INSTALACION DE CELULAS DE COMBUSTIBLE, PROCEDIMIENTO PARA EL ARRANQUE Y PROCEDIMIENTO PARA LA DESCONEXION DE ESTA INSTALACION.

Instalación de células de combustible, que comprende

- una fase del reformador (1) configurada de manera que se puede calentar con un quemador de gas (8) para la reforma del vapor de hidrocarburos en hidrógeno y otros productos del reformador,

- al menos una fase de desviación (2) conectada a continuación de la fase del reformador (1) para la preparación química de los productos del reformador y

- al menos una pila de células de combustible (3) conectada a continuación de la fase de desviación (2) y que presenta una pluralidad de ánodos (4) y cátodos (5) con conexiones de entrada y salida (6, 7) correspondientes, para la conversión del hidrógeno en agua para la generación de corriente y de calor, caracterizada

- porque la pila de células de combustible (3) está configurada como pila de células de combustible de alta temperatura con una temperatura de funcionamiento entre 100ºC y 200ºC,

- porque la fase de desviación (2) está conectada en el lado de salida y sin intercambiador de calor con la conexión de alimentación (6) de los ánodos (4) de la pila de células de combustible (3), y

- porque la conexión de salida (7) de los ánodos (4) de la pila de células de combustible (3) está conectada con una conexión de alimentación de aire (9) en el quemador de gas (8)

Instalación de células de combustible, procedimiento para el arranque y procedimiento para la desconexión de esta instalación.

La invención se refiere a una instalación de células de combustible de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 de la patente, a un procedimiento para el arranque de esta instalación de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 5 de la patente así como a un procedimiento para la desconexión de esta instalación de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 7 de la patente.

Se conoce a partir del documento DE 101 60 463 A1 una instalación de células de combustible del tipo mencionado al principio. Esta instalación consta de una fase del reformador para la reforma de vapor de hidrocarburos o bien de gas hidrocarburo (especialmente gas natural) y vapor de agua en hidrógeno y otros productos de reformador como dióxido de carbono y monóxido de carbono. La fase del reformador se puede calentar a tal fin con un quemador de gas. Para la preparación química de los productos del reforzador, es decir, especialmente para la conversión del monóxido de carbono en dióxido de carbono (el monóxido de carbono es, por decirlo así, un tóxico de las células de combustible), a continuación de la fase del reformador está conectada a menos una fase de desviación. De acuerdo con el grado de pureza necesario de los productos del reformador, se pueden prever también dos más fases de purificación del gas, por ejemplo también una llamada fase de purificación fina del gas, como una fase de metanización o una fase para la oxidación selectiva (fase Selox). A continuación de la al menos una fase de desviación está conectada al menos una pila de células de combustible que presenta una pluralidad de ánodos y cátodos con conexiones de entrada y salida correspondientes para la conversión del hidrógeno en agua para la generación de corriente y calor. En el documento DE 101 60 463 A1se trata en este caso de una llamada pila de células de combustible PEM, que es accionada a una temperatura de aproximadamente 70ºC. Puesto que el hidrógeno generado en el aparato reformador y los otros productos del reformador abandona la última fase de purificación del gas aproximadamente a 120ºC, entre esta fase y la pila de células de combustible está previsto un intercambiador de calor, que se ocupa de la reducción necesaria de la temperatura. Pero al mismo tiempo este intercambiador de calor está configurado también todavía como separador de condensado, por una parte, para perjudicar en la menor medida posible el presupuesto de agua relativamente sensible de la célula de combustible y, por otra parte, para poder alimentar cantidades de agua producidas de nuevo al proceso general.

Además, se conoce a partir del documento DE 101 32 064 A1 un procedimiento para el funcionamiento de un aparato para la generación de hidrógeno, en el que para el arranque del aparato se alimenta al reformador, a través de una conexión de alimentación, al menos durante una fase determinada, aire precalentado exclusivamente desde un quemador, hasta que el reformador y la al menos una fase de desviación conectada a continuación han alcanzado la temperatura de funcionamiento. Puesto que la función de la célula de combustible depende en gran medida del grado de humedad de la membrana y ésta es en este aspecto forzosamente sensible al aire en el lado del ánodo, durante el arranque de la instalación, después de la última fase de desviación (regularmente la fase de purificación fina de gas) debe estar prevista una válvula de varios pasos correspondiente, para poder impedir una alimentación de aire hacia los ánodos de la célula de combustible.

Esta medida se puede realizar, en efecto, desde el punto de vista de la construcción, de la misma manera sencilla que el intercambiador de calor conectado a continuación de la última fase de desviación y el separador de condensado según el documento DE 101 60 463 A1, pero el salto de temperatura forzosamente existente (por ejemplo al final del proceso de arranque a través de la conexión adicional de la corriente de reformado sobre la célula de combustible) entre el aparato reforzador y la célula de combustible es más bien desfavorable en lo que se refiere al rendimiento general de la instalación.

De acuerdo con ello, la invención tiene el cometido de desarrollar una instalación de células de combustible del tipo mencionado al principio, en el sentido de que se puede prescindir de una reducción de la temperatura y una separación del condensado entre la fase de desviación y la pila de células de combustible. Otro cometido de la presente invención consiste en simplificar la fase de arranque descrita anteriormente de la instalación de acuerdo con el documento DE 101 32 064 A1 y también la parada de la instalación por medio de alimentación de aire tanto en lo que se refiere a la construcción como también en cuanto al procedimiento.

Estos cometidos se solucionan en cuanto a la construcción con una instalación de células de combustible del tipo mencionado al principio a través de las características indicadas en la parte de caracterización de la reivindicación 1 de la patente. En cuanto al procedimiento, los rasgos característicos de las reivindicaciones 5 y 7 de la patente solucionan estos cometidos.

Por lo tanto, de acuerdo con la invención, con relación a la construcción está previsto que la pila de células de combustible esté configurada como pila de células de combustible de alta temperatura con una temperatura de funcionamiento entre 100ºC y 200ºC, que la fase de desviación esté conectada en el lado de salida directamente y sin intercambiador de calor con la conexión de alimentación de los ánodos de la pila de células de combustible y que la conexión de salida de los ánodos de la pila de células de combustible esté conectada con una conexión de alimentación de aire en el quemador de gas.

Una pila de células de combustible de alta temperatura correspondientemente adecuada se conoce, por ejemplo, a partir del documento DE 101 55 543 C2. De esta manera, el contenido de esta publicación forma parte también del objeto de esta solicitud. La pila descrita allí es, en principio, una llamada célula de combustible de membrana de electrolito de polímero (célula de combustible PEM), pero con la diferencia de que la temperatura de funcionamiento no está en 70ºC aproximadamente, sino entre 100ºC y 200ºC. Ya el empleo de esta pila posibilita conectar la salida de la fase de desviación hidráulicamente directamente con la entrada del ánodo de la célula de combustible, puesto que, por una parte, en virtud de la temperatura elevada de funcionamiento de la pila no es necesaria ninguna reducción de la temperatura entre el aparato reformador y la célula de combustible y puesto que, por otra parte, a esta temperatura de funcionamiento no se obstruyen las membranas de la célula de combustible y, por lo tanto, no se produce agua líquida que degrada la pila.

Para completar, se hace referencia todavía al documento DE 102 09 681 A1. También este documento publica una instalación de células de combustible de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 de la patente. Pero en este documento, hasta que se alcanza una calidad óptima del gas, no se alimenta el gas de escape de la fase de desviación hacia la célula de combustible. Esto requiere una válvula de paso dispuesta entre la fase de desviación y la célula de combustible, que debe activarse a través de un sensor y un circuito de correspondiente. Esta constelación es, por lo tanto, claramente más costosa y no presenta tampoco las ventajas indicadas todavía más adelante. Lo mismo se aplica para el documento DE 102 35 430 A1.

En lo que se refiere al procedimiento para el arranque de una instalación de células de combustible de acuerdo con la invención está previsto que en una primera etapa de arranque se conduzca aire precalentado a través de la fase del reformador, a través de la fase de desviación y en el lado del ánodo a través de la pila de células de combustible, de manera que el aire que circula en el lado del ánodo a través de la pila de células de combustible es alimentado al quemador de gas previsto para la calefacción de la fase del reformador y de manera que en una segunda etapa de arranque se desconecta la alimentación de aire y se conecta al menos la alimentación de vapor de agua y opcionalmente también la alimentación de gas hidrocarburo.

En cuanto al procedimiento, para la desconexión de una instalación de células de combustible de acuerdo con la invención está previsto que en una primera etapa de desconexión...

1. Instalación de células de combustible, que comprende