ESTACION DE ENSAYOS PARA LA CARACTERIZACION DE CELDAS DE COMBUSTIBLE DE MEMBRANA DE INTERCAMBIO PROTONICO CON ALIMENTACION DE H2(MONOCELDA)CON CARGA ELECTRONICA INTEGRADA.
Estación de Ensayos para la caracterización de Celdas de Combustible de Membrana de intercambio Protónico con alimentación de H{sub,
2} (Monocelda) con Carga Electrónica Integrada.Estación de Ensayos para la caracterización de Celdas de Combustible de Membrana de Intercambio Protónico (PEMFC) con alimentación de H{sub,2} (Monocelda) con Carga Electrónica integrada es un sistema para la gestión de gases en una PEMFC que simplificar el control, integrando componentes industriales de alta fiabilidad y robustez. Un sistema desarrollado para facilitar el procesamiento de la información, dotado de una arquitectura de medida y control de carácter innovador que permite el uso de dispositivos de elevadas prestaciones a coste competitivo frente a los equipos de laboratorio similares existentes en el mercado, con una arquitectura de tratamiento de datos compuesta por un procesador central y 4 subsistemas
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200700544.
Solicitante: CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTIFICAS.
Nacionalidad solicitante: España.
Provincia: MADRID.
Inventor/es: VILLANUEVA MARTINEZ,EUGENIO, GUINEA DIAZ,DOMINGO, AGILA GALVEZ,WILTON E, GUINEA GARCIA-ALEGRE,DOMINGO MIGUEL, GARCIA-ALEGRE SANCHEZ,MARIA CARMEN.
Fecha de Solicitud: 1 de Marzo de 2007.
Fecha de Publicación: .
Fecha de Concesión: 11 de Mayo de 2011.
Clasificación Internacional de Patentes:
- H01M8/04H
Clasificación PCT:
- H01M8/04 ELECTRICIDAD. › H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS. › H01M PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej. BATERÍAS, PARA LA CONVERSION DIRECTA DE LA ENERGIA QUIMICA EN ENERGIA ELECTRICA. › H01M 8/00 Pilas de combustible; Su fabricación. › Disposiciones o auxiliares, p. ej. para controlar la presión o para la circulación de fluidos.
PDF original: ES-2342797_B1.pdf
Fragmento de la descripción:
Estación de ensayos para la caracterización de celdas de combustible de membrana de intercambio protónico con alimentación de H2 (Monocelda) con carga electrónica integrada.
Sector de la técnica
El desarrollo de esta estación de ensayos se encuadra en el sector de la investigación, desarrollo industrial y pedagogía en energía para la caracterización de Pilas de Combustible de membrana de intercambio protónico alimentadas con hidrógeno. Es un sistema instrumental abierto que permite la medida, el control y la determinación de las condiciones de operación de una celda de combustible tales como: temperatura, presión, humedad, flujo de los gases, así como la curva de polarización tensión-corriente, para su estudio y caracterización.
Estado de la técnica
Una pila de combustible de Membrana de Intercambio Protónico es un generador eléctrico de alto rendimiento y contaminación nula, alimentado por hidrógeno y oxigeno/aire, en ambos lados de una membrana de conducción protónica. Su comportamiento eléctrico depende de múltiples variables, muchas de ellas relacionadas con la alimentación de gases tales como: temperatura, humedad, caudal, presión.
Descripción de la invención
A raíz de la crisis energética del petróleo, el uso de fuentes de energías renovables se ha extendido en los últimos años. Las PEMFC (Pilas de Combustible de Membrana de Intercambio Protónico) constituyen una buena alternativa como fuentes de energía renovables. Su caracterización y operación requiere la monitorización y el control automático de las condiciones y parámetros de alimentación de los fluidos de ensayo durante largos períodos de prueba.
En los bancos de ensayos comerciales, el control de la presión se realiza mediante los medidores-controladores de presión electrónicos que modulan la sección de salida del gas. Esto implica serios problemas de condensación de agua en la expansión del gas húmedo y requiere complejos dispositivos de des-humidificación, para evitar posibles daños en el controlador o en la delgada membrana, debidos a las fluctuaciones de presión en la línea de alimentación por obstrucción de la salida.
El diseño aquí propuesto es un sistema para la gestión de gases en una PEMFC que simplificar el control, integrando componentes industriales de alta fiabilidad y robustez. Un sistema desarrollado para facilitar el procesamiento de la información, dotado de una arquitectura de medida y control, que permite el uso de dispositivos de altas prestaciones a precio inferior al de los dispositivos de laboratorio convencionales. Por ejemplo, el control presión/caudal con modulación PWM mediante válvulas de membrana con actuación neumática, inexistente en los sistemas comerciales.
Para cerrar los lazos de control se utiliza un sensor de flujo másico (arrastre de efecto térmico) y un sensor de presión (semiconductor integrado). Las fluctuaciones, debidas a los actuadores de Modulación en Anchura de Pulsos (PWM), son suavizadas mediante la integración de pequeños acumuladores (depósitos) en línea. El modelo global permite un fácil diseño, escalado y optimización para cada aplicación. Este nuevo sistema ofrece una solución robusta al problema planteado en el control de presión, eliminando el fenómeno de la condensación del vapor de gas a la salida del regulador.
Un parámetro importante para evitar la deshidratación de la membrana y/o la inundación de los electrodos es el balance de agua en la pila, que en esta propuesta se controla a través de la humidificación y la temperatura de los gases reactantes y la temperatura de la pila de combustible. En el sistema propuesto se incluye el control en lazo cerrado de la humedad, la temperatura de los gases reactantes y la temperatura de la pila con un método sencillo, robusto y de bajo coste, que lo hace industrialmente competitivo.
Las curvas de polarización, tensión-corriente, obtenidas por el propio sistema constituyen una herramienta de gran utilidad para evaluar el comportamiento de la pila de combustible cuando se le aplica una carga variable. Para analizar este comportamiento se integra una carga electrónica programable.
En esta plataforma experimental también se incluye un sistema de visualización y adquisición de las variables y un sistema de alarma. Esto permite una visualización gráfica de los valores instantáneos así como de los históricos de todas las variables para su posterior análisis. Para la gestión de la información, adquisición de datos, registro, comunicación, visualización y control de las numerosas variables involucradas en el proceso, se ha diseñado una arquitectura multiprocesador en tiempo real jerarquizada en varios niveles desde la relación directa con los sensores y actuadores en el nivel más bajo hasta la representación de la información, determinación de los ensayos o disparo automático de alarmas, en el nivel superior.
Breve descripción de la invención
El esquema de la estación de ensayos diseñada y construida para la caracterización y control de una pila de combustible se muestra en la Figura 1. La estación de ensayos consta de los siguientes subsistemas:
Reivindicaciones:
1. Estación de Ensayos Para la Caracterización de Celdas de Combustible de Membrana de Intercambio Protónico con alimentación de H2 (Monocelda) con Carga Electrónica Integrada caracterizado por una arquitectura de procesamiento de datos distribuida compuesta por un procesador central y los subsistemas de gestión autónoma de los distintos módulos para medida, alimentación y control de la celda en ensayo.
2. Estación de Ensayos Para la Caracterización de Pilas de Combustible de Membrana Polimérica de H2 (Monocelda) con Carga Electrónica Integrada compuesto por el procesador central y los subsistemas de gestión de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque se controla la temperatura y humedad relativa de los gases mediante una válvula de mezcla de gas seco y saturado mediante el procesador central.
3. Estación de Ensayos Para la Caracterización de Pilas de Combustible de Membrana Polimérica de H2 (Monocelda) con Carga Electrónica Integrada compuesto por el procesador central y los subsistemas de gestión de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 2 caracterizado porque la presión se controla por modulación en ancho de pulsos de una válvula de electromecánica que a su vez gobierna reumáticamente una válvula de membrana sobre los circuitos principales de gas.
4. Estación de Ensayos Para la Caracterización de Pilas de Combustible de Membrana Polimérica de H2 (Monocelda) con Carga Electrónica Integrada compuesto por el procesador central y los subsistemas de gestión de acuerdo con la reivindicaciones 1, 2 y 3 caracterizado por la utilización de válvulas neumáticas y microcontroladores en la medida, adquisición y control para la caracterización de pilas de combustible poliméricas.
5. Estación de Ensayos Para la Caracterización de Pilas de Combustible de Membrana Polimérica de H2 (Monocelda) con Carga Electrónica Integrada compuesto por el procesador central y los subsistemas de gestión de acuerdo con la reivindicación 1 a 4 caracterizado porque se eliminan los problemas de condensación en el control de presión y se aísla la parte eléctrica de los gases lo que confiere una gran seguridad al sistema.
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