ES2557279T3 - Dispositivo y procedimiento para el suministro de agua de proceso a un sistema de celdas de combustible con reformador - Google Patents

Dispositivo y procedimiento para el suministro de agua de proceso a un sistema de celdas de combustible con reformador Download PDF

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Abstract

Vehículo de ocio con - un sistema de celdas de combustible con reformador (1) para un suministro de corriente a bordo; - un sistema de suministro de agua de proceso para el sistema de celdas de combustible con reformador (1); - una reserva de agua dulce (2) para almacenar agua dulce que se usa como agua de proceso para el sistema de celdas de combustible con reformador (1), en donde el agua dulce es un agua que no se ha obtenido mediante condensación a partir de un proceso del sistema de celdas de combustible con reformador (1); - una instalación de alimentación (3, 4, 5) para alimentar el agua de proceso al sistema de celdas de combustible con reformador (1); y con - un depósito de agua (2), que al mismo tiempo se usa como depósito de agua del vehículo de ocio; en donde - la reserva de agua dulce está almacenada en el depósito de agua (2) del vehículo de ocio; - el depósito de agua (2) está unido a la instalación de alimentación (3, 4, 5) así como a instalaciones sanitarias en el vehículo de ocio, de tal manera que el agua almacenada en el depósito de agua (2) puede aprovecharse tanto como agua de proceso como también como agua dulce y de limpieza para las instalaciones sanitarias; - está prevista una instalación de condensación (7), para retro-condensar agua, que está contenida en al menos una de las corrientes de líquido (6) que abandona el sistema de celdas de combustible con reformador (1); y en donde - está prevista una instalación de conmutación de modos de funcionamiento, para conmutar entre al menos dos modos de funcionamiento de los tres siguientes modos de funcionamiento: - suministro de agua de proceso al sistema de celdas de combustible con reformador (1) exclusivamente desde la reserva de agua dulce (2); - suministro de agua de proceso al sistema de celdas de combustible con reformador (1) exclusivamente desde la instalación de condensación (7); - suministro de agua de proceso al sistema de celdas de combustible con reformador (1) simultáneamente, tanto desde la reserva de agua dulce (2) como desde la instalación de condensación (7).

Description

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DESCRIPCION
Dispositivo y procedimiento para el suministro de agua de proceso a un sistema de celdas de combustible con reformador.
La presente invencion hace referencia a un dispositivo y a un procedimiento para el suministro de agua de proceso a un sistema de celdas de combustible con reformador, en particular para su empleo en vehlculos de recreo y yates o lanchas.
Los sistemas de celdas de combustible con reformador presentan habitualmente un reformador para transformar un fluido con contenido de hidrocarburos (combustible llquido o gaseoso) en un gas con contenido de hidrogeno, as! como al menos una celda de combustible para transformar el hidrogeno contenido en el gas con contenido de hidrogeno, junto con oxlgeno, en corriente, calor y una corriente de liquido que contiene agua.
Para la transformacion de hidrocarburos llquidos y gaseosos (incluidos alcoholes) en un gas con contenido de hidrogeno, apropiado para el funcionamiento de celdas de combustible, se conocen diferentes procedimientos de reformado. Entre estos se encuentran el reformado con vapor, el reformado autotermico o la oxidacion parcial o bien combinaciones de ellos. Como combustible se utilizan normalmente en estos sistemas con reformador gasoil, queroseno, JP-8, gas natural (metano), propano o butano as! como los alcoholes metanol o etanol. En especial en el reformado con vapor y en el reformado autotermico se necesita para la transformacion de los hidrocarburos o alcoholes y, dado el caso, las subsiguientes fases de limpieza del gas (desplazamiento, del ingles shift) a alta y baja temperatura), adicionalmente agua. La adicion dosificada del agua se regula segun la llamada relacion S/C (relacion vapor-carbono (del ingles steam-to-carbon-ratio)), es decir, la relacion entre vapor de agua y carbono. La relacion S/C esta situada habitualmente entre 1,5 y 5,0, segun la clase del procedimiento de reformado.
Para evitar danos y/o residuos en el sistema con reformador, el agua debe estar en gran medida libre de impurezas. Lo mismo es aplicable tambien al agua que se utiliza para la humectacion en el lado del anodo y/o del catodo de los gases de proceso (hidrogeno o gas de reformado, oxlgeno o aire) de celdas de combustible, en particular en celdas de combustible PEM a baja temperatura.
Como directriz para la calidad del agua de proceso en sistemas con reformador y celdas de combustible pueden usarse las regulaciones de las normas tecnicas para generadores de vapor del grupo IV (TRD611), en las que se prescribe agua sin sal para el funcionamiento de calderas de paso continuo. El agua sin sal o la llamada agua totalmente desalinizada es segun esto agua con un contenido de electrolito correspondiente a una conductividad inferior a 0,2 p S/cm y una concentracion de acido sillcico < 0,02 mg/l. En general se aplica que el contenido de componentes precipitables y solubles en el agua debe mantenerse lo mas reducido posible, para poder garantizar un funcionamiento sin averlas del sistema de celdas de combustible con reformador.
Basicamente durante el funcionamiento de celdas de combustible se produce agua como producto de reaccion, la cual se extrae de la celda de combustible con el gas de escape anodico y el gas de escape catodico. Esta agua puede alimentarse de nuevo como agua de proceso al reformador y/o a la celda de combustible.
Como fuentes de agua adicionales se contempla en especial, en un sistema de celdas de combustible con reformador, tambien el agua contenida en el gas de escape de quemadores de arranque y/o regulacion. Estos quemadores se hacen funcionar con hidrocarburos gaseosos o llquidos y se usan para precalentar reformador y celda de combustible durante la fase de arranque, para mantener una determinada temperatura de funcionamiento o tambien para proporcionar el calor de proceso necesario.
Para recuperar el agua desde las corrientes de gas de escape o aire de escape, el tecnico conoce diferentes variantes de condensadores y disposiciones correspondientes de los mismos.
La finalidad de la recuperacion de agua, p.ej. con ayuda de condensadores, es la de cubrir por completo la demanda de agua de un sistema de celdas de combustible con reformador, de tal manera que solo sea necesario alimentar al sistema el combustible as! como el aire ambiente. Para ello se requieren temperaturas de condensation de entre 40 y 60 °C, segun la clase de realization de los condensadores, el aprovechamiento de las fuentes de agua condensada disponible as! como el procedimiento de reformado utilizado. Sobre todo a temperaturas ambientales o exteriores elevadas puede darse que el gradiente de temperatura alcanzable entre el medio a condensar y el medio refrigerante (predominantemente aire ambiente) sea excesivamente reducido, para asegurar una retro-condensacion completa del volumen de agua de proceso necesario para el funcionamiento adecuado del sistema de celdas de combustible con reformador. El sistema de celdas de combustible con reformador debe entonces, o bien hacerse funcionar entonces en un modo de carga parcial adaptado al menos volumen de agua de proceso disponible, o desconectarse por completo para evitar danos al reformador (por ejemplo a causa de la coquizacion de los catalizadores), en el caso de unos valores S/C excesivamente reducidos o una desecacion de la celda de combustible.
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Las soluciones de condensador descritas exigen ademas una elevada complejidad cuanto a aparatos y tecnica de regulacion (a causa de los condensadores, ventiladores de refrigeration, etc.).
El objeto de la invention consiste en exponer un suministro de agua sencillo y economico para sistemas de celdas de combustible con reformador, en particular para sistemas que se utilizan en vehlculos de ocio como sistema de suministro de corriente a bordo (del ingles auxiliary power unit).
Por vehlculos de ocio se entienden a este respecto vehlculos de ocio como autocaravanas o caravanas, pero tambien lanchas y yates.
Del documento US 2004/0038089 A1 se conoce un procedimiento para extender y distribuir agua, que se genera a bordo de un avion. Para ello se recupera agua de los gases de escape de una celda de combustible y de una turbina, se limpia y se pone a disposition para instalaciones sanitarias y como agua potable, y para humedecer el aire en instalaciones de aire acondicionado.
El objeto es resuelto conforme a la invencion mediante un vehlculo de ocio con un sistema de suministro de agua de proceso con las caracterlsticas de la reivindicacion 1 y un procedimiento conforme a la reivindicacion 14. En las reivindicaciones dependientes se exponen unas conformaciones ventajosas.
Un sistema de suministro de agua de proceso para un sistema de celdas de combustible con reformador presenta una reserva de agua dulce para aprovisionar agua dulce, que se usa como agua de proceso para el sistema de celdas de combustible con reformador, as! como una instalacion de alimentation para alimentar el agua de proceso al sistema de celdas de combustible con reformador.
Mientras que hasta ahora se conocla recuperar el agua de proceso exclusivamente mediante la retro-condensacion de agua desde las corrientes de gas de escape y aire de escape, conforme a la invencion se proporciona una reserva de agua dulce en la que se almacena agua dulce, es decir, nada de agua recuperada de un proceso de reformador o celda de combustible anterior. La reserva de agua dulce representa por ello una clase de deposito de reserva, desde el cual puede extraerse segun cada necesidad agua de proceso y alimentarse al sistema de celdas de combustible con reformador.
La instalacion de alimentacion puede estar unida a un reformador y/o a una celda de combustible del sistema de celdas de combustible con reformador, para alimentar el agua de proceso al reformador o a la celda de combustible. Como celda de combustible pueden entenderse a este respecto una celda de combustible aislada o tambien varias celdas de combustible aisladas, reunidas habitualmente en una pila (del ingles stack).
En una forma de realization para su empleo en un sistema de celdas de combustible con reformador de un vehlculo de ocio esta previsto un deposito de agua, que se usa de forma habitual como deposito de agua del vehlculo de ocio. La reserva de agua dulce esta almacenada conforme a la invencion en el deposito de agua, en donde el deposito de agua esta unido a la instalacion de alimentacion para alimentar el agua de proceso as! como a instalaciones sanitarias existentes habitualmente en el vehlculo de ocio, de tal modo, que el agua almacenada en el deposito de agua puede aprovecharse tanto como agua proceso como tambien como agua dulce y de limpieza para las instalaciones sanitarias.
Los vehlculos de ocio disponen normalmente de depositos de agua para agua dulce y de limpieza, Estos depositos de agua almacenan agua para el uso diario, entre otras cosas para el abastecimiento de duchas, banos as! como fregaderos y lavaderos. La variante aqul descrita se basa en que el deposito de agua existente de todas formas en el vehlculo de ocio se usa al mismo tiempo para almacenar la reserva de agua dulce para el agua de proceso, utilizada en el sistema de celdas de combustible con reformador. De este modo puede recurrirse a la reserva de agua dulce en el deposito de agua para un suministro de agua de proceso, parcial o completo, de un sistema de celdas de combustible con reformador instalado en un vehlculo de ocio.
En una variante la reserva de agua dulce puede estar tambien montada parcialmente en un sistema de conductos de agua potable. Esta disposicion es particularmente adecuada para un funcionamiento estacionario del sistema de celdas de combustible con reformador, es decir, cuando el vehlculo de ocio esta aparcado p.ej. en un camping. En el sistema estacionario puede recurrirse por ejemplo a sistemas de conductos de agua potable publicos disponibles, para proporcionar el agua dulce y aprovecharla como agua de proceso.
En la instalacion de alimentacion puede estar prevista una instalacion de bombeo, para transportar el agua desde la reserva de agua dulce al sistema de celdas de combustible con reformador. Tambien pueden estar previstos unos sensores de nivel de llenado en los depositos de agua respectivos as! como sondas de medicion de conductividad. Ademas de esto se requiere una instalacion de control para controlar la instalacion de bombeo y las valvulas que se hayan previsto.
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En la instalacion de alimentacion puede estar previsto un dispositivo de tratamiento de agua. El dispositivo de tratamiento de agua se usa para asegurar la calidad o pureza del agua ya descrita y liberar el agua procedente del deposito de agua de impurezas nocivas, mediante un tratamiento del agua correspondiente, antes de introducirse en el sistema de celdas de combustible con reformador. El tratamiento puede realizarse de forma conocida mediante resinas de intercambio ionico, procedimientos de filtrado fino y/o microfiltrado, procedimientos de osmosis inversa o mediante procedimientos de destilacion, como p.ej. una destilacion por membrana o una vaporizacion de pellcula descendente. Dado el caso puede conducirse - como se describira mas adelante - el agua retro-condensada en el sistema de celdas de combustible con reformador a traves del dispositivo de tratamiento de agua, para mejorar la pureza de esta agua.
Para evitar la congelacion del agua de proceso o del propio dispositivo de tratamiento de agua puede proporcionarse al agua un medio anticongelante, en el caso de una conformation adecuada del sistema de reformador, dispositivo de tratamiento de agua, conductos, recipientes de agua, bombas, etc. Esto es particularmente ventajoso si el vehlculo de ocio esta situado en invierno en un entorno frlo durante un tiempo prolongado.
En la instalacion de alimentacion puede estar previsto aguas arriba de la instalacion de bombeo un bloqueo de corriente inversa, para evitar una corriente inversa del agua de proceso hasta la reserva de agua dulce. Esto es entre otras cosas tambien importante porque el agua dulce en el vehlculo de ocio tambien puede alimentarse con otros fines.
En una forma de realization puede estar prevista una instalacion de condensation, para la retro-condensacion de agua que este contenida en al menos una de las corrientes de llquido que abandonan el sistema de celdas de combustible con reformador. La instalacion de condensacion puede estar unida al reformador y a la celda de combustible, para alimentar el agua retro-condensada como agua de proceso hasta el reformador y/o la celda de combustible.
La estructura de una instalacion de condensacion de este tipo es conocida en principio. La aportacion en el sistema de tratamiento de agua aqul descrito hace posible que el agua de proceso no tenga que ser proporcionada exclusivamente por la reserva de agua dulce, sino que como antes tambien se aprovechen para obtener agua las corrientes de aire de escape y gas de escape, que abandonan el sistema de celdas de combustible con reformador y normalmente llevan agua. De este modo la instalacion de condensacion puede asumir el suministro de agua de proceso ya sea completamente por si misma o tambien en un funcionamiento mixto con el suministro desde la reserva de agua dulce. Mediante el acoplamiento de la instalacion de condensacion al suministro de agua de proceso procedentes de la reserva de agua dulce es posible, en cualquier situation de funcionamiento, proporcionar suficiente agua de proceso para el abastecimiento del sistema de celdas de combustible con reformador.
La instalacion de condensacion puede estar unida a la instalacion de alimentacion, en donde despues el dispositivo de tratamiento de agua puede estar previsto aguas debajo de la instalacion de condensacion. Despues es posible hacer que se trate mediante el dispositivo de tratamiento de agua el agua retro-condensada desde la instalacion de condensacion, antes de que llegue de nuevo al sistema de celdas de combustible con reformador.
Al menos uno de las siguientes corrientes de llquido puede guiarse hasta la instalacion de condensacion para recuperar agua de proceso:
- gas de escape anodico procedente de una camara de reaction anodica de la celda de combustible;
- aire de escape catodico procedente de una camara de reaccion catodica de la celda de combustible;
- gas de escape procedente de un quemador, que se usa para calentar partes del sistema de celdas de combustible con reformador, o procedente de corrientes de medio hacia el sistema de celdas de combustible con reformador;
- gas de escape procedente de un quemador, que se usa para aprovechar el offgas anodico (gas de escape anodico).
Los quemadores de este tipo (p.ej. quemadores de arranque o regulation) se utilizan con frecuencia para calentar el sistema de celdas de combustible con reformador antes de la puesta en marcha, mantener en funcionamiento una determinada temperatura de funcionamiento o tambien para poner a disposition el calor de proceso necesario. Los gases de escape de tales quemadores contienen por lo general tambien vapor de agua, del que puede recuperarse agua con ayuda de la instalacion de condensacion.
Puede estar prevista una instalacion de conmutacion de modos de funcionamiento, para hacer posible una conmutacion entre los tres siguientes modos de funcionamiento:
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- suministro de agua de proceso al sistema de celdas de combustible con reformador exclusivamente desde la reserva de agua dulce (funcionamiento de agua dulce);
- suministro de agua de proceso al sistema de celdas de combustible con reformador exclusivamente desde la instalacion de condensacion (funcionamiento de condensation);
- suministro de agua de proceso al sistema de celdas de combustible con reformador simultaneamente, tanto desde la reserva de agua dulce como desde la instalacion de condensacion (funcionamiento mixto).
En el primer modo de funcionamiento descrito no se recupera de este modo nada de agua mediante la instalacion de condensacion. El agua de proceso se extrae por completo de la reserva de agua dulce. Debido a que en los vehlculos de ocio normalmente se dispone de un gran deposito de agua (para hacer posible p.ej. el funcionamiento de una ducha), es facilmente posible proporcionar el agua de proceso.
l segundo modo de funcionamiento se corresponde con el modo de funcionamiento habitual en el estado de la tecnica, en el que el agua debe obtenerse exclusivamente mediante la retro-condensacion con ayuda de la instalacion de condensacion.
El tercer modo de funcionamiento se corresponde con un funcionamiento mixto, en el que se recupera una parte mediante la instalacion de condensacion y la parte, necesaria para un funcionamiento regular del sistema de celdas de combustible con reformador, se alimenta en caso necesario desde la reserva de agua dulce. Para este modo de funcionamiento puede ser conveniente prever una instalacion de control o regulation correspondiente, que adapte la alimentation de agua de proceso desde la reserva de agua dulce respectivamente en cada momento al volumen de agua, que es proporcionado por la instalacion de condensacion.
El sistema de suministro de agua de proceso conforme a la invention esta conformado segun esto al menos de tal manera, que puede hacerse funcionar en dos de los modos de funcionamiento citados.
A este respecto la instalacion de conmutacion de modos de funcionamiento esta conformado de tal manera, que puede conmutarse al menos entre dos de los tres modos de funcionamiento.
De este modo esta prevista una forma de realization, en la que el sistema de celdas de combustible con reformador se abastece de agua de proceso exclusivamente desde la reserva de agua dulce (funcionamiento de agua dulce) o de agua de proceso simultaneamente tanto desde la reserva de agua dulce como de la instalacion de condensacion (funcionamiento mixto), en donde puede cambiarse entre estos dos modos de funcionamiento mediante la instalacion de conmutacion de modos de funcionamiento.
En otra forma de realizacion, el suministro de agua de proceso se realiza, ya sea exclusivamente desde la reserva de agua dulce (funcionamiento de agua dulce) o exclusivamente desde la instalacion de condensacion (funcionamiento de condensacion).
A su vez en otra forma de realizacion el suministro de agua de proceso puede realizarse exclusivamente desde la instalacion de condensacion (funcionamiento de condensacion) o en funcionamiento mixto, es decir desde la reserva de agua dulce y desde la instalacion de condensacion.
Por ultimo es tambien posible la variante en la que son posibles los tres modos de funcionamiento citados y pueden ajustarse a election. Esta ultima variante forma de este modo la solution tecnicamente mas exigente. Las variantes citadas anteriormente son en consecuencia formas de realizacion mas sencillas.
La conmutacion con ayuda de la instalacion de conmutacion de modos de funcionamiento puede realizarse manualmente por parte del usuario.
Alternativa o complementariamente a esto, una conmutacion entre los modos de funcionamiento mediante la instalacion de conmutacion de modos de funcionamiento puede realizarse tambien automaticamente en funcion de al menos uno de los siguientes criterios:
- la temperatura ambiente supera o desciende por debajo de un valor llmite prefijado: a partir de una determinada temperatura ambiente del vehlculo de ocio la instalacion de conmutacion de modos de funcionamiento o el control del sistema de celdas de combustible con reformador puede conmutar el suministro de agua de proceso, p.ej. del funcionamiento de condensacion puro al funcionamiento mixto. El valor llmite de temperatura esta situado, en relation a la temperatura de condensacion necesaria, entre el medio a condensar y el medio refrigerante.
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- Un nivel de llenado en un deposito de agua tampon del sistema de celdas de combustible con reformador supera o desciende por debajo de un valor limite prefijado: en un sistema de celdas de combustible con reformador existira, en el caso de utilizarse una instalacion de condensacion, habitualmente siempre un acumulador tampon interno (deposito de agua tampon) para el almacenamiento intermedio de agua extraida por condensacion. Este deposito de agua tampon posee un volumen de agua definido, que puede vigilarse con ayuda de una vigilancia de nivel de llenado continua o paso a paso (medicion en dos o varios puntos). Si el nivel de llevado desciende por debajo de cierto valor, la instalacion de conmutacion de modos de funcionamiento produce una conmutacion del modo de funcionamiento, p.ej. a un suministro unico desde la reserva de agua dulce o al funcionamiento mixto.
- Un caudal de agua supera o desciende por debajo de un valor limite prefijado, que se alimenta al reformador y/o a la celda de combustible del sistema de celdas de combustible con reformador: el volumen de agua que debe alimentarse al reformador (p.ej. evaporador) o a la celda de combustible (p.ej. para humectacion), para un funcionamiento adecuado, depende de la conformacion del sistema. Este valor se conoce previamente y puede archivarse en el control. La medicion del caudal puede realizarse p.ej. en la instalacion de alimentacion, es decir, p.ej. en el conducto de alimentacion hacia el sistema de reformador y/o hacia la celda de combustible. En el caso de que el caudal descienda por debajo del valor limite prefijado (valor nominal incluyendo desviacion tolerable), se requiere una conmutacion del modo de funcionamiento, p.ej. desde el funcionamiento de condensacion al funcionamiento de agua dulce o al funcionamiento mixto, ya que el deposito de agua tampon esta presumiblemente vacio o se ha alcanzado su minimo de grado de llenado.
- Un volumen de agua retro-condensado, que se retro-condensa mediante la instalacion de condensacion y se alimenta al reformador y/o a la celda de combustible, supera o desciende por debajo de un valor limite prefijado: es posible recoger el volumen de agua extraido por condensacion de todas las fuentes de agua (corrientes de medio) y medirlo antes de su introduction en el deposito de agua tampon interno al aparato (medicion del caudal). En el caso de que el volumen de agua medido caiga por debajo del valor limite prefijado, se autoriza la conmutacion del modo de funcionamiento al funcionamiento de agua dulce o de funcionamiento mixto. Como valor limite puede usarse el volumen de agua nominal necesario para un funcionamiento adecuado del sistema de celdas de combustible con reformador.
- Una presion de agua en la instalacion de alimentacion o en un conducto interno del sistema de celdas de combustible con reformador, o en un conducto de union entre el deposito de agua tampon interno y el reformador y/o la celda de combustible, supera o desciende por debajo de un valor limite prefijado: a traves de una medicion de presion en el conducto de alimentacion (conducto de alimentacion de agua hacia el sistema de reformador y/o la celda de combustible) o en el conducto de union, puede deducirse un suministro de agua de proceso deficiente. Una presion de agua excesivamente reducida puede valorarse como indicio de que el deposito de agua tampon esta vacio o ha alcanzado su minimo de grado de llenado.
- Una composition de gas de reformado, que se ha elaborado mediante el reformador y se alimenta a la celda de combustible, supera o desciende por debajo de un valor Kmite prefijado: basicamente es tambien posible, en funcionamiento del sistema de celdas de combustible con reformador, sacar conclusiones sobre un suministro de agua de proceso insuficiente a partir de la composicion actual del gas de reformado. La adicion dosificada de agua se regula durante el reformado de hidrocarburos a traves de la relation entre vapor de agua y carbono (relation S/C). Si el volumen de agua de proceso necesario ya no estuviese disponible en la medida suficiente, se reduce la relacion S/C, con lo que el contenido de CO en el gas de reformado aumenta. A traves de unos sensores de CO apropiados y con ayuda de unos diagramas caracteristicos archivados en el control es posible deducir el volumen de agua de proceso, alimentado actualmente al sistema, y una falta de agua ligada al mismo, de tal manera que se activa el proceso de conmutacion.
El punto de partida de las reflexiones anteriores es un funcionamiento regular del sistema de celdas de combustible con reformador en el modo de funcionamiento “funcionamiento de condensacion” que, en funcion de los criterios valorados, puede cambiarse al funcionamiento de agua dulce o al funcionamiento mixto. Sin embargo, tambien puede autorizarse un cambio del funcionamiento mixto al funcionamiento de agua dulce, si se presenta un criterio.
Como es natural es tambien posible un cambio de los modos de funcionamiento en sentido contrario, es decir, p.ej. del funcionamiento mixto al funcionamiento de condensacion, si se modifica uno de los criterios citados anteriormente de nuevo en sentido inverso, es decir, p.ej. se ha normalizado.
Los criterios citados pueden usarse individualmente o combinados, para llevar a cabo el proceso de conmutacion con el modo de funcionamiento del suministro de agua de proceso.
Para recopilar los criterios puede ser necesario medir la temperatura ambiente, la presion en el conducto de alimentacion interno al aparato o el nivel de llenado del deposito de agua tampon, para lo que deben preverse unas instalaciones de medicion apropiadas. Asimismo pueden vigilarse los volumenes de agua alimentados o evacuados internos del sistema o la calidad del gas de reformado.
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Los criterios citados o las magnitudes de medicion para el proceso de conmutacion pueden usarse tambien combinados, para asegurar una regulacion “previsora” del suministro de agua de proceso. P.ej. es posible llevar a cabo y vigilar permanentemente una comparacion interna al sistema de agua de entrada (alimentada al sistema de reformador) y agua de salida (condensada), en combinacion con la temperatura ambiente actual y el volumen del deposito de agua tampon interno.
Alternativa o complementariamente a la conmutacion del suministro de agua de proceso puede aprovecharse una regulacion previsora de este tipo tambien para una regulacion de potencia de la instalacion de condensacion y/o para la regulacion de otros parametros internos al sistema, que influyen en la production de agua de proceso del sistema (como p.ej. la salida de potencia del sistema de celdas de combustible con reformador as! como una reduction o un aumento de la alimentation de aire catodico de la celda de combustible).
Puede estar prevista una instalacion de registro de temperatura para registrar la temperatura ambiente, en donde mediante la instalacion de conmutacion de modos de funcionamiento puede producirse una conmutacion entre los modos de funcionamiento en funcion de la temperatura ambiente registrada. Ha quedado demostrado que la eficacia de la instalacion de condensacion se reduce, en particular en el caso de temperaturas de trabajo o ambiente elevadas, porque ya no puede alcanzarse un gradiente de temperatura necesario entre el medio a condensar y el medio refrigerante. Cuando se establece de este modo una temperatura ambiente correspondientemente elevada (tambien posible: temperatura ambiente del vehlculo de ocio), puede partirse de la base de que el agua recuperada desde la instalacion de condensacion ya no es suficiente para proseguir con el funcionamiento del sistema de celdas de combustible con reformador de forma adecuada. En este caso la instalacion de conmutacion de modos de funcionamiento produce que se alimente adicional o exclusivamente agua de proceso desde la reserva de agua dulce.
El calor que se produce en la instalacion de condensacion puede aprovecharse de varias maneras en el sistema de celdas de combustible con reformador. De este modo puede usarse el calor para homogeneizar y/o mantener las temperaturas de funcionamiento de componentes del suministro de agua de proceso. Con ayuda del calor tambien pueden homogeneizarse o mantenerse las temperaturas de funcionamiento de la celda de combustible del sistema de celdas de combustible con reformador. Ademas de esto, el calor puede usarse para precalentar corrientes de medio para el reformador y/o la celda de combustible.
El sistema de celdas de combustible con reformador puede emplearse - como se ha descrito - de forma particularmente ventajosa en un vehlculo de ocio, que este equipado con un sistema de celdas de combustible con reformador, p.ej. para el suministro de corriente de a bordo.
Asimismo se expone un procedimiento que hace posible el funcionamiento del sistema de suministro de agua de proceso. Segun esto debe proporcionarse una reserva de agua dulce en un deposito de agua, para suministrar agua dulce y de limpieza a las instalaciones sanitarias en el vehlculo de ocio. En caso necesario, es decir, en particular durante el funcionamiento del sistema de celdas de combustible con reformador, el agua procedente del deposito de agua puede alimentarse tambien como agua de proceso al sistema de celdas de combustible con reformador.
Estas y otras ventajas y caracterlsticas de la invention se explican a continuation en base a un ejemplo, con ayuda de la figura. La unica figura muestra esquematicamente un sistema de suministro de agua de proceso para un sistema de celdas de combustible con reformador.
La figura muestra un sistema de celdas de combustible con reformador 1 representado solo esquematicamente, que esta estructurado de forma conocida, En la introduction de la description anterior ya se han descrito diferentes clases de reformadores y celdas de combustible conocidos. Por ello en este punto no se tratara ya con detalle la estructura del sistema de celdas de combustible con reformador 1.
Al sistema de celdas de combustible con reformador 1 se alimenta un llquido que contiene hidrocarburos (p.ej. tambien alcohol) como combustible, lo que sin embargo no se ha representado en la figura.
La figura se limita por lo tanto a la representation del suministro de agua de proceso.
Con este fin esta previsto un deposito de agua 2 que se usa como reserva de agua dulce, en el que se almacena agua dulce o de limpieza. En el caso del deposito de agua 2 puede tratarse en particular de un deposito de agua estandar existente en los vehlculos de ocio (autocaravanas, caravanas, lanchas, yates), que se usa en el vehlculo de ocio para suministrar agua a las instalaciones sanitarias. Esta agua se usa ahora ademas para suministrar al sistema de celdas de combustible con reformador 1 un volumen suficiente de agua de proceso.
Aguas abajo del deposito de agua 2 esta previsto un bloqueo de corriente inversa 3, con el que se asegura que ya no pueda fluir nada de agua de vuelta al deposito de agua 2, despues de que haya abandonado el deposito de agua 2.
Al bloqueo de corriente inversa 3 se ha conectado una bomba 4, con la que se transporta el agua desde el deposito de agua 2 hasta el sistema de celdas de combustible con reformador 1. La bomba 4 puede activarse en caso necesario mediante un control no representado, siempre que se necesite agua de proceso para el reformador o la celda de combustible.
5 Opcionalmente puede estar previsto detras de la bomba 4 un dispositivo de tratamiento de agua 5, que es responsable de una calidad y pureza suficiente del agua. Ya se han descrito tambien anteriormente diferentes posibilidades del tratamiento de agua. Sin embargo, siempre que este garantizado que el agua del deposito de agua 2 presenta una calidad suficiente, puede prescindirse en ciertas circunstancias del dispositivo de tratamiento de agua 5. Evidentemente es necesario garantizar que en niingun caso pueda entrar agua con impurezas en el sistema 10 de celdas de combustible con reformador 1 y causar all! danos mayores.
La estructura descrita hasta ahora hace posible poner a disposicion el agua de proceso exclusivamente desde el deposito de agua 2 y, de este modo, mantener el funcionamiento del sistema de celdas de combustible con reformador 1.
En una variante u opcion adicional se obtiene agua de las corrientes de medio, que abandonan el sistema de celdas 15 de combustible con reformador 1, en particular la celda de combustible. En el caso de estas corrientes de medio puede tratarse de gas anodico, que fluye desde una camara de reaccion anodica de la celda de combustible. Tambien puede aprovecharse aire de escape catodico procedente de una camara de reaccion catodica de la celda de combustible, adyacente a la camara de reaccion anodica. Asimismo es posible aprovechar el gas de escape de uno o varios quemadores, que son necesarios para arrancar o mantener el funcionamiento del sistema de celdas de 20 combustible con reformador.
Todas estas corrientes de medio contienen habitualmente vapor de agua, que o bien se evacua con la corriente de medio respectiva al medio ambiente o puede recuperarse mediante condensacion y reutilizarse como agua. Las corrientes de medio de gas de escape se han representado en la figura en conjunto como flecha 6.
Para recuperar el agua esta prevista opcionalmente una instalacion de condensacion 7, mediante la cual se gulan 25 una o varias, o incluso todas las corrientes de medio de gas de escape. De esta manera puede recuperarse el agua desde las corrientes de medio de gas de escape 6 y ponerse a disposicion como agua de proceso, a traves de una realimentacion 8, aguas arriba del sistema de celdas de combustible con reformador 1.
La realimentacion 8 se ha representado en la figura de tal manera, que alimenta el agua de proceso aguas arriba de la bomba 4 en la alimentacion. De este modo el agua recuperada se limpia tambien en el dispositivo de tratamiento 30 de agua 5. Sin embargo, tambien es posible conducir el agua realimentada directamente al sistema de celdas de combustible con reformador 1. Asimismo es tambien posible, almacenar de forma intermedia el agua en un deposito intermedio no representado.

Claims (14)

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    REIVINDICACIONES
    1. Vehlcuio de ocio con
    - un sistema de ceidas de combustible con reformador (1) para un suministro de corriente a bordo;
    - un sistema de suministro de agua de proceso para el sistema de celdas de combustible con reformador (1);
    - una reserva de agua dulce (2) para almacenar agua dulce que se usa como agua de proceso para el sistema de celdas de combustible con reformador (1), en donde el agua dulce es un agua que no se ha obtenido mediante condensacion a partir de un proceso del sistema de celdas de combustible con reformador (1);
    - una instalacion de alimentacion (3, 4, 5) para alimentar el agua de proceso al sistema de celdas de combustible con reformador (1); y con
    - un deposito de agua (2), que al mismo tiempo se usa como deposito de agua del vehlculo de ocio; en donde
    - la reserva de agua dulce esta almacenada en el deposito de agua (2) del vehlculo de ocio;
    - el deposito de agua (2) esta unido a la instalacion de alimentacion (3, 4, 5) as! como a instalaciones sanitarias en el vehlculo de ocio, de tal manera que el agua almacenada en el deposito de agua (2) puede aprovecharse tanto como agua de proceso como tambien como agua dulce y de limpieza para las instalaciones sanitarias;
    - esta prevista una instalacion de condensacion (7), para retro-condensar agua, que esta contenida en al menos una de las corrientes de llquido (6) que abandona el sistema de celdas de combustible con reformador (1); y en donde
    - esta prevista una instalacion de conmutacion de modos de funcionamiento, para conmutar entre al menos dos modos de funcionamiento de los tres siguientes modos de funcionamiento:
    • suministro de agua de proceso al sistema de celdas de combustible con reformador (1) exclusivamente desde la reserva de agua dulce (2);
    • suministro de agua de proceso al sistema de celdas de combustible con reformador (1) exclusivamente desde la instalacion de condensacion (7);
    • suministro de agua de proceso al sistema de celdas de combustible con reformador (1) simultaneamente, tanto desde la reserva de agua dulce (2) como desde la instalacion de condensacion (7).
  2. 2. Vehlculo de ocio segun la reivindicacion 1, caracterizado porque la instalacion de alimentacion (3, 4, 5) esta unida a un reformador y/o a una celda de combustible del sistema de celdas de combustible con reformador (1), para alimentar el agua de proceso al reformador o a la celda de combustible
  3. 3. Vehlculo de ocio segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la reserva de agua dulce esta montada parcialmente en un sistema de conductos de agua potable.
  4. 4. Vehlculo de ocio segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en la instalacion de alimentacion esta prevista una instalacion de bombeo (4), para transportar el agua desde la reserva de agua dulce (2) al sistema de celdas de combustible con reformador (1).
  5. 5. Vehlculo de ocio segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en la instalacion de alimentacion esta previsto un dispositivo de tratamiento de agua (5).
  6. 6. Vehlculo de ocio segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en la instalacion de alimentacion esta previsto aguas arriba de la instalacion de bombeo (4) un bloqueo de corriente inversa (3).
  7. 7. Vehlculo de ocio segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la instalacion de condensacion (7) esta unida al reformador y/o a la celda de combustible, para alimentar el agua retro-condensada como agua de proceso hasta el reformador y/o la celda de combustible.
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  8. 8. Vehlcuio de ocio segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
    - la instalacion de condensacion (7) esta unida a la instalacion de alimentacion (3, 4, 5); y porque
    - el dispositivo de tratamiento de agua (5) esta previsto aguas abajo de la instalacion de condensacion (7).
  9. 9. Vehlculo de ocio segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos uno de las siguientes corrientes de llquido puede guiarse hasta la instalacion de condensacion (7):
    - gas de escape anodico procedente de una camara de reaccion anodica de la celda de combustible;
    - aire de escape catodico procedente de una camara de reaccion catodica de la celda de combustible;
    - gas de escape procedente de un quemador, que se usa para calentar partes del sistema de celdas de combustible con reformador, para calentar de corrientes de medio hacia el sistema de celdas de combustible con reformador o para proporciona calor de proceso;
    - gas de escape procedente de un quemador, que se usa para aprovechar el gas de escape anodico.
  10. 10. Vehlculo de ocio segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque mediante la instalacion de conmutacion de modos de funcionamiento puede realizarse una conmutacion en funcion de al menos uno de los siguientes criterios:
    - la temperatura ambiente supera o desciende por debajo de un valor llmite prefijado;
    - un nivel de llenado en un deposito de agua tampon interno del sistema de celdas de combustible con reformador (1) supera o desciende por debajo de un valor llmite prefijado;
    - un caudal de agua, que se alimenta al reformador y/o a la celda de combustible del sistema de celdas de combustible con reformador (1), supera o desciende por debajo de un valor llmite prefijado;
    - un volumen de agua retro-condensado, que se retro-condensa mediante la instalacion de condensacion (7) y se alimenta al reformador y/o a la celda de combustible, supera o desciende por debajo de un valor llmite prefijado;
    - una presion de agua en la instalacion de alimentacion (3, 4, 5) o en un conducto interno del sistema de celdas de combustible con reformador (1), o en un conducto de union entre el deposito de agua tampon interno y el reformador y/o la celda de combustible, supera o desciende por debajo de un valor llmite prefijado;
    - una composicion de gas de reformado, que se ha elaborado mediante el reformador y se alimenta a la celda de combustible, supera o desciende por debajo de un valor llmite prefijado;
  11. 11. Vehlculo de ocio segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
    - esta prevista una instalacion de registro de temperatura para registrar la temperatura ambiente; y porque
    - mediante la instalacion de conmutacion de modos de funcionamiento puede producirse una conmutacion entre los modos de funcionamiento en funcion de la temperatura ambiente registrada.
  12. 12. Vehlculo de ocio segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el sistema de celdas de combustible con reformador presenta:
    - un reformador para transformar un fluido con contenido de hidrocarburos en un gas con contenido de hidrogeno; y
    - al menos una celda de combustible para transformar el hidrogeno contenido en el gas con contenido de hidrogeno, junto con oxlgeno, en corriente, calor y una corriente de liquido que contiene agua, en donde
    - la corriente de llquido puede guiarse hasta la instalacion de condensacion (7).
  13. 13. Vehlculo de ocio segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el calor que se produce en la instalacion de condensacion (7) puede aprovecharse en el sistema de celdas de combustible con reformador (1).
  14. 14. Procedimiento para suministrar agua de proceso a un sistema de celdas de combustible con reformador (1) en un vehiculo de ocio, con los pasos:
    - aportacion de una reserva de agua dulce en un deposito de agua (2) del vehiculo de ocio, en donde el agua dulce en la reserva de agua dulce es un agua, que no se ha obtenido mediante condensacion a partir de un proceso del
    5 sistema de celdas de combustible con reformador (1);
    - suministro de agua dulce y de limpieza desde el deposito de agua (2) a instalaciones sanitarias en el vehiculo de ocio;
    - en caso necesario alimentacion de agua desde el deposito de agua (2) como agua de proceso al sistema de celdas de combustible con reformador (1);
    10 - retro-condensacion de agua en una instalacion de condensacion (7), en donde el agua esta contenida en al menos
    una de las corrientes de Kquido (6) que abandonan el sistema de celdas de combustible con reformador (1);
    - aportacion de una posibilidad de conmutacion para conmutar entre al menos dos modos de funcionamiento de los tres siguientes modos de funcionamiento:
    • suministro de agua de proceso al sistema de celdas de combustible con reformador (1) exclusivamente desde el 15 deposito de agua (2);
    • suministro de agua de proceso al sistema de celdas de combustible con reformador (1) exclusivamente desde la instalacion de condensacion (7);
    • suministro de agua de proceso al sistema de celdas de combustible con reformador (1) simultaneamente, tanto desde el deposito de agua (2) como desde la instalacion de condensacion (7).
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