ES2633771T3 - Procedimiento de detección de una fuga de fluido reductor a través de una membrana electrolítica de una célula electroquímica - Google Patents

Procedimiento de detección de una fuga de fluido reductor a través de una membrana electrolítica de una célula electroquímica Download PDF

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Abstract

Procedimiento de detección de una fuga de fluido reductor a través de una membrana electrolítica (22) de una célula electroquímica (15), estando la membrana (22) interpuesta entre un conducto anódico (30) para la circulación de un flujo anódico, que comprende el fluido reductor, a lo largo de un primer lado de la membrana (22), y un conducto catódico (32) para la circulación de un flujo catódico, que comprende el fluido oxidante, a lo largo de un segundo lado de la membrana (22), comprendiendo la célula electroquímica (15) unos medios de circulación de una corriente eléctrica entre los dos lados de la membrana (22), caracterizado porque el procedimiento comprende las etapas sucesivas siguientes: - alimentación de la célula (15) de flujo anódico y catódico, estando el flujo anódico a una primera presión y que circula a un primer caudal en el conducto anódico (30), estando el flujo catódico a una segunda presión y que circula a un segundo caudal en el conducto catódico (32) y siendo una corriente de una primera intensidad intercambiada entre los dos lados de la membrana (22), - variación brusca y controlada de al menos un parámetro controlado entre los parámetros siguientes: - presión del flujo anódico en el conducto anódico, - presión del flujo catódico en el conducto catódico, - caudal del flujo anódico en el conducto anódico, - caudal del flujo catódico en el conducto catódico, e - intensidad de la corriente intercambiada entre los dos lados de la membrana, - medición de una primera concentración (C1) de fluido reductor en un primer flujo que comprende el flujo catódico que sale del conducto catódico, y - deducción de la presencia o de la ausencia de una fuga en función de la evolución en el tiempo de la primera concentración de fluido reductor (C1) medida.

Description

DESCRIPCION
Procedimiento de detection de una fuga de fluido reductor a traves de una membrana electrolltica de una celula eiectroqulmica 5
[0001] La presente invention se refiere a un procedimiento de deteccion de una fuga de fluido reductor a traves de una membrana electrolltica de una celula electroqulmica, estando la membrana interpuesta entre un conducto anodico para la circulation de un flujo anodico, que comprende el fluido reductor, a lo largo de un primer lado de la membrana, y un conducto catodico para la circulacion de un flujo catodico, que comprende el fluido
10 oxidante, a lo largo de un segundo lado de la membrana, comprendiendo la celula electroqulmica unos medios de circulacion de una corriente electrica entre los dos lados de la membrana.
[0002] Esta celula electroqulmica forma parte por ejemplo de un apilamiento de celulas electroqulmicas de un sistema de pila de combustible.
15
[0003] Se conocen unos sistemas de pila de combustible que constan de unos apilamientos de celulas electroqulmicas que comprenden cada una un conducto catodico, un conducto anodico y una membrana electrolltica interpuesta entre los dos conductos. La membrana electrolltica esta destinada a servir de barrera entre un fluido reductor que circula en el conducto anodico y un fluido oxidante que circula en el conducto catodico. La membrana
20 electrolltica esta adaptada no obstante para ser atravesada por unos protones, de forma que se permita la aparicion de una reaction de oxidorreduccion en .la celula electroqulmica entre el fluido reductor y el fluido oxidante.
[0004] Esta reaccion de oxidorreduccion genera una corriente electrica que se recopila en los extremos de cada apilamiento y se utiliza para alimentar una carga.
25
[0005] Resulta no obstante que las membranas electrollticas de las celulas no son por norma general perfectamente estancas al fluido reductor y que esta estanqueidad tiende a disminuir a medida que la membrana envejece. Se ha observado asl, en los sistemas de pila de combustible conocidos que, tras un cierto tiempo de funcionamiento de cada sistema, las membranas electrollticas de ciertas celulas del sistema se volvlan permeables
30 al fluido reductor, lo que ocasionaba un descenso importante de los rendimientos del sistema de pila de combustible. Por ejemplo, para una membrana de intercambio de proton (PEM) de tipo Nafion 112 que tiene un espesor de aproximadamente 50 pm, el nivel de estanqueidad se considera como anormal cuando la corriente denominada de «crossover», es decir la corriente de permeation del hidrogeno del conducto anodico hacia el conducto catodico, se vuelve superior a una corriente equivalente de 1 mA/cm2.
35
[0006] Como norma general, la perdida de estanqueidad de la membrana electrolltica es muy desigual y solo se refiere a ciertas celulas del sistema de pila de combustible. Es conveniente por tanto poder identificar las celulas implicadas, a fin de poder reemplazarlas. A tal efecto, se han desarrollado unos procedimientos de deteccion de fuga, en los que se sigue la tension en los bornes de cada celula del sistema de pila de combustible, de forma que
40 se identifiquen unas bajadas de tension en los bornes de las celulas.
[0007] No obstante, una bajada de tension en los bornes de una celula puede tener otras causas que la sola perdida de estanqueidad de la membrana, como por ejemplo una obstruction fluldica de la celula por acumulacion de agua en el conducto anodico o catodico o un drenaje local de la membrana de la celula o un fenomeno de
45 cortocircuito en los bornes de la celula.
[0008] Por otra parte, una perdida de estanqueidad significativa al nivel de la celula no conduce sistematicamente a una bajada significativa de la tension de celula.
50 [0009] Para suprimir esta ambiguedad, se ha desarrollado un procedimiento de deteccion de fuga en el que el
seguimiento de la tension en los bornes de las celulas del sistema de pila de combustible esta acoplado a una medida de la concentration en fluido reductor en el flujo que sale de un colector catodico de un apilamiento de celulas, recopilando dicho colector los flujos que salen de los conductos catodicos de todas las celulas del apilamiento. Asl, si una bajada de tension en los bornes de una celula del apilamiento se observa al mismo tiempo 55 que un aumento de la concentracion de fluido reductor medido, se deduce que la bajada de tension tiene como origen una perdida de estanqueidad de la membrana electrolltica de la celula.
[0010] Tal procedimiento se conoce a partir del documento US 5 763 113.
[0011] No obstante, este procedimiento no permite identificar reducidas variaciones de la permeabilidad de las membranas de las celulas del apilamiento. Ademas, este procedimiento necesita conservar unos sensores de tension para medir la tension en los bornes de cada celula, lo que vuelve el sistema de pila de combustible costoso y complejo.
5
[0012] Otros procedimientos de detection de una fuga de fluido reductor en un sistema de pila de combustible son conocidos a partir de los documentos JP H11 67255 A y WO 2004/027369 A2.
[0013] Un objetivo de la invention es proponer un procedimiento adaptado para identificar variaciones 10 reducidas de la permeabilidad de la membrana electrolltica. Otro objetivo es que este procedimiento se puede
aplicar en un sistema de pila de combustible simple y economico.
15
20
25
30
[0014] A tal efecto, la invencion tiene como objeto un procedimiento del tipo precitado, que comprende las etapas sucesivas siguientes:
- alimentation de la celula de flujo anodico y catodico, estando el flujo anodico a una primera presion y que circula a un primer caudal en el conducto anodico, estando el flujo catodico a una segunda presion y que circula a un segundo caudal en el conducto catodico y siendo una corriente de una primera intensidad intercambiada entre los dos lados de la membrana,
- variation brusca y controlada de al menos un parametro entre los parametros siguientes:
o presion del flujo anodico en el conducto anodico, o presion del flujo catodico en el conducto catodico, o caudal del flujo anodico en el conducto anodico, o caudal del flujo catodico en el conducto catodico, e
o intensidad de la corriente intercambiada entre los dos lados de la membrana,
- medicion de una primera concentration de fluido reductor en un primer flujo que comprende el flujo catodico que sale del conducto catodico, y
- deduction de la presencia o de la ausencia de una fuga en funcion de la evolution en el tiempo de la primera concentracion de fluido reductor medida.
[0015] Segun unos modos de realization preferidos de la invencion, el procedimiento presenta igualmente una o varias de las caracterlsticas siguientes, tomada(s) aisladamente o segun toda(s) la(s) combinacion(es) tecnicamente posible(s):
35
40
45
50
el primer flujo esta constituido por el flujo catodico que sale del conducto catodico;
la celula electroqulmica forma parte de un apilamiento de una pluralidad de celulas electroqulmicas, siendo recopilado el flujo catodico que sale de cada una de dichas celulas electroqulmicas en un colector catodico comun a las celulas electroqulmicas, siendo el primer flujo un flujo que circula en un primer punto de medicion de dicho colector catodico;
dicho procedimiento de deteccion comprende las etapas suplementarias siguientes:
o medicion de una segunda concentracion de fluido reductor en un segundo flujo que circula en un segundo punto de medicion del colector catodico, o comparacion de la primera y segunda concentracion de fluido reductor medidas una a otra, y o localization de la fuga entre las celulas del apilamiento en funcion de la variacion en el tiempo una
con respecto a otra de dichas primera y segunda concentraciones medidas. el segundo punto de medicion esta dispuesto mas arriba de la celula en la que se detecta la fuga, segun un sentido de circulation de fluido en el colector catodico;
el apilamiento de celulas electroqulmicas forma parte de un sistema de pila de combustible que comprende el apilamiento, una valvula multivlas y un sensor dihidrogeno, comprendiendo el procedimiento las etapas suplementarias siguientes:
o puesta en comunicacion fluldica de una primera via de entrada de la valvula multivlas, conectada fluldicamente al primer punto de medicion, con una via de salida de la valvula multivlas, conectada fluldicamente al sensor de dihidrogeno, despues o medicion de la primera concentracion de fluido reductor por el sensor de dihidrogeno. dicho procedimiento de deteccion comprende las etapas suplementarias siguientes:
o puesta en comunicacion fluldica de una segunda via de entrada de la valvula multivlas, conectada fluldicamente al segundo punto de medicion, con la via de salida de la valvula multivlas, despues o medicion de la segunda concentracion de fluido reductor por el sensor de dihidrogeno. el sistema de pila de combustible comprende un segundo apilamiento de celulas electroqulmicas,
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
comprendiendo el procedimiento las etapas suplementarias siguientes:
o puesta en comunicacion fluldica de una tercera via de entrada de la valvula multivlas, conectada fluldicamente a un colector catodico del segundo apilamiento, con la via de salida de la valvula multivlas, despues
o medicion, por el sensor de dihidrogeno, de una tercera concentracion de fluido reductor en un tercer flujo que circula en el colector catodico del segundo apilamiento;
- la variacion brusca del caudal del flujo catodico en el conducto catodico se obtiene por reinyeccion de una parte del flujo catodico que sale en entrada del conducto catodico;
- durante la etapa de variacion brusca, al menos dos de los parametros varlan simultaneamente o secuencialmente.
[0016] La invencion tiene igualmente como objeto un sistema de pila de combustible, que comprende al menos una celula electroqulmica, comprendiendo la o cada celula electroqulmica:
- una membrana electrolltica,
- un conducto anodico para la circulacion de un flujo anodico, que comprende un fluido reductor, a lo largo de un primer lado de la membrana,
- un conducto catodico para la circulacion de un flujo catodico, que comprende el fluido oxidante, a lo largo de un segundo lado de la membrana,
- unos medios de circulacion de una corriente electrica entre los dos lados de la membrana,
- unos medios de alimentacion de la o cada celula de flujo anodico y catodico, estando el flujo anodico a una
primera presion y circulando a un primer caudal en el conducto anodico, circulando el flujo catodico a un
segundo caudal en el conducto catodico,
- unos medios de control de al menos un parametro entre los parametros siguientes:
o presion del flujo anodico en el conducto anodico de la o cada celula,
o presion del flujo catodico en el conducto catodico de la o cada celula,
o caudal del flujo anodico en el conducto anodico de la o cada celula,
o caudal del flujo catodico en el conducto catodico de la o cada celula, e
o intensidad de la corriente intercambiada entre los dos lados de la membrana de la o cada celula,
- al menos un sensor, para medir una primera concentracion de fluido reductor en un primer flujo que
comprende el flujo catodico que sale del conducto catodico de la o de al menos una de las celula(s)
electroqulmica(s), y
- unos medios de deteccion de una fuga de fluido reductor a traves de la membrana electrolltica de la o de una de las celula(s) electroqulmica(s), en funcion de la evolucion en el tiempo de la primera concentracion de fluido reductor medida.
[0017] Segun unos modos de realizacion preferidos de la invencion, el sistema de pila de combustible presenta igualmente una o varias de las caracterlsticas siguientes, tomada(s) aisladamente o segun toda(s) la(s) combinacion(es) tecnicamente posible(s):
- dicho sistema de pila de combustible comprende una pluralidad de celulas electroqulmicas reagrupadas en el seno de un primer apilamiento, comprendiendo dicho primer apilamiento un primer colector catodico, para recopilar el flujo catodico que sale del conducto catodico de cada celula electroqulmica del apilamiento, siendo el primer flujo un flujo que circula en un primer punto de medicion de dicho colector catodico;
- dicho sistema de pila de combustible comprende una valvula multivlas para poner el sensor en comunicacion fluldica selectivamente con el primer punto de medicion o con un segundo punto de medicion del primer colector catodico;
- dicho sistema de pila de combustible comprende un segundo apilamiento de celulas electroqulmicas con un segundo colector catodico y una valvula multivlas para poner el sensor en comunicacion fluldica selectivamente con el primer punto de medicion o con un tercer punto de medicion del segundo colector catodico; y
- dicho sistema de pila de combustible comprende un dispositivo de reinyeccion de una parte del flujo catodico que sale de la o cada celula electroqulmica en entrada del conducto catodico de la o cada celula electroqulmica.
[0018] Otras caracterlsticas y ventajas de la invencion se mostraran con la lectura de la descripcion que aparece a continuacion, dada unicamente a tltulo de ejemplo y realizada en referencia a los dibujos anexos, en los que:
10
15
20
- la figura 1 es una vista esquematica en seccion de un sistema de pila de combustible segun una primera variante de la invencion,
- la figura 2 es una vista esquematica en seccion de una celula electroqulmica del sistema de la figura 1, en la que se materializa por la referencia I el plano de seccion de la figura 1,
- la figura 3 es una vista esquematica en seccion de un sistema de pila de combustible segun una segunda version de la invencion,
- la figura 4 es una vista esquematica en seccion de un sistema de pila de combustible segun una tercera version de la invencion,
- la figura 5 es una vista esquematica en seccion de un sistema de pila de combustible segun una cuarta version de la invencion,
- la figura 6 es un grafico que representa las evoluciones en el tiempo de un caudal de flujo anodico en un apilamiento de celulas del sistema de la figura 3 y una concentracion de fluido reductor medida, y
- la figura 7 es un grafico que ilustra las evoluciones en el tiempo de cuatro concentraciones de fluido reductor medidas.
[0019] El sistema de pila de combustible 12, representado en las figuras 1, 3, 4 y 5, esta adaptado para producir una corriente electrica por una reaccion de oxidorreduccion entre un fluido oxidante y un fluido reductor. A tal efecto, comprende dos apilamientos 14A, 14B de celulas electroqulmicas 15, apiladas segun una direccion longitudinal de apilamiento.
[0020] Se observara que este numero de dos apilamientos 14A, 14B es simplemente arbitrario, y que el sistema de pila de combustible 12 puede comprender un numero cualquiera de apilamientos 14A, 14B, sin salir del marco de la invencion.
25 [0021] Del mismo modo, aunque, en el ejemplo representado, cada apilamiento 14A, 14B comprende cinco
celulas 15, este numero es simplemente arbitrario. Como variante, el numero de celulas 15 por apilamiento 14A, 14B es inferior o superior a cinco.
[0022] Cada celula 15 comprende un ensamblaje membrana-electrodo 16 intercalado segun la direccion 30 longitudinal entre una placa conductora anodica 18 y una placa conductora catodica 20.
[0023] El ensamblaje membrana-electrodo 16 comprende una membrana 22 electrolltica intercalada segun la direccion longitudinal entre un anodo 24a y un catodo 24b.
35 [0024] La membrana 22 separa los fluidos oxidante y reductor.
[0025] La membrana 22 es generalmente una membrana conductora de protones, adaptada para dejar solo que los protones la atraviesen. En particular, la membrana 22 forma una barrera a los electrones libres. Asl, alsla electricamente el anodo 24a del catodo 24b y la placa anodica 18 de la placa catodica 20.
40
[0026] La membrana 22 es tlpicamente de material pollmero.
[0027] El anodo 24a y el catodo 24b comprenden cada uno un catalizador, tlpicamente platino o una aleacion de platino, para facilitar la reaccion. Estan dispuestos al nivel uno de otro a ambos lados de la membrana 22 y
45 definen juntos una zona activa de la celula 15 donde se produce la reaccion de oxidorreduccion electroqulmica.
[0028] La placa anodica 18 delimita un conducto anodico 30 para la circulacion de un flujo anodico, que comprende el fluido reductor, a lo largo del anodo 24a y en contacto con este. Para ello, la placa 18 esta equipada al menos con un canal proporcionado en la cara de la placa 18 girada hacia el ensamblaje membrana-electrodo 16 y
50 cerrado por dicho ensamblaje membrana electrodo 16. La placa anodica 18 esta formada por un material conductor electricamente, tlpicamente un compuesto constituido por pollmero con carga de grafito. El fluido reductor es por ejemplo dihidrogeno.
[0029] La placa catodica 20 delimita un conducto catodico 32 para la circulacion de un flujo catodico que 55 comprende el fluido oxidante a lo largo del catodo 24b y en contacto con este. Para ello, la placa 20 esta equipada
con al menos un canal proporcionado en la cara de la placa 20 girada hacia el ensamblaje membrana-electrodo 16 y cerrado por dicho ensamblaje membrana electrodo 16. La placa catodica 20 esta formada por un material conductor electricamente, tlpicamente un compuesto constituido por pollmero con carga de grafito. El fluido oxidante es por ejemplo dioxlgeno.
[0030] El anodo 24a esta en contacto electrico con la placa anodica 18. El catodo 24b esta en contacto electrico con la placa catodica 20. Esta al nivel del anodo 24a donde tiene lugar la oxidacion del fluido reductor y donde se generan los electrones y los protones. Los electrones transitan a continuacion a traves de la placa anodica
5 18 hacia el catodo 24b de una celula 15 cercana, para participar en la reduccion del fluido oxidante en la celula 15 cercana.
[0031] En cada apilamiento 14A, 14B, la placa anodica 18 de cada celula 15 del apilamiento 14A, 14B esta en contacto con la placa catodica 20 de la celula 15 cercana. Las placas conductoras 18, 20 aseguran as! la
10 transferencia de los electrones del fluido reductor que circulan en una de las celulas 15 del apilamiento 14A, 14B hacia el fluido oxidante que circula en otra celula 15 del apilamiento 14A, 14B. De preferencia, un canal (no representado) para la circulacion de un fluido de refrigeracion esta formado en la interfaz entre las placas anodica 18 y catodica 20.
15 [0032] Como variante, las placas anodica 18 y catodica 20 de dos celulas 15 cercanas al apilamiento 14A,
14B que forman parte y forman juntas una placa bipolar.
[0033] La celula 15 comprende ademas unas juntas 34, 36 para asegurar la estanqueidad entre las placas
conductoras 18, 20 por una parte y el ensamblaje membrana-electrodo 16 por otra parte. Una primera junta 34 esta 20 interpuesta segun la direccion longitudinal entre la placa conductora anodica 18 y la membrana 22 y una segunda junta 36 esta interpuesta segun la direccion longitudinal entre la placa conductora catodica 20 y la membrana 22, al nivel de la primera junta 34. Cada junta, respectivamente 34, 36, se extiende alrededor del anodo 24a, respectivamente del catodo 24b.
25 [0034] Las celulas 15 se mantienen apiladas gracias a unas placas de sujecion (no representadas)
dispuestas en los extremos longitudinales del apilamiento 14A, 14B. Unos pernos de sujecion (no representados) ejercen una fuerza de sujecion sobre estas placas para mantenerlas en compresion contra las celulas 15.
[0035] El conducto catodico 32 de cada celula 15 de cada apilamiento 14A, 14B desemboca en un colector 30 catodico de salida 40 del apilamiento 14A, 14B. El colector catodico de salida 40 esta adaptado para recopilar el flujo
catodico que sale de cada celula 15 del apilamiento 14A, 14B.
[0036] El colector catodico de salida 40 se extiende segun la direccion longitudinal del apilamiento 14A, 14B. Se cierra en un extremo longitudinal 42 y desemboca por un extremo longitudinal opuesto 44 en un conducto 46 de
35 evacuacion de los flujos catodicos que salen fuera del apilamiento 14A, 14B.
[0037] El conducto de evacuacion 46 conecta fluldicamente el colector catodico de salida 40 con un respiradero 48. En el ejemplo representado, el respiradero 48 es comun para los dos apilamientos 14A, 14B.
40 [0038] El sistema de pila de combustible 12 comprende igualmente una fuente 49A de alimentacion de cada
celula 15 en fluido reductor, una valvula 49B de regulacion del caudal y de la presion de alimentacion de fluido reductor, una fuente 50 de alimentacion de cada celula 15 de fluido oxidante y una valvula 51 de regulacion del caudal y de la presion de alimentacion de fluido oxidante.
45 [0039] La fuente de alimentacion 49A es tlpicamente un deposito de fluido reductor.
[0040] La fuente de alimentacion 50 es tlpicamente un compresor de aire o un deposito de fluido oxidante.
[0041] El sistema de pila de combustible 12 comprende igualmente dos conductos 52 de alimentacion de 50 fluido oxidante, apropiado cada uno para un apilamiento 14A, 14B respectivo. Cada conducto de alimentacion 52
conecta fluldicamente la fuente de alimentacion 50 con un colector catodico de entrada 53 (figura 2) del apilamiento 14A, 14B respectivo.
[0042] El colector catodico de entrada 53 comunica fluldicamente con el conducto catodico 32 de cada celula 55 15 de apilamiento 14A, 14B y esta adaptado para alimentar dicho conducto catodico 32 de fluido oxidante.
[0043] El sistema de pila de combustible 12 comprende ademas un dispositivo 54 de recirculacion del flujo catodico. El dispositivo 54 esta adaptado para extraer una parte del flujo catodico en salida de cada apilamiento 14A, 14B y para volver a inyectarlo en entrada de cada apilamiento 14A, 14B.
[0044] A tal efecto, el dispositivo de reinyeccion 54 comprende un conducto de reinyeccion 56, que conecta fluldicamente el respiradero 48 con cada conducto de alimentacion 52 y una bomba 57, para forzar la circulacion de un fluido en el conducto 56 desde el respiradero 48 hacia cada conducto de alimentacion 52.
5
[0045] Se observara que, en la figura 5, una parte del dispositivo de reinyeccion 54 se ha omitido por razones de claridad.
[0046] Los apilamientos 14A, 14B se conectan electricamente en serie uno a otro por medio de una primera 10 conexion electrica 58. Una segunda conexion electrica 59A conecta electricamente los apilamientos 14A, 14B a una
carga 59B. Un interruptor 59C, en la llnea 59A, esta adaptado para conectar o desconectar selectivamente la carga 59B de los apilamientos 14A, 14B.
[0047] El sistema de pila de combustible 12 esta adaptado para generar una corriente nominal de carga en la 15 segunda conexion electrica 59A cuando:
20
el interruptor 59C esta cerrado,
la presion del flujo catodico en cada conducto catodico 32 es igual a una presion catodica nominal, la presion del flujo anodico en cada conducto anodico 30 es igual a una presion anodica nominal, el caudal del flujo catodico en cada conducto catodico 32 es igual a un caudal catodico nominal, y el caudal del flujo anodico en cada conducto anodico 30 es igual a un caudal anodico nominal.
[0048] El sistema de pila de combustible 12 comprende por ultimo un primer sensor 60 (figura 2), para medir
una primera concentracion C1 en fluido reductor en un primer flujo que comprende el flujo catodico que sale de al 25 menos una celula 15 del sistema 12.
[0049] El primer sensor 60 esta adaptado para comunicar con un modulo 61 de deteccion de fuga, adaptado para deducir la presencia de una fuga en una celula 15 del sistema 12, cuando la primera concentracion C1 supera una concentracion umbral.
30
[0050] En la primera version representada en las figuras 1 y 2, el primer flujo esta constituido por el flujo catodico que sale de una celula 15 del sistema 12.
[0051] A tal efecto, dicha celula 15 comprende, en referencia a la figura 2, un conducto 62 de 35 contorneamiento catodico, en derivation del conducto catodico 32. El conducto de contorneamiento 62 conecta as!
fluldicamente el colector de entrada 51 al colector de salida 40, sin atravesar la zona activa de la celula 15. El fluido oxidante que circula en este conducto 62 no se reduce.
[0052] El conducto de contorneamiento 62 esta adaptado para que el fluido que circula en el interior tenga un 40 caudal mas reducido que el fluido que circula en el conducto catodico 32.
[0053] El primer sensor 60 comprende un primer electrodo 64, dispuesto en el conducto de contorneamiento 62, y un segundo electrodo 66, dispuesto en una zona 68 de conexion del conducto catodico 32 al colector de salida 40. Comprende igualmente una resistencia 70, conectada electricamente, por un borne, al primer electrodo 64 y, por
45 el otro de sus bornes, al segundo electrodo 66. Comprende por ultimo un voltlmetro 72, para medir una tension en los bornes de la resistencia 70 y un modulo 74 de deduction de la concentracion C1 en funcion de la tension medida por el voltlmetro 72.
[0054] Siempre en esta primera variante, cada celula adicional 15 del sistema de pila de combustible 12 50 comprende igualmente un conducto de contorneamiento catodico similar al conducto de contorneamiento catodico
62, y un sensor, identico al primer sensor 60, esta asociado a cada una de estas celulas adicionales 15 para medir una concentracion de fluido reductor en el flujo catodico que sale de dicha celula 15.
[0055] El primer sensor 60 y los otros sensores estan adaptados para comunicar con el modulo de deteccion 55 de fuga 61, que esta adaptado para deducir la presencia de una fuga en una celula 15 del sistema 12 cuando la
concentracion de fluido reductor medida por el sensor asociado a dicha celula 15 supera una concentracion umbral.
[0056] Asl, es posible detectar para cada celula 15 si una elevation anormal de la concentracion de fluido reductor en el flujo catodico que sale de dicha celula 15 se produce. Se puede identificar por tanto facilmente una
perdida de estanqueidad de la membrana 22 de una celula 15 y garantizar un seguimiento muy preciso del envejecimiento de la membrana 22 de cada celula 15.
[0057] No obstante, tal solucion es costosa, en la medida en que necesita integrar un sensor en cada celula 5 15 de cada apilamiento 14A, 14B. Ademas, tal solucion es compleja, en la medida en que necesita gestionar un gran
numero de sensores de fluido reductor para la supervision de las celulas 15.
[0058] En las segunda, tercera y cuarta variantes, representadas en las figuras de 3 a 5, el primer flujo es un flujo que circula en un primer punto de medicion del colector catodico de salida 40 del primero 14A de los
10 apilamientos 14A, 14B, estando constituido este primer punto de medicion por el extremo pasante 44 del colector catodico de salida 40. El primer flujo es por tanto el flujo que sale del colector catodico de salida 40.
[0059] En las segunda y tercera variantes, representadas en las figuras 3 y 4, el sistema de pila de combustible 12 comprende igualmente un segundo sensor 80, para medir una segunda concentracion C2 de fluido
15 reductor, en un segundo flujo que comprende el flujo catodico que sale de al menos una celula 15 del segundo apilamiento 14B. El segundo flujo es en particular un flujo que circula en un primer punto de medicion del colector catodico de salida 40 del segundo apilamiento 14B, siendo dicho primer punto de medicion el extremo pasante 44 de dicho colector catodico de salida 40. El segundo flujo es as! el flujo que sale del segundo colector catodico de salida 40 del segundo apilamiento 14B.
20
[0060] El segundo sensor 80 esta adaptado igualmente para comunicar con el modulo de deteccion 61.
[0061] En la segunda variante, representada en la figura 3, el primer sensor 60 esta adaptado para medir exclusivamente la primera concentracion C1, y el segundo sensor 80 esta adaptado para medir exclusivamente la
25 segunda concentracion C2.
[0062] El modulo de deteccion 61 esta adaptado para comparar la primera concentracion C1 con la segunda concentracion C2, y para deducir la presencia de una fuga en uno de los apilamientos 14A, 14B cuando se verifica una de las condiciones siguientes:
30
- la diferencia entre las concentraciones C1 y C2 supera un umbral predeterminado, o
- la derivada con respecto al tiempo de la diferencia entre las concentraciones C1 y C2 supera un umbral predeterminado.
35 [0063] El modulo de deteccion 61 esta adaptado para localizar la fuga en el apilamiento 14A, 14B asociado al
sensor 60, 80 habiendo medido la concentracion C1, C2 mas elevada o presentando la derivada con respecto al tiempo de mayor tamano.
[0064] El modulo de deteccion 61 esta adaptado igualmente para localizar la fuga entre las celulas 15 de 40 dicho apilamiento 14A, 14B en funcion de un retraso entre un instante t0 (figura 6) de variacion brusca de un
parametro entre los parametros siguientes:
- presion del flujo anodico en el conducto anodico 30 de la o cada celula 15,
- presion del flujo catodico en el conducto catodico 32 de la o cada celula 15,
45 - caudal del flujo anodico en el conducto anodico 30 de la o cada celula 15,
- caudal del flujo catodico en el conducto catodico 32 de la o cada celula 15, e
- intensidad de la corriente intercambiada entre los dos lados de la membrana 22 de la o cada celula 15,
y un instante ti (figura 6) de variacion significativa de la concentracion C1, C2 medida.
50
[0065] Por «variacion brusca», se entiende que, en una duracion superior o igual a 1 segundo, la derivada con respecto al tiempo del parametro considerado es superior a:
- 10 mbar por segundo y, de preferencia, superior a 100 mbar por segundo o al 1% de la presion anodica
55 nominal por segundo, para la presion del flujo anodico
- 10 mbar por segundo y, de preferencia, superior a 100 mbar por segundo o al 1% de la presion catodica nominal por segundo, para la presion del flujo catodico,
- 1% del caudal anodico nominal por segundo, para el caudal del flujo anodico,
- 1% del caudal catodico nominal por segundo, para el caudal del flujo catodico, y
- 1% de la corriente nominal de carga por segundo, para la intensidad de la corriente.
[0066] Por «variacion significativa», se comprende que la derivada con respecto al tiempo de la concentracion C1, C2 medida es superior a 40 ppm por segundo, lo que representa el 0,5% del limite de
5 inflamabilidad del hidrogeno en el oxigeno.
[0067] En la tercera variante, representada en la figura 4, el primer sensor 60 esta adaptado para medir una tercera concentracion C3 de fluido reductor, en un tercer flujo que circula en un segundo punto de medicion 82 del colector catodico de salida 40 del primer apilamiento 14A, y el segundo sensor 80 esta adaptado para medir una
10 cuarta concentracion C4 de fluido reductor, en un cuarto flujo que circula en un segundo punto de medicion del colector catodico de salida 40 del segundo apilamiento 14B.
[0068] Cada segundo punto de medicion 82 esta mas arriba del primer punto de medicion correspondiente, segun un sentido de circulacion de fluido en el colector catodico de salida 40 asociado. Cada segundo punto de
15 medicion 82 esta dispuesto en particular a casi media distancia de los extremos longitudinales del apilamiento 14A, 14B, de modo que haya el mismo numero de celulas 15 del apilamiento 14A, 14B cuyo conducto catodico 32 desemboca en el colector catodico de salida 40 mas arriba y mas abajo del segundo punto de medicion 82.
[0069] A tal efecto, el sistema de pila de combustible 12 comprende dos valvulas multivias 84, 86. Una
20 primera 84 de las valvulas multivias 84, 86 comprende una primera entrada 88A conectada fluidicamente al primer punto de medicion del apilamiento 14A, una segunda entrada 88B conectada fluidicamente al segundo punto de medicion 82 del apilamiento 14A y una salida 88C conectada fluidicamente al sensor 60. Una segunda 86 de las valvulas multivias 84, 86 comprende una primera entrada 90A conectada fluidicamente al primer punto de medicion del apilamiento 14B, una segunda entrada 90B conectada fluidicamente al segundo punto de medicion 82 del 25 apilamiento 14B y una salida 90C conectada fluidicamente al sensor 80.
[0070] El modulo de deteccion 61 esta adaptado para comparar las concentraciones C1, C2, C3, C4 unas a
otras y para deducir la presencia de una fuga en uno de los apilamientos 14A, 14B cuando se verifica una de las condiciones siguientes:
30
- la diferencia entre dos de las concentraciones C1, C2, C3, C4 supera un umbral predeterminado, o
- la derivada con respecto al tiempo de la diferencia entre dos concentraciones C1, C2, C3, C4 supera un umbral predeterminado.
35 [0071] El modulo de deteccion 61 esta adaptado para localizar la fuga en:
40
45
la mitad anterior del primer apilamiento 14A, si la diferencia entre las concentraciones C3 y C1 supera un umbral predeterminado o si la derivada con respecto al tiempo de dicha diferencia supera un umbral predeterminado, siendo la concentracion C3 la mas elevada,
la mitad posterior del primer apilamiento 14A, si la diferencia entre las concentraciones C1 y C3 supera un umbral predeterminado o si la derivada con respecto al tiempo de dicha diferencia supera un umbral predeterminado, siendo la concentracion C1 la mas elevada,
la mitad anterior del segundo apilamiento 14B, si la diferencia entre las concentraciones C4 y C2 supera un umbral predeterminado o si la derivada con respecto al tiempo de dicha diferencia supera un umbral predeterminado, siendo la concentracion C4 la mas elevada,
la mitad posterior del segundo apilamiento 14B, si la diferencia entre las concentraciones C2 y C4 supera un umbral predeterminado o si la derivada con respecto al tiempo de dicha diferencia supera un umbral predeterminado, siendo la concentracion C2 la mas elevada.
50 [0072] El modulo de deteccion 61 esta adaptado para localizar la fuga entre las celulas 15 de la mitad de
apilamiento identificada en funcion de un retraso entre un instante t0 (figura 6) de variation brusca de un parametro entre los parametros siguientes:
- presion del flujo anodico en el conducto anodico 30 de la o cada celula 15,
55 - presion del flujo catodico en el conducto catodico 32 de la o cada celula 15,
- caudal del flujo anodico en el conducto anodico 30 de la o cada celula 15,
- caudal del flujo catodico en el conducto catodico 32 de la o cada celula 15, e
- intensidad de la corriente intercambiada entre los dos lados de la membrana 22 de la o cada celula 15,
y un instante ti (figura 6) de variacion significativa de la concentracion:
- C1, si la fuga se ha detectado como situada en la mitad posterior del primer apilamiento 14A,
- C2, si la fuga se ha detectado como situada en la mitad posterior del segundo apilamiento 14B,
5 - C3, si la fuga se ha detectado como situada en la mitad anterior del primer apilamiento 14A, y
- C4, si la fuga se ha detectado como situada en la mitad anterior del segundo apilamiento 14B.
[0073] En la cuarta variante, representada en la figura 5, el sensor 60 esta adaptado para medir las concentraciones C2, C3 y C4, ademas de la concentracion Ci. A tal efecto, el sistema de pila de combustible 12
10 comprende una valvula multivlas 92, que comprende:
- una primera entrada 94A, conectada fluldicamente al primer punto de medicion del apilamiento 14A,
- una segunda entrada 94B conectada fluldicamente al segundo punto de medicion 82 del apilamiento 14A,
- una tercera entrada 94C conectada fluldicamente al primer punto de medicion 82 del apilamiento 14B,
15 - una cuarta entrada 94D conectada fluldicamente al segundo punto de medicion 82 del apilamiento 14B, y
- una salida 94E conectada fluldicamente al sensor 60.
[0074] La valvula multivlas 92 esta programada para conectar sucesivamente cada entrada 94A, 94B, 94C, 94D en la salida 94E, en unos intervalos de tiempo constantes.
20
[0075] El modulo de deteccion 61 esta adaptado para comparar las concentraciones Ci, C2, C3, C4 unas a otras y para deducir la presencia de una fuga en uno de los apilamientos 14A, 14B cuando se verifica una se las condiciones siguientes:
25
la diferencia entre dos de las concentraciones C1, C2, C3, C4 supera un umbral predeterminado, o la derivada con respecto al tiempo de la diferencia entre dos de las concentraciones C1, C2, C3, C4 supera un umbral predeterminado.
[0076]
30
35
40
El modulo de deteccion 61 esta adaptado para localizar la fuga en:
la mitad anterior del primer apilamiento 14A, si la diferencia entre las concentraciones C3 y C1 supera un umbral predeterminado o si la derivada con respecto al tiempo de dicha diferencia supera un umbral predeterminado, siendo la concentracion C3 la mas elevada,
la mitad posterior del primer apilamiento 14A, si la diferencia entre las concentraciones C1 y C3 supera un umbral predeterminado o si la derivada con respecto al tiempo de dicha diferencia supera un umbral predeterminado, siendo la concentracion C1 la mas elevada,
la mitad anterior del segundo apilamiento 14B, si la diferencia entre las concentraciones C4 y C2 supera un umbral predeterminado o si la derivada con respecto al tiempo de dicha diferencia supera un umbral predeterminado, siendo la concentracion C4 la mas elevada, o
la mitad posterior del segundo apilamiento 14B, si la diferencia entre las concentraciones C2 y C4 supera un umbral predeterminado o si la derivada con respecto al tiempo de dicha diferencia supera un umbral predeterminado, siendo la concentracion C2 la mas elevada.
[0077] El modulo de deteccion 61 esta adaptado para localizar la celula que presenta la fuga entre las celulas
45 15 de la mitad de apilamiento identificada en funcion de un retraso entre un instante to (figura 6) de variacion brusca de un parametro entre los parametros siguientes:
- presion del flujo anodico en el conducto anodico 30 de la o cada celula 15,
- presion del flujo catodico en el conducto catodico 32 de la o cada celula 15,
50 - caudal del flujo anodico en el conducto anodico 30 de la o cada celula 15,
- caudal del flujo catodico en el conducto catodico 32 de la o cada celula 15, e
- intensidad de la corriente intercambiada entre los dos lados de la membrana 22 de la o cada celula 15,
y un instante ti (figura 6) de variacion significativa de la concentracion:
55
- C1, si la fuga se ha detectado como situada en la mitad posterior del primer apilamiento 14A,
- C2, si la fuga se ha detectado como situada en la mitad posterior del segundo apilamiento 14B,
- C3, si la fuga se ha detectado como situada en la mitad anterior del primer apilamiento 14A, y
- C4, si la fuga se ha detectado como situada en la mitad anterior del segundo apilamiento 14B.
[0078] Un procedimiento de detection de fuga por medio del sistema de pila de combustible 12 segun la
cuarta variante se va a describir ahora, con respecto a las figuras de 5 a 7.
5 [0079] Segun este procedimiento, los apilamientos 14A, 14B estan alimentados de flujo catodico y de flujo
anodico. Para cada celula 15 de cada apilamiento 14A, 14B:
- el flujo anodico circula a un primer caudal en el conducto anodico 30, a una primera presion,
- el flujo catodico circula a un segundo caudal en el conducto catodico 32, a una segunda presion, y
10 - una corriente de una primera intensidad se intercambia entre los dos lados de la membrana 22, siendo
dicha primera intensidad superior o igual a cero.
[0080] En una primera etapa de supervision del sistema de pila de combustible 12, el sensor 60 mide las concentraciones C1, C2, C3, C4 en los puntos de mediciones correspondientes. Para ello, la valvula multivlas 92
15 conecta sucesivamente cada entrada 94A, 94B, 94C, 94D a la salida 94E, en unos intervalos de tiempos constantes.
[0081] El modulo de deteccion 61 determina la evolution en el tiempo de cada concentration C1, C2, C3, C4 as! como las diferencias entre estas concentraciones de dos en dos.
20 [0082] El modulo de deteccion 61 determina la presencia de una fuga en uno de los apilamientos 14A, 14B
cuando se verifica una de las condiciones siguientes:
- la diferencia entre dos de las concentraciones C1, C2, C3, C4 supera un umbral predeterminado, o
- la derivada con respecto al tiempo de la diferencia entre dos concentraciones C1, C2, C3, C4 supera un
25 umbral predeterminado.
[0083] Cuando se detecta as! una fuga, una segunda etapa de localization de la fuga es consecuencia de la
primera etapa de supervision. Durante esta segunda etapa, el modulo de deteccion 61 localiza la mitad de apilamiento en la que se localiza la fuga en funcion de la de las condiciones enunciadas mas arriba que se ha 30 verificado. El modulo de deteccion localiza la fuga en:
35
40
la mitad anterior del primer apilamiento 14A, si la diferencia entre las concentraciones C3 y C1 supera un umbral predeterminado o si la derivada con respecto al tiempo de dicha diferencia supera un umbral predeterminado, siendo la concentracion C3 la mas elevada,
la mitad posterior del primer apilamiento 14A, si la diferencia entre las concentraciones C1 y C3 supera un umbral predeterminado o si la derivada con respecto al tiempo de dicha diferencia supera un umbral predeterminado, siendo la concentracion C1 la mas elevada,
la mitad anterior del segundo apilamiento 14B, si la diferencia entre las concentraciones C4 y C2 supera un umbral predeterminado o si la derivada con respecto al tiempo de dicha diferencia supera un umbral predeterminado, siendo la concentracion C4 la mas elevada, o
la mitad posterior del segundo apilamiento 14B, si la diferencia entre las concentraciones C2 y C4 supera un umbral predeterminado o si la derivada con respecto al tiempo de dicha diferencia supera un umbral predeterminado, siendo la concentracion C2 la mas elevada.
45 [0084] En el ejemplo representado en la figura 7, en un primer instante de medicion n, las concentraciones
C1, C2, C3, C4 son todas casi iguales. El modulo de deteccion 61 concluye por tanto con la ausencia de fuga en el instante T1. No obstante, en un segundo instante de medicion T2, se observa que la diferencia entre las concentraciones C1 y C3 es superior a un umbral predeterminado S1-3, siendo la concentracion C1 la mas elevada, mientras que la diferencia entre las concentraciones C3 y C4 es inferior a un umbral predeterminado S3-4, y la 50 diferencia entre las concentraciones C2 y C4 es inferior a un umbral predeterminado S2-4. El modulo de deteccion 61 concluye por tanto con la presencia de una fuga en la mitad posterior del primer apilamiento 14A.
[0085] En la segunda etapa de localizacion de la fuga, continua una tercera etapa de identification de la
celula 15 fuyarde. Durante esta etapa, la valvula multivlas 92 conecta fluldicamente al sensor 60 el punto de 55 medicion que corresponde a la mitad de apilamiento en la que se ha localizado la fuga, para medir la concentracion interesante de forma continua y localizar individualmente la celula 15 que presenta la fuga.
[0086] En particular, la valvula multivla 92 conecta al sensor 60:
- el segundo punto de medicion del primer apilamiento 14A si la fuga esta localizada en la mitad anterior del primer apilamiento 14A, para medir la concentracion C3,
- el primer punto de medicion del primer apilamiento 14A si la fuga esta localizada en la mitad posterior del primer apilamiento 14A, para medir la concentracion Ci,
5 - el segundo punto de medicion del segundo apilamiento 14B si la fuga esta localizada en la mitad anterior
del segundo apilamiento 14B, para medir la concentracion C4, y
- el primer punto de medicion del segundo apilamiento 14B si la fuga esta localizada en la mitad posterior del segundo apilamiento 14B, para medir la concentracion C2.
10 [0087] En el ejemplo mencionado, la valvula multivla 92 conecta por tanto el sensor 60 al primer punto de
medicion del primer apilamiento 14A.
[0088] Despues se hace variar de manera brusca y controlada, en el apilamiento en el que se ha detectado la
fuga (es decir, en el ejemplo mencionado, el primer apilamiento 14A), en un instante to, al menos un parametro entre 15 los parametros siguientes:
20
presion del flujo anodico en el conducto anodico 30 de la o cada celula 15, presion del flujo catodico en el conducto catodico 32 de la o cada celula 15, caudal del flujo anodico en el conducto anodico 30 de la o cada celula 15,
caudal del flujo catodico en el conducto catodico 32 de la o cada celula 15; a tal efecto, la bomba de recirculacion 57 se activa por ejemplo; e
intensidad de la corriente intercambiada entre los dos lados de la membrana 22 de la o cada celula 15.
[0089] De preferencia, se hacen variar simultaneamente o secuencialmente al menos dos parametros entre
25 los parametros anteriores.
[0090] En el ejemplo representado en la figura 6, es el caudal del flujo anodico el que varla. En referencia a
esta figura, el modulo de detection 61 identifica la celula que presenta la fuga entre las celulas 15 de la mitad de apilamiento identificada en funcion de un retraso entre el instante to y un instante t1 de variation significativa de la 30 concentracion interesante, a saber:
35
C1, si la fuga se ha detectado como situada en la mitad posterior del primer apilamiento 14A,
C2, si la fuga se ha detectado como situada en la mitad posterior del segundo apilamiento 14B,
C3, si la fuga se ha detectado como situada en la mitad anterior del primer apilamiento 14A, y
C4, si la fuga se ha detectado como situada en la mitad anterior del segundo apilamiento 14B.
[0091] Asl, si el instante t1 es proximo al instante to, el modulo de deteccion 61 identifica la celula 15 fuyarde
como proxima al extremo anterior del apilamiento 14A, 14B, y si el instante ti esta alejado del instante to, el modulo de deteccion 61 identifica la celula 15 fuyarde como proxima al extremo posterior del apilamiento 14A, 14B. El 40 experto en la materia sabra calibrar el modulo de deteccion 61 de forma que identifique de forma precisa la celula 15 referida por la fuga en funcion del retraso observado entre los instantes to y t1.
[0092] Se observara que este procedimiento es facilmente adaptable al sistema de pila de combustible segun
la tercera version de la invention, ilustrado en la figura 4. A tal efecto, la etapa de supervision se modifica 45 simplemente de forma que la valvula 84 conecte sucesivamente cada entrada 88A, 88B a la salida 88C, en unos intervalos de tiempo constantes, para que el primer sensor 60 mida las primera y tercera concentraciones C1, C3 y la valvula 88 conecte sucesivamente cada entrada 90A, 90B a la salida 90C, en unos intervalos de tiempos constantes, para que el segundo sensor 80 mida las segunda y cuarta concentraciones C2, C4, y la etapa de identification de la celula 15 fuyarde se modifica simplemente de forma que la valvula, respectivamente 84, 86, correspondiente al 50 apilamiento, respectivamente 14A, 14B, en la que la fuga se ha localizado conecta fluldicamente al sensor asociado, respectivamente 60, 80, el punto de medicion que corresponde a la mitad de apilamiento en la se ha localizado la fuga.
[0093] El procedimiento es de igual modo facilmente adaptable al sistema de pila de combustible segun la
55 segunda version de la invencion, ilustrado en la figura 3. A tal efecto, las etapas que se refieren a las permutaciones de la valvula 92 simplemente se suprimen y la deteccion de una fuga se realiza simplemente por comparacion de la primera y segunda concentraciones C1, C2.
[0094]
El procedimiento de deteccion de fuga se aplica por medio del sistema de pila de combustible segun la
primera version de la invencion, ilustrado en las figuras 1 y 2, es diferente del procedimiento anterior. En efecto, este procedimiento comienza por una etapa de variacion, de manera brusca y controlada, en al menos uno de los apilamientos 14A, 14B, en un instante to, de al menos un parametro entre los parametros siguientes:
10
[0095] De preferencia, al menos dos parametros entre los parametros anteriores varlan simultaneamente o
secuencialmente durante esta etapa.
- presion del flujo anodico en el conducto anodico 30 de la o cada celula 15,
- presion del flujo catodico en el conducto catodico 32 de la o cada celula 15,
- caudal del flujo anodico en el conducto anodico 30 de la o cada celula 15,
- caudal del flujo catodico en el conducto catodico 32 de la o cada celula 15; a tal efecto, la bomba de recirculacion 57 se activa por ejemplo; e
- intensidad de la corriente intercambiada entre los dos lados de la membrana 22 de la o cada celula 15.
15 [0096] Esta variacion brusca aumenta la tasa de permeacion del fluido reductor a traves de la membrana 22
de cada celula 15. Cada sensor mide la concentracion de fluido reductor en el flujo catodico que sale de la celula 15 asociada y el modulo de detection 61 compara las concentraciones medidas de dos en dos, as! como sus evoluciones respectivas en el tiempo.
20 [0097] El modulo de deteccion 61 detecta la presencia de una fuga en una de las celulas 15 cuando se
verifica una de las condiciones siguientes:
- una de las concentraciones medidas excede mas de un umbral predeterminado la media de las concentraciones medidas, o
25 - la derivada con respecto al tiempo de la diferencia entre una de las concentraciones medidas y la media de
las concentraciones medidas supera un umbral predeterminado, siendo dicha concentracion medida superior a la media de las concentraciones medidas.
[0098] El modulo de deteccion 61 identifica la celula 15 fuyarde como la celula 15 en la que se ha medido
30 dicha concentracion.
[0099] Gracias a la invencion, el procedimiento de deteccion de fuga, que utiliza una variacion brusca de un parametro pertinente combinada con una medicion de concentracion de un flujo de fluido reductor, permite identificar unas fugas incluso debiles en una membrana de una celula electroqulmica.
35
[0100] Ademas, el procedimiento de deteccion permite detectar una fuga en un apilamiento de celulas electroqulmicas y detectar a continuation precisamente e individualmente la o cada celula electroqulmica que presenta la fuga.
40 [0101] El procedimiento puede ser aplicado de manera fiable y precisa en un sistema de pila de combustible
simple. En particular, el procedimiento permite identificar una celula electroqulmica que posee una fuga entre las celulas electroqulmica de uno o varios apilamientos con un numero reducido de sensor de concentracion de fluido reductor en un fluido, especialmente con un solo sensor.

Claims (17)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento de deteccion de una fuga de fluido reductor a traves de una membrana electrolltica (22)
    de una celula electroqulmica (15), estando la membrana (22) interpuesta entre un conducto anodico (30) para la 5 circulacion de un flujo anodico, que comprende el fluido reductor, a lo largo de un primer lado de la membrana (22), y un conducto catodico (32) para la circulacion de un flujo catodico, que comprende el fluido oxidante, a lo largo de un segundo lado de la membrana (22), comprendiendo la celula electroqulmica (15) unos medios de circulacion de una corriente electrica entre los dos lados de la membrana (22), caracterizado porque el procedimiento comprende las etapas sucesivas siguientes:
    10
    15
    20
    25
    alimentacion de la celula (15) de flujo anodico y catodico, estando el flujo anodico a una primera presion y que circula a un primer caudal en el conducto anodico (30), estando el flujo catodico a una segunda presion y que circula a un segundo caudal en el conducto catodico (32) y siendo una corriente de una primera intensidad intercambiada entre los dos lados de la membrana (22),
    variacion brusca y controlada de al menos un parametro controlado entre los parametros siguientes: o presion del flujo anodico en el conducto anodico,
    o presion del flujo catodico en el conducto catodico,
    o caudal del flujo anodico en el conducto anodico,
    o caudal del flujo catodico en el conducto catodico, e
    o intensidad de la corriente intercambiada entre los dos lados de la membrana, medicion de una primera concentracion (C1) de fluido reductor en un primer flujo que comprende el flujo catodico que sale del conducto catodico, y
    deduccion de la presencia o de la ausencia de una fuga en funcion de la evolucion en el tiempo de la primera concentracion de fluido reductor (C1) medida.
  2. 2. Procedimiento de deteccion segun la reivindicacion 1, en el que el primer flujo esta constituido por el
    flujo catodico que sale del conducto catodico (32).
  3. 3. Procedimiento de deteccion segun la reivindicacion 1, en el que la celula electroqulmica (15) forma
    30 parte de un apilamiento (14A) de una pluralidad de celulas electroqulmicas, siendo el flujo catodico que sale de cada una de dichas celulas electroqulmicas recopilado en un colector catodico (40) comun a las celulas electroqulmicas, siendo el primer flujo un flujo que circula en un primer punto de medicion (44) de dicho colector catodico (40).
  4. 4. Procedimiento de deteccion segun la reivindicacion 3, que comprende las etapas suplementarias 35 siguientes:
    - medicion de una segunda concentracion (C3) de fluido reductor en un segundo flujo que circula en un segundo punto de medicion (82) del colector catodico (40),
    - comparacion de la primera (C1) y segunda (C3) concentracion de fluido reductor medidas una a otra, y
    40 - localization de la fuga entre las celulas del apilamiento (14A) en funcion de la variacion en el tiempo una
    con respecto a otra de dichas primera y segunda concentraciones medidas (C1, C3).
  5. 5. Procedimiento de deteccion segun la reivindicacion 4, en el que el segundo punto de medicion (82) esta dispuesto mas arriba de la celula (15) en la que se detecta la fuga, segun un sentido de circulacion de fluido en
    45 el colector catodico (40).
  6. 6. Procedimiento de deteccion segun cualquiera de las reivindicaciones de 3 a 5, en el que el apilamiento (14A) de celulas electroqulmicas forma parte de un sistema de pila de combustible (12) que comprende el apilamiento (14A), una valvula multivlas (84, 92) y un sensor dihidrogeno (60), comprendiendo el procedimiento las
    50 etapas suplementarias siguientes:
    - puesta en comunicacion fluldica de una primera via de entrada (88A, 94A) de la valvula multivlas (84, 92), conectada fluldicamente al primer punto de medicion (44), con una via de salida (88C, 94E) de la valvula multivlas (84, 92), conectada fluldicamente al sensor de dihidrogeno (60), despues
    - medicion de la primera concentracion de fluido reductor (C1) por el sensor de dihidrogeno (60).
    55
  7. 7. Procedimiento de deteccion segun la reivindicacion 6, que comprende las etapas suplementarias siguientes:
    - puesta en comunicacion fluldica de una segunda via de entrada (88B, 94B) de la valvula multivlas (84, 92),
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    conectada fluldicamente al segundo punto de medicion (82), con la via de salida (88C, 94E) de la valvula multivlas (84, 92), despues
    - medicion de la segunda concentration de fluido reductor (C3) por el sensor de dihidrogeno (60).
  8. 8. Procedimiento de detection segun la reivindicacion 6 o 7, en el que el sistema de pila de combustible (12) comprende un segundo apilamiento (14B) de celulas electroqulmicas, comprendiendo el procedimiento las etapas suplementarias siguientes:
    - puesta en comunicacion fluldica de una tercera via de entrada (94D) de la valvula multivlas (92), conectada fluldicamente a un colector catodico (40) del segundo apilamiento (14B), con la via de salida (94E) de la valvula multivlas (92), despues
    - medicion, por el sensor de dihidrogeno (60), de una tercera concentracion (C2) de fluido reductor en un tercer flujo que circula en el colector catodico (40) del segundo apilamiento (14B).
  9. 9. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones de 3 a 8, que comprende una etapa de localization de la fuga en funcion de un retraso entre el instante (fa) de variation brusca del parametro controlado y un instante (ti) de variacion significativa de la primera concentracion (C1).
  10. 10. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la variacion brusca del caudal del flujo catodico en el conducto catodico (40) se obtiene por reinyeccion de una parte del flujo catodico que sale en entrada del conducto catodico.
  11. 11. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que, durante la etapa de variacion brusca, al menos dos de los parametros controlados varlan simultaneamente o secuencialmente.
  12. 12. Sistema de pila de combustible (12), que comprende al menos una celula electroqulmica (15), comprendiendo la o cada celula electroqulmica (15):
    - una membrana electrolltica (22),
    - un conducto anodico (30) para la circulation de un flujo anodico, que comprende un fluido reductor, a lo largo de un primer lado de la membrana (22),
    - un conducto catodico (32) para la circulacion de un flujo catodico, que comprende el fluido oxidante, a lo largo de un segundo lado de la membrana (22), y
    - unos medios (58, 59A, 59B) de circulacion de una corriente electrica entre los dos lados de la membrana (22),
    caracterizado porque comprende ademas:
    - unos medios (49A, 50) de alimentation de la o cada celula (15) de flujo anodico y catodico, estando el flujo anodico a una primera presion y circulando a un primer caudal en el conducto anodico, circulando el flujo catodico a un segundo caudal en el conducto catodico,
    - unos medios (49B, 51, 57, 59C) de control de al menos un parametro entre los parametros siguientes:
    o presion del flujo anodico en el conducto anodico de la o cada celula,
    o presion del flujo catodico en el conducto catodico de la o cada celula,
    o caudal del flujo anodico en el conducto anodico de la o cada celula, o caudal del flujo catodico en el conducto catodico de la o cada celula, e
    o intensidad de la corriente intercambiada entre los dos lados de la membrana de la o cada celula,
    - al menos un sensor (60, 80), para medir una primera concentracion (C1) de fluido reductor en un primer flujo que comprende el flujo catodico que sale del conducto catodico (32) de la o de al menos una de las celula(s) electroqulmica(s) (15), y
    - unos medios (61) configurados para detectar una fuga de fluido reductor a traves de la membrana electrolltica (22) de la o de una de las celula(s) electroqulmica(s) (15), en funcion de la evolution en el tiempo de la primera concentracion de fluido reductor (C1) medida despues de una variacion brusca y controlada del parametro controlado o de al menos uno de los parametros controlados.
  13. 13. Sistema de pila de combustible (12) segun la reivindicacion 12, que comprende una pluralidad de celulas electroqulmicas (15) reagrupadas en el seno de un primer apilamiento (14A), comprendiendo dicho primer apilamiento (14A) un primer colector catodico (40), para recopilar el flujo catodico que sale del conducto catodico de
    cada celula electroqulmica (15) del apilamiento (14A), siendo el primer flujo un flujo que circula en un primer punto de medicion (44) de dicho colector catodico (40).
  14. 14. Sistema de pila de combustible (12) segun la reivindicacion 13, que comprende una valvula multivlas 5 (84, 92) para poner el sensor (60) en comunicacion fluldica selectivamente con el primer punto de medicion (44) o
    con un segundo punto de medicion (82) del primer colector catodico (40).
  15. 15. Sistema de pila de combustible (12) segun la reivindicacion 13 o 14, que comprende un segundo apilamiento (14B) de celulas electroqulmicas (15) con un segundo colector catodico y una valvula multivlas (92) para
    10 poner el sensor (60) en comunicacion fluldica selectivamente con el primer punto de medicion (44) o con un tercer punto de medicion del segundo colector catodico.
  16. 16. Sistema de pila de combustible (12) segun cualquiera de las reivindicaciones de 13 a 15, en el que los medios de deteccion (61) estan adaptados para localizar la fuga entre las celulas (15) del apilamiento (14a) en
    15 funcion de un retraso entre un instante (fa) de variation brusca del parametro controlado o de al menos uno de los parametros y un instante (ti) de variacion significativa de la primera concentration (C1).
  17. 17. Sistema de pila de combustible (12) segun cualquiera de las reivindicaciones de 12 a 16, que comprende un dispositivo (54) de reinyeccion de una parte del flujo catodico que sale de la o cada celula
    20 electroqulmica (15) en entrada del conducto catodico (32) de la o cada celula electroqulmica (15).
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