BRPI0714203A2 - sistema de cÉlula de combustÍvel com reformador e queimador posterior - Google Patents
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Abstract
SISTEMA DE CÉLULA DE COMBUSTÍVEL COM REFORMADOR E QUEIMADOR POSTERIOR. A presente invenção refere-se a um sistema de célula de combustível (10) compreendendo um reformador (12) com uma unidade de queimador (48) para a conversão de combustível com oxidante em uma reação de oxidação exotérmica, a fim de formar um gás de protudo, que pode ser misturado com combustível adicional a jusante da unidade do queimador (48), sendo que, a mistura de gás resultante disso pode ser convertida no reformador (12), para formar um produto reformado; uma pilha de célula de combustível (26), à qual o um produto reformado pode ser alimentado; e um queimador posterior (36), ao qual as substâncias que foram convertidas na pilha de célula de combustível (26) podem ser alimentadas, com uma unidade do queimador (54) para a conversão de combustível com oxidante em uma reação de oxicação exotérmica. De acordo com a invenção está previsto que, a unidade do queimador (48) do reformador (12) seja executada com a mesma construção que a unidade do queimador (54) do queimador posterior (36). Além disso, a invenção se referer a um veículo automotor com um sistema de células de combustível (10) desse tipo.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA DE CÉLULA DE COMBUSTÍVEL COM REFORMADOR E QUEIMADOR POS- TERIOR".
A presente invenção refere-se a um sistema de célula de com- bustível compreendendo um reformador com uma unidade do queimador para a conversão de combustível com oxidante em uma reação de oxidação exotérmica, a fim de formar um gás de produto, que pode ser misturado com combustível adicional a jusante da unidade do queimador, sendo que, a mis- tura de gás resultante disso pode ser convertida no reformador, para formar um produto reformado; uma pilha de células de combustível, à qual o produ- to reformado pode ser alimentado; e um queimador posterior, ao qual as substâncias que foram convertidas na pilha de células de combustível po- dem ser alimentadas, com uma unidade do queimador para a conversão de combustível com oxidante em uma reação de oxidação exotérmica. Além disso, a invenção refere-se a um veículo automotor com
um sistema de célula de combustível deste tipo.
Sistemas de célula de combustível servem para a conversão de energia química em energia elétrica. O elemento central em sistemas deste tipo é uma célula de combustível, na qual, através da conversão controlada de hidrogênio e oxigênio, é liberada energia elétrica. Sistemas de célula de combustível precisam estar em condições de processar combustíveis usuais na prática. Uma vez que, em uma célula de combustível são convertidos hidrogênio e oxigênio, o combustível empregado precisa ser preparado, de tal modo que, o anodo do gás conduzido à célula de combustível possua um teor de hidrogênio mãos alto possível - esta é a tarefa do reformador. Para esta finalidade, a um reformador são conduzidos combustível e oxidante, de preferência, ar. No reformador ocorre, então, uma conversão do combustível com o oxidante, por exemplo, pelo fato de que, é realizado o processo da oxidação parcial. Um reformador do estado da técnica é conhecido da pa- tente DE 103 59 205 A1. A fim de, por um lado, fornecer ao meio ambiente gases de combustão do sistema de célula de combustível o máximo possí- vel isento de substâncias poluentes e, por outro lado, colocar à disposição uma fonte de calor para o pré-aquecimento de vários componentes e ali- mentações de meios do sistema de célula de combustível, está previsto um queimador posterior no sistema de célula de combustível. Em contraste com o reformador, o queimador posterior realiza uma combustão mais completa possível, a fim de, com isto deixar para trás o menos possível de poluentes no gás de combustão. Um queimador posterior do estado da técnica é co- nhecido da patente DE 10 2004 049 903 A1.
A tarefa da invenção em questão consiste em aperfeiçoar sis- temas de célula de combustível e veículos automotores de acordo com o gênero, de tal modo que possam ser obtidas economias de custos.
Esta tarefa é solucionada através do sistema de célula de com- bustível de acordo com a reivindicação 1.
Execuções e aperfeiçoamentos vantajosos da invenção resul- tam das reivindicações dependentes. O sistema de célula de combustível de acordo com a invenção
se forma no estado da técnica de acordo com o gênero, pelo fato de que, a unidade do queimador do reformador é de construção igual à unidade do queimador do queimador posterior. Em comparação ao estado da técnica, de acordo com o qual as unidades do queimador, respectivamente, monta- das no reformador e no queimador posterior, foram escolhidas até agora de acordo com a oferta de espaço e exigência à qualidade de evaporação, re- sultam economias de custos de duplo aspecto. Por um lado, é mais em con- ta fabricar uma unidade do queimador somente em um tipo de construção e, por outro lado, podem ser realizadas mais economias de custo através de um efeito do número de peças, pois, com isto, são necessárias duas vezes mais unidades do queimador do tipo que permaneceu e o preço por peça se reduz com o aumento do número de peças. Com isto foi reconhecido que, o projeto do sistema de célula de combustível deste tipo, que pode ser equi- pado com unidades do queimador de construção igual, é mais racional que um projeto orientado de outro modo que torna necessária uma escolha e adaptação individual das unidades do queimador. A equipagem com unida- des do queimador construção igual pode até ser vantajosa, com relação ao fato de que, na área das duas unidades do queimador existem perfeitamen- te condições ambientais físicas e químicas distintas e devem ser escolhidas perfeitamente condições de oxidação distintas. Sob circunstâncias, um pro- jeto individual vantajoso em si das unidades do queimador em caso de pro- jeto adaptado do sistema de célula de combustível é de menos proveito do que o proveito que é obtido devido ao efeito do número de peças menciona- do. Outras vantagens podem ser reconhecidas na manutenção em estoque uniforme tanto na operação de produção quanto na oficina.
Neste caso, de modo vantajoso está previsto que, a unidade do queimador do reformador e a unidade do queimador do queimador posterior apresentem, respectivamente, um bocal de injeção de combustível.
De modo alternativo, as vantagens mencionadas anteriormente podem ser obtidas no contexto que, a unidade do queimador do reformador e a unidade do queimador do queimador posterior apresentem, respectiva- mente, um dispositivo de alimentação de combustível do tipo de construção de vaporizador.
Além disso, a invenção se refere a um veículo automotor com um sistema de célula de combustível deste tipo, com o qual as vantagens descritas anteriormente podem ser obtidas de forma figurada. Exemplos de execução da invenção preferidos da invenção são
explicados a seguir, a título de exemplo, com referência ao desenho que acompanha.
É mostrado:
na figura 1 uma representação esquemática de um sistema de célula de combustível de acordo com um exemplo de execução preferido.
A figura 1 mostra uma representação esquemática de um sis- tema de célula de combustível de acordo com um exemplo de execução preferido. O sistema de célula de combustível 10 instalado em um veículo automotor abrange uma reformador 12, ao qual é alimentado combustível de um tanque de combustível 16 através de um primeiro ramal de combustível 14. Além disso, ao reformador 12 é alimentado combustível do tanque de combustível 16, em um outro ponto de alimentação por meio de um segundo ramal de combustível 18. Como tipos de combustível podem ser usados di- esel, gasolina, biogás, gás natural e outros tipos de combustível conhecidos do estado da técnica. Além disso, é alimentado oxidante, por exemplo, ar, ao reformador 12 através de um primeiro ramal de oxidante 22.
O reformador 12 abrange uma unidade do queimador 48, que
apresenta um dispositivo de alimentação de combustível primário, por meio do qual pode ser alimentado combustível à unidade do queimador 48. O dispositivo de alimentação de combustível primário está ligado com o primei- ro ramal de combustível 14. Além disso, a unidade do queimador 48 abran- ge um dispositivo de alimentação de oxidante ligado com o primeiro ramal de oxidante 22, por meio do qual pode ser alimentado oxidante à unidade do queimador 48. Dentro da unidade do queimador 48 ocorre uma conversão de combustível e oxidante em uma queima ou reação de oxidação comple- tamente exotérmica. O fluxo de gás de produto quente que ocorre, neste caso, penetra, então, a jusante, isto é, à direita na figura 1, em uma zona de mistura 50. Na zona de mistura 50, ao gás de produto surgido é misturado combustível adicional por meio de um dispositivo de alimentação de com- bustível secundário 20. No exemplo de execução em questão, o dispositivo de alimentação de combustível primário e secundário é respectivamente, um bocal de injeção e, de preferência, um bocal de Venturi, contudo o combus- tível também pode ser alimentado à unidade do queimador 48 ou à zona de mistura 50 por meio de um dispositivo de alimentação de combustível do tipo de construção de evaporação que apresenta uma unidade de evapora- ção porosa. O dispositivo de alimentação de combustível secundário 20 está ligado com o segundo ramal de combustível 18. Além disso, pode estar pre- visto que, o oxidante seja alimentado à zona de mistura 50. A mistura de gás misturada com o combustível adicional penetra em uma zona de refor- ma 52, onde, em uma reação endotérmica ela é convertida junto em uma mistura de gás rica em hidrogênio, de preferência, por meio de um catalisa- dor disposto ali. Este produto reformado, isto é, a mistura de gás rica em hidrogênio deixa o reformador 12 através do ramal do produto reformado 24, e está à disposição para um outro uso para a pilha de células de combustí- vel 26.
O produto reformado é convertido na pilha de células de com- bustível 26 com auxílio de entrada de ar catódico transportado através de um ramal de entrada de ar catódico 28 com geração de corrente e de calor.
A corrente gerada pode ser captada através de conexões elétricas 30. No caso representado o gás anódico é alimentado através de um ramal de gás de exaustão anódico 32 de uma unidade de mistura 34. Ao queimador pos- terior 36 pode ser alimentado combustível do tanque de combustível 16 a- través de um terceiro ramal de combustível 38. Além disso, ao queimador posterior 36 pode ser alimentado oxidante através de um segundo ramal de oxidante 40.
O queimador posterior 36 compreende uma unidade do quei- mador 54, que apresenta um dispositivo de alimentação de combustível, através do qual o combustível pode ser alimentado à unidade do queimador 54. O dispositivo de alimentação de combustível está ligado com o terceiro ramal de combustível 38. Além disso, a unidade do queimador 54 compre- ende um dispositivo de alimentação de oxidante ligado com o segundo ra- mal de oxidante 40, por meio do qual à unidade do queimador 54 pode ser alimentado o oxidante. Dentro da unidade do queimador 54 ocorre uma con- versão de combustível e oxidante em uma reação de oxidação exotérmica, isto é, em uma combustão mais completa possível. Neste caso, os gases de exaustão da combustão resultantes, então, entram a jusante, isto é, à direita na fig. 1, em uma zona de mistura 56. Na zona de mistura 56, aos gases de exaustão resultantes é misturado gás anódico por meio de uma unidade de mistura 34. A mistura de gás misturada com o gás de exaustão anódico en- tra em uma zona de combustão 58, que no exemplo de execução mostrado é preenchida por um corpo de poros, no qual a mistura de gás é queimada quase completamente, isto é, a mistura de gás queima na zona de combus- tão 58 no corpo de poros. O gás de exaustão da combustão proveniente do queimador
posterior 36, que é misturado com o ar de saída catódico em uma unidade de mistura 42, o qual é transportado através de um ramal de saída de ar catódico 44 da pilha de células de combustível 26 para a unidade de mistura 42, atravessa um trocador de calor 46 para o preaquecimento do ar catódi- co, e em seguida deixa o sistema de célula de combustível 10.
As zonas individuais do reformador 12, isto é, a zona que rece- be a unidade do queimador 48, a zona de mistura 50 e a zona de reforma 52, bem como, as zonas individuais do queimador posterior 36, isto é, a zo- na que recebe a unidade do queimador 54, a zona de mistura 56 e a zona de combustão 58 estão separadas uma da outra na fig. 1 por linhas traceja- das e por linhas cheias. As zonas podem ser separadas uma da outra por características de construção ou podem passar fluindo uma pela outra.
Embora nas figuras descritas isso não esteja representado de modo explícito, nos ramais de combustível 14, 18 e 38, nos ramais de oxi- dante 22 e 40, bem como, no ramal de ramal de entrada de ar catódico 28 podem estar previstos dispositivos de transporte correspondentes como, por exemplo, bombas ou sopradores e/ ou válvulas de controle para a regula- gem do fluxo.
As características da invenção publicadas na descrição anterior, no desenho, bem como, nas reivindicações podem ser essenciais tanto indi- vidualmente como também em qualquer combinação para a realização da invenção. Lista dos números de referência:
10 sistema de células de combustível 12 reformador 14 primeiro ramal de combustível 16 tanque de combustível 18 segundo ramal de combustível 20 dispositivo de alimentação de combustível secundário 22 primeiro ramal de oxidante 24 ramal de um produto reformado 26 pilha de células de combustível 28 ramal de entrada de ar catódico 30 conexões elétricas 32 ramal de gás de exaustão anódico 34 unidade de mistura 36 queimador posterior 38 terceiro ramal de combustível 40 segundo ramal de oxidante 42 unidade de mistura 44 ramal de saída de ar catódico 46 trocador de calor 48 unidade do queimador 50 zona de mistura 52 zona de reforma 54 unidade do queimador 56 zona de mistura 58 zona de combustão
Claims (4)
1. Sistema de célula de combustível (10) compreendendo: -um reformador (12) com uma unidade do queimador (48) para a conversão de combustível com oxidante em uma reação de oxidação exo- térmica, a fim de formar um gás de produto, que pode ser misturado com combustível adicional a jusante da unidade do queimador (48), sendo que, a mistura de gás resultante disso pode ser convertida no reformador (12), para formar um produto reformado; -uma pilha de células de combustível (26), à qual o produto re- formado pode ser alimentado; e -um queimador posterior (36), ao qual as substâncias que foram convertidas na pilha de células de combustível (26) podem ser alimentadas, com uma unidade do queimador (54) para a conversão de combustível com oxidante em uma reação de oxidação exotérmica, caracterizado pelo fato de que, a unidade do queimador (48) do reformador (12) é executada com a mesma construção que a unidade do queimador (54) do queimador posterior (36).
2. Sistema de célula de combustível (10) de acordo com a rei- vindicação 1, caracterizado pelo fato de que, a unidade do queimador (48) do reformador (12) e a unidade do queimador (54) do queimador posterior (36)apresentam, respectivamente, um bocal de injeção de combustível.
3. Sistema de célula de combustível (10) de acordo com a rei- vindicação 1, caracterizado pelo fato de que, a unidade do queimador (48) do reformador (12) e a unidade do queimador (54) do queimador posterior (36)apresentam, respectivamente, um dispositivo de alimentação de com- bustível do tipo de construção de vaporizador.
4. Veículo automotor com um sistema de células de combustível (10) de acordo com uma das reivindicações anteriores.
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