ES2607121T3 - Disposición de pilas de combustible y procedimiento para la operación de una disposición de pilas de combustible - Google Patents

Disposición de pilas de combustible y procedimiento para la operación de una disposición de pilas de combustible Download PDF

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Abstract

Disposición de pilas de combustible (1, 1a, 1b, 1c, 1d) que comprende: - por lo menos un dispositivo de pilas de combustible (2) con por lo menos una pila de combustible (2c) basada en un electrolito de material sólido, en donde se proveen por lo menos dos contactos de conexión (2a, 2b) para la toma de una tensión eléctrica generada por el dispositivo de pilas de combustible (2), entre los que se encuentra dispuesta la por lo menos una pila de combustible, - por lo menos un grupo constructivo que comprende por lo menos un dispositivo de humectación (3, 4), que presenta por lo menos un componente constructivo eléctricamente conductor en forma de un elemento calefactor de chapa metálica y por lo menos un componente constructivo adicional en forma de una membrana permeable al agua, hecha de un material eléctricamente aislante, en donde la por lo menos una membrana permeable al agua está dispuesta entre un primero de los contactos de conexión (2a, 2b) y el por lo menos un elemento calefactor, en el lado opuesto a la por lo menos una pila de combustible del primer contacto de conexión, y presenta una menor conductividad eléctrica que el primero de los contactos de conexión (2a, 2b) y el por lo menos un elemento calefactor, y - por lo menos un canal de alimentación (50) para el transporte de un medio fluido, que comunica el primer contacto de conexión con el por lo menos un elemento calefactor a través de por lo menos una membrana permeable al agua, y en donde el por lo menos un elemento calefactor está conectado por un elemento de puente eléctricamente conductor (10, 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f) con el primer contacto de conexión y/o con por lo menos una alimentación de tensión, en donde un potencial eléctrico en el por lo menos un elemento calefactor puede ser adaptado a un potencial eléctrico existente en el primer contacto de conexión, de tal manera que exista una diferencia de potencial máxima de 3 voltios entre el por lo menos un elemento calefactor y el primer contacto de conexión.

Description

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DESCRIPCION
Disposicion de pilas de combustible y procedimiento para la operacion de una disposicion de pilas de combustible
La presente invencion se refiere a una disposicion de pilas de combustible y a un procedimiento para la operacion de la misma, comprendiendo por lo menos una instalacion de pilas de combustible con por lo menos una pila de combustible basada en un electrolito de material solido, en donde se proveen por lo menos dos contactos de conexion para recibir una tension electrica producida por la instalacion de pilas de combustible, entre los que se encuentra dispuesta la por lo menos una pila de combustible, en donde se provee por lo menos un grupo constructivo que presenta por lo menos un componente electricamente conductor y por lo menos un componente adicional, en donde el por lo menos un componente adicional se encuentra dispuesto entre un primero de los contactos de conexion y el por lo menos un componente electricamente conductor que esta asignado al lado opuesto a la por lo menos una pila de combustible del primer contacto de conexion y presenta una menor conductividad electrica que la misma, y en donde existe por lo menos un canal de abastecimiento para el transporte de un medio fluido que conecta el primer contacto de conexion con el por lo menos un componente electricamente conductor a traves del por lo menos un componente adicional.
Por el documento WO 03/03030287 A2 se conoce un dispositivo de pilas de combustible que presenta un grupo de pilas de combustible planas y adicionalmente un grupo constructivo en forma de un dispositivo de humectacion que comprende un grupo de pilas de humectacion planas.
A traves de la combinacion electroqulmica de hidrogeno y oxlgeno en una pila de combustible se genera corriente electrica en un electrolito con un alto grado de rendimiento. Como gas combustible que suministra el hidrogeno se usa hidrogeno puro, una mezcla graciosa que contiene hidrogeno (gas de reformador) o un hidrocarburo gracioso, por ejemplo, metano. Como gas de oxidacion que suministra oxlgeno se usa oxlgeno puro o un gas que contiene oxlgeno, por ejemplo, aire. En el electrolito se produce una reaccion con hidrogeno puro y oxlgeno puro para formar agua (H2O) sin que se produzca una emision de sustancias nocivas. La realizacion tecnica del principio de una pila de combustible ha llevado a diferentes soluciones, especlficamente con los mas diversos electrolitos y temperaturas de operacion de entre 60 °C y 1000 °C. De esta manera, se emplean electrolitos llquidos, as! como tambien electrolitos de materiales solidos. Dependiendo de su temperatura de servicio, las pilas de combustible se clasifican en pilas de combustible de baja, media y alta temperatura, que a su vez se distinguen por diferentes formas de realizacion tecnica.
Una pila de combustible individual suministrar una tension de servicio de aproximadamente 1,1 V como maximo. Por esta razon, una pluralidad de pilas de combustible se agrupan de manera superpuesta y/o adyacente para formar un dispositivo de pilas de combustible. Mediante la conexion en serie de pilas de combustible individuales se alcanza una tension de servicio de 100 V o mas.
Como “pila de combustible plana” se denomina aqul y en lo sucesivo una pila de combustible que comprende un electrolito plano o en forma de disco, placa o lamina, uno de cuyos lados limita con un anodo en forma de capa y el otro lado limita con un catodo en forma de capa. Los dos electrodos forman conjuntamente con el electrolito una as! llamada unidad de electrolito-electrodo. De manera adyacente al anodo se encuentra dispuesto un espacio de gas anodico, al que se suministra el gas combustible. De manera adyacente al catodo se encuentra dispuesto un espacio de gas catodico, al que se suministra el gas de oxidacion.
Entre el espacio del gas anodico de una pila de combustible plana y el espacio de gas catodico de una pila de combustible plana dispuesta de manera adyacente se dispone normalmente una placa bipolar. La placa bipolar forma una conexion electricamente conductora entre el anodo de la primera pila de combustible y el catodo de la pila de combustible adyacente. Dependiendo del tipo de pila de combustible, una placa bipolar esta configurada, por ejemplo, en forma de una placa metalica o como un elemento refrigerante que comprende dos placas superpuestas mutuamente con un espacio intermedio de agua refrigerante. Dependiendo de la forma de realizacion de las pilas de combustible, en un dispositivo de pilas de combustible se encuentran otros elementos constructivos adicionales, tales como, por ejemplo, capas electricamente conductivas, disposiciones de aislamiento o almohadillas de presion.
Las pilas de combustible de un dispositivo de pilas de combustible se abastecen continuamente con gas combustible y gas de oxidacion durante el funcionamiento. Algunas formas de realizacion de pilas de combustible de baja temperatura, en particular pilas de combustible con una membrana de pollmero-electrolito (pilas de combustible PEM) requieren gases de servicio humectados para el funcionamiento. Estos gases de servicio son humedecidos en un dispositivo adecuado, por ejemplo, en un dispositivo de humectacion en forma de un compresor anular de llquido o un humectador de membrana, con vapor de agua. Un humectador de membrana comprende normalmente una membrana permeable al agua, que separa un espacio de gas de un espacio de agua de humectacion. Como agua de humectacion, que se conduce a traves del espacio de agua de humectacion, frecuentemente se usa agua de refrigeracion de las pilas de combustible. El agua de refrigeracion calentada para la temperatura de las pilas de combustible fluye a traves del espacio de agua de humectacion, penetra a traves de la membrana permeable al agua y humedece el gas combustible y/o el gas de oxidacion hasta alcanzar un grado de humedad cercano al 100%.
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Despues de que debido a la evaporacion del agua de humectacion desde la membrana permeable al agua hacia el espacio de gas se consume calor proveniente del gas combustible o del gas de oxidacion como calor de evaporacion, su temperatura disminuye muchas veces en una medida sustancial.
Por lo tanto, para mantener aproximadamente igual la temperatura del gas combustible y/o del gas de oxidacion, en un dispositivo de humectacion muchas veces se asigna por lo menos un elemento calefactor a una membrana permeable al agua. Un elemento calefactor frecuentemente esta configurado de tal manera que el gas combustible o el gas de oxidacion durante el proceso de humectacion fluye a lo largo del elemento calefactor, alcanzando aproximadamente la temperatura de las pilas de combustible y manteniendose alll. A este respecto, un elemento calefactor se lleva de manera particularmente sencilla a la temperatura de las pilas de combustible debido a que se configura de tal manera que el agua de refrigeracion de las pilas de combustible pueda fluir a traves del mismo. Para esto, el dispositivo de pilas de combustible presenta por lo menos un canal de alimentacion para conducir el agua de refrigeracion, que de esta manera se calienta a la temperatura de las pilas de combustible.
A continuacion, el agua de refrigeracion calentada se dirige a traves de un elemento calefactor, en donde el gas combustible y/o el gas de oxidacion que fluye a lo largo del elemento calefactor es llevado hasta aproximadamente la temperatura de las pilas de combustible. De una manera particularmente sencilla, tambien la temperatura del agua de humectacion es adaptada a la temperatura de las pilas de combustible, si una parte del agua de refrigeracion calentada de las pilas de combustible es conducida como agua de calefaccion para el elemento calefactor y otra parte del agua de refrigeracion calentada es conducida como agua de humectacion al espacio de agua de humectacion. Por lo tanto, el canal de alimentacion para el agua de refrigeracion, que se extiende a traves del dispositivo de pilas de combustible, es dispuesto de tal manera que el agua de refrigeracion calentada dirigida a traves del mismo fluye entonces a traves del elemento calefactor o de los elementos calefactores del humectador de membrana, as! como a traves del o de los espacios de agua de humectacion del humectador de membrana. Como elementos calefactores que requieren particularmente poco espacio se han comprobado las chapas de metal, dentro o entre las que se forma un espacio de agua de calefaccion.
Un dispositivo de pilas de combustible que comprende un dispositivo de pilas de combustible y por lo menos un grupo constructivo adicional, normalmente esta configurado de forma electricamente aislada con respecto al entorno, de tal manera que la corriente electrica generada con el dispositivo de pilas de combustible solo es conducida a traves de las conexiones de carga o los contactos de conexion deseados hacia el o los consumidores. Frecuentemente los contactos de conexion son formados por placas polares electricamente conductivas, en particular metalicas. A este respecto, la calidad del aislamiento electrico es definida por la magnitud de una resistencia de aislamiento entre distintos componentes de un dispositivo de pilas de combustible, que conducen tension, y aquellos elementos del dispositivo de pilas de combustible que no conducen ninguna tension. A traves de esta resistencia de aislamiento fluye una pequena corriente, la as! llamada corriente de fuga, que normalmente no causa ningun dano, pero que puede resultar en una calda de tension mensurable. A este respecto, una resistencia de aislamiento puede estar definida, por ejemplo, por un componente de material plastico, ceramica, un material textil o algo similar, que normalmente actuan como materiales aislantes.
A este respecto, la resistencia de aislamiento puede ser influenciada por medios que abastecen el dispositivo de pilas de combustible con gases de servicio, agua de refrigeracion o algo similar, en la medida en que se trate de conductores electricos, por los que puede fluir una corriente de fuga perceptible. Una corriente de fuga perceptible se desarrolla, por ejemplo, a traves de medios que comprenden agua o vapor de agua. Con una calda de tension correspondientemente elevada, la atencion puede alcanzar el potencial de corrosion de los materiales electricamente conductores, en particular metalicos, que se ponen en contacto con tales medios, de tal manera que los componentes electricamente conductores hechos de estos materiales son atacados o destruidos por la corrosion. Adicionalmente se forman productos de corrosion que, dado el caso, son arrastrados dentro de los canales de alimentacion que limitan con el componente corroldo por un medio que fluye a traves de los mismos, causando obturaciones hubo otros efectos colaterales indeseables en otros sitios. Esto representa una desventaja en particular en el caso de un dispositivo de pilas de combustible con una estructura de distribucion interna (internally manifolded stack), ya que los canales de abastecimiento ya no son facilmente accesibles ni pueden ser limpiados desde el exterior. La cantidad de productos de corrosion formados depende de la magnitud de la corriente de fuga, en donde bajo determinadas circunstancias ya una corriente de fuga situada en el alcance de pocos mA resulta en la formacion de cantidades perceptibles de productos de corrosion indeseables.
Para prevenir o reducir los efectos corrosivos de una corriente de fuga generada, hasta ahora se han empleado medidas constructivas. En caso de que la corriente de fuga fluye a traves de un medio acuoso tal como, por ejemplo, agua de refrigeracion, la seccion transversal del canal de alimentacion, por ejemplo, a traves del cual se dirige el medio acuoso, es seleccionada lo mas pequena posible y su longitud lo mas grande posible. Adicionalmente, la region superficial del canal de alimentacion que delimita el medio acuoso, o el material usado para formar el canal de alimentacion, se forman con un material electricamente aislante. Sin embargo, esto solo se puede realizar a un costo razonable, si el canal de alimentacion esta delimitado, por ejemplo, por tubos o algo similar. En canales de alimentacion con una seccion transversal de canal irregular o variable, esto no es aplicable, o solo a un elevado costo.
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El documento US 3.964.292 describe un sistema de refrigeracion para una pila de combustible, en el que se quiere minimizar una corriente de fuga a traves de los conductos de medio refrigerante, debido a que el sistema de refrigeracion es subdividido en numerosas secciones parciales pequenas y las mismas se conectan sobre potenciales intermedios. Segun se ha expuesto previamente, las diferencias de potencial restantes dentro de una pila de pilas de combustible resultan en fenomenos de corrosion indeseables.
El documento DE 100 49 801 A1 desvela un dispositivo de pilas de combustible que esta formado por la conexion de cuatro pilas de pilas de combustible a traves de una caja de alimentacion/evacuacion. Una abertura de alimentacion de agua refrigerante y una abertura de evacuacion de agua refrigerante estan conectadas en cortocircuito a traves de un cable, por lo que se elimina la diferencia de potencial electrico entre las mismas. De esta manera se previene un flujo de corriente dentro del agua de refrigeracion misma. Un flujo de corriente debido a una diferencia de potencial se presenta aqul entre la abertura de alimentacion del agua refrigerante y la abertura de evacuacion del agua refrigerante. El resto del sistema de agua de refrigeracion esta electricamente blindado.
El documento US 2003/0193009 A1 desvela un dispositivo para la vigilancia del potencial de tension entre dos sitios de un sistema de refrigeracion de pilas de combustible sin que se modifique la tension.
El documento JP 02-021573 A1 describe una pila de combustible en la que se puede presentar un fallo del aislamiento electrico. Cuando se presenta un fallo de este tipo, la pila correspondiente es conectada en cortocircuito a traves del componente que presenta el fallo, los conductos, el refrigerador y la distribution del gas de reaction. La formation de una corriente de cortocircuito es prevenida por una resistencia. Una compensation de potencial no esta prevista.
El documento DE 10 2004 049 127 A1 desvela un dispositivo para determinar la conductividad de un medio refrigerante de un sistema de pilas de combustible, que comprende una pila de combustible por la que fluye el medio refrigerante, con por los electricos y un convertidor para convertir la corriente continua generada por la pila de combustible en corriente alterna, en donde por lo menos las partes de la pila de combustible que estan en contacto con el medio de refrigeracion se conectan con una misma conexion de masa electrica.
El objetivo de la presente invention consiste en proveer una disposition de pilas de combustible mejorada, as! como un procedimiento mejorado para la operation de un dispositivo de pilas de combustible, en los que se pueda prevenir o disminuir la formacion de corrosion debido a una corriente de fuga.
Dicho objetivo se logra para la disposicion de pilas de combustible en de acuerdo con la reivindicacion 1 y para el procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 11 para la operacion de un dispositivo de pilas de combustible, en particular de acuerdo con la presente invencion.
Mediante la adaptation del potencial electrico en el por lo menos un componente electricamente conductor al potencial electrico en el primer contacto de conexion, se previene la formacion de una corriente de fuga entre los mismos, o por lo menos se previene sustancialmente, de tal manera que el potencial de corrosion de los materiales electricamente conductores, en particular metalicos, de los componentes electricamente conductores ya no es alcanzado. De esta manera se previene de forma confiable una corrosion de los componentes electricamente conductores y la formacion de productos de corrosion perturbadores, que son distribuidos por un medio fluido en los canales de alimentacion adyacentes o alejados del lugar de formacion, respectivamente. Esto resulta una prolongation sustancial de la duration de servicio del dispositivo de pilas de combustible y una reduction de los fallos en el funcionamiento.
El dispositivo de pilas de combustible de acuerdo con la presente invencion y el procedimiento de acuerdo con la presente invencion son apropiados para sistemas de pilas de combustible con una estructura de distribucion externa e interna, en particular, sin embargo, para un dispositivo de pilas de combustible con una estructura de distribucion interna, en la que los canales de alimentacion, en particular para el agua de refrigeracion y/o de calefaccion y/o para el gas combustible y/o el gas de oxidation, etc., se extienden a traves del interior del dispositivo de pilas de combustible o se encuentran integrados en el mismo, respectivamente.
Segun sea necesario, puede conectarse electricamente solamente uno de los contactos de conexion o bien los dos contactos de conexion del dispositivo de pilas de combustible respectivamente con uno o varios componentes electricamente conductores para lograr la compensacion del potencial.
Una adaptacion de un potencial electrico en un componente electricamente conductor a un potencial electrico en un contacto de conexion existe de acuerdo con la presente invencion si en estos existe el mismo o aproximadamente el mismo potencial, en donde se presenta una diferencia de potencial maxima de aproximadamente 3 V.
El por lo menos un componente adicional esta formado en particular por un material electricamente aislante o sustancialmente electricamente aislante, tal como ceramica, plastico o vidrio. El mismo forma una resistencia de
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aislamiento entre componentes individuales de una disposition de pilas de combustible que conducen tension (por ejemplo, un contacto de conexion) y elementos electricamente conductores que no conducen tension.
Preferentemente, de acuerdo con la presente invention, todos los componentes electricamente conductores se aplican sobre el mismo o aproximadamente el mismo potencial electrico de un contacto de conexion, que funcionan dentro de un alcance de temperatura en el que puede funcionar la pila de combustible y/o se encuentran dispuestos desde un contacto de conexion o un componente electricamente conductor aplicado sobre el mismo potencial que un contacto de conexion a una distancia de hasta 10 m, medido a lo largo de un canal de alimentation que conecta el contacto de conexion y el respectivo componente electrico.
En una configuration preferente de la disposicion de pilas de combustible, el por lo menos un canal de alimentacion esta configurado para el transporte de un medio fluido en forma de agua y/o de vapor de agua y/o de un gas que contiene vapor de agua y se extiende a traves del por lo menos un grupo constructivo y el por lo menos un dispositivo de pilas de combustible. Debido a que el agua o los medios que contiene vapor de agua reducen fuertemente la resistencia de aislamiento entre componentes electricamente conductores distanciados entre si, pero que se encuentran en contacto con el medio, existe aqul el peligro de generation de corrientes de fuga particularmente altas y, en consecuencia, de influencias corrosivas. La compensation de potencial de acuerdo con la presente invencion entre el primer contacto de conexion y el por lo menos un componente electricamente conductor tiene como resultado que la corriente de fuga es reducida o impedida a traves del medio y se obtiene una protection efectiva de los componentes electricamente conductores contra la corrosion.
La presente invencion tambien es aplicable en particular si el por lo menos un grupo constructivo presenta por lo menos dos componentes electricamente conductores y por lo menos dos componentes adicionales, en donde un componente electricamente conductor esta dispuesto entre dos componentes adicionales y/o un componente adicional esta dispuesto entre dos componentes electricamente conductores. En un caso asl, preferentemente el potencial electrico en cada componente electricamente conductor existente es adaptado al potencial electrico que predomina en el primer contacto de conexion. De esta manera se impide o se previene en gran medida la generacion de una corriente de fuga y, en consecuencia, formation de corrosion en todos los componentes electricamente conductores existentes.
En una alineacion alternada de este tipo de componentes electricamente conductores y electricamente aislantes o sustancialmente electricamente aislantes, los componentes conductores se conectan entre si en serie y/o en paralelo y se conectan con el primer contacto de conexion y/o con la por lo menos una alimentacion de tension.
Se ha comprobado cuando el primer contacto de conexion y el por lo menos un componente electricamente conductor se conectan entre si a traves de por lo menos un elemento de puente electricamente conductor.
A este respecto, se ha comprobado conformar el elemento de puente electricamente conductor de metal, una aleacion de metal, un material plastico electricamente conductor, carbono, grafito o un material compuesto electricamente conductor, por ejemplo a base de metal y plastico, grafito y plastico, o carbono y plastico.
Los elementos de puente de metal o aleaciones de metal preferentemente se proveen en forma de alambres, chapas, trenzados, generos de punto, tejidos, muelles mecanicos o piezas de chapa con curvaturas elasticas. Los elementos de puente de carbono se usan principalmente en forma de papel carbon, los elementos de puente de grafito en particular en forma de fieltro de grafito o de grafito para electrodos. Los elementos de puente de materiales plasticos electricamente conductores preferentemente estan formados por materiales plasticos rellenados con grafito y/o metal.
Se ha demostrado como ventajoso si el por lo menos un elemento de puente electricamente conductor conecta entre si el primer contacto de conexion y el por lo menos un componente electricamente conductor en una circunferencia y/o en el interior del por lo menos un dispositivo de pilas de combustible y el por lo menos un grupo constructivo. Un elemento de puente dispuesto en el lado exterior o en la superficie de un dispositivo de pilas de combustible y el por lo menos un grupo constructivo es facilmente accesible y tambien puede ser montado posteriormente de manera sencilla. Como elementos de puente particularmente apropiados se han comprobado alambres de metal, chapas, trenzados metalicos, etc.
A este respecto, tambien se ha comprobado como ventajoso si el por lo menos un elemento de puente electricamente conductor esta configurado como un distanciador de material electricamente conductor, por ejemplo un material plastico electricamente conductor una ceramica electricamente conductora, y conecta el primer contacto de conexion con el por lo menos un componente electricamente conductor. Un distanciador de este tipo esta configurado preferentemente en forma de una empaquetadura, en particular una empaquetadura plana. A este respecto, un distanciador de este tipo se puede encontrar dispuesto en la zona de la circunferencia del dispositivo de pilas de combustible y ser accesible desde el exterior, extenderse hacia el interior del dispositivo de pilas de combustible y/o extenderse de forma inaccesible desde el exterior en el interior del dispositivo de pilas de
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combustible.
Igualmente se ha comprobado como ventajoso si por medio del por lo menos un elemento de puente electricamente conductor el primer contacto de conexion que se conecta a traves de por lo menos un canal separado o un canal de alimentacion con el por lo menos un componente electricamente conductor. El por lo menos un elemento de puente en este caso esta dispuesto dentro del o de los dispositivos de pilas de combustible y el o los grupos constructivos y, por lo tanto, ya no es directamente accesible desde el exterior. Esto es ventajoso en particular en la nueva construccion de dispositivos de pilas de combustible, en donde se unen los diferentes componentes. Las medidas exteriores del dispositivo de pilas de combustible no son modificadas por los elementos de puente integrados en los canales o canales de alimentacion. Esto permite una configuracion miniaturizada y con poco requerimiento de espacio para una compensacion de potencial.
A traves de un canal de alimentacion fluye un medio fluido, de tal manera que un elemento de puente instalado en el mismo debe estar configurado de manera permeable al medio y solo debe obstaculizar de manera insignificante la corriente de fluido. Por el contrario, un canal simple no presenta una corriente de fluido, de tal manera que un elemento de puente instalado en el mismo no tiene que ser permeable.
La por lo menos una pila de combustible basada en un electrolito de material solido preferentemente es una as! llamada pila de combustible plana con un electrolito solido, uno de cuyos lados limita con un anodo en forma de capa y el otro lado limita con un catodo en forma de capa. Los dos electrodos forman conjuntamente con el electrolito una as! llamada unidad de electrolito-electrodo.
Es ventajoso si el por lo menos un grupo constructivo del dispositivo de pilas de combustible comprende por lo menos un dispositivo de humectacion, en particular un dispositivo de humectacion plano, que presenta por lo menos un componente electricamente conductor de chapa metalica, en particular un elemento calefactor. El elemento calefactor es traspasado en particular por un canal de alimentacion, a traves del que puede dirigirse agua de refrigeracion calentada proveniente del dispositivo de pilas de combustible.
Preferentemente, el dispositivo de humectacion presenta por lo menos un humectador de membrana, preferentemente un numero de humectador es de membrana. Un humectador de membrana esta configurado en particular como una celula de humectacion plana que comprende un espacio de gas de servicio, un espacio de agua de humectacion y una membrana permeable al agua dispuesta entre ambos espacios. A este respecto, a cada membrana permeable al agua se asigna preferentemente por lo menos un elemento calefactor de chapa metalica. Los elementos calefactores de chapa metalica funcionan en este caso en particular como componentes electricamente conductores que se encuentran dispuestos de manera separada entre si y del primer contacto de conexion por medio de membranas permeables al agua, que normalmente estan hechas de un material electricamente aislante y en particular funcionan como elementos constructivos adicionales. Una adaptacion del potencial electrico en cada uno de los elementos calefactores al potencial electrico en el primer contacto de conexion resulta en una reduccion sustancial de la corrosion en los elementos calefactores.
Preferentemente, un elemento de puente electricamente conductor se conecta con cada uno de los elementos calefactores y finalmente con el primer contacto de conexion y/o con por lo menos una fuente de tension.
Se ha comprobado si el por lo menos un grupo constructivo del dispositivo de pilas de combustible comprende por lo menos un componente electricamente conductor en forma de una tuberla metalica. El diametro y la longitud de esta tuberla metalica debido a la compensacion de potencial entre el primer contacto de conexion y la tuberla puede seleccionarse en gran medida libremente. Una tuberla de este tipo se usa preferentemente para la alimentacion de agua en un dispositivo de pilas de combustible y/o en un dispositivo de humectacion.
Adicionalmente, es ventajoso si el por lo menos un dispositivo de pilas de combustible y el por lo menos un grupo constructivo se disponen dentro de un contenedor, en particular metalico, de forma aislada con respecto al contenedor. El contenedor funciona como proteccion de contacto, ya que debido a la compensacion de potencial entre el primer contacto de conexion del dispositivo de pilas de combustible y el por lo menos un componente electricamente conductor ahora tambien se encuentran bajo tension aquellos componentes constructivos que previamente no conduclan tension y por ende deben ser dispuestos de manera protegida contra el contacto.
El dispositivo de pilas de combustible de acuerdo con la presente invencion presenta preferentemente un dispositivo de pilas de combustible y/o un dispositivo de humectacion como se describen en los documentos WO 03/030287 A2 o WO 03/030288 A2.
Como material para la formacion del electrolito solido dentro de la unidad de electrolito-electrodo de una pila de combustible se usa en particular un pollmero. Particularmente preferente es para esto el pollmero denominado NAFION de la empresa Du-Pont de Wilmington, Delaware. Es preferente ademas si la membrana permeable al agua de un humectador de membrana plano esta formada del mismo material.
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Las figuras 1a hasta 7c tienen la intencion de describir a tltuio de ejemplo la disposicion de pilas de combustible de acuerdo con la presente invencion as! como el procedimiento de acuerdo con la presente invencion. En las figuras:
muestra esquematicamente una disposicion de pilas de combustible de acuerdo con el estado de la tecnica con un dispositivo de pilas de combustible y un grupo constructivo en forma de un dispositivo de humectacion.
muestra un esquema electrico equivalente de la disposicion de pilas de combustible de acuerdo con la Fig. 1a.
muestra esquematicamente una disposicion de pilas de combustible de acuerdo con la presente invencion pasada en una disposicion de pilas de combustible de acuerdo con la Fig. 1a. muestra un esquema electrico equivalente de la disposicion de pilas de combustible de acuerdo con la Fig. 2a.
muestra esquematicamente otra disposicion de pilas de combustible de acuerdo con la presente invencion con un dispositivo de pilas de combustible y un grupo constructivo en forma de un dispositivo de humectacion.
muestra un esquema electrico equivalente de la disposicion de pilas de combustible de acuerdo con la Fig. 3a.
muestra una seccion transversal a traves de una seccion de la disposicion de pilas de combustible de acuerdo con la Fig. 3a en la zona del dispositivo de humectacion.
muestra esquematicamente otra disposicion de pilas de combustible de acuerdo con el estado de la tecnica con un dispositivo de pilas de combustible y dos grupos constructivos en forma de dispositivos de humectacion.
muestra un esquema electrico equivalente de la disposicion de pilas de combustible de acuerdo con la Fig. 5a.
muestra esquematicamente una disposicion de pilas de combustible de acuerdo con la presente invencion basada en la disposicion de pilas de combustible de acuerdo con la Fig. 5a. muestra un esquema electrico equivalente de la disposicion de pilas de combustible de acuerdo con la Fig. 6a.
muestra una seccion transversal a traves de un canal o un canal de alimentacion con elementos de puente electricamente conductores dispuestos dentro de los mismos.
muestra una seccion transversal a traves de un canal o un canal de alimentacion con elementos de puente electricamente conductores adicionales dispuestos dentro de los mismos. muestra una seccion transversal a traves de una zona de una disposicion de pilas de combustible con elementos de puente electricamente conductores en forma de distanciadores.
tecnica con un dispositivo de pilas de combustible 2 y un grupo constructivo en forma de un dispositivo de humectacion 3. La disposicion de pilas de combustible 1 esta apoyada de manera electricamente aislada sobre dos apoyos 7, 8. El dispositivo de pilas de combustible 2 comprende dos contactos de conexion 2a, 2b, as! como una pila de pilas de combustible planas 2c, que presentan respectivamente una unidad de electrodo-electrolito basada en un electrolito solido. La construccion del dispositivo de pilas de combustible 2 solo se representa de manera esquematica y es suficientemente conocida por las personas especializadas en la materia.
La
Fig. 1a
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Fig. 1b
La
Fig. 2a
La
Fig. 2b
La
Fig. 3a
La
Fig. 3b
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Fig. 4
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Fig. 5a
La
Fig. 5b
La
Fig. 6a
La
Fig. 6b
La
Fig. 7a
La
Fig. 7b
La
Fig. 7c
La
Fig. 1a
Los dos contactos de conexion 2a, 2b se proveen en forma de placas polares electricamente conductivas, en particular metalicas. El dispositivo de humectacion 3 presenta componentes electricamente conductores 3a y tambien otros componentes constructivos adicionales electricamente aislantes 3b. Al dispositivo de humectacion 3 se conecta un conducto de alimentacion 5 que abastece el dispositivo de humectacion 3 y el dispositivo de pilas de combustible 2 con un medio fluido, en este caso, por ejemplo, en forma de agua. Sobre el lado del conducto de alimentacion 5 opuesto al dispositivo de pilas de combustible 2 se encuentra dispuesto un conducto de alimentacion 6, a traves del que se evacua el medio fluido. La disposicion de los conductos de alimentacion 5, 6 se representa solo esquematicamente y tambien puede realizarse de manera completamente diferente. Adicionalmente, los conductos de alimentacion 5, 6 se muestran de manera representativa para todos los conductos de alimentacion requeridos para el funcionamiento de la disposicion de pilas de combustible, tales como, por ejemplo, una llnea de alimentacion para gas combustible, una llnea de alimentacion para gas de oxidacion, etc. Sin embargo, por motivos de claridad se ha omitido la representacion de otros conductos de alimentacion adicionales. El conducto de alimentacion 5 presenta diferentes piezas parciales, en donde la pieza parcial 5a esta hecha de metal, la pieza parcial 5b esta hecha de un material electricamente aislante, tal como, por ejemplo, plastico o ceramica, y la pieza parcial 5c nuevamente esta hecha de metal. El conducto de alimentacion 6 esta construido como el conducto de alimentacion 5, en donde la pieza parcial 6a esta hecha de metal, la pieza parcial 6b esta hecha de un material electricamente aislante, tal como, por ejemplo, plastico o ceramica, y la pieza parcial 6c nuevamente esta hecha de metal. En general, los conductos de alimentacion 5, 6 pueden estar dispuestos solamente en un lado de la disposicion de pilas de combustible 1, o bien, tal como se representa, pueden estar conectados en lados opuestos de la disposicion de pilas de combustible 1.
La Fig. 1b muestra un esquema electrico equivalente de la disposicion de pilas de combustible 1 de acuerdo con la
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Fig. 1a. El dispositivo de pilas de combustible 2 es representado por un acumulador, que provee la tension Ubz. Los dos contactos de conexion 2a, 2b son representados por los contactos positivo y negativo. El dispositivo de humectacion 3 incluyendo la seccion parcial 5a del conducto de alimentacion 5 se representa mediante una resistencia ohmica R1, a traves de la que fluye una corriente Ii y en la que cae una tension U2. El apoyo 7 esta representado por una resistencia ohmica R3, a traves de la que fluye una corriente I3 y en la que cae de una tension U3. El apoyo 8 esta representado por una resistencia ohmica R4, a traves de la que fluye una corriente I4 y en la que cae de una tension U4. Las piezas parciales 6b y 6c del conducto de alimentacion 6 estan representadas por una resistencia ohmica R5, a traves de la que fluye una corriente I5 y en la que cae una tension U5. Entre la resistencia R3 y la resistencia R4 se provee una conexion de masa M. Con un valor constante para la resistencia ohmica R1, la corriente I1 depende de si las resistencias ohmicas R2 son altas o bajas. Si son altas, ellas determinan la corriente I1, que entonces correspondientemente baja.
Con una corriente I1 baja, en la resistencia R1 fluye una tension reducida. Sin embargo, si las resistencias ohmicas R2 y R3 son bajas en comparacion con la resistencia ohmica R1, entonces fluye una corriente comparativamente alta I1, que causa en el dispositivo de humectacion 3 una elevada calda de tension. Si la tension U1 alcanza el potencial de corrosion de los materiales de los componentes electricamente conductores 3a o 5a, entonces se pueden presentar signos de corrosion en los mismos. Los productos de corrosion formados son arrastrados por el medio fluido, que es alimentado a traves del conducto de alimentacion 5 en un canal de alimentacion al interior del dispositivo de humectacion 3 y del dispositivo de pilas de combustible 2, causando en otros sitios, por ejemplo, en una pila de combustible 2c, obstrucciones u otros efectos indeseables, tales como, por ejemplo, un envenenamiento de los electrodos, una reduccion de la capacidad de conduccion de iones del electrolito, etc. La cantidad de productos de corrosion depende de la magnitud de la corriente I1, en donde en el alcance de pocos mA ya se pueden formar cantidades indeseables de productos de corrosion.
La Fig. 2a muestra de forma esquematica una disposicion de pilas de combustible de acuerdo con la presente invencion 1a, que se ha formado en base a la disposicion de pilas de combustible 1 de acuerdo con la Fig. 1a. La disposicion de pilas de combustible 1a presenta un elemento de puente electricamente conductores 10, que conecta el primer contacto de conexion 2b con el componente electricamente conductor 3a del dispositivo de humectacion 3, as! como con la seccion parcial electricamente conductivas 5a del conducto de alimentacion 5. Por medio del elemento de puente electricamente conductor 10, el potencial electrico en el componente electricamente conductor 3a y la seccion parcial electricamente conductora 5a es adaptado al potencial electrico en el contacto de conexion 2b. El elemento de puente electricamente conductor 10 esta realizado aqul en forma de un alambre metalico.
La Fig. 2b muestra una seccion de un esquema electrico equivalente de la disposicion de pilas de combustible 1a de acuerdo con la Fig. 2a. El esquema electrico equivalente (rama derecha) es sustancialmente similar al esquema electrico equivalente de acuerdo con la Fig. 1b (rama derecha), en donde ahora el elemento de puente electricamente conductor 10 puentea la resistencia ohmica R1. A traves del elemento de puente 10 fluye una corriente de cortocircuito Ik, de tal manera que el flujo de corriente a traves de la resistencia ohmica R1 se impide completamente o casi completamente. Por lo tanto, ya no se puede producir ninguna corrosion en el componente electricamente conductor 3a o en la seccion parcial electricamente conductivas 5a del conducto de alimentacion 5.
La Fig. 3a muestra esquematicamente una disposicion de pilas de combustible adicional de acuerdo con la presente invencion 1b con un dispositivo de pilas de combustible 2 y un grupo constructivo en forma de un dispositivo de humectacion 3. El dispositivo de humectacion 3 en este ejemplo de realizacion presenta no solo un componente electricamente conductor, sino una serie de elementos constructivos electricamente conductores 3a1, 3a2, 3a3, 3a4, por ejemplo, en forma de elementos calefactores metalicos, tales como los que se usan frecuentemente en humectador es de membrana. Entre los componentes electricamente conductores 3a1, 3a2, 3a3, 3a4, se encuentran componentes adicionales electricamente menos conductores o electricamente aislantes 3b1, 3b2, 3b3, 3b4, por ejemplo, en forma de membranas permeables al agua o empaquetaduras electricamente aislantes. Los componentes electricamente conductores 3a1, 3a2, 3a3, 3a4, estan conectados con el primer contacto de conexion 2b por medio de un elemento de puente electricamente conductor 10a. El elemento de puente electricamente conductor 10a esta realizado aqul en forma de un alambre metalico. Para una representacion detallada de la construccion del dispositivo de humectacion 3, vease tambien la Fig.
La Fig. 3b muestra una seccion del esquema electrico equivalente de la disposicion de pilas de combustible 1b (rama derecha) de acuerdo con la Fig. 3a. El componente constructivo electricamente aislante adicional 3b1 esta representado aqul por la resistencia ohmica R1a, el componente electricamente aislante adicional 3b2 esta representado por la resistencia ohmica R1b, el componente constructivo electricamente aislante 3b3 esta representado por la resistencia ohmica R1c y el componente electricamente aislante adicional 3b4 esta representado por la resistencia ohmica R1d. El elemento de puente electricamente conductor 10a representado en la Fig. 3a entre los componentes constructivos electricamente conductores 3a1, 3a2, 3a3, 3a4 y el primer contacto de conexion 2b resulta en un puenteo de las resistencias R1a, R1b, R1c, R1d. A traves del elemento de puente electricamente conductor 10a fluye una corriente de cortocircuito Ik, que se presenta en cada una de las resistencias R1a, R1b, R1c, R1d en funcion de la respectiva resistencia.
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Debido a que en el presente ejemplo de realizacion las resistencias ohmicas Ria, Rib, Ric, Rid presentan sustancialmente el mismo valor, en el elemento de puente electricamente conductor 10a se deforma en la respectiva zona de puenteo una corriente de cortocircuito igual Iki, Ik2, Ik3 , Ik4. En el elemento de puente 10a, cuya resistencia se situa sustancialmente por debajo del correspondiente a los componentes constructivos electricamente aislantes
3bi, 3b2, 3b3, 3b4, se produce una tension Uki ..... Ukn que ya no causa ninguna corrosion en los componentes
electricamente conductores 3ai, 3a2, 3a3, 3a4. Se prolonga la vida util de la disposicion de pilas de combustible 1b.
La Fig. 4 muestra una seccion de la disposicion de pilas de combustible 1b de acuerdo con la Fig. 3a. Se representa la zona entre la seccion parcial electricamente conductora 5a del conducto de alimentacion 5 y el primer contacto de conexion 2b del dispositivo de pilas de combustible 2 en una representation de seccion. A este respecto, se puede ver que en la seccion parcial electricamente conductora 5a el conducto de alimentacion 5 se encuentra dispuesto un canal de alimentacion 50, a traves del que un medio fluido puede alimentarse dentro del dispositivo de humectacion 3 (vease la flecha). Los componentes electricamente conductores 3ai, 3a2, 3a3, 3a4, estan separados entre si por los componentes constructivos electricamente aislantes adicionales 3bi, 3b2, 3b3, 3b4, y tambien del primer contacto de conexion 2b, mientras este ausente el medio fluido. Sin embargo, cuando se alimenta el medio fluido, entre los componentes constructivos electricamente conductores 3bi, 3b2, 3b3, 3b4, y el primer contacto de conexion 2b se pueden formar corrientes de corrosion, si se omite el elemento de puente electricamente conductor 10a en forma de un alambre metalico, previsto de acuerdo con la presente invention.
La Fig. 5a muestra esquematicamente una disposicion de pilas de combustible adicional 1c de acuerdo con el estado de la tecnica con un dispositivo de pilas de combustible 2 y dos grupos constructivos en forma de dispositivos de humectacion 3, 4. A este respecto, el dispositivo de humectacion 4 esta construido sustancialmente de la misma manera que el dispositivo de humectacion 3 de acuerdo con las figuras 1a y 2a.
La Fig. 5b muestra un esquema electrico equivalente de la disposicion de pilas de combustible 1c de acuerdo con la Fig. 5a. Mientras que la parte derecha del esquema equivalente corresponde a la parte derecha de acuerdo con la Fig. 1b, en la parte izquierda del esquema electrico equivalente el segundo dispositivo de humectacion 4 se representa de manera similar. El segundo dispositivo de humectacion presenta un componente constructivo electricamente conductor 4a y un componente constructivo electricamente aislante adicional 4b. La resistencia ohmica R6 representa el componente constructivo adicional electricamente aislante 4b. La resistencia ohmica R5 representa sustancialmente las secciones parciales 6b y 6c de un conducto de alimentacion 6, en donde la seccion parcial 6b esta formada de un material electricamente aislante y la seccion parcial 6c de un material electricamente conductor, en particular metalico. A traves de la resistencia R5 fluye una corriente I5 y a traves de la resistencia R6 se desprende una tension U6. La resistencia R4 representa, al igual que en la Fig. 1b, el apoyo 8.
La Fig. 6a muestra esquematicamente una disposicion de pilas de combustible id de acuerdo con la presente invencion, que esta formada en base a la disposicion de pilas de combustible 1c de acuerdo con la Fig. 5a. En este ejemplo de realizacion, el componente constructivo electricamente conductor 3a y la seccion parcial electricamente conductora 5a del conducto de alimentacion 5 estan unidos por medio de un elemento de puente electricamente conductor 10b con el primer contacto de conexion 2b. Adicionalmente, el componente electricamente conductor 4a del segundo dispositivo de humectacion 4, as! como la seccion parcial electricamente conductor 6a del conducto de alimentacion 6, estan unidos por medio de un segundo elemento de puente 10c con el segundo contacto de conexion 2a del dispositivo de pilas de combustible 2. El primer elemento de puente electricamente conductor 10b y el segundo elemento de puente electricamente conductor 10c en este caso estan realizados en forma de alambres metalicos.
La Fig. 6b muestra el esquema electrico equivalente de la disposicion de pilas de combustible id de acuerdo con la Fig. 6a. A este respecto, se puede ver que por medio de los dos elementos de puente electricamente conductores 10b, 10c se puentean electricamente los dispositivos de humectacion 3, 4 y, por lo tanto, las corrientes Ii e I6 se suprimen completamente o casi completamente. Se previene de manera confiable una corrosion en la zona de los componentes constructivos electricamente conductores 3a, 5a, 4a, 6a y se prolonga sustancialmente la duration del dispositivo de pilas de combustible id.
La Fig. 7a muestra esquematicamente una seccion transversal a traves de un canal o un canal de alimentacion 50 con elementos de puente electricamente conductores 10d dispuestos dentro de los mismos. Una disposicion de este tipo puede proveerse, por ejemplo, en un dispositivo de humectacion, en donde tambien en este caso se representan los componentes constructivos electricamente conductores 3ai, 3a2, 3a3, 3a4 (comparese la Fig. 4), que se encuentran separados entre si por los componentes constructivos electricamente aislantes adicionales 3bi, 3b2, 3b3, 3b4. Los componentes electricamente conductores 3ai, 3a2, 3a3, 3a4 presentan aberturas de paso para la formation del canal o del canal de alimentacion 50, que estan die mencionadas de forma algo mas pequena que las aberturas de paso para la formacion del canal o del canal de alimentacion 50 en los componentes constructivos electricamente aislantes adicionales 3b2, 3b3, 3b4. Los elementos de puente electricamente conductores 10d, en la medida en que los mismos se encuentren dispuestos dentro de un canal de alimentacion 50, a traves del que fluye un medio fluido, estan formados por un genero de punto metalico permeable al medio fluido que se apoya en ambos lados en un componente constructivo electricamente conductor 3ai, 3bi y es comprimido elasticamente y sostenido
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por los mismos. Si se dispone un elemento de puente electricamente conductor de este tipo en un sistema de distribucion interno de una disposicion de pilas de combustible, se debe tener cuidado, sin embargo, que debido a la disposicion del elemento de puente o de los elementos de puente no se obstaculice sustancialmente el flujo a traves del canal de alimentacion 50. Si los elementos de puente electricamente conductores 10d se encuentran dispuestos en un canal sin corriente de fluido, los mismos tambien pueden estar configurados de forma impermeable a un medio fluido.
La Fig. 7b muestra esquematicamente una seccion transversal a traves de otro canal o canal de alimentacion 50 adicional, en el que se proveen otros elementos de puente electricamente conductores adicionales 10e. En esta forma de realizacion, los componentes constructivos electricamente conductores 3a1, 3a2, 3a3 presentan un elemento de puente electricamente conductor 10e integrado o separado, en forma de una curvatura elasticamente configurada. Los elementos de puente 10e entran en contacto mutuamente dentro del canal o del canal de alimentacion 50 y permiten una compensacion de potencial entre los componentes constructivos electricamente conductores 3a1, 3a2, 3a3. Con una disposicion dentro de un canal de alimentacion 50, a traves del que debe fluir un medio fluido, los elementos de puente 10e son permeables al medio y solo obstaculizan el flujo del medio de manera insignificante. Una permeabilidad de este tipo se puede realizar, por ejemplo, mediante aberturas de paso, ranuras o algo similar, dispuestas en los componentes constructivos electricamente conductores 3a1, 3a2, 3a3 en la zona del elemento de puente 10e. Con una disposicion del elemento de puente 10e en un canal simple, sin corriente de fluido, no se requiere una permeabilidad para el medio fluido.
Una pluralidad de otros elementos de puente electricamente conductores, dispuestos en un canal por el que no fluye un medio fluido, o en un canal de alimentacion por el que fluye un medio fluido, se pueden usar como alternativa para los elementos de puente representados en las figuras 7a y 7b. Tambien se ha comprobado la conexion mediante un simple alambre metalico dentro o fuera de un canal o de un canal de alimentacion.
La Fig. 7c muestra una seccion transversal a traves de una zona de una disposicion de pilas de combustible que comprende componentes electricamente aislantes 3b2, 3b3, 3b4 y componentes electricamente conductores 3a1, 3a2, 3a3, 3a4. El potencial electrico de los componentes electricamente conductores 3a1, 3a2, 3a3, 3a4 se compensa mutuamente por medio de elementos de puente electricamente conductores 10f en forma de distanciadores, que estan formadas de un material plastico electricamente conductor en particular un elastomero, rellenado con grafito. A este respecto, los distanciadores funcional como empaquetaduras planas entre los componentes electricamente conductores 3a1, 3a2, 3a3, 3a4 y fijan los componentes constructivos electricamente aislantes 3b2, 3b3, 3b4 en su posicion.
Mediante el conocimiento de la presente invencion, las personas especializadas en la materia pueden realizar una modificacion de los ejemplos de realizacion representados, sin desviarse por ello de la idea subyacente a la presente invencion. En lugar de un dispositivo de humectacion, tambien se puede emplear sin problema alguno un grupo constructivo diferente y/o modificarse la serie de componentes constructivos electricamente conductores y otros componentes adicionales, sustancialmente aislantes electricamente. Adicionalmente, se puede variar o aumentar o reducir el numero de componentes constructivos electricamente conductores y otros componentes constructivos sustancialmente aislantes electricamente. El tipo de un elemento de puente puede ser modificado sin problema alguno, si en lugar de un alambre metalico se usa, por ejemplo, un genero de punto metalico, piezas de ceramica o de plastico electricamente conductivas, etc. Tambien las dimensiones representadas de la disposicion de pilas de combustible y sus componentes se han seleccionado solo de forma esquematica y no permiten sacar conclusiones en relacion a las medidas de tamano y relaciones de tamano reales.

Claims (12)

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    REIVINDICACIONES
    1. Disposicion de pilas de combustible (1, 1a, 1b, 1c, 1d) que comprende:
    - por lo menos un dispositivo de pilas de combustible (2) con por lo menos una pila de combustible (2c) basada en un electrolito de material solido, en donde se proveen por lo menos dos contactos de conexion (2a, 2b) para la toma de una tension electrica generada por el dispositivo de pilas de combustible (2), entre los que se encuentra dispuesta la por lo menos una pila de combustible,
    - por lo menos un grupo constructivo que comprende por lo menos un dispositivo de humectacion (3, 4), que presenta por lo menos un componente constructivo electricamente conductor en forma de un elemento calefactor de chapa metalica y por lo menos un componente constructivo adicional en forma de una membrana permeable al agua, hecha de un material electricamente aislante, en donde la por lo menos una membrana permeable al agua esta dispuesta entre un primero de los contactos de conexion (2a, 2b) y el por lo menos un elemento calefactor, en el lado opuesto a la por lo menos una pila de combustible del primer contacto de conexion, y presenta una menor conductividad electrica que el primero de los contactos de conexion (2a, 2b) y el por lo menos un elemento calefactor, y
    - por lo menos un canal de alimentacion (50) para el transporte de un medio fluido, que comunica el primer contacto de conexion con el por lo menos un elemento calefactor a traves de por lo menos una membrana permeable al agua, y en donde el por lo menos un elemento calefactor esta conectado por un elemento de puente electricamente conductor (10, 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f) con el primer contacto de conexion y/o con por lo menos una alimentacion de tension, en donde un potencial electrico en el por lo menos un elemento calefactor puede ser adaptado a un potencial electrico existente en el primer contacto de conexion, de tal manera que exista una diferencia de potencial maxima de 3 voltios entre el por lo menos un elemento calefactor y el primer contacto de conexion.
  2. 2. Disposicion de pilas de combustible de acuerdo con la reivindicacion 1, en donde el por lo menos un canal de alimentacion (50) esta configurado para el transporte de un medio fluido en forma de agua y/o vapor de agua y/o un gas que contiene vapor de agua y se extiende a traves del por lo menos un grupo constructivo y el por lo menos un dispositivo de pilas de combustible (2).
  3. 3. Disposicion de pilas de combustible de acuerdo con la reivindicacion 1 o la reivindicacion 2,
    en donde el por lo menos un dispositivo de humectacion (3, 4) presenta por lo menos dos elementos calefactores y por lo menos dos membranas permeables al agua, en donde un elemento calefactor esta dispuesto entre dos membranas permeables al agua y/o una membrana permeable al agua esta dispuesta entre dos elementos calefactores.
  4. 4. Disposicion de pilas de combustible de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3,
    en donde el por lo menos un elemento de puente electricamente conductor (10, 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f) esta formado de metal, una aleacion de metal, un material plastico electricamente conductor, carbono, grafito o un material compuesto electricamente conductor.
  5. 5. Disposicion de pilas de combustible de acuerdo con la reivindicacion 4,
    en donde el por lo menos un elemento de puente electricamente conductor (10, 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f) conecta entre si el primer contacto de conexion y el por lo menos un elemento calefactor en una circunferencia y/o en el interior del por lo menos un dispositivo de pilas de combustible (2) y el por lo menos un grupo constructivo.
  6. 6. Disposicion de pilas de combustible de acuerdo con la reivindicacion 4,
    en donde por medio del por lo menos un elemento de puente electricamente conductor (10d, 10e) el primer contacto de conexion se conecta de manera electricamente conductora a traves del por lo menos un canal de alimentacion (50) o un canal separado con el por lo menos un elemento calefactor.
  7. 7. Disposicion de pilas de combustible de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6,
    en donde el por lo menos un grupo constructivo comprende adicionalmente por lo menos un componente constructivo electricamente conductor en forma de una tuberla metalica.
  8. 8. Disposicion de pilas de combustible de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7,
    en donde el por lo menos un dispositivo de pilas de combustible (2) y el por lo menos un grupo constructivo se encuentran dispuestos de forma electricamente aislada dentro de un contenedor.
  9. 9. Disposicion de pilas de combustible de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, en donde la por lo menos una pila de combustible (2c) es una pila de combustible plana.
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  10. 10. Disposicion de pilas de combustible de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, en donde la misma presenta una estructura de distribucion interna.
  11. 11. Procedimiento para la operacion de una disposicion de pilas de combustible (1, 1a, 1b, 1c, 1d), en particular de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10,
    en donde la disposicion de pilas de combustible (1, 1a, 1b, 1c, 1d) comprende por lo menos un dispositivo de pila de combustible (2) con por lo menos una pila de combustible (2c) basada en un electrolito de material solido, en donde se proveen por lo menos dos contactos de conexion (2a, 2b) para la toma de una tension electrica generada por el dispositivo de pilas de combustible (2), entre los que se encuentra dispuesta la por lo menos una pila de combustible, adicionalmente por lo menos un grupo constructivo que comprende por lo menos un dispositivo de humectacion (3, 4), que presenta por lo menos un componente constructivo electricamente conductor en forma de un elemento calefactor de chapa metalica y por lo menos un componente constructivo adicional en forma de una membrana permeable al agua hecha de un material electricamente aislante, en donde la por lo menos una membrana permeable al agua se encuentra dispuesta entre un primero de los contactos de conexion (2a, 2b) y el por lo menos un elemento calefactor, en el lado opuesto a la por lo menos una pila de combustible del primer contacto de conexion, y presenta una menor conductividad electrica que el primero de los contactos de conexion (2a, 2b) y el por lo menos un elemento calefactor, as! como por lo menos un canal de alimentacion (50) para el transporte de un medio fluido, que conecta el primer contacto de conexion con el por lo menos un elemento calefactor a traves de la por lo menos una membrana permeable al agua, en donde
    el por lo menos un elemento calefactor se conecta por medio de un elemento de puente electricamente conductor (10, 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f) con el primer contacto de conexion y/o con por lo menos una alimentacion de tension, en donde un potencial electrico en el por lo menos un elemento calefactor es adaptado a un potencial electrico existente en el primer contacto de conexion, ajustandose una diferencia de potencial maxima de 3 voltios entre el por lo menos un elemento constructivo electricamente conductor y el primer contacto de conexion.
  12. 12. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 11,
    en donde como medio fluido se usa agua y/o vapor de agua y/o un gas que contiene vapor de agua que se transporta a traves del por lo menos un canal de alimentacion (50).
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10840521B2 (en) * 2015-12-30 2020-11-17 Mann+Hummel Gmbh Humidifier, for example for a fuel cell
EP3324476A1 (de) * 2016-11-18 2018-05-23 Siemens Aktiengesellschaft Brennstoffzellenmodul, brennstoffzellensystem sowie betriebsverfahren
JP6670480B2 (ja) * 2017-02-23 2020-03-25 トヨタ自動車株式会社 燃料電池車両

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3964292A (en) 1975-02-27 1976-06-22 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Gas detecting apparatus and methods
US3964929A (en) 1975-07-21 1976-06-22 United Technologies Corporation Fuel cell cooling system with shunt current protection
JPH0221573A (ja) 1988-07-08 1990-01-24 Fuji Electric Co Ltd 燃料電池
US6653008B1 (en) 1999-10-08 2003-11-25 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell apparatus
GB2368967A (en) * 2000-11-14 2002-05-15 Secr Defence System for the humidification of polymer electrolyte membrane fuel cells
EP1298749A1 (de) 2000-11-30 2003-04-02 Siemens Aktiengesellschaft Befeuchtungszelle und Brennstoffzelleneinrichtung
US6582840B2 (en) 2001-01-08 2003-06-24 General Motors Corporation Fuel cell stack coolant conductivity sensor using differential voltage measurements
EP1298750A1 (de) 2001-09-27 2003-04-02 Siemens Aktiengesellschaft Brennstoffzellenblock mit Befeuchtungszellen
US6838201B2 (en) 2002-04-11 2005-01-04 General Motors Corporation Fuel cell stack coolant conductivity monitoring circuit
JP2005093349A (ja) 2003-09-19 2005-04-07 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池の冷却構造
DE102004049127B4 (de) 2004-10-07 2011-12-29 Viessmann Werke Gmbh & Co Kg Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Leitfähigkeit eines Kühlmediums eines Brennstoffzellensystems

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