ES2315988T3 - Dispositivo de celula de combustible con varias etapas en cascada. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de célula de combustible (2, 70, 78) con varias etapas en cascada (4, 6, 8, 10) y un conducto de alimentación de gas (24, 30, 36) para un gas de funcionamiento, guiado desde una etapa en cascada (4) anterior hasta al menos una etapa en cascada subsiguiente y una dos puestos posterior (6, 8, 10), que es guiado conjuntamente al menos en parte con un conducto de evacuación de agua (18, 26, 32) para evacuar agua desde la etapa en cascada (4, 6, 8) anterior, caracterizado por un conducto de alimentación de gas suplementario (54, 58, 62, 66, 82, 84, 86) adicional para el mismo gas de funcionamiento, que evita el conducto de evacuación de agua (18, 26, 32), hasta la subsiguiente etapa en cascada (6) que sigue a la etapa en cascada (4) anterior y es anterior a la etapa en cascada (6) dos puestos posterior.
Description
Dispositivo de célula de combustible con varias
etapas en cascada.
La invención se refiere a un dispositivo de
célula de combustible con varias etapas en cascada y un conducto de
alimentación de gas para un gas de funcionamiento, guiado desde una
etapa en cascada anterior hasta al menos una etapa en cascada
subsiguiente, que es guiado conjuntamente al menos en parte con un
conducto de evacuación de agua para evacuar agua desde la etapa en
cascada anterior.
En el caso de grandes dispositivos de célula de
combustible tiene gran importancia el buen aprovechamiento del gas
de funcionamiento que, aparte de los compuestos que reaccionan,
también presenta porciones de gas inerte que no se consumen sobre
las membranas y por ello deben extraerse del dispositivo de célula
de combustible. Para esto ha demostrado ser conveniente una llamada
disposición en cascada, en la que el respectivo gas de
funcionamiento circula consecutivamente a través de varias etapas en
cascada, que presentan un número decreciente de cámaras de gas o
células de de combustible conectadas en paralelo. En la última etapa
en cascada, que normalmente se compone de una o varias llamadas
células de barrido, es máxima la concentración de gas inerte. Si
aumenta la concentración de gas inerte por encima de un valor
prefijado, el gas de funcionamiento circula a través de estas
células de barrido y el gas inerte es evacuado mediante una
válvula.
Dentro de las etapas en cascada se produce,
mediante la reacción entre hidrógeno (H_{2}) y oxígeno (O_{2})
en los electrolitos, agua de producto que, junto con agua de
humectación obtenida por condensación, tiene que evacuarse desde la
etapa en cascada. Para esto cada etapa en cascada comprende un
conducto de evacuación de agua, que desemboca en un separador de
agua en el que se acumula el agua. Para evacuar el agua desde las
etapas en cascada el gas de funcionamiento circula además a través
del conducto de evacuación de agua, arrastra el agua desde la etapa
en cascada y la insufla hasta el separador de agua.
En el caso de un gran salto de carga desde una
carga baja a una carga alta, una corriente de gas cuya intensidad
aumenta rápidamente circula a través de las etapas en cascada. Por
medio de esto se intensifica también la evacuación de agua desde
una etapa en cascada en dirección al separador de agua. Aquí puede
suceder que se evacue tanta agua desde la etapa en cascada, que el
conducto que une la etapa en cascada al separador de agua y a
través del cual circula además de agua gas de funcionamiento para
mantener el funcionamiento de las subsiguientes etapas en cascada
se llene por completo con agua, de tal modo que la corriente se vea
perturbada por el gas de funcionamiento. Esto conduce a una caída
de presión en la subsiguiente etapa en cascada. Este efecto es
especialmente marcado en las células de barrido, en las que la caída
de presión puede llevar hasta una desconexión a causa de alarma de
tensión de célula. Para evitar una irregularidad así durante el
funcionamiento del dispositivo de células de combustible se hace
funcionar un dispositivo de célula de combustible sólo con un
aumento de carga máximo no crítico.
La tarea de la presente invención consiste en
indicar un dispositivo de célula de combustible con varias etapas en
cascada, que pueda funcionar de forma fiable también en el caso de
un salto de carga intenso.
Esta tarea es resuelta mediante un dispositivo
de célula de combustible de la clase citada al comienzo que
presenta, conforme a la invención, un conducto de alimentación de
gas suplementario adicional para el mismo gas de funcionamiento,
que evita el conducto de evacuación de agua, hasta la subsiguiente
etapa en cascada que sigue a la etapa en cascada anterior y es
anterior a la etapa en cascada dos puestos posterior. Mediante la
alimentación adicional de gas de funcionamiento a las subsiguientes
etapas en cascada éstas se alimentan efectivamente con gas de
funcionamiento, incluso en el caso de un cambio de carga y dado el
caso precisamente entonces, con lo que se hace posible un cambio de
carga con una elevada dinámica. Aparte de esto pueden protegerse
las células de combustible de las etapas en cascada, ya que en el
caso de una alimentación de carga no se produce una
infra-alimentación, que esté ligada a una fatiga de
las células de combustible. Una caída de tensión indeseadamente
elevada y una perturbación de funcionamiento ligada a ello pueden
evitarse de forma fiable. Como ventaja adicional puede forzarse el
transporte de agua a las subsiguientes etapas en cascada a causa de
la presión aumentada durante un breve espacio de tiempo del gas de
funcionamiento, que circula a través de estas etapas en cascada, y
el agua puede evacuarse de este modo de forma rápida y efectiva.
Además de esto puede mejorarse el comportamiento de sobrecarga del
dispositivo de célula de combustible.
Una secuencia de las etapas en cascada de una
etapa en cascada a una etapa en cascada subsiguiente se obtiene del
guiado de gas de funcionamiento, en donde las etapas en cascada
pueden ser diferentes para los dos diferentes gases de
funcionamiento. Al menos una etapa en cascada subsiguiente, a la que
se dirige el mismo gas de funcionamiento mediante el conducto de
alimentación de gas suplementario, puede ser cualquier etapa en
cascada después de aquella etapa en cascada que presenta la
evacuación de agua. El conducto de alimentación de gas suplementario
puede acoplarse convenientemente al conducto de alimentación de gas,
en donde por un acoplamiento puede entenderse una apertura del
conducto de alimentación de gas suplementario, por ejemplo mediante
una apertura de una
válvula.
válvula.
En una configuración ventajosa de la invención
se guía el conducto de alimentación de gas suplementario al menos
hasta dos etapas en cascada, en paralelo al conducto de alimentación
de gas. Estas dos etapas en cascada pueden alimentarse de este
modo, desde el conducto de alimentación de gas, en serie con gas de
funcionamiento, en donde adicionalmente puede realizarse una
alimentación en paralelo de estas dos etapas en cascada para evitar
caídas de presión. El conducto de alimentación de gas suplementario
al menos hasta dos etapas en cascada es guiado convenientemente
también en sí mismo en paralelo, de tal modo que las dos etapas en
cascada pueden alimentarse en cada caso adicionalmente en
paralelo.
También la última etapa en cascada, que presenta
al menos una célula de barrido, está unida ventajosamente al
conducto de alimentación de gas suplementario. De este modo puede
alimentarse la etapa en cascada crítica para caídas de carga con
gas de funcionamiento adicional procedente del conducto de
alimentación de gas suplementario.
En otra configuración ventajosa de la invención
se propone que el conducto de alimentación de gas suplementario sea
guiado, evitando una etapa en cascada, a otra etapa en cascada
subsiguiente. De este modo puede guiarse gas de funcionamiento
directamente, por ejemplo desde un humector, a una etapa en cascada
crítica para caídas de carga evitando al menos una etapa en
cascada. En especial se guía el conducto de alimentación de gas
suplementario desde una etapa encascada evitando la siguiente etapa
en cascada hasta una etapa en cascada dos puestos posterior, de tal
modo que puede evitarse una etapa en cascada crítica para el
conducto de evacuación de agua.
Conforme a una forma de ejecución preferida el
conducto de alimentación de gas suplementario une una etapa en
cascada subsiguiente a un conducto de alimentación de gas fresco.
Por gas fresco se entiende en este ámbito gas de funcionamiento no
usado, es decir gas de funcionamiento que todavía no haya circulado
a través de una etapa en cascada. Por medio de esto se guía gas de
funcionamiento fresco hasta esta etapa en cascada, lo que tiene la
ventaja, en especial en el caso de una célula de barrido, que esta
célula sometida a un esfuerzo especial puede funcionar con un buen
rendimiento y ser barrida en profundidad. Por medio de esto puede
evitarse de forma fiable una infra-alimentación y
conseguirse un aumento de la vida útil de las células de
barrido.
En otra configuración de la invención, el
conducto de alimentación de gas suplementario une un conducto de
evacuación de gas de una etapa en cascada a un conducto de
alimentación de gas de una etapa en cascada subsiguiente. A través
del conducto de alimentación de gas suplementario circulan de este
modo también restos de gas de funcionamiento, que ya se ha consumido
en parte en una etapa en cascada anterior. Por medio de esto se
mantiene la ventaja de la disposición en cascada, precisamente el
buen aprovechamiento del gas de funcionamiento.
El conducto de alimentación de gas suplementario
es guiado ventajosamente en serie al menos hasta dos etapas en
cascada. Por medio de esto pueden alimentarse con gas de
funcionamiento adicional estas etapas en cascada, manteniendo el
conducto de alimentación de gas de funcionamiento en cascada.
El conducto de alimentación de gas suplementario
une ventajosamente también una última etapa en cascada que presenta
una célula de barrido a un conducto de alimentación de gas fresco,
con lo que esta célula de combustible que reacciona de forma
especialmente sensible contra una infra-alimentación
puede funcionar de forma fiable y protectora.
Otra forma de ejecución de la invención prevé
que el dispositivo de célula de combustible presente un humector de
gas de funcionamiento y un conducto de gas seco, que alimenta un gas
seco hasta el humector de gas de funcionamiento, en donde el
conducto de alimentación de gas suplementario une el conducto de gas
seco al menos a una etapa en cascada, en especial a una etapa en
cascada subsiguiente. Por medio de esto puede conducirse gas de
funcionamiento seco hasta la etapa en cascada, evitando el humector
de gas de funcionamiento, con lo que se hace posible una
regeneración de células de combustible que reciben agua. Por gas
seco se entiende en este ámbito gas de funcionamiento no
humectado.
Puede conseguirse una apertura y un cierre
fiables del conducto de alimentación de gas suplementario si el
dispositivo de célula de combustible presenta una unidad de control
para la apertura obligada por la situación de funcionamiento y, en
especial, el cierre del conducto de alimentación de gas
suplementario. La unidad de control puede estar unida para esto a
un sensor, que mida un parámetro de funcionamiento correspondiente y
autorice con base en su señal que la unidad de control, que está
ejecutada con preferencia como unidad de control electrónica, una
apertura o un cierre del conducto de alimentación de gas
suplementario.
Una situación de funcionamiento de este tipo
puede estar caracterizada por una baja presión de gas de
funcionamiento en una pieza constructiva del dispositivo de célula
de combustible. Alternativa- o adicionalmente es posible que la
unidad de control esté prevista para abrir el conducto de
alimentación de gas suplementario en el caso de un cambio de carga,
que supere una medida prefijada. Por medio de esto puede evitarse ya
antes de su aparición un estado de funcionamiento crítico, por
ejemplo por medio de que en el caso del gran cambio de carga se
dirija ya gas de funcionamiento adicional, a través del conducto de
alimentación de gas suplementario, hasta una etapa en cascada, antes
de que allí se produzca una caída de presión.
Si la unidad de control está prevista para abrir
el conducto de alimentación de gas suplementario en el caso de un
proceso de un mal funcionamiento, puede eliminarse rápidamente una
perturbación de este tipo del proceso de funcionamiento, sin que se
vean perjudicadas células de combustible o se active una alarma de
tensión de célula.
Un mal funcionamiento puede evitarse de forma
sencilla y fiable si el dispositivo de célula de combustible
presenta un sensor de presión para determinar una presión de gas de
funcionamiento, en donde la unidad de control está prevista para
abrir el conducto de alimentación de gas suplementario cuando se
desciende por debajo de la presión de gas de funcionamiento en un
valor predeterminado. Una infra-alimentación que se
produzca de células de combustible con gas de funcionamiento puede
reconocerse de forma fiable y evitarse mediante una alimentación de
gas de funcionamiento, convenientemente inmediata, de gas de
funcionamiento a través del conducto de alimentación de gas
suplementario hasta las células de combustible afectadas o una etapa
en cascada afectada.
El sensor de presión para medir una presión de
gas de funcionamiento está previsto ventajosamente en un separador
de agua. Si a causa de una elevada carga del conducto de evacuación
de agua con agua se impide que el gas de funcionamiento circule a
través de este conducto de evacuación de agua, se forma en el
subsiguiente separador de agua una baja presión, ya que la
subsiguiente etapa en cascada aspira gas de funcionamiento desde el
separador de agua. Mediante la medición de la presión de gas de
funcionamiento en el separador de agua puede reconocerse de este
modo, de forma fiable, una infra-alimentación de la
etapa en cascada con gas de funcionamiento.
Una apertura y un cierre obligados por
funcionamiento pueden materializarse de forma especialmente sencilla
y económica si el conducto de alimentación de gas suplementario
presenta una válvula mecánica que se autoregule. La válvula que
reacciona por ejemplo ante una diferencia de presión puede abrirse y
cerrarse automáticamente a unas presiones correspondientes, con lo
que no se necesita ninguna unidad de control electrónica o de otro
tipo.
Se consigue una materialización sencilla de una
válvula de este tipo mediante una válvula de rebose. En el caso de
una baja presión en una etapa en cascada o un separador de agua
puede aprovecharse la caída de presión para la apertura automática
de la válvula de rebose, cuya presión diferencial de apertura puede
ajustarse convenientemente de forma mecánica. Si decrece la presión
diferencial puede adaptarse automáticamente mediante la válvula de
rebose la corriente de gas del gas de funcionamiento, que circula a
través del conducto de alimentación de gas suplementario.
En otra forma de ejecución el conducto de
alimentación de gas suplementario presenta una válvula reguladora de
presión. Por medio de esto puede mantenerse una presión
predeterminada en una o varias etapas en cascada mediante un ajuste
correspondiente de la válvula reguladora de presión, incluso si se
impide la alimentación de gas de funcionamiento a través de un
conducto de alimentación de gas.
La invención se explica con más detalle mediante
ejemplos de ejecución, que se han representado en los dibujos. Aquí
muestran:
la figura 1 un dispositivo de célula de
combustible con cuatro etapas en cascada, de las que las tres
últimas están unidas en paralelo a un conducto de alimentación de
gas suplementario,
la figura 2 un dispositivo de célula de
combustible, en el que las que las tres últimas etapas en cascada
pueden alimentarse a través de un conducto de alimentación de gas
suplementario regulado mecánicamente y
la figura 3 un dispositivo de célula de
combustible, en el que las que las tres últimas etapas en cascada
pueden alimentarse a través de un conducto de alimentación de gas
suplementario en serie.
La figura 1 muestra un dispositivo de célula de
combustible 2 con cuatro etapas en cascada 4, 6, 8, 10 dispuestas
en cascada, de las que la etapa en cascada 4 es la primera etapa en
cascada y las etapas en cascada 6, 8, 10 son las etapas en cascada
subsiguientes. La primera etapa en cascada 4 comprende varias
células de combustible, que están reunidas en un bloque de células
de combustible. La segunda etapa en cascada 6 comprende bastante
menos células de combustible, también reunidas en un bloque de
células de combustible, y la tercera etapa en cascada 8 comprende
todavía menos células de combustible. La última etapa en cascada 10
comprende solamente ocho células de combustible ejecutadas como
células de barrido, en las que se acumulan gases inertes,
componentes gaseosos de otro tipo no consumibles y agua.
Preconectado a la primera etapa en cascada 4 con
relación a una corriente de gas de funcionamiento se encuentra un
humector de gas de funcionamiento 12 para humectar el gas de
funcionamiento, que afluye a través de un conducto de gas seco 14
al humector de gas de funcionamiento 12. A través de un conducto de
gas fresco 16 se alimenta el gas de funcionamiento humectado a la
primera etapa en cascada 4. Allí se consume en parte el gas de
funcionamiento, en donde mediante la reacción química entre
hidrógeno (H_{2}) y oxígeno (O_{2}) en las membranas de las
células de combustible, que están ejecutadas como células de
combustible PEM (células de combustible Polymer Elektrolyt Membran o
células de combustible Proton Exchange Membrane), se produce
agua.
Esta agua se acumula junto con agua de
humectación obtenida pro condensación, abajo, en la primera etapa en
cascada 4 y circula a través de un conducto de evacuación de agua 18
hasta un separador de agua 20. En el separador de agua 20 se
encuentra un transmisor de nivel no representado que, al superarse
el nivel de agua por encima de un nivel prefijado, abre una válvula
22 para desaguar el separador de agua 20.
Para apoyar la evacuación de agua desde la
primera etapa en cascada 4 se guía, además del agua, también la
corriente de gas de funcionamiento a través del conducto de
evacuación de agua 18 hasta el separador de agua 20. De este modo
se descarga por soplado el agua acumulada en la etapa en cascada 4,
mediante la corriente de gas de funcionamiento, desde la etapa en
cascada 4. La corriente de gas de funcionamiento circula a través
del separador de agua 20 y se alimenta, a través de otro conducto de
alimentación de gas 24, a la siguiente etapa en cascada 6. Allí se
consume a su vez una parte del gas de funcionamiento en las células
de combustible y se acumula agua, que se alimenta a otro separador
de agua 28 a través de otro conducto de evacuación de agua 26.
Análogamente al conducto de evacuación de agua 18, también el
conducto de evacuación de agua 26 sirve de conducto de alimentación
de gas 30 para conducir el gas de funcionamiento desde la etapa en
cascada 6, a través del separador de agua 28, hasta la siguiente
etapa en cascada 8, con lo que el agua se insufla desde la etapa en
cascada 6 al separador de agua 28.
Hasta en su tamaño la etapa en cascada 8 con un
conducto de evacuación de agua 32, un separador de agua 34 y un
conducto de alimentación de gas 36, que comprende el conducto de
evacuación de agua 32, hasta la última etapa en cascada 10 tiene
una estructura análoga a la de la etapa en cascada 6. Con ayuda de
un transmisor de nivel y válvulas 38, 40 pueden vaciarse los
separadores de agua 28, 34. En la última etapa en cascada 10 se
consume lo más ampliamente posible el gas de funcionamiento, en
donde en la etapa en cascada 10 se acumulan gases inertes y
porciones no consumibles del gas de funcionamiento así como agua. Si
se perturba excesivamente el funcionamiento de las células de
combustibe ejecutadas como células de barrido a causa de estos
componentes, se abre un conducto de barrido 42 a través de una
válvula 44, de tal modo que estas porciones son presionadas hacia
fuera mediante la ligera sobrepresión reinante en las etapas en
cascada 4, 6, 8, 10 con respecto al entorno y por medio de esto son
barridas las células de combustible, de tal modo que se obtiene
espacio para porciones útiles del gas de funcionamiento en las
células de barrido.
Los conductos de alimentación de gas 24, 30, 36
pueden entenderse junto con el conducto de gas fresco 16 también
como un único conducto de alimentación de gas para todas las etapas
en cascada 4, 6, 8, 10. Este guía un gas de funcionamiento hasta
las etapas en cascada 4, 6, 8, 10, por ejemplo hidrógeno o un gas de
funcionamiento que contenga hidrógeno. Por motivos de
simplificación no se ha representado un segundo conducto de gas de
alimentación hasta las etapas en cascada 4, 6, 8, 10 para el otro
gas de funcionamiento, por ejemplo oxígeno o aire, en donde el
conducto de alimentación para ambos gases de funcionamiento hasta
las etapas en cascada 4, 6, 8, 10 tiene una estructura análoga.
En el caso de un salto de carga repentino de una
carga reducida a una carga bastante más elevada se insufla
repentinamente más gas de funcionamiento, primero en la primera
etapa en cascada 4 y después en las etapas en cascada 6, 8, 10
subsiguientes. Por medio de esto se purgan con más intensidad agua
de producto y/o agua de condensación desde las células de
combustible o desde otros componentes, en primer lugar desde la
etapa en cascada 4, de tal modo que la corriente de gas arrastra
consigo una mayor cantidad de agua. Esta agua puede alcanzar como
una ola el conducto de evacuación de agua 18 y llenarlo, de tal modo
que la corriente del gas de funcionamiento a través del conducto de
evacuación de agua 18 es obstaculizada hacia el separador de agua
20. Por medio de esto se introduce menos gas de funcionamiento en el
separador de agua 20 de lo que consumen las etapas en cascada 6, 8,
10 subsiguiente y aspiran hacia fuera del separador de agua 20. En
el separador de agua 20 se produce una baja presión.
Para medir la presión de gas de funcionamiento
en el separador de gas 20, el dispositivo de célula de combustible
2 comprende un sensor de presión 46, que está unido en cuanto a
técnica de señales a una unidad de control 48 electrónica. Del
mismo modo la unidad de control48 está unida a otros sensores de
presión 50, 52, que están previstos para determinar una presión de
gas de funcionamiento en los separadores de agua 28 ó 34. Si la
presión de gas de funcionamiento en el separador de agua 20
desciende de un valor predeterminado, la unidad de control 48
registra este descenso. La presión predeterminada en el separador de
agua 20 puede ser la presión estática en el separador de agua 20 con
carga nominal del dispositivo de célula de combustible 2.
Para eliminar un mal funcionamiento de este tipo
el dispositivo de célula de combustible 2 presenta un conducto de
alimentación de gas suplementario 54 desde el humector de gas de
funcionamiento 12 hasta la segunda etapa en cascada 6, que puede
abrirse o cerrarse mediante una válvula 56, que puede abrirse y
cerrarse mediante una señal de la unidad de control. En el caso de
un mal funcionamiento de este tipo la unidad de control 48 entrega
una señal correspondiente a la válvula 56, que abre el conducto de
alimentación de gas suplementario 54. Por medio de esto circula gas
fresco desde el conducto de alimentación de gas fresco 16 o del
humector de gas de funcionamiento 12, evitando la primera etapa en
cascada 4, directamente hasta la segunda etapa en cascada 6, de tal
modo que a pesar del conducto de evacuación de agua 18 bloqueada
sólo se produce en la etapa en cascada 6 una caída de presión a
corto plazo y muy reducida.
El aumento de presión producido mediante el
conducto de alimentación de gas fresco en el separador de agua 20
también es registrado por el sensor de presión 46, que envía una
señal correspondiente a la unidad de control 48. Esta señal puede
ser utilizada por la unidad de control 48 para un control ulterior
de la válvula 56, por ejemplo para un cierre parcial o total de la
válvula 56 justo después de recibir la señal correspondiente desde
el sensor de presión 46 o después de un tiempo de espera
predeterminado, para conceder al agua procedente de la etapa en
cascada 4 un poco de tiempo para alcanzar por completo o al menos en
gran medida el separador de agua 20 y liberar el conducto de
evacuación de agua 18.
En gas de funcionamiento circula en mayor medida
a través del conducto de alimentación de gas fresco hasta la etapa
en cascada 6, de tal modo que también aquí puede producirse una
evada evacuación de agua. Para evitar una baja presión en la etapa
en cascada 8 subsiguiente a causa de un bloqueo del conducto de
evacuación de agua 26, mediante el agua evacuada desde la etapa en
cascada 6, el dispositivo de célula de combustible comprende un
conducto de alimentación de gas suplementario 58 desde el conducto
de gas fresco 16 o desde el humector de gas de funcionamiento 12
directamente hasta la etapa en cascada 8. Análogamente al conducto
de alimentación de gas suplementario 54 también el conducto de
alimentación de gas suplementario 58 está unido a una válvula 60,
que está unida por técnica de señales a la unidad de control 48 y
está prevista para una apertura y un cierre del conducto de
alimentación de gas suplementario 48 controlados por la unidad de
control 48.
Un tercer conducto de alimentación de gas
suplementario 62 con una válvula 64 une el conducto de alimentación
de gas fresco 16 o el humector de gas de funcionamiento 12 a la
última etapa en cascada 10, de tal modo que también esta etapa en
cascada puede alimentarse directamente con gas fresco, con
independencia del conducto de alimentación de gas de funcionamiento
en cascada, hasta las etapas en cascada 4, 6, 8, 10.
A través de los conductos de alimentación de gas
suplementarios 54, 58, 62, que pueden designarse también como un
único conducto de alimentación de gas suplementario coherente, puede
alimentarse gas de funcionamiento -en paralelo a los conductos de
alimentación de gas 24, 30, 36 en serie- en paralelo a las etapas en
cascada 6, 8, 10, en cada caso evitando el respectivo conducto de
evacuación de agua 18, 26, 32. Aquí se evita mediante el conducto
de alimentación de gas suplementario 54 la etapa en cascada 4,
mediante el conducto de alimentación de gas suplementario 58 las
etapas en cascada 4 y 6 y mediante el conducto de alimentación de
gas suplementario 62 las etapas en cascada 4, 8 y 6. Mediante el
conducto de alimentación de gas suplementario 62 se unen las
células de barrido especialmente sensibles en la última etapa en
cascada 10, directamente al conducto de alimentación de gas fresco
16, de tal modo que las células de barrido puedan funcionar con un
buen resultado y en especial, con independencia de la corriente de
gas de funcionamiento a través de los conductos de alimentación de
gas 18, 24, 30, 36, puedan barrerse en profundidad para garantizar
un funcionamiento fiable de las células de combustible ejecutadas
como células de barrido.
Además de la apertura forzada por funcionamiento
de los conductos de alimentación de gas suplementarios 54, 58 y/o 62
a causa de una baja presión en los separadores de agua 20, 28, 34
afectados, la unidad de control 48 puede estar configurada para que
por otro motivo se guíe gas fresco a las etapas en cascada 6, 8, 10,
por ejemplo para aumentar el rendimiento de las células de
combustible de estas etapas en cascada 6, 8, 10 o para el barrido
efectivo de las últimas etapas en cascada 10. De este modo también
puede pensarse en que la unidad de control 48 abra una o varias
válvulas 56, 60, 64, si el dispositivo de células de combustible
realiza un cambio de carga que va más allá de una medida prefijada,
para eliminar desde un principio un mal funcionamiento o una baja
presión en uno de los separadores de agua 20, 28, 34 o de las etapas
en cascada 6, 8, 10. Aparte de esto es posible, para aumentar a
corto plazo el rendimiento del dispositivo de células de
combustible, en el caso de un cambio de carga grande de este tipo
alimentar gas fresco adicional en las etapas en cascada 6, 8,
10.
Otro ejemplo de ejecución de un dispositivo de
célula de combustible 78 se muestra en la figura 3. Como los
dispositivos de célula de combustible 2, 70 anteriormente descritos,
también este dispositivo de célula de combustible 78 comprende
cuatro etapas en cascada 4, 6, 8, 10 con separadores de agua 20, 28,
34 correspondientes, válvulas 22, 38, 40 y sensores de presión 46,
50, 52, que sin embargo están unidos a través de una línea de bus 80
a la unidad de control 48. Igualmente a través de esta línea de bus
80 están unidas las válvulas 56, 60, 64 a la unidad de control 48.
Además de esto este dispositivo de célula de combustible 78 dispone
de un conducto de alimentación de gas suplementario 82, que es
guiado en serie desde la etapa en cascada 4 hasta la etapa en
cascada 6, desde allí hasta la etapa en cascada 8 y desde allí a la
etapa en cascada 10.
Al contrario que en los conductos de
alimentación de gas suplementarios 54, 58, 62 a través del conducto
de alimentación de gas suplementario 82 no se guía ningún gas fresco
hasta las etapas en cascada 6, 8, 10, sino que se mantiene el
conducto de alimentación de gas de funcionamiento en cascada. Para
esto el conducto de alimentación de gas suplementario 82 une en cada
caso un conducto de evacuación de gas de una etapa en cascada 4, 6,
8 a un conducto de alimentación de gas de la etapa en cascada 6, 8,
10 en cada caso subsiguiente. Para impedir un atascamiento del
conducto de alimentación de gas suplementario 82 con agua, éste se
deriva en cada caso en un punto de este tipo desde la etapa en
cascada 4, 6, 8 afectada, hacia la que no afluye el agua, de tal
modo que a través del conducto de alimentación de gas suplementario
82 no circula agua - aparte de algo de agua de condensación.
Para hacer posible un conducto de alimentación
de gas de funcionamiento rápido y/o adicional hasta las etapas en
cascada 8, 10, en otra configuración del dispositivo de célula de
combustible 78 pueden estar previstos otro conducto de alimentación
de gas suplementario 84 y opcionalmente otro conducto de
alimentación de gas suplementario 86. Mediante estos pueden evitarse
una o dos etapas en cascada 6, 8, de tal modo que además del guiado
en serie del conducto de alimentación de gas suplementario 82 se
hace posible un guiado en paralelo de gas de funcionamiento hasta
las etapas en cascada 8, 10. Para el control correspondiente de la
corriente de gas de funcionamiento, los conductos de alimentación de
gas suplementarios 84, 86 están dotados de válvulas 88, 90
controlables mediante la unidad de control 48. De este modo pueden
garantizarse, con un buen aprovechamiento de gas de funcionamiento
mediante el conducto de alimentación de gas de funcionamiento, una
baja presión indeseada en las etapas en cascada 6, 8, 10 y un mayor
barrido de la etapa en cascada 10 incluso con un intenso cambio de
carga.
Claims (16)
-
\global\parskip0.950000\baselineskip
1. Dispositivo de célula de combustible (2, 70, 78) con varias etapas en cascada (4, 6, 8, 10) y un conducto de alimentación de gas (24, 30, 36) para un gas de funcionamiento, guiado desde una etapa en cascada (4) anterior hasta al menos una etapa en cascada subsiguiente y una dos puestos posterior (6, 8, 10), que es guiado conjuntamente al menos en parte con un conducto de evacuación de agua (18, 26, 32) para evacuar agua desde la etapa en cascada (4, 6, 8) anterior, caracterizado por un conducto de alimentación de gas suplementario (54, 58, 62, 66, 82, 84, 86) adicional para el mismo gas de funcionamiento, que evita el conducto de evacuación de agua (18, 26, 32), hasta la subsiguiente etapa en
cascada (6) que sigue a la etapa en cascada (4) anterior y es anterior a la etapa en cascada (6) dos puestos posterior. - 2. Dispositivo de célula de combustible (2, 70, 78) según la reivindicación 1, caracterizado porque se guía el conducto de alimentación de gas suplementario (82) al menos hasta dos etapas en cascada (6, 8, 10), en paralelo al conducto de alimentación de gas (24, 60, 36).
- 3. Dispositivo de célula de combustible (2, 70, 78) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el conducto de alimentación de gas suplementario (54, 58, 64, 84, 86) es guiado, evitando una etapa en cascada (4, 6, 8), a otra etapa en cascada (6, 8, 10) subsiguiente.
- 4. Dispositivo de célula de combustible (2, 70, 78) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el conducto de alimentación de gas suplementario (54, 58, 64, 84, 86) une una etapa en cascada (6, 8, 10) subsiguiente a un conducto de alimentación de gas fresco (16).
- 5. Dispositivo de célula de combustible (78) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el conducto de alimentación de gas suplementario (82) une un conducto de evacuación de gas de una etapa en cascada (4, 6, 8) a un conducto de alimentación de gas de una etapa en cascada (6, 8, 10) subsiguiente.
- 6. Dispositivo de célula de combustible (78) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
conducto de alimentación de gas suplementario (82) es guiado en serie al menos hasta dos etapas en cascada (6, 8, 10). - 7. Dispositivo de célula de combustible (2, 70) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el conducto de alimentación de gas suplementario (62, 84) une una última etapa en cascada (10) que presenta una célula de barrido a un conducto de alimentación de gas fresco (16).
- 8. Dispositivo de célula de combustible (2, 70) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por un humector de gas de funcionamiento (12) y un conducto de gas seco (14), que alimenta un gas seco hasta el humector de gas de funcionamiento (12), en donde el conducto de alimentación de gas suplementario (54, 58, 62, 66) une el conducto de gas seco (14) al menos a una etapa en cascada (6, 8, 10).
- 9. Dispositivo de célula de combustible (2, 78) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por una unidad de control (48) para la apertura obligada por la situación de funcionamiento del conducto de alimentación de gas suplementario (54, 58, 62, 66, 82, 84, 86).
- 10. Dispositivo de célula de combustible (2, 78) según la reivindicación 9, caracterizado porque la unidad de control (48) esté prevista para abrir el conducto de alimentación de gas suplementario (54, 58, 62, 66, 82, 84, 86) en el caso de un cambio de carga, que supere una medida prefijada.
- 11. Dispositivo de célula de combustible (2, 78) según la reivindicación 9 ó 10, caracterizado porque la unidad de control (48) esté prevista para abrir el conducto de alimentación de gas suplementario (54, 58, 62, 66, 82, 84, 86) en el caso de un desarrollo de funcionamiento perturbado.
- 12. Dispositivo de célula de combustible (2, 78) según las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado por un sensor de presión (46, 50, 52) para determinar una presión de gas de funcionamiento, en donde la unidad de control (48) está prevista para abrir el conducto de alimentación de gas suplementario (54, 58, 62, 66, 82, 84, 86) cuando se desciende por debajo de la presión de gas de funcionamiento en un valor predeterminado.
- 13. Dispositivo de célula de combustible (2, 78) según la reivindicación 12, caracterizado porque el sensor de presión (46, 50, 52) para medir una presión de gas de funcionamiento está previsto en un separador de agua (20, 28, 52).
- 14. Dispositivo de célula de combustible (70) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el conducto de alimentación de gas suplementario (54, 58, 62) presenta una válvula mecánica (72, 74, 76) que se autoregula.
- 15. Dispositivo de célula de combustible (70) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el conducto de alimentación de gas suplementario (54, 58, 62) presenta una válvula de rebose.
- 16. Dispositivo de célula de combustible (70) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el conducto de alimentación de gas suplementario (54, 58, 62) presenta una válvula reguladora de presión.
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