Procedimiento para la regulación de temperatura en un sistema de pilas de combustible y sistema de pilas de combustible.

Procedimiento de regulación de temperatura en un sistema de pilas de combustible (2) con al menos un módulo de pilas de combustible (4,

6) y un dispositivo refrigerador (10) para enfriar el módulo de pilas de combustible (4, 6), en el cual se hace circular medio refrigerante por el módulo de pilas de combustible (4,6) y un medio de procesamiento (8) regula la temperatura del refrigerante a la salida del módulo de pilas de combustible (4, 6); caracterizado porque la temperatura del medio refrigerante es registrada dentro del módulo de pilas de combustible (4, 6) y porque se incorpora al sistema de regulación, como otra variable de perturbación, una variable de perturbación derivada del valor registrado junto con un cambio de la corriente eléctrica (l1, l2) que circula por el módulo de pilas de combustible (4, 6).

Procedimiento para la regulación de temperatura en un sistema de pilas de combustible y sistema de pilas de combustible.

La presente invención hace referencia a un procedimiento de regulación de temperatura en un sistema de pilas de combustible con al menos un módulo de pilas de combustible y un dispositivo refrigerador para enfriar el módulo de pilas de combustible, en el cual se hace circular el medio refrigerante por el módulo de pilas de combustible y un medio de procesamiento regula la temperatura del refrigerante a la salida del módulo de pilas de combustible. Además, la invención hace referencia a un sistema de pilas de combustible con al menos un módulo de pilas de combustible, un dispositivo refrigerador para conducir el medio refrigerante a través del módulo de pilas de combustible y un medio de procesamiento, que está previsto para regular la temperatura del medio refrigerante.

En una pila de combustible el hidrógeno (H2) y el oxígeno (O2) reaccionan en un electrolito bajo emisión de calor y energía eléctrica transformándose, en forma de subproducto, en agua. Para generar una potencia adecuada para grandes consumidores de corriente, se conectan en serie varias pilas de combustible y se agrupan en un módulo de pilas de combustible, por ejemplo apilando varias pilas de combustible planas.

El calor generado durante el proceso electroquímico se conduce en su mayor parte hacia un medio refrigerante, por ejemplo agua, que transcurre o circula como un flujo refrigerante a través de las pilas de combustible de un módulo de pilas de combustible. La cantidad de energía térmica o de calor producida por un módulo de pilas de combustible depende de la cantidad de energía eléctrica generada en éste, que a su vez depende del tamaño de la carga eléctrica que está acoplada al módulo de pilas de combustible. Cuanto más elevada es la carga eléctrica, tanto más calor se generará y la potencia refrigerante del flujo de refrigerante también deberá ser mayor para poder mantener las pilas de combustible en el módulo dentro de un rango de temperatura preestablecido.

Se sabe que para el enfriamiento de un módulo de pilas de combustible se debe medir y regular la temperatura del medio refrigerante a la salida del refrigerante del módulo de pilas de combustible, donde una variable de ajuste de la regulación es, por ejemplo, una posición de una válvula mezcladora en un enfriador.

Se conoce la utilización de un flujo de corriente a través de un módulo de pilas de combustible para corregir la regulación de la temperatura por las solicitudes US 3, 595, 699, US 6, 186, 254 y US 2006/172164 A1.

Es objeto de la presente invención, revelar un procedimiento para regular la temperatura en un sistema de pilas de combustible y un sistema de pilas de combustible, en los cuales se pueda mantener muy constante la temperatura de las pilas de combustible del módulo de pilas de combustible.

El objeto según el procedimiento de la presente invención se logra a través de un procedimiento del tipo mencionado, en el cual la temperatura del medio refrigerante se mide dentro del módulo de pilas de combustible y una variable de perturbación derivada del valor registrado junto con un cambio de la corriente eléctrica que circula por el módulo de pilas de combustible se incorporan al sistema de regulación como otra variable de perturbación. En caso de un aumento de la potencia del módulo de pilas de combustible se puede contrarrestar a tiempo un aumento de la temperatura en las pilas de combustible y la temperatura se puede mantener de manera confiable en un rango permitido.

La invención parte de la revelación de que, en caso de un aumento de carga en un módulo de pilas de combustible, con un sistema de regulación de la temperatura inicial, el aumento de la temperatura en las pilas de combustible solamente se puede detectar relativamente tarde en un circuito de regulación y por ello se aumenta relativamente tarde la potencia refrigerante del flujo de refrigerante en el módulo de pilas de combustible. De esta forma, según los cambios de carga, se producen picos de temperatura positivos o negativos que pueden encontrarse fuera del rango de temperatura deseado para el módulo de pilas de combustible.

Para elevar la velocidad reactiva del circuito de regulación, el sistema de regulación puede combinarse con un controlador, con el cual, por ejemplo, se controla la potencia refrigerante en relación a la carga en el módulo de pilas de combustible o a la corriente que circula por el módulo de pilas de combustible. El resultado es una combinación de regulación en función de la temperatura y mediante un controlador en función de la corriente del módulo de pilas de combustible. De esta manera se puede contrarrestar rápidamente una elevación de la temperatura del refrigerante al producirse un aumento de la potencia del módulo de pilas de combustible Una reacción todavía más rápida contra un calentamiento indeseado del refrigerante en el módulo de pilas de combustible se puede lograr mediante la corrección de la regulación al cambiar la corriente eléctrica que circula por el módulo de pilas de combustible, denominado a continuación gradiente de corriente. En un gradiente de corriente pequeño, es decir en un cambio lento de la corriente eléctrica, la regulación se corrige levemente y en un cambio rápido de la corriente eléctrica, ésta se corrige con más intensidad. El gradiente de corriente se puede incorporar al sistema de regulación por medio de un campo característico o una función matemática a modo de variable de perturbación, corrigiendo de esta manera el sistema de regulación. Se puede alcanzar una adaptación previsible de la capacidad de refrigeración, por medio de lo cual se puede lograr una reacción rápida de la potencia refrigerante sobre el productor de calor a pesar del tiempo concreto que necesitase el medio refrigerante para circular a través del módulo de pilas de combustible.

La invención es especialmente ventajosa para ser utilizada en un bloque de pilas de combustible en el cual las pilas de combustible planas, preferentemente rectangulares, se acomodan una sobre la otra formando un bloque. En un bloque de este tipo se puede construir el módulo de pilas de combustible con canales de medios, placas terminales, células de humectación y otros elementos. Como medio refrigerante se puede utilizar un líquido, preferentemente compuesto en su mayoría por agua.

La temperatura regulada es la temperatura del medio refrigerante a la salida del módulo de pilas de combustible. De esta manera, la potencia refrigerante del flujo de refrigerante en el módulo de pilas de combustible se puede medir de manera muy simple.

De manera ventajosa, el dispositivo refrigerador abarca un circuito de refrigerante con un enfriador y una válvula mezcladora, con la cual se ajusta una relación entre el medio refrigerante que circula por dentro del enfriador y el que circula junto al enfriador, donde la posición de la válvula mezcladora conforma una variable de ajuste del sistema de regulación. De esta manera se puede realizar de forma simple el ajuste de la temperatura inicial del medio refrigerante en una entrada del módulo de pilas de combustible y con ello también la capacidad de refrigeración. Si se conduce más refrigerante a través del enfriador, disminuye la temperatura inicial del medio de refrigeración y aumenta la capacidad de refrigeración, al tiempo que el productor de calor en el módulo de pilas de combustible se mantiene igual.

Una corrección simple y confiable de la regulación se puede lograr cuando el cambio de la corriente eléctrica que circula por el módulo de pilas de combustible se incorpora como variable de perturbación una variable, especialmente una variable lineal, de ajuste del sistema de regulación. La variable de ajuste, por ejemplo una posición de la válvula mezcladora, puede ser corregida en su ajuste de manera rápida y simple con la tecnología de control, de acuerdo al gradiente de corriente. Así, al aumentar el gradiente de corriente, también aumenta la posición correctora de la variable de ajuste de manera lineal. Con un gradiente de corriente estable, es decir con corriente que aumenta de manera uniforme a través del módulo de pilas de combustible, el desplazamiento corrector de la variable de ajuste puede mantenerse constante; y en una corriente constante, es decir en un gradiente de corriente ínfimo, se puede retraer nuevamente a cero. Se puede proceder de manera análoga en caso de un gradiente de corriente negativo.

Para evitar una oscilación... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de regulación de temperatura en un sistema de pilas de combustible (2) con al menos un módulo de pilas de combustible (4, 6) y un dispositivo refrigerador (10) para enfriar el módulo de pilas de combustible (4, 6) , en el cual se hace circular medio refrigerante por el módulo de pilas de combustible (4, 6) y un medio de procesamiento (8) regula la temperatura del refrigerante a la salida del módulo de pilas de combustible (4, 6) ; caracterizado porque la temperatura del medio refrigerante es registrada dentro del módulo de pilas de combustible (4, 6) y porque se incorpora al sistema de regulación, como otra variable de perturbación, una variable de perturbación derivada del valor registrado junto con un cambio de la corriente eléctrica (l1, l2) que circula por el módulo de pilas de combustible (4, 6) .

2. Procedimiento acorde a la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo refrigerador (10) abarca un circuito de refrigerante (16) con un enfriador (12) y una válvula mezcladora (22) , con la cual se ajusta una relación entre el medio refrigerante que circula por dentro del enfriador (12) y el que circula junto al enfriador (12) , donde la posición de la válvula mezcladora (22) conforma una variable de ajuste del sistema de regulación.

3. Procedimiento acorde a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el cambio de la corriente eléctrica que circula a través del módulo de pilas de combustible (4, 6) se incorpora al sistema de regulación como variable de perturbación.

4. Procedimiento acorde a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la temperatura se regula por medio del ajuste de una potencia de bombeo de una bomba de refrigerante (14) .

5. Procedimiento acorde a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la fuerza del flujo de refrigerante es controlada en función a la fuerza de la corriente eléctrica (l1, l2) que circula por el módulo de pilas de combustible (4, 6) .

6. Procedimiento acorde a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el sistema de pilas de combustible (2) presenta al menos dos módulos de pilas de combustible (4, 6) por los cuales circula un flujo de refrigerante y porque la fuerza de todos los flujos de refrigerante es controlada en función a la corriente máxima (l1, l2) de cada uno de los módulos de pilas de combustible (4, 6) .

7. Procedimiento acorde a la reivindicación 6, caracterizado porque la fuerza del flujo de refrigerante que circula por un módulo de pilas de combustible (4, 6) que suministra una corriente de módulo, se reduce de manera independiente a la corriente del módulo, antes de que un flujo de refrigerante sea detenido por otro módulo de pilas de combustible (4, 6) .

8. Procedimiento acorde a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por una regulación de la diferencia de temperatura del medio refrigerante realizada antes y después del módulo de pilas de combustible (4, 6) .

9. Procedimiento acorde a la reivindicación 8, caracterizado porque en la regulación de corrección se incluye la cantidad de módulos de pilas de combustible (4, 6) que están siendo refrigerados en el momento por el dispositivo refrigerador (10) .

10. Sistema de pilas de combustible (2) con al menos un módulo de pilas de combustible (4, 6) , un dispositivo refrigerador (10) para conducir el medio refrigerante a través del módulo de pilas de combustible (4, 6) y con un medio de procesamiento (8) que está previsto para regular la temperatura del refrigerante a la salida del módulo de pilas de combustible (4, 6) , caracterizado porque un medio de procesamiento (8) está previsto para registrar la temperatura del medio refrigerante dentro del módulo de pilas de combustible (4, 6) e incorporar al sistema de regulación, como otra variable de perturbación, una variable de perturbación derivada del valor registrado junto con un cambio de la corriente eléctrica (I1, I2) que circula por el módulo de pilas de combustible (4, 6) .