ES2241014T3 - Pila de combustible de carbonato fundido. - Google Patents
Pila de combustible de carbonato fundido.Info
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Abstract
SE SUMINISTRA UNA CELULA ENERGETICA DE CARBONATO FUNDIDO QUE INCLUYE A) ELECTRODOS DE COMBUSTIBLE, B) ELECTRODOS DE AIRE Y C) PLACAS ELECTROLITICAS ENCERRADAS ENTRE LOS ELECTRODOS DE COMBUSTIBLE Y DE AIRE, EN DONDE EL ELECTRODO DE COMBUSTIBLE, EL ELECTRODO DE AIRE Y LA PLACA ELECTROLITICA COOPERAN ENTRE SI PARA DEFINIR UN CELULA UNITARIA. LA CAPA ELECTROLITICA ESTA CONFORMADA CON UNA SERIE DE ORIFICIOS FINOS A TRAVES DE LOS CUALES LOS ELECTRODOS DE COMBUSTIBLE Y DE AIRE ESTAN EN COMUNICACION FLUIDA ENTRE SI Y TANTO EL GAS QUE NO HA REACCIONADO COMO EL GAS PRODUCIDO POR LA REACCION EN EL ELECTRODO DE COMBUSTIBLE FLUYEN DESDE EL ELECTRODO DE COMBUSTIBLE AL ELECTRODO DE AIRE A TRAVES DE LOS ORIFICIOS. LA CELULA ENERGETICA DE CARBONATO FUNDIDO ANTES MENCIONADA PRESENTALAS VENTAJAS SIGUIENTES: NO SE REDUCE EL RENDIMIENTO DE LA CELULA POR PERDIDA DE "NERNST", UNA CAPACIDAD DE CONSUMO DE COMBUSTIBLE DE ALTA EFICIENCIA, NO SE REQUIERE UN SISTEMA DE RECICLADO DEL GAS DE DIOXIDO DE CARBONO, UNA CAPACIDAD DE RESPUESTA A LA FLUCTUACION RAPIDA EN LA CARGA, UNA SIMPLICAFICACION DE LA ESTRUCTURA DEL CONJUNTO GENERADOR Y UNA REDUCCION DEL COSTE DE FABRICACION.
Description
Pila de combustible de carbonato fundido.
La invención se refiere a una pila de combustible
de carbonato fundido, la cual convierte directamente la energía
química de un combustible en energía eléctrica.
Como se ilustra en la figura 1, una pila de
combustible de carbonato fundido comprende generalmente unas pilas
4, y unos separadores 5 que rodean la pila 4 formando un sandwich.
La pila 4 incluye un ánodo o electrodo de combustible 2, un cátodo o
electrodo de aire 3, y una placa electrolítica delgada, plana 1,
intercalada entre los electrodos de combustible y aire, 2 y 3. Una
sola pila 4 proporcionaría un voltaje bajo, específicamente
aproximadamente 0,8 V. Por lo tanto, se disponen en sucesión una
tras otra, muchas pilas 4 con los separadores 5 intercalados entre
las pilas 4, generando con ello un alto voltaje.
El gas del ánodo que contiene hidrógeno, se
suministra al electrodo de combustible 2, y el gas del cátodo que
contiene oxígeno, se suministra al electrodo de aire 3 a través de
unos distribuidores (no ilustrados). A continuación, tiene lugar una
reacción química en cada una de las pilas 4 a alta temperatura,
específicamente a aproximadamente 650ºC para generar con ello
electricidad, la cual se transmite en una dirección perpendicular al
plano de cada una de las pilas (a saber, una dirección vertical en
la figura 1). El electrolito (carbonato fundido) contenido en la
placa electrolítica 1 se funde a la temperatura mencionada más
arriba y se desparrama entre la placa electrolítica fundida 1 y el
separador 5 con lo que asegura el sellado del gas entre los
separadores 5.
La figura 2 ilustra esquemáticamente un grupo
electrógeno que incluye la pila de combustible antes mencionada para
la generación de electricidad empleando gas natural como
combustible. El grupo electrógeno ilustrado incluye una pila de
combustible de carbonato fundido 6 (en adelante llamada simplemente
pila de combustible) que incluye una pluralidad de pilas 4 apiladas
una encima de otra, un reformador de gas 7 que emplea gas natural
como combustible, un soplador de gas 8a, y un compresor de aire 8b.
El gas natural se reforma en un tubo reformador en el reformador 7
en gas de ánodo que contiene hidrógeno, y el gas de ánodo así
reformado se suministra a un ánodo de la pila de combustible 6 para
generar electricidad. El gas de escape que escapa del ánodo de la
pila de combustible 6 se quema en una cámara de combustión del
reformador de gas 7 para reformar el gas natural contenido en el
tubo reformador, y el gas de escape resultante va a mezclarse con el
gas del cátodo que contiene oxígeno. Al soplador de gas 8a se le
llama soplador de reciclado del gas dióxido de carbono, porque
suministra dióxido de carbono (CO_{2}) producido en el ánodo del
electrodo de aire.
Como está ilustrado en la figura 2, el gas del
ánodo (gas combustible o gas reformado) se suministra a la cámara de
reacción del electrodo de combustible de la pila de combustible 6, y
tiene lugar la reacción del electrodo (reacción anódica) en el
electrodo de combustible 2. El gas de escape resultante se quema y a
continuación se suministra a una cámara de reacción del electrodo de
aire juntamente con aire. En el electrodo de aire 3. el gas de
escape mezclado con aire efectúa la reacción del electrodo (reacción
catódica) y al mismo tiempo elimina el calor generado en la pila de
combustible 6. Como resultado se produce un gas de escape a alta
temperatura, del cual se recupera la energía. El electrodo de
combustible 2 mencionado más arriba, la placa electrolítica 1 y el
electrodo de aire 3 tienen suficiente contacto entre sí para
proporcionar las prestaciones de la pila. La placa electrolítica 1
es porosa de forma que retiene suficiente electrolito en ella para
evitar que se produzca una pérdida transversal.
La figura 3 muestra un ejemplo de una composición
de gas en los portales de entrada y de salida de cada una de las
pilas 4 de la pila de combustible 6. En una pila de combustible
convencional, el gas del ánodo se suministra a una cámara de
reacción del electrodo de combustible a través de un portal de
entrada (el cual está localizado en el extremo izquierdo de la
figura 3), y fluye a lo largo del electrodo de combustible 2,
mientras el hidrógeno y el monóxido de carbono (CO) se consumen en
la reacción anódica. Finalmente, el gas sin reaccionar juntamente
con los productos de reacción tales como el CO_{2} y el H_{2}O
escapa a través de un portal de salida (localizado en el extremo de
la derecha de la figura 3) de la cámara de reacción. Así, la
concentración del combustible atmosférico en el electrodo de
combustible 2 disminuye con el consumo de combustible entre los
portales de entrada y de salida, y la concentración de combustible
así disminuida reduce a su vez el voltaje electromotriz. La
reducción del voltaje electromotriz causado por la reducción de la
concentración de combustible, se llama pérdida Nernst. Un problema
es que cuanto mayor es la proporción de utilización del combustible,
tanto mayor es la pérdida Nernst.
Dado que el gas dióxido de carbono es necesario
para la reacción catódica en el electrodo 3, el gas de escape del
ánodo se mezcla con aire suministrado del compresor de aire 8b como
se ha mencionado antes. Sin embargo, dado que el gas a suministrar
al electrodo de aire se mezcla con el gas de escape de combustión,
la concentración de oxígeno y gas dióxido de carbono es menor que la
requerida en el electrodo de aire, lo cual genera el problema de una
gran pérdida Nernst, de forma parecida al electrodo de
combustible.
Es decir, una pila convencional de combustible de
carbonato fundido, tiene el problema de que la reducción de las
prestaciones de la pila causada por la pérdida Nernst es inevitable,
y de esta forma es difícil emplear combustible con una alta
proporción de utilización.
Además, un grupo electrógeno que incluye en el
mismo, pilas convencionales de combustible de carbonato fundido,
necesita un sistema de reciclado del gas dióxido de carbono para
suministrar el gas dióxido de carbono generado en el electrodo de
combustible, a un electrodo de aire, como se ha mencionado más
arriba. Esto va acompañado por el problema de que la velocidad de
respuesta de la carga está restringida durante el tiempo de
transición en el cual el rendimiento de generación de electricidad,
varía. Es decir, aunque la cantidad de gas dióxido de carbono
generado en un electrodo de combustible debido a la generación de
electricidad, es igual a la cantidad de consumo de gas dióxido de
carbono en un electrodo de aire, es muy difícil operar un grupo
electrógeno de acuerdo con una fluctuación de la carga, debido al
retraso en el reciclado del gas dióxido de carbono, causado por la
capacidad del tubo en la transición.
Además, dado que un grupo electrógeno que incluye
en el mismo pilas convencionales de combustible de carbonato
fundido, necesita un sistema de reciclado de gas dióxido de carbono,
son necesarios tubos y sopladores, que a su vez van acompañados de
problemas, de forma que es inevitable que un grupo electrógeno tenga
una estructura más complicada, con lo cual los costes de fabricación
de un grupo electrógeno, aumentan.
La patente US 5.422.195 describe un sistema y un
método de pilas de combustible, en el cual el gas de escape del
combustible del compartimiento del ánodo de una pila de combustible
se comunica mediante el compartimiento del ánodo directamente con el
compartimiento del cátodo de la pila de combustible, causando con
ello la combustión del gas de escape del combustible y el gas
oxidante suministrado por el compartimiento del cátodo, para generar
CO_{2}.
La patente US 5.595.832 describe una pila de
combustible de carbonato fundido que comprende un cuerpo de
electrolito intercalado entre un par de electrodos, en donde la
descarga de un electrolito del cuerpo del electrolito se reduce para
suprimir un aumento de la resistencia interna y la aparición de un
cruce de gases, que acompaña la descarga del electrolito lo cual
aumenta el tiempo de vida de la pila de combustible.
En vista de los problemas más arriba mencionados,
que ocurren en una pila convencional de combustible de carbonato
fundido, es un objeto de la presente invención el proporcionar una
pila de combustible de carbonato fundido que sea capaz de evitar la
reducción de las prestaciones que serían causadas por la pérdida
Nernst al operar con una alta proporción de utilización de
combustible, que no necesite ningún sistema de reciclado del gas
dióxido de carbono, dando respuesta a una alta fluctuación de la
carga, haciendo más simple la estructura de un grupo electrógeno, y
reduciendo los costes de fabricación del mismo.
Se proporciona una pila de combustible de
carbonato fundido que incluye (a) unos electrodos de combustible,
(b) unos electrodos de aire, y (c) unas placas electrolíticas
intercaladas entre el combustible y los electrodos de aire, el
electrodo de combustible, el electrodo de aire y la placa
electrolítica que están en contacto entre sí, para definir una pila
unidad, estando formada la placa electrolítica de una pluralidad de
finos orificios pasantes a través de los cuales el combustible y los
electrodos de aire están en comunicación fluida entre sí, tanto el
gas sin reaccionar como el gas producido por reacción en el
electrodo de combustible fluyendo desde el electrodo de combustible
al electrodo de aire a través de los orificios pasantes y en donde
la pila de combustible de carbonato fundido no tiene una salida de
escape en el ánodo.
De acuerdo con la pila de combustible de
carbonato fundido más arriba mencionada, tanto el gas sin reaccionar
como el gas producido por la reacción en el electrodo de
combustible, fluyen desde el electrodo de combustible al electrodo
de aire a través de los orificios pasantes formados con la placa
electrolítica y por lo tanto todas las superficies del electrodo de
combustible están expuestas a combustible fresco, lo cual impide una
reducción de las prestaciones de la pila causada por la pérdida
Nernst, la cual a su vez está causada por la reducción de la
concentración del combustible, con lo cual es posible realizar una
operación con una alta proporción de utilización de
combustible.
Además, puesto que es posible suministrar gas
dióxido de carbono generado mediante la reacción en el electrodo de
combustible, directamente al electrodo de aire a través de los
orificios pasantes formados en la placa electrolítica, ya no es
necesario equipar el grupo electrógeno con un sistema de reciclado
del gas dióxido de carbono. Además, puesto que la cantidad de gas
dióxido de carbono generado en el electrodo de combustible mediante
la generación de electricidad, es igual a la cantidad de gas dióxido
de carbono consumido en el electrodo de aire, es posible dar
respuesta a una rápida fluctuación de la carga. Puesto que un
sistema de reciclado del gas dióxido de carbono, ya no es necesario,
es posible para un grupo electrógeno tener una estructura simple y
reducir los costes de fabricación.
En una versión preferida, se controla el caudal
del flujo de combustible de acuerdo con la producción de carga, de
forma que el gas producido por la reacción en el electrodo de
combustible y el gas que se ha suministrado al electrodo de
combustible pero que no ha reaccionado, fluyen a través de los
orificios pasantes para generar una diferencia de presión entre los
electrodos de combustible y de aire, siendo la diferencia de presión
equivalente a la pérdida de presión. Esta versión asegura que el
caudal del flujo necesario de combustible es siempre suministrado a
la pila de acuerdo con la carga de producción para reducir con ello
la cantidad de gas combustible sin reaccionar que fluye dentro del
electrodo de aire por debajo de un tanto por ciento pequeño, que
resulta en una operación de la pila con una alta proporción de
utilización de combustible y una depresión de la producción de calor
causada por el gas combustible residual.
En otra versión preferida, la presión del
electrodo de combustible se mantiene más alta que la presión del
electrodo de aire de acuerdo con una producción de carga para
producir una diferencia de presión entre los electrodos de
combustible y aire, de forma que el gas producido por la reacción en
el electrodo de combustible y el gas que ha sido suministrado al
electrodo de combustible, pero que no ha reaccionado, fluye a través
de los orificios pasantes debido a la diferencia de presión. Esta
versión asegura que la diferencia de presión se mantiene casi a cero
durante OCV en cuyo tiempo no se genera electricidad para mediante
ello evitar el consumo de combustible, y la diferencia de presión
aumenta de acuerdo con la potencia de producción mientras se genera
electricidad, con lo cual se reduce una cantidad de gas de
combustible sin reaccionar, fluyendo dentro del electrodo de aire
por debajo de un tanto por ciento pequeño, resultando una operación
de la pila con una alta proporción de utilización de combustible y
depresión de la producción de calor causado por el gas combustible
residual.
Todavía en otra versión preferida, el electrodo
de combustible está provisto de un catalizador para el reformado, el
gas reformado por el catalizador juntamente con el gas sin
reaccionar y el gas producido por la reacción en el electrodo de
combustible fluyendo desde el electrodo de combustible al electrodo
de aire a través de los orificios pasantes. De acuerdo con la
versión, es posible para una pila de combustible tipo reforma
interna para tener una estructura más simple, dando por resultado
que ya no es necesario para un grupo electrógeno el tener un
reformador externo, y por lo tanto dicho grupo electrógeno puede
tener una estructura más simple.
El objeto anterior y otros objetos y
características ventajosas de la presente invención serán aparentes
a partir de la siguiente descripción hecha con referencia a los
dibujos anexos, en los cuales como caracteres de referencia designan
las mismas o similares partes de un dibujo a otro.
La figura 1 es una vista esquemática que ilustra
una pila de combustible de carbonato fundido.
La figura 2 es una vista esquemáticas que ilustra
un grupo electrógeno convencional que emplea gas natural como
combustible.
La figura 3 es una vista esquemática de una pila
convencional de combustible, mostrando una composición de gas en los
portales de entrada y de salida de la pila de combustible.
La figura 4 es una vista esquemática que ilustra
una estructura interna de un pila de combustible de carbonato
fundido, de acuerdo con la presente invención.
La figura 5A es una vista esquemática que ilustra
un grupo electrógeno que incluye una pila de combustible de
carbonato fundido, de acuerdo con la presente invención.
La figura 5B es una vista esquemática que ilustra
otro grupo electrógeno que incluye una pila de combustible de
carbonato fundido, de acuerdo con la presente invención.
La figura 6 es una vista esquemática que ilustra
una pila de combustible de carbonato fundido, de acuerdo con otra
versión de la presente invención.
Las versiones preferidas de acuerdo con la
presente invención se explicarán a continuación con referencia a los
dibujos.
La figura 4 ilustra una estructura interna de una
pila de combustible de carbonato fundido, de acuerdo con la presente
invención. Como está ilustrado, una pila de combustible de carbonato
fundido, de acuerdo con la presente invención incluye una pila 14
que comprende un electrodo de combustible 12, un electrodo de aire
13 y una placa electrolítica 11 interpuesta entre los electrodos de
combustible y los electrodos de aire 12 y 13. La placa electrolítica
11 está formada por una pluralidad de finos orificios pasantes 11a a
través de los cuales los electrodos de combustible y aire 12 y 13
están en comunicación fluida entre sí. Así, tanto el gas sin
reaccionar como el gas producido por reacción en el electrodo de
combustible 12 fluyen desde el electrodo de combustible 12 al
electrodo de aire 13 a través de los orificios pasantes 11a.
Como se ha mencionado antes, es necesario exponer
una superficie completa del electrodo de combustible 12 a
combustible fresco con el fin de reducir la pérdida Nernst que sería
causada en el electrodo de combustible 12. Para esta finalidad la
placa electrolítica 11 está formada con una pluralidad de finos
orificios pasantes 11a, a diferencia de una placa electrolítica
convencional que actúa simplemente como una pared divisoria para
separar los electrodos de combustible y de aire entre sí, para con
ello hacer posible que el gas no reaccionado y el gas producido por
reacción en el electrodo de combustible 12 fluyan desde el electrodo
de combustible 12 al electrodo de aire 13. Los electrodos de
combustible y de aire 12 y 13 son originalmente porosos. Así, el gas
fluye directamente a través de la placa electrolítica 11 que forma
la placa electrolítica 11 con los orificios pasantes 11a y produce
una diferencia de presión entre los electrodos de combustible y de
aire 12 y 13.
Como se ilustra en la figura 4, el hidrógeno
(H_{2}) reacciona con el ión carbonato (CO_{3}^{2-}) para
generar con ello humedad (H_{2}O) y dióxido de carbono (CO_{2})
en la reacción anódica que tiene lugar en el electrodo de
combustible 12. La humedad así generada y el dióxido de carbono se
conducen directamente al electrodo de aire 13 a través de los
orificios pasantes 11a de la placa electrolítica 11. El oxígeno
(O_{2}) contenido en el gas del cátodo reacciona con dióxido de
carbono (CO_{2}), para con ello generar el ión carbonato
(CO_{3}^{2-}), en la reacción catódica que tiene lugar en el
electrodo de aire 13. El ión carbonato se conduce directamente al
electrodo de combustible 12 a través del electrolito de la placa
electrolítica 11. Así, de acuerdo con la presente versión, el ión
carbonato que se necesita para la reacción anódica y el gas
dióxido de carbono que se necesita para la reacción catódica están
en circulación directa dentro de la pila 14. En la figura 4, las
partículas de las cuales están formados los electrolitos de
combustible y de aire 12 y 13, se representan con los círculos 12a y
13a, a través de los cuales se mueven los electrones para con ello
generar electricidad.
En la reacción del electrodo de combustible 12 de
la figura 4, el electrodo de combustible recibe gas combustible, a
saber, hidrógeno y monóxido de carbono, a partir de la ruta de flujo
y recibe también ión carbonato a partir del electrolito, lo cual
ocasiona que reaccionen entre sí de forma similar a un electrodo de
combustible convencional. Mientras que los productos de la reacción
y el gas sin reaccionar retornan convencionalmente a una ruta de
flujo del electrodo de combustible, fluyen a través de los finos
orificios pasantes 11a de la placa electrolítica y alcanzan el
electrodo de aire 13 de la presente versión. Así, el flujo de gas es
siempre unidireccional y por lo tanto una superficie del electrodo
de combustible 12 está siempre expuesta a combustible fresco que
tiene una concentración alta, dando por resultado una reducción de
la pérdida Nernst. En la versión se prefiere evitar que el gas rico
fluya al electrodo de aire 13, manteniendo una alta proporción de
utilización del combustible.
En la reacción del electrodo de aire 13, el gas
dióxido de carbono altamente concentrado que viene a través de los
finos orificios pasantes 11a de la placa electrolítica 11, y el gas
oxígeno que viene a través de la ruta de flujo del electrodo de aire
reaccionan entre sí en el electrodo de aire poroso, generando con
ello el ión carbonato necesario para la reacción en el electrodo de
combustible 12. El combustible no quemado que fluye a través de los
finos orificios pasantes 11a de la placa electrolítica 11, se quema
en el electrodo de aire 13 pero la combustión del combustible sin
quemar ejerce una ligera influencia sobre la pila 14 debido a que la
pila 14 está en operación con una alta proporción de utilización de
combustible y el combustible sin quemar se quema en una condición de
forma que el combustible sin quemar se empobrece en toda la
superficie del electrodo de aire. Si se compara con una pila de
combustible convencional, dado que es posible aumentar una
concentración de gas de reacción, en particular una concentración de
gas dióxido de carbono, la pérdida Nernst puede reducirse también en
el electrodo de aire 13.
Con el fin de formar la placa electrolítica 11
con una pluralidad de finos orificios pasantes 11a, se pueden
mezclar partículas gruesas en la placa electrolítica 11 ó puede
introducirse un formador de poros en dicha placa electrolítica 11.
El formador de poros contiene un polímero que se vaporiza por calor
con lo que se forman cavidades u orificios pasantes 11a,
vaporizándose el formador de poros cuando la pila de combustible se
calienta. Por ejemplo, si los finos orificios pasantes 11a que
tienen un diámetro de 100 \mum, ocupan aproximadamente el 5% en
volumen de poros en la placa electrolítica 11, la carga de un átomo
que es de 150 mA/cm^{2}, actúa como una carga hidrostática de
aproximadamente 1 metro.
Las figuras 5A y 5B ilustran grupos electrógenos
que incluyen una pila de combustible de carbonato fundido de acuerdo
con la presente invención. Como se ha ilustrado, una pila de
combustible de carbonato fundido de acuerdo con la presente
invención no tiene ningún portal de descarga para el gas (gas de
escape del ánodo) que pasa a través de la cámara de reacción del
electrodo de combustible para ser descargado a través de la misma y
por lo tanto el gas de escape no se descarga desde el electrodo de
combustible. Toda la cantidad de gas suministrado al electrodo de
combustible incluyendo el gas producido por reacción en el electrodo
de combustible y el gas sin reaccionar que se ha suministrado al
electrodo de combustible, pero que no ha reaccionado, se hace fluir
a un cátodo a través de una pluralidad de finos orificios pasantes
11a formados en la placa electrolítica 11.
Como está ilustrado en la figura 5A, el caudal de
flujo del combustible se controla mediante una válvula de ajuste 17
del caudal de flujo de combustible, de acuerdo con la producción de
carga, con lo que el gas producido por la reacción en el electrodo
de combustible y el gas sin reaccionar que se suministra al
electrodo de combustible, pero que no ha reaccionado, fluye en un
cátodo a través de una pluralidad de finos orificios pasantes 11a
formados con la placa electrolítica 11.
Como alternativa, como está ilustrado en la
figura 5B, un grupo electrógeno puede incluir un manómetro
diferencial de presiones 16 para la detección de una presión
diferencial entre los electrodos de combustible y de aire, y una
válvula de ajuste de la proporción de flujo 17 para controlar una
cantidad de gas de acuerdo con los rendimientos del indicador
diferencial de presiones 16. En el grupo electrógeno ilustrado, la
presión en el electrodo de combustible se mantiene mayor que la
presión en el electrodo de aire, y el gas, en una cantidad a
determinar de acuerdo con la producción de carga, se precipita hacia
el electrodo de aire desde el electrodo de combustible debido a la
diferencia de presiones entre los electrodos de combustible y de
aire.
Así, se asegura que una diferencia de presiones
entre los electrodos de combustible y de aire se mantiene casi a
cero durante OCV en cuyo tiempo no se genera electricidad para con
ello evitar consumo de combustible, y la diferencia de presiones
aumenta de acuerdo con la potencia de salida que se genera durante
la electricidad, reduciendo con ello la cantidad de gas del
combustible sin reaccionar que fluye al electrodo de aire por debajo
de un tanto por ciento pequeño, dando por resultado una operación de
la pila con una alta proporción de utilización del combustible y una
depresión de la producción de calor causada por el gas combustible
residual.
La figura 6 ilustra una pila de combustible de
carbonato fundido, de acuerdo con otra versión de la presente
invención. Como se ilustra esquemáticamente, la pila de combustible
está provista en el electrodo de combustible 12 de la misma, de una
placa porosa de la ruta de flujo 19 y un catalizador 18 para la
reforma del gas. La electricidad generada se saca a través de la
placa porosa de la ruta de flujo 19. El gas reformado por el
catalizador 18 juntamente con el gas sin reaccionar y el gas
producido por la reacción en el electrodo de combustible 12, se
hacen fluir desde el electrodo de combustible 12 al electrodo de
aire 13 a través de los orificios pasantes 11a. Así es posible
conseguir una pila de combustible del tipo de reforma interna, la
cual tiene una estructura simple, no necesita tener un reformador
externo, lo cual a su vez permite un grupo electrógeno que tiene una
estructura más simple.
Debe hacerse notar que la presente invención es
adecuada para aplicar no solamente a una pila de combustible de
carbonato fundido, sino también a otros tipos de pila de
combustible.
Como se ha mencionado anteriormente, una pila de
combustible de carbonato fundido de acuerdo con la presente
invención se caracteriza porque (a) la pérdida Nernst se reduce con
el resultado de la mejora de prestaciones de la pila, (b) ya no es
necesario un sistema de reciclado del gas dióxido de carbono, y no
existe ningún retraso en el suministro de gas dióxido de carbono,
dando por resultado que la pila de combustible puede funcionar
fácilmente, (c) puesto que la pila de combustible es del tipo de
percolación, la pila de combustible puede ser controlada fácilmente,
(d) es posible hacer funcionar la pila de combustible con una alta
proporción de utilización de combustible, (e) es posible formar una
pila con una estructura más simple con el resultado de una reducción
en los costes, y (f) una pila de combustible de carbonato fundido de
acuerdo con la presente invención, puede aplicarse a una pila de
combustible del tipo de reforma interna.
Es decir, una pila de combustible de carbonato
fundido de acuerdo con la presente invención, proporciona las
ventajas de que no existe ninguna reducción del rendimiento de la
pila causada por la pérdida Nernst, es capaz de consumir combustible
con una alta eficiencia, no es necesario ningún sistema de reciclado
del gas dióxido de carbono, da respuesta a una rápida fluctuación de
la carga, es posible producir un grupo electrógeno con una
estructura más simple, y origina una reducción en los costes de
fabricación.
Claims (3)
1. Una pila de combustible de carbonato fundido,
la cual comprende:
- (a)
- electrodos de combustible;
- (b)
- electrodos de aire; y
- (c)
- placas electrolíticas intercaladas entre dichos electrodos de combustible y aire,
estando dicho electrodo de combustible, dicho
electrodo de aire y dicha placa electrolítica en contacto entre sí,
definiendo en conjunto, una pila unidad,
en donde dicha placa electrolítica tiene una
pluralidad de finos orificios pasantes a través de los cuales,
dichos electrodos de combustible y aire están en comunicación fluida
entre sí, lo cual permite que tanto el gas sin reaccionar como el
gas producido por la reacción en dicho electrodo de combustible,
fluyan desde el electrodo de combustible al electrodo de aire a
través de dichos orificios pasantes, y la pila de combustible de
carbonato fundido no tiene una salida de escape del ánodo.
2. La pila de combustible de carbonato fundido de
la reivindicación 1, en donde dicho electrodo de combustible está
provisto de un catalizador para la reforma del gas, el gas reformado
por dicho catalizador juntamente con el gas sin reaccionar y el gas
producido por la reacción en dicho electrodo de combustible, fluyen
desde el electrodo de combustible a dicho electrodo de aire a través
de dichos orificios pasantes.
3. Un método para operar con la pila de
combustible de carbonato fundido, de acuerdo con la reivindicación 1
ó 2, que comprende:
(a) unos electrodos de combustible;
(b) unos electrodos de aire; y
(c) unas placas electrolíticas intercaladas entre
dichos electrodos de combustible y aire, estando dicho electrodo de
combustible, dicho electrodo de aire y dicha placa electrolítica en
contacto entre sí, definiendo una célula unidad,
en donde dicha placa electrolítica tiene una
pluralidad de finos orificios pasantes a través de los cuales
dichos electrodos de combustible y de aire están en comunicación
fluida entre sí, tanto el gas sin reaccionar como el gas producido
por la reacción en dicho electrodo de combustible, fluyen desde
dicho electrodo de combustible a dicho electrodo de aire a través de
dichos orificios pasantes, la pila de combustible de carbonato
fundido no tiene una salida de escape del ánodo, y
i) el caudal del flujo de combustible se controla
de acuerdo con la carga de producción, de forma que el gas producido
por reacción en dicho electrodo de combustible y el gas que ha sido
suministrado a dicho electrodo de combustible pero sin reaccionar,
fluyen a través de dichos orificios pasantes para generar una
diferencia de presiones entre dichos electrodos de combustible y
aire, siendo esta diferencia de presiones equivalente a la pérdida
de presión, ó
ii) la presión en el electrodo de combustible se
mantiene más alta que la presión en el electrodo de aire, de acuerdo
con la producción de carga, con lo cual se produce una diferencia de
presiones entre dichos electrodos de combustible y aire, de forma
que el gas producido por la reacción en dicho electrodo de
combustible y el gas que ha sido suministrado a dicho electrodo de
combustible, pero que no ha reaccionado, fluyen a través de dichos
orificios pasantes debido a dicha diferencia de presión.
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