Dispositivo de células de combustible con varias etapas en cascada.

Dispositivo de células de combustible (1) con varias etapas en cascada (2,

3, 4, 5), que pueden ser atravesadaspor la corriente de gas de funcionamiento, con células de combustible (10), que comprenden en cada caso unaestructura de distribución de gas (13) que puede ser atravesada por el gas de funcionamiento, y con un conducto dealimentación de gas (8) conducido desde una etapa en cascada (2) precedente hacia una etapa en cascada (3)siguiente para el gas de funcionamiento, caracterizado por un filtro (15) dispuesto en el conducto de alimentación degas (8) para la separación de ingredientes liberados de las estructuras de distribución de gas (13) de células decombustible (10) de la(s) fase(s) en cascada (2) precedentes en la dirección de la circulación del gas defuncionamiento desde el gas de funcionamiento.

Dispositivo de células de combustible con varias etapas en cascada

La invención se refiere a un dispositivo de células de combustible con varias etapas en cascada, que son atravesadas de forma sucesiva por una corriente de gas de funcionamiento, con células de combustible que comprenden, respectivamente, una estructura de distribución del gas que es atravesada por la corriente de gas de funcionamiento, y con un conducto de alimentación de gas conducido desde una etapa en cascada precedente hacia una etapa en cascada siguiente, para el gas de funcionamiento; un dispositivo de células de combustible de este tipo se conoce, por ejemplo, a partir del documento EP 0 596 366 B1.

En dispositivos de células de combustible mayores, tiene mucha importancia el buen aprovechamiento del gas de funcionamiento, que presenta, además de ingredientes reactivos, también porciones de gas inerte, que no son consumidas en las células de combustible y, por lo tanto, deben eliminarse fuera del dispositivo de células de combustible. A tal fin, ha dado buen resultado una disposición en cascada descrita en el documento EP 0 596 366 B1, en la que el gas de funcionamiento respectivo (gas que contiene hidrógeno u oxígeno) circula sucesivamente a través de varas etapas en cascada, que presentan un número decreciente de células de combustible conectadas en paralelo o bien de sus cámaras de gas. En la última etapa en cascada, que está constituida normalmente por una o varias de las llamadas células de aclarado, la concentración de gas inerte es máxima. Si se eleva la concentración de gas inerte por encima de un valor predeterminado, entonces están células de aclarado son atravesadas por la corriente de gas de funcionamiento y el gas inerte es descargado a través de una válvula.

Dentro de las etapas en cascada se genera a través de la reacción de hidrógeno (H2) y de oxígeno (O2) en el electrolito un agua producto, que es descargada junto con agua de humedad condensada normalmente con el gas de funcionamiento fuera de la etapa en cascada. Por lo tanto, para la separación de esta agua fuera del gas de funcionamiento, de manera ventajosa, en un conducto de alimentación de gas desde una etapa en cascada precedente hasta una etapa en cascada siguiente está dispuesto un separador de gas. Un separador de gas de este tipo se publica, por ejemplo, en el documento WO 03/030291 A2.

Una célula de combustible comprende en este caso normalmente un electrolito permeable a iones (en el caso de una célula de combustible PEM, una membrana de electrolito de polímero) , a ambos lados comprende, respectivamente, una capa de catalizador y sobre estas capas comprende de nuevo a continuación en cada caso una estructura de distribución del gas, que se designa a veces también como sustrato o soporte de distribución del gas. La estructura de distribución del gas debe posibilitar al gas de funcionamiento un buen acceso a la capa de catalizador, debe posibilitar la salida de agua y de gases inertes desde la capa de catalizador, debe prestar estabilidad mecánica a la célula de combustible y debe establecer un buen contacto eléctrico. Por lo tanto, se designa a veces también como colector de corriente (“current collector”) . Una estructura de distribución del gas con una capa de catalizador aplicada encima se designa con frecuencia también como un electrodo de difusión de gas. La estructura de distribución de gas puede comprender en este caso también varias infraestructuras diferentes dispuestas unas encima de las otras. Normalmente, las estructuras de distribución del gas están constituidas por estructuras permeables al gas a base de carbono, como por ejemplo papel de fibras de carbono o tejido de carbono, u otras estructuras porosas, que cumplen los requerimientos mencionados anteriormente.

Partiendo de aquí, el cometido de la presente invención es garantizar en un dispositivo de células de combustible con varias etapas en cascada una buena capacidad funcional también con una duración prolongada del funcionamiento.

Este cometido se soluciona por medio de un dispositivo de células de combustible del tipo mencionado al principio, que presenta de acuerdo con la invención un filtro dispuesto en el conducto de alimentación de gas para la separación de ingredientes liberados de las estructuras de distribución del gas de células de combustible de la (s) etapa (s) en cascada precedentes en la dirección de la circulación del gas de funcionamiento fuera del gas de funcionamiento.

La invención se basa en este caso en el reconocimiento de que las estructuras permeables al gas, utilizadas normalmente para las estructuras de distribución del gas, a base de carbono, como por ejemplo papel de fibras de carbono o tejido de carbono, u otras estructuras porosas se pueden degradas mecánicamente durante un funcionamiento prolongado del dispositivo de células de combustible, de manera que se pueden liberar ingredientes y se pueden separar del gas de funcionamiento. Los ingredientes liberados (por ejemplo, partículas, fibras) se pueden depositar entonces en células de combustible de etapas en cascada siguientes o en conductos de alimentación de gas dispuestos en medio y de esta manera pueden perjudicar la alimentación de estas células de combustible con gases de funcionamiento. Esto puede conducir a mermas de la capacidad especialmente en el caso de instalaciones de células de combustible dispuestas en cascada, en las que un número decreciente de instalaciones de células de combustible son alimentadas por un número comparativamente mayor de células de combustible precedentes con gas de funcionamiento. No obstante, a través del filtro previsto de acuerdo con la invención se eliminan los ingredientes liberados de las estructuras de distribución del gas fuera del gas de funcionamiento, de manera que se pueden evitar las deposiciones en etapas en cascada siguientes y, por lo tanto, las mermas de funcionamiento. En este caso, se puede disponer un filtro tanto en el conducto de alimentación de gas del lado del ánodo como también en el conducto de alimentación del gas del lado del cátodo.

Con preferencia, el filtro presenta un tejido de filtro con una anchura de malla de 5 a 200 !m, en particular de 100 !m. Como se ha comprobado, de esta manera se pueden eliminar la mayoría de los ingredientes liberados de las estructuras de distribución de gas de una manera fiable fuera del gas de funcionamiento y se pueden mantener reducidas todavía en este caso las pérdidas de presión en el conducto de alimentación de gas.

Para la estabilización mecánica, el filtro comprende de una manera ventajosa adicionalmente todavía un tejido de apoyo con una anchura de malla de 0, 5 a 5 mm, en particular de 2 mm, en el que está fijado el tejido de filtro.

El filtro está constituido en este caso con preferencia de un acero inoxidable, con lo que se posibilita una buena estabilidad mecánica y una buena resistencia contra los medios reactivos que están presentes en los gases de funcionamiento.

Cuando en el conducto de alimentación de gas está dispuesto un separador de agua, el filtro está dispuesto en la dirección de la circulación del gas de funcionamiento con ventaja solamente después del separador de agua. De esta manera se puede evitar una corrosión del filtro a través de un contacto con agua, que es arrastrada con el gas de funcionamiento.

De acuerdo con una configuración alternativa, especialmente ventajosa, el filtro está dispuesto en una salida del separador de agua para el gas de funcionamiento. De esta manera, se puede evitar, por una parte, una corrosión del filtro a través del contacto con agua. Por otra parte, el espacio existente normalmente en un separador de agua se puede aprovechar para el montaje del filtro, de manera que no es necesaria ninguna intervención en uniones de tuberías para el gas de funcionamiento entre las dos etapas en cascada ni tampoco se requiere un espacio de montaje adicional.

En este caso, de manera ventajosa, la superficie del filtro es mayor que el área de la sección transversal de la salida del separador de agua para el gas de funcionamiento. A través de una superficie incrementada de esta manera se puede incrementar el tiempo hasta una obstrucción del filtro con los ingredientes separados y con una pérdida de presión implicada con ello y de esta manera se puede incrementar el tiempo hasta una sustitución del filtro.

Con preferencia, el separador de agua está integrado en una placa extrema del dispositivo de células de combustible, presentando la placa... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de células de combustible (1) con varias etapas en cascada (2, 3, 4, 5) , que pueden ser atravesadas por la corriente de gas de funcionamiento, con células de combustible (10) , que comprenden en cada caso una estructura de distribución de gas (13) que puede ser atravesada por el gas de funcionamiento, y con un conducto de alimentación de gas (8) conducido desde una etapa en cascada (2) precedente hacia una etapa en cascada (3) siguiente para el gas de funcionamiento, caracterizado por un filtro (15) dispuesto en el conducto de alimentación de gas (8) para la separación de ingredientes liberados de las estructuras de distribución de gas (13) de células de combustible (10) de la (s) fase (s) en cascada (2) precedentes en la dirección de la circulación del gas de funcionamiento desde el gas de funcionamiento.

2. Dispositivo de células de combustible (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el filtro (15) comprende un tejido de filtro (18) con mallas con una anchura de malla de 5 a 200 !m, en particular de 100 !m.

3. Dispositivo de células de combustible (1) de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque el filtro (15) comprende para la estabilización mecánica adicionalmente un tejido de apoyo (17) con mallas con una anchura de mallas de 0, 5 a 5 mm, en particular de 2 mm, en el que está fijado el tejido de filtro (18) .

4. Dispositivo de células de combustible (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el filtro (15) está constituido de un acero inoxidable.

5. Dispositivo de células de combustible (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en el conducto de alimentación de gas (8) está dispuesto un separador de agua (14) , en el que el filtro (15) está dispuesto en la dirección de la circulación del gas de funcionamiento detrás del separador de agua (14) .

6. Dispositivo de células de combustible (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque en el conducto de alimentación de gas (8) está dispuesto un separador de agua (14) , en el que el filtro (15) está dispuesto en la dirección de la circulación del gas de funcionamiento en una salida (16) del separador de agua (14) para el gas de funcionamiento.

7. Dispositivo de células de combustible (1) de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque la superficie del filtro (15) es mayor que el área de la sección transversal (A) de la salida (16) del separador de agua (14) para el gas de funcionamiento.

8. Dispositivo de células de combustible (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 7, caracterizado porque el separador de agua (14) está integrado en una placa extrema (20) del dispositivo de células de combustible (1) , en el que la placa extrema (20) presenta un orificio (28) que se puede cerrar para una entrada y salida del filtro (15) en

o bien fuera del separador de agua (14) .