ES2887280T3 - Pila de combustible con reformador - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de generación de energía, comprendiendo el dispositivo de generación de energía un reformador (10), una membrana de purificación de gas (20) y una pila de combustible (40), estando el reformador (10) configurado para generar hidrógeno, estando la membrana de purificación de gas (20) configurada para separar el hidrógeno de la mezcla de gas generada en el reformador (10), estando la pila de combustible (40) configurada para generar energía eléctrica mediante la conversión del hidrógeno separado por la membrana de purificación de gas (20), en donde el dispositivo de generación de energía presenta un dispositivo de conversión (30) para convertir el monóxido de carbono en metano, caracterizado porque el dispositivo de conversión (30) está dispuesto entre la membrana de purificación de gas (20) y la pila de combustible (40), estando el dispositivo de conversión (30) y la membrana de purificación de gas (20) acoplados térmicamente, estando el dispositivo de conversión (30) y la membrana de purificación de gas (20) dispuestos dentro de una carcasa común (50), estando el dispositivo de conversión (30) dispuesto por encima de la membrana de purificación de gas (20).
Description
DESCRIPCIÓN
Pila de combustible con reformador
La invención se refiere a un dispositivo para generar energía mediante un reformador y una pila de combustible, en donde el dispositivo sigue en condiciones de funcionamiento aunque falle la membrana de purificación de gas.
En un reformador se transforma, por ejemplo, el metanol en CO y H2 , en donde el CO se transforma en una reacción de conversión, preferentemente con vapor, en CO2 y H2. Sin embargo, de manera periódica queda un residuo de monóxido de carbono en la mezcla de gases. A partir de esta mezcla de gases se separa el hidrógeno, por lo general a través de una membrana de purificación de gases, en donde ventajosamente solo el hidrógeno se difunde a través de la membrana. Sin embargo, en caso de fallo, el monóxido de carbono podría atravesar la membrana. Si el monóxido de carbono entra en la pila de combustible, puede dañarla.
Para evitarlo, habría que desconectar inmediatamente el dispositivo de generación de energía. Sin embargo, si el dispositivo de generación de energía está funcionando en un submarino, por ejemplo, con ello detendría la generación de energía. Esto sería una situación indeseable.
Del documento DE 699 28 417 T2 se conoce un procedimiento para eliminar el monóxido de carbono de un reformado de hidrocarburo en un proceso de oxidación electrocatalítica.
Del documento US 3.884.838 se conoce una reacción de conversión para la reducción del monóxido de carbono.
Del documento US 2005 / 001003 A2 se conoce una composición catalítica para la transformación del monóxido de carbono con el hidrógeno.
Deldocumento ES 60032027 T2 se conocen un sistema y un procedimiento para la detección temprana de un fallo inminente de los purificadores de hidrógeno.
Del documento US 2005 / 064253 A1 se conoce un procedimiento para evitar la contaminación de una pila de combustible.
Del documento US 2011 / 136027 A1 se conoce un dispositivo para la producción de hidrógeno con un reformador.
Del documento US 2003 / 224230 A1 se conoce un sistema de control para un sistema formado por un reformador y una pila de combustible.
El objetivo de la invención crear un dispositivo de generación de energía que permita el funcionamiento incluso en caso de fuga de monóxido de carbono en la membrana de purificación de gas.
Este objetivo se consigue por medio de un dispositivo de generación de energía con las características dadas en la reivindicación 1. Perfeccionamientos ventajosos resultan de las reivindicaciones dependientes, de la siguiente descripción y de los dibujos.
El dispositivo de generación de energía según la invención presenta un reformador, una membrana de purificación de gas y una pila de combustible, en donde el reformador está configurado para generar hidrógeno, la membrana de purificación de gas para separar el hidrógeno a partir de la mezcla de gases producida en el reformador y la pila de combustible para generar energía eléctrica mediante la conversión del hidrógeno separado por la membrana de purificación de gas. El dispositivo de generación de energía tiene un dispositivo de conversión para transformar el monóxido de carbono en metano. El dispositivo de conversión está dispuesto entre la membrana de purificación de gas y la pila de combustible, en donde el dispositivo de conversión y la membrana de purificación de gas están acoplados térmicamente.
El acoplamiento térmico tiene lugar preferentemente de modo que el dispositivo de conversión y la membrana de purificación de gas que tienen un espacio de gas común. De este modo, el dispositivo de conversión y la membrana de purificación de gas no están unidos entre sí, por ejemplo, a través de una tubería. El flujo a través de una tubería es posible exclusivamente en una dirección, de tal modo que se impide la retroalimentación a través de una tubería.
La ventaja de la invención es que se evita de forma fiable que el monóxido de carbono llegue a la pila de combustible. Gracias al acoplamiento térmico, el dispositivo de conversión está listo para ser usado en cualquier momento. No hay necesidad de un calentamiento independiente. Además, el reformador y la pila de
combustible pueden seguir funcionando, aunque con una eficiencia reducida, incluso en caso de fallo, de tal modo que está garantizada la seguridad de los sistemas alimentados con energía eléctrica.
Según la invención, el dispositivo de conversión y la membrana de purificación de gas están dispuestos dentro de una carcasa común. La disposición conjunta dentro de una carcasa es una implementación sencilla del acoplamiento térmico. Además, se evitan las transiciones, que pueden constituir un lugar potencial de fuga de hidrógeno.
Según la invención, el dispositivo de conversión está dispuesto por encima de la membrana de purificación de gas. Preferentemente, el hidrógeno obtenido se descarga hacia arriba dentro de la membrana de purificación de gas. Esto es técnicamente ventajoso debido al bajo peso molecular. Por lo tanto, el dispositivo de conversión está dispuesto ventajosamente delante de la salida.
De manera particularmente preferente, el dispositivo de conversión está dispuesto en la zona superior de la carcasa del dispositivo de conversión. Preferentemente, la zona superior de la carcasa del dispositivo de conversión tiene la forma de un fondo abombado. Para que el dispositivo sea estanco a los gases, las carcasas se configuran por lo general de forma cilíndrica con fondos abombados. El espacio del fondo abombado no suele usarse con fines estructurales, sino que sirve como espacio de recogida de hidrógeno. Con el uso de este espacio de instalación, no se requiere ningún espacio de instalación adicional.
En otra forma de realización de la invención, aguas abajo del dispositivo de conversión está dispuesto un sensor para detectar el metano . Esta forma de realización es particularmente preferida. El metano es mucho más fácil y preciso de detectar que el monóxido de carbono. De este modo, con un dispositivo de conversión y un sensor de metano, es mucho más fácil y seguro detectar un fallo de la membrana de purificación de gas. En principio, el sensor para la detección del metano puede disponerse en cualquier punto entre el dispositivo de conversión y la pila de combustible. Preferentemente, el sensor para detectar el metano está dispuesto en la línea de conexión. De manera particularmente preferente, el sensor para detectar el metano en la línea de conexión está dispuesto en la proximidad espacial del dispositivo de conversión.
En otra forma de realización de la invención, el sensor es un sensor óptico.
En otra forma de realización de la invención, la membrana de purificación de gas está hecha al menos en parte de paladio o de una aleación de paladio.
De manera particularmente preferente, el dispositivo según la invención se usa para generar energía en un vehículo subacuático, en particular en un submarino.
En otro aspecto, la invención se refiere a un vehículo subacuático, en particular un submarino, con un dispositivo de generación de energía según la invención.
A continuación, el dispositivo de generación de energía según la invención se explica con más detalle con referencia a los ejemplos de realización mostrados en los dibujos.
Figura 1 primer dispositivo de generación de energía
Figura 2 segundo dispositivo de generación de energía
Figura 3 tercer dispositivo de generación de energía
En la Fig. 1 muestra un primer dispositivo de generación de energía. Tiene un reformador 10 en el que, por ejemplo, se genera hidrógeno a partir de metanol. La mezcla de gases del reformador 10 llega a la membrana de purificación de gases 20. La membrana de purificación de gas 20 es permeable solo al hidrógeno, los restantes gases son descargados, normalmente a un quemador para generar la energía necesaria para el reformador 10. Desde la membrana de purificación de gas 20, el hidrógeno es introducido en la pila de combustible 40 a través de un dispositivo de conversión 30. En el proceso normal no le sucede nada al dispositivo de conversión 30. Sin embargo, si se produce un defecto en la membrana de purificación de gas 20, el monóxido de carbono puede entrar en la corriente de gas. En el dispositivo de conversión 30, este monóxido de carbono es transformado en metano, que no es problemático para la pila de combustible 40. La membrana de purificación de gas 20 y el dispositivo de conversión 30 se encuentran situados dentro de una carcasa 50 y, por lo tanto, están acoplados térmicamente. Mediante la temperatura de funcionamiento de la membrana de purificación de gas 20 también mantiene el dispositivo de conversión 30 a la temperatura de funcionamiento, incluso cuando no está en uso, sin que haga falta más energía adicional.
La Fig. 2 muestra un segundo dispositivo de generación de energía, que difiere del primer dispositivo de generación de energía en que un sensor 60 está dispuesto detrás del dispositivo de conversión 30 dentro de la carcasa. Este sensor 60 detecta el metano. Como el metano resulta más sencillo y fiable de detectar, una fuga de la membrana de purificación de gas 20 puede ser detectada entonces de manera rápida y fiable.
La Fig. 3 muestra un segundo dispositivo de generación de energía, que difiere del primer dispositivo de generación de energía en que un sensor 60 está dispuesto detrás del dispositivo de conversión 30 fuera de la carcasa. Este sensor 60 detecta el metano. Como el metano es más fácil y fiable de detectar, por lo que una fuga de la membrana de purificación de gas 20 puede ser detectada entonces de manera rápida y fiable.
Símbolos de referencia
10 Reformador
Membrana de purificación de gas
Dispositivo de conversión
Pila de combustible
Carcasa
Sensor
Claims (4)
1. Dispositivo de generación de energía, comprendiendo el dispositivo de generación de energía un reformador (10), una membrana de purificación de gas (20) y una pila de combustible (40), estando el reformador (10) configurado para generar hidrógeno, estando la membrana de purificación de gas (20) configurada para separar el hidrógeno de la mezcla de gas generada en el reformador (10), estando la pila de combustible (40) configurada para generar energía eléctrica mediante la conversión del hidrógeno separado por la membrana de purificación de gas (20), en donde el dispositivo de generación de energía presenta un dispositivo de conversión (30) para convertir el monóxido de carbono en metano, caracterizado porque el dispositivo de conversión (30) está dispuesto entre la membrana de purificación de gas (20) y la pila de combustible (40), estando el dispositivo de conversión (30) y la membrana de purificación de gas (20) acoplados térmicamente, estando el dispositivo de conversión (30) y la membrana de purificación de gas (20) dispuestos dentro de una carcasa común (50), estando el dispositivo de conversión (30) dispuesto por encima de la membrana de purificación de gas (20).
2. Dispositivo de generación de energía de la reivindicación 1, caracterizado porque, aguas abajo del dispositivo de conversión (30), está dispuesto un sensor (60) para detectar el metano.
3. Dispositivo de generación de energía según la reivindicación 2, caracterizado porque el sensor (60) es un sensor óptico.
4. Dispositivo de generación de energía según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la membrana de purificación de gas (20) está hecha, al menos en parte, de paladio o de una aleación de paladio.
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