ES2942836T3

ES2942836T3 - Sistema de tanque de hidrógeno de hidruro metálico con capacidad de arranque en caso de helada

Info

Publication number: ES2942836T3
Application number: ES19219243T
Authority: ES
Inventors: Julian Jepsen; Von Colbe José M Bellosta; Thomas Klassen; Martin Dornheim; Klaus Taube; Julián Puszkiel; Anna Kallias; Holger Stühff; Dieter Platzek; Marce Ignasi Cabezas
Original assignee: Stuehff GmbH; PANCO GmbH; Helmholtz Zentrum Hereon GmbH
Current assignee: Stuehff GmbH; PANCO GmbH; Helmholtz Zentrum Hereon GmbH
Priority date: 2019-12-23
Filing date: 2019-12-23
Publication date: 2023-06-07
Anticipated expiration: 2039-12-23
Also published as: EP3843190B1; EP3843190A1; US20230045434A1; WO2021130116A1; JP2023506633A; KR20220120547A

Abstract

La invención se refiere a un dispositivo de arranque en frío para un consumidor de hidrógeno exotérmico tal como una celda de combustible y un método para operar un consumidor de hidrógeno exotérmico con un dispositivo de almacenamiento de hidruro metálico. El objeto de la presente invención es proporcionar un consumidor de hidrógeno exotérmico tal como una pila de combustible con un dispositivo de arranque en frío eficaz que pueda ponerse en funcionamiento inmediatamente y no requiera un tanque de presión. Además, el dispositivo de arranque en frío debe estar disponible para un número ilimitado de arranques. El objeto se logra mediante un dispositivo para operar un consumidor de hidrógeno exotérmico tal como una pila de combustible, que utiliza el consumidor de hidrógeno exotérmico y también al menos un tanque de arranque lleno de un hidruro metálico. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de tanque de hidrógeno de hidruro metálico con capacidad de arranque en caso de helada

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La invención se refiere a un sistema de tanque de hidrógeno de hidruro metálico con capacidad de arranque en caso de helada, por ejemplo un sistema de tanque de hidrógeno para un consumidor de hidrógeno exotérmico como una pila de combustible, así como un procedimiento para el funcionamiento de dicho consumidor de hidrógeno exotérmico. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En la electrólisis del agua, las moléculas de agua se descomponen mediante corriente eléctrica en hidrógeno (H²) y oxígeno (O²). En una celda de combustible, este proceso se realiza en la dirección opuesta. Mediante la combinación electroquímica de hidrógeno (H²) y oxígeno (O²) formando agua, la energía liberada con alto rendimiento se convierte en corriente eléctrica.

La aplicación técnica del principio de la pila de combustible ha dado lugar a diferentes soluciones, y a saber con diferentes tipos de electrolitos y con temperaturas de funcionamiento entre 10 °C y 1000 °C. Dependiendo de su temperatura de funcionamiento, las pilas de combustible se dividen en pilas de combustible de baja temperatura, temperatura media y alta temperatura (véase, por ejemplo, el documento DE 19836352 A1). Las pilas de combustible de baja temperatura funcionan a temperaturas de funcionamiento relativamente moderadas de 60 °C a 120 °C y, debido a las temperaturas moderadas, son adecuadas en particular para aplicaciones móviles como el funcionamiento de un vehículo de motor. En vehículos de motor, la pila de combustible del tipo PEM de baja temperatura se utiliza preferiblemente y se opera a temperaturas entre 60 °C y 90 °C.

El hidrógeno requerido como combustible se proporciona habitualmente desde un tanque de presión, ya que con este hidrógeno se puede poner a disposición en todo el rango de temperatura de funcionamiento. Pero, estos tanques de presión son comparativamente voluminosos, de modo que el alcance de aplicaciones móviles se limita, como en el funcionamiento de un vehículo de motor, por el espacio de almacenamiento limitado a disposición. Se conoce que sobre la base de hidruros metálicos se pueden formar acumuladores de hidrógeno, los denominados acumuladores de hidruro metálico, que requieren mucho menos espacio con la misma capacidad. Sin embargo, los acumuladores de hidruro metálico para la desorción de hidrógeno por lo general se tienen que alimentar con calor; en la absorción de hidrógeno se tiene que disipar el calor. En función del hidruro metálico, para la desorción de hidrógeno se requieren temperaturas entre -30 °C y 400 °C. Pero, en general, son necesarias presiones de hidrógeno de menos de 10 MPa, que son suficientes para el funcionamiento de una pila de combustible, lo que simplifica considerablemente la construcción de estos tanques con respecto a los tanques de presión de hidrógeno.

Los hidruros metálicos utilizados también como acumuladores de hidrógeno se dividen en diferentes categorías según la temperatura de desorción. Una visión general de los hidruros metálicos comunes y sus propiedades se encuentra en B. Sakintuna et al. "Metal hydride materials for solid hydrogen storage: A review", International Journal of Hydrogen Energy, vol. 32 (2007), 1121-1140, a la que se hace referencia aquí. El hidrógeno se almacena (absorbe) mediante la siguiente ecuación:

Metal Hidrógeno <-> Hidruro metálico Calor

en la rejilla metálica, respectivamente se disuelve (desorbe) del hidruro. La relación entre la presión, temperatura y concentración de hidrógeno en el metal se representa como isoterma de presión de concentración (IPC). El hidrógeno se disuelve a una temperatura determinada con un aumento de la presión en la rejilla metálica. Este proceso obedece a la ley de Sievert hasta que se alcanza una concentración de saturación (fase a). Después de eso, la concentración en el metal aumenta sin aumento de la presión - se forma la fase hidruro (fase 13). Esta zona de la meseta obedece tanto a la ley de van't-Hoff como a la regla de las fases de Gibbs. Al final de la meseta, la presión vuelve a aumentar en forma cuadrada y el hidrógeno se disuelve en la fase hidruro según la ley de Sievert. Para comparar diferentes hidruros se ha naturalizado la construcción de diagramas de van't-Hoff a partir de los valores de equilibrio en el centro de la meseta. A partir de la pendiente de las rectas se puede leer la entalpía de reacción para la reacción de absorción de hidrógeno (AH^abs).

En hidruros de temperatura media, la desorción comienza a una presión normal de 10 kPa entre 100°C y 200°C. Los hidruros de temperatura media se definen mediante una entalpía de reacción absoluta (AH^abs) para la reacción de absorción de hidrógeno entre 30 kJ/mol H²y 65 kJ/mol H². Por lo general, presentan una densidad de almacenamiento para hidrógeno de aprox. 2,5% en peso a 5% en peso sobre la base del metal subyacente. Entre los hidruros de temperatura media figuran, entre otros, alanatos como NaAlH ⁴y amidas como LiNH²con una capacidad de absorción de H2 de hasta el 4,5% en peso. La temperatura óptima de absorción de hidrógeno, por ejemplo, para el alanato de sodio es de aprox. 125 °C y la temperatura de dispensación de hidrógeno es de 160 a 185 °C. Los hidruros de temperatura media son candidatos interesantes para aplicaciones móviles debido a la relativamente alta capacidad de almacenamiento de hidrógeno y temperaturas de funcionamiento relativamente bajas.

En hidruros de alta temperatura, la desorción comienza a una presión normal de 10 kPa por encima de 200°C. Se definen por una entalpia de reacción absoluta AH^abspara la reacción de absorción de hidrógeno de más de 65 kJ/mol H². Por lo general, tienen una densidad de almacenamiento aún mayor para hidrógeno de aprox. 7% en peso a 15% en peso sobre la base del metal subyacente. A menudo formados por metales ligeros (magnesio, aluminio) y/o no metales (nitrógeno, boro), serían adecuados para el uso en pilas de combustible y motores de combustión interna de H²debido a su alta capacidad, pero las altas temperaturas son un obstáculo para su uso como acumuladores de pilas de combustible. Por lo tanto, los hidruros de alta temperatura no se utilizan actualmente para el uso en celdas de combustible y motores de combustión interna de H².

Los hidruros de baja temperatura con una temperatura de desorción a una presión normal de 10 kPa entre -40°C y por debajo de 100°C se utilizan, debido a su capacidad de almacenamiento de hidrógeno relativamente baja en peso de menos del 2% en peso, solo muy especialmente para aplicaciones móviles, en particular para prototipos de carretillas elevadoras y bicicletas, en las que se puede aceptar una pequeña capacidad de almacenamiento. Se definen por una entalpia de reacción absoluta AH^abspara la reacción de absorción de hidrógeno de menos de 30 kJ/mol H².

Por lo tanto, para la aplicación general de los acumuladores de hidruro metálico se necesita un sistema calefactor externo que caliente el acumulador de hidruro metálico para su descarga. La energía necesaria para calentar el acumulador de hidruro metálico se extrae hasta ahora, por regla general, de la pila de combustible u otra fuente de calor. Sin embargo, no es posible extraer la energía necesaria para la descarga de un acumulador de hidruro metálico en el arranque de la pila de combustible y en los primeros minutos de su funcionamiento si aún no proporciona suficiente calor para calentar el acumulador de hidruro metálico. Además, las células de combustible conocidas en la práctica solo pueden producir electricidad para uso externo a partir de una cierta temperatura de arranque. Así, en un arranque en frío o un arranque instantáneo, una pila de combustible se debe calentar primero a temperaturas por encima de la temperatura de arranque. Debido a la gran masa térmica de las pilas de combustible, se requiere una capacidad de calentamiento considerable, en particular si el arranque en frío se debe realizar en tiempos igualmente cortos, como en el caso de los motores de combustión interna convencionales.

Por el documento DE 10317123 B4 se conoce una pila de combustible para una aplicación móvil con un dispositivo de arranque en frío, que comprende un tanque de presión de hidrógeno como acumulador de hidrógeno así como un dispositivo de calentamiento de hidruro metálico. El hidrógeno del tanque de gas comprimido se conduce a través del acumulador de hidruro metálico desorbido. Este se calienta durante la formación del hidruro metálico correspondiente y, por lo tanto, mejora el rendimiento del sistema de pila de combustible. Sin embargo, en el dispositivo de arranque en frío conocido por el documento DE 10317123 B4, el número de los procesos de arranque en frío y de los procesos de arranque inmediato está limitado por el tamaño del acumulador de presión, ya que el acumulador de presión se descarga sucesivamente en cada arranque en frío e inmediato y no se carga de nuevo automáticamente. Por lo tanto, este sistema solo ofrece una función mejorada de un acumulador basado en el tanque de presión que puede arrancar en frío e inmediatamente incluso sin este dispositivo.

I. Bürger et al. "Advanced reactor concept for complex hydrides: Hydrogen absorption from room temperature" International Journal of Hydrogen Energy, vol. 39 (2014), páginas 7030-7041, da a conocer una combinación de un hidruro complejo (CxH) y un hidruro de temperatura ambiente (MeH) en un tanque aprovechando la alta capacidad de carga de los hidruros complejos y la alta velocidad de reacción de los hidruros de temperatura ambiente para mejorar las propiedades de arranque en frío. El hidruro de temperatura ambiente se carga con hidrógeno durante el arranque en frío y se calienta mediante la reacción exotérmica. De este modo, también se calienta el hidruro complejo, que por lo tanto se lleva lentamente a la temperatura de funcionamiento, emite hidrógeno y, por lo tanto, suministra hidrógeno a la pila de combustible. Debido a esta cascada de reacción de hidruro de temperatura ambiente e hidruro complejo y al calentamiento lento del hidruro complejo, el sistema es comparativamente lento. Además, en el documento no se describe cómo se debe realizar la carga del hidruro de temperatura ambiente.

M. Kolbig et al. "Characterization of metal hydrides for thermal applications in vehicles below 0 °C", International Journal of Hydrogen Energy, vol. 44 (2019), páginas. 4878-4888 considera la carga y descarga de un sistema cerrado de LaNi ^4.85Al^0.15como hidruro metálico generador de calor e HYDRALLOY C5^®(Ti^0.95Zr^0.05Mn^1.46V^0.45Fe^0.09) como hidruro metálico proveedor de hidruro por debajo de 0°C. El documento DE 102008002624 A1 da a conocer un sistema de almacenamiento de hidrógeno para un vehículo de pila de combustible, donde el sistema de almacenamiento de hidrógeno presenta: un espacio exterior, que está lleno de un primer polvo de aleación de almacenamiento, por medio del cual se puede liberar el hidrógeno a una temperatura alta; un espacio interior, que está lleno de un segundo polvo de aleación de almacenamiento, por medio del cual el hidrógeno solo se puede liberar con el calor generado por un bloque de pila de combustible; un filtro de metal, que está dispuesto entre el espacio exterior e interior, de modo que el espacio exterior e interior están divididos; un segundo tubo de intercambio de calor, que está previsto entre el bloque de pila de combustible y un radiador, para formar un circuito de refrigeración y está dispuesto a lo largo de una dirección longitudinal del espacio interior; y un circuito de intercambio de calor independiente, que está conectado independientemente con el espacio exterior para la liberación de hidrógeno del primer polvo de aleación de almacenamiento.

El documento EP 1468722 A2 indica un sistema de tampón de reformado, en el que el hidrógeno se conduce desde un dispositivo de separación a un recipiente con un primer hidruro y desde allí a un acumulador con un segundo hidruro.

Todos los sistemas antes mencionados se basan en el hecho de que la pila de combustible se alimenta a través de un hidruro metálico que se calienta antes de la puesta en marcha por otra fuente. Solo después de calentar el hidruro metálico se puede hacer funcionar la pila de combustible. El objetivo de la presente invención es poner a disposición un dispositivo de arranque en frío eficiente para un consumidor de hidrógeno exotérmico como una pila de combustible, que se pueda poner en funcionamiento de inmediato y no requiera un tanque de presión o una fuente de hidrógeno externa que, debido al espacio limitado a disposición, por ejemplo, sean perjudiciales en turismos. Además, el dispositivo de arranque en frío debe estar a disposición para un número ilimitado de procesos de arranque.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

Según la invención, este objetivo se consigue mediante un dispositivo para el funcionamiento de un consumidor de hidrógeno exotérmico como una pila de combustible con las características mencionadas en la reivindicación 1. Igualmente, este objetivo se consigue mediante un procedimiento según la reivindicación 9.

Formas de realización preferidas de la invención están reproducidas en las reivindicaciones dependientes.

Una primera forma de realización de la invención se refiere a un dispositivo para el funcionamiento de un consumidor de hidrógeno exotérmico como una pila de combustible, donde el dispositivo comprende el consumidor de hidrógeno exotérmico, al menos un tanque de arranque, que está lleno de un primer hidruro metálico, que a una temperatura de -40 °C presenta una presión de equilibrio para la desorción de hidrógeno de al menos 100 kPa, así como al menos un tanque de funcionamiento, que está lleno de al menos un segundo hidruro metálico, que presenta un valor absoluto de la entalpía de reacción para la reacción de absorción de hidrógeno (AH^abs) menor de 65 kJ/mol ^preferiblemente entre 20 kJ/mol H²y menor de 65 kJ/mol H², y que a una temperatura de -40 °C presenta una presión de equilibrio para la desorción de hidrógeno por debajo de 100 kPa, donde el primer hidruro metálico y el segundo hidruro metálico presentan una diferencia de las entalpías de reacción (AH^abs) para la reacción de absorción de hidrógeno de menos de 65 kJ/mol H²y donde el tanque de arranque está embebido en el tanque de funcionamiento. La conductividad térmica conocida, generalmente baja, de los hidruros metálicos se aprovecha a este respecto según la invención para minimizar la transferencia de calor entre los recipientes a presión que contienen el hidruro de alta o baja temperatura, de modo que estos se pueden mantener en niveles de temperatura separados. Además, mediante el embebido del tanque de arranque en el tanque de funcionamiento se aprovecha al máximo el espacio constructivo a disposición para aplicaciones móviles.

Preferiblemente, el consumidor de hidrógeno exotérmico es una pila de combustible que comprende al menos un cátodo y al menos un ánodo con un electrolito dispuesto entre ellos. El consumidor de hidrógeno exotérmico es lo más preferiblemente una pila de combustible PEM, por ejemplo, una pila de combustible PEM de baja temperatura. Preferiblemente, el tanque de arranque está configurado de forma esférica o cilíndrica. En una forma de realización de la invención, el hidruro metálico del tanque de arranque es uno a base de una aleación de titanio-cromomanganeso. Además, el tanque de servicio está dividido preferentemente en dos o más módulos. En uno o varios de estos módulos se embeben uno o varios módulos del tanque de arranque, que se llenan con el primer hidruro metálico, que tiene propiedades de arranque en frío. Dado que el tanque de funcionamiento puede tomar casi cualquier forma necesaria para aprovechar prácticamente todo el volumen constructivo a disposición a su presión de funcionamiento máxima por debajo de 50 bar, prácticamente no se origina espacio vacío, incluso si el espacio constructivo es, por ejemplo, rectangular. Por lo tanto, se puede maximizar la eficiencia volumétrica.

Una segunda forma de realización de la invención se refiere a un procedimiento para el funcionamiento de un consumidor de hidrógeno exotérmico como una pila de combustible, donde el consumidor de hidrógeno exotérmico se alimenta en primer lugar con hidrógeno de al menos un tanque de arranque, que comprende un primer hidruro metálico, que a una temperatura de -40 °C presenta una presión de equilibrio para la desorción de al menos 100 kPa, y después de alcanzar la temperatura de funcionamiento de la pila de combustible se alimenta con hidrógeno de al menos un tanque de funcionamiento, que comprende al menos un segundo hidruro metálico, que presenta un valor absoluto de entalpía de reacción para la reacción de absorción de hidrógeno (AHabs) menor de 65 kJ/mol H2, preferiblemente entre 20 kJ/mol H2 y menor de 65 kJ/mol H2, y que a una temperatura de -40 °C presenta una presión de equilibrio para la desorción de hidrógeno por debajo de 100 kPa, donde el primer hidruro metálico y el segundo hidruro metálico presentan una diferencia de entalpias de reacción (AHabs) para la reacción de absorción de hidrógeno menor de 65 kJ/mol H2, y el tanque de arranque se refrigera cuando comienza el suministro de la pila de combustible a través del segundo tanque de funcionamiento, de modo el tanque de arranque se recarga con hidrógeno del tanque de funcionamiento, donde el tanque de arranque está embebido en el tanque de funcionamiento, de modo que el primer hidruro metálico está aislado con respecto al calor ambiente tan pronto como el tanque de arranque se carga con hidrógeno del tanque de funcionamiento. Tan pronto como el tanque de arranque esté completamente cargado de nuevo, se puede detener su refrigeración.

Como se ha mencionado, el consumidor de hidrógeno exotérmico, por ejemplo, la pila de combustible como una pila de combustible PEM, por ejemplo, una pila de combustible PEM de baja temperatura, se alimenta en primer lugar con hidrógeno del tanque de arranque, donde el tanque de arranque comprende preferentemente al menos un hidruro metálico, que a una temperatura de -40 °C presenta una presión de equilibrio para la desorción de al menos 300 kPa, aún más preferentemente al menos 1000 kPa y en particular al menos 1300 kPa, lo que es ventajoso en particular para las pilas de combustible que se hacen funcionar en el modo de recirculación.

Con el procedimiento según la invención se suministra a un consumidor de hidrógeno exotérmico como una pila de combustible con suficiente hidrógeno del tanque de arranque en condiciones de arranque en frío, de modo que el consumidor de hidrógeno, por ejemplo la pila de combustible, se arranca y se puede calentar hasta la temperatura de funcionamiento. Con el calor residual del consumidor de hidrógeno exotérmico, el tanque de funcionamiento como tanque de hidrógeno principal también se puede calentar a su temperatura de funcionamiento y hacerse cargo del suministro del consumidor de hidrógeno. Al suministrar al consumidor de hidrógeno mediante el tanque de funcionamiento, el tanque de arranque se carga de nuevo con hidrógeno procedente del tanque de funcionamiento. Para ello, se requiere que el tanque de arranque esté desacoplado térmicamente del tanque de funcionamiento. Para ello, la presente invención se aprovecha de que los hidruros metálicos presentan una baja conductividad térmica y pueden actuar como aislantes.

El procedimiento descrito para volver a cargar el tanque de arranque durante el funcionamiento del consumidor de hidrógeno exotérmico posibilita, en comparación con soluciones anteriores, un número considerablemente mayor de procesos de arranque en frío, no limitado por el volumen del tanque de arranque, y por lo tanto es - además de la construcción simplificada del dispositivo para el funcionamiento, por ejemplo, de una pila de combustible - una ventaja de la invención. Además, la solución según la invención posibilita el uso de una solución de almacenamiento muy económica para el acumulador de hidrógeno principal, sin que este mismo tenga que presentar propiedades de arranque en frío. De este modo, para el tanque de funcionamiento se pueden utilizar hidruros metálicos con un mayor rendimiento y/o aquellos que son más económicos. Con el dispositivo según la invención y el procedimiento según la invención se garantiza la facilitación de hidrógeno para el funcionamiento, por ejemplo, de la pila de combustible -especialmente a bajas temperaturas y, por ejemplo, para aplicaciones automovilísticas - sin retardo, al igual que en un tanque a presión - pero con una densidad volumétrica más alta y la capacidad de elegir la forma del tanque de funcionamiento casi libremente debido a la menor presión de funcionamiento.

Según otra forma de realización de la invención, el tanque de arranque presenta una envoltura del hidruro metálico contenido en el mismo, que puede resistir las presiones de hidrógeno hasta la presión de equilibrio máxima del hidruro a temperatura de carga y de funcionamiento del tanque de funcionamiento. Se prefieren para la envoltura del tanque de arranque los aceros súper dúplex. Cuanto menor sea la presión de equilibrio a la temperatura de funcionamiento del tanque de servicio - es decir, la temperatura máxima posible en el sistema - tanto más delgada y ligera puede ser la envoltura del tanque de arranque.

Según todavía otra forma de realización de la invención, el dispositivo para el funcionamiento de una pila de combustible comprende un sistema de refrigeración que vuelve a enfriar el tanque de arranque durante su carga tan pronto como el tanque de funcionamiento ha asumido el suministro del consumidor de hidrógeno. En este caso, los elementos Peltier tienen la ventaja de ser extremadamente compactos en cuanto a espacio y permitir una refrigeración directo de la envoltura a través de la conducción de calor o refrigerar el sistema del tanque a través de canales de refrigeración internos mediante el acoplamiento con un intercambiador de calor. También pueden actuar como elementos calefactores durante el funcionamiento reversible. Alternativamente, también se puede utilizar una refrigeración convencional por compresor.

Preferiblemente, el hidruro metálico del tanque de arranque se selecciona de modo que el hidrógeno se desorbe en condiciones de arranque en el caso de helada como -40 °C o a temperaturas igualmente bajas. Si se selecciona un hidruro metálico con una temperatura de desorción más alta, en caso de necesidad, por ejemplo, a temperaturas extremadamente bajas, se puede prever una transferencia de calor desde el entorno, por ejemplo, a través de elementos Peltier que funcionan como calefacción, a través de una calefacción separada convencional o a través del medio de refrigeración del consumidor de hidrógeno exotérmico, para permitir la desorción de hidrógeno.

Es ventajoso que la transferencia de calor se retrase por una baja presión de suministro del consumidor de hidrógeno exotérmico y una alta presión de carga durante el funcionamiento, de modo que solo se necesita calor adicional cuando el sistema ya puede suministrar este calor de todos modos.

Cuando, después del funcionamiento posibilitado por el tanque de arranque, el cliente de hidrógeno exotérmico ha alcanzado su temperatura de funcionamiento normal (en el caso de pilas de combustible PEM de baja temperatura, aproximadamente de 60 °C a 80 °C), el tanque de funcionamiento, así como, dado el caso, otros consumidores presentes en el vehículo, como una calefacción interior del vehículo, se pueden alimentar con energía térmica del calor residual de la pila de combustible. Otra parte de la potencia, para potencia normalmente eléctrica, del consumidor de hidrógeno exotérmico (por ejemplo, menos del 5%) se utiliza después de alcanzar este estado de funcionamiento para refrigerar el tanque de arranque por medio de su sistema de refrigeración.

El tanque de funcionamiento está construido preferiblemente de modo que, a su propia temperatura de funcionamiento, que no es necesariamente la misma que la del consumidor de hidrógeno exotérmico, genera una presión de hidrógeno más alta que la presión de equilibrio del tanque de arranque frío. Por lo tanto, el tanque de arranque se puede recargar desde el tanque de funcionamiento.

El calor generado durante la recarga del tanque de arranque en el mismo se disipa preferiblemente para mantener su presión de equilibrio por debajo de la del tanque de funcionamiento y para posibilitar una recarga del tanque de arranque. Tan pronto como el tanque de arranque está completamente cargado, la refrigeración se puede apagar.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo para el funcionamiento de un consumidor de hidrógeno exotérmico como una pila de combustible, donde el dispositivo comprende el consumidor de hidrógeno exotérmico, al menos, un tanque de arranque que está lleno de un primer hidruro metálico, el cual a una temperatura de -40 °C presenta una presión de equilibrio para la desorción de hidrógeno de, al menos, 100 kPa, así como, al menos, un tanque de funcionamiento que está lleno de, al menos, un segundo hidruro metálico, el cual presenta un valor absoluto de su entalpía de reacción para la reacción de absorción de hidrógeno (AH^abs) menor de 65 kj/mol ^preferiblemente entre 20 kJ/mol H²y menor de 65 kJ/mol H², y que, a una temperatura de -40 °C, presenta una presión de equilibrio para la desorción de hidrógeno por debajo de 100 kPa, donde el primer hidruro metálico y el segundo hidruro metálico presentan una diferencia de las entalpias de reacción (AH^abs) para la reacción de absorción de hidrógeno de menos de 65 kJ/mol H²y donde el tanque de arranque está embebido en el tanque de funcionamiento.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, donde el consumidor de hidrógeno exotérmico es una pila de combustible, preferiblemente una pila de combustible PEM.

3. Dispositivo según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, donde el tanque de arranque está completamente rodeado por el tanque de funcionamiento.

4. Dispositivo según la reivindicación 1, 2 o 3, caracterizado porque el tanque de arranque comprende un hidruro metálico que, a una temperatura de -40 °C, presenta una presión de equilibrio para la desorción de al menos 300 kPa.

5. Dispositivo según la reivindicación 4, caracterizado porque el tanque de arranque comprende un hidruro metálico que, a una temperatura de -40 °C, presenta una presión de equilibrio para la desorción de al menos 1000 kPa.

6. Dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado porque el tanque de arranque comprende un hidruro metálico que, a una temperatura de -40 °C, presenta una presión de equilibrio para la desorción de al menos 1300 kPa.

7. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el hidruro metálico del tanque de arranque es uno a base de una aleación de titanio-cromo-manganeso.

8. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde la refrigeración del tanque de arranque se realiza mediante un elemento Peltier o mediante una refrigeración por compresor.

9. Procedimiento para el funcionamiento de un consumidor de hidrógeno exotérmico como una pila de combustible, donde el consumidor de hidrógeno exotérmico se alimenta, en primer lugar, con hidrógeno de, al menos, un tanque de arranque que comprende un primer hidruro metálico, el cual, a una temperatura de -40 °C, presenta una presión de equilibrio para la desorción de, al menos, 100 kPa y, después de alcanzar la temperatura de funcionamiento del consumidor de hidrógeno exotérmico, se alimenta con hidrógeno de, al menos, un tanque de funcionamiento que comprende, al menos, un segundo hidruro metálico que presenta un valor absoluto de entalpia de reacción (AH^abs) para la reacción de absorción de hidrógeno menor de 65 kJ/mol H 2, preferiblemente entre 30 kJ/mol H²y menor de 65 kJ/mol H²y que, a una temperatura de -40 °C, presenta una presión de equilibrio para la desorción de hidrógeno por debajo de 100 kPa, donde el primer hidruro metálico y el segundo hidruro metálico presentan una diferencia de entalpias de reacción (AH^abs) para la reacción de absorción de hidrógeno menor de 65 kJ/mol H², y el tanque de arranque se refrigera cuando comienza el suministro del consumidor de hidrógeno exotérmico a través del segundo tanque de funcionamiento, y el tanque de arranque se recarga con hidrógeno del tanque de funcionamiento, donde el tanque de arranque está embebido en el tanque de funcionamiento, de modo que el primer hidruro metálico está aislado con respecto al calor ambiente tan pronto como el tanque de arranque se carga con hidrógeno del tanque de funcionamiento.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, donde el consumidor de hidrógeno exotérmico es una pila de combustible, preferiblemente una pila de combustible PEM.

11. Procedimiento según la reivindicación 9 o 10, donde el tanque de arranque comprende un hidruro metálico que, a una temperatura de -40 °C, presenta una presión de equilibrio para la desorción de al menos 300 kPa.

12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, donde el hidruro metálico del tanque de arranque es uno a base de una aleación de titanio-cromo-manganeso.

13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, donde la refrigeración del primer acumulador de hidruro metálico se realiza mediante un elemento Peltier o mediante una refrigeración por compresor.

14. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 13 donde, durante el suministro del consumidor de hidrógeno exotérmico a través del tanque de funcionamiento, el calor residual del consumidor de hidrógeno exotérmico se utiliza para calentar el tanque de funcionamiento.