PROCEDIMIENTO PARA INERTIZAR LOS ANODOS DE PILAS DE COMBUSTIBLE.

Procedimiento para inertizar los ánodos de pilas de combustible,

especialmente de pilas de combustible de alta temperatura, caracterizado porque se alimenta vapor de agua a los ánodos de las pilas de combustible y se aplica a las pilas de combustible una tensión externa para generar una atmósfera reductora en los ánodos por electrólisis

Procedimiento para inertizar los ánodos de pilas de combustible.

La invención concierne a un procedimiento para inertizar los ánodos de pilas de combustible, especialmente de pilas de combustible de alta temperatura. Asimismo, la invención concierne a una disposición de pila de combustible, especialmente pilas de combustible de alta temperatura, con una o varias pilas de combustible que presentan cada una de ellas un ánodo y un cátodo, y con una entrada de ánodo para alimentar un gas anódico a los ánodos.

En pilas de combustible, por ejemplo también pilas de combustible de carbonato en fusión, una dificultad consiste en que, al producirse interrupciones del funcionamiento normal, es decir, por ejemplo, durante una desconexión de emergencia o durante un funcionamiento en espera (standby), se tiene que, cuando no se alimenta gas combustible a los ánodos, se ha de efectuar una rápida inertización de los ánodos para proteger éstos contra daño o destrucción por oxidación. Esto se aplica especialmente para pilas de combustible de alta temperatura con una temperatura de funcionamiento a partir de 200ºC. En sistemas conocidos es usual emplear típicamente nitrógeno como gas de barrido y de protección. A causa de las cantidades de gas necesarias, es preciso prever un depósito de nitrógeno habilitado expresamente para ello, a lo que van ligados unos costes y una demanda de espacio de considerable magnitud. El tiempo de paro admisible está limitado también a la duración de la provisión de gas de barrido.

Se conoce por el resumen de patente japonés 04004570 A una disposición de pila de combustible en la que se emplea un gas de reserva (standby) que contiene principalmente hidrógeno para superar los tiempos de paro de la disposición de pila de combustible, conservando a la vez la temperatura de funcionamiento de las pilas de combustible. Este gas se obtiene en una instalación de reformación alimentando a ésta el gas combustible en una cantidad más pequeña que la necesaria para el funcionamiento normal. Al mismo tiempo, se alimenta a los cátodos con un caudal correspondiente un gas adicional que contiene dióxido de carbono e hidrógeno con miras a obtener energía eléctrica para alimentar un equipo de calentamiento. Asimismo, se conoce por el resumen de patente japonés 04324253 A una disposición de pila de combustible en la que se emplea un gas de reserva constituido por un gas reductor mezclado con nitrógeno a fin de impedir una oxidación de los ánodos durante los tiempos de paro de la disposición de pila de combustible.

En el documento US 6,127,057 se indica una disposición de pila de combustible en la que se inundan los recintos de gas del cátodo y el ánodo con agua de refrigeración que se utiliza como fluido protector en lugar de un gas protector.

El documento DE 40 27 655 C1 muestra un procedimiento para hacer funcionar una pila de combustible de H₂/O₂/H₂O, en el que es posible el cambio entre las clases de funcionamiento como pila de combustible y como electrólisis. Al cambiar la clase de funcionamiento se realiza un barrido de las pilas con una corriente de gas inerte. Se pretende asegurar así que no se encuentren en la pila gases residuales provenientes de un ciclo precedente.

En el documento JP 2000277137 A se describe un procedimiento en el que se prepara por oxidación de un medio combustible un gas de barrido constituido por dióxido de carbono y nitrógeno. Por tanto, no es necesario un almacenamiento separado de un gas de reserva. Sin embargo, es desventajosa la considerable inversión en aparatos adicionalmente necesaria para la fabricación del gas protector.

El cometido de la invención consiste en indicar un procedimiento para inertizar los ánodos de pilas de combustible en el que no tenga que almacenarse expresamente un gas de reserva y en el que no sea necesaria ninguna inversión adicional en aparatos o ésta sea tan sólo pequeña. Asimismo, se pretende crear por medio de la invención una disposición de pila de combustible en la que sea posible una inertización de los ánodos, sin que tenga que almacenarse expresamente un gas de reserva o sea necesaria una inversión especial en aparatos.

Por lo que concierne al procedimiento, el problema se resuelve por medio del procedimiento indicado en la reivindicación 1.

Perfeccionamientos ventajosos del procedimiento según la invención están indicados en las reivindicaciones 2 y 3.

Por lo que respecta al dispositivo, el problema se resuelve por medio de la disposición de pila de combustible indicada en la reivindicación 4.

Perfeccionamientos ventajosos del dispositivo según la invención están indicados en las reivindicaciones 5 a 9.

Gracias a la invención se crea un procedimiento para inertizar los ánodos de pilas de combustible, especialmente también de pilas de combustible de carbonato en fusión. Según la invención, se ha previsto que se alimente vapor de agua a los ánodos de las pilas de combustible y que se aplique a los ánodos una tensión externa para generar una atmósfera reductora en los ánodos por electrólisis. Esto quiere decir que se aplica una tensión externa de modo que durante el funcionamiento de protección circule una corriente en dirección contraria a la del funcionamiento normal.

Una ventaja del procedimiento según la invención reside en que es posible una inertización de los ánodos de la pila de combustible sin que tenga que preverse expresamente para ello un gas de barrido o de protección. Otra ventaja reside en que el tiempo de paro puenteable no está limitado a la duración de una provisión de gas. Se suprime una inversión especial en aparatos porque pueden utilizarse los equipos ya existentes. Por último, mediante el procedimiento según la invención es posible una protección activa de los ánodos de la pila de combustible.

El dióxido de carbono necesario para la reacción en la semipila anódica llega a dicha semipila anódica por difusión desde la semipila catódica en la que está presente aire. Sin embargo, según un perfeccionamiento preferido del procedimiento conforme a la invención, puede estar previsto que, además del vapor de agua, se alimente CO₂ a los ánodos. La ventaja de esto es que debido a la alimentación adicional de pequeñas cantidades de CO₂ se garantiza aún mejor una protección del electrólito de la pila de combustible contra una disolución durante el estado de paro de la pila de combustible.

Según otro perfeccionamiento ventajoso del procedimiento conforme a la invención, se ha previsto que se alimente primero principalmente CO₂ para lograr una inertización inmediata de los ánodos y que se aminore después la cantidad del CO₂ alimentado al aumentar la alimentación de vapor de agua. Se garantiza de este modo una protección inmediata de los ánodos hasta que esté disponible vapor de agua en cantidad suficiente.

Asimismo, se crea gracias a la invención una disposición de pila de combustible, especialmente también una disposición de pila de combustible de carbonato en fusión, con una o varias pilas de combustible que presentan cada una de ellas un ánodo y un cátodo, y con una entrada de ánodo para alimentar un gas anódico a los ánodos. Según la invención, se ha previsto, para inertizar los ánodos, un equipo de alimentación de vapor de agua para alimentar vapor de agua a los ánodos, y los ánodos se pueden unir con una fuente de tensión externa para generar una atmósfera reductora en los mismos, con lo que circula durante el funcionamiento de protección una corriente en dirección contraria a la del funcionamiento normal.

Las ventajas son las mismas que se ha indicado ya más arriba en relación con el procedimiento conforme a la invención.

Según un perfeccionamiento ventajoso de la disposición de pila de combustible conforme a la invención, se ha previsto que, además del vapor de agua, se pueda alimentar CO₂ a los ánodos.

Según otro perfeccionamiento ventajoso de la disposición de pila de combustible conforme a la invención, se ha previsto que, para la inmediata inertización de los ánodos, se pueda alimentar primero a éstos principalmente CO₂, aminorándose después la cantidad del CO₂ alimentado al aumentar la alimentación de vapor de agua.

Ventajosamente, el equipo de generación de vapor de agua puede estar unido con la entrada de los ánodos para alimentar el vapor de agua a dichos ánodos.

Según una forma de realización ventajosa...

1. Procedimiento para inertizar los ánodos de pilas de combustible, especialmente de pilas de combustible de alta temperatura, caracterizado porque se alimenta vapor de agua a los ánodos de las pilas de combustible y se aplica a las pilas de combustible una tensión externa para generar una atmósfera reductora en los ánodos por electrólisis.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque, además del vapor de agua, se alimenta CO₂ a los ánodos a través de la entrada de gas combustible (3).

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque primero se alimenta principalmente CO₂ para realizar una inertización inmediata de los ánodos y porque después se aminora la cantidad del CO₂ alimentado al aumentar la alimentación de vapor de agua.

4. Disposición de pila de combustible, especialmente disposición de pila de combustible de alta temperatura, con una o varias pilas de combustible (2), que presentan cada una de ellas un ánodo y un cátodo, y con una entrada de ánodo (3) para alimentar un gas anódico a los ánodos, caracterizada porque, para la inertización de los ánodos, está previsto un equipo (6) de generación de vapor de agua para alimentar vapor de agua a los ánodos y porque los ánodos se pueden unir con una fuente de tensión externa (7) para generar una atmósfera reductora en los mismos.

5. Disposición de pila de combustible según la reivindicación 4, caracterizada porque, además del vapor de agua, se puede alimentar CO₂ a los ánodos a través de la entrada de gas combustible (3).

6. Disposición de pila de combustible según la reivindicación 4 ó 5, caracterizada porque, para la inertización inmediata de los ánodos, se puede alimentar primero principalmente CO₂ a éstos, aminorándose después la cantidad del CO₂ alimentado al aumentar la alimentación de vapor de agua.

7. Disposición de pila de combustible según la reivindicación 4, 5 ó 6, caracterizada porque el equipo (6) de generación de vapor de agua está unido con la entrada de ánodo (3) para alimentar el vapor de agua a los ánodos.

8. Disposición de pila de combustible según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, caracterizada porque el equipo (6) de generación de vapor de agua contiene un catalizador.

9. Disposición de pila de combustible según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 8, caracterizada porque el equipo (6) de generación de vapor de agua sirve al mismo tiempo para generar el CO₂ alimentado adicionalmente a los ánodos.