MX2011008402A - Generador electrico para celdas de combustible de respaldo que comprende el cuerpo de un multiple compacto y metodos para manejar la operacion del mismo. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un generador eléctrico para celdas de combustible diseñado específicamente para respaldo en caso de ausencia del suministro eléctrico de la red eléctrica. De acuerdo con la invención, el generador comprende una pila de celdas de combustible, medios para suministrar a la pila un primer y un segundo flujo de reactivos el dual comprende, en suma, medios reductores de presión, y el cuerpo de un múltiple para comunicar con la pila el primer y segundo flujos de reactivos y por lo menos un flujo de fluido de fluido refrigerante a través de un ciclo de refrigerante respectivo. El cuerpo del múltiple comprende en el interior cámaras para la mezcla de los flujos de reactivos con flujos de producto recirculados correspondientes y una cámara de expansión de fluido dentro de la cual los medios reductores de presión del primer y segundo flujos de reactivo están posicionados por lo menos parcialmente ahogados por el refrigerante. La invención además se refiere a métodos para el arranque y apagado del generador, un método para detectar la inundación de una celda de combustible y un método para detectar la presencia de fugas de gas en el generador.

Description

GENERADOR ELECTRICO DE CELDAS DE COMBUSTIBLE DE RESPALDO QUE COMPRENDE EL CUERPO DE UN MÚLTIPLE COMPACTO Y MÉTODOS PARA MANEJAR LA OPERACIÓN DEL MISMO CAMPO TÉCNICO La presente invención se refiere a un generador eléctrico de celdas de combustible diseñado para respaldo en ausencia de un suministro de electricidad de la red, en donde una pluralidad de celdas de combustible se estiban en una pila para generar electricidad al suministrarse un gas combustible y un gas oxidante, sobre un electrodo de combustible (ánodo) y un electrodo de oxidación (cátodo) , respectivamente .

En particular, la invención se refiere a un generador eléctrico de celdas de combustible que comprende un módulo de conversión electroquímica (ECM) que incluye celdas de combustible para el tipo de membrana de intercambio de protones (PEM) y el cuerpo de un múltiple que conecta todos los flujos de fluido entrantes y salientes.

ANTECEDENTES DEL CAMPO TÉCNICO Las celdas representan una de las soluciones más prometedoras tecnológicamente para el uso del hidrógeno como un vector de energía. Son dispositivos los cuales, aprovechando una reacción electroquímica, convierten la energía química en energía eléctrica.

En una sola célula PE tienen lugar simultáneamente dos semirreaciones , en el ánodo y en el cátodo respectivamente. El ánodo y el cátodo de una celda de combustible PEM son separadas por un electrolito, consistente típicamente en una membrana de un polímero sulfonatado capaz de conducir protones, cuyos lados opuestos están recubiertos con una capa de mezcla catalítica (por ejemplo, basados en Pt).

El electrolito generalmente está saturado con un fluido de transporte iónico (por ejemplo, agua) por lo que los iones de hidrógeno pueden viajar a través del mismo desde el ánodo al cátodo.

La reacción general que tiene lugar en una celda de combustible es: (1) 2H2 + 02? 2H20 la cual es acompañada por el desarrollo de energía térmica y eléctrica y cuyos resultados de la suma de dos semirreacciones ocurren, respectivamente, en el ánodo : (2) 2H2? 4H+ + 4e~ y en el cátodo: (3) 02 + 4H+ + 4e"? 2H20.

Entonces, en el ánodo, se suministra hidrógeno el cual se difumina dentro de la capa catalítica y tres disociados en iones de hidrógeno y electrones, los cuales, ya que la membrana es impermeable a ellos, viajan a través de un circuito eléctrico externo hacia el cátodo, generando una corriente eléctrica y la diferencia de potencial correspondiente. En el cátodo se suministra una mezcla gaseosa que contiene oxígeno el cual reacciona con los iones de hidrógeno que han viajado a través del electrolito y los electrones que provienen del circuito eléctrico externo.

Es necesario que los gases en reacción se humidifiquen debido a que el gracias a las moléculas de agua que ocurre el paso de protones a través de la membrana polimérica: un grado de humidificación demasiado bajo conduce a un paso reducido de protones desde el compartimiento del ánodo al compartimiento del cátodo con un empeoramiento del rendimiento de la celda de combustible en consecuencia, mientras que un grado demasiado alto de humidificación puede causar la oclusión de los sitios catalíticos con un posterior deterioro del rendimiento de la celda de combustible.

Dado que hay asociado un voltaje bien definido a la reacción (1), con el fin de lograr voltajes más altos, una pluralidad de elementos se conectan generalmente en serie para formar una pila.

Además de la pila, un generador eléctrico de celdas de combustible diseñado para respaldo en ausencia de un suministro de electricidad de la red comprende un circuito hidráulico (bomba, tubería, disipadores, etc.), alimentación de corrientes gaseosas y circuitos de descarga (tubería de alimentación de hidrógeno, tubería de alimentación de oxígeno, etc.), un sistema de control (unidad de control, temperatura, indicadores de flujo y presión, actuadores, etc.) . Aquí y en adelante, se hace referencia al ensamble de todos los elementos anteriores que constituyen la parte restante del generador de celdas de combustible como BoP (es decir, Equilibrio de planta, Balance of Plant) El ensamble de todos los elementos que forman conexiones hidráulicas entre los pasajes de la pila y otros elementos principales del generador eléctrico de celdas de combustible (por ejemplo, las fuentes de reactivos) generalmente ocupan un espacio significativo y contribuyen en gran medida al peso general del sistema. Además, el tiempo necesario para su ensamble representa una parte significativa del tiempo necesario para ensamblar el sistema completo. A su vez, este ensamble afecta directamente el costo general del costo del generador eléctrico de celdas de combustible. La Figura 1 ilustra una vista de un generador eléctrico de celdas de combustible conocido donde la pila está conectada a una pluralidad de conductos a través de los cuales los reactivos se alimentan a las celdas de combustible y los productos de reacción se dividen en dos corrientes, una de las cuales se recircula a la pila mientras que la otra finalmente se expulsa del sistema.

Sin embargo, se conocen soluciones (por ejemplo, de US6541148), la cual soluciona parcialmente este inconveniente proporcionando al generador de celdas de combustible un cuerpo de un múltiple el cual comunica flujos con la pila y además comprende un separador, ubicado en el cuerpo del múltiple mismo, para recolectar agua de por lo menos uno de los flujos, reduciendo asi, en cierta medida, la voluminosidad general.

Además, US6875535 enseña proporcionar tal múltiple con una pluralidad de puertos y pasajes de fluido adaptados para alojar dispositivos de monitoreo para monitorear la condición del fluido.

Tal distribución incluye un múltiple que puede ser especialmente adecuado para sistemas en donde la humedad de los flujos de reactivo alimentados a las celdas de combustible se mantiene dentro de un rango deseado de valores compatibles con la operación adecuada del generador circulando de regreso a la pila una parte predeterminada de los flujos de expulsión del ánodo y el cátodo. En este caso, el cuerpo del múltiple puede comprender cámaras de mezclado donde los reactivos fresco y seco con los flujos de expulsión recirculados que llevan parte del agua producida por la reacción electroquímica que ocurre en las celdas de combustible.

Sin embargo, en esta distribución, la regulación y control de humedad se complica por varios factores.

En primer lugar, los reactivos frescos alimentados a los compartimientos del ánodo y el cátodo son sometidos a expansión antes de alcanzar sus cámaras de mezclado respectivas en el múltiple. Como consecuencia, su temperatura disminuye, muy a menudo cayendo por debajo de la temperatura ambiente. Como resultado, cuando estos flujos seco y frío se mezclan con los flujos de expulsión recirculados húmedos en las cámaras de mezcla del cuerpo del múltiple, su baja temperatura puede causar condensación excesiva del agua llevada por los flujos de expulsión, reduciendo así de manera no deseada la humedad del flujo que sale del cuerpo del múltiple para entrar a la pila, lo cual puede entonces ser demasiado seco para asegurar los grados de humidificación de celdas compatibles con la operación correcta de la pila. Por tanto son necesarios medios de humidificación externa, los cuales desventajosamente aumentan la complejidad del BoP y afectan el tiempo necesario para la instalación y mantenimiento de rutina de los mismos. Además, mientras más alto el número de variables, más complejo será el sistema de control que supervisa la operación del generador eléctrico, lo cual es una desventaja tanto en términos de aumento de costos como de reducción de la conflabilidad .

En segundo lugar, la pila de celdas de combustible no sólo forma parte del circuito hidráulico que proporciona los reactivos gaseosos al mismo y los flujos de expulsión a los ciclos de recirculación respectivos y drenadores de los compartimientos del ánodo y el cátodo, sino que está integrada dentro de un segundo circuito hidráulico en donde un fluido refrigerante fluye para eliminar el calor generado en la pila por la reacción electroquímica y lo agrega a un flujo de aún otro fluido refrigerante, o a medios de refrigeración como radiadores o similares, o a una combinación de los mismos.

A este respecto., los flujos térmicos que involucran a la pila y al refrigerante necesitan controlarse y monitorearse minuciosamente. Debido a que el fluido refrigerante está en contacto directo con los elementos de la pila, de hecho, un aumento sin control en la presión del mismo puede dañar las celdas de combustible a nivel estructural. Como consecuencia, la presión del fluido refrigerante generalmente debe mantenerse por debajo de un valor de seguridad predeterminado, especialmente cuando, con la eliminación del calor de la pila, se espera que su temperatura se eleve.

Con este fin, es necesario proporcionar un recipiente para expansión adicional del refrigerante.

Desventajosamente, tal solución hace que la estructura del sistema sea más voluminosa y complica más el ya delicado equilibrio de integración térmica. Esto, a su vez, tiene repercusiones, como se describió anteriormente, también sobre la humidi ficación de los flujos alimentados a la pila.

Como puede inferirse inmediatamente a partir de lo descrito hasta el momento, las modalidades conocidas de sistemas de generación eléctrica de respaldo son relativamente caros y requieren un mantenimiento de rutina preciso y cuidadoso para evitar que se vuelvan no confiables. Vale la pena recordar que, dado que son sistemas de respaldo, es decir, están diseñados para intervenir sólo ocasionalmente, por tanto todas las partes móviles (por ejemplo, compresores, etc.) necesitan controles periódicos y precisos para no estar fuera de servicio al ocurrir una emergencia.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Es un objeto de la presente invención proporcionar un generador eléctrico de celdas de combustible diseñado específicamente para respaldo el cual supera los inconvenientes anteriores, en particular permitiendo la reducción de los costos de planta y administración así como el aumento de eficiencia y conflabilidad del generador, a la vez que reduce su voluminosidad . Además, es un objeto de la presente invención proporcionar un generador eléctrico de celdas de combustible donde se logre una integración térmica más eficiente entre un circuito de refrigeración de pila y un circuito de alimentación de reactivos.

También es un objeto de la presente invención proporcionar métodos para administrar la operación de un generador eléctrico de respaldo basado en celdas de combustible el cual aumente la eficiencia general del mismo durante las fases cruciales de arranque y apagado así como bajo condiciones de trabajo regulares.

De acuerdo con la presente invención, por tanto existe un generador eléctrico de celdas de combustible provisto como se establece en la reivindicación 1.

Más específicamente, se proporciona, de acuerdo con la presente invención, un generador eléctrico de celdas de combustible que comprende una pila de celdas de combustible, medios para suministrar a la pila un primer y un segundo flujo de reactivos el cual comprende, a su vez, 52-732 medios reductores de presión del primer y segundo flujos de reactivos, respectivamente, y el cuerpo de un múltiple para comunicar con la pila el primer y segundo flujos de reactivos y por lo menos un flujo de refrigerante a través de un ciclo de refrigerante respectivo. El cuerpo del múltiple comprende en el interior cámaras para la mezcla de los flujos de reactivos con flujos de producto recirculados correspondientes, y además comprende una cámara de expansión de fluido dentro de la cual los medios reductores de presión del primer y segundo flujos de reactivo están posicionados por lo menos parcialmente ahogados por el refrigerante.

Además, de acuerdo con la presente invención, se proporciona un método para arrancar un generador eléctrico de celdas de combustible para satisfacer una solicitud de energía de un usuario (UPR) según la reivindicación 7, el método comprende: (a) suministrar al usuario una fuente de energía auxiliar (APS) y, en paralelo, una fuente de energía de celdas de combustible (FCP) obtenida de las celdas de combustible de manera que la suma de ellas se esencialmente igual a la solicitud de energía del usuario (UPR); (b) adquiriendo datos relativos al voltaje de pila general (Vs) y el voltaje de celda individual (Vsc) de 52-732 cada una de las celdas en la pila; (c) aumentar progresivamente la fuente de energía de celdas de combustible (FCP) y disminuir la fuente de energía auxiliar (APS) de manera que su suma permanezca esencialmente igual a la solicitud de energía del usuario (UPR) . De acuerdo con la invención, el paso (c) de aumentar el suministro de celdas de combustible (FCP) se realiza únicamente si se detecta que los datos adquiridos son mayores que los valores de referencia respectivos (V0 S y V0)SC) almacenados en una unidad de memoria; y sólo hasta que se detecta que la fuente de energía de celdas de combustible es igual a la solicitud de energía del usuario (UPR) .

Además, de acuerdo con aún otro aspecto de la presente invención, se proporciona un método para apagar un generador eléctrico de celdas de combustible según la reivindicación 10, el método comprende (a) interrumpir el suministro de reactivos frescos a la pila; (b) medir la temperatura de la pila; (c) enfriar la pila de celdas de combustible; y (d) purgar agua fuera de la pila de celdas de combustible. De acuerdo con la invención, los pasos (c) y (d) se realizan simultáneamente hasta que se detecta que la temperatura de la pila es menor que un valor de 52-732 referencia almacenado en una unidad de memoria.

De acuerdo con aún otro aspecto de la presente invención, se proporciona un método para detectar la inundación de una celda de combustible en un generador eléctrico de celdas de combustible y de acuerdo con lo anterior recuperar una celda de combustible inundada, según la reivindicación 13, el método comprende: (a) adquirir datos de voltaje de celdas individuales para cada celda de combustible en una pila de celdas de combustible; (b) calcular un voltaje de celda individual promedio (ASCV) y un valor de umbral TV0 como un porcentaje predeterminado de ese promedio (ASCV) ; (c) comparar el voltaje de celda individual de una celda con el valor de umbral TV0; (d) aumentar la presión dentro de los conductos de flujo de las celdas de combustible si el voltaje de celda individual es menor que el valor de umbral.

De acuerdo con la invención, el paso (d) es realizado por (3) un primer paso de aumentar un flujo de gases de expulsión recirculados hacia la pila, y (f) un segundo paso, realizado después del primer paso y mediante regular el flujo de gases de expulsión recirculados hacia la pila de manera tal que 52-732 produzca una contrapresión de los gases de salida de vuelta a la pila; entre los pasos (e) y (f) el paso (c) repetido y el paso (f) realizado sólo cuando el voltaje de celda individual es aún menor que el valor de umbral.

De acuerdo con otro aspecto de la invención, también se proporciona un método para comprobar la presencia de fugas de gas en un generador eléctrico de celdas de combustible de respaldo según la reivindicación 14, el método comprende (i) realizar un procedimiento de prueba de fuga durante un tiempo predeterminado ti; y (j) repetir el procedimiento de prueba de fugas durante un tiempo predeterminado t2 menor que ti. De acuerdo con la invención, después de realizar el paso (i) y antes de realizar el paso (j), el generador eléctrico se apaga.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Características y ventajas adicionales de la presente invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción de modalidades específicas de la misma, dadas en conexión con los dibujos de las Figuras anexas, en donde: La Figura 1 ilustra una vista en perspectiva 52-732 simplificada del ensamble de tuberías y conductos para fluidos entrantes y salientes conectados a la pila de un generador eléctrico de celdas de combustible conocido; La Figura 2 ilustra una vista en perspectiva simplificada del ensamble de tubería y conductos para fluidos entrantes y salientes conectados al módulo de conversión electroquímica de un generador eléctrico de celdas de combustible a través del cuerpo de un múltiple, de acuerdo con una modalidad de la presente invención; La Figura 3 es una representación esquemática de un generador eléctrico de celdas de combustible de acuerdo con la invención, en donde se muestran los ciclos de recirculación de reactivos, así como los ciclos de refrigerante; La Figura 4 ilustra un detalle del generador eléctrico de celdas de combustible de la Figura 3, que muestra cómo el cuerpo del múltiple y la pila están posicionados en relación uno con otro; La Figura 5 es una representación esquemática del cuerpo de un múltiple integrado con el módulo de conversión electroquímica de un generador eléctrico de celdas de combustible de acuerdo con la invención; La Figura 6 es una vista lateral de la pila y el dispositivo de monitoreo de la misma de un generador eléctrico de celdas de combustible de acuerdo con la 52-732 invención; La Figura 7 es un diagrama de flujo que ilustra los detalles del procedimiento de pruebas de fugas de acuerdo con la invención; La Figura 8 es un diagrama de flujo que ilustra los detalles del método para arrancar el generador eléctrico de celdas de combustible de acuerdo con la invención; La Figura 9 es una gráfica cualitativa en donde los valores de referencia (linea continua) del voltaje normalizado de las celdas de combustible se grafican contra la corriente normalizada y se comparan con los valores correspondientes medidos en el generador (curva característica, línea punteada) ; La Figura 10 es un diagrama de flujo que ilustra los detalles del método para apagar el generador eléctrico de celdas de combustible de acuerdo con la invención.

MEJOR MODO DE LLEVAR A CABO LA INVENCIÓN Con referencia a la Figura 3, se indica como un todo con 1 un generador eléctrico de respaldo diseñado para suministrar la energía eléctrica a un usuario 8. El generador 1 comprende un módulo de conversión eléctrico 50 el cual comprende, a su vez, una pluralidad de celdas de combustible PE apiladas en una pila 5, el cuerpo de un 52-732 múltiple 27 y un dispositivo de monitoreo de voltaje de celdas (CVM) 39 (ver detalle en la Figura 4) . El generador además está provisto de una unidad de condicionamiento de energía 22 el cual maneja el suministro de energía eléctrica al usuario 8 actuando alternativamente sobre los interruptores de manera que el usuario 8 recibe energía ya sea desde el generador 1 o desde otras fuentes de energía de emergencia (como baterías, capacitores, etc.)- A continuación se describirán los detalles adicionales respecto a los modos de operación manejados por la unidad de condicionamiento de energía 22.

Un flujo de hidrógeno en exceso estoicométrico se suministra al generador 1 desde los medios de alimentación 2, consistente en, por ejemplo, un cilindro de hidrógeno técnicamente puro. El suministro de hidrógeno se habilita mediante medios de válvulas 3, consistentes en válvulas las cuales pueden ser operadas manualmente o controladas electrónicamente por una unidad de control (no mostrada) . Además, la presión del flujo de hidrógeno suministrado a la pila 5 es regulado por medios de reducción de presión 4a (ver detalle en la figura 5), consistentes en, por ejemplo, una válvula reductora de presión. Los medios de válvula habilitadora de flujo 3 y los medios de reducción de presión 4a se colocan corriente arriba desde la pila 5 con respecto a una dirección de 52-732 flujo del flujo de hidrógeno suministrado.

Los medios para suministrar un gas oxidante se indican con 11 en la Figura 3. Para un generador de respaldo como el descrito en el presente documento, tales medios para suministrar un gas oxidante 11 preferiblemente consisten en una fuente presurizada de oxigeno puro, por ejemplo, consisten en un cilindro presurizado. Se extrae oxigeno de los medios 11 y se suministra en un exceso estoicométrico a la pila 5, el flujo de la misma se habilita mediante medios de válvula adecuados 3, similares a los descritos anteriormente con referencia al circuito de hidrógeno, consistente en válvulas que pueden operarse manualmente o controlarse electrónicamente mediante una unidad de control (no mostrada) . Corriente arriba de la pila 5 de las celdas de combustible PEM, con respecto a una dirección de flujo del flujo de oxigeno suministrado, el generador 1 además comprende medios de reducción de presión 4c (por ejemplo, un a válvula reductora de presión) , también similares a aquellos usados para el flujo de hidrógeno y descritos anteriormente.

En el flujo de hidrógeno suministrado a la pila se mantiene un grado de humidi ficación adecuado para la operación correcta de las celdas de combustible PEM a través de medios de humidificación los cuales consisten exclusivamente en una primera bomba de recirculación 9 52-732 para una primera parte predeterminada del flujo excedente de hidrógeno hacia el compartimiento del ánodo de las celdas de combustible de la pila 5. La primera bomba de recirculación 9 está ajustada para operar de manera que la primera parte del flujo excedente de hidrógeno que se recircula representa una parte predeterminada del flujo de hidrógeno que entra a la pila 5, como mantener el mismo flujo de entrada de hidrógeno a un grado de humidificación adecuado para una operación correcta de las celdas de combustible de la pila (por ejemplo, 90-100%). La primera bomba de recirculación 9 está dispuesta inmediatamente corriente arriba desde el compartimiento del ánodo de la pila 5 en la rama de circulación A del ánodo.

De manera similar, en el flujo de oxigeno suministrado a la pila 5 se mantiene un grado de humidi ficación adecuado para la operación correcta de las celdas de combustible PEM a través de medios de humidificación los cuales consisten exclusivamente en una segunda bomba de recirculación 10 para una primera parte predeterminada del flujo excedente de oxigeno hacia el compartimiento del cátodo de las celdas de combustible PEM de la pila 5. La segunda bomba de recirculación 10 está ajustada para operar de manera que la primera parte del flujo excedente de oxigeno que se recircula representa una parte predeterminada del flujo de oxigeno que entra a la 52-732 pila 5, como mantener el mismo flujo de entrada de oxigeno a un grado de humidificación adecuado para una operación correcta de las celdas de combustible PEM de la pila (por ejemplo, 90-100%). Esta segunda bomba de recirculación 10 está colocada inmediatamente corriente arriba al compartimiento del cátodo de la pila 5 en la rama de recirculación C del cátodo.

La primera parte del exceso de hidrógeno que sale del compartimiento del ánodo la cual se recircula es por lo menos el 10% del flujo de hidrógeno que entra a la pila 5.

La primera parte del exceso de hidrógeno que sale del compartimiento del ánodo la cual se recircula es por lo menos el 10% del flujo de hidrógeno que entra a la pila 5.

Los medios de válvula 14 y 15 están colocados en serie con las bombas 9 y 10, en la rama de recirculación A del ánodo y en la rama de recirculación C del cátodo, respectivamente. Estas válvulas pueden colocarse ya sea corriente arriba o corriente abajo de las bombas de recirculación. Bajo condiciones de operación normales, los medios de válvula 14 y 15 deberán estar abiertos, pero cambian a una posición "cerrada" bajo ciertas condiciones anómalas o de prueba, como se describirá a continuación.

Además, los medios de válvula de purga 16 y 17 52-732 se colocan en paralelo, sobre la rama de recirculación A del ánodo y en la rama de recirculación C del cátodo, respectivamente. Los medios de válvula de purga 16 y 17 están adaptados para purgar desde los compartimientos del ánodo y del cátodo 12 y 13, respectivamente, las partes respectivas de excedentes de hidrógeno y gas oxidante alimentados a la pila 5 las cuales no se recirculan. Los medios de válvula de purga 16 y 17 puede consistir en válvulas operadas manualmente o controladas electrónicamente y/o un tubo provisto de una boquilla.

Además, se proporcionan drenadores de agua 6 y 7 conectados al cuerpo del múltiple 27 para eliminar el exceso de agua desde el circuito del ánodo y del cátodo, respectivamente. Los drenadores de agua 6 y 7 se diseñan de manera que sean conectables directamente al cuerpo del múltiple 27 y con vistas a reducir su tamaño con respecto a las configuraciones conocidas en la técnica.

El hidrógeno fresco desde la fuente (medios de abastecimiento) 2 y la parte del exceso de hidrógeno recirculado que fluyen en la rama A se suministran a las entradas respectivas 28 y 29 del cuerpo de un múltiple 27. De manera similar, el gas de oxidación fresco desde la fuente 11 y la parte del gas oxidante excedente recirculada que fluye en la rama C se suministran a las entradas 30 y 31 respectivas del cuerpo de un múltiple 27. 52-732 El cuerpo del múltiple 27 comprende una cámara de mezclado del lado del ánodo 23 conectada hidráulicamente a las entradas 28 y 29, y una cámara de mezcla del lado del cátodo 24 conectada hidráulicamente a las entradas 30 y 31.

La cámara de mezcla 23 tiene una primera salida (no mostrada) conectada hidráulicamente al compartimiento del ánodo de la pila 5 y una segunda salida conectada hidráulicamente a una cámara de condensación del lado del ánodo 25.

La cámara de mezcla 24 tiene una primera salida (no mostrada) conectada hidráulicamente al compartimiento del cátodo de la pila 5 y una segunda salida conectada hidráulicamente a una cámara de condensación del lado del cátodo 26.

Las cámaras de condensación 25 y 26 también están comprendidas dentro del cuerpo del múltiple 27 y su geometría es tal que las agrupaciones de agua de tamaño mayor a 10µp\ se retiran por gravedad mediante el efecto de ciclón. El agua condensada se retira posteriormente mediante los drenadores de agua 6 y 7, conectado directamente al cuerpo del múltiple 27. La eliminación del exceso de agua lograda por el efecto de ciclón en las cámaras de condensación 25 y 26 mejora la operación de las bombas de recirculación 9 y 10". Una primera parte de los 52-732 gases que salen de las cámaras de condensación 25 y 26 se recircula a través de las ramas A y C a la pila mediante las bombas de recirculación 9 y 10, mientras que la parte restante se purga a través de los medios de válvula de purga 16 y 17.

Dado que la reacción electroquímica que tiene lugar a través de las celdas de combustible es exotérmica globalmente, por tanto el calor generado debe eliminarse de la pila 59 con el fin de mantener su temperatura de operación dentro de un rango óptimo comprendido entre 50 y 80°C (preferiblemente cerca de 65°C). Como consecuencia, el generador eléctrico de acuerdo con la invención está provisto con un ciclo de refrigerante primario 36 y un ciclo de refrigerante secundario 37 (Ver Figura 3).

Un fluido de refrigerante, circulado por la bomba 18, fluye en el ciclo de refrigerante primario 36 en contacto directo con la pila. Al dejar la pila, primero se envía a un intercambiador de calor 19, donde genera la energía térmica para un fluido de refrigerante que fluye en el ciclo secundario 37. La bomba 18 entonces la regresa a la pila 5. El refrigerante líquido que fluye en el ciclo secundario 37 recoge el calor de la unidad de condicionamiento de energía 22 y desde el fluido de refrigerante primario en el intercambiador de calor 19. Posteriormente, se envía al radiador 20, el cual puede 52-732 estar provisto ventajosamente de un ventilador, donde se enfría .

El cuerpo del múltiple 27 descrito anteriormente también está integrado con el ciclo de refrigerante primario 36. Con este fin, el cuerpo del múltiple 27 comprende ventajosamente ver Figura 5 una cámara de expansión de fluido refrigerante 38 para compensar el aumento de presión del fluido refrigerante asociado con el aumento en su temperatura. Como resultado, la presión de fluido refrigerante dentro del ciclo 36 siempre se mantiene debajo de 500 mbar. Preferiblemente, la presión de refrigerante dentro del ciclo primario se mantiene debajo de 400 mbar. Para fines de operabilidad, se proporciona una abertura dentro del cuerpo del múltiple 27 para llenar el ciclo de refrigerante primario 36 con el refrigerante .

De acuerdo con un aspecto de la presente invención, la cámara de expansión de fluido 38 está posicionada dentro del cuerpo del múltiple 27 y diseñada con el fin de alojar los medios de reducción de presión antes mencionados 4a, c de los circuitos de del hidrógeno y gas oxidante.

Por tanto, se proporciona una compensación térmica para la expansión del gas oxidante fresco alimentado al generador. La súbita reducción de presión - 52-732 como se describe en detalle anteriormente - causaría que la temperatura del gas oxidante cayera por debajo de la temperatura ambiente y, como consecuencia, causaría que se condensara una cantidad demasiado alta de agua, alterando por este medio la humedad dentro de la pila hasta un nivel bajo no deseado. Esto se evita posicionando los medios reductores de presión 4a, c dentro de la cámara de expansión de refrigerante 38, por lo que el fluido de refrigerante tibio que está por salir del cuerpo del múltiple precalienta los flujos de reactivos secos dando como resultado calor a los medios reductores de presión 4a, c los cuales siempre están por lo menos parcialmente ahogados en su interior.

En otras palabras, el diseño y posicionamiento de la cámara de expansión de refrigerante 38 de acuerdo con la invención permite tanto una integración térmica mejorada del sistema como una reducción de la voluminosidad de la misma. No sólo ocurre un intercambio térmico ventajoso entre los medios reductores de presión 4a, c y el fluido refrigerante, evitando así la condensación no deseada del agua transportada por los gases recirculados , sino también los medios de reducción de presión se alojan convenientemente dentro del cuerpo del múltiple, habilitando así una mejor explotación del espacio reduciendo el tamaño general del generador 52-732 eléctrico 1.

Ventajosamente, pueden proporcionarse resinas de intercambio de iones en la cámara de expansión de refrigerante 38 para evitar aumentos en la conductividad de fluido de refrigerante.

El cuerpo del múltiple 27 puede fabricarse con un material polimérico. En consecuencia, el cuerpo del múltiple mismo puede actuar como aislante térmico, habilitando asi un control más fácil de los fenómenos de condensación independientemente de las fluctuaciones de la temperatura ambiental. Preferiblemente, el cuerpo del múltiple 27 está hecho con moplen, cuyas propiedades mecánicas y físicas (por ejemplo, alto punto de fusión) son siempre compatibles con las condiciones de operación de la pila. La ausencia de superficies metálicas asegura que ni los reactivos gaseosos ni el fluido de refrigerante se contaminen con partículas metálicas. Además, los costos se reducen significativamente (hasta un 70% con respecto a la tubería metálica) dado que todos los elementos hidráulicos descritos se obtienen integrales en una pieza con otro por medio de la operación de moldeo para obtener el cuerpo del múltiple. Además, la presencia del cuerpo del múltiple 27 como el elemento conector de los circuitos hidráulicos integrados con la pila reduce dramáticamente (hasta un 80%) el tiempo requerido para ensamblar, el 52-732 generador eléctrico. La posibilidad de fugas también se reduce remarcadamente, ya que la probabilidad de formación de hielo, dado que las cámaras de condensación se conectan directamente con drenadores de liquido. Además, los drenadores de liquido han sido diseñados de manera que se minimice su tamaño: en particular, el flotador en el drenador ha sido diseñado de manera que se necesite un nivel relativamente bajo de agua en el drenador para causar la apertura de la compuerta.

Ventajosamente, una pluralidad de sondas que miden la temperatura, presión y conductibilidad de los fluidos entrantes y salientes están alojadas en el cuerpo del múltiple 27 para fines de control. Como resultado, las sondas se posicionan en la vecindad inmediata de la pila, lo cual permite una medición más rápida y precisa con respecto a otras configuraciones utilizadas anteriormente en el campo técnico. También, el mantenimiento es más fácil .

De acuerdo con la invención, el generador eléctrico de celdas de combustible 1 además comprende un dispositivo de monitoreo de voltaje 39 el cual recolecta una pluralidad de datos de voltaje respectivos de todas y cada una de las celdas de la pila 5. El dispositivo de monitoreo 39, el cual está conectado directamente a la pila 5, consiste en una serie de módulos convertidores ADC, el número de los cuales puede seleccionarse y ajustarse según el número de celdas de combustible que forman la pila. Cada módulo puede adaptarse para escanear datos de 1 a 20 voltajes de celda de combustible individuales. Pueden utilizarse módulos convertidores ADC con tamaño para analizar 16 datos de voltajes de celdas de combustible individuales.

Esta configuración permite una tolerancia menos estricta en cuanto concierne a la distancia entre patillas con respecto al caso donde se utiliza un solo CVM para todas las celdas de combustible a la vez.

Una configuración donde cada uno de los módulos adquiere un número de datos de voltaje iguales a una potencia de dos favorece la elaboración de datos por parte del software. El voltaje máximo para cada módulo es menor a 16 V por lo que los componentes del CVM están protegidos en vista del voltaje de aislamiento generalmente bajo de los componentes electrónicos estándar.

La conexión eléctrica entre cada celda de combustible individual y el dispositivo de monitoreo 39 es asegurada por un sistema de contactos y resortes metálicos. Antes de la instalación, todos los contactos y resortes se someten a un tratamiento de la superficie para evitar el fenómeno de oxidación el cual puede causar potencialmente contactos eléctricos falsos.

Al momento requerido por el dispositivo de monitoreo 39 para recolectar el voltaje de una celda de combustible individual es de cerca de 1 ras.

El dispositivo de monitoreo 39 está provisto de un procesador (no mostrado) el cual es programable para realizar operaciones matemáticas con el fin de calcular el voltaje de celda de combustible mínimo, el voltaje de celda de combustible máximo, el voltaje de celda de combustible promedio y la desviación estándar de los voltajes de celdas de combustible individuales. Esta información, fundamental para la administración eficiente del sistema de energía de respaldo, se pasan al sistema de control. Cada módulo del dispositivo de monitoreo de voltaje de celda 39 es capaz de escanear todos los datos de voltaje en relación con las celdas de combustible conectados al mismo y realizar las operaciones matemáticas correspondientes necesarias para su administración y control en cerca de 50 ms .

El usuario eléctrico 8 puede alimentarse selectivamente o simultáneamente mediante la pila 5 y una fuente auxiliar consistente de, por ejemplo, baterías 60 de un tipo conocido o, como alternativa, mediante capacitores descargables de manera controlada, a través de la activación de los medios para conmutar o condicionar la energía, los cuales entonces representan medios para dirigir la interrupción de la energía eléctrica por parte del usuario eléctrico de la pila y/o la fuente auxiliar de energía eléctrica.

La unidad de condicionamiento de energía 22 comprende dos módulos distintos trabajando juntos: un módulo Cd/Cd 40 adaptado para estabilizar el voltaje de la pila en un valor dado adecuado para un usuario eléctrico 8 (por ejemplo, 48 V para aplicaciones de respaldo en el campo de telecomunicaciones) ; un módulo Cd/Ca 41 el cual actúa como un inversor con una función de UPS interactiva de línea (clase 1 ) .

Por tanto, el módulo de Cd/Cd 40 de la unidad de condicionamiento de energía 22 tiene una arquitectura simétrica y puede funcionar de acuerdo con una pluralidad de modos de operación, definidos como sigue: Modo de estabilización de voltaje: durante la generación constante y continua de energía eléctrica, el voltaje de salida se mantiene constante mediante la unidad de condicionamiento de energía 22, cualquiera que sea el usuario eléctrico; Modo de estabilización de corriente de entrada : esta configuración se aplica durante la fase de arranque (durante menos de 30 segundos) con el fin de no 52-732 sobrecargar la pila; Modo de estabilización de corriente de entrada de fuente de energía auxiliar: esta configuración se aplica cuando la fuente de energía auxiliar se somete a una descarga profunda y es necesario limitar la corriente de entrada al valor máximo de corriente de entrada adecuado para la fuente de energía auxiliar.

El módulo Cd/Cd 40 tiene la peculiaridad de un rango de voltaje de entrada más amplio. Un módulo Cd/Cd estándar generalmente funciona a 48 V±20%, mientras que el módulo Cd/Cd 40 está diseñado para ser compatible con un rango de voltaje comprendido entre 37 V y 65 V.

El módulo Cd/Ca 41 también está diseñado para ser capaz de funcionar en tres modos operativos diferentes: generación de voltaje: cuando el generador funciona como un generador aislado y UPS generación de corriente conectado a la red rectificación del cargador de batería: cuando el apagón termina y la fuente auxiliar, la cual se ha descargado durante el arranque del generador debe recargarse. A continuación, se describen en detalle las diferentes fases de operación del generador eléctrico 1. 52-732 1. Arranque 1.1 Prueba de fuga Los generadores eléctricos basados en celdas de combustible de respaldo emplean gases explosivos, por tanto es crucial evitar cualquier fuga.

Con este fin, se implementa un procedimiento de prueba de fugas (Figura 6) el cual básicamente implica medir un valor de presión a lo largo de un periodo de tiempo predeterminado (evaluando por este medio una gradiente de presión) mediante una pluralidad de sensores de presión 42 ubicados dentro del cuerpo del múltiple y en comunicación directa con los conductos, habiendo cerrado previamente las válvulas de admisión 3 y purgando las válvulas 6 y 7.

Si no hay fugas presentes en el sistema, la presión dentro de los circuitos del ánodo y el cátodo deberá disminuir gradualmente en una manera conocida hasta la presión atmosférica (gradiente de presión de referencia) .

Por tanto el procedimiento de prueba de fugas se realiza introduciendo (Figura 6, bloque 202) los gases respectivos en los circuitos del ánodo y el cátodo, mientras cierra (bloque 203) las válvulas de admisión y purga como se describe anteriormente, y adquirir los datos de la válvula de presión (bloques 204) a lo largo del periodo de tiempo establecido To (bloque 205). Después del periodo de tiempo establecido To, se lee de nuevo la presión (bloque 206) . Si (bloque de decisión 207) el gradiente de presión promedio calculado con base en los datos adquiridos (y evaluado básicamente como ??, es decir, la variación de presión general a lo largo del periodo T00) es igual o mayor que el gradiente de referencia, el procedimiento de prueba de fuga devuelve (bloque 209) un valor asociado con la ausencia de fugas en el sistema y es posible continuar con el procedimiento de arranque. Si, por el contrario, esta comparación muestra que existen fugas en el sistema, la operación del generador se interrumpe y se requiere intervención técnica (bloque 208) .

Este procedimiento de prueba de fuga forma parte del procedimiento de arranque del generador eléctrico 1, el cual ahora describirá en mayor detalle con referencia a la Figura 7. ya que un tiempo de arranque corto es uno de los objetivos principales de un sistema de respaldo, se monitorea la presión durante un tiempo relativamente corto (por ejemplo, 10 segundos) de manera que se impida la posible presencia de fugas grandes sin introducir un retardo demasiado grande.

De acuerdo un aspecto de la invención, también se realiza el mismo procedimiento de prueba fugas - como se describirá con mayor detalle a continuación - como parte del procedimiento de apagado. En esa etapa, la presión se monitorea hasta por 60 segundos de manera que incluso la presencia de fugas muy pequeñas puede detectarse. De acuerdo con lo anterior, puede asegurarse incluso la ausencia de fugas menores. Aunque verificar la ausencia de fugas mayores durante la fase de arranque tiene como objetivo asegurar que el generador pueda funcionar, rápidamente y poco después, como una fuente de respaldo de energía eléctrica para el usuario, repetir un control aún más preciso al apagar el generador tiene la ventaja de verificar que estará listo para funcionar de manera segura y al ocurrir el siguiente corte de energía. 1.2 Administración de arranque "inteligente" La potencia de salida máxima de la pila depende de varios factores como la temperatura de la pila, el grado de humidificación de la mezcla de reactivos, la presencia de agua estado líquido dentro de la pila y otros. Durante la operación continua normal, el sistema está adaptado para controlar estos parámetros de manera que las condiciones óptimas para hacer funcionar la pila estén aseguradas. Aún así, en aplicaciones de respaldo, no es posible pronosticar las condiciones de arranque del generador, pero se espera que el generador pueda arrancar bajo cualquier condición de temperatura y humidificación en un periodo de tiempo tan corto como sea posible en causar daños al sistema, ni a corto ni a largo plazo.

Con el fin de hacer esto, el sistema descrito en el presente documento sigue un procedimiento de arranque basado en cuál demanda de energía de la pila se ajuste, instante a instante, aproximadamente al valor máximo compatible, al momento y bajo estas condiciones, con su operación segura y correcta y evitando daños estructurales en las celdas de combustible. De hecho, si se requiere incorrectamente que la pila proporcione una potencia mayor al valor compatible máximo instantáneo, el generador puede, de alguna manera, cumplir la solicitud, aunque esto muy probablemente ocasionaría un sobrecalentamiento local en una o más celdas de combustible (por ejemplo, ocurrencia de "puntos calientes"), los cuales pueden dañar las membranas de intercambio de protones irreparablemente. Este aumento de temperatura localizado ocurre cuando una celda de combustible reacciona a la solicitud excesiva de energía proporcionando una corriente cercana a un valor máximo, por lo que el voltaje de la misma se reduce dramáticamente, posiblemente hasta el punto en que se vuelve nula o incluso negativa.

Como consecuencia, la eficiencia y conflabilidad del generador de respaldo pueden dañarse irreparablemente 52-732 y en el próximo apagón podría no intervenir en absoluto. De acuerdo con el método de arranque de la invención, como se describe en el diagrama de flujo de la Figura 8, una vez que el procedimiento de prueba de fuga descrito anteriormente ha finalizado (bloque 101), los datos relativos al voltaje de la pila en general y el voltaje de celda individual de cada celda en la pila se leen continuamente 103 y se comparan (bloque de decisiones 104) con los valores de referencia respectivos V0 S y V0jSC almacenados en una unidad de memoria (no mostrada) . Un detalle de la comparación se proporciona como ejemplo, en la figura 9, en donde los valores de referencia de voltaje normalizado se grafican contra la corriente normalizada y se comparan con los valores correspondientes medidos en el sistema (curva característica) .

Los valores del voltaje normalizado como una función de la corriente normalizada que se grafican como la curva de referencia en la Figura 9 se seleccionan intencionalmente con base en los datos adquiridos durante la operación de la pila bajo condiciones nominales (por ejemplo, temperatura = 60-65°C, humedad 90-100%) con miras a asegurar el funcionamiento correcto del generador. El sistema de control se programa para tolerar una desviación porcentual predeterminada PPD respecto a los valores de referencia respectivos V0i3 y V0;SC para el voltaje de pila 52-732 en general Vs y el voltaje de celda individual promedio Vsc. Con el fin de dar el tiempo necesario para lograr la corriente de trabajo nominal de la pila (establecida en 180 A), la PPD puede ajustarse al 15% para Vs y al 20% para Vsc.

Si, contando la PPD, el punto de trabajo actual de la pila se encuentra por debajo del valor de referencia correspondiente, la solicitud de energía de las celdas de combustible disminuye (bloque 105), mientras que si el punto de trabajo de la pila se encuentra por encima del valor de referencia, la solicitud de energía de las celdas de combustible aumentará 107 antes de comprobar si (bloque de decisiones 106) la energía de las celdas de combustible es igual a la requerida por el usuario eléctrico 8. En tanto que no se verifique esta condición, la energía solicitada de las celdas de combustible aumenta, cuando esta condición se verifica finalmente, el procedimiento de arranque termina exitosamente. Hasta que la pila finalmente alcance su potencia total (bloque 108), las fuentes de energía auxiliares suministran la energía extra necesaria para asegurar que los requisitos de energía del usuario 8 se satisfagan totalmente.

Al finalizar el procedimiento de arranque, una vez que toda la solicitud de energía del usuario es atendida finalmente por la pila de celdas de combustible 52-732 únicamente, se puede solicitar a la pila suministrar una cantidad suplementaria de energía la cual se utiliza para recargar las fuentes de energía auxiliares, por ejemplo, baterías o capacitores, de manera que también se carguen completamente y estén listos para usarse cuando las circunstancias que requieren la intervención del generador de respaldo ocurran nuevamente. 2. Operación durante el man-tenimiento 2.1 Método para recuperar una pila de celdas de combustible inundada El dispositivo de monitoreo 39 monitorea el rendimiento de cada una de las celdas individuales en la pila 5 adquiriendo una pluralidad de datos relativos al voltaje, temperatura, humedad y calcula con base en esos datos, el voltaje de celda mínimo y la distribución de voltaje de celda individual.

Además, con base en estos artículos'- de información, el dispositivo de monitoreo 39 ajusta la velocidad de las bombas 9 y 10 en los circuitos de recirculación respectivos.

Si se encuentra que el voltaje de celda individual de una celda es menor que un valor de umbral TVo calculados como un porcentaje predeterminado del promedio de todos los voltajes de celda individuales (por 52-732 ejemplo, 80% del valor promedio), es probable que haya ocurrido el desbordamiento de esa celda de combustible individual. Cuando ocurre tal eventualidad, el sistema de control aumenta, en respuesta, el flujo de oxigeno e hidrógeno ajustando las bombas de recirculación al máximo de manera que la presión local en los circuitos de efectivos aumente y ocasione que la obstrucción, de estar presente, sea eliminada mecánicamente. Si la conducta la celda de combustible individual no mejora como consecuencia de tal ajuste, se aplica un método para recuperar una realidad de combustible inundada, el cual se describirá a continuación.

Cuando el dispositivo de monitoreo de celdas de voltaje detecta una disminución en una celda individual, como se describe anteriormente, el sistema de control inicia un procedimiento para la recuperación del mismo.

El procedimiento de recuperación celdas de combustible comprende el paso de aumentar la presión dentro de los canales internos de las celdas de combustible de la pila 5 cerrando los medios de válvula 14 y 15 en las ramas A y C, respectivamente, durante una fracción de tiempo muy corta (por ejemplo, menos de 1 segundo) .

Si el método de recuperación se implementa en un solo circuito (ánodo o cátodo) los medios de válvula (14 o 52-732 15, dependiendo de cuál circuito que estén involucrado) se abren cuando la presión diferencial alcanza un valor máximo predeterminado, con el fin de evitar la ruptura de la membrana. Al valor predeterminado pueden establecerse a 500 mbar, preferiblemente a 400 mbar.

Cuando el voltaje de la celda cae por debajo de un primer valor predeterminado, por ejemplo 450 mV, la pila se desconecta temporalmente del usuario, el cual entonces es atendido, hasta restablecer la conexión a la pila, por fuentes de energía alternativas, como baterías. Si el voltaje de la celda cae por debajo de un segundo valor predeterminado, más bajo que el primer valor predeterminado, por ejemplo 300 mV se emite una señal de alarma y se interrumpe el funcionamiento del generador. 2.2 Control de temperatura de la pila El generador eléctrico 1 comprende un sistema de control no mostrado adaptado para controlar la temperatura de la pila de celdas de combustible al variar la velocidad angular de los ventiladores 20. La velocidad angular de los ventiladores aumenta o disminuye como una función de la diferencia entre la temperatura de la pila de celdas de combustible medida un valor de referencia de temperatura Tref. Para tal fin, una pluralidad de sensores de temperatura está ubicada en el cuerpo del múltiple. 52-732 3. Apagado Como se explicó anteriormente, la presencia de agua liquida en una celda de combustible puede causar un daño severo a las celdas de combustible mismas, reduciendo por este medio la eficiencia general del generador de respaldo. A ese respecto, uno de los pasos más cruciales es el apagado del generador de respaldo, debido a que la temperatura en el sistema disminuye, y los gases ya no pueden fluir dentro de las celdas de combustible de la pila y puede condensarse vapor en la pila, obstruyendo asi el flujo de los canales dentro de las celdas de combustible, es decir, los canales a lo largo de los cuales fluyen los reactivos y productos dentro dé las celdas de combustible de la pila 5.

Con el fin de evitar este escenario no deseado, se implementa el siguiente procedimiento de apagado, el cual será descrito a continuación con referencia a la Figura 10.

Una vez completado exitosamente el procedimiento de prueba de fugas prolongado descrito anteriormente (bloque 301), el flujo de los gases entrantes es interrumpido al conmutar los medios de válvula (bloque 302) 3 a una posición "cerrada" respectiva. Ya no se alimentan reactivos frescos al generador, por tanto 52-732 únicamente los gases que se encontraban dentro de la pila al momento de la conmutación seguirán siendo consumidos. Ya que no está más conectado al generador uno, para consumir los gases aún en el interior de la pila al momento de la conmutación, se proporcionó una resistencia eléctrica, la cual, bajo condiciones de operación normales, no está conectada eléctricamente a la pila, mientras que en estas circunstancias lo está. Además, las bombas de recirculación 9 y 10 permanecen encendidas, con el fin de favorecer la purga de agua a través de los medios de válvula de purga 16 y 17, que se mantienen abiertas .

Si (bloque de decisión 303) la temperatura de la pila 5 la cual es medida mediante una sonda posicionada dentro del cuerpo del múltiple 27, es mayor que un valor establecido predeterminado To, las bombas de los ciclos de refrigerante (18 y 21) y el ventilador del radiador 20 están encendidos. Permanecen encendidos por tanto tiempo como la temperatura disminuya, hasta alcanzar (bloque de decisiones 305) el valor establecido predeterminado T0.

El valor de o puede variar, según las condiciones del ambiente, pero normalmente se encuentra entre 20°C y 35°C. Preferiblemente, se establece en 27°C.

Cuando se alcanza en valor de temperatura 52-732 establecida predeterminado, como se muestra en el bloque 306, los medios de válvula de purga 16 y 17 se cierran y las bombas de recirculación 9 y 10, junto con las bombas del ciclo de refrigerante (18) y (21) y el ventilador del radiador (22), se apagan.

Por tanto, un método para apagar un generador eléctrico de celdas de combustible de respaldo comprende un paso de enfriar simultáneamente el sistema y purgar el agua mediante intensificar la circulación de flujos gaseosos (las bombas (9) y (10) se mantienen encendidas) para favorecer el desplazamiento de agua hacia los drenadores ( medios de válvula de purga (16) y (17)), los cuales también se mantienen abiertos, mientras que al mismo tiempo se mantiene el flujo de el primer y segundo fluidos en sus conductos respectivos (las bombas (18) y (21) se mantienen encendidas) . Por tanto, el sistema maximiza la eliminación de agua incluso antes de que pueda condensarse, dado que toda la operación se realiza continuamente mientras la temperatura permanezca por encima de un valor establecido sobre el punto de condensación del agua.

Este procedimiento conserva ventajosamente los conductos libres de agua, asegurando asi que, en el siguiente apagón, se evite la posibilidad de inundación y los reactivos gaseosos frescos puedan fluir a lo largo de 52-732 conductos completamente libres.

Prueba de espera Las aplicaciones de respaldo se caracterizan por una muy alta conflabilidad y por un tiempo de operación el cual es corto en comparación con el tiempo de espera. Como consecuencia, con el fin de comprobar la conflabilidad del generador, el sistema de control realiza pruebas de auto diagnóstico con una periodicidad preestablecida por ejemplo, cada semana, cada mes o cada 6 meses. Se implementaron tres tipos de pruebas: Prueba auxiliar: Cada componente auxiliar bombas, ventiladores, válvulas electrónicas, etc. se encienden selectivamente y el rendimiento del mismo es comprobado por sensores ubicados en el cuerpo del múltiple .

Prueba de pila de celdas de combustible: Durante esta prueba se requiere la potencia mínima de la pila de celdas de combustible y el sistema de control comprueba el arranque y el rendimiento de las celdas individuales .

Prueba del generador: Se simula un apagón para que el generador se encienda. El apagón tiene una duración igual al período de tiempo necesario por la pila para alcanzar las condiciones nominales. 52-732 Si cualquiera de ellas falla, se requiere soporte técnico.

El generador eléctrico de acuerdo con la presente invención tiene varias ventajas con respecto a soluciones conocidas en el campo técnico, en que, en particular el tamaño en general y el peso del sistema se reducen significativamente: El generador no sólo no comprende dispositivos auxiliares estorbosos como sopladores o dispositivos humidificadores ad-hoc, sino también, al ser iguales la potencia y la eficiencia del generador, la geometría y funcionalidad del cuerpo del múltiple descrito en el presente documento son tales que reduzcan adicionalmente la voluminosidad del generador. Puede hacerse una comparación directa de un generador de acuerdo con la invención con un generador conocido basándose en los dibujos de las Figuras 1 y 2.

Como resultado tanto de la estructura como de las funciones el cuerpo del múltiple como se describe en este documento, se logra una mayor simplicidad de manufactura, administración y mantenimiento del sistema; 52-732

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un generador eléctrico de celdas de combustible (1) el cual comprende una pila de celdas de combustible (5), medios para suministrar a la pila un primer y un segundo flujo de reactivos que comprenden, a su vez, medios de reducción de presión (4a, c) para el primer y segundo flujos de reactivos, respectivamente, y el cuerpo de un múltiple (27) para comunicarse con la pila el primer y segundo flujos de reactivos y por lo menos un flujo de fluido refrigerante a través de un ciclo de refrigerante respectivo (36), el cuerpo del múltiple (27) comprende las cámaras interiores para la mezcla de los flujos de reactivo con los flujos de producto recirculados , caracterizados en que el cuerpo del múltiple (27) además comprende una cámara de expansión de fluido refrigerante (38) dentro de los cuales los medios reductores de presión (4a, c) del primer y segundo flujos de reactivo se posicionan por lo menos parcialmente ahogados por el fluido refrigerante.

2. El generador eléctrico según la reivindicación 1, caracterizado en que el cuerpo del múltiple (27) comprende una primera cámara de mezcla (23) conectada hidráulicamente a una primera cámara de condensación (25), y una segunda cámara de mezcla (24) conectada hidráulicamente a una segunda cámara de 52-732 condensación (26) a través de la pila de celdas de combustible (5), la primera y segunda cámaras de condensación conectadas hidráulicamente a la pila (5).

3. El generador eléctrico según la reivindicación 2, caracterizado en que la primera y la segunda cámaras de condensación están diseñadas .para eliminar por gravedad mediante el efecto de ciclón las partículas de agua condensadas del primer y segundo flujos de reactivos, respectivamente.

. El generador eléctrico según la reivindicación 2, caracterizado en que el cuerpo del múltiple (27) además comprende un primer y un segundo drenador de agua (6,7) conectados hidráulicamente a la primera y segunda cámaras de condensación (25), (26), respectivamente.

5. El generador eléctrico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado en que la cámara de expansión de fluido refrigerante (38) contiene resinas de intercambio de iones.

6. El generador eléctrico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado en que el cuerpo del múltiple (27) está provisto de una pluralidad de sondas adaptadas para medir una pluralidad de parámetros correspondiente de los flujos 52-732 de reactivos, productos y fluido refrigerante y en que el generador eléctrico (1) además comprende un dispositivo de monitoreo de voltaje (39) adaptado para leer datos de voltaje relativos a la pila (5) como un todo y a celdas de combustible individuales en la pila (5) .

7. Un método para arrancar un generador eléctrico de celdas de combustible para satisfacer una solicitud de energía de un usuario (UPR) , el cual comprende : (a) suministrar al usuario una fuente de energía auxiliar (APS) y, en paralelo, una fuente de energía de celdas de combustible (FCP) obtenida de las celdas de combustible de manera que la suma de ellas sea esencialmente igual a la solicitud de energía del usuario (UPR); (b) adquirir datos relativos al voltaje de pila general (Vs) y el voltaje de celda individual (Vsc) de cada una de las celdas en la pila; (c) aumentar progresivamente la fuente de energía de celdas de combustible (FCP) y disminuir la fuente de energía auxiliar (APS) de manera que su suma permanezca esencialmente igual a la solicitud de energía del usuario (UPR) ; _ caracterizado en que el paso (c) de aumentar la fuente de energía de 52-732 celdas de combustible (FCP) se realiza únicamente si se detecta que los datos adquiridos son mayores que los valores de referencia respectivos (V0,s y V0,sc) almacenados en una unidad de memoria; y sólo hasta que se detecta que la fuente de alimentación de celdas de combustible (FCP) es igual a la solicitud de energía del usuario (UPR) .

8. El método según la reivindicación 7, caracterizado en que cuando se detecta que los datos adquiridos son menos que los valores de referencia respectivos V0,s y V0,sc almacenados en una unidad de memoria, la fuente de alimentación de celdas de combustible (FCP) disminuye y la fuente de alimentación auxiliar (APS) aumenta de acuerdo con lo anterior.

9. El método según las reivindicaciones 6 y 7, caracterizado en que los valores de referencia V0,s y V0,sc almacenados en la unidad de memoria corresponden a las condiciones de operación de la pila, evitando el sobrecalentamiento local y/o inundación de las celdas de combustible.

10. Un método para apagar un generador eléctrico de una celda de combustible el cual comprende (a) interrumpir el suministro de reactivos 52-732 frescos a la pila; (b) medir la temperatura de la pila; (c) enfriar la pila de celdas de combustible; y (d) purgar agua fuera de la pila de celdas de combustible; caracterizado en que los pasos (c) y (d) se realizan simultáneamente hasta que se detecta que la temperatura de la pila es menor que un valor de referencia almacenado en una unidad de memoria.

11. El método según la reivindicación 10, caracterizado en que el paso (d) comprende: (e) conectar la pila de celdas de combustible a una resistencia eléctrica; (f) recircular los gases de salida de vuelta a la pila de celdas de combustible.

12. El método según la reivindicación 10 u 11, caracterizado en que el paso (c) comprende: (g) circular un fluido refrigerante a través de la pila de celdas de combustible, eliminando por este medio el calor; (h) causar que el fluido refrigerante transmita el calor eliminado a por lo menos primeros medios de eliminación de calor.

13. Un método para detectar la inundación de 52-732 una celda de combustible en un generador de celdas de combustible y recuperar de acuerdo con lo anterior una celda de combustible inundada, la cual comprende: (a) adquirir datos de voltaje de celdas individuales para cada celda de combustible en una pila de celdas de combustible; (b) calcular un voltaje de celda individual promedio (ASCV) y un valor de umbral TVO como un porcentaje predeterminado de ese promedio (ASCV); (c) comparar el voltaje de celda individual de una celda con el valor de umbral TV0; (d) aumentar la presión dentro de los conductos de flujo de las celdas de combustible si el voltaje de celda individual es menor que el valor de umbral, caracterizado en que el paso (d) es realizado mediante (e) un primer paso de aumentar un flujo de gases de expulsión recirculados hacia la pila, y (f) un segundo paso, realizado después del primer paso y mediante regular el flujo de gases de expulsión recirculados hacia la pila de manera tal que produzca una contrapresión de los gases de salida de vuelta a la pila; entre los pasos (e) y (f) el paso (c) repetido y el paso (f) realizado sólo cuando el voltaje de celda 52-732 individual es aún menor que el valor de umbral.

14. Un método para comprobar la presencia de fugas de gas en un generador eléctrico de celdas de combustible de respaldo el cual comprende (i) realizar un procedimiento de prueba de fuga durante un tiempo predeterminado ti; y (j) repetir el procedimiento de prueba de fugas durante un tiempo predeterminado t2 menor que ti; caracterizado en que después de realizar el paso (i) y antes de realizar el paso (j), se apaga el generador eléctrico.

15. El método según la reivindicación 14, caracterizado en que el generador eléctrico se apaga de acuerdo con el método de la reivindicación 10.