BRPI0712859A2 - reformador para um sistema de cÉlula de combustÍvel - Google Patents

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Abstract

REFORMADOR PARA UM SISTEMA DE CÉLULA DE COMBUSTÍVEL. A presente invenção refere-se a um reformador (12) para um sistema de célula de combustível (10) para a geração de um reformado que compreende uma pluralidade de unidades funcionais (28, 30) para o tratamento do combustível, pelo menos uma unidade funcional (28, 30) sendo adaptada a um primeiro tipo de combustível. Neste arranjo, a invenção é caracterizada com vantagem pelo fato de a unidade funcional (28, 30) adaptada ao primeiro tipo de combustível poder ser acoplada de forma liberável ao reformador (12) como um módulo, por meio de uma interface (32), a qual também é projetada para acoplamento a uma unidade funcional de substituição ao invés de a uma unidade funcional (28, 30) adaptada ao primeiro tipo de combustível, a unidade funcional de substituição sendo adaptada a um segundo tipo de combustível diferente do primeiro tipo de combustível. A invenção refere-se, mais ainda, a uma unidade funcional para um reformador como esse, a um sistema de célula de combustível (10) que tem um reformador (12) como esse e a um veículo motor que tem um sistema de célula de combustível (10) como esse.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "REFORMA- DOR PARA UM SISTEMA DE CÉLULA DE COMBUSTÍVEL"
A presente invenção refere-se a um reformador para um sistema de célula de combustível para a geração de um reformado que compreende uma pluralidade de unidades funcionais para o tratamento do combustível, pelo menos uma unidade funcional sendo adaptada para um primeiro tipo de combustível.
Além disso, a invenção refere-se a uma unidade funcional para um reformador como esse, a um sistema de célula de combustível que tem um reformador como esse e a um veículo motor que tem um sistema de cé- lula de combustível como esse.
Os sistemas de célula de combustível servem para a conversão de energia química em energia elétrica por formas e meios como conhecido geralmente. Os sistemas de célula de combustível devem ser capazes de lidarem com combustíveis em uso normal. Uma vez que hidrogênio e oxigê- nio são reagidos em uma célula de combustível, o combustível usado deve ser condicionado de modo que o gás suprido para o anodo da pilha de célula de combustível seja rico em hidrogênio. Na extremidade de catodo, oxigênio no ar é suprido para a pilha de célula de combustível na maioria dos casos. Para esta finalidade, combustível e um oxidante, preferencialmente ar, são alimentados para um reformador. O combustível então é reagido com o oxi- gênio no reformador, preferencialmente pelo método de oxidação parcial. Um reformador convencionalmente configurado é descrito, por exemplo, na patente alemã DE 101 20 375 A1.
O reformado gerado como tal então é suprido para a célula de combustível ou para a pilha de célula de combustível, a energia elétrica sen- do liberada por uma reação controlada do hidrogênio como um componente do reformado, e oxigênio.
Independentemente do tipo de combustível usado, o objetivo sempre é obter uma percentagem de hidrogênio tão alta quanto possível no reformado, o qual então é alimentado para a pilha de célula de combustível. Para esta finalidade e, dependendo do combustível usado, o reformador precisa ser adaptado para este combustível em particular. Isto requer que os produtores desses sistemas de célula de combustível ofereçam uma escolha ampla de sistemas de célula de combustível, cada um especialmente adap- tado ao combustível em particular concernido, desse modo envolvendo altos custos de desenvolvimento e produção.
Assim, o objetivo da presente invenção agora é tornar possível prover um reformador o qual possa ser adaptado a vários tipos de combustí- vel de forma relativamente eficaz em termos de custos.
Este objetivo é obtido pelos recursos das reivindicações inde- pendentes.
Aspectos vantajosos e modalidades adicionais da invenção são lidos a partir das reivindicações dependentes.
O reformador de acordo com a invenção é baseado na técnica anterior genérica, pelo fato de a unidade funcional adaptada para o primeiro tipo de combustível poder ser acoplada de forma liberável ao reformador como um módulo liberável por meio de uma interface, a qual também é pro- jetada para acoplamento de uma unidade funcional de substituição, ao invés da unidade funcional adaptada ao primeiro tipo de combustível, a unidade funcional de substituição sendo adaptada a um segundo tipo de combustível diferente do primeiro tipo de combustível. Uma configuração como essa ago- ra torna possível repetidamente usar unidades funcionais salientes do refor- mador em operação com tipos diferentes de combustível, desse modo se permitindo que o reformador seja adaptado às várias exigências do tipo de combustível diferente de maneira altamente eficaz em termos de custos e por formas e meios simples. Agora, isto torna possível adaptar de forma óti- ma um sistema de célula de combustível completo a um outro tipo de com- bustível simplesmente pela substituição de uma unidade funcional do refor- mador.
As mesmas vantagens são obteníveis pelo fato de a unidade funcional adaptada ao primeiro tipo de combustível e a unidade funcional de substituição serem um misturador de gás.
Mais particularmente, desse modo é provido que o misturador de gás seja um evaporador.
Além disso, as vantagens mencionadas acima são obteníveis pelo fato de a unidade funcional adaptada ao primeiro tipo de combustível e a unidade funcional de substituição serem uma unidade de reação.
Mais particularmente, desse modo é provido que a unidade de reação seja um queimador de reformador.
Além disso, o reformador de acordo com a invenção pode ser sofisticado pelo projeto de engenharia da interface como um conector de engate rápido. Ao compreender um conector de engate rápido, a estrutura modular do reformador e uma unidade funcional de substituição podem ser rapidamente implementadas de forma amigável para um usuário, sem o en- volvimento de uma desmontagem complicada do reformador.
Mais particularmente, desse modo é provido que a interface seja um conector tipo de baioneta.
Mais ainda, é provida de acordo com a invenção uma unidade funcional para um reformador que tem uma interface projetada para acopla- mento de um reformador como esse. Com uma unidade funcional como es- sa, as vantagens conforme descrito acima são obteníveis de modo corres- pondente.
Além disso, a invenção provê um sistema de célula de combus- tível que tem um reformador como esse e um veículo motor que tem um sis- tema de célula de combustível como esse fornecendo as vantagens confor- me descrito acima de modo correspondente.
A título de exemplo, uma modalidade preferida da invenção será detalhada, agora, com referência ao desenho, no qual:
a figura 1 é uma representação diagramática do sistema de célu- la de combustível de acordo com a invenção.
Com referência, agora, à figura 1, é ilustrada uma representação diagramática do sistema de célula de combustível de acordo com a inven- ção. O sistema de célula de combustível 10 compreende um reformador 12 que recebe um suprimento de combustível a partir de uma bomba de com- bustível 14. O tipo de combustível envolvido inclui diesel, gasolina, biogás, gás natural e outros tipos de combustível conhecidos a partir da técnica an- terior. O reformador 12 também recebe um suprimento de oxidante, o qual, neste caso, é composto por ar enviado por um soprador 16 e o gás de e- xaustão de anodo 18 entranhado ali. O gás de exaustão de anodo 18 é ge- rado por uma célula de combustível 20 atribuída a um soprador de célula de combustível 22 e recebendo um suprimento de reformado gerado pelo re- formador 12. O reformado envolvido é um gás rico em hidrogênio o qual com o auxílio de um ar de catodo enviado pelo soprador de célula de combustível 22 é convertido na célula de combustível 20 em eletricidade e calor. Neste caso, a porção não retornada do gás de exaustão de anodo 18 é suprida para um pós-queimador 24 atribuído a um soprador de pós-queimador 26. No pós-queimador 24, o reformado esgotado é convertido pelo ar enviado pelo soprador de pós-queimador 26 em um gás de exaustão de combustão contendo quase que nenhuma emissão nociva.
O reformador 12 compreende um misturador de gás 28 e uma unidade de reação 30. É formada no misturador de gás 28 a partir do com- bustível e de um oxidante, preferencialmente ar, uma mistura de gás prefe- rencialmente envolvendo uma evaporação do combustível. Esta mistura ga- sosa reage na unidade de reação 30 ao reformado, preferencialmente por oxidação parcial. Neste arranjo, o misturador de gás 28 preferencialmente é um evaporador e a unidade de reação 30 preferencialmente é um queimador de reformador. O misturador de gás 28, bem como a unidade de reação 30 são acoplados, por meio de interfaces 32, preferencialmente configuradas como conectores de engate rápido, tal como um conector do tipo de baione- ta, de parafuso ou de plugar, ao reformador e às unidades funcionais rema- nescentes do reformador, respectivamente. Um conector de engate rápido neste sentido é entendido como sendo um conector liberável mecanicamen- te para um contato positivo ou não positivo com o qual um acoplamento po- de ser realizado preferencialmente sem se requerer uma ferramenta. Assim sendo, o reformador é subdividido em módulos liberáveis os quais podem ser rapidamente substituídos de forma amigável para um usuário, quando requerido. O reformador e, assim, o sistema de célula de combustível com- pleto nesta configuração são adaptados para um certo tipo de combustível.
Caso uma mudança seja necessária para um outro tipo de com- bustível, as unidades funcionais do reformador adaptado a um certo tipo de combustível podem ser substituídas por outras unidades funcionais, prefe- rencialmente tendo a mesma função, mas adaptadas para um tipo diferente de combustível. Para esta finalidade, as interfaces das unidades funcionais são adaptadas a vários tipos de combustível e interfaces idênticas de recur- so preferencialmente intercambiáveis, de modo que todas as unidades fun- cionais intercambiáveis sejam, quanto às dimensões e às conexões, otima- mente compatíveis com o reformador e as outras unidades funcionais.
Existem várias possibilidades com respeito ao interacoplamento das unidades funcionais ou com o reformador. Por exemplo, o reformador pode ser configurado a partir de uma pluralidade de unidades funcionais a- copladas em série, de modo que uma interface de uma unidade funcional independente forme a entrada do reformador. A outra interface desta unida- de funcional independente é acoplada à unidade funcional seguinte, a qual, por sua vez, pode ser acoplada a uma unidade funcional, até a interface da última função formar uma saída do reformador. Uma outra possibilidade se- ria prover um alojamento de reformador compreendendo interfaces na ex- tremidade de alojamento à qual as unidades funcionais são acopladas por meio de suas interfaces. Nesta situação, as interfaces na extremidade de alojamento precisariam ser conectadas dentro do alojamento para intercone- xão das unidades funcionais em operação.
É entendido que os recursos da invenção, conforme mostrado na descrição acima, nos desenhos e conforme reivindicado, podem ser es- senciais para a obtenção da invenção por si mesmos ou em qualquer com- binação. Listagem de Números de Referência
10 sistema de célula de combustível
12 reformador
14 bomba de combustível
16 soprador
18 gás de exaustão de anodo
20 célula de combustível
22 soprador de célula de combustível
24 pós-queimador
26 soprador de pós-queimador
28 misturador de gás
30 unidade de reação
32 interfaces

Claims (10)

1. Reformador (12) para um sistema de célula de combustível (10) para a geração de um reformado, que compreende uma pluralidade de unidades funcionais (28, 30) para tratamento do combustível, pelo menos uma unidade funcional (28, 30) sendo adaptada para um primeiro tipo de combustível, caracterizado pelo fato de a unidade funcional (28, 30) adapta- da ao primeiro tipo de combustível poder ser acoplada de forma liberável ao reformador (12) como um módulo por meio de uma interface (32) a qual também é projetada para acoplamento ao reformador (12) de uma unidade funcional de substituição ao invés da unidade funcional (28, 30) adaptada ao primeiro tipo de combustível, a unidade funcional de substituição sendo a- daptada a um segundo tipo de combustível diferente do primeiro tipo de combustível.
2. Reformador (12), de acordo com a reivindicação 1, caracteri- zado pelo fato de a unidade funcional (28, 30) adaptada ao primeiro tipo de combustível e a unidade funcional de substituição serem um misturador de gás (28).
3. Reformador (12), de acordo com a reivindicação 2, caracteri- zado pelo fato de o misturador de gás (28) ser um evaporador.
4. Reformador (12), de acordo com a reivindicação 1, caracteri- zado pelo fato de a unidade funcional adaptada ao primeiro tipo de combus- tível e a unidade funcional de substituição serem uma unidade de reação (30).
5. Reformador (12), de acordo com a reivindicação 4, caracteri- zado pelo fato de a unidade de reação (30) ser um queimador de reforma- dor.
6. Reformador (12), de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, caracterizado pelo fato de a interface (32) ser um conec- tor de engate rápido.
7. Reformador (12), de acordo com a reivindicação 6, caracteri- zado pelo fato de a interface (32) ser um conector do tipo de baioneta.
8. Unidade funcional (28, 30) para um reformador (12) que com- preende uma interface (32) projetada para acoplamento ao reformador como definido na reivindicação 1.
9. Sistema de célula de combustível (10) que compreende um reformador (12) como definido em qualquer uma das reivindicações prece- dentes.
10. Veículo motor que compreende um sistema de célula de combustível (10) como definido na reivindicação 9.
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