BRPI0714144A2

BRPI0714144A2 - sistema de cÉlula de combustÍvel que compreende um meio de isolamento

Info

Publication number: BRPI0714144A2
Application number: BRPI0714144-0A
Authority: BR
Inventors: Matthias Boltze; Michael Rozumek
Original assignee: Enerday Gmbh
Priority date: 2006-07-10
Filing date: 2007-05-23
Publication date: 2012-12-25
Also published as: AU2007272133A1; CA2656574A1; EA200970035A1; DE102006031864A1; EP2038948A1; JP2009543301A; KR20090021309A; US20110244352A1; CN101501905A; WO2008006325A1

Abstract

SISTEMA DE CÉLULA DE COMBUSTÍVEL QUE COMPREENDE UM MEIO DE ISOLAMENTO. A presente invenção refere-se a um sistema de célula de combustível (10) que compreende um meio de isolamento (12) para isolamento térmico de uma primeira porção (14) de uma segunda porção (16), a primeira porção durante uma operação do sistema de célula de combustível ge- ralmente estando em um nível de temperatura mais alto do que a segunda porção e o meio de isolamento compreendendo pelo menos uma porção de passagem (18) que cria uma interface com a primeira porção e a segunda porção através da qual pelo menos um componente (20) do sistema de célula de combustível é passado durante uma operação do sistema de célula de combustível, assim entrando em contato térmico com a primeira porção e a segunda porção. De acordo com a invenção, é provido que pelo menos parte do componente seja feita de um material que caracterize uma condutividade térmica mais baixa do que aquela das partes adjacentes, resultando em uma parte de isolamento (22), e que a parte de isolamento esteja situada pelo menos parcialmente dentro da porção de passagem (18).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA DE CÉLULA DE COMBUSTÍVEL QUE COMPREENDE UM MEIO DE ISOLA- MENTO".

A presente invenção refere-se a um sistema de célula de com- bustível que compreende um meio de isolamento para isolamento térmico de uma primeira porção de uma segunda porção, a primeira porção durante uma operação do sistema de célula de combustível geralmente estando a um nível de temperatura mais alto do que a segunda porção e o meio de isolamento compreendendo pelo menos uma porção de passagem que cria uma interface com a primeira porção e a segunda porção através da qual pelo menos um componente do sistema de célula de combustível é levado durante uma operação do sistema de célula de combustível, assim entrando em contato térmico com a primeira porção e a segunda porção.

Os sistemas de célula de combustível servem para a geração de energia elétrica e energia térmica, sendo a alimentação primária de combus- tíveis fósseis que está ganhando crescente significância. No setor móvel, isto é, particularmente em veículos motores, a preferência é dada ao uso de combustíveis como normal para veículos motores, enquanto no setor não- móvel, isto é, particularmente em aplicações domésticas, gás natural e óleo combustível são usados.

É necessário para processamento destes combustíveis um pro- cesso de reformação, o qual, pelo menos parcialmente, é fortemente exo- térmico. Da mesma forma estão encontrando aplicação pós-queimadores capazes de converterem os gases de exaustão da célula de combustível ou também o combustível de alimentação primária em reações exotérmicas. O calor de perda gerado pelas células de combustível em si no sistema de cé- lula de combustível, o qual particularmente no caso da célula de combustível de óxido sólido (SOFC) pode ser bastante considerável, precisa considera- do. Assim, temperaturas variando de 500 a 1000 sC estão envolvidas no sis- tema de célula de combustível, dependendo da condição de operação e do projeto.

A redução das perdas de calor devido à transferência de calor para o ambiente do sistema de célula de combustível é uma exigência pri- mordial e, para esta finalidade, meios de isolamento de alta performance são usados, os quais, contudo, precisam caracterizar porções de passagem, por exemplo, para fins de alimentação de combustível, alimentação de ar ou descarga de gás de exaustão. Uma vez que, devido à materialização de al- tas temperaturas, estes componentes freqüentemente são feitos de metais de alta temperatura, os quais são simultaneamente bons condutores de ca- lor, pontes de calor ligam as porções de passagem dos meios de isolamento de alta performance associadas a altas perdas de calor da porção de alta temperatura para o ambiente. Problemas similares são encontrados quando porções variadas dentro do sistema de célula de combustível precisam ser termicamente isoladas de cada outra, cuja interface então caracteriza uma transferência de calor excessiva.

É particularmente por causa desta descarga de calor para o am- biente que a eficiência do sistema é reduzida, resultando em componentes localizados fora da porção de alta temperatura serem termicamente sobre- carregados. Uma desvantagem adicional é o rápido resfriamento do sistema em uma parada, resultando no tempo necessário para a partida ser significa- tivamente estendido, quando o sistema é retornado para LIGADO.

A invenção é baseada no objetivo de evitar transferências de calor indesejadas em um sistema de célula de combustível.

Este objetivo é atingido pelos recursos da reivindicação inde- pendente.

Modalidades vantajosas da invenção são lidas a partir das rei- vindicações dependentes.

A invenção é baseada em um sistema de célula de combustível genérico em que pelo menos parte do componente é feita de um material que caracteriza uma condutividade térmica mais baixa do que aquela de par- tes adjacentes, resultando em uma parte de isolamento, e pelo fato de a par- te de isolamento estar situada pelo menos parcialmente dentro da porção de passagem. Quando o componente é, por exemplo, um tubo de exaustão, parte do tubo de exaustão é feita de um condutor de calor pobre, enquanto partes adjacentes do tubo são feitas de um metal de resistência a calor con- vencionalmente. A parte de isolamento assim resultante do tubo de exaustão é disposta pelo menos parcialmente dentro da porção de passagem, de mo- do que a parte de tubo de metal situada na primeira porção não possa entrar em condutividade térmica com a segunda porção, tão pouco quanto a parte de tubo de metal situada na segunda porção não pode entrar em condutivi- dade térmica com a primeira porção. Este princípio conforme ilustrado por meio do tubo de exaustão como um exemplo se aplica a todos e quaisquer componentes passados pela parte de isolamento, por exemplo, alimentado- res de combustível, alimentadores de oxidante, tubos de queimador, tubos de chama, tubos de reformador, etc.

A invenção pode ser configurada de forma expediente de modo que a parte de isolamento esteja plenamente situada dentro da porção de passagem. Embora para o sucesso básico da invenção seja apenas essen- ciai que a parte de isolamento se sobreponha parcialmente à porção de pas- sagem, situar a parte de isolamento plenamente dentro da porção de passa- gem é uma obtenção preferida.

Pode ser provido que a parte de isolamento compreenda uma superfície refletiva voltada para a primeira porção na parte de isolamento, desse modo servindo não apenas para se evitar uma condução de calor en- tre as duas porções, mas também para redução das perdas por radiação pela superfície refletiva. O revestimento refletivo pode ser depositado por vapor, por exemplo, sobre a parte de isolamento.

Com respeito ainda ao funcionamento, é provido que a parte de isolamento compreenda um meio de conexão para conexão de partes adja- centes. Por exemplo, a parte de isolamento pode caracterizar roscas fêmeas nas quais partes componentes adjacentes usinadas com uma rosca macho podem ser rosqueadas. Possíveis da mesma forma são travas de torção ou acoplamentos mecânicos similares. Em uma outra modalidade da presente invenção, é provido que

a parte de isolamento seja um componente do meio de isolamento, como resultado do que o meio de isolamento serve como um meio para acopla- mento de vários módulos. O meio de isolamento pode ser pré-adaptado com as partes de isolamento dos vários módulos, de modo que eles possam ser simplesmente afixados à parte de isolamento, por exemplo, pelo enrosca- mento deles no lugar.

De acordo com uma modalidade particularmente preferida, é provido que a parte de isolamento seja feita de um material cerâmico.

A invenção será detalhada, agora, por meio de modalidades par- ticularmente preferidas com referência aos desenhos associados, nos quais:

a figura 1 é uma vista parcialmente em corte de parte de uma primeira modalidade de um sistema de célula de combustível de acordo com a invenção;

a figura 2 é uma vista parcialmente em corte de parte de uma segunda modalidade de um sistema de célula de combustível de acordo com a invenção;

a figura 3 é uma vista parcialmente em corte de parte de uma terceira modalidade de um sistema de célula de combustível de acordo com a invenção;

a figura 4 é uma vista parcialmente em corte de parte de uma quarta modalidade de um sistema de célula de combustível de acordo com a invenção;

a figura 5 é uma vista parcialmente em corte de parte de uma quinta modalidade de um sistema de célula de combustível de acordo com a invenção;

a figura 6 é uma vista de um componente que inclui uma parte de isolamento a ser passada através de um meio de isolamento; e

a figura 7 é uma vista de um meio de isolamento que inclui uma parte de isolamento na porção de passagem.

Os números de referência na descrição a seguir das figura nos desenhos identificam componentes os quais são os mesmos ou compará- veis.

Com referência, agora, à figura 1, é ilustrada uma vista parcial- mente em corte de parte de uma primeira modalidade de um sistema de cé- lula de combustível de acordo com a invenção. O sistema de célula de com- bustível 10 conforme mostrado em parte compreende uma porção de alta temperatura 14 e uma porção de baixa temperatura 16, a porção de baixa temperatura 16 sendo, por exemplo, o ambiente do sistema de célula de combustível 10, embora seja apenas possível que as porções 14, 16 estejam ambas situadas dentro do sistema de célula de combustível 10, mas, de forma expediente, mantidas em níveis de temperatura diferentes. As porções 14, 16 são separadas uma da outra por um meio de isolamento 12, o meio de isolamento 12 compreendendo uma porção de passagem 18 através da qual um componente 20 do sistema de célula de combustível 10, por exem- plo, um tubo de exaustão, é passado. Para se evitar uma condutividade tér- mica da porção 14 para a porção 16, uma parte do componente 20 é confi- gurada como uma parte de isolamento 22. Por exemplo, a parte de isola- mento 22 é feita de um material cerâmico, enquanto o restante do compo- nente 20 é feito de um metal que tem alta resistência à temperatura. Além de servir como um isolamento, a parte de isolamento 22 também pode servir como um elemento de conexão ao ser equipada com um meio de conexão. Por exemplo, a parte de isolamento 22 tem uma rosca fêmea na qual a rosca macho é enrascada para conexão destas partes a ela. Com referência, agora, à figura 2, é ilustrada uma vista parcial-

mente em corte de parte de uma segunda modalidade de um sistema de célula de combustível de acordo com a invenção. Aqui, além da modalidade conforme mostrado na figura 1, uma superfície refletiva 24 é provida na regi- ão das partes de isolamento, o que reduz as perdas por radiação da primeira porção 14 para a segunda porção 16.

Com referência, agora, à figura 3, é ilustrada uma vista parcial- mente em corte de parte de uma terceira modalidade de um sistema de célu- la de combustível de acordo com a invenção, em que a parte de isolamento 22 se sobrepõe parcialmente à porção de alta temperatura 14. Diferente- mente da modalidade conforme mostrado na figura 1, a parte de isolamento 22 neste caso não está plenamente situada dentro da porção de passagem 18. Contudo, aqui também a formação de uma ponte de calor é evitada des- ta forma.

Com referência, agora, à figura 4, é ilustrada uma vista parcial- mente em corte de parte de uma quarta modalidade de um sistema de célula de combustível de acordo com a invenção. De acordo com esta modalidade, a parte de isolamento se sobrepõe parcialmente à porção de baixa tempera- tura 16, mas aqui também a formação de uma ponte quente entre a porção de alta temperatura 14 e a porção 16 é evitada por este arranjo.

Com referência, agora, à figura 5, é ilustrada uma vista parcial- mente em corte de parte de uma quinta modalidade de um sistema de célula de combustível de acordo com a invenção. Nesta modalidade, o componente a ser passado através da porção de passagem 18 caracteriza dimensões diferentes nos dois lados opostos da parte de isolamento 22. Este aspecto de exemplo torna claro que a presente invenção pode ser colocada em uso em muitas variantes, também ilustrando que a parte de isolamento não ape- nas é adequada para cumprir a tarefa de um isolamento ou conexão, mas também é adequada para tornar disponível uma certa funcionalidade de a- daptador.

Agora, com referência à figura 6, é ilustrada uma vista de um componente que inclui uma parte de isolamento a ser passada através de um meio de isolamento. Neste exemplo, a parte de isolamento 22 em con- junto com as partes adjacentes do componente 20 pode ser manipulada in- dependentemente das outras.

Com referência, agora, à figura 7, é ilustrada uma vista de um meio de isolamento que inclui uma parte de isolamento na porção de passa- gem. Neste aspecto de exemplo, conforme mostrado, a parte de isolamento 22 é conectada de forma fixa ao meio de isolamento 12 de modo que - par- ticularmente quando a parte de isolamento 22 compreender um meio de co- nexão - o meio de isolamento 12 torne disponível um meio para a monta- gem dos módulos individuais do sistema de célula de combustível. É entendido que os recursos da invenção conforme mostrado na

descrição acima, nos desenhos e conforme reivindicado podem ser essenciais para a obtenção da invenção por si mesmos ou em qualquer combinação. Listagem de Referência

sistema de célula de combustível 12 meio de isolamento 14 primeira porção 16 segunda porção 18 porção de passagem componente 22 parte de isolamento 24 superfície refletiva

Claims

1. Sistema de célula de combustível (10) que compreende um meio de isolamento (12) para isolamento térmico de uma primeira porção (14) de uma segunda porção (16), a primeira porção durante uma operação do sistema de célula de combustível geralmente estando em um nível de temperatura mais alto do que a segunda porção e o meio de isolamento compreendendo pelo menos uma porção de passagem (18) que cria uma interface com a primeira porção e a segunda porção através da qual pelo menos um componente (20) do sistema de célula de combustível é passado durante uma operação do sistema de célula de combustível, assim entrando em contato térmico com a primeira porção e a segunda porção, caracteriza- do pelo fato de pelo menos parte do componente ser feita de um material que caracteriza uma condutividade térmica mais baixa do que aquela das partes adjacentes, resultando em uma parte de isolamento (22), e pelo fato de a parte de isolamento estar situada pelo menos parcialmente dentro da porção de passagem (18).

2. Sistema de célula de combustível, de acordo com a reivindi- cação 1, caracterizado pelo fato de a parte de isolamento (22) estar plena- mente situada dentro da porção de passagem.

3. Sistema de célula de combustível, de acordo com a reivindi- cação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de a parte de isolamento compreender uma superfície refletiva (24) que se volta para a primeira porção.

4. Sistema de célula de combustível, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de a parte de isolamento (22) compreender um meio de conexão para conexão de partes adjacentes.

5. Sistema de célula de combustível, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de a parte de isolamento (22) ser um componente do meio de isolamento.

6. Sistema de célula de combustível, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de a parte de isolamento (22) ser feita de um material cerâmico.