Dispositivo de determinación de la concentración de CO presente en un gas que contiene hidrógeno,

quecomprende un electrodo de detección (1) destinado a estar en contacto con dicho gas, y un contraelectrodo (2),estando cada uno de ellos en contacto con un electrolito (3; 4), caracterizado porque comprende:

- una fuente de corriente (11) para entregar una corriente de intensidad determinada entre el electrodo de detección(1) y el contraelectrodo (2) en orden a generar, en el electrodo de detección (1), un potencial eléctrico oscilante entredos valores límite debido a la adsorción y a la desorción del CO en dicho electrodo de detección (1),

- unos medios de medición (12) de dicho potencial, y

- una unidad de cálculo (20) para determinar la concentración de CO la cual, conectada a dicha fuente de corriente(11) y a dichos medios de medición (12) de dicho potencial, comprende unos medios de cálculo para calcular unparámetro característico de las oscilaciones de dicho potencial, y unos medios de determinación para determinar laconcentración de CO a partir de dicho parámetro característico calculado y de la intensidad de la corriente aplicada.

Dispositivo de determinación de la concentración de monóxido de carbono y procedimiento

5 Campo técnico

La presente invención se refiere al ámbito de la determinación de la concentración de monóxido de carbono (CO) en un gas que contiene hidrógeno, en particular cuando este gas está destinado a alimentar la parte anódica de las pilas de combustible del tipo de membrana intercambiadora de protones (PEMFC) .

Estado de la técnica anterior

Una pila de combustible incorpora generalmente un apilamiento de celdas elementales, en cuyo seno tiene lugar una reacción electroquímica entre dos reactivos que van siendo introducidos de manera continua.

El combustible, por ejemplo el hidrógeno, se hace entrar en contacto con el ánodo, mientras que el comburente, generalmente el oxígeno, se hace entrar en contacto con el cátodo.

El ánodo y el cátodo se hallan separados por un electrolito, de tipo membrana intercambiadora de protones.

En el caso de una pila hidrógeno / oxígeno, el ánodo es el lugar de oxidación del hidrógeno y en el cátodo se realiza la reducción del oxígeno. Presenciamos entonces una reacción electroquímica que genera energía eléctrica.

Para mejorar el rendimiento de la semi-reacción electroquímica, en el ánodo se halla presente generalmente un 25 catalizador, por ejemplo granos de platino.

Sin embargo, los centros catalíticos son especialmente sensibles al CO, en los cuales este tiene tendencia a ir acumulándose. Así, se conoce que basta una concentración de CO de algunas ppm para envenenar los centros catalíticos.

Este envenenamiento redunda en particular en un sensible aumento del potencial anódico, que induce una caída de la tensión en bornes de la pila. Las prestaciones de la pila quedan entonces considerablemente mermadas.

Ahora bien, el hidrógeno utilizado se obtiene corrientemente por reformado de un compuesto hidrocarbonado

(petróleo, gas natural, carbón, biocarburante...) . Mediante este procedimiento, se obtiene un gas reformado rico en hidrógeno, pero conteniendo asimismo una concentración de CO que puede ir de unas decenas de ppm a algunos porcentajes.

Así pues, es importante poder determinar rápidamente la concentración de CO presente en un gas destinado a alimentar el ánodo de una pila de combustible, con ayuda de un dispositivo que presenta una gran simplicidad en su puesta en práctica.

La patente US 6488836 describe un dispositivo electroquímico que comprende un electrodo de detección separado de un contraelectrodo por una membrana electrolítica sólida, estando conectado cada electrodo a una unidad de

45 control.

Cuando el electrodo de detección está en contacto con gas que contiene hidrógeno y CO, una fuente de tensión aplica una diferencia de potencial entre los dos electrodos en orden a provocar la oxidación del hidrógeno en el electrodo de detección, la transferencia de los protones a través del electrolito y la reducción de los protones en el contraelectrodo.

La fuente de tensión también hace variar la diferencia de potencial mediante una función de escalón. Más precisamente, el potencial aplicado al electrodo de detección alterna entre un pequeño potencial que faculta la adsorción del CO por parte del electrodo de detección y un potencial elevado que acarrea la oxidación del CO.

55 La unidad de control mide, a través de un amperímetro, la caída de corriente inducida por la variación de tensión aplicada, calcula el porcentaje correspondiente de disminución de la corriente y luego determina la concentración de CO con ayuda de una curva de calibración que indica la concentración de CO en función del porcentaje de disminución.

Este dispositivo presenta sin embargo el inconveniente de tener que determinar previamente un cierto número de parámetros destinados a gobernar de manera controlada las fases de adsorción y de desorción del CO por parte del electrodo de detección, con ayuda de medios eléctricos. Efectivamente, es necesario definir la frecuencia y los valores límite mínimo y máximo de la variación de la tensión aplicada.

65 Por otro lado, estos parámetros pueden depender de las condiciones operativas, de las características físicas del electrodo de detección, de la superficie del área activa, así como de la concentración de CO en el gas. En consecuencia, el funcionamiento del dispositivo no está optimizado.

Exposición de la invención

La finalidad de la presente invención es la de proponer un dispositivo de determinación de la concentración de CO presente en un gas que contiene hidrógeno, que presenta una constitución y un funcionamiento simplificados.

Para tal fin, la invención tiene por objeto un dispositivo de determinación de la concentración de CO presente en un 10 gas que contiene hidrógeno, que comprende un electrodo de detección destinado a estar en contacto con dicho gas, y un contraelectrodo, estando cada uno de ellos en contacto con un electrolito.

De acuerdo con la invención, el dispositivo comprende:

- una fuente de corriente para entregar una corriente de intensidad determinada entre el electrodo de detección y el contraelectrodo en orden a generar, en el electrodo de detección, un potencial eléctrico oscilante entre dos valores límite debido a la adsorción y a la desorción del CO en dicho electrodo de detección,

- unos medios de medición de dicho potencial, y 20

- una unidad de cálculo para determinar la concentración de CO la cual, conectada a dicha fuente de corriente y a dichos medios de medición de dicho potencial, comprende unos medios de cálculo para calcular un parámetro característico de las oscilaciones de dicho potencial y unos medios de determinación para determinar la concentración de CO a partir d dicho parámetro característico calculado y de la intensidad de la corriente aplicada.

El dispositivo según la invención presenta así una constitución y un funcionamiento simplificados.

En efecto, la aplicación de una corriente eléctrica entre los electrodos (modo galvanostático) mediante el dispositivo según la invención hace que aparezcan oscilaciones espontáneas del potencial eléctrico del electrodo de detección

correspondientes a una sucesión de fases de adsorción y de desorción de CO en el electrodo de detección. Estas oscilaciones quedan caracterizadas entonces por un parámetro pertinente que permite obtener, en función de la intensidad de la corriente eléctrica, la concentración de CO presente en dicho gas.

No es pues necesario tener unos medios eléctricos destinados a gobernar de manera controlada las fases de

adsorción y de desorción del CO por parte del electrodo de detección. Tampoco es necesario determinar previamente unos parámetros eléctricos para gobernar de manera controlada esas fases, tal como en el dispositivo según la técnica anterior.

Estas oscilaciones permiten asimismo regenerar el electrodo de detección sin intervención particular del usuario.

El parámetro característico es ventajosamente la pendiente en la semialtura calculada cuando dicho potencial aumenta del potencial inferior al potencial superior.

Dichos medios de determinación comprenden ventajosamente una tarjeta de memoria que contiene una tabla de 45 datos predeterminados que indican la concentración de CO en función de dicho parámetro característico y de la densidad de corriente.

De acuerdo con una forma de realización, dichos medios de medición del potencial comprenden un voltímetro para medir la diferencia de potencial entre el electrodo de detección y el contraelectrodo.

50 De acuerdo con una variante, dichos medios de medición del potencial comprenden un voltímetro para medir la diferencia de potencial entre el electrodo de detección y un electrodo de referencia.

El electrolito puede comprender una membrana sólida que presenta una conductividad protónica y/o una disolución 55 electrolítica.

Preferentemente, dicho electrodo de detección presenta en contacto con el electrolito una superficie sobre la que se dispone un catalizador electroquímico susceptible de adsorber... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de determinación de la concentración de CO presente en un gas que contiene hidrógeno, que

comprende un electrodo de detección (1) destinado a estar en contacto con dicho gas, y un contraelectrodo (2) , 5 estando cada uno de ellos en contacto con un electrolito (3; 4) , caracterizado porque comprende:

- una fuente de corriente (11) para entregar una corriente de intensidad determinada entre el electrodo de detección

(1) y el contraelectrodo (2) en orden a generar, en el electrodo de detección (1) , un potencial eléctrico oscilante entre dos valores límite debido a la adsorción y a la desorción del CO en dicho electrodo de detección (1) ,

- unos medios de medición (12) de dicho potencial, y

- una unidad de cálculo (20) para determinar la concentración de CO la cual, conectada a dicha fuente de corriente

(11) y a dichos medios de medición (12) de dicho potencial, comprende unos medios de cálculo para calcular un

parámetro característico de las oscilaciones de dicho potencial, y unos medios de determinación para determinar la concentración de CO a partir de dicho parámetro característico calculado y de la intensidad de la corriente aplicada.

2. Dispositivo de determinación de concentración de CO según la reivindicación 1, caracterizado porque el parámetro característico es la pendiente en la semialtura calculada cuando dicho potencial aumenta del potencial inferior al potencial superior.

3. Dispositivo de determinación de concentración de CO según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque dichos medios de determinación comprenden una tarjeta de memoria que contiene una tabla de datos predeterminados que indican la concentración de CO en función de dicho parámetro característico y de la densidad de corriente.

4. Dispositivo de determinación de concentración de CO según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque dichos medios de medición (12) del potencial comprenden un voltímetro para medir la diferencia de potencial entre el electrodo de detección (1) y el contraelectrodo (2) .

5. Dispositivo de determinación de concentración de CO según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque dichos medios de medición (12) del potencial comprenden un voltímetro para medir la diferencia de potencial entre el electrodo de detección (1) y un electrodo de referencia (5) .

6. Dispositivo de determinación de concentración de CO según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5,

caracterizado porque el electrolito (3; 4) comprende una membrana sólida (3) que presenta una conductividad protónica.

7. Dispositivo de determinación de concentración de CO según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el electrolito (3; 4) comprende una disolución electrolítica (4) .

8. Dispositivo de determinación de concentración de CO según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque dicho electrodo de detección (1) presenta, en contacto con el electrolito (3; 4) , una superficie

(6) sobre la que se dispone un catalizador electroquímico susceptible de adsorber CO.

45 9. Procedimiento de determinación de la concentración de CO presente en un gas que contiene hidrógeno, caracterizado por comprender las siguientes etapas:

- poner en contacto dicho gas con un electrodo de detección (1) ;

- entregar una corriente eléctrica de intensidad determinada entre dicho electrodo de detección (1) y un contraelectrodo (2) , estando dichos electrodos (1, 2) en contacto con un electrolito (3; 4) , en orden a generar, en el electrodo de detección (1) , un potencial eléctrico oscilante entre dos valores límite debido a la adsorción y a la desorción del CO en dicho electrodo de detección (1) ;

55. medir dicho potencial;

- calcular un parámetro característico de las oscilaciones de dicho potencial;

- determinar la concentración de CO a partir de dicho parámetro característico calculado y de la intensidad de la corriente aplicada.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque el cálculo del parámetro característico consiste en calcular la pendiente en la semialtura cuando dicho potencial aumenta del potencial inferior al potencial superior.

65 11. Procedimiento según la reivindicación 9 ó 10, caracterizado porque la medición de dicho potencial equivale a medir la diferencia de potencial entre dicho electrodo de detección (1) y dicho contraelectrodo (2) .

12. Procedimiento según la reivindicación 9 ó 10, caracterizado porque la medición de dicho potencial equivale a medir la diferencia de potencial entre dicho electrodo de detección (1) y dicho electrodo de referencia (5) .

13. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, caracterizado porque la etapa de determinación de la concentración de CO consiste en comparar los valores del parámetro característico calculado y de la intensidad de la corriente aplicada con una tabla de datos predeterminados que indica la concentración de CO en función del parámetro característico y de la intensidad de la corriente.