ES2919630T3 - Procedimiento para el tratamiento de gases residuales que contienen hidrógeno y contienen oxígeno, de celdas de combustible, así como sistema de tratamiento de gas residual - Google Patents

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Abstract

La invención se relaciona con un método para tratar los gases residuales de celdas de combustible que contienen hidrógeno y que contienen oxígeno (1), en el que los gases residuales se alimentan a un circuito de gas (5), y una mezcla de gas residual que resulta en el gas en el gas en el gas Circuito (5) por medio de un dispositivo (8) para convertir hidrógeno y oxígeno en agua. Para reducir la cantidad de hidrógeno y oxígeno en la mezcla de gas residual, al menos parte de la mezcla de gas residual se descarga del circuito de gas (5), según la invención. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento para el tratamiento de gases residuales que contienen hidrógeno y contienen oxígeno, de celdas de combustible, así como sistema de tratamiento de gas residual
La presente invención hace referencia a un procedimiento para el tratamiento de gases residuales que contienen hidrógeno y contienen oxígeno, de celdas de combustible, según el preámbulo de la reivindicación 1, así como a un sistema de tratamiento de gas residual según el preámbulo de la reivindicación 11. Un procedimiento de esa clase, así como un sistema de esa clase, se conocen por ejemplo por la solicitud US 3664873 A.
En una celda de combustible, habitualmente debido a la concentración de hidrógeno y oxígeno, en una reacción electroquímica, se generan energía y calor, donde como único producto secundario se produce agua. Con ese objetivo, el hidrógeno es conducido a un espacio de gas del ánodo y el oxígeno es conducido a un espacio de gas del cátodo de la celda de combustible. El hidrógeno puede conducirse al espacio de gas del ánodo como hidrógeno puro o como un gas de combustión que contiene hidrógeno. El oxígeno puede conducirse al espacio de gas del cátodo como oxígeno puro o por ejemplo también en forma de aire.
Una celda de combustible sola proporciona una tensión de servicio de menos de un voltio. Por ese motivo, habitualmente una pluralidad de celdas de combustible se apilan una sobre otra y se reúnen formando un bloque de celdas de combustible. En las publicaciones especializadas, un bloque de esa clase se denomina también como "pila". Debido a la conexión en serie de las celdas de combustible del bloque de celdas de combustible, la tensión de servicio de un sistema de celdas de combustible puede ascender a unos 100 voltios.
También el hidrógeno y el oxígeno técnicamente puros, sin embargo, contienen componentes (por ejemplo partes de gas inerte), que no participan en la reacción. Esos componentes deben descargarse como gases residuales desde la celda de combustible. En los gases residuales, sin embargo, también pueden estar contenidas además partes del respectivo gas de reacción. Mientras que una parte de oxígeno en general puede mezclarse sin problemas con el aire ambiente, debido a una parte de hidrógeno existe un riesgo de incendio real.
En los sistemas de celdas de combustible conocidos, por ese motivo, el gas residual que contiene hidrógeno, con la ayuda de un conducto, es conducido a un área no peligrosa y allí se deja salir hacia el aire ambiente. Si el sistema de celdas de combustible está colocado en un espacio de instalación, el área no peligrosa se trata por ejemplo de un área a una altura por encima de la cabeza del personal que opera el sistema de celdas de combustible. Cerca de la salida de gas residual, sin embargo, siempre se encuentra presente una mezcla de gas combustible, de la que deben mantenerse alejadas las fuentes de ignición de forma segura.
Por la solicitud DE 102006026539 A1 es conocido el hecho de mezclar gas residual que contiene hidrógeno en un dispositivo de mezclado en forma de un cuerpo sinterizado con un gas residual que contiene oxígeno, y de conducir la mezcla de gas que se produce debido a ello hacia al aire ambiente del sistema de celdas de combustible.
En la solicitud DE 10 2005 035 743 B4 se describe el hecho de suministrar los gases residuales a un reactor catalítico y allí hacerlos reaccionar, formando agua. Debido a esto puede evitarse la cantidad de gas residual que contiene hidrógeno y que contiene oxígeno.
En la solicitud DE 10203028 A1 se describe un procedimiento para operar un sistema de celdas de combustible, en el cual los gases residuales que provienen de un espacio del ánodo y de un espacio del cátodo de una celda de combustible se suministran para una combustión catalítica, en donde la temperatura con la cual los gases de escape calientes de la combustión catalítica calientan un disipador de calor, puede controlarse o regularse de forma rápida y fiable con medios sencillos, sin afectar el funcionamiento estable del sistema de celdas de combustible.
La descarga de gases residuales es más problemática en los sistemas de celdas de combustible que se encuentran en un espacio de instalación cerrado al aire exterior.
Por la solicitud US 3664 873 A ya se conoce un sistema de celdas de combustible con un módulo de celdas de combustible dispuesto en una carcasa, en donde el gas residual que contiene oxígeno y que contiene hidrógeno, del módulo de celdas de combustible, se deja salir hacia la atmósfera del espacio entre la carcasa y el módulo de celdas de combustible. Para evitar mezclas inflamables en la atmósfera, en la atmósfera circula un reactor catalítico con la ayuda de un ventilador, en donde el hidrógeno reacciona con el oxígeno bajo el desarrollo de calor, formando agua o vapor de agua. Para guiar el flujo de gas durante la circulación a través del espacio interno de la carcasa, hacia el reactor, sin embargo, se necesitan medidas complejas. De este modo, en el caso conocido, el espacio interno está especialmente diseñado para una circulación de esa clase. Además, el funcionamiento de un sistema de esa clase sólo es posible hasta que se haya consumido todo el oxígeno en la atmósfera y el volumen de oxígeno original se haya reemplazado por agua del producto. La vida útil del sistema de celdas de combustible, con ello, está limitada, lo cual en la práctica torna imposible una utilización de un sistema de esa clase.
Considerando lo mencionado, el objeto de la presente invención consiste en proporcionar un procedimiento para el tratamiento de gases residuales que contienen hidrógeno y que contienen oxígeno, de celdas de combustible, así como un sistema de tratamiento de gas residual, con los cuales pueda prolongarse la vida útil de un sistema de celdas de combustible.
La solución de dicho objeto se alcanza mediante un procedimiento según la reivindicación 1 y un sistema de tratamiento de gas residual según la reivindicación 9. En las reivindicaciones dependientes respectivamente se indican configuraciones ventajosas.
En el procedimiento según la invención para el tratamiento de gases residuales que contienen hidrógeno y que contienen oxígeno, de celdas de combustible, los gases residuales son suministrados a un circuito de gas, y la mezcla de gas residual que se produce debido a ello circula en el circuito de gas mediante un dispositivo para la conversión de hidrógeno y oxígeno en agua, para reducir la cantidad de hidrógeno y oxígeno en la mezcla de gas residual. Según la invención, una parte de la mezcla de gas residual se descarga desde el circuito de gas.
La invención parte de la consideración de que mediante la circulación de la mezcla de gas residual, por medio del dispositivo para la conversión de hidrógeno y oxígeno en agua, la parte de hidrógeno y la parte de oxígeno y, con ello, la cantidad de mezcla de gas residual, puede reducirse de manera que se evite el riesgo de una ignición y de manera que al menos una parte de la mezcla de gas residual pueda descargarse sin riesgo desde el circuito de gas. El circuito de gas, entonces, está listo para recibir nuevamente gas residual "nuevo" desde las celdas de combustible. En conjunto, mediante esas medidas, puede aumentarse la capacidad de recepción y la capacidad de tratamiento de gases residuales desde las celdas de combustible y, con ello, puede prolongarse la vida útil de las celdas de combustible.
Según la invención, la descarga de la parte de la mezcla de gas residual desde el circuito de gas tiene lugar al superarse una presión predeterminada o predeterminable de la mezcla de gas residual en el circuito de gas, preferentemente, de manera adicional, aún cuando ya no tenga lugar una conversión de oxígeno e hidrógeno. El contenido de hidrógeno y/o de oxígeno ha alcanzado entonces un mínimo o ha reaccionado por completo.
En el caso de celdas de combustible que se encuentran en un espacio de instalación cerrado al aire exterior, la parte descargada de la mezcla de gas residual preferentemente se suministra a un acumulador de gas. En el caso de celdas de combustible que se encuentran en un espacio de instalación con aire ambiente, la parte descargada de la mezcla de gas residual preferentemente se conduce hacia el aire ambiente.
El dispositivo para la conversión de hidrógeno y oxígeno en agua preferentemente se trata de un recombinador catalítico (por ejemplo un recombinador de platino-óxido de aluminio). Pero también puede utilizarse un reactor catalítico.
En el caso de un suministro de la mezcla de gas residual hacia un acumulador de gas, según otra configuración ventajosa, la parte descarga de la mezcla de gas residual, de manera opcional, se suministra a por lo menos dos acumuladores de gas. En principio, por razones de seguridad, se busca una mezcla de gas residual levemente enriquecida con oxígeno. Sin embargo, si existe también la posibilidad de una mezcla de gas residual levemente enriquecida con hidrógeno, esas dos mezclas de gas residual diferentes, de manera ventajosa, son conducidas a acumuladores de gas respectivamente diferentes, para aumentar aún más la seguridad, y son almacenadas allí. Preferentemente, una mezcla de gas residual descargada, con un exceso de oxígeno, se suministra a un primer acumulador de gas y una mezcla de gas residual descargada con un exceso de hidrógeno, se suministra a un segundo acumulador de gas separado del mismo. Dependiendo del grado de enriquecimiento de la mezcla de gas residual con oxígeno y/o hidrógeno, también pueden utilizarse más de dos acumuladores de gas separados unos de otros.
La descarga de la parte de la mezcla de gas residual desde el circuito de gas también puede tener lugar en función de una composición del gas predeterminada o predeterminable. Por ejemplo, lo mencionado puede tener lugar de forma específica, de manera que la mezcla de gas residual descargada tenga una composición del gas como el aire. Ese aire puede utilizarse posteriormente, en particular en aplicaciones que no dependen del aire externo (por ejemplo como aire respirable).
Según otra configuración ventajosa, de manera alternativa o complementaria, la parte de oxígeno y/o la parte de hidrógeno de la mezcla de gas residual se detecta en el circuito de gas, y el suministro de gases residuales hacia el circuito de gas y/o la descarga de mezcla de gas residual desde el circuito de gas tiene lugar en función de la parte de oxígeno y/o la parte de hidrógeno detectada.
Preferentemente, por razones vinculadas a la seguridad, la descarga de mezcla de gas residual tiene lugar cuando un exceso de oxígeno se encuentra presente en la mezcla de gas residual.
La parte de oxígeno y/o la parte de hidrógeno, así como su evolución en el tiempo, por ejemplo puede indicar si tiene lugar aún una conversión de oxígeno e hidrógeno formando agua, o si ese proceso ya ha terminado. De este modo, por ejemplo, la descarga de mezcla de gas residual desde el circuito de gas puede tener lugar de forma específica cuando la parte de oxígeno asume un valor constante, porque ya no tiene lugar ninguna conversión con hidrógeno, formando agua.
De manera alternativa o complementaria puede detectarse una temperatura del dispositivo para convertir hidrógeno y oxígeno en agua, y el suministro de gases residuales hacia el circuito de gas y/o la descarga de la mezcla de gas residual desde el circuito de gas puede tener lugar en función de la temperatura detectada. También la temperatura, así como su evolución en el tiempo, puede indicar si tiene lugar aún una conversión de oxígeno e hidrógeno formando agua, o si ese proceso ya ha terminado. De este modo, por ejemplo, aquí también la descarga de mezcla de gas residual desde el circuito de gas puede tener lugar de forma específica, cuando la temperatura, partiendo desde un valor normal, en el cual tiene lugar una conversión de hidrógeno y oxígeno en agua, ha disminuido a un valor más reducido, porque ya no tiene lugar ninguna conversión de hidrógeno y oxígeno en agua.
Los gases residuales comprenden al menos los gases de reacción de las celdas de combustible, preferentemente también gases de purga de las celdas de combustible y/o gases en el encendido y gases en el apagado de las celdas de combustible y/o gases de explosión o gases de ebullición de acumuladores de gas líquido, en particular todos los gases utilizados para el funcionamiento de las celdas de combustible. Con ello, ya no se necesitan otros sistemas adicionales de eliminación de gas o de tratamiento de gas.
Según otra configuración ventajosa, el funcionamiento de las celdas de combustible y el tratamiento de los gases residuales se controlan y/o regulan de forma adaptada uno con respecto a otro, de manera que la mezcla de gas residual descargada desde el circuito de gas presenta una composición del gas predeterminada o predeterminable, en particular la composición de gas del aire.
Un sistema de tratamiento de gas residual según la invención, para gases residuales que contienen hidrógeno y que contienen oxígeno, de celdas de combustible, comprende
- un circuito de gas para un funcionamiento de circulación de una mezcla de los dos gases residuales, y - un dispositivo para la conversión de hidrógeno y oxígeno en agua, donde el dispositivo está dispuesto en el circuito de gas, para reducir la cantidad de hidrógeno y oxígeno en la mezcla de gas residual, donde al menos una parte de la mezcla de gas residual puede descargarse desde el circuito de gas.
En este caso, el sistema, según la invención, comprende un sensor de presión que está dispuesto en el circuito de gas y detecta una presión de la mezcla de gas residual en el circuito de gas, y un dispositivo de control que está diseñado de manera que el mismo controla la descarga de la parte de la mezcla de gas residual desde el circuito de gas, en función de la presión detectada de la mezcla de gas en el circuito de gas, preferentemente la parte de la mezcla de gas residual desde el circuito de gas, al superarse una presión predeterminada o predeterminable de la mezcla de gas residual en el circuito de gas.
Según una configuración ventajosa, la parte descargada de la mezcla de gas residual puede suministrarse a un acumulador de gas o puede conducirse al aire ambiente.
Para ello, de manera ventajosa, el sistema presenta una derivación dispuesta en el circuito de gas, y una válvula para controlar una descarga de mezcla de gas residual desde el circuito de gas, mediante la derivación.
Según otra configuración ventajosa, el sistema comprende al menos dos acumuladores de gas, donde la mezcla de gas residual, de manera opcional, puede suministrarse a uno de los acumuladores de gas, donde preferentemente un primero de los acumuladores de gas es un acumulador de gas para una mezcla de gas residual con exceso de oxígeno, y un segundo de los acumuladores de gas es un acumulador de gas para una mezcla de gas residual con exceso de hidrógeno.
Además, el sistema puede comprender:
- un dispositivo para detectar la composición del gas de la mezcla de gas residual en el circuito de gas, y - un dispositivo de control que está diseñado para controlar la descarga de la mezcla de gas residual desde el circuito de gas, en función de una composición predeterminada o predeterminable.
De manera alternativa o complementaria, el sistema también puede comprender:
- un dispositivo para detectar la parte de oxígeno y/o la parte de hidrógeno de la mezcla de gas en el circuito de gas, y
- un dispositivo de control que está diseñado para controlar el suministro de gases residuales hacia el circuito de gas y/o la descarga de mezcla de gas residual desde el circuito de gas, en función de la parte de oxígeno y/o la parte de hidrógeno detectada.
Además, el sistema puede comprender:
- un dispositivo para detectar una temperatura del dispositivo para la conversión de hidrógeno y oxígeno en agua, y
- un dispositivo de control que está diseñado para controlar el suministro de gases residuales hacia el circuito de gas y/o la descarga de mezcla de gas residual desde el circuito de gas, en función de la temperatura detectada.
Los gases residuales comprenden al menos los gases de reacción de las celdas de combustible, preferentemente también gases de purga de las celdas de combustible y/o gases en el encendido y gases en el apagado de las celdas de combustible y/o gases de explosión o gases de ebullición de acumuladores de gas líquido, en particular todos los gases utilizados para el funcionamiento de las celdas de combustible. Con ello, ya no se necesitan otros sistemas adicionales de eliminación de gas o de tratamiento de gas.
Además, el sistema puede presentar un dispositivo de control que está diseñado para controlar y/o regular el funcionamiento de las celdas de combustible y el tratamiento de los gases residuales de forma adaptada uno con respecto a otro, de manera que la mezcla de gas residual descargada desde el circuito de gas presenta una composición del gas predeterminada o predeterminable, en particular la composición de gas del aire.
Los dispositivos de control antes mencionados también pueden estar reunidos en un único dispositivo de control. Las ventajas mencionadas para el procedimiento según la invención y sus configuraciones ventajosas, de manera correspondiente, aplican para el sistema según la invención y sus configuraciones ventajosas.
A continuación, la invención, así como otras configuraciones ventajosas de la invención según características de las reivindicaciones dependientes, se explican con mayor detalle mediante ejemplos de ejecución, en las figuras. Muestran:
Figura 1 una pila de celdas de combustible con celdas de combustible,
Figura 2 un ejemplo de ejecución de un sistema de tratamiento de gas residual según la invención.
Una celda de combustible sola proporciona una tensión de servicio de menos de un voltio. Como se muestra en la figura 1, por ese motivo, habitualmente una pluralidad de celdas de combustible 1 se apilan una sobre otra y se reúnen formando un bloque de celdas de combustible 2. En las publicaciones especializadas, un bloque 2 de esa clase se denomina también como "pila". Debido a la conexión en serie de las celdas de combustible 1 del bloque de celdas de combustible 2, la tensión de servicio de un sistema de celdas de combustible puede ascender a unos 100 voltios.
La figura 2 muestra un sistema de tratamiento de gas residual 3 según la invención para el tratamiento de gases residuales de celdas de combustible. La referencia 4 identifica un módulo de celda de combustible que, junto con un bloque de celdas de combustible, como se muestra en la figura 1, comprende además otros dispositivos, no mostrados en detalle, como válvulas, sensores, separadores de agua y estructuras de distribuidor para el suministro y la eliminación del bloque de celdas de combustible, con medios operativos. El módulo de celdas de combustible 4 presenta una conexión H2 para el suministro de hidrógeno, una conexión O2 para el suministro de oxígeno, una conexión KWE para el suministro de agua de refrigeración, una conexión KWA para la descarga de agua de refrigeración, una conexión RGH para la descarga de gas residual que contiene hidrógeno, una conexión RGO para la descarga de gas residual que contiene oxígeno, una conexión SG para el suministro de gas de protección, una conexión SPG para el suministro de gas de purga y una conexión PG para el suministro de gas de presurización. El gas de purga se necesita para purgar los espacios de gas de las celdas de combustible 1. El gas presurizado se necesita para una generación de presión con la ayuda de así llamados cojines de presión en el bloque de celdas de combustible 2.
El sistema de tratamiento de gas residual 3 comprende un circuito de gas 5 en el cual, en la dirección de flujo de un gas circulante, de forma consecutiva, están conectados, así como dispuestos, un recipiente colector en forma de un depósito de vacío 6, un separador de agua 7, un dispositivo 8 para la conversión de hidrógeno y oxígeno en agua (aquí en forma de dos recombinadores 9 conectados de forma paralela, por ejemplo recombinadores de platinoóxido de aluminio), un compresor 10 y una derivación 11, con una válvula de 3/2 vías 12.
Un conducto 21 se extiende desde la conexión RGO del módulo de celdas de combustible 4 hacia el depósito de vacío 6, y se utiliza para el suministro de gas residual que contiene oxígeno, desde el módulo de celdas de combustible 4, hacia el depósito de vacío 6.
Un conducto 22 se extiende desde la conexión RGH del módulo de celdas de combustible 4 hacia el depósito de vacío 6, y se utiliza para el suministro de gas residual que contiene hidrógeno, desde el módulo de celdas de combustible 4, hacia el depósito de vacío 6.
Entre el depósito de vacío 6 y el separador de agua 7 están dispuestos un sensor de oxígeno 13 y un sensor de hidrógeno 14, en el circuito de gas 5. Además, entre el dispositivo 8 y el compresor 10, un sensor de temperatura 15 está dispuesto en el circuito de gas 5.
Un sensor de presión 16 conectado al depósito de vacío 6 se utiliza para detectar o medir la presión en el depósito de vacío 6 y, con ello, en el circuito de gas 5.
El sistema de tratamiento de gas residual 3 comprende además un depósito de agua del producto 30 que, mediante un conducto 31 y una válvula 32 dispuesta dentro, puede conectarse a la base del depósito de vacío 6 para la descarga de agua del producto desde el depósito de vacío 6 hacia el depósito de agua del producto 30.
En el depósito de vacío 6 se encuentra un sensor 33 para detectar la altura del nivel de líquido en el depósito de vacío 6.
También en el depósito de agua del producto 30 se encuentra un sensor 34 para detectar la altura del nivel de líquido en el depósito de vacío 6.
En el caso de una evacuación de los espacios de gas de las celdas de combustible al conectar o desconectar el módulo de celdas de combustible 4, gases residuales deben descargarse desde las celdas de combustible. Para ello, un conducto 41 se encuentra presente entre una conexión V del módulo de celdas de combustible y el depósito de vacío 6. Una bomba de vacío 42 está conectada hacia el conducto 41, mediante la cual esos gases residuales pueden descargarse desde el módulo de celdas de combustible 4 hacia el depósito de vacío 6.
Además, el depósito de agua del producto 30, mediante un conducto 43 con una bomba de vacío 44 dispuesta dentro, está conectado a un depósito de vacío 6. La bomba de vacío 44 se encarga de que la presión en el depósito de agua del producto 30 sea más reducida que la presión en el depósito de vacío 6. Al depósito de agua del producto 30, además, están conectados un conducto 35 y un conducto 36. El conducto 35 se utiliza para el suministro de nitrógeno hacia el depósito de agua del producto 30, para la descarga de agua del producto. Mediante el conducto 36, después, el agua del producto puede descargarse desde el depósito de agua del producto 30.
El separador de agua 7 se utiliza para separar agua arrastrada por la mezcla de gas residual, para que ésta no llegue a los recombinadores 9.
Mediante un conducto 46, además, el separador de agua 7 está conectado al depósito de agua del producto 30, para el suministro del agua separada.
La derivación 11, mediante un conducto 16, está conectada a un depósito de presión 17. Al depósito de presión 17, a su vez, está conectado un conducto 18 para su vaciado.
De manera opcional, un segundo depósito de presión 17' puede estar conectado a la derivación 11, donde después, mediante válvulas 19, 19' puede controlarse cuál de los depósitos de presión 17, 17' está conectado a la derivación 11.
De manera opcional, al depósito de vacío 6 también puede estar conectado un conducto 45 para el suministro de gas de ebullición o gas de explosión desde acumuladores de líquido no representados en detalle, de los gases de trabajo.
Un dispositivo de control 50, de forma inalámbrica o mediante cables, está conectado a los sensores (por ejemplo sensor de temperatura 8, sensor de presión 16, sensor de oxígeno 13, sensor de hidrógeno 14) y a actuadores del módulo de celdas de combustible y del sistema de tratamiento de gas residual (por ejemplo válvulas controlables, como por ejemplo la válvula de 3/2 vías 12, el compresor 10, las bombas de vacío 42, 44) y, desde esas señales o valores de medición, detecta o controla su estado de funcionamiento. Durante el funcionamiento del sistema de tratamiento de gas residual, al depósito de vacío 6, mediante el conducto 21, se suministra un gas residual que contiene oxígeno, del módulo de celdas de combustible 4, y mediante el conducto 22 se suministra un gas residual que contiene hidrógeno, del módulo de celdas de combustible, y se mezcla en el depósito de vacío 6. En el caso de una purga de los espacios de gas de las celdas de combustible 1, mediante esos conductos 21, 22, también se suministran los gases de purga. Además, al depósito de vacío 6, mediante el conducto 41, se suministran gases en el encendido y gases en el apagado del módulo de celdas de combustible 4, y de manera opcional, mediante el conducto 45, se suministra el gas de ebullición o el gas de explosión. Preferentemente, todos los gases residuales que se producen para el funcionamiento de las celdas de combustible son conducidos al depósito de vacío 6.
La mezcla de gas residual que se produce debido a ello en el depósito de vacío 6, mediante el compresor 10, circula o pasa por el circuito de gas 5 y, con ello, también por el dispositivo 8. En el dispositivo 8, el hidrógeno contenido en la mezcla de gas residual, con el oxígeno contenido en la mezcla de gas residual, reacciona formando agua, que se deposita en el depósito de vacío 6.
La parte de hidrógeno y la parte de oxígeno y, con ello, la cantidad de mezcla de gas residual, debido a esto, pueden reducirse de manera que se evita el riesgo de una ignición, y al menos una parte de la mezcla de gas residual, sin riesgo, puede descargarse desde el circuito de gas 5.
El circuito de gas 5, entonces, está listo para recibir nuevamente gas residual "nuevo" desde las celdas de combustible. En conjunto, mediante esas medidas, puede aumentarse la capacidad de recepción y la capacidad de tratamiento de gases residuales desde las celdas de combustible 1 y, con ello, puede prolongarse la vida útil de las celdas de combustible 1.
El dispositivo de control 50, mediante el sensor 33, detecta el nivel de líquido en el depósito de vacío 6 y, al superarse un nivel de líquido predeterminado en el depósito de vacío 6, abre la válvula 32, debido a lo cual agua del producto, mediante el conducto 31, se descarga hacia el depósito de agua del producto 30.
De manera correspondiente, el dispositivo de control 50, mediante el sensor 34, detecta el nivel de líquido en el depósito de agua del producto 30 y, al superarse un nivel de líquido predeterminado, dispone un suministro de nitrógeno mediante el conducto 35, debido a lo cual agua del producto, mediante el conducto 36, es derivada desde el depósito de agua del producto 30.
Cuando la presión detectada por el dispositivo de control 50 mediante el sensor 16, en el circuito de gas 5, supera un valor predeterminado, el mismo abre la válvula 12 hacia la derivación 11, debido a lo cual al menos una parte de la mezcla de gas residual se descarga desde el circuito de gas 5 hacia el depósito de presión 17. Si las condiciones de la instalación lo permiten, la mezcla de gas residual, de manera alternativa, también puede conducirse al aire ambiente.
Cuando se encuentran presentes dos depósitos de presión 17, 17', el dispositivo de control 50 evalúa las partes de oxígeno y de hidrógeno detectadas mediante los sensores 13, 14, y mediante el control de las válvulas 19, 19', suministra una mezcla de gas residual con un exceso de oxígeno al depósito de presión 17 y una mezcla de gas residual con un exceso de hidrógeno, al depósito de presión 17'.
El dispositivo de control 50 puede utilizar también las partes de oxígeno y de hidrógeno detectadas mediante los sensores 13, 14 en la mezcla de gas residual para controlar la descarga de la mezcla de gas residual desde el circuito de gas 5, de manera que la misma tenga lugar en función de una composición del gas predeterminada o predeterminable.
Por ejemplo, el dispositivo de control 50, mediante los sensores 13, 14, puede medir la parte de oxígeno y/o la parte de hidrógeno de la mezcla de gas residual en el circuito de gas, y puede controlar el suministro de gases residuales hacia el circuito de gas y/o la descarga de mezcla de gas residual desde el circuito de gas, de manera que la misma tenga lugar en función de la parte de oxígeno y/o la parte de hidrógeno medida.
Preferentemente, por razones vinculadas a la seguridad, la descarga de mezcla de gas residual tiene lugar cuando un exceso de oxígeno se encuentra presente en la mezcla de gas residual.
Mediante las partes de oxígeno y/o de hidrógeno detectadas o mediante su evolución en el tiempo, por ejemplo, puede deducirse su aún tiene lugar una conversión de oxígeno e hidrógeno en agua, o si ese proceso ha finalizado. Preferentemente, la descarga de mezcla de gas residual tiene lugar mediante la derivación, tanto cuando la presión ha superado un valor límite predeterminado, como también cuando ha finalizado la conversión de oxígeno e hidrógeno en agua. Por ejemplo, una descarga de mezcla de gas residual desde el circuito de gas puede tener lugar también de forma específica, cuando la parte de oxígeno asume un valor constante, porque ya no tiene lugar ninguna conversión con hidrógeno, formando agua.
El dispositivo de control 50, mediante el sensor 15, puede medir también la temperatura del dispositivo 8 para la conversión de hidrógeno y oxígeno en agua, y puede controlar el suministro de gases residuales hacia el circuito de gas y/o la descarga de la mezcla de gas residual desde el circuito de gas, de manera que la misma tenga lugar en función de la temperatura medida. También la temperatura, así como su evolución en el tiempo, puede indicar si tiene lugar aún una reacción de oxígeno e hidrógeno formando agua, o si ese proceso ya ha terminado. De este modo, por ejemplo, aquí también la descarga de mezcla de gas residual desde el circuito de gas puede tener lugar de forma específica, cuando la temperatura, partiendo desde un valor normal, en el cual tiene lugar una conversión de hidrógeno y oxígeno en agua, ha disminuido a un valor más reducido, porque ya no tiene lugar ninguna conversión de hidrógeno y oxígeno en agua.
Mediante el dispositivo de control 50 también puede realizarse un procedimiento operativo para el sistema total formando por el módulo de celdas de combustible 4 y el sistema de tratamiento de gas residual 3, en donde las celdas de combustible generan gases de escape que se tratan del modo anterior, y donde el funcionamiento de las celdas de combustible y el tratamiento de los gases residuales se controlan y/o regulan de forma adaptada uno con respecto a otro, de manera que la mezcla de gas residual descargada desde el circuito de gas 5 presenta una composición del gas predeterminada o predeterminable, en particular la composición de gas del aire. El aire puede utilizarse después para las más diversas aplicaciones, por ejemplo como aire respirable en sistemas que no dependen del aire externo, como por ejemplo a bordo de partes sumergidas de los buques.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para el tratamiento de gases residuales que contienen hidrógeno y contienen oxígeno, de celdas de combustible (1), donde los gases residuales se suministran a un circuito de gas (5) y una mezcla de gas residual que se produce debido a ello circula en el circuito de gas (5) mediante un dispositivo (8) para la conversión de hidrógeno y oxígeno en agua, para reducir la cantidad de hidrógeno y oxígeno en la mezcla de gas residual, donde al menos una parte de la mezcla de gas residual se descarga desde el circuito de gas (5) y la parte de la mezcla de gas residual descargada se suministra a un acumulador de gas (17) o se conduce al aire ambiente, caracterizado porque la descarga de la parte de la mezcla de gas residual desde el circuito de gas (5) y su suministro hacia el acumulador de gas (17) tiene lugar al superarse una presión predeterminada o predeterminare de la mezcla de gas residual en el circuito de gas (5).
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la parte descargada de la mezcla de gas residual, de manera opcional, se suministra hacia uno de al menos dos acumuladores de gas (17, 17').
3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque una mezcla de gas residual descargada, con un exceso de oxígeno, se suministra a un primer acumulador de gas (17), y una mezcla de gas residual descargada, con un exceso de hidrógeno, se suministra a un segundo acumulador de gas (17').
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la descarga de la parte de la mezcla de gas residual desde el circuito de gas (5) tiene lugar en función de una composición del gas predeterminada o predeterminable.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la parte de oxígeno y/o la parte de hidrógeno de la mezcla de gas residual se detecta en el circuito de gas (5), y el suministro de gases residuales hacia el circuito de gas y/o la descarga de mezcla de gas residual desde el circuito de gas (5) tiene lugar en función de la parte de oxígeno y/o la parte de hidrógeno detectada.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se detecta una temperatura del dispositivo (8) para la conversión de hidrógeno y oxígeno en agua, y el suministro de gases residuales hacia el circuito de gas (5) y/o la descarga de la mezcla de gas residual desde el circuito de gas (5) tiene lugar en función de la temperatura detectada.
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los gases residuales comprenden al menos los gases de reacción de las celdas de combustible, preferentemente también gases de purga de las celdas de combustible y/o gases en el encendido y gases en el apagado de las celdas de combustible y/o gases de explosión o gases de ebullición de acumuladores de gas líquido, en particular todos los gases utilizados para el funcionamiento de las celdas de combustible.
8. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el funcionamiento de las celdas de combustible (1) y el tratamiento de los gases residuales se controlan y/o regulan de forma adaptada uno con respecto a otro, de manera que la mezcla de gas residual descargada desde el circuito de gas (5) presenta una composición del gas predeterminada o predeterminable, en particular la composición de gas del aire.
9. Sistema de tratamiento de gas residual (3) para gases residuales que contienen hidrógeno y que contienen oxígeno, de celdas de combustible (1), que comprende
- un circuito de gas (5) para un funcionamiento de circulación de una mezcla de los dos gases residuales, - un dispositivo (8) para la conversión de hidrógeno y oxígeno en agua, donde el dispositivo está dispuesto en el circuito de gas (8), para reducir la cantidad de hidrógeno y oxígeno en la mezcla de gas residual, donde al menos una parte de la mezcla de gas residual puede descargarse desde el circuito de gas (5), caracterizado porque el mismo, además, comprende:
- un sensor de presión (16) que está dispuesto en el circuito de gas, y que detecta una presión de la mezcla de gas residual en el circuito de gas (5), y
- un dispositivo de control (50) que está diseñado de manera que el mismo controla la descarga de la parte de la mezcla de gas residual desde el circuito de gas, en función de la presión detectada de la mezcla de gas en el circuito de gas, preferentemente la parte de la mezcla de gas residual desde el circuito de gas, al superarse una presión predeterminada o predeterminable de la mezcla de gas residual en el circuito de gas.
10. Sistema (3) según la reivindicación 9, caracterizado porque la parte descargada de la mezcla de gas residual puede suministrarse a un acumulador de gas (17) o puede conducirse al aire ambiente.
11. Sistema (3) según una de las reivindicaciones 9 a 10, caracterizado porque el mismo presenta una derivación (11) dispuesta en el circuito de gas (5), y una válvula (12) para controlar una descarga de mezcla de gas residual desde el circuito de gas (5), mediante la derivación (11).
12. Sistema (3) según una de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque el mismo comprende al menos dos acumuladores de gas (17, 17'), donde la mezcla de gas residual, de manera opcional, puede suministrarse a uno de los acumuladores de gas, donde preferentemente un primero de los acumuladores de gas (17) es un acumulador de gas para una mezcla de gas residual con exceso de oxígeno, y un segundo de los acumuladores de gas (17') es un acumulador de gas para una mezcla de gas residual con exceso de hidrógeno.
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