ES2251642T3 - Procedimiento para el tratamiento de agua y distribucion de agua generada a bordo en aviones, vehiculos terrestres y/o acuaticos. - Google Patents

Procedimiento para el tratamiento de agua y distribucion de agua generada a bordo en aviones, vehiculos terrestres y/o acuaticos.

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Abstract

Procedimiento para el tratamiento de agua y distribución de agua generada a bordo en aviones, vehículos terrestres y acuáticos, que preferentemente también, puede usarse en mecanismos estacionarios autónomos, usando un proceso combinado de célula de combustible a alta temperatura (1) y turbina en el intervalo de temperatura >500°C, con un proceso reformador (2) integrado directamente en la célula de combustible y que opera con el calor del proceso de las células de combustible para el uso de hidrocarburos como combustible, así como una dosificación de agua gris y/o limpia (26) y un proceso de purificación de agua (14, 15) que opera con el calor de proceso de la célula de combustible, así como una distribución de agua (20, 21, 22) y una unidad de salinización de agua (17) autorregulable.

Description

Procedimiento para el tratamiento de agua y distribución de agua generada a bordo en aviones, vehículos terrestres y/o acuáticos.
La invención se refiere a un procedimiento para el tratamiento de agua y distribución de agua generada a bordo en aviones, vehículos terrestres y/o acuáticos, que puede usarse, preferentemente, también en mecanismos estacionarios autónomos.
Especialmente en aviones, pero también a bordo de vehículos acuáticos o terrestres, así como en mecanismos estacionarios autónomos puede obtenerse agua, por ejemplo, usando células de combustible u otro proceso adecuado (véanse, por ejemplo, los documentos EPO 634563 y DE 19821952). El agua obtenida a partir de células de combustible u otro proceso debe presentar distintas calidades de agua para el uso en aclarados de WC, como agua potable, agua de ducha, agua de lavado y para la humidificación del aire en instalaciones de aire acondiciona-
do:
- El agua potable debe ser adecuada para el consumo humano y cumplir los requisitos de las normativas nacionales e internacionales sobre agua potable.
- El agua de ducha y agua de lavado debe corresponder igualmente a la calidad de agua potable según los requisitos de las normativas nacionales y/o internacionales de agua potable, puesto que este agua, en ocasiones, llega igualmente al cuerpo humano.
- El agua de humidificación en instalaciones de aire acondicionado debe carecer de gérmenes, estar libre de hongos y desalinizada al máximo para evitar sedimentaciones.
- El agua para aclarados de WC debería carecer de gérmenes y estar ampliamente desalinizada para evitar sedimentaciones.
La invención se basa en el objetivo de crear un procedimiento del tipo mencionado al principio con el que puedan obtenerse distintas calidades de agua bajo determinadas premisas en distintos puntos de un proceso de tratamiento.
En el procedimiento según la invención para el tratamiento de agua y distribución de agua generada a bordo en aviones, vehículos terrestres y/o acuáticos, preferentemente, también en mecanismos estacionarios autónomos, el objetivo se alcanza usando un proceso combinado de célula de combustible a alta temperatura y turbina en el intervalo de temperatura de >500ºC, con un proceso reformador integrado directamente en la célula de combustible y accionado con el calor del proceso de células de combustible para usar aguas carbónicas como combustible, así como una dosificación de agua gris y/o limpia y un proceso de purificación del agua operado con el calor del proceso de la célula de combustible, así como una distribución de agua y una unidad de salinización de agua autorregulable.
Configuraciones según la invención del procedimiento se describen en las reivindicaciones subordinadas 2 a 29.
El procedimiento se basa en un proceso de producción de agua y tratamiento posterior de varias etapas con generación de agua, tratamiento de agua, distribución de agua y salinización de agua. Una disposición según la invención para la realización del procedimiento se compone, básicamente, de los siguientes componentes:
- Producción de agua
En un proceso de producción de agua usando células de combustible, se garantiza una calidad de agua absolutamente libre de gérmenes, de forma que en los gases de combustión y, con ello, también en el producto final, no están contenidos de ningún modo gérmenes en función del procedimiento. Para ello, según la invención se usa una célula de combustible de temperatura a alta temperatura.
- Purificación
Proceso para la separación de contenidos no deseados del agua. Para ello, según la invención se usa un proceso de vaporización y un proceso de filtración de carbón activo conectado a continuación. El proceso de vaporización funciona con el calor de escape de la célula de combustible a alta temperatura. Los filtros de carbón activo se regeneran de forma recíproca mediante el calor de escape de la célula de combustible a alta temperatura.
- Distribución de agua
El agua disponible tras el proceso de purificación se tampona en un contenedor y, a continuación, se distribuye a los sistemas para la humidificación del aire/climatización, aclarado con agua y agua potable/agua de ducha/agua de lavado.
- Desalinización del agua
El agua potable, agua de ducha y de lavado se tratan mediante una unidad de dosificación con las sales necesarias para el consumo humano. Un procedimiento de medición conectado a continuación, que está acoplado con la unidad de dosificación, garantiza en cada momento una calidad de agua sin objeciones. La dosificación de sales se realiza de forma automática y en función de las cantidades.
En el dibujo se representa un ejemplo de realización de una disposición para la realización de un procedimiento según la invención, y la única figura muestra una disposición para la generación de agua mediante células de combustible a alta temperatura como grupo auxiliar (APU). En esta disposición, el calor de escape de la célula de combustible a alta temperatura puede usarse en una o varias turbinas de gas, dado el caso, también en motores Stirling o en otras máquinas motrices de calor. De este modo, puede generarse directamente aire a presión, que puede estar disponible o bien para la solicitación de aire a presión y climatización de una cabina de avión o para el arranque del mecanismo propulsor de un avión. Adicionalmente, pueden conectarse bombas hidráulicas, que asumen el suministro de emergencia del sistema hidráulico. Para ello, debe disponerse de un volumen de combustible de emergencia para las células de combustible que, por ejemplo, puede componerse de metano (gas natural) transportado en bombonas. Las redundancias necesarias se obtienen del número de sistemas de células de combustible usadas.
Los procesos de tratamiento necesarios para el agua gris o negra operan en esta disposición mediante el calor de escape de la célula de combustible. Una ventaja adicional se encuentra en el amplio aprovechamiento de la proporción de agua contenida en las cantidades de agua negra y de la reducción de peso unida a esto. La cantidad de agua generada puede solicitarse en cantidades variables y es altamente necesaria para aplicaciones adicionales en la instalación de aire acondicionado (con objeto de humidificar el agua) y en las duchas (para facilitar agua fría y caliente). La ventaja principal de este sistema es la eficiencia claramente elevada de la célula de combustible a alta temperatura en unión con un proceso de turbina de gas y la no-susceptibilidad a averías frente a monóxido de carbono y calidades de combustible.

Claims (29)

1. Procedimiento para el tratamiento de agua y distribución de agua generada a bordo en aviones, vehículos terrestres y acuáticos, que preferentemente también, puede usarse en mecanismos estacionarios autónomos, usando un proceso combinado de célula de combustible a alta temperatura (1) y turbina en el intervalo de temperatura >500ºC, con un proceso reformador (2) integrado directamente en la célula de combustible y que opera con el calor del proceso de las células de combustible para el uso de hidrocarburos como combustible, así como una dosificación de agua gris y/o limpia (26) y un proceso de purificación de agua (14, 15) que opera con el calor de proceso de la célula de combustible, así como una distribución de agua (20, 21, 22) y una unidad de salinización de agua (17) autorregulable.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque para generar agua se emplea una célula de combustible a alta temperatura (1) del tipo célula de combustible de óxido sólido (SOFC) o célula de combustible de carbonato fundido (MCFC) o un tipo comparable en el espectro de temperatura.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque a la célula de combustible a alta temperatura (1) se conecta a continuación un proceso de condensación (6, 7) del gas de escape (5), que descondensa agua de los gases de escape de la célula de combustible.
4. Procedimiento según la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado porque, al menos, una etapa del proceso de condensación se compone de una turbina con una o varias etapas de turbina (6) o de una o varias turbinas separadas entre sí con un número discrecional de etapas de turbina.
5. Procedimiento según la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado porque, al menos, una etapa del proceso de condensación se realiza con un intercambiador de calor (7) conectado a continuación de una turbina.
6. Procedimiento según la reivindicación 1, 2, 3 ó 5, caracterizado porque como medio refrigerante (27, 28) del intercambiador de calor (7) se usa uno de los dos combustibles (por ejemplo, aire 4) usados en la célula de combustible.
7. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque, al menos, uno de los dos combustibles (3, 4) (por ejemplo, aire) usados en la célula de combustible (1) se calienta previamente mediante el calor de proceso de la célula de combustible y/o vaporiza de forma fluida proporciones de combustible suministrado.
8. Procedimiento según la reivindicación 1, 2 ó 7, caracterizado porque el calentamiento previo de los combustibles se realiza en un refrigerador de célula de combustible (11) que encierra la célula de combustible parcial o totalmente.
9. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el proceso reformador interno (2) para el tratamiento de combustible está diseñado de forma que con el calor del proceso de la célula de combustible a alta temperatura (1) se genera agua atómica o molecular que, por un parte, se usa en la célula de combustible a alta temperatura (1) para generar energía y agua y/o se deriva parcialmente y, por ejemplo, se suministra mediante un filtro molecular a un consumidor de otro tipo (por ejemplo, una célula de combustible de membrana (PEMFC)).
10. Procedimiento según la reivindicación 1, 2 ó 9, caracterizado porque al proceso reformador interno (2) en lugar de agua gris (26) se añade también agua limpia, que o bien se facilita externamente o bien se extrae de un condensador de la célula de combustible.
11. Procedimiento según la reivindicación 1, 2 ó 4, caracterizado porque una o varias etapas de turbina se acoplan con un compresor de aire a presión (8).
12. Procedimiento según la reivindicación 1, 2 u 11, caracterizado porque el compresor de aire a presión (8) opera también con un motor (9).
13. Procedimiento según la reivindicación 1, 2 ó 12, caracterizado porque el motor (9) se une mediante un acoplamiento (10) con el compresor de aire a presión (8).
14. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el combustible (3) se solicita igualmente con presión.
15. Procedimiento según la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado porque el CO_{2} (13) producido en el proceso de condensación (6, 7) se recoge por separado.
16. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 3, caracterizado porque para la purificación del agua se usa un proceso de vaporización/condensación (14).
17. Procedimiento según la reivindicación 1 3 ó 16, caracterizado porque al proceso de vaporización/condensación se conecta a continuación y/o se intercala una filtración de carbón activo (15).
18. Procedimiento según la reivindicación 1, 3 ó 16, caracterizado porque para el proceso de vaporización de la purificación (4) se usa el calor de escape (29, 30) de la célula de combustible a alta temperatura (1).
19. Procedimiento según la reivindicación 1, 3 ó 16, caracterizado porque para el proceso de condensación de la purificación se usa como medio refrigerante (27, 28) uno de los dos combustibles (por ejemplo, aire (4)) usados en la célula de combustible.
20. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 17, caracterizado porque para regenerar el filtro de carbón activo se usa el calor de escape (29, 30) de la célula de combustible a alta temperatura (1).
21. Procedimiento según la reivindicación 1, 16 ó 17, caracterizado porque el agua, tras el proceso de purificación, está libre de gérmenes, hongos y sales.
22. Procedimiento según la reivindicación 1, 16, 17 ó 21, caracterizado porque este agua se almacena de forma intermedia en un depósito de tamponado (16).
23. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 21, caracterizado porque este agua se distribuye a los sistemas para humidificación del aire/climatización (20), aclarado de WC (22) y agua potable/agua de ducha/agua de lavado (17, 18, 19, 21).
24. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 23, caracterizado porque para generar agua potable, agua de ducha y agua de lavado, este agua se enriquece (17) con las proporciones de sal necesarias para el consumo humano.
25. Procedimiento según la reivindicación 1, 23 ó 24, caracterizado porque al proceso de salinización (17) se conecta a continuación un dispositivo de medición (18) para calcular la calidad del agua.
26. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 25, caracterizado porque el contenido de sal del agua se calcula (18) mediante la capacidad conductora del agua.
27. Procedimiento según la reivindicación 1, 24 ó 25, caracterizado porque el dispositivo de medición (18) se retroacopla (19) con el proceso de salinización (17).
28. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 27, caracterizado porque el proceso de salinización (17) se automatiza en función de la cantidad mediante el retroacoplamiento (18, 19).
29. Procedimiento según la reivindicación 1, 24 ó 28, caracterizado porque con el agua tras el proceso de salinización se cumplen los requisitos del agua potable según las normativas de agua potable nacionales y/o internacionales.
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