ES2345961T3 - Sistema de pilas de combustible. - Google Patents

Abstract

Sistema de pilas de combustible (66, 76), que comprende una pluralidad de pilas de combustible (8), que están reunidas para formar varias etapas en cascada (S1, S2, S3, S4, S5), que están dispuestas en cascada en una corriente de gas de trabajo, estando dispuesta en el espacio una etapa en cascada (S2, S3, S4, S5) entre dos etapas en cascada (S1, S2, S3, S4) precedentes en la corriente de gas de trabajo, caracterizado porque la última etapa en cascada (S4, S5) en la corriente de gas de trabajo, está dispuesta en el espacio entre dos etapas en cascada (S1, S2, S3) precedentes en la corriente de gas de trabajo.

Description

Sistema de pilas de combustible.

La invención se refiere a un sistema de pilas de combustible, que comprende una pluralidad de pilas de combustible, que están reunidas en varias etapas en cascada, que están dispuestas en cascada en una corriente de gas de trabajo, estando dispuesta en el espacio una etapa en cascada entre dos etapas en cascada precedentes en la corriente de gas de trabajo.

En una pila de combustible reaccionan hidrógeno (H_{2}) y oxígeno (O_{2}) sobre un electrolito, con desprendimiento de calor, para proporcionar energía eléctrica con producción de agua, que tiene que ser purgada fuera de la pila de combustible, - junto con el agua de humectación, que se desprende por condensación -. Con el fin de que una pila de combustible pueda funcionar en ausencia de perturbaciones y de forma eficiente, debe alimentarse gas de trabajo a la pila de combustible en una cantidad suficiente, es decir gas que contenga oxígeno o que contenga hidrógeno, con objeto de poder evacuar de manera perfecta el agua formada. Esto se lleva a cabo por medio de un arrastre por insuflado del agua fuera de la pila de combustible, para lo cual se le alimenta una cantidad de gas de trabajo mayor que la necesaria para la reacción, con el fin de que esté disponible el gas de trabajo en exceso para llevar a cabo el arrastre por insuflado. Esto conduce a que una parte del gas de trabajo alimentado abandone de nuevo la pila de combustible sin intervenir en una reacción.

Con objeto de aprovechar el gas de trabajo, que es arrastrado por insuflado fuera de la pila de combustible, se ha acreditado perfectamente una distribución denominada en cascada, según la cual el correspondiente gas de trabajo fluye a través de varias etapas en cascada sucesivas, que presentan un número decreciente de recintos gaseosos de pilas de combustible, que están conectados en paralelo. Por medio de la disposición en cascada, el gas de trabajo no aprovechado, procedente de la primera etapa en cascada, es alimentado en la segunda etapa en cascada, siendo ampliamente consumido en la misma, el resto es alimentado en la tercera etapa en cascada, que contiene un número menor de pilas de combustible y así sucesivamente. De este modo, puede alcanzarse un buen aprovechamiento del gas de trabajo empleado. Se conoce una disposición en cascada de este tipo, por ejemplo, por la publicación WO 02/37594 A2.

En la última etapa en cascada, que está constituida de manera usual por una o por varias pilas denominadas de purga, se acumula agua y es máxima la concentración de los gases inertes, que no pueden ser consumidos en la reacción electroquímica. Cuando aumenta la concentración de los gases inertes o la cantidad de agua en las pilas de purga por encima de un valor predeterminado, se purgan de las pilas de purga, por medio de una válvula controlada, el gas inerte y el agua y puede volver a fluir gas de trabajo fresco.

Se emitirá una señal, con objeto de llevar a cabo el vaciado de una pila de purga, de manera usual, cuando la tensión de la pila, correspondiente a la pila de combustible que sirve como pila de purga, caiga por debajo de un valor de umbral determinado. Una caída de la tensión de pila es provocada debido a que, al menos, uno de los electrodos no está suficientemente alimentado con el gas de trabajo correspondiente, por ejemplo debido a que la pila de purga contiene una gran cantidad de agua, que bloquea el acceso del gas de trabajo hasta los electrodos. Desde luego, cuando cae la tensión de pila de una pila de purga, solo puede determinarse con dificultad si debe ser liberado del agua o bien si debe ser liberado del gas inerte el lado del ánodo o el lado del cátodo. La purga de ambos lados conduciría a una pérdida innecesaria de gas de trabajo a través del lado de gas libre.

Con objeto de resolver este problema es conocido el hecho de llevar a cabo la orientación de disposición en cascada del lado del ánodo en sentido contrapuesto con respecto a la disposición en cascada del lado del cátodo de tal manera, que las pilas de purga del lado del ánodo, es decir de aquellas pilas de combustible, cuyo recinto gaseoso anódico es empleado como recinto colector del agua y del gas inerte, no coincidan con las pilas de purga del lado del cátodo. Por consiguiente, en el caso de una pila de purga, únicamente es empleado uno de sus dos recintos de gas a modo de recintos de gaseoso de purga que, de manera consecuente, es purgado en caso de que se produzca una caída de la tensión de pila.

Como consecuencia de la disposición en cascada contrapuesta y de la necesidad de tener que recorrer, desde arriba hacia abajo, con gas de trabajo grandes pilas de combustible, que se encuentran dispuestas de canto, en un apilamiento de pilas de combustible, con objeto de que el agua producida pueda ser arrastrada por insuflado hacia abajo, se requiere una conducción costosa del canal hasta las etapas en cascada, lo que conduce, además de a una realización costosa, también a un sistema de pilas de combustible de gran volumen.

Se conoce por la publicación WO 02/27849 A1, dejar que la última etapa en cascada, correspondiente, sea recorrida por otro gas de trabajo fresco de tal manera, que el gas de trabajo residual sea consumido por completo. Por otra parte, las últimas etapas en cascada respectivas para ambos gases de trabajo son monitorizadas eléctricamente de forma independiente. También, en este caso, se requiere una conducción costosa del canal, que conduce a un sistema de pilas de combustible de gran volumen.

El objeto de la presente invención consiste en proporcionar un sistema de pilas de combustible, que pueda ser construido de forma compacta.

Esta tarea se resuelve por medio de un sistema de pilas de combustible del tipo citado al principio, en el que, de conformidad con la invención, la última etapa en cascada en la corriente de gas de trabajo, está dispuesta en el espacio entre dos etapas en cascada precedentes en la corriente de gas de trabajo. Por medio de esta disposición de las etapas en cascada puede ser aprovechado de manera efectiva un recinto, que está dispuesto alrededor de las pilas de combustible, para llevar a cabo un tendido de tuberías o bien para llevar a cabo una disposición de los canales de gas de trabajo.

Las etapas en cascada pueden estar dispuestas directamente de manera sucesiva. En una etapa en cascada es recorrida una pluralidad de pilas de combustible paralelamente por un gas de trabajo. En este caso se denominan como gas de trabajo tanto el gas que contiene oxígeno así como también el gas que contiene hidrógeno.

La invención parte en este caso del razonamiento de que se ha acreditado para un funcionamiento fiable una disposición en el espacio de tal manera que la segunda etapa en cascada se encuentra a continuación de la primera etapa en cascada, a continuación la tercera, a continuación la cuarta, etc. Desde luego, esta disposición en el espacio de las etapas en cascada conduce a que en la última etapa en cascada pasa una pluralidad de tuberías o bien de canales de tal manera, que en la misma existe una mayor necesidad de espacio. Una conducción del canal con una disposición en el espacio conocida de este tipo de las etapas en cascada está representada en la figura 1 y se describe más adelante.

Por medio de la reordenación en el espacio de las etapas en cascada de tal manera, que el orden de prelación de la alineación en el espacio no corresponde al orden de prelación de paso a través de las etapa en cascada, puede ser distribuida de una manera más conveniente la conducción del canal a lo largo del sistema de pilas de combustible y en conjunto puede ahorrarse espacio.

La invención puede ser empleada, de una manera especialmente ventajosa, en un bloque de pilas de combustible, en el que las pilas de combustible están dispuestas en un bloque continuo. En este caso, están apilados de manera superpuesta soportes de las pilas de combustible planos, preferentemente rectangulares, que portan en su interior a las pilas de combustible y que presentan en su zona externa orificios, que forman los canales axiales cuando los soportes planos están ensamblados, cuyos canales axiales discurren en la dirección longitudinal del bloque de las pilas de combustibles. Cuanto mayor sea el número de canales necesario, tanto mayor es el número de orificios que debe presentar cada soporte y tanto mayor debe ser el soporte y tanto mayor debe ser el bloque de pilas de combustible. Por medio de un aprovechamiento efectivo de todos los canales axiales en el mayor número posible de zonas del canal puede llevarse a cabo la conducción del canal de forma compacta y una construcción pequeña del bloque de pilas de combustible.

De manera ventajosa, la última etapa en cascada es una etapa de pila de purga. Esta etapa comprende una o varias pilas de purga, que forman el extremo de una disposición en cascada y que por consiguiente no van seguidas por otras etapas en cascada. Las corrientes transversales, desfavorables, pueden ser evitadas ampliamente en las pilas de purga por medio de la disposición en el espacio de la etapa de pila de purga entre dos etapas precedentes.

Pueden conseguirse vías para el transporte del gas muy cortas y, por consiguiente, un aprovechamiento efectivo de los canales del gas de trabajo si las etapas en cascada están dispuestas en el espacio sucesivamente en el orden de prelación correspondiente a S_{1}, S_{n}, S_{2}, ..., S_{n-1}, siendo S_{1} la primera y siendo S_{n} la última etapa en cascada.

De manera ventajosa, las pilas de combustible para los dos gases de trabajo están ensambladas respectivamente en un lado de gas con, respectivamente, varias etapas en cascada, dispuestas en cascada. Ambos lados de gas, es decir tanto el lado del oxígeno así como, también, el lado del hidrógeno o bien tanto el lado de los cátodos así como también el lado de los ánodos del sistema de pilas de combustible pueden hacerse trabajar de manera eficiente por medio de una disposición en cascada.

En este caso está dispuesta, de manera conveniente, una etapa de pila de purga de un lado de gas, por ejemplo del lado del oxígeno, en otras pilas de combustible diferentes de la etapa de pila de purga del otro lado de gas, en el ejemplo considerado en el lado del hidrógeno. Por consiguiente, las etapas de pilas de purga están dispuestas en ausencia de intersección recíproca. Puesto que, como consecuencia de esta disposición, las pilas de purga del lado de los ánodos y del lado de los cátodos se influencian poco recíprocamente, puede reconocerse siempre cual de los recintos de gas de una pila de purga debe ser purgado en el caso en que se produzca una caída de tensión de la pila de purga.

Durante el funcionamiento regular puede excluirse, de una manera muy segura, un influjo de un recinto gaseoso, que no es de purga de una pila de purga sobre el recinto gaseoso de purga de la pila de purga, si se dispone una etapa de pila de purga de un lado de gas en las pilas de combustible de la primera o de la segunda etapa en cascada del otro lado de gas. En la primera o en la segunda etapa en cascada es tan pequeña la relación entre el gas de trabajo y los componentes perturbadores, tales como el agua y los gases inertes, que un recinto gaseoso, que no es de purga, de la primera o de la segunda etapa en cascada no genera una caída de tensión en la pila de combustible durante un funcionamiento normal. Cuando se produce una caída de tensión de la pila de combustible, que está realizada como pila de purga, puede concluirse por consiguiente de una forma segura que tiene que ser purgado el recinto gaseoso de purga.

Puede conseguirse un tendido de las tuberías con vías cortas o bien pueden conseguirse canales cortos para el gas de trabajo si, respectivamente, la primera etapa en cascada de ambos lados de gas está dispuesta en el espacio al comienzo de todas las etapas en cascada. Adicionalmente puede mantenerse reducida una pérdida de presión en los canales así como también una refrigeración de la corriente gaseosa en los canales, con lo cual puede contrarrestarse una subhumectación y, por lo tanto, puede mantenerse reducida una tasa de perturbaciones del desarrollo del funcionamiento o bien un envejecimiento indeseado de las pilas de combustible.

Puede mantenerse especialmente baja una pérdida de presión en la alimentación del gas de trabajo hasta la primera etapa en cascada si la primera etapa en cascada, en la corriente de gas de trabajo, de ambos lados de gas presenta varios canales para la alimentación del gas, dispuestos en paralelo. La prolongación en el espacio en la dirección longitudinal sirve, de manera conveniente, como canales para la alimentación de gas para otras etapas en cascada. Por medio de la alimentación de la primera etapa en cascada a partir de varios canales para la alimentación de gas puede mantenerse reducida una velocidad de flujo en los canales y, de este modo, puede mantenerse también reducida una resistencia al flujo generadora de una pérdida de presión. Por medio del aprovechamiento de la prolongación en el espacio de los canales para la alimentación de gas para la alimentación del gas de otras etapas en cascada puede mantenerse compacto, a pesar de todo, el sistema de pilas de combustible.

Pueden conseguirse vías cortas de gas y un reconocimiento seguro de la inundación de los recintos gaseosos de purga cuando las etapas en cascada de ambos lados de gas estén dispuestas en el espacio en el orden de prelación correspondiente a S_{1}, S_{n}, S_{2}, ..., S_{n-1}, siendo S_{1} respectivamente la primera etapa en cascada y siendo S_{n} respectivamente la última etapa en cascada.

La invención se explica a continuación con mayor detalle por medio de ejemplos de realización, que están representados en los dibujos.

Se muestra:

en la figura 1 un sistema de pilas de combustible, conocido por el estado de la técnica, en el que el lado del hidrógeno y el lado del oxígeno están dispuestos en cascada en sentidos contrapuestos,

en la figura 2 una disposición de conformidad con la invención de etapas en cascada, en la que las etapas de las pilas de purga están dispuestas respectivamente entre dos etapas precedentes, y

en la figura 3 un sistema de pilas de combustible con cinco etapas en cascada por cada lado, en las que la última etapa en cascada está dispuesta respectivamente junto a la primera.

La figura 1 muestra un sistema 2 de pilas de combustible, conocido por el estado de la técnica. El lado del oxígeno 4 y el lado del hidrógeno 6 del sistema 2 de pilas de combustible se han representado separados de forma superpuesta con objeto de facilitar la comprensión, que están realizados de manera que encajan entre sí en el sistema 2 de pilas de combustible real, en estado montado.

El sistema 2 de pilas de combustible abarca una pluralidad de pilas de combustible 8, de las cuales solamente se ha representado de manera esquemática una de ellas en la figura 1. Cada una de las pilas de combustible 8 comprende un recinto de gas del cátodo 10 y un recinto de gas del ánodo 12, estando dispuesto el recinto de gas del cátodo 10 en el lado del oxígeno 4 y estando dispuesto el recinto de gas del ánodo 12 en el lado del hidrógeno 6. En el sistema 2 de pilas de combustible se han dispuesto de forma directamente adyacente el recinto de gas del cátodo 10 y el recinto de gas del ánodo 12 de la pila de combustible 8 y están orientados paralelamente entre sí, separados únicamente por medio de una unidad de membrana-electrolito, sobre la cual tiene lugar la reacción electroquímica del hidrógeno y del oxígeno para producir energía eléctrica, calor y agua. En la figura 1 han sido representados los dos recintos de gas 10, 12 de forma separada entre sí simplemente con objeto de facilitar la vista de conjunto.

Las pilas de combustible 8 del sistema 2 de pilas de combustible son pilas de combustible 8 planas, apiladas entre sí, de sección transversal rectangular, que están sujetas respectivamente en un soporte 14, que constituyen en su conjunto un bloque 16 alargado de pilas de combustible. Tanto sobre el lado del oxígeno 4 así como también sobre el lado del hidrógeno 6 se han distribuido las pilas de combustible 8 respectivamente en cuatro etapas en cascada S_{1} - S_{4}, perteneciendo respectivamente cada pila de combustible 8 a dos etapas en cascada S_{1} - S_{4}, concretamente por el lado del ánodo de una de las etapas en cascada S_{1} - S_{4} del lado del hidrógeno 6 y por el lado del cátodo de una de las etapas en cascada S_{1} - S_{4} del lado del oxígeno 4.

La distribución de las pilas de combustible 8 o bien de sus recintos de gas del cátodo 10 y de sus recintos de gas del ánodo 12 en las cuatro etapas en cascada S_{1} - S_{4} es diferente en el lado del oxígeno 4 con respecto al lado del hidrógeno 6. Las pilas de combustible 8, cuyo recinto de gas del cátodo 10 está asociado, por ejemplo, con la cuarta etapa en cascada S_{4} del lado del oxígeno 4, están asociadas, en lo que respecta a sus recintos de gas del ánodo 12, con la primera etapa en cascada S_{1} del lado del hidrógeno 6.

Durante el funcionamiento del sistema de pilas de combustible se alimenta un gas de trabajo, que contiene oxígeno, por ejemplo oxígeno puro, a través de un conducto de alimentación 18 del lado del oxígeno 4. El conducto de alimentación 14 discurre en dirección axial del bloque 16 de pilas de combustibles y está realizado en forma de un denominado canal axial. Desde este canal axial conduce una pluralidad de canales radiales 20, que están representados esquemáticamente en la figura 1, hasta un humectador B_{O2}, que está constituido, en cuanto a su geometría, de manera análoga a la de una etapa en cascada S_{1} - S_{4}. El gas de trabajo atraviesa una pluralidad de pilas de humectación del humectador B_{O2} y abandona al humectador B_{O2} a través de una pluralidad de otros canales radiales 22 en estado humedecido.

A través de otro canal axial 24 llega el gas de trabajo que contiene oxígeno, humedecido, hasta la primera etapa en cascada S_{1} del lado del oxígeno 4. De la misma manera fluye a través de canales radiales 26 el gas de trabajo hasta los recintos de gas del cátodo 10 de las pilas de combustible 8 de la primera etapa en cascada S_{1} y reacciona allí, en parte, sobre las unidades de membrana-electrolito de las pilas de combustible 8. El agua producida en este caso es arrastrada fuera de los recintos de gas del cátodo 10 por medio de la parte del gas de trabajo, que no ha intervenido allí en ninguna reacción, a través de otros canales radiales 28, por insuflación hacia abajo hasta un canal axial 30.

El gas de trabajo es insuflado a continuación en un separador de agua 32, en este punto se separa del agua producida y es transportado de nuevo hacia arriba hasta otro canal axial 34 y hasta canales radiales 36 para llegar hasta las pilas de combustible 8 de la segunda etapa en cascada S_{2}. En este punto reacciona de nuevo una parte del gas de trabajo en la reacción electroquímica de las pilas de combustible 8, mientras que, por el contrario, la parte del gas de trabajo, que no se ha consumido, se insufla de nuevo a través de canales radiales 38 y de un canal axial 40 hasta un separador de agua 42. En este punto el agua producida se separa de nuevo del gas de trabajo, que se conduce hasta la tercera etapa en cascada S_{3}, de forma análoga a la que ha sido descrita precedentemente, en este punto reacciona de nuevo en parte, siendo insuflado el resto del gas de trabajo remanente a través de un tercer separador de agua 44 y de un canal axial 46 en la cuarta etapa en cascada S_{4}.

La cuarta etapa en cascada S_{4} abarca pilas de purga 48, en cuyos recintos de gas del cátodo 10 se acumula la parte de gases inertes del gas de trabajo y el agua producida, que se ha formado en las pilas de purga 48 a partir de la reacción electroquímica. De este modo, las pilas de purga 48 son inundadas lentamente con el gas inerte y con el agua producida, lo cual influye negativamente sobre la reacción electroquímica en las pilas de purga 48 de tal manera, que cae su tensión de pila. Cuando el valor de la tensión de pila de las pilas de purga 48 individuales o cuando el valor de la tensión de la cuarta etapa en cascada S_{4} desciende, en conjunto, por debajo de un valor de umbral determinado, serán purgadas las pilas de purga 48 - de una manera más exacta: sus recintos de gas del cátodo 10 - por medio de la apertura de una válvula correspondiente, fluyendo el gas de trabajo, capaz de reaccionar, a través de los recintos de gas del cátodo 10 de las pilas de purga 48 y el agua y la parte de gases inertes es descargada a través de un conducto de descarga 50.

La conducción del gas de trabajo por el lado del hidrógeno está construida de manera análoga. A través de un conducto de alimentación 52 fluye gas de trabajo que contiene hidrógeno, especialmente hidrógeno puro, hasta un humectador B_{H2}, en el mismo se humedece con agua y fluye a través de un canal axial 54 hasta la primera etapa en cascada S_{1}. Desde este punto insufla al gas de trabajo - de manera análoga a la que ha sido descrita precedentemente - hasta
la segunda, la tercera y la cuarta etapas en cascada S_{2}, S_{3}, S_{4}, llevándose a cabo la separación del agua de humectación, separada por condensación, del gas de trabajo, respectivamente en los separadores de agua 56, 58, 60. Las pilas de combustible de la cuarta etapa en cascada S_{4} están configuradas en forma de pilas de purga 62, cuyo gas inerte y cuya agua son descargados a través de un conducto de descarga 64.

La disposición en cascada del lado del oxígeno 4 y del lado del hidrógeno 6 se ha realizado en sentidos contrapuestos, con lo cual las pilas de purga 48 son pilas de combustible 8 de la primera etapa en cascada S_{1} del lado del hidrógeno 6. De manera análoga, las pilas de purga 62 del lado del hidrógeno son pilas de combustible 8 de la primera etapa en cascada S_{1} del lado del oxígeno 4. Una caída de tensión de pila en las pilas de purga 48, 62 puede asociarse a una inundación de las pilas de purga 48, 62, - por medio del desarrollo del funcionamiento, que no queda perturbado por regla general, en la primera etapa en cascada S_{1}.

Tal como puede verse en la figura 1, son necesarios respectivamente siete canales axiales 24, 30, 34, 40, 46, 54, para la alimentación y para la descarga del gas de las cuatro etapas en cascada S_{1} - S_{4} para ambos lados de gas de tal manera, que en el bloque 16 de pilas de combustible se requieren sólo 14 de estos canales para la conducción del gas. Los soportes 14 de las pilas de combustible 8 presentan por consiguiente respectivamente 14 orificios sólo para estos canales. De este modo tiene que configurarse de forma relativamente grande la superficie de los soportes 14 alrededor de las pilas de combustible 8 con objeto de poder albergara todos los 14 orificios - y a otros orificios para otros canales para la alimentación -.

En la figura 2 se ha representado una disposición ventajosa, en lo que se refiere a la conducción del gas, de las etapas en cascada S_{1} - S_{4}. La figura 2 muestra a título de un ejemplo de realización de la invención, un sistema 66 de pilas de combustible. En la descripción que sigue está explícitamente incluida la descripción del sistema 2 de pilas de combustible, de tal manera, que la descripción se limita de manera esencial a las diferencias con respecto al sistema 2 de pilas de combustible de la figura 1, a la que se hace referencia en lo que se refiere a las características y funciones que permanecen idénticas. De manera esencial, los componentes que permanecen idénticos están referenciados básicamente con los mismos números de referencia.

En el lado del oxígeno 4 está dispuesta la cuarta etapa en cascada S_{4}, que es una etapa de pila de purga, entre la primera etapa en cascada y la tercera etapa en cascada S_{1}, S_{3}. En el lado del hidrógeno 6 está dispuesta la cuarta etapa en cascada S_{4} o bien la etapa de pila de purga entre la tercera etapa en cascada y la segunda etapa en cascada S_{3}, S_{2}. Por medio de esta disposición se consigue que sobre ambos lados de gas se requieran respectivamente tan sólo seis canales axiales 68, con lo cual el bloque 16 de las pilas de combustible del sistema 66 de pilas de combustible puede ser realizado de una forma más compacta en su extensión radial.

Por otra parte, esta disposición proporciona la ventaja de que las dos primeras etapas en cascada S_{1} pueden ser alimentadas al mismo tiempo con el correspondiente gas de trabajo respectivamente a través de tres canales axiales 70 conectados en paralelo (y dispuestos en paralelo). De este modo, puede mantenerse reducida la pérdida de presión en estos canales axiales 70 por medio de una velocidad de flujo relativamente baja del gas de trabajo. La prolongación en el espacio en la dirección longitudinal de estos canales axiales 70, que sirven como canales para la alimentación de gas 72, sirven como canales para la alimentación de gas 74 para las otras etapas en cascada S_{2} hasta S_{4}, estando interrumpidos evidentemente estos canales axiales 68 entre la primera etapa en cascada y la cuarta etapa en cascada S_{1}, S_{4}, de tal manera, que la conducción del gas de trabajo se conduce de manera análoga a la que ha sido descrita precedentemente.

Para garantizar un reconocimiento fiable de la inundación de las pilas de purga 48, 62 de la correspondiente cuarta etapa en cascada S_{4}, la etapa de pilas de purga del lado del oxígeno 4 de las pilas de combustible 8 está asociada con la primera etapa en cascada S_{1} del lado del hidrógeno 6. A la inversa, la etapa de las pilas de purga del lado del hidrógeno 6 está asociada con la segunda etapa en cascada S_{2} del lado del oxígeno 4. Es posible llevar a cabo la asociación de las pilas de purga 48 con la primera etapa en cascada S_{1} del lado del hidrógeno 6 debido a que la primera etapa en cascada S_{1} del lado del hidrógeno 6 abarca un mayor número de pilas de combustible 8 que la primera etapa en cascada S_{1} del lado del oxígeno 4. Esto se debe a que tiene que descargarse una mayor cantidad de agua desde los recintos de gas del cátodo 10 del lado del oxígeno 4 que a partir de los recintos de gas del ánodo 12 del lado del hidrógeno 6 y, por consiguiente, tiene insuflarse gas de trabajo con mayor intensidad a través de los recintos de gas del cátodo 10. De este modo se consume proporcionalmente una menor cantidad de gas de trabajo en la primera etapa en cascada S_{1} de tal manera, que las subsiguientes etapas en cascada S_{2} - S_{4} tienen que ser realizadas con un tamaño mayor, es decir con un número mayor de pilas de combustible 8.

En la figura 3 se ha representado otro ejemplo de realización de un sistema 76 de pilas de combustible, cuya descripción se limita de manera esencial a las diferencias con respecto a las descripciones que preceden. El bloque 16 de pilas de combustible del sistema 76 de pilas de combustible está subdividido por ambos lados de gas respectivamente en cinco etapas en cascada S_{1} - S_{5}, que están dispuestas en el espacio respectivamente en el orden de prelación S_{1}, S_{n}, S_{2}, ..., S_{n-1}, siendo n = 5. De este modo puede mantenerse muy corta la longitud recorrida de los respectivos 2 x 4 canales axiales 78 y los flujos pueden ser conducidos con bajo rozamiento. Se mantienen inalteradas las otras ventajas, concretamente la correspondiente a que está dispuesta respectivamente la primera etapa en cascada S_{1} de ambos lados de gas espacialmente al comienzo de todas las etapas en cascada S_{1} - S_{5} y, de manera especial, en los humectadores B_{O2} y respectivamente B_{H2} y que las últimas etapas en cascada S_{5} o bien etapas de pilas de purga están asociadas con la primera etapa en cascada y respectivamente con la segunda etapa en cascada S_{1}, S_{2}. Por medio de los ocho canales axiales 78 que son necesarios respectivamente por cada lado de gas, la primera etapa en cascada S_{1} puede dar servicio a los dos lados de gas por medio de cuatro canales para la alimentación de gas 72, que están conectados en paralelo.

Claims (10)

1. Sistema de pilas de combustible (66, 76), que comprende una pluralidad de pilas de combustible (8), que están reunidas para formar varias etapas en cascada (S_{1}, S_{2}, S_{3}, S_{4}, S_{5}), que están dispuestas en cascada en una corriente de gas de trabajo, estando dispuesta en el espacio una etapa en cascada (S_{2}, S_{3}, S_{4}, S_{5}) entre dos etapas en cascada (S_{1}, S_{2}, S_{3}, S_{4}) precedentes en la corriente de gas de trabajo, caracterizado porque la última etapa en cascada (S_{4}, S_{5}) en la corriente de gas de trabajo, está dispuesta en el espacio entre dos etapas en cascada (S_{1}, S_{2}, S_{3}) precedentes en la corriente de gas de trabajo.

2. Sistema de pilas de combustible (66, 76) según la reivindicación 1, caracterizado porque las pilas de combustible (8) están dispuestas en un bloque (16) continuo de pilas de combustible.

3. Sistema de pilas de combustible (66, 76) según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la última etapa en cascada (S_{4}, S_{5}) es una etapa de pila de purga.

4. Sistema de pilas de combustible (76) según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las etapas en cascada (S_{1}, S_{2}, S_{3}, S_{4}, S_{5}) están dispuestas en el espacio según el orden de prelación S_{1}, S_{n}, S_{2}, ..., S_{n-1}, siendo S_{1} la primera etapa en cascada y siendo S_{n} la última etapa en cascada (S_{1}, S_{5}).

5. Sistema de pilas de combustible (66, 76) según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las pilas de combustible (8) están reunidas para dos gases de trabajo, respectivamente, hacia un lado de gas con, respectivamente, varias etapas en cascada (S_{1}, S_{2}, S_{3}, S_{4}, S_{5}), dispuestas en cascada.

6. Sistema de pilas de combustible (66, 76) según la reivindicación 5, caracterizado porque está dispuesta una etapa de pila de purga de un lado de gas en otras pilas de combustible (8) diferente de la etapa de pila de purga del otro lado de gas.

7. Sistema de pilas de combustible (66, 76) según la reivindicación 5 o 6, caracterizado porque está dispuesta una etapa de pila de purga de un lado de gas en pilas de combustible (8) de la primera o de la segunda etapa en cascada (S_{1}, S_{2}) del otro lado de gas.

8. Sistema de pilas de combustible (66, 76) según una de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado porque está dispuesta en el espacio, respectivamente, la primera etapa en cascada (S_{1}) de ambos lados de gas al comienzo de todas las etapas en cascada (S_{1}, S_{2}, S_{3}, S_{4}, S_{5}).

9. Sistema de pilas de combustible (66, 76) según una de las reivindicaciones 5 a 8, caracterizado porque la primera etapa en cascada (S_{1}), en la corriente de gas de trabajo, de ambos lados de gas, presenta varios canales para la alimentación de gas (72), que están dispuestos paralelamente, sirviendo su prolongación en el espacio en la dirección longitudinal como canales para la alimentación de gas (74) para otras etapas en cascada (S_{2}, S_{3}, S_{4}, S_{5}).

10. Sistema de pilas de combustible (76) según una de las reivindicaciones 5 a 9, caracterizado porque las etapas en cascada (S_{1}, S_{2}, S_{3}, S_{4}, S_{5}) de ambos lados de gas están dispuestas en el espacio según el orden de prelación S_{1}, S_{n}, S_{2}, ..., S_{n-1}, siendo S_{1} respectivamente la primera etapa en cascada y siendo S_{n} respectivamente la última etapa en cascada (S_{1}, S_{5}).