Método para prevenir el sobrecalentamiento local en un arreglo de celdas de combustible así como en instalaciones de celdas de combustible con un arreglo tal de celdas de combustible.

Método para prevenir sobrecalentamientos locales en un arreglo de celdas de combustible (2) por el cual circulaagua desionizada para el enfriamiento,

donde se hace seguimiento a la presión del agua después de circular por elarreglo de celdas de combustible (2) para alcanzar o estar por debajo de un valor límite preestablecido, el cual esmayor a la presión de equilibrio de ebullición del agua, para prevenir una formación de película de vapor en elarreglo de celdas de combustible (2), donde se especifica previamente el valor límite para la presión como unafunción de la temperatura del agua después de circular por el arreglo de celdas de combustible (2), donde cuando sealcanza o se está por debajo del valor límite preestablecido se suspende el suministro de reactivos (H2, O2) alarreglo de celdas de combustible (2) y/o cuando se alcanza o se está por debajo del valor especificado se reduce ose suspende una carga (21) suministrada con corriente eléctrica por el arreglo de celdas de combustible (2).

Método para prevenir el sobrecalentamiento local en un arreglo de celdas de combustible así como en instalaciones de celdas de combustible con un arreglo tal de celdas de combustible.

La invención se refiere a un método para prevenir el sobrecalentamiento local en un arreglo de celdas de combustible, por el que para su enfriamiento circula un agente de enfriamiento. Además la invención se refiere a una instalación de celdas de combustible con un arreglo tal de celdas de combustible.

En la operación de una celda de combustible tiene que eliminarse completamente de la zona activa de la celda de combustible el calor perdido formado, para prevenir el sobrecalentamiento local (denominadas "manchas calientes") en las celda de combustible. Esto ocurre de la manera más efectiva con elevadas densidades de corriente en una celda de combustible mediante un agente líquido de enfriamiento, que circula por la celda de combustible.

Debido a su elevada capacidad calorífica específica, la baja conductividad eléctrica, la buena compatibilidad con los medios y los bajos costos de operación, en celdas de combustible con una membrana de polímero-electrolito (celdas de combustible PEM) se emplea principalmente agua desionizada como agente de enfriamiento.

El enfriamiento de una celda de combustible en un arreglo de celdas de combustible ocurre mayormente mediante el flujo de agente de enfriamiento a través del espacio vacío en placas bipolares o mediante las denominadas unidades de enfriamiento del arreglo de celdas de combustible. Un agente de enfriamiento que fluye por un arreglo de celdas de combustible es calentado continuamente en su paso y a la salida del arreglo de celdas de combustible alcanza una temperatura máxima. En celdas de combustible PEM con agua desionizada como agente de enfriamiento las temperaturas de salida comunes están por ejemplo en aproximadamente 80°C.

La elevación de la temperatura implica un aumento de la presión de vapor. Si en una celda de combustible, la presión de operación del agente de enfriamiento alcanza o está por debajo de su presión de equilibrio de ebullición, entonces puede formarse una película de vapor entre la fase líquida del agente de enfriamiento y la pared, sobre la cual ocurre la disipación de calor de la zona activa de la celda de combustible en el agente de enfriamiento. De ello resulta una mala transferencia del calor disipado en el agente de enfriamiento y pueden ocurrir sobrecalentamientos locales ("manchas calientes") en la celda de combustible, los cuales por ejemplo en el caso de una celda de combustible PEM pueden conducir a un deterioro térmico de la membrana hasta una formación de huecos en la membrana.

De la WO 2005/007771 A1 sale una regulación de la presión de un agente de enfriamiento para una pila de celdas de combustible, de modo que el agente de enfriamiento exhibe un punto de ebullición por encima de la temperatura de operación.

Por ello es objetivo de la presente invención reivindicar un método así como una instalación de celdas de combustible, que haga posible evitar tales sobrecalentamientos locales.

La solución del objetivo direccionado al método es exitosa mediante un método según la reivindicación 1. Modificaciones ventajosas del método son objetivo en cada caso de las reivindicaciones 2 a 4. La solución del objetivo direccionado a la instalación de celdas de combustible es exitosa mediante una instalación de celdas de combustible según la reivindicación 5. Modificaciones ventajosas de la instalación de celdas de combustible son en cada caso objetivo de las reivindicaciones 6 a 9.

El método acorde con la invención para prevenir el sobrecalentamiento local en un arreglo de celdas de combustible, por el cual para el enfriamiento circula un agente líquido de enfriamiento prevé que se haga seguimiento a la presión del agente de enfriamiento después de la circulación por el arreglo de celdas de combustible para alcanzar o estar por debajo de un valor límite predeterminado, el cual es superior a la presión de equilibrio de ebullición del agente de enfriamiento. Para prevenir una formación de película de vapor y con ello sobrecalentamientos locales es necesario que la presión del agente de enfriamiento en el arreglo total de celdas de combustible no esté por debajo de la presión de equilibrio de ebullición.

Para alcanzar o estar por debajo del valor límite, se desconecta el suministro de reactivos al arreglo de celdas de combustible. Mediante ello decaen las reacciones electroquímicas en las celdas de combustible y se previene una formación de película de vapor del agente de enfriamiento en el arreglo de celdas de combustible. Cuando está presente un dispositivo de seguimiento para el seguimiento del potencial de las celdas de combustible, esto conduce comúnmente inevitablemente a una desconexión modular por este dispositivo de seguimiento.

De modo alternativo, para alcanzar o estar por debajo del valor límite, se reduce o incluso se suspende por completo una carga suministrada con corriente eléctrica por el arreglo de celdas de combustible.

También es posible para alcanzar o estar por debajo del valor límite, tanto suspender el suministro de reactivos como también reducir o suspender la carga suministrada con corriente eléctrica por el arreglo de celdas de combustible.

Para esto, después de la circulación por el arreglo de celdas de combustible está presente la presión más baja del agente de enfriamiento. Mediante un seguimiento de la presión del agente de enfriamiento después de la circulación por el arreglo de celdas de combustible pueden con ello prevenirse con seguridad sobrecalentamientos locales en el arreglo de celdas de combustible. Para esto el método es utilizable por así decirlo en un arreglo de celdas de combustible con sólo una celda individual de combustible como también en un arreglo de celdas de combustible con varias celdas de combustible, es decir el arreglo de celdas de combustible puede incluir sólo una celda individual de combustible o también varias celdas de combustible.

En ello, la exactitud del seguimiento es tanto mayor cuanto más cerca se mida la presión del agente de enfriamiento en la zona activa de la (s) celda (s) de combustible. Por ello, se mide con ventaja la presión del agente de enfriamiento inmediatamente después de su descarga de la o bien de las celdas de combustible en un canal de descarga de agente de enfriamiento, en el cual se descarga el agente de enfriamiento del arreglo de celdas de combustible, puesto que allí por un lado se garantiza la accesibilidad a un sensor de presión necesario para ello y por otro se asegura también que la presión medida corresponde a la que está presente en el agente de enfriamiento justamente antes de su descarga de la celda de combustible. Una pérdida de presión dado el caso presente entre el punto más caliente en la (las) celda (s) de combustible y el punto de medición de la presión puede en ello ser considerado mediante un factor de corrección correspondiente. Para ello, la exactitud del seguimiento puede ser mejorada aún más mediante la determinación del factor de corrección en función del poder de las celdas de combustible y/o del número de revoluciones asociado con ello a una bomba, que bombea el agente de enfriamiento a través del arreglo de celdas de combustible.

Puesto que la presión de equilibrio de ebullición del agente de enfriamiento depende de la temperatura del agente de enfriamiento, se especifica el valor límite dependiendo de la temperatura del agente de enfriamiento después del paso por el arreglo de celdas de combustible. Mediante ello puede mejorarse más la exactitud del seguimiento. También se mide la temperatura del agente de enfriamiento preferiblemente en el canal de descarga del agente de enfriamiento. Una diferencia de temperatura dado el caso presente entre los puntos más calientes en la (las) celdas de combustible y el punto de medición de temperatura puede ser considerado mediante los correspondientes factores de corrección en la determinación de la presión de equilibrio de ebullición o bien del valor límite.

Preferiblemente el agente de enfriamiento que circula a través del arreglo de celdas de combustible en un circuito del arreglo de celdas de combustible es suministrado por el lado de entrada, donde el agente de enfriamiento es bombeado a través del circuito con una bomba de agente de enfriamiento.

Una instalación de celdas de combustible acorde con la invención con un arreglo de celdas de combustible, a través de la cual puede circular un agente líquido de enfriamiento para el enfriamiento, exhibe un dispositivo de seguimiento para el seguimiento de la presión del agente de enfriamiento después... [Seguir leyendo]

1. Método para prevenir sobrecalentamientos locales en un arreglo de celdas de combustible (2) por el cual circula agua desionizada para el enfriamiento, donde se hace seguimiento a la presión del agua después de circular por el arreglo de celdas de combustible (2) para alcanzar o estar por debajo de un valor límite preestablecido, el cual es mayor a la presión de equilibrio de ebullición del agua, para prevenir una formación de película de vapor en el arreglo de celdas de combustible (2) , donde se especifica previamente el valor límite para la presión como una función de la temperatura del agua después de circular por el arreglo de celdas de combustible (2) , donde cuando se alcanza o se está por debajo del valor límite preestablecido se suspende el suministro de reactivos (H2, O2) al arreglo de celdas de combustible (2) y/o cuando se alcanza o se está por debajo del valor especificado se reduce o se suspende una carga (21) suministrada con corriente eléctrica por el arreglo de celdas de combustible (2) .

2. Método según la reivindicación 1, donde se mide la presión del agua en un canal de descarga del agente de enfriamiento (5) , por el cual se descarga el agua del arreglo de celdas de combustible (2) .

3. Método según una de las reivindicaciones precedentes, donde el valor límite para la presión es establecido previamente como función de la temperatura del agua en el canal de descarga de agente de enfriamiento (5) .

4. Método según una de las reivindicaciones precedentes, donde el agua que circula por el arreglo de celdas de combustible (2) es suministrada nuevamente por el lado de entrada a un circuito (6) del arreglo de celdas de combustible (2) , donde el agua es bombeada con una bomba de agente de enfriamiento (7) a través del circuito (6) .

5. Instalación de celdas de combustible (1) con un arreglo de celdas de combustible (2) a través de la cual puede circular agua desionizada para el enfriamiento, que incluye un dispositivo de seguimiento (8) para el seguimiento de la presión del agua después de circular por el arreglo de celdas de combustible (2) para alcanzar o estar por debajo de un valor límite especificado, el cual es superior a la presión de equilibrio de ebullición del agua, para prevenir una formación de película de vapor en el arreglo de celdas de combustible (2) , donde el dispositivo de seguimiento (8) incluye un sensor de temperatura (10) para el registro la temperatura del agua después de circular por el arreglo de celdas de combustible (2) y en el dispositivo de seguimiento (8) puede especificarse el valor límite para la presión, como una función de la temperatura registrada, donde cuando se alcanza o se está por debajo del valor límite especificado previamente, a través del dispositivo de seguimiento (8) puede suspenderse el suministro de reactivos (H2, O2) al arreglo de celdas de combustible (2) y/o cuando se alcanza o se está por debajo del valor límite especificado, a través del dispositivo de seguimiento (8) puede reducirse o suspenderse la carga (21) suministrada con corriente eléctrica por el arreglo de celdas de combustible (2) .

6. Instalación de celdas de combustible (1) según la reivindicación 5, donde el sensor de presión (9) está dispuesto en un canal de descarga de agente de enfriamiento (5) en el arreglo de celdas de combustible (2) para el registro de la presión de agua.

7. Instalación de celdas de combustible (1) según las reivindicaciones 5 o 6, donde el sensor de temperatura (10) está dispuesto en el canal de descarga de agente de enfriamiento (5) .

8. Instalación de celdas de combustible (1) según la reivindicación 7, donde para la determinación del valor límite como una función de la temperatura, en el dispositivo de seguimiento (8) se guarda una curva de presión de vapor del agua, la cual describe la dependencia de la presión de equilibrio de ebullición con la temperatura.

9. Instalación de celdas de combustible (1) según una de las reivindicaciones 5 a 8, que incluye un circuito de agente de enfriamiento (6) , a través del cual puede suministrarse nuevamente por el lado de entrada el agua del arreglo de celdas de combustible (2) que circula a través del arreglo de celdas de combustible (2) , donde en el circuito (6) está dispuesta una bomba de agente de enfriamiento (7) para bombear el agua a través del circuito (6) .