BR112013001562B1

BR112013001562B1 - sistema de célula de combustível e método de operação do mesmo

Info

Publication number: BR112013001562B1
Application number: BR112013001562A
Authority: BR
Inventors: Chikugo Hayato; Nakayama Ken; Yonekura Kenji
Original assignee: Nissan Motor
Priority date: 2010-07-21
Filing date: 2011-07-20
Publication date: 2019-12-24
Also published as: RU2528426C1; EP2597716B1; WO2012011501A1; RU2013107512A; JP5877492B2; CN103026541A; JP2012043778A; EP2597716A4; US20130202976A1; MX2013000696A; CN103026541B; EP2597716A1; MY167011A; BR112013001562A2; US9548503B2

Abstract

sistema de célula de combustível e método de operação do mesmo. um sistema de célula de combustível inclui uma pilha de célula de combustível (s) formada pelo empilhamento de múltiplas células unitárias (c) horizontalmente e tendo, no corpo empilhado, tubos de distribuição através dos quais suprir e descarregar os gases de reação para e de cada uma das células unitárias (c) e trajetórias de escoamento (1a, 1b) que se estendem de um tubo de distribuição de descarga do gás de exaustão do ânodo (m), em ambos os lados extremos da pilha de célula de combustível (s) na direção de empilhamento das células unitárias, respectivamente.

Description

“SISTEMA DE CÉLULA DE COMBUSTÍVEL E MÉTODO DE OPERAÇÃO DO MESMO”

Campo técnico

A presente invenção refere-se a um sistema de célula de combustível incluindo uma pilha de célula de combustível na qual múltiplas células unitárias são empilhadas e se refere particularmente a um sistema de célula de combustível e a um método de operação do mesmo que têm uma função excelente de descarga da água resultante e gases de impureza contidos em um gás de exaustão do ânodo da pilha de célula de combustível.

Técnica precedente

Um sistema de célula de combustível descrito, por exemplo, na Literatura de Patente 1 é um sistema de célula de combustível convencional tendo a função de descarga da água resultante e dos gases. O sistema de célula de combustível da Literatura de Patente 1 é projetado para ser montado em um veículo e tem tal estrutura que um gás de exaustão do ânodo de uma pilha de célula de combustível é introduzido em um separador de gás-líquido através de uma trajetória de circulação do gás de exaustão. O gás de exaustão do ânodo contém hidrogênio não reagido e água resultante. O separador de gás-líquido incorpora um filtro de troca de íon que divide o espaço interno do separador de gás-líquido verticalmente e uma câmara abaixo do filtro de troca de íon para manter uma determinada quantidade da água resultante.

Além do mais, o sistema de célula de combustível circula o hidrogênio separado pelo separador de gás-líquido para um sistema de suprimento de hidrogênio da pilha de célula de combustível e também escoa a água resultante separada pelo separador de gás-líquido para o exterior pela utilização da pressão e velocidade de circulação do hidrogênio. Dessa maneira, a água resultante é impedida de circular para dentro da trajetória de circulação do gás de exaustão quando o veículo é inclinado.

Lista de citação

Literatura de Patente

Literatura de Patente 1 Publicação do Pedido de Patente Japonês 2009-123517

Sumário da invenção

Problemas técnicos

Entretanto, no sistema convencional de célula de combustível como descrito acima, a água resultante descarregada da pilha de célula de combustível pode circular possivelmente de volta na trajetória de circulação do gás de exaustão antes de alcançar o separador de gás-líquido se a velocidade de circulação do hidrogênio é baixa. Por essa razão, esses componentes precisam ser dispostos em tal maneira de modo a garantir um vão vertical suficiente entre a pilha de célula de combustível e a trajetória de circulação do gás de exaustão e o separador de gás-líquido.

Isso leva a problemas que se o sistema convencional de célula de combustível de

2/25 ve ser montado em um veículo tendo um pequeno espaço limitado sob o seu piso, a disposição do sistema de célula de combustível sob o piso pode ser extremamente difícil e que se o vão vertical entre os componentes não é grande o suficiente, o escoamento pode ser difícil quando o veículo fica inclinado. Existe uma necessidade por soluções para esses problemas.

Observe que a velocidade de circulação do hidrogênio depende da saída de um dispositivo de acionamento, tal como uma bomba de circulação. Assim, para reduzir essa velocidade de circulação deve também reduzir a saída do dispositivo de acionamento e é, portanto, altamente efetivo em atingir a redução no tamanho e peso da estrutura do sistema e redução no consumo de força.

A presente invenção foi criada em vista dos problemas convencionais acima e um objetivo da mesma é apresentar um sistema de célula de combustível e um método de operação do mesmo que possa obter excelente capacidade de montagem sob o piso de um veículo e uma boa função de escoamento da água mesmo no caso de um sistema com baixa velocidade de circulação do hidrogênio.

Solução para os problemas

Um aspecto da presente invenção é um sistema de célula de combustível incluindo uma pilha de célula de combustível formada pelo empilhamento de múltiplas células unitárias horizontalmente e tendo, no corpo empilhado, tubos de distribuição através dos quais suprir e descarregar os gases de reação para e de cada uma das células unitárias. Esse sistema de célula de combustível inclui trajetórias de escoamento que se estendem de um tubo de distribuição de descarga do gás de exaustão do ânodo, em ambos os lados extremos da pilha de célula de combustível em uma direção de empilhamento das células unitárias, respectivamente.

Outro aspecto da presente invenção é um método de operação de um sistema de célula de combustível. Esse método inclui as etapas de: dispor uma pilha de célula de combustível formada pelo empilhamento de múltiplas células unitárias em tal direção que a direção de empilhamento das células unitárias fica horizontal; dotar a pilha de célula de combustível com tubos de distribuição através dos quais suprir e descarregar os gases de reação para e de cada uma das células unitárias; fornecer trajetórias de escoamento que se estendem de um tubo de distribuição de descarga do gás de exaustão do ânodo, em ambos os lados extremos da pilha de célula de combustível na direção de empilhamento das células unitárias, respectivamente; dotar as trajetórias de escoamento em ambos os lados extremos com separadores de líquido-água em posições a montante dos orifícios de saída para o exterior e válvulas de controle que abrem e fecham os orifícios de saída para o exterior, respectivamente, os separadores de líquido-água sendo projetados para deter a água resultante, e ainda proporcionar uma trajetória de circulação do gás de exaustão que se comunica

3/25 com pelo menos uma das trajetórias de escoamento em ambos os lados extremos, e uma válvula de purificação que descarrega um gás de impureza da trajetória de circulação do gás de exaustão. Além do mais, o método inclui a etapa de: abrir as duas válvulas de controle por um período de tempo necessário para escoar os separadores de líquido-água e abrir a válvula de purificação se a quantidade do gás de impureza descarregável das válvulas de controle é menor do que a quantidade do gás de impureza gerado na pilha de célula de combustível.

Breve descrição dos desenhos [Figura 1] A figura 1 é um diagrama explicativo mostrando uma modalidade de um sistema de célula de combustível da presente invenção.

[Figura 2] A figura 2 é um diagrama explicativo mostrando outra modalidade do sistema de célula de combustível da presente invenção.

[Figura 3] A figura 3 é um diagrama explicativo mostrando outra modalidade do sistema de célula de combustível da presente invenção.

[Figura 4] A figura 4 é um diagrama explicativo mostrando outra modalidade do sistema de célula de combustível da presente invenção.

[Figura 5] A figura 5 é um diagrama explicativo mostrando outra modalidade do sistema de célula de combustível da presente invenção.

[Figura 6] A figura 6 é um diagrama explicativo mostrando outra modalidade do sistema de célula de combustível da presente invenção.

[Figura 7] A figura 7 é um diagrama explicativo mostrando outra modalidade do sistema de célula de combustível da presente invenção.

[Figura 8] A figura 8 é um diagrama explicativo mostrando outra modalidade do sistema de célula de combustível da presente invenção.

[Figura 9] A figura 9 é um diagrama explicativo mostrando um sistema de célula de combustível (parte (A)) e um diagrama de tempo mostrando as operações das válvulas (parte (B)), de acordo com uma modalidade de um método de operação do sistema de célula de combustível da presente invenção.

[Figura 10] A figura 10 é um gráfico mostrando a relação entre a corrente gerada e a quantidade de água do produto em um lado do ânodo (parte (A)) e um gráfico mostrando a relação entre a corrente gerada e a quantidade de impurezas circulando para dentro do lado do ânodo (parte (B)) [Figura 11] A figura 11 é um diagrama explicativo mostrando um sistema de célula de combustível (parte (A)), um diagrama de tempo mostrando as operações das válvulas no estado onde uma pilha de célula de combustível mostrada na parte (A) está inclinada com seu lado direito para baixo (parte (B)) e um diagrama de tempo mostrando as operações das válvulas no estado onde a pilha de célula de combustível mostrada na parte (A) está inclina

4/25 da com seu lado esquerdo para baixo (parte (C)), de acordo com outra modalidade do método de operação do sistema de célula de combustível da presente invenção.

[Figura 12] A figura 12 é um diagrama explicativo mostrando um sistema de célula de combustível (parte (A)), um diagrama de tempo mostrando as operações das válvulas no 5 estado onde uma pilha de célula de combustível mostrada na parte (A) está inclinada com seu lado direito para baixo (parte (B)) e um diagrama de tempo mostrando as operações das válvulas no estado onde a pilha de célula de combustível mostrada na parte (A) está inclinada com seu lado esquerdo para baixo (parte (C)), de acordo com outra modalidade do método de operação do sistema de célula de combustível da presente invenção.

[Figura 13] A figura 13 é um diagrama explicativo mostrando um sistema de célula de combustível (parte (A)) e um diagrama de tempo mostrando as operações das válvulas e as mudanças no volume de circulação do ar para diluição (parte (B)), de acordo com outra modalidade do método de operação do sistema de célula de combustível da presente invenção.

[Figura 14] A figura 14 é um diagrama explicativo mostrando um sistema de célula de combustível de um tipo de circulação do gás do ânodo como outra modalidade do sistema de célula de combustível da presente invenção.

[Figura 15] A figura 15 é um diagrama explicativo mostrando um sistema de célula de combustível de um tipo de circulação do gás do ânodo como outra modalidade do siste20 ma de célula de combustível da presente invenção.

[Figura 16] A figura 16 é um diagrama explicativo mostrando um sistema de célula de combustível de um tipo sem circulação de gás do ânodo como outra modalidade do sistema de célula de combustível da presente invenção.

[Figura 17] A figura 17 é um diagrama explicativo mostrando um sistema de célula 25 de combustível de um tipo sem circulação de gás do ânodo como outra modalidade do sistema de célula de combustível da presente invenção.

[Figura 18] A figura 18 é uma vista plana explicativa (parte (A)) e uma vista lateral explicativa (parte (B)) mostrando o estado a bordo como outra modalidade do sistema de célula de combustível da presente invenção.

[Figura 19] A figura 19 é uma vista plana explicativa (parte (A)) e uma vista lateral explicativa (parte (B)) mostrando o estado a bordo como outra modalidade do sistema de célula de combustível da presente invenção.

[Figura 20] A figura 20 é uma vista plana explicativa (parte (A)) e uma vista lateral explicativa (parte (B)) mostrando o estado a bordo como outra modalidade do sistema de 35 célula de combustível da presente invenção.

Descrição das modalidades

Um sistema de célula de combustível mostrado na figura 1 inclui uma pilha de célu

5/25 la de combustível S formada pelo empilhamento de múltiplas células unitárias C horizontalmente e tendo, no corpo empilhado, tubos de distribuição (M) através dos quais suprir e descarregar os gases de reação para e de cada célula unitária C. Além do mais, o sistema de célula de combustível inclui trajetórias de escoamento 1A e 1B que se estendem de um 5 tubo de distribuição de descarga do gás de exaustão do ânodo M, em ambos os lados extremos da pilha de célula de combustível S na direção de empilhamento da célula unitária, respectivamente.

Além do mais, o sistema de célula de combustível inclui uma unidade 2 que supre a pilha de célula de combustível S com um gás do ânodo (hidrogênio) servindo como um gás 10 de reação e uma unidade 3 que supre a pilha de célula de combustível S com um gás do catodo (ar) servindo como o outro gás de reação. O sistema de célula de combustível inclui dispositivos fluídicos, tais como válvulas e bombas e dispositivos de controle, que não são ilustrados aqui.

Cada célula unitária C é uma célula unitária conhecida incluindo: um conjunto de 15 eletrodo de membrana (MEA) no qual uma membrana de eletrólito é mantida entre um elef trodo de combustível (ânodo) e um eletrodo de ar (catodo) e dois separadores que comprimem esse conjunto de eletrodo de membrana. Observe que o conjunto do eletrodo de membrana inclui esses tendo camadas de difusão do gás nos lados externos do eletrodo de combustível e do eletrodo de ar.

Além do mais, cada célula unitária C tem furos do tubo de distribuição para o suprimento e descarga, de modo que o gás do ânodo e o gás do catodo podem circular. No estado empilhado, os furos do tubo de distribuição se comunicam para formar seus tubos de distribuição correspondentes. Adicionalmente, cada célula unitária C é dotada com um furo do tubo de distribuição para suprimento e descarga de um fluido de esfriamento em alguns 25 casos.

Pelo empilhamento de múltiplas células unitárias C horizontalmente, a pilha de célula de combustível S forma, no corpo empilhado, o tubo de distribuição para o suprimento do gás do ânodo e a descarga do gás de exaustão do ânodo e o tubo de distribuição para suprimento do gás do catodo e a descarga do gás de exaustão do catodo. A figura 1 mostra o 30 tubo de distribuição de descarga do gás de exaustão do ânodo Μ. O gás de exaustão do ânodo contém hidrogênio deixado não reagido, gases de impureza, tal como nitrogênio, tendo atravessado a membrana do eletrólito, água resultante, etc.

Além do mais, a pilha de célula de combustível S inclui as chapas finais 4A e 4B em ambas as suas extremidades na direção de empilhamento da célula unitária. As chapas fi35 nais 4A e 4B aplicam certa pressão em cada célula unitária C na direção de empilhamento para manter esse estado.

Como mencionado anteriormente, o sistema de célula de combustível acima inclui

6/25 as trajetórias de escoamento 1A e 1B que se estendem para baixo a partir do tubo de distribuição de descarga do gás de exaustão do ânodo M, em ambos os lados extremos da pilha de célula de combustível S, respectivamente. Essas trajetórias de escoamento 1A e 1B incluem orifícios de escoamento formados nas chapas finais 4A e 4B da pilha de célula de 5 combustível S e tubulação conectada a elas. Além do mais, no sistema de célula de combustível ilustrado, as trajetórias de escoamento 1A e 1B são conectadas, cada uma, em cano de escapamento comum 5.

O sistema de célula de combustível acima é montado em um veículo elétrico, por exemplo. Aqui, o sistema de célula de combustível é montado em tal maneira que a direção 10 de empilhamento das células unitárias C na pilha de célula de combustível S coincide com a direção esquerda-direita do veículo ou a direção frontal-traseira do veículo. Como o gás do ânodo e o gás do catodo são supridos para a pilha de célula de combustível S, a reação eletroquímica ocorre em cada célula unitária C, dessa forma gerando energia elétrica.

Além do mais, na geração elétrica descrita acima, o sistema de célula de combustí15 vel descarrega o gás de exaustão do ânodo e o gás de exaustão do catodo da pilha de céluf Ia de combustível S. Especificamente, o sistema de célula de combustível descarrega a água resultante e os gases de impureza, tal como o nitrogênio contido no gás de exaustão do ânodo para o exterior. Aqui, desde que o sistema de célula de combustível inclui as trajetórias de escoamento 1A e 1B em ambas as extremidades da pilha de célula de combustível 20 S, a água resultante e os gases de impureza são descarregados através dessas trajetórias de escoamento 1A e 1B. Além do mais, mesmo quando a pilha de célula de combustível S é inclinada com seu lado para cima devido à condição da estrada que o veículo está percorrendo ou semelhante, o sistema de célula de combustível escoa a água através da trajetória de escoamento 1A (1B) na posição mais baixa sem falha e descarrega os gases de impure25 za principalmente através da trajetória de escoamento 1B (1 A) na posição mais alta.

Pelo fato de que o sistema de célula de combustível acima inclui as trajetórias de escoamento 1A e 1B em ambas as extremidades da pilha de célula de combustível S como descrito acima, a altura da estrutura do sistema pode ser construída pequena. Isso oferece excelente capacidade de montagem sob o piso do veículo que é um espaço limitado, pe30 queno. Além do mais, o sistema de célula de combustível é capaz de descarregar com segurança a água resultante e os gases de impureza mesmo em um estado inclinado. Assim, mesmo os sistemas com baixa velocidade de circulação de hidrogênio podem obter um bom escoamento e funções de descarga do gás.

As figuras 2 a 8 são diagramas descrevendo outras sete modalidades do sistema de célula de combustível de acordo com a presente invenção. Observe que as mesmas partes que essas na modalidade precedente serão representadas pelos mesmos símbolos de referência e a sua descrição detalhada será omitida. Adicionalmente, cada um dos sistemas

7/25 de célula de combustível das modalidades seguintes inclui componentes, tais como a unidade de suprimento do gás do ânodo (símbolo de referência 2 na figura 1) e a unidade de suprimento do gás do catodo (símbolo de referência 3 na figura 1), embora eles não sejam ilustrados.

O sistema de célula de combustível mostrado na figura 2 inclui as trajetórias de escoamento 1A e 1B estendidas a partir do tubo de distribuição de descarga do gás de exaustão do ânodo M, em ambos os lados extremos da pilha de célula de combustível S na direção de empilhamento da célula unitária, respectivamente. Além do mais, o sistema de célula de combustível inclui um separador de líquido-água em pelo menos uma das trajetórias de 10 escoamento 1A e 1B em ambos os lados extremos em uma posição a montante de um orifício de saída para o exterior, o separador de líquido-água sendo projetado para deter a água resultante. No exemplo ilustrado, o sistema de célula de combustível inclui separadores de líquido-água 6A e 6B nas trajetórias de escoamento 1A e 1B em ambos os lados extremos.

O sistema de célula de combustível acima pode realizar operações e efeitos equiva15 lentes a esses da modalidade precedente. Além disso, dotado com os separadores de líqui' do-água 6A e 6B que detém uma determinada quantidade da água resultante, o sistema de célula de combustível pode impedir com mais segurança a situação onde a água resultante retorna para a pilha de célula de combustível S devido a uma mudança abrupta na inclinação. Isto é, é possível impedir a corrente de retorno da água resultante mesmo quando um 20 veículo equipado com o sistema de célula de combustível é abruptamente inclinado ou quando o veículo é submetido a uma grande aceleração.

O sistema de célula de combustível mostrado na figura 3 inclui as trajetórias de escoamento 1A e 1B estendidas a partir do tubo de distribuição de descarga do gás de exaustão do ânodo M, em ambos os lados extremos da pilha de célula de combustível S na dire25 ção de empilhamento da célula unitária, respectivamente. Além do mais, o sistema de célula de combustível inclui pelo menos um do separador de líquido-água em uma posição a montante do orifício de saída para o exterior, e de uma válvula de controle em pelo menos uma das trajetórias de escoamento 1A e 1B em ambos os lados extremos, o separador de líquido-água sendo projetado para deter a água resultante, a válvula de controle sendo projetada 30 para abrir e fechar o orifício de saída para o exterior. No exemplo ilustrado, o sistema de célula de combustível inclui os separadores de líquido-água 6A e 6B e as válvulas de controle 7A e 7B nas trajetórias de escoamento 1A e 1B em ambos os lados extremos, respectivamente.

O sistema de célula de combustível incluindo a válvula de controle 7A e/ou 7B pode 35 utilizar qualquer uma das configurações (a) a (g) seguintes.

(a) Uma configuração na qual a válvula de controle é fornecida em somente uma trajetória de escoamento.

8/25 (b) Uma configuração na qual a válvula de controle é fornecida em ambas as trajetórias de escoamento.

(c) Uma configuração na qual o separador de líquido-água é fornecido em uma trajetória de escoamento e a válvula de controle é fornecida nessa mesma trajetória de escoamento.

(d) Uma configuração na qual o separador de líquido-água é fornecido em uma trajetória de escoamento e a válvula de controle é fornecida na outra trajetória de escoamento.

(e) Uma configuração na qual o separador de líquido-água é fornecido em uma trajetória de escoamento e a válvula de controle é fornecida em ambas as trajetórias de escoamento.

(f) Uma configuração na qual o separador de líquido-água é fornecido em ambas as trajetórias de escoamento e a válvula de controle é fornecida em uma trajetória de escoamento.

(g) Uma configuração na qual o separador de líquido-água e a válvula de controle são fornecidos, cada um, em ambas as trajetórias de escoamento (a configuração da figura 3).

Além do mais, o sistema de célula de combustível dessa modalidade inclui uma trajetória de circulação do gás de exaustão 8 se comunicando com pelo menos uma das trajetórias de escoamento 1A e 1B em ambos os lados extremos e também inclui uma válvula de purificação do gás de impureza 9 nessa trajetória de circulação do gás de exaustão 8. No exemplo ilustrado, a trajetória de escoamento 1B no lado direito no desenho inclui a trajetória de circulação do gás de exaustão 8 que se estende do separador de líquido-água 6B para o exterior e a válvula de purificação 9 ramificando para fora da trajetória de circulação do gás de exaustão 8.

O sistema de célula de combustível acima pode realizar operações e efeitos equivalentes a esses das modalidades precedentes. Além disso, o sistema de célula de combustível descarrega a água resultante através das válvulas de controle 7A e 7B e também descarrega os gases de impureza (gás de nitrogênio em particular) no gás de exaustão do ânodo através da válvula de purificação 9. Aqui, o sistema de célula de combustível fecha as válvulas 7A, 7B e 9 quando descarregando a água resultante e os gases de impureza não são necessários. Dessa maneira, a descarga excessiva do hidrogênio não reagido no gás de exaustão do ânodo é impedida, dessa maneira tornando possível coletar, circular e reutilizar o hidrogênio através da trajetória de circulação do gás de exaustão 8.

O sistema de célula de combustível mostrado na figura 4 inclui as trajetórias de escoamento 1A e 1B que se estendem a partir do tubo de distribuição de descarga do gás de exaustão do ânodo M, em ambos os lados extremos da pilha de célula de combustível S na direção de empilhamento da célula unitária, respectivamente. Além do mais, no sistema de

9/25 célula de combustível, as trajetórias de escoamento 1A e 1B em ambos os lados extremos incluem um orifício de saída comum 10 para o exterior e a válvula de controle 7 que abre e fecha esse orifício de saída 10. No exemplo ilustrado, as trajetórias de escoamento 1A e 1B em ambos os lados extremos incluem um separador de líquido-água comum 6 se comunicando com elas e têm a válvula de controle 7 e o orifício de saída 10 em uma configuração em série em uma posição a jusante desse separador de líquido-água 6. Nesse caso, o sistema de célula de combustível usa a gravidade para fazer a água resultante circular para fora e, portanto, o separador de líquido-água 6, a válvula de controle 7 e o orifício de saída 10 são dispostos em um lado inferior da pilha de célula de combustível S como uma questão lógica.

O sistema de célula de combustível acima pode realizar operações e efeitos equivalentes a esses das modalidades precedentes. Além disso, o sistema de célula de combustível pode conseguir uma boa função de escoamento com um separador de líquido-água 6, uma válvula de controle 7 e um orifício de saída 10 e a estrutura do sistema pode ser reduzida mais, portanto, no tamanho e peso.

O sistema de célula de combustível mostrado na figura 5 tem uma configuração que é a configuração mostrada na figura 4, exceto que os separadores de líquido-água 6A e 6B são fornecidos para as trajetórias de escoamento 1A e 1B em ambos os lados extremos. Esse sistema de célula de combustível pode também realizar operações e efeitos equivalentes ao sistema de célula de combustível mostrado na figura 4. Além disso, o separador de líquido-água 6A e 6B em ambos os lados pode impedir com mais segurança uma situação onde a água resultante retorna para o lado da pilha de célula de combustível S, dessa forma tornando possível impedir a corrente de retorno da água resultante devido a uma mudança abrupta na postura ou uma aceleração abrupta.

O sistema de célula de combustível mostrado na figura 6 tem a configuração mostrada na figura 4, exceto que as trajetórias de escoamento 1A e 1B em ambos os lados extremos são inclinadas para baixo em direção ao orifício de saída comum 10. O ângulo de inclinação Θ de cada uma das trajetórias de escoamento 1A e 1B corresponde, por exemplo, com o ângulo de inclinação máximo na direção frontal-traseira ou esquerda-direita necessário para o veículo a ser equipado com o sistema de célula de combustível.

Esse sistema de célula de combustível pode também realizar operações e efeitos equivalentes ao sistema de célula de combustível mostrado na figura 4. Além disso, o sistema de célula de combustível pode impedir com mais segurança uma situação onde a água resultante retorna para o lado da pilha de célula de combustível S usando a estrutura simples envolvendo somente a inclinação das trajetórias de escoamento 1A e 1B.

O sistema de célula de combustível mostrado na figura 7 inclui as trajetórias de escoamento 1A e 1B que se estendem a partir do tubo de distribuição de descarga do gás de

10/25 exaustão do ânodo M em ambos os lados extremos da pilha de célula de combustível S na direção de empilhamento da célula unitária e também inclui as válvulas de controle 7A e 7B nas trajetórias de escoamento 1A e 1B em ambos os lados extremos, respectivamente. Além do mais, no sistema de célula de combustível, a superfície inferior do tubo de distribuição de descarga do gás de exaustão do ânodo M na pilha de célula de combustível S é inclinada para baixo para ambos os lados extremos a partir de uma porção intermediária dos mesmos na direção de empilhamento da célula unitária sendo o ponto mais alto.

No exemplo ilustrado, o centro aproximado da superfície inferior na direção de empilhamento da célula unitária é definido como o ponto mais alto. A superfície inferior inclinada, como descrito acima, pode ser formada dispondo um elemento adequado dentro do tubo de distribuição de descarga do gás de exaustão do ânodo M. Alternativamente, o furo do tubo de distribuição em cada célula unitária C pode ser formado em tal maneira que uma porção do mesmo fica ligeiramente deslocada de uma célula unitária C para outra; dessa maneira, o empilhamento das células unitárias C pode fazer os furos do tubo de distribuição se comunicarem para formar o tubo de distribuição de descarga do gás de exaustão do ânodo M e formar a sua superfície inferior no estado inclinado.

O sistema de célula de combustível acima pode realizar operações e efeitos equivalentes a esses das modalidades precedentes. Além disso, desde que o sistema de célula de combustível descarrega a água resultante da pilha de célula de combustível S sem falha pelo uso da estrutura simples envolvendo somente a inclinação da superfície inferior do tubo de distribuição de descarga do gás de exaustão do ânodo M, a estrutura simples pode contribuir para mais redução no tamanho e peso da estrutura do sistema.

O sistema de célula de combustível mostrado na figura 8 inclui duas pilhas de célula de combustível superior e inferior S e S. Além do mais, o sistema de célula de combustível é configurado tal que ele inclui trajetórias de escoamento comuns 1A e 1B, separadores de líquido-água comuns 6A e 6B e válvulas de controle comuns 7A e 7B em ambos os lados extremos das pilhas de célula de combustível superior e inferior S e S, respectivamente. Como descrito acima, o sistema de célula de combustível da presente invenção é aplicável também a uma configuração incluindo múltiplas pilhas de célula de combustível S e S. Nesse caso também, as operações e os efeitos equivalentes a esses das modalidades precedentes podem ser obtidos.

As figuras 9 a 12 são diagramas descrevendo quatro modalidades do método de operação do sistema de célula de combustível de acordo com a presente invenção. Observe que no sistema de célula de combustível, os mesmos componentes que esses nas modalidades precedentes serão representados pelos mesmos símbolos de referência, e a sua descrição detalhada será omitida.

O método de operação do sistema de célula de combustível mostrado na figura 9 é

11/25 um método de operação de um sistema de célula de combustível mostrado na parte (A) do mesmo desenho. A sua pilha de célula de combustível S tem as trajetórias de escoamento 1A e 1B, os separadores de líquido-água 6A e 6B e as válvulas de controle 7A e 7B em ambos os seus lados extremos na direção de empilhamento da célula unitária, respectivamente. Além do mais, a pilha de célula de combustível S tem a trajetória de circulação do gás de exaustão 8 que se comunica com pelo menos uma das trajetórias de escoamento em ambos os lados extremos e a válvula de purificação 9 através da qual os gases de impureza são descarregados dessa trajetória de circulação do gás de exaustão 8.

No método de operação do sistema de célula de combustível acima, as duas válvulas de controle 7A e 7B são abertas por um período de tempo necessário para escoar os separadores de líquido-água 6A e 6B e a válvula de purificação 9 é aberta quando a quantidade dos gases de impureza descarregáveis de ambas as válvulas de controle 7A e 7B é menor do que a quantidade dos gases de impureza gerados na pilha de célula de combustível S.

Mais especificamente, como mostrado na parte (B) da figura 9, uma válvula de controle 7A é aberta por um período de tempo tA necessário para escoar o separador de líquido-água 6A (tempo de escoamento necessário) e a outra válvula de controle 7B é então aberta por um período de tempo tB necessário para escoar o separador de líquido-água 6B (tempo de escoamento necessário). Ambos os tempos de escoamento necessários são da mesma duração de tempo. Observe que os sincronismos para abrir as válvulas de controle 7A e 7B não são limitados ao caso acima. Por exemplo, a outra válvula de controle 7B pode ser aberta antes da válvula de controle 7A ou ambas as válvulas de controle 7A e 7B podem ser abertas simultaneamente.

Esse tipo de sistema de célula de combustível é conhecido como tendo uma tendência que o aumento na temperatura ou valor de corrente da pilha de célula de combustível S aumenta as quantidades da água resultante e os gases de impureza gerados no gás de exaustão do ânodo. Por exemplo, como mostrado na parte (A) da figura 10, o volume de circulação da água do produto no lado do ânodo aumenta à medida que a corrente gerada aumenta e o grau desse aumento se torna mais drástico à medida que a temperatura de operação se torna mais alta. Além do mais, como mostrado na parte (B) da figura 10, a quantidade de impurezas circulando para o lado do ânodo também aumenta à medida que a corrente gerada aumenta e o grau desse aumento se torna mais drástico à medida que a temperatura de operação se torna mais alta. Assim, pela medição da temperatura ou valor de corrente da pilha de célula de combustível S, é possível estimar as quantidades da água resultante (água de produto) e os gases de impureza (impurezas) gerados nesse momento do tempo.

Sob esse aspecto, no método de operação do sistema de célula de combustível, a

12/25 quantidade da água resultante gerada é estimada a partir da temperatura ou valor de corrente da pilha de célula de combustível S para determinar os tempos de escoamento necessários tA e tB nesse momento do tempo. Similarmente, a quantidade dos gases impuros gerados é estimada para determinar um tempo de purificação necessário tN₂ nesse momento do tempo. Observe que os tempos de escoamento necessários tA e tB são um período de tempo necessário para cada uma das válvulas de controle 7A e 7B escoar completamente a quantidade da água resultante assim estimada e são um período de tempo longo o suficiente para que uma válvula de controle escoe completamente essa quantidade.

Além do mais, no método de operação acima do sistema de célula de combustível, quando as duas válvulas de controle 7A e 7B são abertas pelos tempos de escoamento necessários tA e tB descritos acima, as duas válvulas de controle 7A e 7B são abertas pelos tempos de escoamento necessários tA e tB que são da mesma duração de tempo, a despeito da postura (inclinação) do veículo. Assim, não é somente descarregada a água resultante, mas também os gases de impureza.

Especificamente, no método de operação do sistema de célula de combustível, a quantidade total descarregável das duas válvulas de controle 7A e 7B é maior porque ambas as válvulas de controle 7A e 7B são abertas pelos tempos de escoamento necessários tA e tB que permitem o escoamento completo da quantidade estimada da água resultante como mencionado acima. Isso resulta em um tempo de abertura excedente em pelo menos uma das válvulas de controle 7A e 7B, a despeito de se as quantidades da água detida nos separadores de líquido-água 6A e 6B em ambos os lados são iguais ou diferentes entre si. Durante esse tempo de abertura, os gases de impureza podem ser descarregados.

Por exemplo, no caso onde a pilha de célula de combustível S mostrada na parte (A) da figura 9 é inclinada com seu lado esquerdo para baixo, a água resultante é detida principalmente em um separador de líquido-água 6A no lado esquerdo. Depois, quando ambas as válvulas de controle 7A e 7B são abertas pelos tempos de escoamento necessários tA e tB, a água resultante é descarregada principalmente da uma válvula de controle 7A e os gases de impureza são descarregados principalmente da outra válvula de controle 7B.

Aqui, no método de operação do sistema de célula de combustível, os gases de impureza não podem ser descarregados completamente dentro dos tempos de escoamento necessários tA e tB no caso onde a quantidade dos gases de impureza descarregáveis de ambas as válvulas de controle 7A e 7B enquanto elas estão abertas pelos tempos de escoamento necessários tA e tB é menor do que a quantidade estimada dos gases de impureza gerados na pilha de célula de combustível S. Assim, a válvula de purificação 9 é aberta por um período de tempo obtido subtraindo o tempo de escoamento necessário (tA ou tB) do tempo de purificação necessário tN₂ ou um tempo de descarga necessário tC para os gases de impureza restantes. Observe que a válvula de purificação 9 não fica aberta no caso onde

13/25 a quantidade dos gases de impureza descarregáveis de ambas as válvulas de controle 7A e 7B é maior do que a quantidade estimada dos gases de impureza, porque os gases de impureza podem ser descarregados dentro dos tempos de escoamento necessários tA e tB estabelecidos para as válvulas de controle 7A e 7B.

Como descrito acima, de acordo com o método de operação acima do sistema de célula de combustível, é possível garantir uma boa função de escoamento e também impedir a descarga excessiva do hidrogênio no gás de exaustão do ânodo pela abertura de cada uma das válvulas de controle 7A e 7B e da válvula de purificação 9 somente pela duração de tempo mínima de acordo com a condição de operação do sistema de célula de combustí10 vel.

Incidentemente, enquanto a parte (B) da figura 9 é um diagrama explicativo de um caso onde a pilha de célula de combustível S mostrada na parte (A) da figura 9 está inclinada com o seu lado esquerdo para baixo, o método de operação do sistema de célula de combustível funciona similarmente no caso onde a pilha de célula de combustível S está 15 inclinada na direção oposta. Nesse caso, os gases de impureza são descarregados principalmente da válvula de controle 7A, que abre primeiro, e a água resultante é descarregada principalmente da outra válvula de controle 7B. Portanto, o método de operação acima do sistema de célula de combustível pode conseguir boas funções de descarga da água resultante e dos gases de impureza mesmo quando um veículo equipado com o sistema de célu20 Ia de combustível é inclinado ou submetido à aceleração em qualquer direção.

O método de operação do sistema de célula de combustível mostrado na figura 11 é um método de operação de um sistema de célula de combustível mostrado na parte (A) do mesmo desenho. Sua pilha de célula de combustível S tem as trajetórias de escoamento 1A e 1B, os separadores de líquido-água 6A e 6B e as válvulas de controle 7A e 7B em ambos 25 os seus lados extremos na direção de empilhamento da célula unitária, respectivamente.

No método de operação do sistema de célula de combustível acima, uma das duas válvulas de controle 7A e 7B, que é a válvula de controle 7A, é aberta por um período de tempo (tA) necessário para escoar o separador de líquido-água 6A. Para a outra válvula de controle 7B, o mais longo entre o período de tempo (tB) necessário para escoar o separador 30 de líquido-água tB e o período de tempo (tN₂) necessário para descarregar os gases de impureza é selecionado e a outra válvula de controle 7B é aberta por esse período de tempo.

Nessa modalidade também, os períodos de tempo tA e tB acima são valores iguais. As quantidades da água do produto e dos gases de impureza gerados no ânodo são estimadas com base em uma condição de operação, tal como a corrente gerada pela pilha de 35 célula de combustível S ou a sua temperatura. Os valores dos períodos de tempo tA, tB e tN₂ são estabelecidos com base no resultado dessa estimativa.

A parte (B) da figura 11 é um diagrama explicativo de um caso onde a pilha de célu

14/25 la de combustível S mostrada na parte (A) da figura 11 é inclinada com seu lado direito para baixo. Nesse caso, no sistema de célula de combustível, a água resultante é detida principalmente no outro separador de líquido-água 6B no lado direito na parte (A) da figura 11 e os gases de impureza são detidos no separador de líquido-água 6A no lado oposto.

Aqui, no método de operação do sistema de célula de combustível, o mais longo entre o período de tempo (tempo de escoamento necessário) tA necessário para escoar o separador de líquido-água 6A e o período de tempo (tempo de descarga necessário) tN₂necessário para descarregar os gases de impureza é selecionado, isto é, o tempo de descarga necessário tN₂ para os gases de impureza é selecionado e a uma válvula de controle 7A no lado esquerdo na parte (A) da figura 11 é aberta pelo período de tempo tN₂. Subsequentemente, a outra válvula de controle 7B é aberta pelo tempo de escoamento necessário tB para o separador de líquido-água 6B. Observe que a ordem de abertura das válvulas de controle 7A e 7B não é limitada ao caso acima. Por exemplo, a outra válvula de controle 7B pode ser aberta antes da uma válvula de controle 7A, ou, ambas as válvulas de controle 7A e 7B podem ser abertas simultaneamente.

Como resultado, os gases de impureza são descarregados da uma válvula de controle 7A e a água resultante é descarregada da outra válvula de controle 7B. Dessa maneira, o método de operação do sistema de célula de combustível garante uma boa função de escoamento e também impede a descarga excessiva do hidrogênio no gás de exaustão do ânodo pela abertura de cada uma das válvulas de controle 7A e 7B somente pela duração mínima de tempo de acordo com a condição de operação do sistema de célula de combustível.

O método de operação do sistema de célula de combustível funciona similarmente no caso onde a pilha de célula de combustível S está inclinada na direção oposta. Especificamente, a parte (C) da figura 11 é um diagrama explicativo de um caso onde a pilha de célula de combustível S mostrada na parte (A) da figura 11 está inclinada com seu lado esquerdo para baixo. Nesse caso, no sistema de célula de combustível, a água resultante é detida principalmente no um separador de líquido-água 6A no lado esquerdo na parte (A) da figura 11 e os gases de impureza são mantidos no outro separador de líquido-água 6B no lado oposto.

Aqui, como o caso prévio, no método de operação do sistema de célula de combustível, o mais longo entre o tempo de escoamento necessário tA para o separador de líquidoágua 6A e o tempo de descarga necessário tN₂ para os gases de impureza é selecionado, isto é, o tempo de descarga necessário tN₂ para os gases de impureza é selecionado e a válvula de controle 7A no lado esquerdo na parte (A) da figura 11 é aberta pelo tempo tN₂. Subsequentemente, a outra válvula de controle 7B é aberta pelo tempo de escoamento necessário tB para o separador de líquido-água 6B. Observe que a ordem de abertura das vál

15/25 vulas de controle 7A e 7B não é limitada ao caso acima. Por exemplo, a outra válvula de controle 7B pode ser aberta antes da uma válvula de controle 7A ou ambas as válvulas de controle 7A e 7B podem ser abertas simultaneamente.

Como resultado, no método de operação do sistema de célula de combustível, a água resultante e parte dos gases de impureza são descarregadas de uma válvula de controle 7A e a parte restante dos gases de impureza é descarregada da outra válvula de controle 7B. Dessa maneira, o método de operação do sistema de célula de combustível garante uma boa função de escoamento e também impede a descarga excessiva do hidrogênio no gás de exaustão do ânodo pela abertura de cada uma das válvulas de controle 7A e 7B somente pela duração mínima de tempo de acordo com a condição de operação do sistema de célula de combustível.

Como descrito acima, o método de operação acima do sistema de célula de combustível pode conseguir boas funções de descarga da água resultante e dos gases de impureza mesmo quando um veículo equipado com o sistema de célula de combustível é inclinado ou submetido à aceleração em qualquer direção. Incidentemente, embora a modalidade acima tenha descrito o caso onde o tempo de descarga necessário tN₂ para os gases de impureza é mais longo, o tempo de escoamento necessário tA para o separador de líquidoágua 6B é selecionado se ele é mais longo. Nesse caso também é possível descarregar toda a água resultante e os gases de impureza das válvulas de controle 7A e 7B em ambos os lados.

O método de operação do sistema de célula de combustível mostrado na figura 12 é um método de operação de um sistema de célula de combustível mostrado na parte (A) do mesmo desenho. A sua pilha de célula de combustível S tem as trajetórias de escoamento 1A e 1B, os separadores de líquido-água 6A e 6B e as válvulas de controle 7A e 7B em ambos os seus lados extremos na direção de empilhamento da célula unitária, respectivamente.

Como a modalidade mostrada na figura 11, no método de operação do sistema de célula de combustível acima, uma válvula de controle é aberta por um período de tempo necessário para escoar o separador de líquido-água correspondente. Para a outra válvula de controle, o mais longo entre um período de tempo necessário para escoar o separador de líquido-água correspondente e um período de tempo necessário para descarregar os gases de impureza é selecionado e a outra válvula de controle é aberta por esse período de tempo. Além do mais, nesse método de operação, as duas válvulas de controle 7A e 7B são abertas por períodos de tempo predeterminados dentro de um ciclo de controle constante de abertura-fechamento. Uma válvula de controle 7A é aberta por um período de tempo predeterminado do início do ciclo de controle de abertura-fechamento. A outra válvula de controle 7B é aberta por um período de tempo predeterminado que começa esse período de tempo

16/25 predeterminado antes do fim do ciclo de controle de abertura-fechamento. Em outras palavras, a outra válvula de controle 7B é controlada para fechar no fim do ciclo de controle de abertura-fechamento.

A parte (B) da figura 12 é um diagrama explicativo do caso onde a pilha de célula de combustível S mostrada na parte (A) da figura 12 é inclinada com seu lado direito para baixo. Nesse caso, no sistema de célula de combustível, a água resultante é detida principalmente no outro separador de líquido-água 6B no lado direito na parte (A) da figura 12 e os gases de impureza são detidos no separador de líquido-água 6A no lado oposto.

Aqui, no método de operação do sistema de célula de combustível, um ciclo de controle de abertura-fechamento predeterminado Ts é estabelecido. O mais longo entre o tempo de escoamento necessário tA para o separador de líquido-água 6A e o tempo de descarga necessário tN₂ para os gases de impureza é selecionado, isto é, o tempo de descarga necessário tN₂ para os gases de impureza é selecionado. A válvula de controle 7A no lado esquerdo na parte (A) da figura 12 é aberta pelo tempo tN₂ do início do ciclo de controle de abertura-fechamento Ts. Depois, no método de operação do sistema de célula de combustível, a outra válvula de controle 7B é aberta por um período de tempo predeterminado (tempo de escoamento necessário) tB que começa esse período de tempo tB antes do fim do ciclo de controle de abertura-fechamento Ts.

Como resultado, no método de operação do sistema de célula de combustível, os gases de impureza são descarregados da válvula de controle 7A e a água resultante é descarregada da outra válvula de controle 7B dentro do ciclo de controle de aberturafechamento predeterminado Ts. Assim, o método de operação pode realizar operações e efeitos similares a esses das modalidades precedentes. Além disso, mesmo quando a razão dos períodos de tempo para abrir ambas as válvulas de controle 7A e 7B em relação à quantidade total da água resultante excede 100%, o período de tempo durante o qual as válvulas de controle esquerda e direita 7A e 7B estão ambas abertas é minimizado e, portanto, a água resultante e os gases de impureza podem ser descarregados sem serem transportados para o próximo ciclo de controle de abertura-fechamento.

Além do mais, o método de operação do sistema de célula de combustível funciona similarmente no caso onde a pilha de célula de combustível S está inclinada na direção oposta. Especificamente, a parte (C) da figura 12 é um diagrama explicativo de um caso onde a pilha de célula de combustível S mostrada na parte (A) da figura 12 está inclinada com seu lado esquerdo para baixo. Nesse caso, no sistema de célula de combustível, a água resultante é detida principalmente no separador de líquido-água 6A no lado esquerdo na parte (A) da figura 12 e os gases de impureza são detidos no outro separador de líquidoágua 6B no lado oposto.

Aqui, como o caso prévio, no método de operação do sistema de célula de combus

17/25 tível, o ciclo de controle predeterminado de abertura-fechamento Ts é estabelecido. Depois, o mais longo entre o tempo de escoamento necessário tA para o separador de líquido-água 6A e o tempo de descarga necessário tN₂ para os gases de impureza é selecionado, isto é, o tempo de descarga necessário tN₂ para os gases de impureza é selecionado. A válvula de controle 7A no lado esquerdo na parte (A) da figura 12 é aberta pelo tempo tN₂ desde o início do ciclo de controle de abertura-fechamento Ts. A seguir, no método de operação do sistema de célula de combustível, a outra válvula de controle 7B é aberta pelo período de tempo predeterminado (tempo de escoamento necessário) tB que começa esse período de tempo tB antes do fim do ciclo de controle de abertura-fechamento Ts.

Como resultado, no método de operação do sistema de célula de combustível, a água resultante e parte dos gases de impureza são descarregadas da uma válvula de controle 7A e a parte restante dos gases de impureza é descarregada da outra válvula de controle 7B. Dessa maneira, o método de operação do sistema de célula de combustível garante uma boa função de escoamento e também impede a descarga excessiva do hidrogênio no gás de exaustão do ânodo pela abertura de cada uma das válvulas de controle 7A e 7B somente pela duração mínima de tempo de acordo com a condição de operação do sistema de célula de combustível.

Como descrito acima, como as modalidades precedentes, o método de operação acima do sistema de célula de combustível pode realizar boas funções de descarga da água resultante e dos gases de impureza mesmo quando um veículo equipado com o sistema de célula de combustível é inclinado ou submetido à aceleração em qualquer direção. Adicionalmente, o método de operação pode descarregar a água resultante e os gases de impureza sem transportá-los para o próximo ciclo de controle de abertura-fechamento, minimizando o período de tempo durante o qual as válvulas de controle esquerda e direita 7A e 7B ficam ambas abertas. Incidentemente, embora a modalidade acima tenha descrito o caso onde o tempo de descarga necessário tN₂ para os gases de impureza é mais longo, o tempo de escoamento necessário tA para o separador de líquido-água 6B é selecionado se ele é mais longo. Nesse caso também, é possível descarregar toda a água resultante e os gases de impureza das válvulas de controle 7A e 7B em ambos os lados.

Um método de operação do sistema de célula de combustível mostrado na figura 13 é um método de operação de um sistema de célula de combustível mostrado na parte (A) do mesmo desenho. A sua pilha de célula de combustível S tem as trajetórias de escoamento 1A e 1B, os separadores de líquido-água 6A e 6B e as válvulas de controle 7A e 7B em ambos os seus lados extremos na direção de empilhamento da unidade da célula unitária, respectivamente. Além do mais, a pilha de célula de combustível S tem uma unidade de suprimento do gás de diluição 21 que supre o gás de diluição para diluir o gás de exaustão do ânodo descarregado das duas válvulas de controle 7A e 7B.

18/25

Nessa modalidade, a unidade de suprimento do gás de diluição 21 é formada de um insuflador 22, tubulação 23 e assim por diante. Além disso, para o gás de diluição, é possível usar: um (gás de desvio do catodo) obtido pegando parte de um gás suprido de um dispositivo (tal como um compressor ou insuflador) que supre o ar para o catodo para geração de força; o gás de exaustão do catodo depois da reação ou semelhante.

O método de operação do sistema de célula de combustível acima é o método de operação da modalidade mostrada na figura 12 que usa a unidade de suprimento do gás de diluição 21 acima e executa tal controle de modo a aumentar a quantidade do gás de diluição a ser suprido durante cada período de tempo durante o qual as duas válvulas de controle 7A e 7Bs estão ambas abertas.

Especificamente, como mostrado na parte (B) da figura 13, o método de operação do sistema de célula de combustível aumenta a saída do insuflador 22 para aumentar a quantidade do gás de diluição a ser suprido, durante os períodos de tempo tD durante os quais as duas válvulas de controle 7A e 7B estão ambas abertas ou durante um dado período incluindo os períodos de tempo tD durante os quais as válvulas de controle 7A e 7B estão ambas abertas. Isto é, como as duas válvulas de controle 7A e 7B estão ambas abertas, a concentração do hidrogênio no gás de exaustão do ânodo aumenta também. Assim, o volume de circulação do ar é aumentado de acordo com as situações onde as duas válvulas de controle 7A e 7B estão ambas abertas. Dessa maneira, o gás de exaustão do ânodo é diluído e depois descarregado para o exterior. Dessa forma, é possível impedir o aumento na concentração do hidrogênio no gás descarregado do sistema. Incidentemente, embora somente uma das válvulas de controle 7A e 7B esteja aberta, a saída do insuflador 22 é diminuída para reduzir a quantidade do gás de diluição a ser suprido, de modo que o consumo de combustível e o desempenho de ruído e vibração são melhorados.

As figuras 14 a 20 são diagramas para descrever outras modalidades do sistema de célula de combustível da presente invenção. Observe que nas modalidades seguintes, os mesmos componentes que esses nas modalidades precedentes serão representados pelos mesmos símbolos de referência e a sua descrição detalhada será omitida.

O sistema de célula de combustível mostrado na figura 14 é um sistema de célula de combustível de um tipo de circulação do gás do ânodo projetado para coletar e reutilizar o hidrogênio não reagido no gás de exaustão do ânodo. O sistema de célula de combustível ilustrado inclui uma trajetória de suprimento do gás do ânodo 30 através da qual suprir a pilha de célula de combustível S com o gás do ânodo da unidade de suprimento do gás do ânodo (ver o símbolo de referência 2 na figura 1) e uma trajetória de suprimento do gás do catodo (não mostrada). Na trajetória de suprimento do gás do ânodo 30, um ejetor 31 (bomba) e um sensor de pressão 32 são fornecidos nessa ordem.

Como a mostrada na figura 3 mencionada acima, a pilha de célula de combustível S

19/25 tem as trajetórias de escoamento 1A e 1B estendidas do tubo de distribuição de descarga do gás de exaustão do ânodo M, em ambos os seus lados extremos na direção de empiIhamento das células unitárias C, respectivamente. Em ambas as trajetórias de escoamento 1A e 1B, os separadores de líquido-água 6A e 6B e as válvulas de controle (válvulas de escoamento) 7A e 7B são fornecidos, respectivamente. Além do mais, a trajetória de circulação do gás de exaustão 8 servindo como uma trajetória de circulação de retorno estendida para o ejetor 31 é unida no separador de líquido-água 6A em uma trajetória de escoamento 1A no lado esquerdo no desenho. A válvula de purificação 9 para descarregar o nitrogênio é fornecida em uma trajetória de circulação de ramificação 33 conectada em uma porção intermediária da trajetória de circulação do gás de exaustão 8.

Como as modalidades precedentes, o sistema de célula de combustível acima é montado em um veículo elétrico, por exemplo, e descarrega a água resultante e os gases de impureza, tal como nitrogênio, contidos no gás de exaustão do ânodo através das trajetórias de escoamento 1A e 1B em ambas as extremidades da pilha de célula de combustível S. Aqui, mesmo quando a pilha de célula de combustível S é inclinada com seu lado para cima devido à condição da estrada ou semelhante, o sistema de célula de combustível escoa a água através da trajetória de escoamento 1A (1B) na posição mais baixa sem falha e descarrega os gases de impureza principalmente através da trajetória de escoamento 1B (1A) na posição mais alta.

Entretanto, o sistema de célula de combustível de um tipo de circulação do gás do ânodo descrito acima tem uma velocidade de circulação do hidrogênio relativamente baixa porque ele envolve somente o suprimento do hidrogênio não reagido como está para o ejetor 31 do um separador de líquido-água 6A. Aqui, esse sistema de célula de combustível pode descarregar com segurança a água restante e os gases de impureza como descrito acima. Isso significa que os sistemas do tipo de circulação do gás do ânodo com baixa velocidade de circulação do hidrogênio podem também realizar um bom escoamento e funções de descarga do gás. Além do mais, a reutilização do hidrogênio não reagido permite a geração de força com boa eficiência do combustível.

Adicionalmente, como as modalidades precedentes, o sistema de célula de combustível acima tem excelente capacidade de montagem sob o piso do veículo, que é um espaço pequeno, limitado, porque a altura da estrutura do sistema pode ser fabricada menor.

O sistema de célula de combustível mostrado na figura 15 é um sistema de célula de combustível de um tipo de circulação do gás do ânodo como a modalidade acima. Nessa modalidade, entretanto, a trajetória de suprimento do gás do ânodo 30 não tem o ejetor (31). Ao invés disso, uma bomba de circulação 34 (bomba) é fornecida em uma porção intermediária da trajetória de circulação do gás de exaustão 8 que se estende para a trajetória de

20/25 suprimento do gás do ânodo 30 a partir do separador de líquido-água 6A no lado esquerdo no desenho. Além do mais, a trajetória de circulação de ramificação 33 incluindo a válvula de purificação 9 é fornecida na trajetória de circulação do gás de exaustão 8 em uma posição a jusante da bomba de circulação 34.

O sistema de célula de combustível acima descarrega a água resultante e os gases de impureza contidos no gás de exaustão do ânodo por meio dos separadores de líquidoágua 6A e 6B, das válvulas de controle 7A e 7B e da válvula de purificação 9 e também supre o hidrogênio não reagido para a pilha de célula de combustível S bombeando o hidrogênio não reagido para a trajetória de suprimento do gás do ânodo 30 por meio da bomba de circulação 34.

O sistema de célula de combustível acima pode realizar operações e efeitos similares a esses das modalidades precedentes. Especificamente, até mesmo sistemas do tipo de circulação do gás do ânodo com baixa velocidade de circulação do hidrogênio podem conseguir bom escoamento e funções de descarga do gás. Dessa forma, o sistema de célula de combustível pode realizar a circulação e a reutilização de uma quantidade suficiente de hidrogênio usando uma bomba de circulação de pequeno volume de circulação 34. Isso contribui para a redução na saída do dispositivo de acionamento, redução no tamanho e peso da estrutura do sistema e redução no consumo de força.

O sistema de célula de combustível mostrado na figura 16 não é um sistema de célula de combustível de qualquer um dos tipos de circulação mostrados nas figuras 14 e 15, mas de um tipo sem circulação de gás de exaustão do ânodo (sistema de extremidade morta do ânodo) que não retorna o gás de exaustão do ânodo para o ânodo da pilha de célula de combustível S. Especificamente, o sistema de célula de combustível inclui a trajetória 30 através da qual suprir o gás do ânodo da unidade de suprimento do gás do ânodo (ver o símbolo de referência 2 na figura 1) para a pilha de célula de combustível S e a trajetória de suprimento do gás do catodo (não mostrada). O sensor de pressão 32 é fornecido na trajetória de suprimento do gás do ânodo 30.

A pilha de célula de combustível S tem as trajetórias de escoamento 1A e 1B estendidas do tubo de distribuição de descarga do gás de exaustão do ânodo M, em ambos os seus lados extremos na direção de empilhamento das células unitárias C, respectivamente. Os separadores de líquido-água 6A e 6B e as válvulas de controle (válvulas de escoamento) 7A e 7B são fornecidos em ambas as trajetórias de escoamento 1A e 1B, respectivamente. Além do mais, a trajetória de circulação do gás de exaustão 8 é unida no separador de líquido-água 6A da uma trajetória de escoamento 1A no lado esquerdo no desenho. Adicionalmente, a válvula de purificação 9 é fornecida na porção intermediária da trajetória de circulação do gás de exaustão 8. Aqui, fora da pilha de célula de combustível S, um sistema de descarga do gás de exaustão do ânodo formado do tubo de distribuição de descarga do gás

21/25 de exaustão do ânodo M, das trajetórias de escoamento 1A e 1B, dos separadores de líquido-água 6A e 6B, da trajetória de circulação do gás de exaustão 8 e assim por diante não fica em comunicação com um sistema de suprimento de gás do ânodo formado da unidade de suprimento do gás do ânodo, da trajetória de suprimento do gás do ânodo 30 e assim por 5 diante. A trajetória de suprimento do gás do ânodo 30 forma uma trajetória de suprimento sem circulação do gás do ânodo.

Como as modalidades precedentes, o sistema de célula de combustível acima é montado em um veículo elétrico, por exemplo, e descarrega a água resultante e os gases de impureza, tal como nitrogênio contido no gás de exaustão do ânodo através das trajetórias 10 de escoamento 1A e 1B em ambas as extremidades da pilha de célula de combustível S.

Aqui, mesmo quando a pilha de célula de combustível S é inclinada com seu lado para cima devido à condição da estrada ou semelhante, o sistema de célula de combustível escoa a água através da trajetória de escoamento 1A (1B) na porção mais baixa sem falha e descarrega os gases de impureza principalmente através da trajetória de escoamento 1B (1A) na 15 posição mais alta.

Entretanto, em um método de operação do sistema de célula de combustível do tipo sem circulação do gás do ânodo descrito acima, o suprimento do gás do ânodo é temporariamente parado depois do início da geração de força, e a geração de força continua, de modo que a pressão da trajetória de suprimento do gás do ânodo 30 é reduzida. Depois, quan20 do a trajetória de suprimento do gás do ânodo 30 alcança uma pressão predeterminada, o suprimento do gás do ânodo é retomado. Quando o suprimento é retomado, essa circulação do gás é usada para descarregar a água do produto dentro de cada célula unitária C. Aqui, o sistema de célula de combustível tem uma boa função de escoamento como descrito acima. Isso significa que os sistemas do tipo sem circulação do gás do ânodo podem descarregar 25 rapidamente a água do produto depois do início da geração de força.

Além do mais, como as modalidades precedentes, o sistema de célula de combustível acima tem excelente capacidade de montagem sob o piso do veículo, que é um espaço pequeno limitado porque a altura da estrutura do sistema pode ser fabricada menor.

O sistema de célula de combustível mostrado na figura 17 é da mesma forma um 30 sistema do tipo sem circulação do gás do ânodo e inclui as trajetórias de escoamento 1A e 1B em ambos os lados extremos da pilha de célula de combustível S e os separadores de líquido-água 6A e 6B e as válvulas de controle (válvulas de escoamento) 7A e 7B são fornecidos em ambas as trajetórias de escoamento 1A e 1B. Além do mais, no sistema de célula de combustível dessa modalidade, o tubo de distribuição M da pilha de célula de combustí35 vel S serve também como um tanque separador. Observe que pode existir no lugar disso um tanque separador servindo também como um tubo de distribuição.

Assim, a água resultante contida no gás de exaustão do ânodo é detida temporari

22/25 amente no tubo de distribuição M, servindo também como um tanque separador e depois circulada para os separadores de líquido-água 6A e 6B nas trajetórias de escoamento 1A e 1B. Além do mais, os gases de impureza, tal como nitrogênio contido no gás de exaustão do ânodo, são descarregados para o exterior através dos separadores de líquido-água 6A e 6B e das válvulas de controle 7A e 7B.

O sistema de célula de combustível acima pode também realizar operações e efeitos similares a esses das modalidades precedentes. Além disso, desde que o tubo de distribuição M dentro da pilha de célula de combustível S funciona também como um tanque separador, o sistema de célula de combustível pode obter o aumento na quantidade da água do produto a ser detida e também conseguir a redução no tamanho e peso dos separadores de líquido-água 6A e 6B no exterior.

As figuras 18 a 20 ilustram configurações exemplares nas quais o sistema de célula de combustível da presente invenção é montado em um veículo, como suas outras modalidades.

Especificamente, o sistema de célula de combustível mostrado na figura 18 inclui, em um veículo V, a pilha de célula de combustível S que é disposta sob o piso abaixo do banco traseiro e um tanque de hidrogênio T que é disposto entre as rodas traseiras esquerda e direita. Esse tanque de hidrogênio T corresponde com a unidade de suprimento do gás do ânodo (ver símbolo de referência 2 na figura 1) mencionada acima.

A pilha de célula de combustível S incorpora um tanque separador B que serve também como um tubo de distribuição. Essa pilha de célula de combustível S tem as trajetórias de escoamento 1A e 1B dotadas com os separadores de líquido-água 6A e 6B e as válvulas de controle (válvulas de escoamento) 7A e 7B em ambos os seus lados na direção de empilhamento das células unitárias C. A pilha de célula de combustível S é montada em tal maneira que a direção de empilhamento das células unitárias C coincide com a direção esquerda-direita do veículo V. Além do mais, a trajetória de suprimento do gás do ânodo 30 é fornecida entre a pilha de célula de combustível S e o tanque de hidrogênio T. Adicionalmente, a pilha de célula de combustível S é dotada com um cano de escapamento E que se estende entre a pilha de célula de combustível S e o tanque de hidrogênio T para a traseira do veículo V. Ambas as trajetórias de escoamento 1A e 1B ficam em comunicação com esse cano de escapamento E. O cano de escapamento E corresponde com o cano de escapamento 5 na modalidade mostrada na figura 1. Observe que uma unidade de acionamento D formada de um motor, um inversor, um redutor de velocidade e assim por diante é disposta no espaço do motor do veículo V.

Como mencionado nas modalidades precedentes, o sistema de célula de combustível pode ser montado sob o piso do veículo V que é um espaço pequeno, limitado, como mostrado no exemplo ilustrado, porque a altura da estrutura do sistema pode ser fabricada

23/25 menor. Além do mais, mesmo quando o veículo V é inclinado para a esquerda ou direita devido à condição da estrada ou semelhante ou quando o veículo V é submetido à força centrífuga na direção esquerda-direita devido ao seu movimento de curva, o sistema de célula de combustível escoa a água através da trajetória de escoamento 1A (1B) na posição mais baixa com relação à inclinação ou o lado externo com relação à curva sem falha e descarrega os gases de impureza através da trajetória de escoamento 1B (1A) na posição mais alta com relação à inclinação ou semelhante.

O sistema de célula de combustível mostrado na figura 19 tem uma configuração básica similar a essa da modalidade mostrada na figura 18. No veículo V, entretanto, a pilha de célula de combustível S é montada em tal maneira que a direção de empilhamento das células unitárias C coincide com a direção frontal-traseira do veículo.

O sistema de célula de combustível acima pode realizar as operações e efeitos similares a esses da modalidade precedente. Além disso, mesmo quando o veículo V é inclinado na direção frontal-traseira pelo movimento para cima e para baixo de uma ladeira ou quando o veículo é submetido à aceleração pelo movimento de ou para uma paralisação, o sistema de célula de combustível escoa a água através da trajetória de escoamento 1A (1B) na posição mais baixa com relação à inclinação ou o lado traseiro ou frontal sem falha e descarrega os gases de impureza através da trajetória de escoamento 1B (1 A) na posição mais alta com relação à inclinação ou semelhante.

O sistema de célula de combustível mostrado na figura 20 tem uma configuração básica similar a essa da modalidade mostrada na figura 18. No veículo V, entretanto, a pilha de célula de combustível S é disposta na unidade de acionamento D no espaço do motor. Essa pilha de célula de combustível S é montada em tal maneira que a direção de empilhamento das células unitárias C coincide com a direção esquerda-direita do veículo V.

O sistema de célula de combustível acima pode ser montado não somente sob o piso do veículo V, que é um espaço pequeno, limitado, mas também dentro do espaço do motor do veículo V que é da mesma forma um espaço pequeno, limitado, porque a altura da estrutura do sistema pode ser fabricada pequena. Além do mais, por ser montado no espaço do motor, o sistema de célula de combustível pode não somente realizar operações e efeitos similares a esses da modalidade da figura 18, mas também expandir o compartimento da cabine do veículo.

As configurações do sistema de célula de combustível e o seu método de operação de acordo com a presente invenção não são limitados às modalidades acima. Detalhes das configurações podem ser alterados opcionalmente sem se afastar da meta da presente invenção. Por exemplo, as modalidades das figuras 14 a 20 foram descritas, cada uma, tomando como um exemplo, a pilha de célula de combustível S tendo as trajetórias de escoamento 1A e 1B, os separadores de líquido-água 6A e 6B e as válvulas de controle 7A e 7B

24/25 em ambos os seus lados extremos na direção de empilhamento da célula unitária: entretanto, nessas modalidades, o separador de líquido-água pode ser fornecido em pelo menos uma das trajetórias de escoamento em ambos os lados extremos em uma posição a montante do orifício de saída para o exterior ou o separador de líquido-água pode ser omitido como o sistema de célula de combustível na figura 1. Além do mais, como para o separador de líquido-água e a válvula de controle que abre e fecha o orifício de saída para o exterior, pelo menos um do separador de líquido-água e da válvula de controle pode ser fornecido para pelo menos uma das trajetórias de escoamento em ambos os lados extremos. Adicionalmente, as trajetórias de escoamento em ambos os lados extremos podem incluir um orifício de saída comum para o exterior e uma válvula de controle que abre e fecha esse orifício de saída, em cujo caso as trajetórias de escoamento podem ser inclinadas para baixo para o orifício de saída comum. Além do que, a superfície inferior do tubo de distribuição de descarga do gás de exaustão do ânodo na pilha de célula de combustível pode ser formada inclinando para baixo para ambos os lados extremos a partir de uma porção intermediária do mesmo na direção de empilhamento da célula unitária sendo o ponto mais alto. Além disso, os sistemas de célula de combustível mostrados nas figuras 18 a 20 podem ser, cada um, um sistema de célula de combustível de qualquer um dos tipos de circulação do gás do ânodo mostrados nas figuras 14 e 15.

Esse pedido é baseado e reivindica o benefício de prioridade do Pedido de Patente Japonês anterior 2010-163747 depositado em 21 de julho de 2010 e Pedido de Patente Japonês 2011-137634 depositado em 21 de junho de 2011 e todo o conteúdo desses pedidos é incorporado aqui por referência.

Aplicabilidade industrial

De acordo com o sistema de célula de combustível e o seu método de operação de acordo com a presente invenção, o sistema de célula de combustível tem excelente capacidade de montagem sob o piso de um veículo porque a altura da estrutura do sistema pode ser fabricada pequena e até mesmo sistemas com baixa velocidade de circulação do hidrogênio podem conseguir uma boa função de escoamento.

Lista dos símbolos de referência

C célula unitária

M tubo de distribuição de descarga do gás de exaustão do ânodo pilha de célula de combustível

1A, 1B trajetória de escoamento separador de líquido-água

6A, 6B separador de líquido-água válvula de controle

7A, 7B válvula de controle

25/25 trajetória de circulação do gás de exaustão válvula de purificação orifício de saída (comum) unidade de suprimento do gás de diluição

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema de célula de combustível, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:

uma pilha de célula de combustível (S) formada pelo empilhamento de uma pluralidade de células (C) unitárias horizontalmente e tendo, no corpo empilhado, tubos de distribuição (M) através dos quais suprir e descarregar os gases de reação para e de cada uma das células unitárias (C), trajetórias de escoamento (1A, 1B) que se estendem de um tubo de distribuição de descarga do gás de exaustão do ânodo, em ambos os lados extremos da pilha de célula de combustível (S) em uma direção de empilhamento das células unitárias (C), respectivamente, separadores de líquido-água (6A, 6B) fornecidos nas trajetórias de escoamento (1A, 1B) em ambos os lados extremos e projetados para deter a água resultante em posições a montante dos orifícios de saída para o exterior, respectivamente, válvulas de controle (7A, 7B) que abrem e fecham os orifícios de saída para o exterior, fornecidas nas trajetórias de escoamento (1A, 1B) em ambos os lados extremos, respectivamente, uma trajetória de circulação do gás de exaustão (8) que se comunica com pelo menos uma das trajetórias de escoamento (1 A, 1B) em ambos os lados extremos; e uma válvula de purificação (9) que descarrega um gás de impureza da trajetória de circulação do gás de exaustão (8), em que as duas válvulas de controle (7A, 7B) abrem por um período de tempo necessário (tA, tB) para escoar os separadores de líquido-água (6A, 6B), respectivamente, o período de tempo necessário (tA, tB) sendo um período de tempo necessário para escoar uma quantidade estimada de água gerada resultante da pilha de célula de combustível (S) através de uma das duas válvulas de controle (7A, 7B), a quantidade estimada de água resultante sendo estimada baseada na condição de operação da pilha de célula de combustível (S) e a válvula de purificação (9) abre se por um tempo de descarga necessário (tC) se uma quantidade do gás de impureza descarregável das duas válvulas de controle (7A, 7B) enquanto as duas válvulas de controle (7A, 7B) são respectivamente abertas por um período de tempo necessário (tA, tB) é menor do que a quantidade estimada do gás de impureza gerado na pilha de célula de combustível (S), o tempo de descarga necessário (tC) sendo um período de tempo obtido subtraindo o período de tempo necessário (tA, tB) do tempo de purificação necessário (tN₂) que é determinado da quantidade estimada do gás de impureza, sendo a quantidade estimada do gás de impureza baseada na condição de operação da pilha de célula de combustível (S).

Petição 870170084586, de 01/11/2017, pág. 8/12
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2. Sistema de célula de combustível, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:

uma pilha de célula de combustível (S) formada pelo empilhamento de uma pluralidade de células unitárias (C) horizontalmente e tendo, no corpo empilhado, tubos de distribuição (M) através dos quais suprir e descarregar os gases de reação para e de cada uma das células unitárias (C), trajetórias de escoamento (1A, 1B) que se estendem de um tubo de distribuição de descarga do gás de exaustão do ânodo (M), em ambos os lados extremos da pilha de célula de combustível (S) em uma direção de empilhamento das células unitárias (C), respectivamente, separadores de líquido-água (6A, 6B) fornecidos nas trajetórias de escoamento (1A, 1B) em ambos os lados extremos e projetados para deter a água resultante em posições a montante dos orifícios de saída para o exterior, respectivamente; e válvulas de controle (7A, 7B) que abrem e fecham os orifícios de saída para o exterior, fornecidas nas trajetórias de escoamento (1A, 1B) em ambos os lados extremos, respectivamente, em que uma das duas válvulas de controle (7A, 7B) abre por um período de tempo necessário (tA, tB) que é um período de tempo necessário para escoar uma quantidade estimada de água gerada resultante da pilha de célula de combustível (S) através de uma das duas válvulas de controle (7A, 7B), a quantidade estimada de água resultante sendo estimada baseada na condição de operação da pilha de célula de combustível (S), e a outra das duas válvulas de controle (7A, 7B) abre por um período de tempo selecionado como o mais longo entre o período de tempo (tA, tB) para escoar e do tempo de purificação necessário (tN₂) que é determinado da quantidade estimada do gás de impureza, sendo baseada na condição de operação da pilha de célula de combustível (S).
3. Sistema de célula de combustível, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que:

as duas válvulas de controle (7A, 7B) são abertas por um período de tempo predeterminado (tA, tB, tN₂) dentro de um ciclo de controle constante de abertura-fechamento (Ts), uma das válvulas de controle é aberta por um período de tempo predeterminado (tA, tB, tN₂) a partir do início do ciclo de controle de abertura-fechamento (Ts); e a outra válvula de controle é aberta por um período de tempo predeterminado (tA, tB, tN₂) que inicia o período de tempo predeterminado antes do fim do ciclo de controle de abertura-fechamento (Ts).
4. Sistema de célula de combustível, de acordo com a reivindicação 2 ou 3, CARACTERIZADO pelo fato de que ainda compreende:

Petição 870170084586, de 01/11/2017, pág. 9/12

3/5 uma unidade de suprimento do gás de diluição (21) que supre o gás de diluição para diluir o gás de exaustão do ânodo descarregado das duas válvulas de controle (7A, 7B), em que o controle é executado para ter uma quantidade maior do gás de diluição sendo suprido em uma situação onde as duas válvulas de controle (7A, 7B) estão ambas abertas do que em uma situação onde cada uma das duas válvulas de controle (7A, 7B) está aberta.
5. Sistema de célula de combustível, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que a superfície inferior do tubo de distribuição de descarga do gás de exaustão do ânodo (M) na pilha de célula de combustível (S) é inclinada para baixo para ambos os lados extremos a partir de uma porção intermediária dos mesmos na direção de empilhamento das células unitárias (C) sendo o ponto mais alto.
6. Sistema de célula de combustível, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que ainda compreende:

uma trajetória de suprimento do gás do ânodo (30) através da qual suprir o gás do ânodo da unidade de suprimento do gás do ânodo (2) para a pilha de célula de combustível (S), um ejetor (31) que é fornecido na trajetória de suprimento do gás do ânodo (30); e uma trajetória de fluxo de retorno (8) através da qual retornar o gás de exaustão do ânodo proveniente do tubo de distribuição de descarga do gás de exaustão do ânodo (M) para o ejetor (31).
7. Sistema de célula de combustível, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADO pelo fato de que ainda compreende uma trajetória de suprimento sem circulação de gás do ânodo (30) através da qual suprir um gás do ânodo de uma unidade de suprimento do gás do ânodo (2) para a pilha de célula de combustível (S).
8. Sistema de célula de combustível, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o tubo de distribuição de descarga do gás de exaustão do ânodo (M) serve também como um tanque separador.
9. Sistema de célula de combustível, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, CARACTERIZADO pelo fato de que a pilha de célula de combustível (S) é disposta sob o piso de um veículo (V).
10. Método de operação de um sistema de célula de combustível, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:

dispor uma pilha de célula de combustível (S) formada pelo empilhamento de uma pluralidade de células unitárias (C) em tal direção que a direção de empilhamento das células unitárias (C) fica horizontal;

dotar a pilha de célula de combustível (S) com tubos de distribuição (M) através dos quais suprir e descarregar os gases de reação para e de cada uma das células unitárias (C);

Petição 870170084586, de 01/11/2017, pág. 10/12

4/5 fornecer trajetórias de escoamento (1A, 1B) que se estendem de um tubo de distribuição de descarga do gás de exaustão do ânodo (M), em ambos os lados extremos da pilha de célula de combustível (S) na direção de empilhamento das células unitárias (C), respectivamente;

dotar as trajetórias de escoamento (1A, 1B) em ambos os lados extremos com separadores de líquido-água (6A, 6B) em posições a montante dos orifícios de saída para o exterior e válvulas de controle (7A, 7B) que abrem e fecham os orifícios de saída para o exterior, respectivamente, os separadores de líquido-água (6A, 6B) sendo projetados para deter a água resultante, proporcionar uma trajetória de circulação do gás de exaustão (8) que se comunica com pelo menos uma das trajetórias de escoamento (1A, 1B) em ambos os lados extremos, e uma válvula de purificação (9) que descarrega um gás de impureza da trajetória de circulação do gás de exaustão (8); e abrir as duas válvulas de controle (7A, 7B) por um período de tempo necessário (tA, tB) para escoar os separadores de líquido-água (6A, 6B), respectivamente, o período de tempo necessário (tA, tB) sendo um período de tempo necessário (tA, tB) para escoar uma quantidade estimada de água gerada resultante da pilha de célula de combustível (S), através de uma das duas válvulas de controle (7A, 7B), sendo a quantidade estimada do gás de impureza baseada na condição de operação da pilha de célula de combustível (S); e abrir a válvula de purificação (9) por um tempo de descarga necessário (tC) se uma quantidade do gás de impureza descarregável das duas válvulas de controle (7A, 7B) enquanto as duas válvulas de controle (7A, 7B) são respectivamente abertas pelo período de tempo necessário (tA, tB) para escoar é menor do que a quantidade do gás de impureza gerado na pilha de célula de combustível (S) o tempo de descarga necessário (tC) sendo um período de tempo obtido subtraindo o período de tempo necessário (tA, tB) do tempo de purificação necessário (tN₂) que é determinado da quantidade estimada do gás de impureza, sendo a quantidade estimada do gás de impureza baseada na condição de operação da pilha de célula de combustível (S).
11. Método de operação de um sistema de célula de combustível, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:

dispor uma pilha de célula de combustível (S) formada pelo empilhamento de uma pluralidade de células unitárias (C) em tal direção que a direção de empilhamento das células unitárias (C) fica horizontal;

dotar a pilha de célula de combustível (S) com tubos de distribuição (M) através dos quais suprir e descarregar os gases de reação para e de cada uma das células unitárias (C);

fornecer trajetórias de escoamento (1A, 1B) que se estendem de um tubo de distribuição de descarga do gás de exaustão do ânodo (M), em ambos os lados extremos da pi

Petição 870170084586, de 01/11/2017, pág. 11/12

5/5 lha de célula de combustível (S) na direção de empilhamento das células unitárias (C), respectivamente;

dotar as trajetórias de escoamento (1A, 1B) em ambos os lados extremos com separadores de líquido-água (6A, 6B) em posições a montante dos orifícios de saída para o exterior e válvulas de controle (7A, 7B) que abrem e fecham os orifícios de saída para o exterior, respectivamente, os separadores de líquido-água (6A, 6B) sendo projetados para deter a água resultante, abrir uma das duas válvulas de controle (7A, 7B) por um período de tempo necessário (tA, tB) que é um período de tempo para escoar uma quantidade estimada de água gerada resultante da pilha de célula de combustível (S) através de uma das duas válvulas de controle (7A, 7B), sendo a quantidade estimada do gás de impureza baseada na condição de operação da pilha de célula de combustível (S),; e abrir a outra das duas válvulas de controle (7A, 7B) por um período de tempo selecionado como o mais longo entre um período de tempo necessário (tA, tB) para escoar e do tempo de purificação necessário (tNs) que é determinado da quantidade estimada do gás de impureza, sendo baseada na condição de operação da pilha de célula de combustível (S).
12. Método de operação de um sistema de célula de combustível, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que:

as duas válvulas de controle (7A, 7B) são abertas por um período de tempo predeterminado (tA, tB, tNs) dentro de um ciclo de controle constante de abertura-fechamento (Ts), uma das válvulas de controle (7A, 7B) é aberta por um período de tempo predeterminado (tA, tB, tNs) a partir do início do ciclo de controle de abertura-fechamento (Ts); e a outra válvula de controle é aberta por um período de tempo predeterminado (tA, tB, tNs) que inicia o período de tempo predeterminado antes do fim do ciclo de controle de abertura-fechamento (Ts).
13. Método de operação de um sistema de célula de combustível, de acordo com a reivindicação 11 ou 12, CARACTERIZADO pelo fato de que ainda compreende:

usar uma unidade de suprimento do gás de diluição (21) que supre o gás de diluição para diluir o gás de exaustão do ânodo descarregado das duas válvulas de controle (7A, 7B); e executar tal controle de modo a ter uma quantidade maior do gás de diluição sendo suprido em uma situação onde as duas válvulas de controle (7A, 7B) estão ambas abertas do que em uma situação onde cada uma das duas válvulas de controle (7A, 7B) está aberta.