ES2861590T3 - Dispositivo electroquímico y procedimiento para el funcionamiento de un dispositivo electroquímico - Google Patents

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Abstract

Dispositivo electroquímico, especialmente dispositivo de electrólisis, en particular dispositivo de electrólisis de membrana electrolítica polimérica, con al menos una unidad de células (12) que comprende al menos una célula electroquímica (14, 16), y con al menos un sistema de suministro de fluido (18) para suministrar a la unidad de células (12) al menos un fluido que fluye en al menos una dirección de flujo (20), presentando el sistema de suministro de fluido (18) al menos una unidad de calidad de fluido (22) prevista para el tratamiento del fluido y dispuesta en dirección de flujo (20) delante de la unidad de células (12), caracterizado por una unidad de control (32) que presenta al menos un sensor de calidad de fluido (34) previsto para la medición automática de un parámetro de calidad de fluido, estando la unidad de control (32) prevista para controlar y/o regular, en al menos un estado de funcionamiento defectuoso, al menos un caudal del fluido a través de la unidad de células (12) en dependencia del parámetro de calidad de fluido medido mediante una adaptación de un caudal a través de una vía de derivación (36) del sistema de suministro de fluido (18), comprendiendo el sistema de suministro de fluido (18) al menos una primera válvula de conmutación (48) dispuesta en dirección de flujo (20) delante de la unidad de células (12) y al menos una segunda válvula de conmutación (50) dispuesta en dirección de flujo (20) detrás de la unidad de células (12), previéndose la unidad de control (32) para controlar las válvulas de conmutación (48, 50), disponiéndose al menos todos los componentes conductores de fluido de la unidad de calidad de fluido (22) en una zona cercana (24) a la unidad de células (12), y siendo la zona cercana (24) una zona cuyos puntos están a menos de 3 m de distancia de la unidad de células.

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo electroquímico y procedimiento para el funcionamiento de un dispositivo electroquímico
Estado de la técnica
La invención se refiere a un dispositivo electroquímico según el preámbulo de la reivindicación 1 y a un procedimiento para el funcionamiento de un dispositivo electroquímico según el preámbulo de la reivindicación 10.
Por las memorias impresas US 2016/0068975 A1, US 2002/017463 A1, JP 2004 277808 A y DE 22 14 920 A1 se conocen electrolizadores que presentan un suministro de agua con una unidad de calidad de fluido prevista para el tratamiento del agua y dispuesta en una dirección de flujo delante de una pila de células de electrólisis del electrolizador. Los electrolizadores de las memorias impresas US 2016/0068975 A1, JP 2004 277808 A y DE 22 14 920 A1 presentan, en particular para el suministro de agua, un circuito de agua con un depósito y con filtros de agua que purifican el agua del depósito y suministran el agua purificada a una pila de células de electrólisis. Especialmente, los componentes de los conductos del lado del hidrógeno del electrolizador suelen tener conductos de acero inoxidable que, debido a un funcionamiento con agua desionizada, están expuestos a una corrosión nada despreciable, a través de la cual los iones llegan al agua.
El objetivo de la invención consiste especialmente en conseguir características ventajosas con respecto a una fiabilidad y/o un grado de eficacia. Además, uno de los objetivos de la invención es el de lograr propiedades ventajosas con respecto a una alta calidad de fluido. Por otra parte, el objetivo de la invención consiste en reducir una probabilidad de daños y/o fallos. Según la invención, la tarea se resuelve mediante las características de las reivindicaciones 1 y 10, mientras que otras formas de realización ventajosas y perfeccionadas de la invención pueden resultan de las reivindicaciones dependientes.
Ventajas de la invención
La invención parte de un dispositivo electroquímico, especialmente de un dispositivo de electrólisis, en particular un dispositivo de electrólisis de membrana polimérica con al menos una unidad de células que comprende al menos una célula electroquímica, y con al menos un sistema de suministro de fluido para alimentar la unidad de células con al menos un fluido que fluye en al menos una dirección de flujo.
Se propone que el sistema de suministro de fluido comprenda al menos una unidad de calidad de fluido prevista para un tratamiento del fluido y dispuesta en dirección de flujo delante de la unidad de células y al menos parcialmente, sobe todo completamente, en una zona cercana a la unidad de células.
Por medio de la forma de realización según la invención se puede lograr ventajosamente una alta fiabilidad. Además, se puede conseguir un grado de eficacia ventajosamente alto y, en especial, permanentemente disponible. También se puede aumentar ventajosamente la calidad de un fluido de suministro, en particular el agua de un sistema de suministro de agua, para un dispositivo electroquímico. En particular, se pueden evitar fallos y/o daños y/o mermas del rendimiento o similares debidos, por ejemplo, a la contaminación y/o a la corrosión y/o a la acumulación de sales poco solubles o similares. Preferiblemente se puede proporcionar un dispositivo electroquímico que pueda seguir funcionando de forma segura y/o sin daños en caso de contaminaciones repentinas y/o imprevistas por suciedad. Igualmente se puede conseguir una alta fiabilidad con respecto a la supervisión de las condiciones de funcionamiento. Por otra parte, se pueden evitar ventajosamente contaminaciones por suciedad que se pueden producir como consecuencia de un modo de inactividad prolongado de un dispositivo electroquímico, en particular de una pila de células de electrólisis.
Por "dispositivo electroquímico" debe entenderse, en particular, al menos una parte, preferiblemente funcional, de un aparato y/o de una máquina, especialmente de un electrolizador, prevista para llevar a cabo un mínimo de un paso de trabajo al menos parcialmente electroquímico. En especial, el dispositivo electroquímico también puede comprender todo el aparato y/o toda la máquina. El dispositivo electroquímico se prevé preferiblemente para convertir la energía eléctrica en energía de enlace químico y/o la energía de enlace químico en energía eléctrica. En particular, en estado de funcionamiento normal se produce al menos una reacción química asociada a una corriente eléctrica, especialmente una reacción redox. El dispositivo electroquímico puede comprender, por ejemplo, un dispositivo de pilas de combustible, un dispositivo de batería, un dispositivo de instrumentos de medición, un dispositivo de generador, un dispositivo de análisis, un dispositivo de posición de electrodos, un dispositivo de anodización, un dispositivo de galvanoplastia, un dispositivo de reactor redox, o similares. Con preferencia el dispositivo electroquímico está configurado como dispositivo de electrólisis, especialmente como dispositivo de electrólisis de hidrógeno previsto especialmente para la disociación electroquímica del agua en hidrógeno y oxígeno. El dispositivo electroquímico se prevé para suministrar al menos un gas, en particular hidrógeno, a una sobrepresión frente al entorno, en particular a una presión de al menos 1 bar, siendo también posibles presiones de al menos 5 bares, al menos 10 bares, al menos 15 bares, al menos 20 bares, al menos 30 bares o incluso mayores. En particular, el dispositivo electroquímico puede estar previsto para su conexión a un recipiente de gas, en particular un depósito de hidrógeno, siendo concebible que una presión de funcionamiento del dispositivo electroquímico sea adaptable y/o se adapte a un nivel de llenado del recipiente de gas. Cabe, por ejemplo, la posibilidad de que el dispositivo electroquímico genere el gas contra una presión de llenado del recipiente de gas y llene el recipiente de gas especialmente sin utilización de un compresor o similar. Alternativamente, también sería posible utilizar el dispositivo electroquímico al menos fundamentalmente libre de una sobrepresión. También es concebible que el dispositivo electroquímico pueda funcionar a una presión constante y/o, en estado de funcionamiento normal, a una presión de trabajo constante. Especialmente en este caso se puede pensar en una combinación con un compresor. Además, el dispositivo electroquímico puede ser un dispositivo de electrólisis de alta presión y estar especialmente previsto para generar y/o proporcionar al menos un gas, en particular hidrógeno, a una presión de al menos 50 bares, preferiblemente de al menos 70 bares y con especial preferencia de al menos 100 bares o incluso más. Por "previsto" ha de entenderse, en particular, estar específicamente programado, diseñado y/o equipado. Por la afirmación de que un objeto está destinado a realizar una función específica debe entenderse especialmente que el objeto cumple y/o realiza esta función específica en al menos una aplicación y/o estado de funcionamiento.
Por una "célula electroquímica" debe entenderse, en particular, una unidad funcional mediante la cual se puede llevar a cabo al menos una reacción electroquímica, especialmente una reacción electroquímica del tipo para cuya realización está previsto el dispositivo electroquímico. La célula electroquímica puede ser una célula de combustible, una célula de batería, una célula de medición, una célula redox o similares. Ventajosamente, la célula electroquímica es una célula de electrólisis. De manera particularmente ventajosa, la célula electroquímica es una célula de electrólisis compatible con la pila de células, especialmente de una pila de células de electrólisis. Ventajosamente, la célula electroquímica comprende al menos un ánodo en el que, en estado de funcionamiento normal, se genera preferiblemente oxígeno. Ventajosamente, la célula electroquímica comprende al menos un cátodo en el que, en estado de funcionamiento normal, se genera preferiblemente hidrógeno. La célula electroquímica comprende ventajosamente al menos una membrana, especialmente una membrana de conducción selectiva de protones, con preferencia una membrana electrolítica polimérica. De manera especialmente preferida, el ánodo y el cátodo están separados entre sí por la membrana. En particular, el ánodo y/o el cátodo presentan una forma plana y/o de capa y/o de revestimiento. Con preferencia, la membrana se conforma al menos parcialmente, preferiblemente al menos en su mayor parte, de nafion. La célula electroquímica comprende preferiblemente al menos un elemento funcional, en particular un elemento bipolar, con preferencia una placa bipolar. Un primer lado del elemento bipolar forma especialmente un lado anódico de una célula electroquímica y un segundo lado del elemento bipolar forma especialmente un lado catódico de otra célula electroquímica inmediatamente adyacente. En particular, la primera célula electroquímica y/o la segunda célula electroquímica se pueden configurar tal como se describe en el presente documento. En particular, al menos algunas, ventajosamente al menos una mayoría y especialmente todas las células electroquímicas de la unidad de células se configuran al menos fundamentalmente idénticas y/o presentan un diseño igual y/o análogo. Por "objetos al menos fundamentalmente idénticos" han de entenderse en este contexto especialmente los objetos construidos de manera que puedan cumplir respectivamente una función común y que se diferencien en su construcción, aparte de las tolerancias de fabricación, a lo sumo por algunos elementos carentes de importancia para la función común, y ventajosamente los objetos que, aparte de las tolerancias de fabricación y/o dentro del ámbito de las posibilidades de fabricación, estén construidos de manera idéntica, entendiéndose también por objetos idénticos, en particular, los objetos simétricos entre sí. Por la expresión "al menos en su mayor parte" debe entenderse en particular al menos un 55%, ventajosamente al menos un 65%, preferiblemente al menos un 75%, con especial preferencia, al menos un 85% y de forma especialmente ventajosa al menos un 95%, pero incluso también por completo. En este contexto, la expresión de "al menos una mayor parte" debe entenderse especialmente como al menos un 55%, ventajosamente al menos un 65%, preferiblemente al menos un 75%, con especial preferencia, al menos un 85% y de forma especialmente ventajosa al menos un 95%, pero incluso también el 100%.
La unidad de células comprende múltiples, preferiblemente una pluralidad de células electroquímicas configuradas al menos sustancialmente de forma idéntica. Ventajosamente, la unidad de células comprende al menos una pila de células, en particular una pila de células de electrólisis, que comprende múltiples, preferiblemente una pluralidad de células electroquímicas dispuestas de forma apilada. La pila de células comprende preferiblemente al menos la primera célula electroquímica y/o la segunda célula electroquímica. Las células electroquímicas de la pila de células se configuran ventajosamente de forma al menos fundamentalmente idéntica. Con preferencia, la pila de células presenta unidades de repetición que comprenden varios elementos funcionales diferentes, elementos funcionales de la pila de células ventajosamente diferenciados, por ejemplo, especialmente en el orden indicado, al menos una placa bipolar y/o una chapa tamiz y/o placa perforada o similar y/o al menos una capa de difusión de gas, en particular una capa de difusión de oxígeno, ventajosamente un fieltro de titanio, y/o una membrana, ventajosamente una membrana electrolítica de polímero, y/o otra capa de difusión de gas, en particular una capa de difusión de hidrógeno, ventajosamente un fieltro de carbono, y/o un amortiguador de compresión que comprende otra chapa tamiz y/o placa perforada, especialmente una almohadilla de compresión, ventajosamente un metal expandido., que comprende en particular otra placa de cribado y/o una chapa perforada. Ventajosamente, una placa bipolar y/o una placa perforada y/o una placa de malla y/o un metal expandido. Ventajosamente, una placa bipolar y/o una placa perforada y/o una chapa tamiz y/o un metal expandido y/u otro elemento metálico de la pila de células se fabrica al menos en parte, ventajosamente al menos en su mayor parte, de titanio y/o de acero inoxidable y/o de al menos un metal recubierto. En especial, respectivamente una célula electroquímica se extiende desde una placa bipolar hasta la siguiente placa bipolar. La pila de células puede comprender cualquier número de células electroquímicas, por ejemplo, diez o 20 o 30 o 50 o 100 o más o menos o cualquier número intermedio. Ventajosamente, la unidad de células presenta exactamente una pila de células. Sin embargo, también es concebible que la unidad de células comprenda varias pilas de células, en particular, pilas de células de configuración sustancialmente idéntica o de configuración diferente, conectándose al menos algunas de ellas eléctrica y/o hidráulicamente en serie. La primera célula electroquímica y la segunda célula electroquímica se disponen ventajosamente en una pila de células común. Sin embargo, también es posible disponer la primera célula electroquímica y la segunda célula electroquímica en pilas de células diferentes.
La unidad de células presenta preferiblemente al menos una primera placa final y/o al menos una segunda placa final. De manera especialmente preferida, las células electroquímicas de la pila de células están dispuestas entre las placas finales, en especial estrechamente apiladas. Con preferencia, la primera placa final y la segunda placa final están unidas entre sí. Con especial preferencia, la primera placa final y la segunda placa final aplican una fuerza de compresión a la pila de células desde lados opuestos y, especialmente, en una dirección perpendicular y/o al menos sustancialmente perpendicular a una dirección de apilamiento. La dirección de apilamiento corresponde preferiblemente a una dirección en la que la pila está formada por células electroquímicas. En particular, la dirección de apilamiento es perpendicular y/o al menos sustancialmente perpendicular a un plano de extensión principal de la primera célula electroquímica y/o perpendicular a un plano de extensión principal de al menos un elemento de pila de células en forma de placa. Preferiblemente, la pila de células se realiza de manera que los planos de extensión principales de las células electroquímicas de la pila de células estén dispuestos de forma paralela entre sí y, en particular, de forma perpendicular respecto a la dirección de la pila. Con preferencia, en estado de funcionamiento normal se aplica una tensión de trabajo entre la célula electroquímica más adelantada, que se ajusta especialmente a la primera placa final, y una célula electroquímica más atrasada, ajustada especialmente a la segunda placa final. Especialmente en caso de que el dispositivo electroquímico esté diseñado como dispositivo de electrólisis, se aplica a las células electroquímicas, en particular de la pila de células, en estado de funcionamiento normal, una tensión de trabajo individual de al menos 0,5 V, especialmente de al menos 1 V, ventajosamente de al menos 1,2 V y preferiblemente de al menos 1,5 V y/o de al menos 10 V, ventajosamente de 5 V, como máximo, de forma especialmente ventajosa 2,5 V, como máximo, y con preferencia de 2 V, como máximo. Sin embargo, también es posible, especialmente para otros casos, por ejemplo, para un dispositivo de pila de combustible, que en estado de funcionamiento normal se aplique respectivamente una tensión de trabajo individual a las células electroquímicas, en particular de la pila de células, que sea inferior a 1 V o también inferior a 0,5 V o incluso menos o, por ejemplo, también superior a 10 V o superior a 20 V o superior a 50 V o incluso más. Un experto en la materia seleccionará arbitrariamente una tensión de trabajo individual adecuada según la aplicación. Por "plano principal de extensión" de un objeto debe entenderse especialmente un plano paralelo a la superficie lateral más grande de un paralelepípedo imaginario más pequeño que justo rodee el objeto todavía por completo y, en particular, que pase por el centro del paralelepípedo. Por "al menos fundamentalmente perpendicular" ha de entenderse aquí especialmente una orientación de una dirección con respecto a una dirección de referencia, en particular en un plano de referencia, formando la dirección y la dirección de referencia un ángulo que difiere de un ángulo recto en menos de 8°, ventajosamente en menos de 5° y preferiblemente en menos de 2°.
En especial, el sistema de suministro de fluido está previsto para suministrar a las células electroquímicas de la unidad de células, especialmente a la primera célula electroquímica y/o a la segunda célula electroquímica, al menos un fluido, sobre todo agua, ventajosamente agua desionizada. El sistema de suministro de fluido se prevé ventajosamente para proporcionar agua como educto de una disociación electrolítica del agua y/o como refrigerante a la unidad de células y/o a la pila de células y/o a las células electroquímicas de la unidad de células. Con preferencia el sistema de suministro de fluido comprende al menos un circuito de fluido a través del cual el fluido circula de forma especialmente ventajosa, al menos en estado de funcionamiento normal, de modo intermitente. La unidad de células forma preferiblemente parte del circuito de fluido de manera que en estado de funcionamiento normal el fluido circule, al menos por secciones, a través de la unidad de células. La unidad de suministro de fluido comprende especialmente al menos una bomba de fluido y/o al menos un depósito de fluido, aunque también es concebible una realización sin depósito de fluido. La unidad de suministro de fluido y, en particular, el depósito de fluido se prevén ventajosamente para ser llenados con el fluido antes de una puesta en marcha de la unidad de células, mientras que, al menos en estado de funcionamiento normal, el fluido se bombea y/o se conduce al menos varias veces través de la unidad de células. El sistema de suministro de fluido del dispositivo electroquímico también puede comprender sólo una parte de un circuito de suministro de fluido completo y presentar, por ejemplo, conexiones apropiadas para su integración en un circuito. Por ejemplo, un depósito de fluido y/o una bomba de fluido y/o al menos unas secciones de conductos de fluido adecuados o similares se pueden formar por separado de y/o de forma conectada y/o conectable al sistema de suministro de fluido.
Por un "estado de funcionamiento normal" se entiende, en particular, un estado en el que el dispositivo electroquímico y/o la unidad de células funcionan dentro de sus parámetros de funcionamiento especificados y/o sin fallos y/o de acuerdo con su uso previsto. El estado de funcionamiento normal comprende especialmente un consumo y/o una salida de energía continuos y/o una transformación continua de eductos de reacción y/o productos, en especial respectivamente con una tasa al menos sustancialmente constante. Además, el estado de funcionamiento normal puede comprender, alternativa o adicionalmente, una puesta en marcha y/o un apagado y/o una conmutación, en particular dirigida y/o controlada y/o regulada, de un estado de funcionamiento, especialmente libre de fallos, a al menos otro estado de funcionamiento, en particular libre de fallos, del dispositivo electroquímico y/o de la unidad de células. En especial, el dispositivo electroquímico, sobre todo la unidad de células y/o el sistema de suministro de fluido, se puede conectar, preferiblemente en estado de funcionamiento normal, a al menos una fuente de alimentación y/o a al menos un sistema de suministro de fluido externo, especialmente una tubería de agua y/o una tubería de gas. La dirección de flujo corresponde especialmente a una dirección en la que el fluido fluye en el circuito de fluido, preferiblemente alrededor del mismo. En particular, la dirección de flujo puede presentar direcciones diferentes en distintos puntos del sistema de suministro de fluido y/o del circuito de fluido. La dirección del flujo puede ser, por ejemplo, un campo vectorial. Con preferencia, la dirección del flujo describe al menos una trayectoria cerrada a través de la unidad de células. En particular, la dirección de flujo es una dirección en la que el fluido fluye a través de los conductos de fluido y/o de las secciones del conducto de fluido del sistema de suministro de fluido y/o de la unidad de células. En estado de funcionamiento normal, la unidad de fluido impulsa el paso del fluido a través de la unidad de células en dirección de flujo especialmente de forma continua y/o con un flujo total adaptado al respectivo estado de funcionamiento, por ejemplo, en dependencia de un consumo de energía. Preferiblemente, la unidad de células, en particular la pila de células, y el sistema de suministro de fluido se configuran, al menos parcialmente, en una sola pieza. Por el concepto de que un primer objeto y un segundo objeto estén formados "al menos parcialmente en una sola pieza", debe entenderse especialmente que al menos un elemento y/o una parte del primer objeto y al menos un elemento y/o una parte del segundo objeto están formados en una pieza.
Por "tratamiento de un fluido" se entenderá especialmente una acción sobre un fluido que difiera ventajosamente de un suministro y/o de una eliminación de calor y/o de un cambio de estado de flujo y/o de presión, que modifique al menos un parámetro del fluido. El tratamiento del fluido comprende preferiblemente al menos una purificación del mismo, por ejemplo, un filtrado y/o una purificación química al menos parcial o similar, y/o al menos una adición y/o al menos una eliminación de al menos una sustancia. En particular, el tratamiento del fluido puede incluir una desalinización y/o un ablandamiento y/o una esterilización y/o procesos similares. También es posible que el tratamiento comprenda al menos un ajuste de al menos un parámetro del fluido, por ejemplo, de un factor pH y/o de una conductividad y/o de una concentración de ciertas sustancias o similares. Con preferencia el tratamiento del fluido comprende la eliminación, al menos parcial, de al menos un tipo de ion y/o su sustitución, al menos parcial. Además, el tratamiento del fluido puede prever al menos el filtrado de partículas y/o materias en suspensión o similares. Por otra parte, el tratamiento del fluido puede comprender, por ejemplo, la exposición a al menos un campo electromagnético y/o la irradiación, especialmente con luz visible y/o ultravioleta y/o infrarroja o similares. Es concebible que la unidad de calidad de fluido comprenda al menos una unidad de control y/o de regulación prevista para controlar y/o regular los componentes de preparación de fluido de la unidad de calidad de fluido. Ventajosamente, la unidad de calidad de fluido comprende al menos un componente de acondicionamiento del fluido. En particular, el componente de acondicionamiento del fluido puede estar provisto para realizar al menos una parte de un acondicionamiento del fluido, especialmente de acuerdo con las variantes descritas. Por ejemplo, el componente de tratamiento de fluidos puede presentar al menos un filtro y/o al menos un intercambiador de iones y/o al menos una membrana y/o al menos una unidad de irradiación y/o tratamiento o similares y/o configurarse como uno de estos elementos. La unidad de calidad de los fluidos presenta ventajosamente una pluralidad de componentes de tratamiento de fluidos diferentes previstos, en particular, para mejorar y/o mantener diferentes parámetros de calidad de los fluidos o para adaptarlos de forma escalonada, por ejemplo, a modo de un conjunto de filtros dispuestos en forma de casaca o similar.
En el contexto de la invención se entiende por "zona cercana" especialmente una zona cuyos puntos están a menos de 3 m, preferiblemente a menos de 2 m, ventajosamente a menos de 1 m y con especial preferencia a menos de 0,5 m de distancia de la unidad de células, medida en dirección del flujo y/o a lo largo de una trayectoria de flujo de fluido con respecto a la unidad de células. Por el hecho de que la unidad de calidad de fluido esté dispuesta en la zona cercana a la unidad de células, debe entenderse en particular que al menos una salida de fluido de la unidad de calidad de fluido se encuentra en la zona cercana. De acuerdo con la invención se disponen en la zona cercana al menos todos los componentes transportadores de fluidos y/o conductos de fluidos y/o vías de fluido de la unidad de calidad de fluidos. Sin embargo, también es posible disponer los componentes de la unidad de calidad de fluido que no transportan fluido, como una fuente de alimentación y/o una unidad de control y/o una carcasa o similares, fuera de la zona cercana. Una vía de conducción y/o una vía de flujo de fluido desde la unidad de calidad de fluido, especialmente desde una salida de fluido de la unidad de calidad de fluido, hasta la unidad de células, especialmente hasta una entrada de la unidad de células, es inferior a 2 m, preferiblemente inferior a 1 m y con especial preferencia inferior a 0,5 m. Al menos una parte de la unidad de calidad de fluido que transporta el fluido difiere preferiblemente de un conducto de fluido. De manera particularmente preferida, una parte más adelantada en dirección del flujo y/o una parte más atrasada en dirección del flujo, especialmente de la parte de transporte de fluido, de la unidad de calidad de fluido, son componentes de tratamiento de fluidos y/o componentes de sensores y/o conexiones directamente conectadas a los mismos, pero ventajosamente no son conductos de fluido. En particular, la unidad de calidad de fluido se dispone en dirección de flujo detrás de una bomba del sistema de suministro de fluido y/o detrás de un depósito de fluido del sistema de suministro de fluido y delante de la unidad de células.
En una variante de realización ventajosa de la invención se propone que la unidad de calidad de fluido presente al menos una unidad de desalación, en particular un intercambiador de iones. Es concebible que la unidad de desalinización se prevea para una desalación del fluido por medio de al menos una destilación, al menos una filtración o similares. En particular, la unidad de desalinización puede comprender varias fases de destilación. Ventajosamente, la unidad de desalinización se configura como un intercambiador de iones. En estado de funcionamiento normal, el fluido pasa por el intercambiador de iones preferiblemente antes de una entrada del fluido en la unidad de células. El intercambiador de iones se prevé preferiblemente para la desalinización, al menos parcial, del fluido. De manera especialmente preferida, el intercambiador de iones consiste en un intercambiador de iones de desalinización de agua. En particular, el intercambiador de iones puede presentar varios intercambiadores, por ejemplo, al menos un intercambiador de corriente continua y/o al menos un intercambiador de contracorriente y/o al menos un intercambiador de lecho mixto y/o al menos un intercambiador de cationes y/o al menos un intercambiador de aniones.
El intercambiador de iones comprende ventajosamente al menos una línea de desalinización. De manera particularmente ventajosa, la unidad de desalinización se prevé para realizar una desalinización del agua de manera que una conductividad eléctrica del agua sea inferior a 0,1 pS/cm. De este modo se puede lograr y/o mantener ventajosamente una alta calidad de fluido.
En una forma de realización particularmente ventajosa de la invención se propone que la unidad de calidad de fluido presente al menos un filtro de partículas. El filtro de partículas se dispone en dirección de flujo preferiblemente detrás de la unidad de desalinización. También es posible disponer el filtro de partículas en dirección de flujo delante de la unidad de desalinización. El filtro de partículas se conecta con preferencia directamente a una salida de fluido de la unidad de calidad de fluido y/o la forma al menos parcialmente. Con especial preferencia el filtro de partículas se dispone justo delante de la unidad de células. El filtro de partículas puede comprender especialmente al menos un microfiltro y/o al menos un ultrafiltro. El filtro de partículas es preferiblemente un filtro de membrana y/o un filtro de poros, siendo concebible cualquier tipo de filtro de partículas adecuado. Así se pueden evitar ventajosamente contaminaciones de una unidad de células, especialmente debidas a sustancias en suspensión y/o partículas.
Se propone además que una vía de conducción, especialmente del sistema de suministro de fluido, desde la unidad de calidad de fluido, en particular desde la salida de fluido de la misma y/o desde el filtro de partículas y/o desde la unidad de desalinización, hasta la unidad de células, tenga una longitud de 2 m, como máximo, ventajosamente de 1,5 m, como máximo, especialmente de 1 m, como máximo, preferiblemente de 0,5 m, como máximo, y con especial preferencia de 0,3 m, como máximo. En estado de funcionamiento normal, el fluido fluye especialmente desde la unidad de calidad de fluido, en particular de forma directa, hacia la vía de conducción y/o desde la vía de conducción, especialmente de forma directa, hacia la unidad de células. De este modo se puede producir ventajosamente una purificación de un fluido, en lo posible directa, antes de la entrada del mismo en la unidad de células, evitándose así ventajosamente contaminaciones debidas al flujo a través de largas vías de conducción.
El dispositivo electroquímico según la invención comprende una unidad de control que comprende al menos un sensor de calidad de fluido. El sensor de calidad de fluido se prevé para la determinación y/o medición, al menos indirecta, de al menos un parámetro de calidad de fluido. De esta manera, la calidad de fluido se puede determinar y/o controlar ventajosamente de forma fiable y/o precisa. Cabe la posibilidad de que la unidad de control y la unidad de calidad de fluido se configuren, al menos en parte, en una sola pieza. Con preferencia, la unidad de control comprende al menos una unidad de cálculo y/o de control y/o de regulación, que puede configurarse especialmente en una sola pieza con la unidad de control y/o de regulación de la unidad de calidad de fluido. De manera especialmente preferida la unidad de cálculo y/o de control y/o de regulación de la unidad de control se conecta al sensor de calidad de fluido y/o se prevé para el procesamiento de al menos una señal del sensor de calidad de fluido y/o del parámetro de calidad de fluido. Es concebible que la unidad de cálculo y/o de control y/o de regulación de la unidad de control se disponga para calcular el parámetro de calidad de fluido a la vista de la señal del sensor. El sensor de calidad de fluido se prevé preferiblemente para la determinación y/o medición repetida del parámetro de calidad de fluido, en particular a intervalos de tiempo seleccionables y/o predeterminados, por ejemplo, varias veces por hora y/o varias veces por minuto y/o varias veces por segundo. Es posible prever el sensor de calidad de fluido para una medición en tiempo real del parámetro de calidad de fluido. Con preferencia, la unidad de control se prevé para el control del parámetro de calidad de fluido.
En otra variante de realización de la invención se propone que el sensor de calidad de fluido se disponga en dirección de flujo detrás de la unidad de desalinización. El sensor de calidad de fluido se dispone especialmente entre la unidad de desalinización y el filtro de partículas. En particular, el sensor de calidad de fluido presenta al menos una zona de flujo para al menos un flujo parcial del fluido. Es concebible que, en estado de funcionamiento normal sea el flujo total el que pase por el sensor de calidad de fluido. De este modo se puede conseguir ventajosamente una alta precisión en la determinación de una calidad de fluido antes de una entrada del fluido en la unidad de células. En especial se puede evitar así una sobreestimación de la calidad de fluido que entra en la unidad de células.
En una forma de realización ventajosa de la invención se propone que el parámetro de calidad de fluido sea una conductividad eléctrica del mismo. De este modo se puede medir de forma rápida y/o fiable la calidad de un fluido, en particular la calidad relacionada con una desalinización y/o una baja concentración de iones. En particular, el sensor de calidad de fluido es un sensor de conductividad. Alternativa o adicionalmente también es concebible que el parámetro de calidad de fluido sea una concentración de iones y/o una concentración de partículas y/o una contaminación y/o un índice de refracción y/o al menos una parte de un cromatograma de gases y/o una densidad óptica o similares.
La unidad de calidad de fluido se prevé ventajosamente para proporcionar el fluido, en particular el agua, con una conductividad eléctrica máxima de 0,5 pS/cm, ventajosamente de 0,3 pS/cm, especialmente de 0,1 pS/cm y con preferencia de 0,05 pS/cm, al menos en estado de funcionamiento normal. De este modo se puede conseguir una alta calidad de fluido y, en particular, un funcionamiento fiable y/o una larga vida útil.
La unidad de control según la invención se prevé para ajustar, en al menos un estado de funcionamiento defectuoso, al menos un parámetro de funcionamiento de la unidad de células y/o del sistema de suministro de fluido en función del parámetro de calidad de fluido. La unidad de control, en particular su unidad de cálculo y/o de control y/o de regulación, se prevé ventajosamente para comparar un valor real del parámetro de calidad de fluido con un valor teórico y/o con un valor límite superior y/o inferior. La unidad de control se puede prever, por ejemplo, para detectar el estado de funcionamiento defectuoso a la vista del hecho de que el parámetro de calidad de fluido supere un valor límite y/o no lo alcance. La unidad de control se prevé ventajosamente para detectar el estado de funcionamiento defectuoso a la vista de una conductividad eléctrica excesiva del fluido. Con preferencia, la unidad de control se prevé para un control y/o una regulación del parámetro de funcionamiento de la unidad de células y/o del sistema de suministro de fluido al menos en estado de funcionamiento de fallo. Es posible que la unidad de control se disponga para una adaptación del parámetro de funcionamiento en dependencia de una característica del estado de funcionamiento defectuoso y/o en dependencia del parámetro de calidad de fluido. La unidad de control se puede prever, por ejemplo, para fijar y/o ajustar el parámetro de funcionamiento en un determinado primer valor para un primer estado de funcionamiento defectuoso y en un determinado segundo valor para un determinado segundo estado de funcionamiento defectuoso. Con preferencia la unidad de control se prevé para comprobar repetidamente el parámetro de calidad de fluido en estado de funcionamiento defectuoso y, en particular, para volver a un modo de funcionamiento normal en caso de que el parámetro de calidad de fluido vuelva a estar dentro de un rango deseado y, ventajosamente, para controlar la unidad de células en consecuencia y/o ajustar el parámetro de funcionamiento en consecuencia. Esto permite una respuesta ventajosamente flexible a cualquier fallo que se produzca. Además, se pueden evitar daños en una unidad de células debidos a los fallos que se produzcan, especialmente debidos a aguas contaminadas y/o demasiado saladas y/o demasiado ácidas y/o demasiado básicas.
En una forma de realización ventajosa de la invención, se propone que la unidad de control esté prevista para controlar y/o regular una potencia de funcionamiento y/o una corriente de funcionamiento y/o una tensión de funcionamiento de la unidad de células, especialmente en estado de funcionamiento defectuoso y/o en función del parámetro de calidad de fluido. Se puede concebir, por ejemplo, que la unidad de control, en el caso de que el parámetro de calidad de fluido supere o no alcance un valor límite, sirva para ajustar la potencia de funcionamiento a un valor reducido y/o para apagar la unidad de células completamente y/o para apagarla al menos temporalmente. También es concebible que el valor límite se establezca en función de un ajuste del usuario y/o en función de al menos un parámetro más como, por ejemplo, un parámetro ambiental y/o un parámetro de la célula, por ejemplo, una temperatura, una potencia individual, una humedad, un tiempo de funcionamiento, un flujo de gas o similares. También es concebible que, durante una puesta en marcha de la unidad de células y/o durante el retorno a un estado de funcionamiento normal después de un estado de funcionamiento defectuoso, la unidad de control ajuste la potencia de funcionamiento, por ejemplo, a un valor reducido en comparación con una potencia de funcionamiento normal en el estado de funcionamiento normal, por ejemplo a una décima parte o a una quinta parte o a la mitad o a cualquier otro valor variable en el tiempo, especialmente hasta que el parámetro de calidad de fluido se encuentre dentro de un rango teórico y/o presente un valor teórico. De este modo es posible utilizar la unidad de células tras su adaptación a la calidad de fluido y/o a las condiciones externas.
De acuerdo con la invención, la unidad de control se prevé para controlar y/o regular un caudal del fluido a través de la unidad de células. Se puede pensar en un control y/o en una regulación análogos a un control y/o una regulación de la potencia de funcionamiento por parte de la unidad de control. La unidad de control se prevé especialmente para reducir el caudal, al menos temporalmente, en especial en al menos un 20%, ventajosamente en al menos un 50% y de forma especialmente ventajosa en al menos un 80%, y/o para ponerlo a cero, en particular en estado de funcionamiento defectuoso y/o durante una puesta en marcha y/o una parada y/o una parada al menos temporal de la unidad de células. De este modo se puede evitar ventajosamente que la unidad de células sufra daños en caso de detectar un fluido contaminado.
Se propone además que el sistema de suministro de fluido según la invención presente al menos una vía de derivación por la que el fluido pueda pasar opcionalmente para la unidad de células. La vía de derivación se configura especialmente como conducto de derivación. Con preferencia, el sistema de suministro de fluido comprende al menos una válvula de conmutación dispuesta directamente delante de la unidad de células y/o al menos otra válvula de conmutación dispuesta directamente detrás de la unidad de células. Con preferencia, por medio de la válvula de conmutación y de la otra válvula de conmutación es posible cambiar al menos entre al menos una vía de funcionamiento normal que pasa por la unidad de células y la vía de derivación. La unidad de control se prevé preferiblemente para controlar y/o regular un flujo a través de la vía de derivación, especialmente mediante la activación de la válvula de conmutación y/o de la otra válvula de conmutación. La unidad de control se puede prever, por ejemplo, para provocar en estado de funcionamiento defectuoso un cambio a la vía de derivación, de modo que el fluido contaminado y/o el fluido con un parámetro de calidad de fluido crítico pueda pasar por un lado de la unidad de células. Alternativa o adicionalmente es concebible que durante un aumento y/o durante una reducción de la potencia y/o durante una puesta en marcha, especialmente una primera puesta en marcha de la unidad de células, el fluido se conduzca al menos parcialmente, preferiblemente por completo, a través de la vía de derivación. Es concebible que la válvula de derivación y/o la otra válvula de derivación se configuren a modo de una válvula proporcional. Especialmente en este caso es posible que la unidad de control se disponga para controlar y/o regular el caudal del fluido a través de la unidad de células mediante el ajuste de un caudal a través de la vía de derivación, juntándose ventajosamente un caudal a través de la unidad de células y un caudal a través de la vía de derivación en un caudal total del fluido. De esta forma el caudal que pasa por la unidad de células se puede adaptar ventajosamente de diversas maneras, sobre todo en caso de una calidad de fluido baja y/o durante un aumento y/o una reducción de la potencia de la unidad de células.
Unas propiedades ventajosas en términos de fiabilidad y/o de funcionamiento que proteja los componentes se pueden conseguir especialmente con un dispositivo de electrólisis, preferiblemente con un dispositivo de electrólisis de membrana electrolítica de polímero, que comprenda al menos un dispositivo electroquímico según la invención.
La invención parte además de un procedimiento para el funcionamiento de un dispositivo electroquímico, en particular de un dispositivo de electrólisis, especialmente de un dispositivo de electrólisis de membrana de electrolito polimérico, con al menos una unidad de células que comprende al menos una célula electroquímica, alimentándose la unidad de células, al menos en el estado de funcionamiento normal y/o en estado activo de la unidad de células, con al menos un fluido corriente.
Se propone que el fluido se acondicione al menos parcialmente en una zona cercana a la unidad de células antes de entrar en la unidad de células. Alternativa o adicionalmente se propone que el fluido sea tratado, al menos parcialmente, justo antes de entrar en la unidad de células.
Mediante el procedimiento según la invención se puede conseguir ventajosamente una alta fiabilidad. Además, se puede lograr un alto grado de rendimiento, especialmente un grado de rendimiento permanentemente disponible. También se puede incrementar ventajosamente la calidad de un fluido de suministro, en particular la del agua de un sistema de suministro de agua, para un dispositivo electroquímico. Se pueden evitar, sobre todo, los fallos y/o daños y/o la degradación del rendimiento o similares debidos, por ejemplo, a la contaminación y/o la corrosión y/o la acumulación de sales poco solubles o similares. Con preferencia se puede proporcionar un dispositivo electroquímico que pueda seguir funcionando con seguridad y/o sin daños en caso de contaminaciones repentinas y/o imprevistas. También se puede lograr una alta fiabilidad con respecto a la supervisión de los estados de funcionamiento. Además, se pueden evitar ventajosamente contaminaciones debidas a un modo de inactividad prolongado de un dispositivo electroquímico, en particular de una pila de electrólisis.
En una forma de realización, que no forma parte de la invención reivindicada, se propone que el fluido corriente se aporte a la unidad de células en al menos un estado de funcionamiento inactivo. De este modo se pueden evitar ventajosamente las contaminaciones debidas, por ejemplo, al agua de refrigeración retenida durante largo tiempo. En especial, el estado inactivo comprende al menos un modo de espera y/o al menos un estado de desconexión de la unidad de células. Con preferencia, la unidad de células recibe el fluido corriente, después de una desconexión y/o después de un cambio al modo de espera y/o después de una reducción de la potencia, al menos temporalmente, por ejemplo durante al menos un minuto o durante al menos cinco minutos o durante al menos diez minutos o durante al menos 15 minutos o durante al menos 30 minutos o durante al menos una hora o durante al menos dos horas o incluso más. También es concebible que la unidad de célula sea alimentada con el fluido corriente permanentemente y/o a intervalos regulares durante un cierto período de tiempo, de forma pulsante, en particular hasta una aceleración y/o hasta un cambio del modo de espera a un estado de funcionamiento normal y/o hasta una puesta en marcha. También es posible que, en estado inactivo, el fluido fluya y se pare alternativamente en la unidad de células, pudiéndose seleccionar arbitrariamente los periodos de tiempo correspondientes, de modo que se pueda reducir, por ejemplo, la energía requerida para el bombeo y/o se pueda evitar la aparición de impurezas a causa del agua estancada.
Alternativa o adicionalmente cabe la posibilidad de que en al menos un estado inactivo de la unidad de células, por ejemplo durante un mantenimiento de la unidad de células y/o durante una ampliación de un número de células de la unidad de células o similar, el fluido sea conducido a través de la vía de derivación con lo que mejora y/o mantiene ventajosamente una calidad de fluido, especialmente en comparación con una desconexión completa de una circulación de fluido.
A este respecto, se pretende que el dispositivo electroquímico según la invención y el procedimiento según la invención no se limiten a las aplicaciones y formas de realización antes descritas. En especial, el dispositivo electroquímico según la invención y el proceso según la invención pueden presentar un número de elementos individuales y/o de componentes y/o de unidades y/o de pasos de procedimiento que difiera del número indicado en el presente documento para el cumplimiento de un modo de funcionamiento descrito en este documento. Además, en el caso de los rangos de valores señalados en esta publicación también se han de considerar como revelados y libremente utilizables los valores que se encuentran dentro de los límites indicados.
Dibujos
Otras ventajas se desprenden de la siguiente descripción de los dibujos. Los dibujos se representa un ejemplo de realización de la invención. Los dibujos, la descripción y las reivindicaciones contienen numerosas características combinadas. El experto también considerará las características convenientemente de forma individual y las juntará para formar combinaciones que tengan sentido.
Se muestra en la:
Figura 1 un electrolizador con un dispositivo electroquímico en una representación esquemática y
Figura 2 un diagrama de flujo esquemático de un procedimiento para el funcionamiento del dispositivo electroquímico.
Descripción de los ejemplos de realización:
La figura 1 muestra un electrolizador 38 con un dispositivo electroquímico 10 en una representación esquemática. En el presente caso, el electrolizador 38 se ha configurado a modo de electrolizador de membrana electrolítica polimérica. El electrolizador 38 sólo se muestra parcialmente en la figura 1 y puede presentar otros componentes como, por ejemplo, una carcasa, conexiones de gas, una fuente de energía y/o las conexiones correspondientes, una pantalla, una unidad informática y similares. En el presente caso, el dispositivo electroquímico 10 consiste en un dispositivo de electrólisis. En particular, el dispositivo electroquímico 10 se ha configurado a modo de un dispositivo de electrólisis de membrana electrolítica polimérica. Sin embargo, como se ha descrito anteriormente, también es concebible que el dispositivo electroquímico 10 consista en un dispositivo de pila de combustible, un dispositivo de galvanoplastia, un dispositivo de medición o similar, y/o que forme al menos una parte de un aparato correspondiente y/o de una máquina correspondiente.
El dispositivo electroquímico 10 presenta una unidad de células 12. La unidad de células 12 presenta al menos una célula electroquímica 14, 16. En el presente caso, la unidad de células 12 está dotada de una pluralidad de células electroquímicas 14, 16, de las cuales, por razones de una mayor claridad, sólo se identifican dos con números de referencia. Además, un número de células electroquímicas 14, 16 mostradas en la figura 1 debe entenderse de forma puramente esquemática. La unidad de células 12 puede comprender, por ejemplo, 20 o 30 o 50 o 100 o 150 o incluso más células electroquímicas 14, 16 o, por supuesto, cualquier número menor, mayor o intermedio de estos valores. Las células electroquímicas 14, 16 se han configurado como células de electrólisis, siendo lógicamente también posibles otros tipos de células electroquímicas análogas a las posibles características del dispositivo electroquímico 10. En el presente caso, las células electroquímicas 14, 16 forman parte de una pila de células 40. La pila de células 40 es una pila de electrólisis. Además, en este caso las células electroquímicas 14, 16 son células apiladas que se pueden estructurar, por ejemplo, del modo antes descrito. En especial, las células electroquímicas 14, 16, pueden comprender respectiva y preferiblemente varios elementos de la pila de células.
El dispositivo electroquímico 10 presenta un sistema de suministro de fluido 18. El sistema de suministro de fluido 18 es adecuado y se prevé especialmente para suministrar a la unidad de células 12 al menos un fluido corriente que fluye en al menos una dirección de flujo 20. En el presente caso, el fluido es agua, en particular agua de alta pureza y/o desionizada. El fluido actúa en este caso como refrigerante y/o como material de partida para al menos una reacción electroquímica, en el presente caso una disociación electrolítica del agua en hidrógeno y oxígeno. Sin embargo, en función de las características del dispositivo electroquímico 10 también sería posible cualquier otro fluido capaz de actuar, en especial también solamente, como medio de transporte de calor y/o como educto de reacción y/o como producto de reacción y/o como catalizador o similar. El sistema de suministro de fluido 18 puede presentar, además de los componentes mostrados en la figura 1, otras piezas y/o elementos, por ejemplo, al menos una bomba y/o al menos un depósito de fluido y/o los correspondientes conductos de fluido. Con preferencia, el sistema de suministro de fluido 18 comprende al menos un circuito de fluido cerrado 42 que, al menos en estado de funcionamiento normal de la unidad de células 12, pasa, especialmente de forma opcional, a través de la unidad de células 12. El circuito de fluido 42 puede estar formado, al menos parcialmente, por conductos y/o componentes funcionales no representados del sistema de suministro de fluido 18. Sin embargo, también es concebible que el sistema de suministro de fluido 18 se disponga para su integración en el correspondiente circuito de fluido cerrado 42 y forme parte del mismo. En este caso, el sistema de suministro de fluido 18 se puede prever para su acoplamiento a los componentes de suministro de fluido externos como, por ejemplo, conexiones de agua y/ o un sistema de suministro de fluido externo. En este caso, la unidad de células 12 forma parte del circuito de fluido 42, por ejemplo, en forma de canales no representados a través de las células electroquímicas 14, 16 y/o a través de la pila de células 40. En el presente caso, la dirección de flujo 20 cambia a lo largo del circuito de fluido 42. Especialmente, la dirección de flujo 20 siempre corresponde, en cualquier punto del circuito de fluido 42, a una dirección de flujo neto del fluido en ese punto.
El sistema de suministro de fluido 18 presenta una unidad de calidad de fluido 22 prevista para un tratamiento del fluido. En este caso, el tratamiento comprende al menos un aumento y/o un mantenimiento de la calidad de fluido, en particular de una pureza y/o de una desalinización y/o de una ausencia de partículas o similares. La unidad de calidad de fluido 22 se dispone en dirección de flujo 20 delante de la unidad de células 12, al menos parcialmente en una zona cercana 24 a la unidad de células 12. En el presente caso, la zona cercana 24 comprende puntos que están a menos de 3 m, ventajosamente a menos de 2 m, preferiblemente a menos de 1 m y especialmente a menos de 0,5 m de distancia de la unidad de células 12, en particular de una entrada 44 de la unidad de células 12. Además, en este caso todos los componentes de transporte de fluidos de la unidad de calidad de fluidos 22 están dispuestos dentro de la zona cercana 24. Sin embargo, también es posible disponer los elementos de la carcasa y/o los componentes electrónicos y/o una fuente de alimentación o similares de la unidad de calidad de fluido 22 fuera de la zona cercana 24.
La unidad de calidad de fluido 22 presenta al menos una unidad de desalinización 26. En el presente caso, la unidad de desalinización 26 se ha configurado a modo de intercambiador de iones, siendo alternativa o adicionalmente también posibles otros componentes de desalinización, como se ha descrito antes. En el presente caso, la unidad de desalinización 26 comprende varios intercambiadores de iones. Además, en este caso, la unidad de desalinización 26 se prevé para desalinizar el agua hasta tal punto que, al menos al utilizar agua predesalinizada, se puedan alcanzar conductividades eléctricas de, como máximo, 0,1 pA/cm. La unidad de desalinización 26 se prevé especialmente para actuar como último escalón de una instalación de desalinización, en particular de agua.
La unidad de calidad de fluido 22 presenta además al menos un filtro de partículas 28 dispuesto en dirección de flujo 20 detrás de la unidad de desalinización 26. En el presente caso, el filtro de partículas 28 constituye una etapa final de purificación de la unidad de calidad de fluido 22. El filtro de partículas 28 puede comprender, por ejemplo, un microfiltro y/o un ultrafiltro y puede estar adaptado a los contaminantes a esperar y/o a la existencia de partículas. Una vía de conducción 30 desde la unidad de calidad de fluido 22, en particular desde el filtro de partículas 28, hasta la unidad de células 12 presenta una longitud máxima de 2 m. En este caso, la longitud de vía de conducción 30 es de aproximadamente de 0,5 m, siendo también posibles otros valores en función de la estructura del dispositivo electroquímico 10. Especialmente debido a la poca longitud de la vía de conducción 30, las impurezas del fluido que aparecen después de una purificación del fluido en la unidad de calidad de fluido 22 se pueden reducir ventajosamente al mínimo.
El dispositivo electroquímico 10 presenta una unidad de control 32 dotada de al menos un sensor de calidad de fluido 34 que se prevé para determinar, al menos indirectamente, por lo menos un parámetro de calidad de fluido. En el presente caso, el sensor de calidad de fluido 34 comprende al menos un medidor de conductividad. El sensor de calidad de fluido 34 según la invención se prevé para una medición automatizada del parámetro de calidad de fluido. El parámetro de calidad de fluido es una conductividad eléctrica. Sin embargo, alternativa o adicionalmente también es concebible otro tipo de sensor que, por ejemplo, determine una turbiedad del fluido y/u otro parámetro de calidad de fluido adecuado. En este caso, el sensor de calidad de fluido 34 se encuentra en el circuito de fluido 42. En estado de funcionamiento normal, el fluido pasa a través del sensor de calidad de fluido 34. El sensor de calidad de fluido 34 se prevé para determinar repetidamente el parámetro de calidad de fluido, por ejemplo, varias veces por minuto. Además, el sensor de calidad de fluido 34 está conectado a una unidad de control y/o de regulación 46 de la unidad de control 32. La unidad de control y/o de regulación 46 presenta una unidad de cálculo correspondiente y se prevé para el procesamiento del parámetro de calidad de fluido.
El sensor de calidad de fluido 34 se dispone en dirección de flujo 20 detrás de la unidad de desalinización 26. En el presente caso, el sensor de calidad de fluido 34 está dispuesto, en dirección de flujo 20, delante del filtro de partículas 28. El sensor de calidad de fluido 34 se encuentra entre la unidad de desalinización 26 y el filtro de partículas 28. Además, el sensor de calidad de fluido 34 está integrado en la unidad de calidad de fluido 22. Sin embargo, igualmente se puede considerar una realización independiente. La unidad de control 32 y la unidad de calidad de fluido 22 también se pueden configurar, al menos en parte, en una sola pieza o de manera completamente separada. También es concebible que el sensor de calidad de fluido 34 se disponga em dirección de flujo 20 detrás del filtro de partículas 28. En particular, el sensor de calidad de fluido 34 se puede disponer directamente por delante de la entrada 44 de la unidad de células 12. La disposición de la unidad de calidad de fluido 22 y de la unidad de control 32 mostrada en la figura 1 representa, sólo a modo de ejemplo, una posibilidad de configuración.
En estado de funcionamiento normal, la unidad de calidad de fluido 22 se prevé para proporcionar como fluido agua con una conductividad eléctrica máxima de 0,5 gS/cm, en el presente caso de 0,1 gS/cm, como máximo. La unidad de control 32 se prevé para vigilar la conductividad eléctrica del fluido, especialmente para detectar conductividades mayores que indiquen, por ejemplo, una mayor concentración de iones.
La unidad de control 32 se prevé para adaptar, en al menos un estado de funcionamiento defectuoso, al menos un parámetro de funcionamiento de la unidad de células 12 y/o del sistema de suministro de fluido 18 en función del parámetro de calidad de fluido. En el presente caso, la unidad de control 32 sirve para detectar el estado de funcionamiento defectuoso a la vista de una comparación entre el valor real y el valor real del parámetro de calidad de fluido. En especial, el estado de funcionamiento defectuoso es detectado por la unidad de control 32 cuando el parámetro de calidad de fluido supera un determinado valor límite. En este caso, se detecta el estado de funcionamiento defectuoso cuando, por medio del sensor de calidad de fluido 34, se mide una conductividad eléctrica del fluido superior a 0,1 gS/cm, siendo lógicamente posible cualquier otro valor límite mayor o menor. El valor límite puede ser almacenado en la unidad de control y/o de regulación 46 de la unidad de control 32 y/o puede ser preestablecido por un usuario. El valor límite se puede especificar directamente o adaptar automáticamente, por ejemplo, en el marco de la elección de un modo de funcionamiento. Además, cabe la posibilidad de que se almacenen y/o se puedan almacenar varios valores límite y/o rangos de valores correspondientes a determinados estados de funcionamiento defectuoso diferentes, por ejemplo, una contaminación excesiva no crítica y una contaminación excesiva crítica del fluido. En este contexto, es concebible que la unidad de control 32 se disponga para adaptar el parámetro de funcionamiento y/o diferentes parámetros de funcionamiento de distintas maneras en dependencia de un grado de contaminación y/o de un tipo de estado de funcionamiento defectuoso. También es posible que el parámetro de funcionamiento se adapte, por ejemplo, a una función lineal y/o inversa y/o polinómica y/o exponencial o a cualquier otra función del parámetro de calidad de fluido. La unidad de control y/o de regulación 46 se prevé preferiblemente para regular y/o ajustar el parámetro de funcionamiento en estado de funcionamiento defectuoso a un valor teórico. La unidad de control y/o de regulación 46 se puede configurar, al menos parcialmente, en una sola pieza con una unidad de control del dispositivo electroquímico 10 y/o de la unidad de células 12.
En el presente caso, la unidad de control 32, especialmente su unidad de control y/o de regulación 46, se prevé para controlar y/o regular una potencia de funcionamiento de la unidad de células 12. En particular, la unidad de control 32 se prevé para reducir la potencia de funcionamiento en el estado de funcionamiento defectuoso. En este caso, se puede considerar sobre todo que la potencia de funcionamiento se reduzca de forma continua y que la unidad de células 12 se apague al rebasar el valor límite. Especialmente en el caso de una contaminación moderada, también es concebible que la unidad de células 12 funcione, al menos temporalmente, a una potencia reducida constante, por ejemplo, para evitar daños debidos a una carga completa en el caso de un fluido que contenga demasiados iones. Además, es posible que la unidad de control 32 esté prevista para aumentar la potencia de funcionamiento si, por ejemplo, el parámetro de calidad del fluido vuelve de un rango crítico a un rango objetivo, en particular en caso de que una conductividad eléctrica del fluido vuelva a estar por debajo del valor límite después de haberlo superado, por ejemplo, durante un determinado período de tiempo.
Por otra parte, la unidad de control 32, en particular su unidad de control y/o de regulación 46, se prevé para controlar y/o regular un caudal del fluido a través de la unidad de células 12. La unidad de control 32 se puede prever, por ejemplo, para controlar al menos una válvula de conmutación y/o al menos una válvula proporcional y/o al menos una bomba o similar. En particular, la unidad de control 32 se prevé para reducir el caudal en el estado de funcionamiento defectuoso. Como es lógico, también es posible que, a diferencia de la descripción anterior, la unidad de control 32 sólo se disponga para la adaptación del caudal o sólo para la adaptación del parámetro de funcionamiento.
El sistema de suministro de fluido 18 según la invención presenta al menos una vía de derivación 36, por la que el fluido puede fluir opcionalmente, para la unidad de células 12. La vía de derivación 36 está dimensionada de manera que un flujo total de fluido puede pasar, en lugar de hacerlo por la unidad de células 12, a través de la vía de derivación 36. En el caso según la invención, el sistema de suministro de fluido 18 comprende al menos una primera válvula de conmutación 48 dispuesta en dirección de lujo 20 delante de la unidad de células 12, especialmente entre el filtro de partículas 28 y la unidad de células 12. Además, el sistema de suministro de fluido 18 según la invención comprende al menos una segunda válvula de conmutación 50 dispuesta en dirección de flujo 20 detrás de la unidad de células 12. En el presente caso, al menos la primera válvula de conmutación 48 o la segunda válvula de conmutación 50 está diseñada a modo de válvula proporcional, aunque también es concebible que ambas válvulas de conmutación 48, 50 o ninguna de las válvulas de conmutación 48, 50 estén diseñadas como válvulas proporcionales. Por medio de las válvulas de conmutación 48, 50, el fluido puede ser conducido, al menos parcialmente, de modo que pase al lado de la unidad de células 12 y a través de la vía de derivación 36. En particular, de esta forma se puede reducir y/o poner a cero un caudal que pase por la unidad de células 12 o, por ejemplo, en función de una posición de la primera válvula de cambio 48 y/o de la segunda válvula de conmutación 50. En el caso según la invención, la unidad de control 32 se prevé para controlar las válvulas de conmutación 48, 50. Especialmente en estado de funcionamiento defectuoso, la unidad de control 32 cambia las válvulas de conmutación 48, 50 de manera que al menos una parte del fluido pase por la vía de derivación 36. También es concebible que la unidad de control 32 se reduzca especialmente. Las válvulas de conmutación 48, 50 se pueden activar preferiblemente de manera que al menos una parte o la totalidad del fluido sea conducido a través de la vía de derivación 36. Con preferencia se reduce adicionalmente la potencia de funcionamiento de la unidad de células 12 y/o la unidad de células 12 se apaga temporalmente. En intervalos de tiempo regulares, se determina preferiblemente de nuevo un parámetro de calidad de fluido actual, que se compara con el rango teórico. Para ello, se realiza nuevamente el segundo paso de procedimiento 54. El fluido se puede purificar así por medio de la unidad de calidad de fluido 22 mientras que la unidad de células 12 se mantiene, por ejemplo, en modo de espera. El dispositivo electroquímico 10 puede funcionar en este modo de funcionamiento defectuoso hasta que el parámetro de calidad de fluido alcance de nuevo un valor teórico, tras lo cual se vuelve ventajosamente al primer paso de procedimiento 52, en el que las válvulas de conmutación 48, 50 se cambian de manera correspondiente de forma que el fluido llegue de nuevo a la unidad de célula 12.
Adicional o alternativamente, el procedimiento para el funcionamiento del dispositivo electroquímico 10 puede incluir también un paso de procedimiento adicional 58, que no forma parte de la invención, en el que se suministra fluido a la unidad de célula 12 en al menos un estado inactivo de la unidad de células 12, preferiblemente cuando no existe un estado de funcionamiento defectuoso. En este caso, el fluido pasa de forma continua o fásica a través de la unidad de células 12 mientras que ésta está desactivada, por lo que el fluido no permanece de forma permanente en el circuito de fluido 42 ni en la unidad de células 12 y puede ser purificado especialmente por medio de la unidad de calidad de fluido 22. La unidad de células 12 se puede parar, por ejemplo, al menos temporalmente y/o encontrar en modo de espera. Así se pueden evitar depósitos y/o contaminaciones de la unidad de células 12 debido a un fluido estancado. Además, se puede prescindir de un paso de depuración del fluido durante un aumento de la potencia de la unidad de células 12, puesto que, debido a un flujo del fluido, el parámetro de calidad de fluido se puede mantener dentro de un rango teórico.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Dispositivo electroquímico, especialmente dispositivo de electrólisis, en particular dispositivo de electrólisis de membrana electrolítica polimérica, con al menos una unidad de células (12) que comprende al menos una célula electroquímica (14, 16), y con al menos un sistema de suministro de fluido (18) para suministrar a la unidad de células (12) al menos un fluido que fluye en al menos una dirección de flujo (20), presentando el sistema de suministro de fluido (18) al menos una unidad de calidad de fluido (22) prevista para el tratamiento del fluido y dispuesta en dirección de flujo (20) delante de la unidad de células (12), caracterizado por una unidad de control (32) que presenta al menos un sensor de calidad de fluido (34) previsto para la medición automática de un parámetro de calidad de fluido, estando la unidad de control (32) prevista para controlar y/o regular, en al menos un estado de funcionamiento defectuoso, al menos un caudal del fluido a través de la unidad de células (12) en dependencia del parámetro de calidad de fluido medido mediante una adaptación de un caudal a través de una vía de derivación (36) del sistema de suministro de fluido (18), comprendiendo el sistema de suministro de fluido (18) al menos una primera válvula de conmutación (48) dispuesta en dirección de flujo (20) delante de la unidad de células (12) y al menos una segunda válvula de conmutación (50) dispuesta en dirección de flujo (20) detrás de la unidad de células (12), previéndose la unidad de control (32) para controlar las válvulas de conmutación (48, 50), disponiéndose al menos todos los componentes conductores de fluido de la unidad de calidad de fluido (22) en una zona cercana (24) a la unidad de células (12), y siendo la zona cercana (24) una zona cuyos puntos están a menos de 3 m de distancia de la unidad de células.
2. Dispositivo electroquímico según la reivindicación 1, caracterizado por que la unidad de calidad de fluido (22) presenta al menos una unidad de desalinización (26), especialmente un intercambiador de iones.
3. Dispositivo electroquímico según la reivindicación 2, caracterizado por que la unidad de calidad de fluido (22) presenta al menos un filtro de partículas (28) en dirección de flujo (20) detrás de la unidad de desalación (26).
4. Dispositivo electroquímico según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que una vía de conducción (30) desde la unidad de calidad de fluido (22) hasta la unidad de célula (12) tiene una longitud de 2 m, como máximo, ventajosamente de 0,5 m, como máximo.
5. Dispositivo Aparato electroquímico según al menos la reivindicación 2, caracterizado por que el sensor de calidad de fluido (34) se dispone en dirección de flujo (20) detrás de la unidad de desalinización (26).
6. Dispositivo electroquímico según la reivindicación 5, caracterizado por que el parámetro de calidad de fluido es una conductividad eléctrica del mismo.
7. Dispositivo electroquímico según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la unidad de control (32) se prevé para controlar y/o regular una potencia de funcionamiento de la unidad de células (12).
8. Dispositivo electroquímico según al menos la reivindicación 2, caracterizado por que la unidad de desalinización (26) se prevé para realizar una desalinización de agua de manera que una conductividad eléctrica del fluido formado por agua sea inferior a 0,1 pS/cm.
9. Electrolizador con al menos un dispositivo electroquímico (10) según una de las reivindicaciones anteriores.
10. Procedimiento para el funcionamiento de un dispositivo electroquímico (10) según una de las reivindicaciones 1 a 8, con al menos una unidad de células (12) que comprende al menos una célula electroquímica (14, 16), alimentándose la unidad de células (12) con al menos un fluido corriente, caracterizado por que el fluido se trata al menos parcialmente en la zona cercana (24) a la unidad de células (12) antes de entrar en la unidad de células (12).
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