MX2008003607A - Sistema de celula energetica que produce hidrogeno, cebado termicamente. - Google Patents

Sistema de celula energetica que produce hidrogeno, cebado termicamente.

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MX2008003607A
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energy cell
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Abstract

El montaje de procesamiento de combustibles cebados térmicamente y sistemas de célula energética que producen hidrógeno que incluyen los mismos. Los montajes de procesamiento de combustibles cebados térmicamente incluyen al menos una región productora de hidrógeno alojada dentro de un compartimiento interno de una estructura de contención caliente. En algunas modalidades, la estructura de contención caliente es un horno. En algunas modalidades, el compartimiento también contiene una región de purificación y/o montaje de calentamiento. En algunas modalidades, la estructura de contención está adaptada para calentar y mantener el compartimiento interno en y por encima de una temperatura umbral, la cual puede corresponder a una temperatura de producción de hidrógeno adecuada. En algunas modalidades, la estructura de contención está adaptada para mantener esta temperatura durante periodos en los cuales el sistema de célula energética no produce energía y/o no produce energía para satisfacer una carga aplicada al sistema. En algunas modalidades, el sistema de célula energética está adaptado para proporcionar energía de refuerzo a una fuente de energía, la cual puede ser adaptada para alimentar la estructura de contención.

Description

SISTEMA DE CELULA ENERGETICA QUE PRODUCE HIDROGENO, CEBADO TERMICAMENTE CAMPO DE LA INVENCION La presente invención esta dirigida, de manera general, a sistemas de célula energética productores de hidrógeno, y de manera más particular, a sistemas de procesamiento de combustible productores de hidrógeno con regiones productoras de hidrógeno cebadas térmicamente.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION Como se usa aquí, un montaje de procesamiento de combustible es un dispositivo o combinación de dispositivos que producen gas hidrógeno a partir de uno o más flujos de alimentación que incluyen una o más alimentaciones. Los ejemplos de montaje de procesamiento de combustible incluyen reformadores de vapor y autotérmicos , en los cuales el flujo de alimentación contiene agua y una alimentación que contiene carbono, como un alcohol o un hidrocarburo. Los procesadores de combustible típicamente operan a temperaturas elevadas. En reacciones de procesamiento de combustible endotérmicas, como en los montajes de procesamiento de combustible de reformación de vapor, el vapor requerido para calentar al menos la región productora de hidrógeno del montaje de procesamiento de combustible a, y mantener la región en, una temperatura de producción de hidrógeno adecuada necesita ser proporcionada por el montaje de calentamiento, como un quemador, calentador eléctrico o similar. Cuando son usados quemadores para calentar el procesador de combustible, los quemadores típicamente utilizan un flujo de combustible, como gas combustible o líquido combustible. En un montaje procesador de combustible que produce hidrógeno que utiliza un reformador de vapor, o región reformadora de vapor se produce gas hidrógeno a partir de un flujo de alimentación que incluye una alimentación que contiene carbono y agua. La reformación de vapor es efectuada a temperaturas y presiones elevadas, y un reformador de vapor típicamente incluye un montaje de calentamiento que proporciona calor para la reacción de reformación de vapor. Los usos ilustrativos pero no exclusivos del calor incluyen mantener el lecho del catalizador de reformación a una temperatura de reformación seleccionada, o intervalo de temperatura y, evaporar un flujo de alimentación líquido antes de usarlo para producir gas hidrógeno. Un tipo de montaje de calentamiento es un quemador, en el cual un flujo de combustible es quemado con aire. En un montaje dé procesamiento combustible productor de hidrógeno que utiliza un reformador autotérmico, o una región de reformación autotérmica, se produce gas hidrógeno de un flujo de alimentación que incluye una alimentación que contiene carbono y agua, la cual se hace reaccionar en presencia de aire. Los reformadores de vapor y autotérmicos utilizan catalizadores de reformación que están adaptados para producir gas hidrógeno a partir de los flujos de alimentación discutidos anteriormente cuando la región productora de hidrógeno está a una temperatura de producción de hidrógeno adecuada, o dentro de un intervalo de temperatura de producción de hidrógeno adecuada. El flujo de hidrógeno del producto de la región productora de hidrógeno puede ser purificado, si es necesario, y posteriormente usado como un flujo de combustible para una pila de célula energética, la cual produce una corriente eléctrica a partir del flujo de hidrógeno del producto y un oxidante, como el aire. Esta corriente eléctrica, o salida de energía, de la pila de la célula energética puede ser utilizada para satisfacer las demandas de energía de un dispositivo que consuma energía. Una consideración con cualquier sistema de célula energética productora de hidrógeno es el tiempo que toma comenzar la generación de una corriente eléctrica a partir del gas hidrógeno producido por el sistema de célula energética después de que exista la necesidad de comenzar a hacerlo. En algunas aplicaciones, puede ser aceptable tener un periodo de tiempo en el cual exista una demanda, o deseo, de hacer que el sistema de célula energética produzca una salida de energía para satisfacer una carga aplicada, pero en la cual el sistema no sea capaz de producir la salida de energía. En otras aplicaciones, no es aceptable tener un periodo de tiempo donde la carga aplicada desde un dispositivo que consume energía no puede ser satisfecha por el sistema de célula energética aún cuando exista el deseo de tener esta carga satisfecha por el sistema. Como un ejemplo ilustrativo, algunos sistemas de célula energética son utilizados para proporcionar energía de refuerzo, o suplementaria, a una rejilla eléctrica u otra fuente de energía primaria. Cuando la fuente de energía primaria no sea capaz de satisfacer la carga aplicada a ésta, con frecuencia es deseable que el sistema de célula energética de refuerzo sea capaz de proporcionar energía de manera esencialmente instantánea de modo que el suministro de energía a los dispositivos que consumen energía no se vea interrumpido, o no se vea interrumpido de manera notable. Típicamente las células energéticas pueden comenzar a generar una corriente eléctrica dentro de un periodo de tiempo muy breve después de que el gas hidrógeno u otro combustible adecuado y un oxidante, como el aire, se proporcionen a éste. Por ejemplo, una pila de célula energética puede ser adaptada para producir una corriente eléctrica dentro de al menos un segundo después de que el flujo de gas hidrógeno y aire sean proporcionados a las células energéticas en la pila de célula energética. Inclusive, el tiempo requerido para iniciar la liberación de esos flujos de una fuente que contenga gas hidrógeno y aire, un tiempo requerido para producir una corriente eléctrica deberá aún ser relativamente corto, como menor de un minuto. Sin embargo, los sistemas de célula energética productores de hidrógeno que requieren que primero sea producido el gas hidrógeno, y quizá purificado, antes de ser utilizado para generar la salida de energía deseada, les toma más tiempo generar esta salida de energía. Cuando el montaje procesador de combustible esta ya a una temperatura de producción de hidrógeno adecuada, el sistema de célula energética puede producir la salida de energía deseada a partir del gas hidrógeno generado por el montaje de procesamiento de combustible dentro de unos cuantos minutos, o menos. Sin embargo, cuando el procesador de combustible productor de hidrógeno del montaje de procesamiento de combustible del sistema de célula energética no está ya a una temperatura de hidrógeno deseada, el tiempo requerido será mucho mayor. Por ejemplo, cuando se arranque de una temperatura ambiente de 25°C, puede tomar 30 minutos o más arrancar apropiadamente el montaje de procesamiento de combustible y producir la salida de energía deseada del gas hidrógeno producido por el montaje procesador de combustible. De manera convencional, han sido efectuados varios métodos diferentes para proporcionar sistemas de célula energética productores de hidrógeno que puedan satisfacer una carga aplicada mientras el montaje procesador de combustible productor de hidrógeno asociado arranque desde su estado de operación apagado o no calentado inactivo, calentado a una temperatura de producción de hidrógeno adecuada, y posteriormente utilizado para producir y opcionalmente purificar el gas hidrógeno requerido para producir una salida de energía para satisfacer la carga aplicada. Un método es incluir una o más baterías u otros dispositivos de almacenamiento de energía adecuados que pueden ser usados para satisfacer la carga aplicada hasta que el sistema de célula energética puede producir una salida de energía suficiente para satisfacer la carga aplicada. Típicamente, este método también requiere que el sistema de célula energética incluya cargadores adecuados para recargar las baterías durante la operación de un sistema de célula energética. Este método es efectivo, especialmente para demandas de energía, más bajas dé 1 k o menos, en tanto los requerimientos de peso y tamaño de la batería, o baterías sean aceptables. En sistemas de célula energética, portátiles y sistemas de célula de energía que están diseñados para satisfacer cargas aplicadas más grandes, como cargas de 10 kW o más, puede no ser práctico utilizar baterías para satisfacer una carga aplicada durante el tiempo requerido para que el montaje procesador de combustible arranque. Otro método es para que el montaje de procesamiento de combustible incluya un dispositivo de almacenamiento de hidrógeno que esté dimensionado y en otras circunstancias, configurado para almacenar una cantidad suficiente de gas hidrógeno para suministrar a la pila de célula energética mientras el montaje de procesamiento de combustible arranque. Típicamente, este método también requiere que el sistema de célula energética incluya compresores adecuados y otra estructura de control y regulación para recargar el dispositivo de almacenamiento. Este método también es efectivo, pero requiere que el espacio, equipo adicional y gasto de inclusión de dispositivo de almacenamiento y componentes asociados sean aceptables. En algunas aplicaciones, puede ser deseable producir un salida de energía deseada a partir del gas hidrógeno producido por el montaje procesador de combustible de un sistema de célula energética productor de hidrógeno sin que se requiera que el hidrógeno almacenado o la energía almacenada sean usados para satisfacer la carga aplicada mientras en montaje procesador de combustible arranque desde un estado de operación inactivo, o apagado y se caliente a una temperatura de producción de hidrógeno adecuada.
LA INVENCION La presente descripción está dirigida a montajes de procesamiento de combustibles cebados térmicamente y a sistemas de célula energética productores de hidrógeno que incluyen los mismos. Los montajes de procesamiento de combustible cebados térmicamente incluyen al menos una región productora de hidrógeno, la cual puede ser adaptada para producir gas hidrógeno por un proceso de reformación de vapor o de reformación autotérmica utilizando un catalizador de reformación adecuado. Al menos la región productora de hidrógeno está alojada dentro de un compartimiento interno de una estructura de contención caliente. En algunas modalidades, la estructura de contención puede ser una estructura de contención caliente y aislada. En algunas modalidades, la estructura de contención caliente es un horno. En algunas modalidades, al menos una región de purificación y/o montaje de calentamiento está contenido dentro del compartimiento interno con la región productora de hidrógeno. En algunas modalidades, la estructura de contención está adaptada para calentar y mantener el compartimiento interno en o por encima de una temperatura umbral, o dentro de un intervalo de temperatura seleccionado, la cual en algunas modalidades puede corresponder a una temperatura de producción de hidrógeno adecuada a un intervalo de temperatura para la región de producción de hidrógeno. En algunas modalidades, la estructura de contención está adaptada para mantener el compartimiento interno a esta temperatura, o intervalo de temperatura, durante periodos en los cuales el sistema de célula energética no está produciendo una salida de energía y/o no está produciendo una salida de energía para satisfacer una carga aplicada al sistema. En algunas modalidades, el sistema de célula energética está adaptado para proporcionar energía de refuerzo, o suplementaria, a una fuente de energía primaria que está adaptada para proporcionar energía a al menos un dispositivo que consume energía, y en algunas modalidades, la fuente de energía primaria está adaptada además para proporcionar energía a la estructura de contención.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una vista esquemática de un sistema de célula energética productora de hidrógeno cebado térmicamente de acuerdo a la presente descripción. La figura 2 es una vista esquemática de un montaje de procesamiento de combustible productor de hidrógeno cebado térmicamente de acuerdo a la presente descripción . La figura 3 es una vista esquemática, fragmentada, de otro montaje de procesamiento de combustible productor de hidrógeno cebado térmicamente de acuerdo a la presente descripción. La figura 4 es una vista esquemática fragmentada, de otro montaje de procesamiento de combustible productor de hidrógeno cebado térmicamente de acuerdo a la presente descripción . Lá figura 5 es una vista esquemática de porciones de otro montaje de procesamiento de combustible productor de hidrógeno cebado térmicamente de acuerdo a la presente descripción. La figura 6 es una vista esquemática de otro montaje de procesamiento de combustible productor de hidrógeno cebado térmicamente de acuerdo a la presente descripción . La figura 7 es una vista esquemática de un sistema de célula energética productor de hidrógeno cebado térmicamente de acuerdo a la presente descripción. La figura 8 es una vista esquemática de un sistema de célula energética productor de hidrógeno cebado térmicamente de acuerdo a la presente descripción, asi como un dispositivo que consume energía y una fuente de energía primaria que está normalmente adaptada para proporcionar energía al dispositivo que consume energía.
DESCRIPCION DETALLADA Y MEJOR MODO DE LA DESCRIPCION Un montaje de procesamiento de combustible cebado térmicamente se muestra en la Figura 1 y se indica generalmente en 10. El montaje de procesamiento de combustible cebado térmicamente 10 incluye a un procesador de combustible cebado térmicamente 12 que está adaptado para producir un flujo de hidrógeno de producto 14 que contiene gas hidrógeno, y preferiblemente al menos gas hidrógeno sustancialmente puro, de uno o más flujos de alimentación 16. El flujo de alimentación 16 incluye al menos una alimentación que contiene carbono 18 y puede incluir agua 17. El procesador de combustible 12 es cualquier dispositivo adecuado, o combinación de dispositivos que esté adaptado para producir gas hidrógeno de flujos de alimentación 16. En consecuencia, el procesador de combustible 12 incluye una región productora de hidrógeno 19, en la cual es producido un gas hidrógeno usando cualquier mecanismo y/o proceso de producción de hidrógeno adecuado. El flujo de hidrógeno del producto puede ser proporcionado a la pila de la célula energética 40, la cual está adaptada para producir una corriente eléctrica, o salida de energía 41 a partir del gas hidrógeno, y un oxidante, como el aire. Un flujo de aire ilustrado en 43 en la Figura 1 puede ser proporcionado a las células energéticas en la pila via cualquier mecanismo o proceso adecuado. Los sistemas de acuerdo a la presente descripción que incluyen al menos una pila de célula energética y al menos un montaje de procesamiento de combustible cebado térmicamente que está adaptado para producir gas hidrógeno para al menos una pila de célula energética pueden ser referidos como sistemas de célula energética productores de hidrógeno cebados térmicamente. Aunque se muestra en un solo procesador de combustible 12 y/o una sola pila de célula energética 40 en la Figura 1, está dentro del alcance de la descripción que pueda usarse más de uno de cualquiera o ambos de esos componentes, y/o subcomponentes de los mismos. El montaje de procesamiento de combustible cebado térmicamente 10 incluye una región productora de hidrógeno 19 que está alojada dentro de una estructura de contención caliente, o montaje de contención caliente, 70 y el cual está adaptado para producir gas hidrógeno a partir de uno o más flujos de alimentación utilizando cualquier mecanismo productor de hidrógeno adecuado. Como se discute con mayor detalle aquí, la estructura de contención 70 define un compartimiento interno 72 en el cual al menos se localiza una región productora de hidrógeno del montaje de procesamiento de combustible. La estructura de contención incluye un montaje de calentamiento que está adaptado para calentar y mantener el compartimiento interno, y las estructuras contenidas en él, a una temperatura umbral, o intervalo de temperatura. Esta temperatura umbral, o intervalo de temperatura puede corresponder a una temperatura de producción de hidrógeno adecuada, o un intervalo de temperatura, para que el montaje de procesamiento de combustible produzca gas hidrógeno en su región productora de hidrógeno. La estructura de contención también puede ser referida como un sistema de contención caliente, y/o un reservorio térmico calentado positivamente que contiene al menos la región productora de hidrógeno del montaje de procesamiento de combustible. Los flujos de alimentación 16 pueden ser proporcionados a la región productora de hidrógeno del procesador de combustible cebado térmicamente 12 vía cualquier mecanismo adecuado. Aunque se muestra un flujo de alimentación 16 en líneas sólidas en la Figura 1, está dentro del alcance de la descripción que pueda usarse más de un flujo 16 y que esos flujos puedan contener la misma o diferentes alimentaciones. Esto es ilustrado esquemáticamente por la inclusión de un segundo flujo de alimentación 16 en las líneas discontinuas en la Figura 1. Cuando el flujo de alimentación 16 contiene dos o más componentes, como una alimentación que contiene carbono y agua, los componentes pueden ser proporcionados en los mismos o diferentes flujos de alimentación. Por ejemplo, cuando el procesador de combustible está adaptado para producir gas hidrógeno a partir de una alimentación que contiene carbono y agua, esos componentes son proporcionados típicamente en flujos separados, y opcionalmente, (al menos hasta que ambos flujos se evaporen o de otro modo se vuelvan gaseosos) , cuando no sean miscibles entre sí, como se muestra en la Figura 1 por medio de los números de referencia 17 y 18 que señalan diferentes flujos de alimentación. Cuando la alimentación que contiene carbono es miscible con agua, la alimentación es típicamente, pero no se requiere, proporcionada con el componente acuoso del flujo de alimentación 16, como se muestra en la Figura 1 por los números de referencia 17 y 18 que señalan al mismo flujo de alimentación 16. Por ejemplo, cuando el procesador de combustible recibe un flujo de alimentación que contiene agua y un alcohol soluble en agua, como el metanol, esos componentes pueden ser premezclados y proporcionados como un so,lo flujo. En la Figura 1, el flujo de alimentación 16 se muestra siendo proporcionado al procesador de combustible 12 por un sistema de liberación de alimentación 22, el cual representa esquemáticamente cualquier mecanismo, dispositivo o combinación adecuada de los mismos, liberar selectivamente el flujo de alimentación al procesador de combustible. Por ejemplo, el sistema de liberación puede incluir una o más bombas que estén adaptadas para proporcionar los componentes del flujo 16 desde uno o más suministros. Adicional, o alternativamente, el sistema de liberación de alimentación 22 puede incluir un montaje de válvula adaptada para regular el flujo de los componentes de un suministro presurizado. Los suministros pueden localizarse externos al montaje de procesamiento de combustible, o pueden estar contenidos dentro de o adyacentes al montaje. Cuando el flujo de alimentación 16 sea proporcionado al procesador de combustible en más de un flujo, los flujos pueden ser proporcionados a los mismos sistemas de liberación de alimentación o separados. La región productora de hidrógeno 19 puede utilizar cualquier proceso o mecanismo adecuado para producir gas hidrógeno a partir de los flujos de alimentación 16. El flujo de salida 20 de la región productora de hidrógeno contiene gas hidrógeno como un componente mayoritario. El flujo de salida 20 puede incluir uno o más componentes gaseosos adicionales, y por lo tanto puede ser referido como un flujo de gas mezclado, que contiene gas hidrógeno como su componente mayoritario. Como se discutió, los ejemplos de mecanismos adecuados para producir gas hidrógeno a partir de flujos de alimentación 16 incluyen la reformación de vapor y reformación autotérmica, en las cuales se usan catalizadores de reformación para producir gas hidrógeno a partir de un flujo de alimentación 16 que contiene una alimentación que contiene carbono 18 y agua 17. Los ejemplos de alimentaciones que contienen carbono adecuadas 18 incluyen al menos un hidrocarburo o alcohol. Los ejemplos de hidrocarburos adecuados incluyen metano, propano, gas natural, diesel, queroseno, gasolina y similares. Los ejemplos de alcoholes adecuados incluyen metanol, etanol y polioles, como el etilen glicol y propilen glicol. La reformación de vapor es un ejemplo de un mecanismo productor de hidrógeno que puede ser empleado en la región productora de hidrógeno 19 en la cual el flujo de alimentación 16 comprende agua y una alimentación que contiene carbono. En un proceso de reformación de vapor, la región productora de hidrógeno 19 contiene un catalizador de reformación de vapor adecuado 23, como se indica en las lineas punteadas en la Figura 1. En esa modalidad, el procesador de combustible puede ser referido como un reformador de vapor, la región productora de hidrógeno 19 puede ser referida como una región de formación, y el flujo de salida, o gas mezclado 20, puede ser referido como un flujo reformado. Como se usa aquí, la región de reformación 19 se refiere a cualquier región productora de hidrógeno que utilice un mecanismo de producción de hidrógeno de reformación de vapor. Los ejemplos de catalizadores de reformación de vapor adecuados incluyen formulaciones cobre-zinc de catalizadores de desviación de baja temperatura y una formulación de cromo vendida bajo un nombre comercial de KMA por Süd-Chemie, aunque pueden ser usados otros. Los otros gases que pueden estar presentes en el flujo reformado incluyen monóxido de carbono, dióxido de carbono, metano, vapor y/o alimentación que contiene carbono sin reaccionar. Los reformadores de vapor típicamente operan a temperaturas en el intervalo de 200°C y 900°C y a presiones en el intervalo de 3.51 kgf/cm2 y 21.09 kgf/cm2 (50 psi y 300 psi) aunque las temperaturas y presiones fuera de este intervalo están dentro del alcance de la descripción. Cuando la alimentación que contiene carbono es metanol, la reacción de reformación de vapor productora de hidrógeno típicamente operará en un intervalo de temperatura de aproximadamente 200-500°C. Los subconjuntos ilustrativos de este intervalo incluyen 350-450°C, 375-425°C, y 375-400°C. Cuando la alimentación que contiene carbono es un hidrocarburo, etanol, o un alcohol similar, un intervalo de temperatura de aproximadamente 400-900°C será usado típicamente para la reacción de reformación de vapor. Los subconjuntos ilustrativos de este intervalo incluyen 750-850°C, 725-825°C, 650-750°C, 700-800°C, 700-900°C, 500-800°C, 400-600°C, y 600-800°C. Está dentro del alcance de la presente descripción que la región productora de hidrógeno incluya dos o más zonas, o porciones, cada una de las cuales puede ser operada a la misma o diferentes temperaturas. Por ejemplo, cuando el fluido productor de hidrógeno incluye un hidrocarburo, en algunas modalidades puede ser deseable incluir dos porciones productoras de hidrógeno diferentes, con una operando a una temperatura más baja que la otra para proporcionar una región de prerreformación . En esa modalidad, el sistema de procesamiento de combustible puede ser descrito alternativamente como si incluyera dos o más regiones productoras de hidrógeno. El flujo de alimentación 16 es proporcionado típicamente a la región de reformación 19 del procesador de combustible 12 a la presión seleccionada, como una presión dentro del intervalo de presión ilustrativo presentado anteriormente. El montaje de procesamiento de combustible cebado térmicamente de acuerdo a la presente descripción puede por lo tanto ser adaptado para mantener al menos una región productora de hidrógeno del procesador de combustible en o por encima de la temperatura de producción de hidrógeno umbral que corresponde a una de las temperaturas ilustrativas presentadas anteriormente, y/o dentro del intervalo de temperatura umbral seleccionado que corresponde a uno de los intervalos de temperatura ilustrativos presentados anteriormente . Otros procesos adecuados para producir gas hidrógeno en la región productora de hidrógeno 19 del procesador de combustible cebado térmicamente 12 es la reformación autotérmica, en la cual se usa un catalizador de reformación autotérmica adecuado para producir gas hidrógeno a partir de agua y una alimentación que contiene carbono en presencia de aire. Cuando es usada la reformación autotérmica, el procesador de combustible cebado térmicamente incluye además un montaje de liberación de aire 68 que está adaptado para proporcionar un flujo de aire a la región productora de hidrógeno, de acuerdo a lo indicado en las lineas punteadas en la Figura 1. Los montajes de procesamiento de combustible cebados térmicamente pueden ser adaptados para mantener las regiones productoras de hidrógeno que utilizan una reacción de reformación autotérmica en una de las temperaturas ilustrativas presentadas anteriormente, o intervalos de temperatura, discutidos con respecto a las reacciones de reformación de vapor productoras de hidrógeno. Las reacciones productoras de hidrógeno autotérmicas utilizan una reacción endotérmica primaria que es utilizada en conjunto con una reacción de oxidación parcial exotérmica que genera calor dentro de una región productora de hidrógeno tras el inicio de la reacción de producción de hidrógeno inicial. En consecuencia, aún cuando las reacciones de producción de hidrógeno autotérmicas incluyen una reacción exotérmica, existe una necesidad de calentar inicialmente la región productora de hidrógeno a al menos una temperatura productora de hidrógeno adecuada mínima. El flujo de hidrógeno del producto 14 producido por el montaje de procesamiento de combustible puede ser proporcionado a una pila de célula energética 40. Una pila de célula energética es un dispositivo que produce un potencial eléctrico a partir de una fuente de protones, como gas hidrógeno, y un oxidante, como gas oxígeno. En consecuencia, una pila de célula energética puede ser adaptada para recibir al menos una porción del flujo de hidrógeno del producto 14 y un flujo de oxígeno (el cual es proporcionado típicamente como un flujo de aire) , y para producir una corriente eléctrica a partir del mismo. Esto es ilustrado esquemáticamente en la Figura 1, en la cual una pila de célula energética es indicada en 40 y produce una corriente eléctrica, o salida de energía, la cual es ilustrada esquemáticamente en 41. La pila de célula energética 40 contiene al menos una, y típicamente múltiples células energéticas 44 que están adaptadas para producir una corriente eléctrica a partir de un oxidante, como el aire, aire enriquecido con oxigeno, o gas oxigeno, y la porción del flujo de hidrógeno del producto 14 proporcionada a estas. Las células energéticas típicamente son unidas entre placas extremas comunes 48, las cuales contienen conductos de distribución/remoción de fluido, aunque esta construcción no se requiere para todas las modalidades. Los ejemplos de células energéticas adecuadas incluyen células energéticas de membrana de intercambio protónico (PEM) y células energéticas alcalinas. Otras células energéticas de óxido sólidas incluyen, células energéticas de ácido fosfórico, y células energéticas de carbonato fundido. La corriente eléctrica, o salida de energía, 41 producida por la pila 40 puede ser usada para satisfacer las demandas de energía, o carga aplicada, de al menos un dispositivo que consuma energía asociada 46. Los ejemplos ilustrativos de dispositivo 46 incluyen, pero no deberán limitarse a, herramientas, luces o montajes de iluminación, aparatos electrodomésticos (como hogares y otros aparatos electrodomésticos), hogares u otros sitios, oficinas u otros establecimientos comerciales, computadoras, equipo de señalización o comunicación, etc. De manera similar, la pila de célula energética 40 puede ser usada para satisfacer los requerimientos de energía del sistema de célula energética 42, el cual puede ser referido como los requerimientos de energía de equilibrio de planta del sistema de célula energética. Deberá comprenderse que el dispositivo 46 es ilustrado esquemáticamente en la Figura 1 y significa que representa uno o más dispositivos, o colección de dispositivos, que están adaptados para consumir corriente eléctrica de, o aplicar una carga a, el sistema de célula energética. Como se discutió, la estructura de contención caliente 70 está adaptada para calentar y mantener al menos la región productora de hidrógeno del procesador de combustible cebado térmicamente con una temperatura de producción de hidrógeno adecuada, como en una de las temperaturas ilustrativas discutidas anteriormente y/o +/-25°C de esas temperaturas ilustrativas. Un ejemplo ilustrativo de una estructura de contención adecuada 70 se ilustra esquemáticamente en la Figura 2. Como se muestra, la estructura de contención define un recinto 84 que contiene un compartimiento interno 72, el cual está dimensionado para recibir, o alojar, al menos la región productora de hidrógeno del procesador de combustible 12. El recinto incluye paredes 86, las cuales preferiblemente incluyen superficies internas 88 que definen al menos sustancialmente, sino completamente, límites cerrados alrededor del compartimiento interno. Está dentro del alcance de la presente descripción que las paredes 86 puedan tener el mismo o diferentes espesores, tamaños, formas y similares. De manera similar, no se requiere que el recinto tenga una configuración rectilínea, con la Figura 2 pretendiendo únicamente proporcionar un ejemplo esquemático ilustrativo. Las paredes y/o las otras porciones del recinto 86 preferiblemente están aisladas para reducir la carga térmica, o demanda de energía para calentar o mantener el compartimiento interno a la temperatura seleccionada. Aunque no se requiere, está dentro del alcance de la presente descripción que el recinto, como las paredes 86, estén suficientemente aisladas de modo que la superficie exterior 90 del mismo se mantenga en o por debajo de una temperatura externa umbral mientras el compartimiento interno sea mantenido en una de las temperaturas de producción de hidrógeno umbral adecuadas discutidas aquí. Los ejemplos ilustrativos, no exclusivos, de temperaturas externas umbral adecuadas incluyen temperaturas de menos de 100°C, umbrales de menos de 75°C, menos de 50°C y menos de 25°C. Como se discutió, esas temperaturas externas no se requieren, y el exterior del recinto puede estar a temperaturas que excedan esos ejemplos ilustrativos sin apartarse del alcance de la presente descripción. Está dentro del alcance de la presente descripción que el recinto 84 pueda incluir una o más ventanas u otros pasajes de circulación de aire. También está dentro del alcance de la presente descripción que únicamente los pasajes de fluido entre el compartimiento interno y el exterior del recinto sean a través de los conductos, u orificios de entrada y salida definidos, para proporcionar flujo de alimentación a la región productora de hidrógeno, para extraer los flujos que contienen hidrógeno del recinto, y/o para liberar aire hacia el compartimiento y para extraer la exhaustación del recinto.
Esto es ilustrado de manera un tanto esquemática en la Figura 2, en la cual un orificio del flujo de alimentación se indica en 92, un orificio del producto de hidrógeno se indica en 94, un orificio de entrada de aire se indica en 96, y un orificio de exhaustación se indica en 98. Más de uno de los ejemplos ilustrativos de los posibles orificios pueden incluirse en cualquier estructura de contención de acuerdo a la presente descripción. De manera similar, la estructura puede incluir uno o más orificios además de, o en lugar de, uno o más de los orificios ilustrativos descritos anteriormente. Cuando los flujos de fluido que sean proporcionados a o retirados de una estructura particular dentro del compartimiento interno, como en lugar del compartimiento interno generalmente, los orificios pueden ser asociados con uno o más conductos de fluido 100 que definan trayectorias de flujo prescritas para los fluidos dentro del compartimiento. Por ejemplo, el orificio de alimentación 92 incluye un conducto de fluido que proporciona un flujo de fluido a la región productora de hidrógeno. Este conducto puede definir formar de otro modo al menos una porción de una región de evaporación 102, en la cual un flujo de alimentación que sea proporcionado cuando un flujo de liquido se evapora antes de ser proporcionado en contacto con el catalizador de reformación en la región productora de hidrógeno 19. En algunas modalidades, la región de evaporación puede estar contenida dentro de la región productora de hidrógeno, con el flujo de alimentación siendo evaporado antes de ser liberado en contacto con el catalizador de reformación. En algunas modalidades, el flujo de alimentación puede ser un flujo gaseoso cuando se introduzca en el compartimiento interno y por lo tanto pueda no necesitar ser evaporado en una región de evaporación dentro del compartimiento. También se muestra en el ejemplo ilustrativo mostrado en la Figura 2 un conducto 100 a través del cual el gas hidrógeno de la región productora de hidrógeno es liberado hacia el orificio de hidrógeno 94, el cual está en comunicación fluidica con la pila de célula energética. La Figura 2 también ilustra las estructuras de contención calientes 70 de acuerdo a la presente descripción también incluyen, u opcionalmente están en comunicación térmica con, un montaje de calentamiento 110 que está adaptado para calentar el compartimiento interno a al menos una temperatura umbral, como una temperatura de producción de hidrógeno adecuado, durante periodos en los cuales la región productora de hidrógeno no está produciendo gas hidrógeno sino en la cual es deseable mantener la región de producción de hidrógeno en un estado de operación cebado. Como se discutió, este estado de operación cebado o cebado térmicamente puede ser un estado de operación en el cual al menos la región productora de hidrógeno se mantenga en, o dentro de, una temperatura o intervalo de temperatura de producción de hidrógeno adecuado. Está dentro del alcance de la presente descripción que el montaje de calentamiento 110 pueda ser configurado para calentar únicamente el compartimiento interno (y su contenido) cuando la región .productora de hidrógeno no esté produciendo gas hidrógeno. Sin embargo, también está dentro del alcance de la presente descripción que el montaje de calentamiento puede ser configurado para calentar el compartimiento interno (y su contenido) hasta que la región productora de hidrógeno comienza a producir gas hidrógeno y/o hasta que la pila de célula energética comienza a producir una salida de energía suficiente para satisfacer la carga aplicada al sistema de célula energética. Como un ejemplo ilustrativo más, el montaje de calentamiento puede ser configurado para continuar calentando el compartimiento interno y su contenido durante un periodo de tiempo seleccionado después de que ocurran (o sean detectados) los eventos discutidos anteriormente. Como un ejemplo más, el montaje de calentamiento puede ser adaptado para continuar proporcionando calor al compartimiento interno (y su contenido) sin importar si la región productora de hidrógeno está produciendo gas hidrógeno y/o la pila de célula energética está produciendo una corriente eléctrica, como si el compartimiento interno, o una región seleccionada del mismo, cayera por debajo de la temperatura umbral (o cayera por debajo de esta temperatura por más de un intervalo de temperatura seleccionado) . Como se ilustra en el ejemplo esquemático mostrado en la Figura 2, la estructura de contención incluye un montaje de calentamiento 110 que está adaptado para calentar el compartimiento interno 72 de la estructura de contención, y en consecuencia, para calentar la región productora de hidrógeno y cualquier otra estructura contenida en el compartimiento interno a la temperatura umbral seleccionada. En las lineas sólidas en la Figura 2, el montaje de calentamiento 110 es ilustrado localizado dentro del recinto 84 y externo al compartimiento interno 72 de la estructura de contención. Como se discutió, esta configuración no se requiera y está dentro del alcance de esta descripción que el montaje de calentamiento pueda estar parcial o completamente colocado externo al recinto 84 y/o dentro del compartimiento interno 72, como es representado esquemáticamente en lineas punteadas en la Figura 2. Una estructura adecuada para el montaje de calentamiento 110 es un calentador alimentado eléctricamente 112, como un calentador de resistencia que sea alimentado por una fuente de energía adecuada, como una batería, una rejilla eléctrica, un generador, o cualquier otra fuente de energía adecuada adaptada para proporcionar energía eléctrica al calentador. El calentador 112 puede, pero no se requiere, generar un flujo de fluido de calentamiento 116 que sea proporcionado al compartimiento interno, como cuando el calentador recibe un flujo de aire 118 que sea calentando y proporcionado al calentamiento interno. El calentador 112 y/o cualquier otro montaje de calentamiento adecuado 110 puede incluir uno o más elementos de calentamiento, o fuentes de calor, 114 que pueden estar colocadas en cualquier lugar adecuado con relación al compartimiento interno de la estructura de contención. Por ejemplo, el montaje de calentamiento puede incluir al menos un elemento de calentamiento que esté dentro, o que se extienda al menos parcialmente dentro del compartimiento interno. Adicional o alternativamente, el montaje de calentamiento puede incluir uno o más compartimentos que se extiendan completamente, o al menos parcialmente dentro de una o más paredes 86 de la estructura de contención. Como un ejemplo ilustrativo, no exclusivo, adicional, el montaje de calentamiento 110 puede incluir una región de combustión 120 que genere un flujo de fluido de calentamiento 116 en forma de un flujo de exhaustación de combustión que puede ser liberado al compartimiento interno para calentar el compartimiento y las estructuras contenidas en él. La región de combustión puede estar dentro de la estructura de contención, dentro del compartimiento interno, o puede ser externa a la estructura de contención. En al menos este último ejemplo, el flujo de exhaustación de combustión puede ser proporcionado al compartimiento interno a través de uno o más conductos de fluido, que pueden extenderse a través de al menos una pared de la estructura de contención para proporcionar el flujo de exhaustación de combustión al compartimiento interno . La Figura 3 ilustra un ejemplo de una estructura de contención 70 que incluye, o está en comunicación térmica con, un montaje de calentamiento 110 que incluye un calentador alimentado eléctricamente 112. Como se muestra, el calentador 112 está en comunicación eléctrica con una fuente de energía 130 que está adaptada para proporcionar suficiente energía al calentador para permitir que el calentador caliente el compartimiento interno a la temperatura umbral seleccionada y para mantener posteriormente esta temperatura y/o un intervalo de temperatura adecuado de la temperatura umbral seleccionado, como ± 5°C, ± 10°C o ± 25°C de esta temperatura. Los elementos de calentamiento 114 del calentador eléctrico pueden extenderse en cualquier posición adecuada con relación al compartimiento interno. Los ejemplos ilustrativos, no exclusivos de los cuales incluyen posiciones a lo largo de o dentro de una o más de las paredes 86 del recinto y/o dentro del compartimiento interno 72. Como se ilustra en líneas punteadas en la Figura 3, el calentador eléctrico puede recibir un flujo de aire 118, con el calentador calentando este flujo para producir un flujo de fluido de calentamiento que es proporcionado al compartimiento interno para calentar al menos la región productora de hidrógeno del montaje de procesamiento de combustible cebado térmicamente. La Figura 4 ilustra un ejemplo de una estructura de contención 70 que incluye, o está en comunicación térmica con, un montaje de calentamiento 110 que incluye una región de combustión 120 que está adaptada para recibir y quemar un flujo de combustible 122 en presencia de aire, como de un flujo de aire 118, para producir un flujo de fluido de calentamiento 116 en forma de un flujo de exhaustación de combustión. El flujo de combustión 122 puede incluir cualquier combustible adecuado, con los ejemplos ilustrativos incluyendo combustibles gaseosos y líquidos. Los ejemplos ilustrativos incluyen además el flujo de alimentación 16, la alimentación que contiene carbono 18, hidrógeno u otros gases producidos por la región productora de hidrógeno, propano, gas natural, gasolina, queroseno, diesel y similares. La región de combustión puede ser adaptada para recibir y quemar un combustible o tipo de combustible particular. La región de combustión puede incluir un quemador, u otra fuente de ignición adecuada, 124 que esté adaptada para iniciar la combustión del flujo de combustible, con esto estando dentro del alcance de la presente descripción que el quemador este en comunicación eléctrica con la fuente de energía 130 que esté adaptada para accionar selectivamente el quemador. Además de los ejemplos anteriormente discutidos de fuentes de energía adecuadas, el quemador puede estar adaptado para ser alimentado por un volante o ultracapacitor .
Como se discutió anteriormente con respecto a la Figura 2, los montajes de calentamiento pueden ser colocados externos, dentro de, y/o internos con respecto al recinto que define el compartimiento interno de la estructura de contención. En consecuencia, los ejemplos ilustrativos de calentadores eléctricos y regiones de combustión mostrados en las Figuras 3 y 4 pueden ser implementados al menos parcialmente, sino completamente, externos al recinto, dentro del recinto, o dentro del compartimiento interno. Como también se discutió, al menos cuando se localice externo al recinto, el montaje de calentamiento puede incluir al menos un conducto de fluido para liberar selectivamente un flujo de fluido de calentamiento al compartimiento interno o de otro modo en comunicación térmica con el compartimiento interno para proporcionar el calentamiento deseado del compartimiento y su contenido. Además, está dentro del alcance de la presente descripción que el compartimiento interno pueda incluir uno o más subcompartimientos, pueda incluir una o más estructuras de deflexión de calor, deflectores o barreras térmicas, ventiladores o miembros de circulación, y/u otras estructuras de la modulación de la temperatura que definan selectivamente regiones de temperaturas más altas o más bajas dentro del compartimiento interno. Esas estructuras de modulación de temperatura opcionales son ilustradas esquemáticamente, individualmente y en combinación, en la Figuras 2 a 134. En las Figuras 1-4, el montaje de procesamiento de combustible cebado térmicamente 10 ha sido descrito como si incluyera al menos una región productora de hidrógeno 19 que se coloca dentro del compartimiento interno de la estructura de contención caliente 70, de acuerdo con la presente descripción. En cada una de esas figuras, el número de referencia 136 también se presenta en lineas punteadas para indicar que otros componentes del montaje de procesamiento de combustible puede localizarse dentro del compartimiento interno y por lo tanto calentarse y mantenerse a una temperatura umbral seleccionada y/o dentro de un intervalo de temperatura seleccionado por el montaje de calentamiento 110. Cuando estén presentes en el compartimiento interno, esos componentes del montaje de procesamiento de combustible deberán ser configurados para resistir la temperatura que sea mantenida dentro del compartimiento por el montaje de calentamiento 1110. El ejemplo de un componente adicional del procesamiento de combustible cebado térmicamente que, cuando esté presente, puede ser (aunque no se requiere) alojado dentro del compartimiento 72 es una región de evaporación, como se ilustra esquemáticamente en la Figura 2 a 102. Está dentro del alcance de la presente descripción que la región de evaporación 102, cuando esté presente, puede estar configurada de otro modo, y puede, en algunas modalidades, localizarse dentro de una armadura o alojamiento común, con la región productora de hidrógeno en el compartimiento interno. En la Figura 2, la armadura, o alojamiento, que contienen la región productora de hidrógeno dentro del compartimiento interno se indica en 104. Otro ejemplo de un componente de montaje de procesamiento de combustible 10 que puede (pero no se requiere) estar presente en el compartimiento interno 72 es un montaje de calentamiento 140 que está adaptado para calentar al menos la región productora de hidrógeno cuando la región productora de hidrógeno esté en un estado de operación de producción de hidrógeno. Un ejemplo ilustrativo de ese montaje de calentamiento se indica esquemáticamente en la Figura 5. El montaje de calentamiento 140 puede ser referido como un segundo montaje de calentamiento de estado de operación secundario o activo. Cuando esté presente en una modalidad particular del montaje 10, el montaje de calentamiento productor de hidrógeno está adaptado para quemar un flujo de combustible 142 para generar un flujo de combustión 144 para mantener al menos la región productora de hidrógeno 19 del montaje de procesamiento de combustible 10 a una temperatura o intervalo de temperatura de producción de hidrógeno adecuado. En algunas modalidades, este montaje de calentamiento secundario puede ser referido como quemador. En algunas modalidades, el montaje de calentamiento secundario puede ser adaptado adicional o alternativamente para calentar otras porciones del montaje de procesamiento de combustible, como un módulo de membrana u otra región de purificación, región de catalizador, etc. El montaje de calentamiento 140 puede utilizar aire que sea proporcionado por el flujo de aire 118 para soportar la combustión, puede utilizar un quemador u otra fuente de ignición adecuada, como se discutió anteriormente con respecto a la región de combustión 120. El flujo de combustible 142 puede incluir cualquier combustible adecuado. Como se discutió, los ejemplos ilustrativos incluyen varios combustibles gaseosos, como varios flujos gaseosos combustibles producidos por el montaje de procesamiento de combustible, alimentaciones que contiene carbono gaseosas, alimentaciones que contiene carbón, líquidos, y flujos de combustible que contiene cualquiera de esos componentes. Aunque no se requiere para todas las modalidades, está dentro del alcance de la presente descripción que el flujo de combustible pueda incluir, o aún esté completamente formado de, al menos una porción de flujo de salida 20. Está además dentro del alcance de la presente descripción que el flujo de combustible gaseoso pueda ser suplementario con combustible adicional que sea proporcionado al montaje de calentamiento desde el exterior del compartimiento como vía un orificio adecuado. Esta dentro del alcance de la presente descripción que la región productora de hidrógeno pueda utilizar un proceso que produzca inherentemente suficiente gas hidrógeno puro para usarse como un flujo de combustible para una pila de célula energética 40. Cuando el flujo de salida contiene suficiente gas hidrógeno puro y/o concentraciones suficientemente bajas de uno o más componentes sin hidrógeno para usarse como flujo de combustible para la pila de célula energética 40, el flujo de hidrógeno del producto 14 puede ser formado directamente del flujo de salida 20. Sin embargo, en muchos procesos de producción de hidrógeno, el flujo de salida 20 será el flujo de gas mezclado que contiene gas hidrógeno como un componente mayoritario junto con otros gases. De manera similar, en muchas aplicaciones, el flujo de salida 20 puede ser un gas hidrógeno sustancialmente puro para contener aún concentraciones de uno o más componentes sin hidrógeno que sean peligrosos o de otro modo indeseables en la aplicación para la cual se pretende sea usado el flujo de hidrógeno del producto. Por ejemplo, cuando se pretenda que el flujo 14 sea usado como flujo de combustible para una pila de célula energética, como la pila 40, las composiciones que pueden dañar la pila de célula energética, como el monóxido de carbono y dióxido de carbono, pueden ser removidos del flujo rico en hidrógeno, si es necesario. Para muchas pilas de célula energética, como la membrana de intercambio protónico (PE ) y pilas de célula energética alcalinas, la concentración de monóxido de carbono es preferiblemente menor de 10 ppm (partes por millón) . Preferiblemente, la concentración de monóxido de carbono es menor de 5 ppm, y de manera más preferible, menor de 1 ppm. La concentración de dióxido de carbono puede ser mayor que la de monóxido de carbono. Por ejemplo, concentraciones de menos de 25% de dióxido de carbono pueden ser aceptables en algunas modalidades. Preferiblemente, la concentración es menor del 10%, y de manera aún más preferible, menor del 1%. Aunque no se requiere, las concentraciones especialmente preferidas son menores de 50 ppm. Las concentraciones mínimas aceptables presentadas aquí son ejemplos ilustrativos, y pueden ser usadas concentraciones diferentes a aquéllas presentadas aquí y están dentro del alcance de la presente descripción. Por ejemplo, usuarios o fabricantes particulares pueden requerir niveles o intervalos de concentración mínimos o máximos que sean diferentes a aquéllos identificados aquí. En consecuencia, el montaje de procesamiento de combustible cebado térmicamente 10 puede (pero no se requiere) incluir además una región de purificación 24, en la cual se produzca un flujo rico en hidrógeno 26 a partir del flujo de salida, o gas mezclado de la región productora de hidrógeno 19. El flujo rico en hidrógeno 26 contiene al menos una de una concentración de hidrógeno más grande que el flujo de salida 20 y una concentración reducida de uno o más de otros gases o impurezas que estuvieran presentes en el flujo de salida. En la Figura 6 se muestra el ejemplo ilustrativo de un montaje de procesamiento de combustible cebado térmicamente mostrado en la Figura 2, que incluye al menos una región de purificación 24. La región de purificación 24 es ilustrada esquemáticamente en la Figura 6, donde el flujo 20 de salida, o gas mezclado, es mostrado siendo proporcionado a una región de purificación opcional 24. Como se muestra en la Figura 6, al menos una porción de flujo rico en hidrógeno 26 forma el flujo de hidrógeno del producto 14. En consecuencia, el flujo rico en hidrógeno 26 y el flujo de hidrógeno del producto 14 pueden ser el mismo flujo y tener las mismas composiciones y velocidades de flujo. Sin embargo, también está dentro del alcance de la presente descripción que algo de gas hidrógeno purificado en el flujo rico en hidrógeno 26 puede ser almacenado para su uso posterior, como en un montaje de almacenamiento de hidrógeno adecuado y/o consumido por el montaje de procesamiento de combustible. La región de purificación 24, puede, pero no se requiere para, producir al menos un flujo de subproducto 28. Cuando esté presente, el flujo de subproducto 28 puede ser expulsado, enviado a un montaje quemador u otra fuente de combustión (como un montaje de calentamiento productor de hidrógeno) , usado como un flujo de fluido caliente, almacenado para su uso posterior, o utilizado de otro modo, almacenado o eliminado. Está dentro del alcance de la descripción que el flujo de subproducto 28 puede ser emitido desde la región de purificación como un flujo continuo en respuesta a la liberación de flujo de salida 20 hacia la región de purificación, de manera intermitente, como en un proceso de lotes o cuando la porción de subproducto del flujo de salida se retenga al menos temporalmente en la región de purificación. La región de purificación 24 incluye cualquier dispositivo adecuado, o combinación de dispositivos, que estén adaptados para reducir la concentración de al menos un componente de flujo de salida 20. En la mayoría de las aplicaciones, el flujo rico en hidrógeno 26 tendrá una concentración de hidrógeno mayor que el flujo de salida, o gas mezclado 20. Sin embargo, también está dentro del alcance de la presente descripción que el flujo rico en hidrógeno tenga una concentración reducida de uno o más componentes sin hidrógeno de los que estaban presentes en el flujo de salida 20, tener a una misma, o aún a una concentración de hidrógeno total reducida como flujo de salida. Por ejemplo, en algunas aplicaciones donde el flujo de hidrógeno del producto 14 puede ser usado, ciertas impurezas o componentes sin hidrógeno, son más peligrosas que otras. Como un ejemplo especifico, en sistemas de célula energética convencionales, el monóxido de carbono puede dañar una pila de célula energética si está presente aún en muy pocas partes por millón, mientras que otros componentes sin hidrógeno que pueden estar presentes en el flujo 20, como el agua, no dañarán la pila aún si está presente a concentraciones mucho mayores. Por lo tanto, en esa aplicación, una región de purificación adecuada puede no incrementar la concentración de hidrógeno total, sino que reducirá la concentración de un componente sin hidrógeno que sea peligroso, o potencialmente peligroso, para la aplicación deseada para el flujo de hidrógeno del producto. Los ejemplos ilustrativos de dispositivos adecuados para la región de purificación 24 incluyen una o más membranas selectivas de hidrógeno 30, montajes de remoción de monóxido de carbono, químicos (u otras impurezas) 32 y sistemas de adsorción, giratorios, de presión 38. Está dentro del alcance de la descripción que la región de purificación 24 puede incluir más de un tipo de dispositivo de purificación, y que esos dispositivos pueden tener la misma o diferentes estructuras y/u operar por el mismo o diferentes mecanismos. Las membranas selectivas de hidrógeno 30 son permeables al gas hidrógeno, pero son al menos sustancialmente, sino es que completamente, impermeables a otros componentes de flujo de salida 20. Las membranas 30 pueden estar formadas de cualquier material permeable al hidrógeno adecuado para usarse en el ambiente y parámetros de operación a los cuales es operada la región de purificación 24. Los ejemplos de materiales adecuados para membranas 30 incluyen paladio y aleaciones de paladio, y especialmente películas delgadas de esos metales y aleaciones de metal. Las aleaciones de paladio han probado ser particularmente efectivas, especialmente paladio con 35% en peso a 45% en peso de cobre. Una aleación de paladio y un cobre que contiene aproximadamente 40% en peso de cobre ha probado ser particularmente efectiva, aunque pueden usarse otras concentraciones y componentes relativos dentro del alcance de la descripción. Las membranas selectivas de hidrógeno están formadas típicamente de una hoja delgada de metal que es de aproximadamente de 0.025 milímetros (0.001 pulgadas) de espesor. Está dentro del alcance de la presente descripción, sin embargo, que las membranas puedan ser formadas de otros materiales permeables al hidrógeno y/o selectivos de hidrógeno, incluyendo metales y aleaciones de metales diferentes a aquéllas discutidas anteriormente asi como materiales y composiciones no metálicas, y que las membranas puedan tener espesores que sean mayores o menores de lo discutido anteriormente. Por ejemplo, las membranas pueden ser más delgadas, con un incremento conmesurable en el flujo de hidrógeno. Los ejemplos de mecanismos adecuados para reducir el espesor de las membranas incluyen el laminado, electrodeposición y grabado. Un proceso de grabado adecuado es descrito en la Patente Estadounidense No. 6, 152,995, toda la descripción de la cual se incorpora aquí como referencia para todos los propósitos. Los ejemplos de varias membranas, configuraciones de membrana y métodos para preparar las mismas se describen en las Patentes Estadounidenses Nos. 6,221,117, 6,319,306 y 6,537,352, toda la descripción de las cuales se incorpora por lo tanto como referencia para todos los propósitos. Los montajes de remoción de monóxido de carbono químicos 32 son dispositivos que reaccionan químicamente con el monóxido de carbono y/u otros componentes indeseables del flujo 20, si están presentes en el flujo de salida 20, para formar otras composiciones que no sean potencialmente peligrosas. Los ejemplos de montajes de remoción de monóxido de carbono químicos incluyen reactores de desviación de agua-gas y otros dispositivos que convierten monóxido de carbono a dióxido de carbono y lechos de catálisis de metanación que convierten monóxido de carbono e hidrógeno a metano y agua. Esta dentro del alcance de la descripción que el montaje de procesamiento de combustible 10 pueda incluir más de un tipo y/o número de montajes de remoción química 32. La adsorción giratoria de presión (PSA) es un proceso químico en el cual las impurezas gaseosas son removidas del flujo de salida 20 sobre la base del principio de que ciertos gases, bajo las condiciones apropiadas de temperatura y presión serán adsorbidos sobre un material adsorbente más fuertemente que otros gases. Típicamente, son las impurezas las que son adsorbidas y removidas del flujo de salida 20. El éxito de usar la PSA para la purificación de hidrógeno se debe a la adsorción relativamente fuerte de gases de impurezas comunes (como CO, C02, hidrocarburos, incluyendo CH4 y 2) sobre el material adsorbente. El hidrógeno se adsorbe solo muy débilmente y de este modo el hidrógeno pasa a través del lecho adsorbente mientras las impurezas son retenidas sobre el material adsorbente. Los gases de las impurezas como' NH3, H2S y H20 se adsorben muy fuertemente sobre el material adsorbente y son removidos del flujo 20 junto con otras impurezas. Si el material adsorbente va a ser regenerado y esas impurezas están presentes en el flujo 20, la región de purificación 24 preferiblemente incluye un dispositivo adecuado que está adaptado para remover esas impurezas antes de proporcionar el flujo 20 al material adsorbente debido a que es más difícil desadsorber esas impurezas. La adsorción de gases de impurezas ocurre a presión elevada. Cuando la presión es reducida, las impurezas son desadsorbidas del material adsorbente, regenerando de este modo el material adsorbente. Típicamente, la PSA es un proceso cíclico y requiere al menos dos lechos para la operación continua (en oposición al lote) . Los ejemplos de materiales adsorbentes adecuados que pueden ser usados en lechos adsorbentes son carbono y zeolitas activadas, especialmente zeolitas de 5 Á (5 angstroms) . El material adsorbente está comúnmente en forma de gránulos y es colocado en un recipiente cilindrico a presión utilizando una configuración del lecho empaquetado convencional. Pueden ser usadas otras composiciones, formas y configuraciones de material adsorbente adecuadas. El sistema PSA 38 también proporciona un ejemplo de un dispositivo para usarse en una región de purificación 24 en la cual los subproductos o componentes removidos, no son expulsados directamente de la región de un flujo de gas concurrentemente con la purificación del flujo de salida.
En su lugar, esos componentes del subproducto son removidos cuando el material adsorbente es regenerado o de otro modo removido de la región de purificación. En la modalidad no exclusiva, ilustrativa mostrada en la Figura 6, la región de purificación 24 se muestra en lineas sólidas dentro del compartimiento interno 72 como una estructura separada del alojamiento 104 que contiene la región productora de hidrógeno 19. Está dentro del alcance de la descripción que el alojamiento 104 pueda incluir de manera adicional o alternativa una región de purificación 24 además de la región productora de hidrógeno 19, con las regiones de purificación estando adaptadas para recibir el gas mezclado, o reformar el flujo producido en la región productora de hidrógeno. También están dentro del alcance de la presente descripción que el montaje de procesamiento de combustible pueda incluir una región de purificación 24 que sea externa al recinto de la estructura de contención, como se indica en las lineas punteadas en la Figura 6. Cualquiera de los montajes de procesamiento de combustible cebados térmicamente descritos, ilustrados y/o incorporados aquí pueden ser, aunque no se requiere, implementados con una o más de las regiones de purificación descritas, ilustradas y/o incorporadas aquí. En el contexto de un procesador de combustible, o montaje de procesamiento de combustible, que esté adaptado para producir un flujo de hidrógeno de producto que sea usado como alimentación, o combustible, flujo para una pila de célula energética, el procesador de combustible está adaptado preferiblemente para producir gas hidrógeno sustancialmente puro, y de manera aún más preferible, el procesador de combustible está adaptado para producir gas hidrógeno puro. Para los propósitos de la presente descripción, el gas hidrógeno sustancialmente puro es más de 90% puro, preferiblemente más de 95% puro, de manera más preferible más de 99% puro, y de manera aún más preferible más de 99.5% puro. El procesador de combustible adecuado para producir flujos de gas hidrógeno sustancialmente puro se describe en las Patentes Estadounidenses Nos. 6,319,306, 6,221,117, 5,997,594, 5,861,137, Solicitud de Patente Estadounidense pendiente No. de Serie 09/802,361, la cual se presentó en Marzo 8, 2001 y titulada "Procesador de Combustible y Sistemas y Dispositivos que Contienen los Mismos", y la Solicitud de Patente Estadounidense No. de Serie 10/407 , 500, la cual se presentó en Abril 4, 2003, titulada "Procesador de Combustible de Reformación de Vapor", y la cual reclama la prioridad de la Solicitud de Patente Provisional Estadounidense Número de Serie 60/372,258. La descripción completa de las patentes y solicitudes de patente identificadas anteriormente se incorporan por lo tanto aquí como referencia para todos los propósitos. La Figura 7 ilustra otro ejemplo de un sistema de célula energética 42 que incluye un montaje de procesamiento de combustible cebado térmicamente 10 de acuerdo a la presente descripción. La Figura 7 pretende ilustrar componentes adicionales que pueden, pero no se requieren, en todas las modalidades ser incluidos en el sistema 42 y/o el montaje 10. En otras palabras, está dentro del alcance de la presente descripción que los montajes de procesamiento de combustible cebados térmicamente y los sistemas de célula energética que contengan los mismos pueden incluir componentes adicionales además de aquéllos descritos y/o ilustrados aquí, como uno o más controladores , dispositivos reguladores de flujo, intercambiadores de calor, montajes de calentamiento/ enfriamiento, suministros de combustible/alimentación, dispositivos de almacenamiento de hidrógeno, dispositivos de almacenamiento de energía, reservorios, filtros y similares adecuados. La pila de célula energética 40 puede recibir todo el flujo de hidrógeno del producto 14. Algunos o todos los flujos 14 pueden adicionalmente, o alternativamente, ser proporcionados, vía un conducto adecuado, para usarse en otro proceso que consuma hidrógeno, quemado como combustible o calor, o almacenado para su uso posterior.
Como un ejemplo ilustrativo, el dispositivo de almacenamiento de hidrógeno 50 se muestra en la Figura 7. El dispositivo 50 está adaptado para almacenar al menos una porción de flujo de hidrógeno del producto 14. Por ejemplo, cuando la demanda de gas hidrógeno por la pila 40 sea menor que la salida de hidrógeno del procesador de combustible 12, el gas hidrógeno en exceso puede ser almacenado en el dispositivo 50. Los ejemplos ilustrativos de dispositivos de almacenamiento de hidrógeno adecuados incluyen lechos de hidruro y tanques presurizados . Aunque no se requiere, un beneficio de montaje de procesamiento de combustible 10 o sistema de célula energética 42 que incluye un suministro de gas hidrógeno almacenado es que este suministro puede ser usado para satisfacer los requerimientos de hidrógeno de la pila 40, u otra aplicación para la cual se use el flujo 14, en situaciones cuando el procesador de combustible cebado térmicamente 12 no sea capaz de satisfacer esas demandas de hidrógeno. Los ejemplos de esas situaciones incluyen cuando el procesador de combustible está fuera de linea para el mantenimiento o reparación, y cuando la pila de célula energética o aplicación está demandando una mayor velocidad de flujo de gas hidrógeno que la producción máxima disponible del procesador de combustible. Adicional o alternativamente, el hidrógeno almacenado también puede ser usado como un flujo de combustible para calentar el montaje de procesamiento del combustible o sistema de célula energética. Los montajes de procesamiento de combustible que no están asociados directamente con una pila de célula energética pueden incluir aún al menos un dispositivo de almacenamiento de hidrógeno, permitiendo por lo tanto que los flujos de hidrógeno del producto de esos montajes de procesamiento de combustible también sean almacenados para su uso posterior. El sistema de célula energética cebado térmicamente 42 también puede incluir una batería u otro dispositivo de almacenamiento de energía adecuado 52 que esté adaptado para almacenar el potencial eléctrico, o salida de energía, producida por la pila 40 y para utilizar este potencial almacenado para proporcionar una fuente de energía (como una o más de las fuentes de energía descritas anteriormente 130) . Por ejemplo, el dispositivo 52 puede ser adaptado para proporcionar energía a uno o más de un quemador, bomba (como para suministrar flujo de alimentación 16) , fuelle u otro dispositivo de propulsión de aire (como para proporcionar un flujo de aire 118), detector, controlador, válvula reguladora de flujo y similar. El dispositivo 52 puede ser un dispositivo recargable y el dispositivo de célula energética 42 puede incluir un montaje de carga que esté adaptado para recargar el dispositivo. También está dentro del alcance de la presente descripción que el dispositivo 52 puede estar presente en el sistema 42 pero puede no estar adaptado para ser recargado por el sistema 42. De manera similar a la discusión anterior con respecto al gas hidrógeno en exceso, la pila de célula energética 40 puede producir una salida de energía que exceda la necesaria para satisfacer la carga ejercida o aplicada, por el dispositivo 46, incluyendo la carga requerida para alimentar el sistema de célula energética 42. Igualmente además a la discusión anterior del gas hidrógeno en exceso, esta salida de energía en exceso puede ser usada en otras aplicaciones fuera del sistema de célula energética y/o almacenada para su uso posterior por el sistema de célula energética. Por ejemplo, la batería u otro dispositivo de almacenamiento pueden proporcionar energía para ser usada por el sistema 42 durante periodos en los cuales el sistema no esté produciendo electricidad y/o gas hidrógeno. Cuando el sistema de célula energética 42 incluye un dispositivo de almacenamiento de hidrógeno 50, el dispositivo de almacenamiento de hidrógeno puede ser diseñado, dimensionado o adaptado de otro modo para no poder satisfacer las demandas de hidrógeno de la pila de célula energética durante un periodo de tiempo que sea igual al periodo de tiempo en el cual le tomaría al sistema de célula energética arrancar de un estado de operación no caliente (es decir, si el sistema fue implementado sin un montaje de procesamiento de combustible cebado térmicamente) . Este tiempo de respuesta puede ser referido como un tiempo de respuesta de arranque, dado que incluye el tiempo requerido para calentar al menos la región productora de hidrógeno a una temperatura de producción de hidrógeno adecuada. Este tiempo de respuesta de arranque contrasta con el tiempo requerido para producir gas hidrógeno a partir del montaje de procesamiento de combustible cebado térmicamente que ha sido mantenido a una temperatura de producción de hidrógeno adecuado, y entonces para generar una salida de energía del mismo. Este tiempo de respuesta puede ser referido como un tiempo de respuesta desviado térmicamente. Por lo tanto, aunque no se requiere, el sistema de célula energética puede incluir un dispositivo de almacenamiento de hidrógeno que tenga capacidad insuficiente, aún cuando este completamente cargado, para proporcionar cantidades suficientes de gas hidrógeno para proporcionar el gas hidrógeno requerido por la pila de célula energética para satisfacer la carga aplicada a ésta durante un periodo de tiempo que sea igual al tiempo que en otras circunstancias se requeriría para hacer arrancar el sistema de célula energética de un estado de operación apagado, o no caliente. Como ejemplos ilustrativos adicionales, la capacidad máxima del dispositivo de almacenamiento de hidrógeno puede ser seleccionada de modo que sea menor de 75%, menor del 50% o aún menor del 25% de esta demanda de hidrógeno potencial. Expresado en términos ligeramente diferentes, durante un periodo de tiempo que corresponda al tiempo que tomaría hacer arrancar la pila de célula energética de un estado de operación no caliente (es decir, sino estaba presente o no opera el montaje procesador de combustible cebado térmicamente) , la pila de célula energética puede requerir un volumen de gas hidrógeno para generar una salida de energía suficiente para satisfacer la carga aplicada a ésta, con este volumen excediendo la capacidad del dispositivo de almacenamiento de hidrógeno, y excediendo opcionalmente la capacidad del dispositivo de almacenamiento de hidrógeno en al menos 25%, 50%, 75%, o aún 100% de su capacidad. De manera similar, cuando el sistema de célula energética 42 incluye un dispositivo de almacenamiento de energía 52, como una batería, capacitor o ultracapacitor, volante, o similar, esta dispositivo puede tener una carga máxima que sea menor que la salida de energía que se requeriría para satisfacer la carga aplicada a la pila de célula energética durante un periodo de tiempo que corresponda al tiempo que sería requerido para hacer arrancar el sistema de célula energética de un estado de operación no caliente, apagado (es decir, sino estuvo presente el montaje de procesamiento de combustible cebado térmicamente) . Esta dentro del alcance de la presente descripción que esta carga máxima pueda ser menor que la salida de energía requerida en al menos 25%, 50%, 75%, o más. Expresado en términos ligeramente diferentes, durante un periodo de tiempo que corresponda al tiempo que tomaría hacer arrancar la pila de célula energética de un estado de operación no caliente (apagado y/o no cebado) (es decir, sino estaba presente el montaje de procesamiento de combustible cebado térmicamente) , el dispositivo que consume energía puede demandar, o requerir, una salida de energía que exceda la capacidad máxima (es decir, completamente cargado) del dispositivo de almacenamiento de energía . Este subdimensionamiento intencional de los dispositivos 50 y/o 52 no se requiere, especialmente puesto que esos componentes no se requieren para todas las modalidades. Sin embargo, la discusión anterior demuestra que está dentro del alcance de la presente descripción incluir un dispositivo de almacenamiento de hidrógeno y/o dispositivo de almacenamiento de energía requiriendo a la vez que el montaje de contención de calor para el sistema opere apropiadamente. Una consideración relacionada es el costo y/o espacio requerido para esos componentes sin fueran dimensionados para proporcionar un sistema de célula energética que no incluyó en la estructura de contención de calor de acuerdo a la presente descripción. En la Figura 7, las estructuras reguladoras de flujo opcional son indicadas de manera general en 54 y representa esquemáticamente múltiples, válvulas, controladores , conmutadores y similares adecuados para liberar selectivamente gas hidrógeno y la salida de energía de la pila de célula energética al dispositivo 50 y la batería 52, respectivamente, y para consumir o extraer el hidrógeno almacenado y la salida de energía almacenada de los mismos. También se muestra en la Figura 7 un ejemplo opcional y, es ilustrado esquemáticamente del módulo de administración de energía 56 que está adaptado para regular la salida de energía de la pila de célula energética, para filtrar o normalizar de otro modo la salida de energía, para convertir la salida de energía a un voltaje más alto o más bajo, para convertir la salida de energía de una salida de energía de CD a una salida de energía CA, etc. Los montajes de procesamiento de combustible cebados térmicamente, y los sistemas de célula energética que incorporan los mismos, también pueden incluir o estar en comunicación con un controlador que esté adaptado para controlar selectivamente la operación del montaje/sistema enviando señales de órdenes adecuadas y/o para verificar la operación del montaje/sistema en respuesta a la entrada de los diferentes detectores. Un controlador se indica en lineas punteadas en 58 en la Figura 7 como si estuviera en comunicación con el dispositivo de almacenamiento de energía 52 (y/o la fuente de energía 130) para indicar que el controlador puede ser adaptado para ser alimentado por éste. También está dentro del alcance de la presente descripción que el controlador, cuando esté presente sea alimentado por otra fuente de energía adecuada. El controlador puede ser un controlador computarizado, implementado por una computadora y en algunas modalidades puede incluir componentes de programas y sistemas de programación o software o componentes físicos de computación o hardware. El controlador puede ser un controlador adecuado, es decir principalmente adaptado para verificar y/o controlar la operación del sistema de célula energética o el montaje de procesamiento de combustible. También está dentro del alcance de la presente descripción que el controlador, cuando esté presente, puede ser adaptado para efectuar otras funciones. En la Figura 8, un sistema de célula energética cebado térmicamente 42 (es decir, un sistema de célula energética que incluye un montaje de procesamiento de combustible cebado térmicamente 10) de acuerdo a la presente descripción se muestra adaptado para proporcionar energía de refuerzo a un dispositivo que consume energía 46 que está adaptado para ser alimentado por una fuente de energía primaria 200. En otras palabras, cuando la fuente de energía primaria opera, satisface la carga aplicada por el dispositivo que consume energía 46. Aunque la fuente de energía primaria 200 opera y está disponible para satisfacer la carga aplicada del dispositivo que consume energía 46, la estructura de contención caliente del montaje de procesamiento de combustible cebado térmicamente 10 puede operar para mantener al menos una región productora de hidrógeno 19 del procesador de combustible en un intervalo de temperatura de producción de hidrógeno umbral y/o dentro de un intervalo de temperatura de producción de hidrógeno umbral, como aquéllos descritos y/o incorporados aquí. En esa configuración, el sistema de célula energética 42 está configurado para proporcionar energía de refuerzo, o suplementaria, al dispositivo que consume energía, de modo que cuando la fuente de energía primaria no opere o no esté disponible de otro modo o pueda satisfacer la carga aplicada desde el dispositivo que consume energía. En la Figura 8, únicamente se muestran porciones del sistema 42, y está dentro del alcance de la presente descripción que el sistema 42 pueda incluir cualquiera de los componentes, subcomponentes y/o variaciones descritas, ilustradas y/o incorporadas aquí.
Cuando esté configurado para proporcionar energía de refuerzo a un dispositivo que consume energía 46, el sistema 42 puede ser configurado para detectar el estado de operación de la fuente de energía primaria vía cualquier mecanismo adecuado y/o puede ser adaptado para iniciar la producción de gas hidrógeno (y por lo tanto iniciar la generación de la salida de energía 41) en respuesta a la detección de una carga aplicada al sistema de célula energética del dispositivo que consume energía. Cuando el sistema 42 incluye, o está en comunicación con un controlador, el controlador puede incluir al menos un detector que esté adaptado para detectar sí está siendo aplicada una carga al sistema de célula energética productora de hidrógeno cebado térmicamente del dispositivo que consume energía y/o si la fuente de energía primaria está proporcionando cualquier (o suficiente) energía al dispositivo que consume energía. En respuesta a al menos en parte a esta detección, el controlador puede iniciar la producción de gas hidrógeno enviando una o más señales de orden al sistema de distribución de alimentación para hacer que los flujos 16 sean proporcionados a la región productora de hidrógeno y el montaje de procesamiento de combustible. El controlar puede ser adaptado para efectuar varios diagnósticos, o verificación de integridad del sistema en respuesta a la detección de que el sistema 42 necesita proporcionar una salida de energía para satisfacer una carga aplicada desde el dispositivo que consume energía. Como se discutió, el controlador puede ser el controlador computarizado, o implementando por computadora que esté adaptado para efectuar varias funciones de control y/o verificación y/o el cual puede incluir componentes de programas y sistemas de programación o software y componentes físicos de computación o hardware, puede incluir un microprocesador, y/o puede incluir un circuito digital o analógico. El controlador, cuando esté presente, puede también simplemente incluir un sensor o detector que esté adaptado para enviar una señal de órdenes al sistema de distribución de alimentación 22 en respuesta a la detección de que existe la necesidad de que el sistema 42 esté produciendo una salida de energía. Como se indica en la Figura 8, está dentro del alcance de la presente descripción que al menos el montaje de calentamiento 110 de, o asociado con, la estructura de contención caliente puede adaptarse para ser alimentado por la fuente de energía primaria cuando la fuente de energía primaria esté disponible para satisfacer la carga de energía aplicada de un dispositivo que consume energía. En consecuencia, cuando la fuente de energía opera, puede ser configurada para suministrar la carga aplicada al dispositivo que consume energía, proporcionando también a la vez energía a al menos el montaje caliente del sistema de procesamiento de combustible cebado térmicamente del sistema de célula energética 42. En esa configuración, el sistema de célula energética puede ser mantenido en su estado de operación "cebado", en el cual al menos la región productora de hidrógeno del mismo se mantiene a una temperatura adecuada para producir gas hidrógeno en respuesta a la distribución de un flujo de alimentación adecuado a éste. Sin embargo, debido a que los requerimientos de energía del sistema de célula energética son satisfechos por la fuente de energía primaria mientras la fuente de energía primaria está en operación, el sistema de célula energética no necesita generar una salida de energía suficiente, o aún cualquiera, mientras esté en el estado de operación cebado. De manera similar, el montaje de procesamiento de combustible puede no generar gas hidrógeno mientras esté en este estado de operación, aún cuando sea mantenida a una temperatura adecuada, o dentro de un intervalo de temperatura adecuado, para generar gas hidrógeno. Cuando, y si, la fuente de energía primaria falla, está fuera de línea, o no está de otro modo disponible para satisfacer la carga aplicada en el dispositivo que consume energía, el sistema de célula energética cebado térmicamente es capaz de generar una salida de energía para satisfacer esta carga aplicada. Además, debido a que el montaje de procesamiento de combustible fue mantenido a una temperatura (o intervalo de temperatura) adecuado para generar gas hidrógeno, el tiempo requerido para comenzar a generar la salida de energía requerida será considerablemente menor que si el montaje de procesamiento de combustible fuera en su lugar mantenido en un estado de operación no caliente, o apagado. Por ejemplo, el sistema de célula energética cebado térmicamente puede ser capaz de satisfacer la carga aplicada en menos de unos cuantos minutos, como menos de tres minutos, menos de dos minutos, menos de un minuto, o aún menos de 45 segundos, inclusive de cualquier diagnóstico y otras autoverificaciones efectuadas por el controlador del sistema. Expresado en términos más ligeramente diferentes, los sistemas de célula energética productores de hidrógeno desviados térmicamente pueden tener un tiempo de respuesta desviado térmicamente para comenzar a generar una salida de energía a partir del gas hidrógeno producido en el sistema, con este tiempo de respuesta siendo menor de unos cuantos minutos, menor de dos minutos, menor de 1 minuto, menor de 45 segundos, etc. Este tiempo de respuesta será mucho más corto que un tiempo de respuesta de arranque comparativo si el sistema de célula energética productor de hidrógeno no fue un sistema de célula energética productor de hidrógeno desviado térmicamente. Como se discutió anteriormente, los sistemas de célula energética cebados térmicamente de acuerdo a la presente descripción pueden incluir un dispositivo de almacenamiento de hidrógeno y/o un dispositivo de almacenamiento de energía que esté subdimensionado para un sistema de célula energética que no incluya un montaje de procesamiento de combustible cebado térmicamente, como un montaje que incluye una estructura de contención caliente de acuerdo a la presente descripción. Sin embargo, el dispositivo de almacenamiento de hidrógeno y/o el dispositivo de almacenamiento de energía pueden ser dimensionados para proporcionar el gas hidrógeno y/o salida de energía requerida durante un periodo de tiempo mucho más corto que transcurra para que el sistema de célula energética cebado térmicamente comience a generar una salida de energía suficiente para satisfacer la carga aplicada en el dispositivo que consume energía 46. Por ejemplo, esto puede permitir que el sistema de célula energética proporcione un suministro de energía de refuerzo no interrumpido (UPS) para un dispositivo que consume energía.
APLICABILIDAD INDUSTRIAL montajes de procesamiento cebados térmicamente y los sistemas de célula energética productores de hidrógeno que contienen el mismo son aplicables a las industrias de procesamiento de combustible, células energéticas y otras en las cuales se produzca gas hidrógeno y en el caso de sistemas de célula energética, consumido por la pila de célula energética para producir una corriente eléctrica. Se cree que la descripción expuesta anteriormente abarca múltiples invenciones distintas con utilidad independiente. Aunque cada una de esas invenciones ha sido descrita en su forma preferida, las modalidades especificas de las mismas como se describen e ilustran aquí no deben considerarse en el sentido limitante puesto que son posibles numerosas variaciones. La materia objeto de las invenciones incluye todas las combinaciones y subcombinaciones novedosas y no obvias de los diferentes elementos, características, funciones y/o propiedades descritas aquí. De manera similar, donde las reivindicaciones expongan "un" o "un primer" elemento o equivalentes de los mismos, deberá entenderse que esas reivindicaciones incluyen la incorporación de uno o más de esos elementos, sin que se requiera excluir dos o más de esos elementos. Se cree que las siguientes reivindicaciones señalan particularmente ciertas combinaciones y subcombinaciones que están dirigidas a una de las invenciones descritas y son novedosas y no obvias. Las invenciones incorporadas en otras combinaciones y subcombinaciones de características, funciones, elementos y/o propiedades pueden ser reclamadas a través de enmiendas de las reivindicaciones de la presente o la presentación de nuevas reivindicaciones en esta o una solicitud relacionada. Esas reivindicaciones enmendadas o nuevas, ya sea que estén dirigidas a una invención diferente, o dirigidas a la misma invención, ya sea diferentes, más amplias, más estrechas, o de igual alcance a las reivindicaciones originales, también son consideradas como si se incluyeran dentro de la materia objeto de la invención de la presente descripción.

Claims (32)

  1. REIVINDICACIONES 1. Sistema de célula energética productor de hidrógeno cebado térmicamente, que comprende: un montaje de procesamiento de combustible que comprende una región productora de hidrógeno que contiene un catalizador de reformación, donde la región productora de hidrógeno está adaptada para recibir un flujo de alimentación que contiene al menos una alimentación que contiene carbón y agua y para producir del flujo de alimentación un flujo reformado que contiene gas hidrógeno como componente mayoritario; una pila de célula energética adaptada para recibir un oxidante y un flujo de combustible que contiene gas hidrógeno producido en la región productora de hidrógeno, donde la pila de células energéticas está adaptada además para generar una salida de energía del flujo de combustible y el oxidante; una estructura de contención que incluye un recinto que define un compartimiento interno que contiene al menos la región productora de hidrógeno del montaje de procesamiento de combustible; y un montaje de calentamiento adaptado para calentar y mantener al menos el compartimiento interno de la estructura de contención en o por encima de una temperatura umbral durante periodos en los cuales el sistema de célula energética no está produciendo la salida de energía y el montaje de procesamiento de combustible no está produciendo el flujo reformado.
  2. 2. Sistema de célula energética según la reivindicación 1, donde la pila de célula energética está adaptada para ' suministrar la salida de energía para satisfacer una carga aplicada de un dispositivo que consume energía cuando una fuente de energía primaria que está normalmente adaptada para satisfacer la carga aplicada no está proporcionando una salida de energía para satisfacer la carga aplicada.
  3. 3. Sistema de célula energética según la reivindicación 2, donde el montaje de calentamiento está adaptado para ser alimentado por la fuente de energía primaria cuando la fuente de energía primaria está configurada para satisfacer la carga aplicada del dispositivo que consume energía.
  4. 4. Sistema de célula energética según la reivindicación 2, donde la fuente de energía primaria incluye una rejilla eléctrica.
  5. 5. Sistema de célula energética según la reivindicación 2, donde el montaje de calentamiento está adaptado para detener el calentamiento del compartimiento interno cuando un montaje de procesamiento de combustible está produciendo gas hidrógeno.
  6. 6. Sistema de célula energética según la reivindicación 5, donde el montaje de procesamiento de combustible comprende además un segundo montaje de calentamiento, donde el segundo montaje de calentamiento está colocado dentro del recinto y está adaptado para recibir y quemar un flujo de combustible.
  7. 7. Sistema de célula energética según la r reivindicación 6, donde el segundo montaje de calentamiento está adaptado para proporcionar calor a al menos una región productora de hidrógeno del montaje de procesamiento de combustible cuando el montaje de procesamiento de combustible está produciendo gas hidrógeno.
  8. 8. Sistema de célula energética según la reivindicación 6, donde el flujo de combustible es un flujo de combustible gaseoso.
  9. 9. Sistema de célula energética según la reivindicación 8, donde el flujo de combustible gaseoso incluye gas hidrógeno producido por el montaje de procesamiento de combustible.
  10. 10. Sistema de célula energética según la reivindicación 1, donde la región productora de hidrógeno está adaptada para producir gas hidrógeno a partir del flujo de alimentación, si se proporciona a ésta cuando la región productora de hidrógeno está a la temperatura umbral .
  11. 11. Sistema de célula energética según la reivindicación 10, donde la alimentación que contiene carbono es metanol y la temperatura umbral es de al menos 350°C.
  12. 12. Sistema de célula energética según la reivindicación 10, donde la alimentación que contiene carbono es un hidrocarburo y la temperatura umbral es de al menos 700°C.
  13. 13. Sistema de célula energética según la reivindicación 1, donde el recinto es un recinto aislado que tiene una superficie interna, la cual define al menos en parte el compartimiento interno, y una superficie exterior y donde además el recinto está adaptado para mantener la superficie exterior a una temperatura que es menor de 100 °C cuando la temperatura umbral es de al menos 350°C.
  14. 14. Sistema de célula energética según la reivindicación 13, donde el recinto está adaptado para mantener la superficie exterior a una temperatura que es menor de 50 °C cuando la temperatura umbral es de al menos 350°C.
  15. 15. Sistema de célula energética según la reivindicación 1, donde el montaje de procesamiento de combustible comprende además al menos una región de purificación adaptada para recibir al menos una porción del flujo reformado y para producir un flujo de hidrógeno de producto que tiene al menos una de una concentración mayor de gas hidrógeno y una concentración menor de al menos uno de los otros gases presentes en el flujo reformado.
  16. 16. Sistema de célula energética según la reivindicación 15, donde el montaje de procesamiento de combustible incluye al menos una región de purificación dentro del compartimiento interno.
  17. 17. Sistema de célula energética según la reivindicación 15, donde el montaje de procesamiento de combustible incluye al menos una región de purificación externa al recinto.
  18. 18. Sistema de célula energética según la reivindicación 1, donde el sistema de célula energética incluye además un dispositivo de almacenamiento de energía adaptado para satisfacer una carga aplicada desde al menos uno del sistema de célula energética y un dispositivo que consume energía.
  19. 19. Sistema de célula energética según la reivindicación 18, donde el sistema de célula energética tiene un tiempo de respuesta cebado térmicamente para producir gas hidrógeno con el montaje de procesamiento de combustible cuando el montaje de procesamiento de combustible ha sido calentado a al menos la temperatura umbral calentando el montaje y para generar la salida de energía del gas hidrógeno producido por el montaje de procesamiento de combustible, donde el dispositivo de almacenamiento de energía tiene una carga máxima que está adaptada para satisfacer una carga aplicada durante un periodo de tiempo, y donde además el periodo de tiempo es mayor que el tiempo de respuesta cebado térmicamente.
  20. 20. Sistema de célula energética según la reivindicación 19, donde el sistema de célula energética tiene un tiempo de respuesta de arranque para comenzar a producir la salida de energía del gas hidrógeno cuando el montaje de procesamiento de combustible no ha sido calentado a la temperatura umbral por el montaje de calentamiento, y donde además el periodo de tiempo es menor que el tiempo de respuesta del arranque.
  21. 21. Sistema de célula energética productor de hidrógeno cebado térmicamente, que comprende: un montaje de procesamiento de combustible que comprende una región productora de hidrógeno que contiene un catalizador de reformación, donde la región productora de hidrógeno está adaptada para recibir un flujo de alimentación que contiene al menos una alimentación que contiene carbono y agua y para producir del flujo de alimentación un flujo reformado que contiene gas hidrógeno como componente mayoritario; una región de purificación adaptada para recibir al menos una porción del flujo reformado para separar la porción en un flujo de hidrógeno de producto que contiene hidrógeno de mayor pureza que el flujo reformado, y un flujo de subproducto; una pila de célula energética adaptada para recibir un oxidante y un flujo de combustible que contiene gas hidrógeno producido en la región productora de hidrógeno, donde la pila de células energéticas está adaptada además para generar una salida de energía del flujo de combustible y el oxidante; una estructura de contención que incluye un recinto aislado que define un compartimiento interno que contiene al menos la región productora de hidrógeno y la región de purificación del montaje de procesamiento de combustible; y un montaje de calentamiento adaptado para calentar y mantener al menos el compartimiento interno de la estructura de contención en o por encima de una temperatura umbral de al menos 350°C durante periodos en los cuales el sistema de célula energética no esté produciendo la salida de energía y el montaje de procesamiento de combustible no está produciendo el flujo reformado, donde el montaje de calentamiento no es alimentado por el sistema de célula energética al menos cuando el sistema de célula energética no esté produciendo la salida de energía.
  22. 22. Sistema de célula energética según la reivindicación 21, donde el montaje de calentamiento es un montaje de calentamiento alimentado eléctricamente.
  23. 23. Sistema de célula energética según la reivindicación 21, donde el sistema de célula energética comprende además un segundo montaje de calentamiento que está adaptado para recibir y quemar al menos el flujo de subproducto, y donde además el segundo montaje de calentamiento está contenido dentro del compartimiento.
  24. 24. Método para usar un sistema de célula energética productor de hidrógeno cebado térmicamente, el cual incluye al menos un montaje de procesamiento de combustible productor de hidrógeno y una pila de célula energética, para suplementar una fuente de energía primaria adaptada para satisfacer una carga aplicada desde un dispositivo que consume energía, el método comprende: calentar al menos una región productora de hidrógeno de un montaje de procesamiento de combustible a al menos una temperatura umbral a la cual la región productora de hidrógeno está adaptada para producir un flujo de gas mezclado que contiene gas hidrógeno como un componente mayoritario de un flujo de alimentación que contiene agua y alimentación que contiene carbono; mantener la región productora de hidrógeno en o por encima de la temperatura umbral durante periodos en los cuales la región productora de hidrógeno no está produciendo gas hidrógeno; proporcionar al menos agua y una alimentación que contenga carbono a la región productora de hidrógeno durante un periodo de transición en el cual existe la demanda por una salida de energía del sistema de célula energética para satisfacer una carga aplicada; producir gas hidrógeno en la región productora de hidrógeno; y generar la salida de energía con la pila de célula energética a partir de un oxidante y el gas hidrógeno producido en la región productora de hidrógeno.
  25. 25. Método según la reivindicación 24, donde el calentamiento y mantenimiento son efectuados por un montaje de calentamiento que está adaptado para calentar al menos la región productora de hidrógeno del montaje de procesamiento de combustible.
  26. 26. Método según la reivindicación 25, donde el montaje de calentamiento es un montaje de calentamiento alimentado eléctricamente que está adaptado para ser alimentado por la fuente de energía primaria.
  27. 27. Método según la reivindicación 25, donde el método incluye además detener el mantenimiento por el montaje de calentamiento antes del paso de generación.
  28. 28. Método según la reivindicación 21, donde al menos uno de los pasos de calentamiento y mantenimiento incluye alimentar un montaje de calentamiento con la fuente de energía primaria para generar calor para calentar la región productora de hidrógeno.
  29. 29. Método según la reivindicación 21, donde al menos la región productora de hidrógeno del montaje de procesamiento de combustible está contenida en un compartimiento interno de un recinto, y donde además los pasos de calentamiento y mantenimiento incluyen utilizar un montaje de calentamiento para calentar el compartimiento interno a al menos una temperatura umbral.
  30. 30. Método según la reivindicación 29, donde la temperatura umbral corresponde a una temperatura en la cual la región productora de hidrógeno está adaptada para producir, a partir de agua y al menos una alimentación que contenga carbono, un flujo que contenga gas hidrógeno, como un componente mayoritario.
  31. 31. Método según la reivindicación 21, que comprende además detectar cuando la fuente de energía primaria no sea capaz de satisfacer la carga aplicada desde un dispositivo que consume energía e iniciar el paso de distribución en respuesta a al menos una parte de esto.
  32. 32. Método según la reivindicación 31, donde tras la ocurrencia del paso de detección, el método está adaptado para completar el paso de distribución y producción y para iniciar el paso de generación en menos de un minuto.
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