Procedimiento para alimentar gas de funcionamiento a una cámara de gas de una celda de combustible, así como celda de combustible.

Procedimiento para alimentar gas de funcionamiento (02) a una cámara de gas anódica (3) y a una cámara degas catódica (4) de una celda de combustible (1) con una membrana de celda (2),

caracterizado porque para evitarunos esfuerzos mecánicos inadmisiblemente elevados sobre la membrana de celda (2), la alimentación del gas defuncionamiento (02) a la cámara de gas catódica (4) se produce primero con una primera velocidad de aumento depresión (V1) y después con una segunda velocidad de aumento de presión (V2), en donde la primera velocidad deaumento de presión (V1) es menor que la segunda velocidad de aumento de presión (V2).

Procedimiento para alimentar gas de funcionamiento a una cámara de gas de una celda de combustible, así como celda de combustible.

En una celda de combustible habitualmente se genera energía y calor mediante la reunión de hidrógeno y oxígeno en una reacción electroquímica, en donde como único subproducto se obtiene agua. Con este fin se conduce el hidrógeno a una cámara de gas anódica y el oxígeno a una cámara de gas catódica de la celda de combustible. El hidrógeno puede alimentarse a la cámara de gas anódica, ya sea como hidrógeno puro o como un gas combustible con contenido de hidrógeno. El oxígeno puede alimentarse a la cámara de gas catódica como oxígeno puro o también por ejemplo en forma de aire.

Para conectar la celda de combustible es necesario llevar estos gases de funcionamiento a las cámaras de gas todavía vacías de la celda de combustible. La alimentación de un gas de funcionamiento a una cámara de gas se realiza casi siempre a través de un conducto de alimentación de gas, que está unido a las cámaras de gas y al que está conectada una válvula para acoplar y desacoplar la alimentación de gas hasta la cámara de gas. Si el conducto de alimentación de gas está unido a una instalación de suministro de gas, después de la apertura de la válvula aumenta la presión en la cámara de gas con una velocidad que depende de la sección transversal de circulación de la válvula.

A causa del aumento de presión en la cámara de gas pueden producirse esfuerzos mecánicos sobre la membrana de celda, que pueden conducir a daños a la membrana de celda hasta llegar a su avería. Si la celda de combustible forma parte de una pila de celdas de combustible, una avería de este tipo puede conducir a la avería de toda la pila de celdas de combustible.

El documento WO 2005/053075 A se ocupa del problema de que, en el caso de una celda de combustible desconectada, entre aire en el ánodo de la celda de combustible y allí se mezcle con el hidrógeno remanente. Si se pone en marcha la celda de combustible sin una carga eléctrica conectada a la celda de combustible puede producirse por ello una corrosión en un soporte de catalizador con contenido de carbono de la celda de combustible. Con ello el punto de partida es que no se alimenta a la celda de combustible ni hidrógeno ni oxígeno. En primer lugar se inicia después la alimentación de hidrógeno. Se vigila la tensión de celda: en el caso de que ésta supere un determinado valor límite, se inicia un control de empeoramiento-impedimento. Este se ocupa de un acoplamiento de una carga eléctrica, con lo que se reduce la tensión de celda y de este modo se impide la corrosión del carbono. A continuación se aumenta la presión del hidrógeno a la entrada del ánodo. Para esto pueden estar dispuestas a la salida del ánodo válvulas con diferentes caudales, entre los que puede conmutarse. Una vez finalizado el control de empeoramiento-impedimento se inicia la generación de corriente y se alimentan a la celda de combustible las cantidades, necesarias en cada caso, de aire e hidrógeno.

El documento US 2004/229088 A1 se ocupa del problema que se produce en un sistema de celda de combustible con un conducto de recirculación de hidrógeno, de que al desconectar el sistema de celda de combustible entra nitrógeno desde el lado del cátodo de la celda de combustible a su lado del ánodo y de este modo al conducto de circulación. Al volver a conectar el sistema de celda de combustible este nitrógeno junto con hidrógeno se alimenta a la celda de combustible, en el lado del ánodo, y conduce a perturbaciones en la reacción electroquímica en la celda de combustible y, de este modo, a una limitación del comportamiento de arranque del sistema de celda de combustible. Para solucionar este problema está prevista una válvula de limpieza en el conducto de recirculación, a través de la cual al conectar el sistema de celda de combustible se evacua el nitrógeno desde el conducto de recirculación.

Por ello la tarea de la invención consiste en indicar un procedimiento para alimentar gas de funcionamiento a una cámara de gas de una celda de combustible, que permita evitar con seguridad unos esfuerzos inadmisiblemente elevados sobre la membrana de celda, a causa de la alimentación de gas a la cámara de gas.

Esta tarea es resuelta conforme a la invención mediante un procedimiento conforme a la reivindicación 1. Unas configuraciones ventajosas son objeto en cada caso de las reivindicaciones subordinadas.

La invención se basa aquí en el reconocimiento de que una membrana de celda reacciona de forma muy sensible a impulsos de presión y puede resultar dañada por estos. Los impulsos de presión de este tipo pueden producirse en especial en el caso de un establecimiento rápido de la presión gaseosa al comienzo de la alimentación de gas a una cámara de gas, cuando todavía se encuentra poco gas en la cámara de gas. Por ello es necesario establecer la presión en la cámara de gas lentamente. Esto es especialmente importante si el gas se implanta en una cámara de gas evacuada.

Habitualmente los conductos de alimentación de gas y las válvulas contenidas en los mismos, para acoplar o desacoplar la alimentación de gas, están equipados con una sección transversal relativamente grande (por ejemplo

DN25) , ya que a través de esto toda la corriente volumétrica de gas necesaria para el funcionamiento de la celda de combustible a plena carga puede circular con una caída de presión lo más reducida posible. A causa de la gran sección transversal, sin embargo, los gases de funcionamiento llenan muy rápidamente las cámaras de gas después de la apertura de las válvulas durante la conexión, con lo que se producen impulsos de presión sobre la membrana de celda.

Una alimentación de gas de alimentación a plena carga con caída de presión reducida, evitando al mismo tiempo impulsos de presión, es posible por medio de que la alimentación del gas de funcionamiento a la cámara de gas se produce primero con una primera velocidad de aumento de presión y después con una segunda velocidad de aumento de presión en la cámara de gas, en donde la primera velocidad de aumento de presión es menor que la segunda velocidad de aumento de presión.

Mediante la elección de una velocidad de aumento de presión menor en la primera fase de la alimentación de gas a la cámara de gas, si la membrana de celda reacciona de forma especialmente sensible a impulsos de presión, pueden evitarse eficazmente impulsos de presión. Solamente tras superarse un nivel de presión definible en la cámara de gas puede producirse después la alimentación del gas de funcionamiento a la cámara de gas con una velocidad de aumento de presión mayor. La segunda velocidad de aumento de presión puede estar determinada por ejemplo mediante una alimentación de gas a la cámara de gas con una caída de presión lo más reducida posible, como la que se necesita para el funcionamiento a plena carga de la celda de combustible. Mediante la evitación de impulsos de presión puede reducirse el esfuerzo mecánico sobre la membrana de celda y, de este modo, alargarse también la vida útil de la membrana.

Conforme a una primera configuración ventajosa del procedimiento conforme a la invención, la transición desde la primera velocidad de aumento de presión a la segunda velocidad de aumento de presión se produce en un paso, es decir, se conmuta directamente de la velocidad de aumento de presión menor a la mayor.

Conforme a una configuración alternativa del procedimiento conforme a la invención, la transición de la primera velocidad de aumento de presión a la segunda velocidad de aumento de presión se produce continuamente.

De forma preferida se detecta una diferencia de presión entre las cámaras de gas de la celda de combustible y, en función de su diferencia de presión, se ajusta la velocidad de aumento de presión en al menos una de las cámaras de gas, de forma preferida por separado para ambas cámaras de gas, de tal modo que no se supere un valor límite definido para la diferencia de presión. Por medio de esto pueden evitarse diferencias de presión elevadas mediante el ajuste específico de las fases de alimentación de gas de funcionamiento en ambos lados de la membrana, lo que tiene como consecuencia una reducción ulterior del esfuerzo mecánico sobre la membrana y, de este modo, un alargamiento de la vida útil de la membrana.

Una celda de combustible conforme a la invención presenta medios para alimentar gas de funcionamiento a una cámara de gas de la celda de combustible, en donde los medios están configurados de tal modo que puede modificarse la velocidad de aumento de presión en la cámara de gas. Por medio... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para alimentar gas de funcionamiento (02) a una cámara de gas anódica (3) y a una cámara de gas catódica (4) de una celda de combustible (1) con una membrana de celda (2) , caracterizado porque para evitar unos esfuerzos mecánicos inadmisiblemente elevados sobre la membrana de celda (2) , la alimentación del gas de funcionamiento (02) a la cámara de gas catódica (4) se produce primero con una primera velocidad de aumento de presión (V1) y después con una segunda velocidad de aumento de presión (V2) , en donde la primera velocidad de aumento de presión (V1) es menor que la segunda velocidad de aumento de presión (V2) .

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la transición desde la primera velocidad de aumento de presión (V1) a la segunda velocidad de aumento de presión (V2) se produce en un paso.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la transición de la primera velocidad de aumento de presión (V1) a la segunda velocidad de aumento de presión (V2) se produce continuamente.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se detecta una diferencia de presión (LP) entre las cámaras de gas (3, 4) de la celda de combustible (1) y, en función de esta diferencia de presión (LP) , se ajusta la velocidad de aumento de presión (V) en al menos la cámara de gas catódica (4) , de tal

modo que no se supera un valor límite definido para la diferencia de presión (LP) .

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el ajuste de la velocidad de aumento de presión (V) se realiza mediante el ajuste de la sección transversal de circulación en un conducto de alimentación de gas (7) a la cámara de gas catódica (4) .