ES2346813T3 - Contenedor portador de una unidad de alimentacion de energia con pilas de combustible. - Google Patents

Abstract

Contenedor portador (1, 2, 3, 101, 102) de una unidad de alimentación de energía que puede suministrar energía desde un grupo apilado de pilas de combustible, especialmente desde un grupo apilado de pilas de combustible con pilas de combustible de membrana de electrólito polímero, y que comprende diferentes componentes escalonados entre sí, compuestos por un plástico expandido (2, 3, 102), por ejemplo, de polipropileno, poliuretano o polietileno expandido, con al menos un canal, caracterizado porque el canal (6, 20, 106) es un canal de conducción de reactivos y el contenedor portador (1, 2, 3, 101, 102) presenta escotaduras (7, 8, 9, 10, 11, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 107, 122, 123, 124, 125, 126, 127), en las que se encuentran distintos componentes sin más medidas de fijación.

Description

Contenedor portador de una unidad de alimentación de energía con pilas de combustible.

La presente invención se refiere a un contenedor portador para una unidad de alimentación de energía que recibe al menos una parte de su energía de un grupo apilado de pilas de combustible, especialmente de un grupo apilado de pilas de combustible con pilas de combustible de membrana de electrólito polímero. Además, la invención se refiere a un uso adecuado de un contenedor portador según la invención, así como al uso del contenedor portador para reducir el peligro de las unidades de alimentación de energía según la invención.

Hay diferentes formas de realización y tipos de pilas de combustible. Un tipo de pila de combustible muy extendido es la pila de combustible de membrana de electrólito polímero que con un electrólito en forma de una membrana polímera realiza la reacción de los reactivos, especialmente hidrógeno y oxígeno, en una capa existente, contigua a la membrana. Durante ello, entre otras cosas, se produce potencia eléctrica. También se conocen otros tipos de pilas de combustible, especialmente en el intervalo de bajas temperaturas de hasta aprox. 200ºC ó 250ºC, especialmente con un electrólito local fijo o fijado. Los grupos apilados de pilas de combustible se ensamblan con otros componentes periféricos tales como válvulas, sensores, unidades de control, volúmenes de reserva de reactivos, ventiladores y depósitos de energía eléctrica (baterías auxiliares, capacidad ultra) formando unidades de alimentación de energía. Las unidades de alimentación de energía compactas, que son aquellas unidades de alimentación de energía capaces de suministrar 10 kW de potencia, especialmente menos de 5 kW de potencia, pueden construirse especialmente bien con pilas de combustible de membrana de electrólito polímero. Frecuentemente, las unidades de alimentación de energía compactas pueden llevarse además como unidades portátiles en el sector del ocio, por ejemplo, en el sector del deporte de barcos a motor o en el sector de seguridad crítica, por ejemplo, como unidades de alimentación eléctrica de emergencia, a lugares en los que ha de garantizarse especialmente una potencia eléctrica. Por lo tanto, frecuentemente se pueden configurar unidades compactas que puedan ser llevadas por una persona. Otra aplicación de las unidades de pilas de combustible según la invención consiste en instalarse en un lugar fijo como propulsión de barcos o propulsión auxiliar de barcos. También las unidades de corriente de emergencia se colocan frecuentemente en un lugar
fijo.

Según una forma de realización, la pila de combustible de membrana de electrólito polímero trabaja directamente con hidrógeno. En la conciencia de muchos usuarios el hidrógeno entraña un riesgo de seguridad. Especialmente con el oxígeno del aire puede formarse una mezcla de gas detonante inflamable. Para prevenir el peligro para un usuario, se conocen unidades de alimentación de energía compactas, dotadas de al menos un sensor de hidrógeno, frecuentemente incluso con varios sensores de hidrógeno, para detectar a tiempo la fuga de hidrógeno y poder iniciar medidas para contrarrestarla. En este tipo de unidades, los distintos componentes que forman la unidad de alimentación de energía compacta se montan en un marco. Un conocimiento especial consiste en la identificación de lugares apropiados en los que han de colocarse los sensores de hidrógeno. Después de la construcción han de rendirse pruebas a las entidades de supervisión del sector, de que la unidad de alimentación de energía es fiable y segura.

En la figura 9 del documento EP1339120A2 está representada una carcasa con una pila de combustible situada a una distancia entre los distintos elementos, que en el lado de salida tiene un ventilador para el transporte de aire. La carcasa forma un espacio hueco que en parte está relleno por la pila de combustible y que, por lo demás está destinada a la circulación del aire ambiente.

En las figuras 8, 10 y 11 del documento EP0649570B1 están dibujados distanciadores y listones que pueden estar fabricados de plásticos termoconductivos. Los distanciadores y listones han de insertarse entre las distintas capas de las pilas de un transformador de energía electroquímico de varias pilas, para formar un grupo apilado.

Del documento US2005095500A1 se desprende que -como ya se ha expuesto anteriormente- pueden disponerse componentes de pila de combustible individuales en una carcasa. Los espacios huecos formados pueden llenarse mediante un material de relleno metálico. Adicionalmente, en la carcasa pueden disponerse cojines aislantes para la amortiguación. El documento US2003070850A1 da a conocer una idea similar hablando de un material de amortiguación de gran superficie para la absorción de vibraciones que puede estar elaborado como capa individual también de espumas o de elastómeros. Por consiguiente, según el documento US2005211436A1, las espumas pueden usarse también para el aislamiento térmico de componentes seleccionados como, por ejemplo, una fuente de calor adicional en una unidad de alimentación de energía. En líneas generales, se puede resumir que por consideraciones de vibración, de aislamiento térmico y de estabilidad, una unidad de alimentación de energía puede dotarse por capas, por cojines o por espacios huecos, con materiales adicionales como, por ejemplo, cualquier tipo de espuma.

Por lo tanto, existe la demanda de un contenedor portador que no sólo facilite el montaje de los distintos componentes de la unidad de alimentación de energía, sino que también permita prestar mediante pocas verificaciones una prueba de seguridad sin demostraciones extensas adicionales.

Una descripción para proporcionar una unidad de envase para los distintos componentes de un ordenador se conoce por la familia de patentes compuesta, entre otros, por los siguientes miembros de familia: los documentos DE69103014, EP546211B2, JP2003051684A. En esta familia de patentes se propone utilizar un plástico expandido como material de sujeción para distintos componentes de un ordenador como, por ejemplo, el disco duro.

Conociendo la teoría dada a conocer en éstos, según la invención, la solución puede seguir desarrollándose para proporcionar un contenedor portador para una unidad de alimentación de energía compacta.

Según la invención, el objetivo se consigue mediante un contenedor portador según la reivindicación 1. Por la reivindicación 12 se conoce un uso adecuado para un contenedor portador según la invención. El uso del contenedor portador para reducir el peligro figura en la reivindicación 13. Algunas variantes ventajosas figuran en las reivindicaciones subordinadas.

El contenedor portador se compone de distintos componentes. El contenedor portador presenta escotaduras. En las escotaduras pueden colocarse distintos componentes de la unidad de alimentación de energía. Los distintos componentes de la unidad de alimentación de energía pueden situarse en las escotaduras del contenedor portador, por ejemplo por apriete, sin más medidas de fijación. El contenedor portador se compone de las distintas capas de sus componentes. Como material apropiado del contenedor portador se ha acreditado un plástico expandido. Un plástico expandido de este tipo puede ser el polipropileno, el poliuretano o el polietileno. Los componentes de la unidad de alimentación de energía están intercomunicados, por ejemplo, a través de cables, tuberías etc. El contenedor portador ocupa la mayor parte del espacio de la unidad de alimentación de energía. Los componentes de la unidad de alimentación de energía junto a las capas del contenedor portador forman una unidad compacta. La unidad compacta actúa como un dado. La unidad de alimentación de energía es una unidad cuadrada alargada, cuyo medio conformador esencial es el contenedor portador. También son posibles otras fórmulas apropiadas.

El plástico expandido se conoce como material aislante o como espuma. El plástico expandido tiene una baja densidad y un bajo factor de termoconductividad. El plástico expandido es un plástico espumado. El plástico espumado tiene inclusiones y espacios huecos. Las inclusiones pueden ser pequeñas inclusiones de aire. Las inclusiones pueden tener forma esférica o cónica. El plástico expandido es un material aislante ligero, flexible que no puede emplearse como material termoconductivo.

En el contenedor portador está previsto al menos un canal. El canal sirve de canal conductor de reactivos. A través del canal conductor de reactivos, al menos un reactivo de la pila de combustible o del grupo apilado de pilas de combustible puede conducirse hasta la pila de combustible o saliendo de éste, especialmente como producto. El producto puede evacuarse en una corriente desenriquecida de eductos.

El contenedor portador de plástico expandido ocupa la mayor parte del espacio, quedando sólo mínimas zonas de espacio muerto en las que puedan formarse mezclas combustibles o explosivas a base de hidrógeno. En un punto elegido conscientemente, el contenedor portador tiene una escotadura tal que puede utilizarse como canal. El canal conduce el reactivo, como por ejemplo aire que contiene oxígeno, que por ejemplo puede estar acelerado o estar bajo una sobrepresión, o bien, hidrógeno. El contenedor portador cumple varias funciones a la vez. Sirve de envoltura, como delimitación exterior de un canal. Al mismo tiempo sirve de medio de fijación para los diversos componentes de la unidad de alimentación de energía. Asimismo, sirve de medio de relleno de espacios muertos, para evitar la acumulación incontrolada de hidrógeno en éstos. Aunque por el plástico expandido del contenedor portador todavía pueden difundirse cantidades mínimas de hidrógeno, no se sobrepasan valores límite críticos en el material del contenedor portador. Además, en la parte superior del contenedor portador, por donde se difunde el hidrógeno en contra de la fuerza de gravedad, no se encuentran fuentes de ignición. El contenedor portador encierra en unión positiva y de forma estanca el grupo apilado de pilas de combustible que se ha de insertar, de modo que no pueden producirse corrientes de aire defectuosas alrededor del grupo apilado de pilas de combustible.

Según una forma de realización, las pilas de combustible del grupo apilado de pilas de combustible trabajan con aire ambiente usando el oxígeno del aire ambiente. Las pilas de combustible tienden a trabajar de forma sobreestequiométrica, de modo que un medio de aceleración, como por ejemplo un ventilador o un soplador, hace entrar el reactivo con una ligera sobrepresión de varios 100 mbares en los cátodos del grupo apilado de pilas de combustible. El grupo apilado de pilas de combustible se encuentra transversalmente respecto al sentido del canal de conducción de reactivos. Por la disposición conveniente es posible una circulación paralela por todas las pilas de combustible del grupo apilado de pila de combustibles. Para que las pilas de combustible también puedan ser alimentadas prácticamente de la misma cantidad de aire en las zonas marginales, en el canal de conducción de reactivos están previstos medios de distribución homogénea en forma de almas. Las almas también están hechas de un plástico expandido. La capa correspondiente del contenedor portador que forma el lado inferior del canal y diferentes medios de distribución homogénea están realizados del plástico en una sola pieza. Asimismo, del lado superior del canal, orientado hacia abajo, pueden sobresalir otros medios de distribución homogénea, preferentemente también en una sola pieza.

Convenientemente, el grupo apilado de pilas de combustible se dispone de tal forma que las tensiones de pila se establezcan uniformemente por el grupo apilado y de esta forma se reduzcan las diferencias de potencial en el cátodo. Según una forma de realización, el grupo apilado se sitúa a lo largo del canal dentro del canal, aunque por razones de espacio también es posible una disposición en sentido transversal.

El canal que conduce un reactivo debe estar ensanchado de tal forma que pueda alcanzar todos los cátodos de las distintas pilas de combustible. Si el grupo apilado de pilas de combustible se extiende casi por todo el ancho del contenedor portador, según una forma de realización, un canal inicialmente estrecho puede ocupar casi todo el ancho del contenedor portador, ensanchándose desde la zona marginal del contenedor portador hacia el centro del contenedor portador. Sólo en los bordes están previstas paredes con tal grosor de pared que el material estable de forma del contenedor portador pueda apoyar de forma segura todos los componentes. El plástico expandido puede reforzarse y apoyarse por una envoltura exterior que cubre el contenedor portador completo. En un ejemplo de realización de este tipo, el canal de afluencia para la conducción de reactivos tiene aspecto de abanico, cuyas distintas hojas están realizadas por los medios de distribución homogénea conformadas en una sola pieza.

En el contenedor portador, los distintos componentes se disponen de tal forma que el aire afluyente pueda usarse para diversos fines. En caso de una fuga de hidrógeno de uno de los componentes que llevan hidrógeno, tal como una válvula de reducción de hidrógeno, una válvula de aislamiento de hidrógeno o una tubería de hidrógeno, el medio en el canal arrastra el hidrógeno en concentración reducida. Las pilas de combustible de electrólito polímero trabajan de forma excelente en un intervalo de temperaturas superior a las temperaturas ambiente normales, por ejemplo, entre 65ºC y 130ºC. Por tanto, el aire ambiente es más frío. Especialmente en invierno, el aire puede estar tan frío que el funcionamiento de las pilas de combustible ya no sea óptimo. La conducción del reactivo por el contenedor portador que presenta cierta capacidad de acumulación de calor hace que se caliente el aire afluyente. Al mismo tiempo, el aire fluyente puede aprovecharse como medio de refrigeración para componentes que producen calor residual. Según una forma de realización, distintos componentes se disponen de forma fijamente incorporada en la capa correspondiente del contenedor portador por debajo del canal. El hidrógeno más ligero sube en contra de la gravitación y se difunde de esta manera al canal de conducción de reactivos. La corriente de afluencia hacia el cátodo de la pila de combustible, que
se encuentra bajo una ligera sobrepresión, por ejemplo 500 mbares, reduce la concentración del hidrógeno que sale.

Según otro aspecto, el canal de reactivos, preferentemente el canal de aire puede usarse para dejar entrar el hidrógeno purgado en el canal de aire antes del grupo apilado de pilas de combustible, para seguir reduciendo la concentración con el cátodo abierto del grupo apilado de pilas de combustible.

Por el otro lado de la pila de combustible correspondiente, es decir del conjunto del grupo apilado de pilas de combustible, a través de la segunda parte del canal se evacuan los reactivos no utilizados y los productos originados, especialmente agua en forma gaseosa. El canal compuesto por dos secciones, que pasa por el contenedor portador, está interrumpido aproximadamente en su centro por una escotadura más grande prevista para el grupo apilado de pilas de combustible. Los demás componentes necesarios para el funcionamiento de la unidad de alimentación de energía pueden disponerse por debajo de una de las dos secciones del canal. La disposición de los distintos componentes se ha elegido de tal forma que la energía de encendido de las líneas eléctricas no pueda llegar a una mezcla de los reactivos. Los componentes que requieren por ejemplo un mayor flujo de corriente durante el funcionamiento, como por ejemplo las válvulas de conmutación, se disponen en la zona inferior, situada en la salida, del contenedor portador, mientras que componentes con menos energía eléctrica, como por ejemplo sensores, se disponen en la zona inferior, situada en la entrada, del contenedor portador, por debajo de la sección del canal de entrada. Evidentemente, los sensores pueden desplazarse en cuanto a su disposición local sólo en la medida en que puedan modificarse debido a su función y que sigan cumpliendo su función.

Según otra forma de realización ventajosa, se elige un plástico expandido tal que durante el espumado conformador desemboque en células superficiales cerradas. La estructura superficial en el lado interior del canal, que es una superficie cerrada, preferentemente exenta de concavidades, agujeros o embolladuras, hace que se reduzca la caída de presión durante la entrada y salida de los reactivos o eductos. En experimentos se ha demostrado que este tipo de canales pueden construirse con caídas de presión inferiores a 0,25 bares. Preferentemente, la caída de presión total detrás de un ventilador hasta la abertura de salida, incluido un grupo apilado de pilas de combustible adecuado, es en total inferior a 0,3 bares o a 0,25 bares. Preferentemente, se trabaja con caídas de presión mínimas, por ejemplo, con un valor inferior a 20 mbares, por ejemplo 10 mbares.

En el lado de la entrada, el canal dividido en dos está realizado en abanico para conducir a los cátodos de las distintas pilas de combustible del grupo apilado de pilas de combustible. El reactivo conducido a la pila de combustible enfría los componentes por encima de los que pasa. Durante ello se calienta el reactivo. El plástico expandido es estable de forma en el intervalo de la unidad de alimentación de energía, de por ejemplo -20ºC a +130ºC. El plástico expandido tiene una capacidad de acumulación de calor. El plástico expandido permite que se difunda por él el hidrógeno, pero reduce la velocidad de migración del hidrógeno.

El contenedor portador se espumea en distintas capas. Las distintas capas presentan escalones. En una capa del contenedor portador pueden insertarse por fijación distintos componentes. Una vez dotado el contenedor portador con todos los componentes, incluido el cableado correspondiente entre los componentes, las capas pueden colocarse unas sobre otras, de tal forma que los distintos escalones engranen entre sí, preferentemente se enganchen entre sí. Por lo tanto, para cada escalón existe en la siguiente capa el contraescalón correspondiente, en imagen invertida. Según una forma de realización, en el contenedor portador pueden identificarse al menos dos capas distintas. Según otra forma de realización, en el contenedor portador pueden identificarse al menos tres capas distintas. Según esta forma de realización, el contenedor portador, sin embargo, se compone sólo de dos partes. Según otra forma de realización, el contenedor portador también puede componerse de tres o más capas. Las capas se superponen de tal forma que tanto en el plano horizontal como en el plano vertical, entre en contacto, especialmente por secciones, con la siguiente capa contigua.

Un soplador situado en el lado de salida está dispuesto detrás del grupo apilado de pilas de combustible, visto en el sentido de circulación. El soplador puede extraer por aspiración el aire, el reactivo, de los cátodos del grupo apilado de pilas de combustible arrastrando durante ello los productos, por ejemplo agua.

Como característica de seguridad especial, un sensor de hidrógeno que debe medir la concentración de hidrógeno, puede disponerse detrás del grupo apilado de pilas de combustible y delante del soplador. Es el lugar en el que en caso de un daño de la membrana de una pila de combustible se mide la máxima concentración. El sensor de hidrógeno se encuentra en la corriente de aire de escape enriquecida con productos. Según una forma de realización alternativa, el sensor de hidrógeno ha de disponerse detrás del soplador. Es el lugar en el que queda garantizada una buena mezcla. En este caso, la altura relativa dentro de la carcasa es secundaria.

Una vez dotado el contenedor portador con todos los componentes del sistema de pilas de combustible, el contenedor portador puede insertarse en su envoltura exterior (por ejemplo, una unidad para un "rackmount"). La unidad compacta resultante puede tener la forma de una carcasa estandarizada, por ejemplo de un sistema de 19'', de modo que el contenedor portador pueda emplearse en el sector de los deportes de motor como, por ejemplo, el sector de las embarcaciones deportivas o el sector de los grupos electrógenos de emergencia. Las unidades de alimentación de energía según la invención son fáciles de apilar en esta configuración; en caso de necesidad, se pueden extraer de un almacén central en el que las unidades de alimentación de energía pueden apilarse hasta debajo del techo, o se pueden apilar bien en éste.

La forma del contenedor portador representa un procedimiento especial que sirve para reducir el peligro para los usuarios de unidades de alimentación de energía sobre la base de hidrógeno. El plástico expandido del contenedor portador ocupa las áreas no aprovechadas dentro de su volumen, de tal forma que al mismo tiempo protege los distintos componentes del sistema de pilas de combustible eficazmente contra influjos exteriores, siendo estables de forma, estables a las temperaturas y flexibles. El aire de alimentación para el grupo apilado de pilas de combustible se suministra a la pila de combustible correspondiente, y también se evacua de ésta, a través de un canal que se forma como escotadura en el contenedor portador. El hidrógeno que sale sólo puede entrar en el canal en cantidad reducida, donde se sigue reduciendo su concentración. De esta forma, el hidrógeno se expulsa al aire ambiente en concentración reducida siendo controlada a través de la corriente de producto. Asimismo, un contenedor portador según la invención permite el calentamiento del reactivo que entra, mientras que por la corriente de reactivos o la corriente de eductos se enfrían distintos componentes de la unidad de alimentación de energía o se mantienen a una temperatura de funcionamiento adecuada. El perfil de temperatura se homogeneiza dentro de la unidad de alimentación de energía.

El contenedor portador espumado, un contenedor que rellena el espacio y que está fabricado de un material aislante o de espuma, envuelve el grupo apilado de pilas de combustible. El contenedor portador es formador de espacio. El contenedor portador es determinante del espacio. El contenedor portador determina las dimensiones de la unidad de alimentación de energía. El contenedor portador ya sólo puede delimitarse y cubrirse mediante una carcasa metálica u otra carcasa adecuada. El contenedor portador es una construcción exterior que aloja los componentes. El contenedor portador puede denominarse como alojamiento de plástico. Según otro aspecto, el contenedor portador elástico, termoaislante, puede comprender, además del grupo apilado de pilas de combustible, otras pilas secundarias para formar junto a los demás componentes una unidad de alimentación de energía autónoma, compacta, dispuesta dentro del contenedor portador.

La invención se entiende aún mejor si se hace referencia a las figuras adjuntas, mostrando,

la figura 1 una unidad de alimentación de energía compacta según la invención,

la figura 2 la capa inferior del contenedor portador en forma abierta,

la figura 3 la capa superior de un contenedor portador según la invención en forma abierta y

la figura 4 una forma de realización alternativa de una bandeja parcial de una unidad de alimentación de energía con acumuladores adicionales.

Vista desde fuera, la unidad de alimentación de energía tal como está representada en la figura 1 actúa como bloque monolítico, encerrado por una carcasa 1. La carcasa 1 puede ser una envoltura de metal. Alternativamente, la carcasa 1 puede ser una caja de plástico. También son posibles otros materiales para la carcasa. La carcasa 1 se coloca sobre la capa inferior 2 y la capa superior 2 que engranan entre ellas. La carcasa 1 o las capas 2, 3 adyacentes de plástico expandido presentan, en puntos adecuados, aberturas de alimentación y de evacuación. Una abertura de alimentación ofrece espacio para un ventilador 4 que aspira el aire ambiente y la acerca de forma acelerada a la pila de combustible en el interior de la carcasa 1. Cuando, según la figura 1, la carcasa 1 se abre separando sus dos mitades que resultan por las dos capas 2, 3, se ven unas placas similares, tal como están representadas en las figuras 2 y 3. La capa inferior 2 y la capa superior 3 están escalonadas con varios escalones. Los escalones se corresponden entre sí, de modo que las dos capas 2, 3 juntas forman una caja cuadrada. Los escalones de la capa inferior 2 y de la capa superior 3 engranan entre ellas al juntarse. Como medida de seguridad, el engrane puede realizarse de forma enganchada o mediante otra manera de bloqueo adecuado. Otra forma del seguro consiste en la colocación de la carcasa 1 envolvente.

En la capa más baja de la capa inferior está previsto el espacio para componentes seleccionados de la unidad de alimentación de energía. La capa inferior 2 ofrece en su capa más bajas unas escotaduras que están interconectadas al menos en parte a través de trayectos de conexión, pudiendo insertarse en éstos tubos, conductos u otros medios de conexión entre los distintos componentes. La figura 2 muestra a título de ejemplo que pueden reservarse una escotadura para un sensor de presión de hidrógeno 8, una escotadura para una válvula de aislamiento de hidrógeno 10, una escotadura para una tubería de hidrógeno11, una escotadura para un medio de conexión como un racor roscado de conexión para la conexión de un controlador de mando de la carcasa 13, una escotadura para un arnés de cables 14, una escotadura para contactos eléctricos 15 y una escotadura para cables de potencia 16. Además, pueden preverse otras escotaduras, por ejemplo, una escotadura para una distribución de corriente o un fusible 17, una escotadura para una válvula de purga de hidrógeno 18 o una escotadura para un sensor de temperatura 19. Componentes de las que pueda salir hidrógeno o componentes que puedan emitir energía de encendido peligrosa pueden disponerse ventajosamente en la parte inferior trasera de la capa inferior 2 de la carcasa 1, de tal forma que encima de ellos pueda pasar la salida 20 del canal de aire en la capa superior 3 (véase la figura 3). En el conducto de entrada, el conducto de conducción de aire 6, están previstos medios de distribución homogénea 21 que pueden salir tanto de la capa inferior 2 como de la capa superior 3. Los medios de distribución homogénea 21 también pueden estar subdivididos, de modo que una parte represente un tramo de la capa inferior 2 y otra parte represente una parte de la capa superior 3. Cuando los correspondientes medios de distribución homogénea 21 se encuentran unos encima de otros, debido a que se encuentran unas encima de otras las dos capas 2, 3, los medios de distribución homogénea pueden ser continuos desde el lado inferior del canal de afluencia hasta el lado superior del canal de afluencia. Aproximadamente a medio camino del canal 6, 20 se encuentra una escotadura relativamente grande, la escotadura 7 que está destinada al grupo apilado de pilas de combustible. La escotadura 7 se extiende transversalmente con respecto al conducto de conducción de aire 6 y la salida del canal de aire 20. Mediante esta disposición es posible una circulación lateral con respecto a las pilas de combustible y los productos pueden salir lateralmente a través de la salida 20.

Otra forma de realización de una pieza de contenedor portador de una unidad de alimentación de energía compacta, portátil, se puede ver en la figura 4. La carcasa 101 está representada sólo en parte por la bandeja inferior, su capa 102 más baja. La capa 102 completa está fabricada del mismo material homogéneo. La capa inferior 102, así como las demás capas siguientes, no representadas, están fabricadas de plástico expandido. La capa 102 correspondiente tiene escotaduras 105, 107, 122, 123, 124, 125, 126, 127. También es posible realizar sólo una capa 102 con numerosas escotaduras. La capa 102 está configurada como caja cuadrada que presenta un lado de salida 128, un lado de entrada 129 y un lado longitudinal 130. El lado de salida 128 mira hacia el observador. Sobresale del plano de la imagen. En el lado de salida 128 hay una escotadura 105 para un soplador 104 (no representado en detalle). El soplador 104 tiene una función de aspiración. En el lado de salida, aspira el aire extrayéndolo del grupo apilado de pilas de combustible que se encuentra en la escotadura 107 para el grupo apilado de pilas de combustible en la capa 102. La corriente de salida es una composición de los productos de la reacción electroquímica y los eductos desenriquecidos. La entrada 106 del canal de aire se encuentra en el lado de entrada 129 de la carcasa 101. El aire se conduce, a través del canal de aire, pasando inicialmente encima de componentes que se han de enfriar. Estos componentes que se han de enfriar pueden ser, por ejemplo semiconductores de potencia o electrónicas de control tales como pletinas de control o microcontroladores. Los semiconductores de potencia se encuentran de forma autosujeta en la capa inferior 102 de la carcasa 101, en una escotadura 124 prevista para ello. En una a dos escotaduras 122, 123 adicionales se encuentran también acumuladores envueltos por el plástico expandido, como soluciones "back-up" para el grupo apilado de pilas de combustible. Aproximadamente de forma central en la carcasa 101 hay una escotadura 107 para el grupo apilado de pilas de combustible. El sentido de circulación de aire es transversal con respecto a la extensión del grupo apilado de pilas de combustible. En el mismo plano que la escotadura 124 para la pletina de control están previstas otras escotaduras 125, 126, 127. Los distintos componentes (auxiliares) del sistema de alimentación de energía se extienden en el mismo plano. Los componentes están envueltos por el plástico expandido. Así, existen diferentes escotaduras 125 para sensores e interruptores. También existen escotaduras 126 para cables eléctricos entre los distintos componentes; y existen escotaduras 127 para tuberías, por ejemplo, para hidrógeno.

Como materiales adecuados para el plástico expandido del contenedor portador se han acreditado el polipropileno, el poliuretano y el polietileno. Otros materiales adecuados para el plástico expandido tienen que ser estables de forma, estables al envejecimiento y a los golpes, y compensadores de temperatura, para el intervalo de temperaturas de funcionamiento de la unidad de alimentación de energía, desde temperaturas negativas hasta la temperatura de funcionamiento máxima de la pila de combustible.

Los materiales mencionados anteriormente constituyen un compromiso favorable de estos requisitos.

Para cualquier experto es obvio que del alcance de protección de la presente invención forman parte también aquellas formas de realización en las que el contenedor portador no se compone sólo de dos capas, sino también de tres o cuatro capas o incluso de más capas. El plástico expandido no contribuye en medida esencial al aumento de peso de la unidad de alimentación de energía, pero hace que las unidades de alimentación de energía según la invención que trabajen con reactivos o eductos combustibles sean seguros durante su funcionamiento. El contenedor portador protege los distintos componentes que forman una unidad de alimentación de energía como conjunto, y compensa fluctuaciones de temperatura, influjos mecánicos y modos de funcionamiento o peligros indeseables.

Lista de signos de referencia

1

Carcasa

2

Capa inferior de plástico expandido

3

Capa superior de plástico expandido

4

Ventilador

5

Escotadura para ventilador

6

Entrada canal de aire

7

Escotadura para grupo apilado de pilas de combustible

8

Escotadura para sensor de presión de hidrógeno

9

Escotadura para válvula de aislamiento de hidrógeno

10

Escotadura para reductor de presión de hidrógeno

11

Escotadura para tubería de hidrógeno

12

Conexión para hidrógeno a la carcasa

13

Conexión para controlador en la carcasa

14

Escotadura para arnés de cables

15

Escotadura para contacto

16

Conexión cable de potencia en la carcasa

17

Escotadura para distribución de corriente o fusibles

18

Escotadura para válvula de purga de hidrógeno

19

Escotadura para sensor de temperatura

20

Salida del canal de aire

21

Medio de distribución homogénea

101

Carcasa

102

Capa inferior de plástico expandido

104

Soplador

105

Escotadura para soplador, especialmente como soplador aspirante

106

Entrada de canal de aire

107

Escotadura para grupo apilado de pilas de combustible

122

Escotadura para primer paquete de acumuladores

123

Escotadura para segundo paquete de acumuladores

124

Escotadura para componente que se ha de enfriar, por ejemplo para una pletina de control

125

Escotadura para componentes de la unidad de alimentación de energía, tales como sensores, interruptores

126

Escotadura para cables de la unidad de alimentación de energía

127

Escotadura para tubos de la unidad de alimentación de energía

128

Lado de salida de la carcasa

129

Lado de entrada de la carcasa

130

Lado longitudinal de la carcasa

Claims (13)

1. Contenedor portador (1, 2, 3, 101, 102) de una unidad de alimentación de energía que puede suministrar energía desde un grupo apilado de pilas de combustible, especialmente desde un grupo apilado de pilas de combustible con pilas de combustible de membrana de electrólito polímero, y que comprende diferentes componentes escalonados entre sí, compuestos por un plástico expandido (2, 3, 102), por ejemplo, de polipropileno, poliuretano o polietileno expandido, con al menos un canal, caracterizado porque el canal (6, 20, 106) es un canal de conducción de reactivos y el contenedor portador (1, 2, 3, 101, 102) presenta escotaduras (7, 8, 9, 10, 11, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 107, 122, 123, 124, 125, 126, 127), en las que se encuentran distintos componentes sin más medidas de fijación.

2. Contenedor portador (1, 2, 3, 101, 102) según la reivindicación 1, caracterizado porque el reactivo que pasa por el canal (6) es un gas que contiene oxígeno, preferentemente aire ambiente acelerado preferentemente por medios aceleradores (4), especialmente sometido a sobrepresión, y porque el reactivo se conduce al interior del cátodo de las pilas de combustible, especialmente mediante medios de distribución homogénea (21).

3. Contenedor portador (1, 2, 3, 101, 102) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios de distribución homogénea (21) son almas de conducción que conducen el reactivo que circula, extendiéndose el canal (6) directamente delante de la pila de combustible desde un lado del contenedor portador (1, 2, 3, 101, 102) hasta el lado opuesto del contenedor portador (1, 2, 3, 101, 102), a deducir un grosor de pared.

4. Contenedor portador (1, 2, 3, 101, 102) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el contenedor portador (1, 2, 3, 101, 102) envuelve de forma estanca en unión positiva el grupo apilado de pilas de combustible que se ha de insertar, y porque especialmente el reactivo que se hace pasar por el canal (6, 106) es un gas que contiene hidrógeno.

5. Contenedor portador (1, 2, 3, 101, 102) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque componentes (7, 8, 9, 10, 11, 12, 18) incorporados en el contenedor portador (1, 2, 3, 101, 102) están dispuestos debajo del canal (6, 20, 106) de tal forma que el hidrógeno que salga pueda difundirse al canal (6, 20, 106), en contra de la fuerza de gravedad, pudiendo evacuarse de forma controlada del contenedor portador (1, 2, 3, 101, 102) en concentración reducida a causa de la corriente de reactivos.

6. Contenedor portador (1, 2, 3, 101, 102) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el canal (20) constituye una abertura de salida desenriquecida en reactivos y enriquecida en productos.

7. Contenedor portador (1, 2, 3, 101, 102) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el canal (6, 20, 106) presenta una superficie cerrada, encima de la que, bajo una caída de presión inferior a 0,25 bares, preferentemente inferior a 20 mbares, el reactivo se hace pasar por la carcasa (1, 101).

8. Contenedor portador (1, 2, 3, 101, 102) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el canal (6, 20, 106) es un canal (6 y 20, 106) dividido en dos, cuya parte (6) desemboca lateralmente, en forma de abanico múltiple, en el lado del cátodo, en pilas de combustible de un grupo apilado de pilas de combustible que cubre componentes que se han de enfriar, tales como un tablero de un controlador de mando, una electrónica de potencia o acumuladores energía de la unidad de alimentación de energía, de tal forma que un reactivo que circula por el canal experimenta un aumento de temperatura para la adaptación de la temperatura del reactivo al nivel de la temperatura de las pilas de combustible, mientras que la otra parte (20) cubre componentes (7, 8, 9, 10, 11, 12, 18) que llevan hidrógeno, para que mediante el educto de la pila de combustible sea posible una reducción del peligro por la reducción de la concentración de cantidades residuales de hidrógeno.

9. Contenedor portador (1, 2, 3, 101, 102) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el contenedor portador (1, 2, 3, 101, 102) se compone de al menos dos capas (2, 3, 102) que, estando enganchadas entre ellas, forman un bloque preferentemente cuadrangular , estando estructurada cada capa (2, 3, 102) con varios escalones y en imagen invertida con respecto a los escalones de la capa correspondiente, especialmente para ofrecer una capa inferior para un sensor de presión de hidrógeno (8) para una válvula de aislamiento de hidrógeno (9), para una válvula de reducción de presión de hidrógeno (11), para una tubería de hidrógeno (12) y para componentes eléctricos y electrónicos (13, 14, 15, 16, 17, 19), y ofrecer una capa central para una sección de un grupo apilado de pilas de combustible (7, 107), y para ofrecer una capa superior para un conducto de suministro (6, 106) de reactivos.

10. Contenedor portador (1, 2, 3, 101, 102) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque para transportar el aire, en el lado de salida se encuentra un ventilador (4, 104) en la zona del extremo del contenedor portador (1, 2, 3, 101, 102) que conduce uno de los eductos, en concreto el aire, de forma aspirante a través del grupo apilado de pilas de combustible.

11. Contenedor portador (1, 2, 3, 101, 102) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque un sensor de concentración de hidrógeno se encuentra, en el lado de salida de corriente, detrás del grupo apilado de pilas de combustible en el contenedor portador (1, 2, 3, 101, 102), estando sujeto por éste en la corriente de aire de escape enriquecida con productos.

12. Uso de un contenedor portador (1, 2, 3, 101, 102), especialmente según una de las reivindicaciones 1 a 11, en el que están incorporados componentes de un sistema de pilas de combustible (7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 107, 122, 123, 124, 125, 126, 127), para formar una unidad de alimentación de energía sobre la base de pilas de combustible, presentando el contenedor portador (1, 2, 3, 101, 102) que preferentemente está encerrado por una envoltura (1, 101) metálica o de plástico una forma tal que puede colocarse por fijación mecánica en una carcasa estandarizada, como por ejemplo un inserto de rack de 19'', para formar allí una unidad de alimentación de energía en el sector móvil, como por ejemplo el sector de las embarcaciones deportivas o el sector de relevancia de seguridad, como por ejemplo grupos electrógenos de emergencia, por ejemplo para estaciones terrestres de móviles, estaciones base de telefonía móvil.

13. Procedimiento para reducir el peligro de una unidad de alimentación de energía (1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19) que trabaja con hidrógeno, caracterizado porque se pone a disposición un contenedor portador (1, 2, 3, 101, 102), especialmente compuesto de un plástico expandido como el polipropileno, según las reivindicaciones 1 a 11, que recibe componentes multicapas de la unidad de alimentación de energía (1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19) que se insertan al menos en parte entre las capas (2, 3, 102) sin medios de arriostramiento o de atornilladura, y que al mismo tiempo forma al menos un canal (6, 20, 106) de superficie cerrada con una caída de presión inferior a 0,25 bares, preferentemente inferior a 20 mbares, que para la conducción de al menos un reactivo de una pila de combustible de la unidad de alimentación de energía (1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19) cubre, de forma encerrada y separada del aire ambiente, componentes (7, 8, 9, 10, 11, 12, 18) que llevan hidrógeno, de forma que el hidrógeno difundido se hace salir al aire ambiente en concentración reducida y de forma controlada en el lado de salida, en una corriente de eductos (20) restante, junto a los productos.