Procedimiento para hacer funcionar una instalación de pila de combustible dispuesta en un espacio de montaje y que se hace funcionar con gas de combustión y con aire, así como disposición para llevar a cabo el procedimiento.

Procedimiento para hacer funcionar una instalación de pila de combustible (1) dispuesta en un espacio de montaje(2) y que se hace funcionar con un gas de combustión y con aire (FL),

en donde el gas de combustión que sale delespacio de montaje (2) de la instalación de pila de combustible (1) es guiado hasta los cátodos de pilas decombustible (4a) de la instalación de pila de combustible (1) y allí se hace reaccionar térmicamente con aire (FL), endonde el aire (FL) es conducido hasta el espacio de montaje (2), circula a través del espacio de montaje y acontinuación se alimenta a los cátodos de las pilas de combustible (4a), caracterizado porque el caudal (VL) del aire(FL) alimentado a los cátodos desde el espacio de montaje (2) no desciende por debajo de un valor límite (VLmin)prefijado, en el que circula suficiente aire (FL) a través del espacio de montaje (2) para evacuar el gas decombustión que ha salido.

Procedimiento para hacer funcionar una instalación de pila de combustible dispuesta en un espacio de montaje y que se hace funcionar con gas de combustión y con aire, así como disposición para llevar a cabo el procedimiento.

La invención se refiere a un procedimiento para hacer funcionar una instalación de pila de combustible dispuesta en un espacio de montaje y que se hace funcionar con gas de combustión y con aire, conforme al preámbulo de la reivindicación 1, así como a una disposición apropiada para llevar a cabo el procedimiento conforme al preámbulo de la reivindicación 9; un procedimiento de este tipo, respectivamente una disposición de este tipo, se conoce por ejemplo del documento DE 101 04 503 A1.

Una pila de combustible presenta do electrodos separados eléctricamente de un electrolito (un ánodo y un cátodo) . En el caso de una pila de combustible que se hace funcionar con aire y gas de combustión, se alimenta el gas de combustión al ánodo y el aire al cátodo de la pila de combustible. Si bien el electrolito permite un intercambio de iones entre el gas de combustión y el oxígeno del aire, garantiza por lo demás una separación estanca al gas entre el gas de combustión y el aire. Como consecuencia del intercambio de iones el hidrógeno contenido en el gas de combustión puede reaccionar con el oxígeno del aire para formar agua, en donde se establece sobre el ánodo un excedente de electrones y sobre el cátodo un déficit de electrones y, de este modo, una diferencia de potencial aprovechable entre el ánodo y el cátodo.

Ejemplos para pilas de combustible que puede hacerse funcionar con un gas de combustión y con aire son la pila de combustible de membrana electrolítica polimérica (PEM) (con hidrógeno como gas de combustión) , la pila de combustible de ácido fosfórico (por ejemplo con hidrógeno procedente de gas natural reformado como gas de combustión) , la pila de combustible de carbonatos fundidos (MCFC) (por ejemplo con una mezcla de hidrógeno/CO como gas de combustión) o la pila de combustible cerámica sólida (SOFC) (por ejemplo con una mezcla de hidrógeno/CO como gas de combustión) .

Las instalaciones de pila de combustible que se hacen funcionar con aire comprenden normalmente uno o varios apilados de pilas de combustible (también llamados stacks de pilas de combustible) , instalaciones de suministro para la alimentación y la evacuación de gas de combustión, aire y refrigerantes así como instalaciones de seguridad, regulación y vigilancia. Habitualmente estas instalaciones de pila de combustible están dispuestas, respectivamente colocadas, en un espacio de montaje. Aquí puede tratarse por ejemplo de un espacio de montaje en un vehículo de motor, un barco, un edificio o un contenedor de transporte móvil.

En el caso de los apilamientos de pilas de combustible y de las instalaciones de suministro para el gas de combustión no pueden descartarse por completo, en determinadas circunstancias, unas faltas de estanqueidad mínimas. Esto es aplicable en especial para instalaciones de pila de combustible móviles, que están expuestas a esfuerzos especiales a causa de golpes y vibraciones. A causa de tales faltas de estanqueidad pueden entrar en el espacio de montaje de la instalación de pila de combustible pequeñas cantidades de gas de combustión. Para evitar una acumulación de gas de combustión, y posiblemente la aparición de una mezcla explosiva, es obligatorio ventilar tales espacios de montaje.

Del documento DE 101 04 503 A1 se conoce guiar el hidrógeno, que sale del espacio de montaje de la instalación de pila de combustible, hasta los cátodos de las pilas de combustible de la instalación de combustible y allí hacerlo reaccionar térmicamente con aire. Por medio de esto puede evitarse también, sin ventilación adicional y sin las instalaciones necesarias para ello, la formación de mezclas explosivas en el espacio de montaje. El hidrógeno que ha salido del espacio de montaje se aspira aquí desde el espacio de montaje, mediante una instalación de aspiración dispuesta por encima del apilamiento de pilas de combustible, se mezcla con aire aspirado por fuera del espacio de montaje y la mezcla de alimenta para la reacción térmica a los cátodos de las pilas de combustible.

La tarea de presente invención consiste en mejorar todavía más el procedimiento conocido, con respecto a la evacuación del gas de combustión que sale de la instalación de pila de combustible, y crear una disposición correspondiente.

La solución de la tarea dirigida al procedimiento se consigue conforme a la invención mediante un procedimiento conforme a la reivindicación 1. La solución de la tarea dirigida a la disposición se consigue conforme a la invención mediante una disposición conforme a la reivindicación 8. Perfeccionamientos ventajosos del procedimiento, respectivamente de la disposición, son objeto en cada caso de las reivindicaciones subordinadas.

El procedimiento conforme a la invención prevé que el aire sea conducido hasta el espacio de montaje, fluya a través del espacio de montaje y a continuación se alimente a los cátodos de las pilas de combustible. De este modo se utiliza aire para el funcionamiento de las pilas de combustible, para la evacuación del gas de combustión que sale del espacio de montaje hasta los cátodos de las pilas de combustible.

Mientras que en el caso conocido están previstos diferentes recorridos de aspiración para el aire y el gas de combustión que sale del espacio de montaje, la aspiración del aire y del gas de combustión se realiza a continuación a través de un recorrido de aspiración común. La evacuación del gas de combustión, su alimentación a los cátodos de las pilas de combustible y la separación que allí se produce mediante reacción térmica pueden llevarse a cabo, de este modo, de una forma especialmente efectiva y fiable y puede impedirse con eficacia una acumulación de gas de combustión en el espacio de montaje y, de este modo, la formación de mezclas explosivas. De esta forma puede hacerse posible, sin un soplador adicional (o un soplador mucho más pequeño) , un intercambio de aire en el espacio de montaje. Por medio de esto se aumenta el grado de eficacia de la instalación y se reduce el coste en componentes. Asimismo puede simplificarse la instalación de aspiración.

El aire puede circular aquí por el espacio de montaje de forma completa o solamente parcial. Mediante la elección correspondiente del recorrido de circulación a través del espacio de montaje puede hacerse circular aire por regiones específicas con una posible acumulación de gas de combustión. Si por ejemplo el gas de combustión es más pesado que el aire, el recorrido de circulación puede tenderse de tal modo que por el espacio de montaje exista circulación, en cuanto a su centro de gravedad, en su región espacialmente inferior. Si por el contrario el gas de combustión es más ligero que el aire, por el espacio de montaje puede existir circulación, respetando su centro de gravedad, en su región espacialmente superior.

Conforme a otra configuración especialmente ventajosa del procedimiento conforme a la invención, el aire circula alrededor de componentes de la instalación de pila de combustible, mientras circula a través del espacio de montaje. Por medio de esto puede evacuarse de forma fiable, ya durante su salida, el gas de combustión que sale de componentes de la instalación de pila de combustible.

Es posible evitar con la máxima seguridad mezclas explosivas, cuando por todo el espacio de montaje circula aire. Esto puede realizarse mediante una disposición adecuada de la (s) entrada (s) de aire, es decir de los puntos en los que el aire entra en el espacio de montaje, con relación al punto de la aspiración del aire en el espacio de montaje.

De forma preferida el aire se limpia y/o se trata después de su introducción en el espacio de montaje, pero antes de su alimentación a los cátodos de las pilas de combustible. La alimentación de aire a las pilas de combustible a través del espacio de montaje hace posible aprovechar el volumen del espacio de montaje para el alojamiento de medios para limpiar y tratar el aire. Aquí puede tratarse por ejemplo de filtros de partículas y/o filtros de adsorción para extraer niebla salina, que pueden tener importancia en especial en el caso de instalaciones de pila de combustible sobre barcos o en zonas alejadas de la costa.

Además de esto, el aire puede limpiarse también ya antes de su introducción... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para hacer funcionar una instalación de pila de combustible (1) dispuesta en un espacio de montaje

(2) y que se hace funcionar con un gas de combustión y con aire (FL) , en donde el gas de combustión que sale del espacio de montaje (2) de la instalación de pila de combustible (1) es guiado hasta los cátodos de pilas de combustible (4a) de la instalación de pila de combustible (1) y allí se hace reaccionar térmicamente con aire (FL) , en donde el aire (FL) es conducido hasta el espacio de montaje (2) , circula a través del espacio de montaje y a continuación se alimenta a los cátodos de las pilas de combustible (4a) , caracterizado porque el caudal (VL) del aire (FL) alimentado a los cátodos desde el espacio de montaje (2) no desciende por debajo de un valor límite (VLmin) prefijado, en el que circula suficiente aire (FL) a través del espacio de montaje (2) para evacuar el gas de combustión que ha salido.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el aire (FL) circula alrededor de componentes (4) de la instalación de pila de combustible (1) , mientras circula a través del espacio de montaje (2) .

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque a través de todo el espacio de montaje (2) circula aire (FL) .

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el aire (FL) se limpia y/o se trata después de su introducción en el espacio de montaje (2) , pero antes de su alimentación a los cátodos de las pilas de combustible (4a) .

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el aire (FL) se limpia antes de su introducción en el espacio de montaje (2) .

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el caudal (VL) del aire (FL) alimentado desde el espacio de montaje (2) a los cátodos de las pilas de combustible (4a) se controla o regula.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el caudal (VL) del aire (FL) alimentado desde el espacio de montaje (2) a los cátodos es constante hasta un valor límite (IG) prefijado de la corriente (I) generada por las pilas de combustible y, tras superar el valor límite (IG) , se aumenta proporcionalmente a la corriente (I) .

8. Disposición para llevar a cabo el procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, con una instalación de pila de combustible (1) dispuesta en un espacio de montaje (2) y que se hace funcionar con un gas de combustión y con aire (FL) y con una instalación de aspiración (5) , a través de la cual puede aspirarse el gas de combustión que ha salido de la instalación de pila de combustible (1) y alimentarse a los cátodos de las pilas de combustible (4a) de la instalación de pila de combustible (1) , en donde la instalación de aspiración (5) presenta una abertura de aspiración (6) , a través de la cual puede aspirarse el aire (FL) desde el espacio de montaje (2) y se dispone al menos de un medio de introducción de aire (9, 9a–d) para introducir aire (FL) en el espacio de montaje (2) desde fuera del espacio de montaje (2) , caracterizada porque el dispositivo de aspiración (5) puede controlarse mediante una instalación de control (12) con relación al caudal de aire (VL) que puede aspirarse desde el espacio de montaje (2) , en donde la instalación de control (12) controla de tal modo el dispositivo de aspiración (5) , que el caudal de aire (VL) del aire (FL) alimentado desde el espacio de montaje (2) a los cátodos de la pila de combustible (4a) no desciende por debajo de un valor límite (VLmin) prefijado, en el que circula aire (FL) suficiente a través del espacio de montaje (2) para evacuar el gas de combustión que ha salido.

9. Disposición según la reivindicación 8, caracterizada porque la (s) entrada (s) de aire (18, 18a – 18d) en el espacio de montaje (2) y la al menos una abertura de aspiración (6) están dispuestas de tal modo entre sí, que el aire (FL) introducido circula alrededor de componentes de la instalación de pila de combustible (1) .

10. Disposición según la reivindicación 9, caracterizada porque los componentes de la instalación de pila de combustible (1) están dispuestos espacialmente entre la al menos una abertura de aspiración (6) y la (s) entrada (s) de aire (18) en el espacio de montaje (2) .

11. Disposición según una de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque la (s) entrada (s) de aire (18) en el espacio de montaje (2) y la al menos una abertura de aspiración (6) están dispuestas de tal modo entre sí, que el aire (FL) puede circular a través de todo el espacio de montaje (2) .

12. Disposición según una de las reivindicaciones 8 u 11, caracterizada porque para limpiar el aire (FL) delante de la entrada de aire en el espacio de montaje (2) están previstos medios de limpieza de aire (10) .

13. Disposición según una de las reivindicaciones 8 a 12, caracterizada porque están previstos medios (7, 8) para limpiar y/o tratar el aire (FL) después de su introducción en el espacio de montaje (2) , pero antes de su alimentación a las pilas de combustible (4a) .

14. Disposición según la reivindicación 8, caracterizada porque la instalación de control (12) presenta medios (14)

para medir la corriente generada desde las pilas de combustible (4a) y controla el dispositivo de aspiración (5) , de tal modo que el caudal de aire (VL) del aire (FL) alimentado desde el espacio de montaje (2) a los cátodos es constante hasta un valor límite (IG) prefijado de la corriente generada por las pilas de combustible (4a) y, tras superar el valor límite (IG) , se aumenta proporcionalmente a la corriente (I) .

15. Disposición según una de las reivindicaciones 8 a 14, caracterizada porque el espacio de montaje (2) está 10 limitado por una carcasa (30) .

16. Disposición según la reivindicación 15, caracterizada porque la carcasa presenta un formato de contenedor, en especial un formato de contenedor de transporte de 20 pies.