible de una planta de energía de acuerdo con la reivindicación 18, que comprende:

hacer circular un refrigerante a través del reactor del procesador del procesador de combustible; y

enfriar el fluido circulante por convección, la convección también hacer circular aire caliente desde los interior de la cabina para la planta de energía al exterior.

28. El método de la reivindicación 27, en donde hacer circular el refrigerante a través del reactor del procesador incluye hacer circular el refrigerante a través de diversas porciones diferentes del reactor del procesador.

29. El método de la reivindicación 27, en donde hacer circular el refrigerante a través del reactor del procesador incluye hacer circular por lo menos uno de agua, glicol, aceite, y alcohol.

30. El método de la reivindicación 27, en donde hacer circular el refrigerante a través del reactor del procesador incluye hacer circular el refrigerante a través del reactor del procesador en forma separada desde una carga al reactor del procesador.

31. El método de la reivindicación 27, en donde enfriar el fluido circulante a través convección incluye:

hacer circular el refrigerante a través un intercambiador de calor; y

soplar aire a través de los intercambiador de calor.

32. El método de la reivindicación 31, en donde enfriar el fluido circulante a través convección incluye:

hacer circular el refrigerante a través un segundo intercambiador de calor; y

soplar aire a través de los segunda intercambiador de calor.