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MXPA02009375A - Sistema de celda de combustible con manejo de carga. - Google Patents

Sistema de celda de combustible con manejo de carga.

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Publication number
MXPA02009375A
MXPA02009375A MXPA02009375A MXPA02009375A MXPA02009375A MX PA02009375 A MXPA02009375 A MX PA02009375A MX PA02009375 A MXPA02009375 A MX PA02009375A MX PA02009375 A MXPA02009375 A MX PA02009375A MX PA02009375 A MXPA02009375 A MX PA02009375A
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MX
Mexico
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fuel cell
cell system
assembly
fuel
stacks
Prior art date
Application number
MXPA02009375A
Other languages
English (en)
Inventor
David J Edlund
Original Assignee
Dickman Anthony J
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=26888636&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=MXPA02009375(A) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Dickman Anthony J filed Critical Dickman Anthony J
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Abstract

Un sistema de celda de combustible que tiene redundancia parcial y/o total de al menos un componente operacional, tal como una redundancia de las pilas de celdas de combustible y/o procesadores de combustible. En algunas modalidades, el sistema de celda de combustible incluye una pluralidad de pilas de celdas de combustible adaptadas para distribuir el mismo rendimiento maximo tasado de energia como un sistema de celda de combustible comparativo que tiene solo una pila individual de celdas de combustible. En algunas modalidades, el sistema de celda de combustible incluye una pluralidad de pilas de celdas de combustible adaptadas para distribuir mas del rendimiento maximo tasado de energia del sistema comparativo de celda de combustible. En algunas modalidades, el sistema de celda de combustible incluye una pluralidad de pilas de celda de celdas de combustible que tiene al menos una redundancia de n+1 (o total) en comparacion a un sistema de celda de combustible que tiene solo una pila individual de celdas de combustible. En algunas modalidades, el sistema de celda de combustible incluye un sistema de control y/o estructura adaptada para limitar la carga aplicada al sistema.

Description

SISTEMA DE CELDA DE COMBUSTIBLE CON MANEJO DE CARGA Campo de la Invención La presente invención se refiere en general a sistemas de producción de energía, y de manera más particular a sistemas de celda de combustible que incluyen una pluralidad de pilas de celdas de combustible.
Antecedentes de la Invención Los sistemas de celda de combustible incluyen un procesador de combustible y una pila de celdas de combustible. La pila de celdas de combustible produce una corriente eléctrica de la corriente de producto del procesador de combustible. Por ejemplo, el procesador de combustible puede producir gas de hidrógeno o gas con alto contenido en hidrógeno a partir de materiales de alimentación comunes, tal como agua, un material de alimentación que contiene carbono, o ambos. La pila de celdas de combustible produce una corriente eléctrica del gas de hidrógeno. Un ejemplo de un sistema convencional de celda de combustible se muestra en la Figura 1 y se indica en general en 10. El sistema 10 incluye un montaje 11 de procesamiento de combustible y una pila 22 de celdas de combustible. El montaje 11 de procesamiento de combustible incluye un procesador 12 adecuado de combustible y un sistema 17 de distribución de corriente de alimentación, que distribuye una corriente de alimentación 16 al procesador de combustible. El procesador 12 de combustible se adapta para producir una corriente 14 de hidrógeno de producto que contiene gas hidrógeno de la corriente 16 de alimentación, que contiene el material de alimentación para el procesador de combustible. La composición y número de corrientes individuales que forman la corriente de alimentación 16 tenderá a variar dependiendo del mecanismo por el cual se adapte el procesador 12 de combustible al producir la corriente 14 de hidrógeno de producto. Por ejemplo, si el procesador de combustible 12 produce la corriente 14 por vapor o reformación autotérmica, la corriente de combustible 16 contiene un material de alimentación 18 que contiene carbono y agua 20. Si el procesador 12 de combustible produce la corriente 14 por pirólisis u oxidación parcial catalítica de un material de alimentación que contiene carbono, la corriente de alimentación 16 contiene un material de alimentación que contiene carbono y no incluye agua. Si el procesador 12 de combustible produce la corriente 14 por electrólisis, la corriente de alimentación 16 contiene agua y no contiene un material de alimentación que contiene carbono. Los ejemplos de materiales de alimentación que contienen carbono incluyen alcoholes e hidrocarburos. Cuando la corriente de alimentación contiene agua y un material de alimentación que contiene carbono que es soluble con agua, la corriente de alimentación puede ser una corriente individual, tal como se muestra en la Figura 1. Cuando el material de alimentación que contiene carbón no es miscible en agua, el agua y el material de alimentación que contiene carbono se distribuyen en corrientes de alimentación separadas, tal como se muestra en la Figura 2. La pila 22 de celdas de combustible se adapta para producir una corriente eléctrica de la porción de la corriente 14 de hidrógeno de producto distribuida a la misma. La pila 22 de celdas de combustible incluye una pluralidad de celdas de combustible 24 integradas conjuntamente entre las placas terminales comunes 23, que contienen conductos de distribución/remoción de fluido (no mostrado) . Los ejemplos de celdas de combustible convencionales incluyen celdas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEM) y celdas de combustible alcalinas. La pila 22 de celdas de combustible puede recibir toda la corriente 14 de hidrógeno de producto. Algo o toda la corriente 14 se puede distribuir de manera adicional o alternativa, mediante un conducto adecuado, para el uso en otro proceso que consume hidrógeno, se quema por combustible o calor, o se almacena para el uso posterior.
La pila 22 de celdas de combustible recibe al menos una porción sustancial de la corriente 14 de hidrógeno de producto y produce una corriente eléctrica 26 de la misma. Esta corriente se puede usar para proporcionar energía eléctrica a un dispositivo 28, asociado que consume energía/ tal como un vehículo o un hogar u otra habitación residencial o comercial . En la Figura 3, se muestra un- ejemplo ilustrativo de una pila de celdas de combustible. La pila 22 (y las celdas 24 individuales de combustible contenidas en la misma) incluye una región 32 de ánodo y una región 34 de cátodo, que se separan por una membrana o barrera electrolítica 36 a través de la cual pueden pasar los iones de hidrógeno. Las regiones incluyen respectivamente los electrodos 38 y 40 de ánodo y cátodo. La región 32 de ánodo de la pila de celdas de combustible recibe al menos una porción de la corriente 14 de hidrógeno de producto. La región 32 de ánodo se purga periódicamente y libera una corriente 48 de purga, que puede contener gas de hidrógeno. De manera alternativa, se puede desfogar continuamente gas de hidrógeno de la región de ánodo de la pila de celda de combustible y se hace re-circular. Las corrientes de purga se pueden desfogar a la atmósfera, se "pueden quemar, usar para calentamiento, combustible o como un material de alimentación para el montaje de procesamiento de combustible. Las corrientes de purga de, las pilas de celdas de combustible se pueden integrar en un montaje de recolección adecuado a través del cual la corriente de purga combinada se puede usar como combustible, material de alimentación, calentamiento, o se recolecta de otro modo, sé utiliza o se almacena de otra forma. La región 34 de cátodo recibe una corriente 42 de aire y libera una corriente 44 de escape de aire de cátodo, que está agotada parcial o sustancialmente de oxígeno. La corriente de aire 42 se puede distribuir por el sistema 46 de distribución de aire, que se ilustra esquemáticamente en la Figura 3 y puede tomar cualquier forma adecuada, tal como un ventilador, soplador o similar. Los electrones liberados del gas de hidrógeno no pueden pasar a través de la barrera 36 y en cambio deben pasar a través de un conducto externo 49, produciendo de este modo corriente eléctrica 26 que se puede usar para satisfacer la carga aplicada por el dispositivo 28. La corriente 26 también se puede usar para accionar la operación del sistema de celda de combustible. Los requerimientos de energía del sistema de celda de combustible se refieren colectivamente como el resto de los requerimientos de planta del sistema de celda de combustible. Debido a que el sistema 10 de celda de combustible depende de una pila individual de celdas de combustible y de un procesador individual de combustible, sufre de algunas limitaciones debido a su dependencia en estos componentes. Por ejemplo, si la pila 22 requiere mantenimiento, se daña o necesita de otra forma ser removida del servicio, el sistema 10 es incapaz de proporcionar energía al dispositivo 28, diferente de la energía previamente almacenada, si es que la hay. De manera similar, si el procesador 12 de combustible requiere mantenimiento, se daña o necesita de otro modo ser removido del servicio, el sistema 10 es incapaz de proporcionar material de alimentación, tal como la corriente 14 de hidrógeno de producto, a la pila 22 de celda de combustible, diferente del material de alimentación previamente almacenado, si lo hay.
Breve Descripción de la Invención La presente invención se refiere a un sistema de celda de combustible que tiene una redundancia de al menos un componente operacional, tal como una redundancia de pilas de celda de combustible y/o una redundancia de procesadores de combustible. En algunas modalidades, el sistema de celda de combustible puede incluir una pluralidad de pilas de celda de combustible adaptadas para proporcionar redundancia parcial y/o total. En algunas modalidades, el sistema de celda de combustible incluye una pluralidad de pilas de celdas de combustible adaptadas para distribuir el mismo rendimiento máximo de energía de un sistema de celda de combustible comparativo que tiene solo una pila individual de celdas de combustible, proporcionando de este modo redundancia parcial. En algunas modalidades, el sistema de celda de combustible incluye una pluralidad de pilas de celdas de combustible adaptadas para distribuir más del rendimiento máximo tasado de energía de un sistema de celda de combustible comparativo que tiene sólo una pila individual de celdas de combustible. En algunas modalidades, el sistema de celda de combustible incluye una pluralidad de pilas de celdas de combustible que tienen al menos una redundancia de n + 1 (o total) en comparación a un sistema de celda de combustible que tiene sólo una pila individual de celdas de combustible. En algunas modalidades, el sistema de celda de combustible incluye un sistema de control . En algunas modalidades, el sistema de celda de combustible puede incluir una pluralidad de procesadores de combustible para proporcionar redundancia total o parcial.
Breve Descripción de los Dibujos La Figura 1 es un diagrama esquemático de un sistema convencional de celda de combustible. La Figura 2 es un diagrama esquemático de un sistema convencional de celda de combustible. La Figura 3 es un diagrama esquemático de una pila convencional de celda de combustible. La Figura 4 es un diagrama esquemático de un sistema de celda de combustible de acuerdo a la presente invención. La Figura 5 es un diagrama esquemático de otro sistema de celda de combustible de acuerdo a la presente invención. La Figura 6 es un diagrama esquemático de una modalidad del módulo de manejo de energía de la Figura 5. La Figura 7 es un diagrama esquemático de otro sistema de celda de combustible de acuerdo a la presente invención. La Figura 8 es un diagrama esquemático de otro sistema de celda de combustible de acuerdo a la presente invención. La Figura 9 es un diagrama esquemático de otro sistema de celda de combustible de acuerdo a la presente invención. La Figura 10 es un diagrama esquemático de un sistema de celda de combustible con un sistema de control de acuerdo a la presente invención. La Figura 11 es un diagrama esquemático de otro sistema de celda de combustible con un sistema de control de acuerdo a la presente invención. La Figura 12 es un diagrama esquemático de una interfaz de usuario adecuada para el uso con los sistemas de celda de combustible de acuerdo a la presente invención. La Figura 13 es un diagrama esquemático fragmentario de un dispositivo consumidor de energía de acuerdo a la presente invención. La Figura 14 es un diagrama esquemático de un procesador adecuado de combustible para el uso en sistemas de celdas de combustible de acuerdo a la presente invención. La Figura 15 es un diagrama esquemático de otro procesador adecuado de combustible para el uso en sistemas de celdas de combustible de acuerdo a la presente invención. La Figura 16 es un diagrama esquemático de otro sistema de celda de combustible de acuerdo a la presente invención.
Descripción Detallada y Mejor Modo_jde la Invención Un sistema de celda de combustible construido de acuerdo a la presente invención se muestra en la Figura 4 y se indica en general en 60. El sistema 60 incluye un montaje 62 de procesamiento de combustible que incluye un procesador 64 de combustible que se adapta para producir una corriente 66 de hidrógeno de producto a partir de un material de alimentación distribuido vía la corriente 68 de alimentación. Se debe entender también que los componentes del sistema 60 se han ilustrado de forma esquemática y que el sistema de celda de combustible puede incluir componentes adicionales diferentes de aquellos ilustrados específicamente en las figuras, tal como bombas de alimentación, sistemas de distribución de aire, intercambiadores de calor, montajes de calentamiento y similares, tal como se describe en las referencias incorporadas . El procesador 64 de combustible puede producir la corriente 66 de hidrógeno de producto mediante cualquier mecanismo adecuado. Los ejemplos de mecanismos adecuados incluyen reformación de vapor y reformación autotérmica en los cuales se usan catalizadores de reformación para producir gas de hidrógeno a partir de una corriente de alimentación que contiene carbono y agua. Otros mecanismos adecuados para producir gas de hidrógeno incluyen pirólisis y oxidación parcial catalítica de un material de alimentación que contiene carbono, caso en el cual la corriente de alimentación no contiene agua. Aun otro mecanismo adecuado para producir gas de hidrógeno es electrólisis, caso en el cual el material de alimentación es agua. En la Figura 4, la corriente de alimentación 68 se muestra como que se distribuye como dos corrientes separadas a partir de los sistemas 70 de distribución de material de alimentación, respectivos. Está dentro del alcance de la invención que la corriente de alimentación pueda ser una corriente individual o pueda ser más de dos corrientes . De manera similar, el sistema de distribución de material de alimentación puede tomar cualquier forma adecuada, tal como una bomba conectada a un suministro de material de alimentación, un montaje de válvulas asociado con una corriente presurizada del material de alimentación, etc. Para propósitos de ilustración, el siguiente análisis describirá el procesador 64 de combustible como un reformador de vapor adaptado para recibir una corriente 68 de alimentación que contiene un material de alimentación 72 que contiene carbono y agua 74. Sin embargo, esta dentro del alcance de la invención que el procesador 64 de combustible pueda tomar cualquier forma, como se analiza anteriormente. Los ejemplos de materiales de alimentación 72 que contienen carbono incluyen al menos un hidrocarburo o alcohol . Los ejemplos de hidrocarburos adecuados incluyen metano, propano, gas natural, diesel, queroseno, gasolina y similares. Los ejemplos de alcoholes adecuados incluyen metanol, etanol y polioles, tal como etilenglicol y propilenglicol. Cuando el material de alimentación que contiene carbono es soluble en agua, el material de alimentación que contiene carbono y el agua pueden ser distribuidos, pero no necesariamente, en una corriente de alimentación individual 68, tal como se muestra en la Figura 5. Cuando el material de alimentación que contiene carbono no es soluble en agua, se usan corrientes de alimentación separadas 68, como se muestra en la Figura 4. Los ejemplos de reformadores de vapor adecuado se describen en la Solicitud de Patente de los Estados Unidos No. de Serie 09/291,447, que se titula "Fuel Processing System", que se presentó el 13 de Abril de 1999 y la descripción de la cual se incorpora en la presente como referencia. Los ejemplos de otros componentes del montaje 62 de procesamiento de combustible también se describen en la Solicitud de Patente de los Estados Unidos No. de Serie 09/190,917, que se titula "Integrated Fuel Cell System", que se presentó el 12 de Noviembre de 1998 y la descripción de la cual se incorpora en la presente como referencia. Como se muestra en la Figura 4, el montaje 62 de procesamiento de combustible se adapta para distribuir al menos una porción de la corriente 66 de hidrógeno de producto a una pluralidad de pilas 76 de celdas de combustible. De manera colectiva, la pluralidad de pilas 76 de celdas de combustible se puede referir como un montaje 77 de pilas. Las pilas 76 producen una corriente eléctrica 78 a partir de la porción de la corriente 66 de hidrógeno de producto distribuida a las mismas, y esta corriente se puede usar para satisfacer las demandas de energía o carga aplicada, de un dispositivo 80 que consume energía. Los ejemplos ilustrativos de los dispositivos 80 incluyen, de manera enunciativa y sin limitación, un vehículo de motor, vehículo recreativo, bote, herramientas, montajes de iluminación o lámparas, aparatos, (tal como caseros u otros aparatos) , una o más habitaciones residenciales, (tal como un hogar, apartamento, casa de ciudad, condominio, etc.), construcciones comerciales, estaciones de retrazo de microondas, equipo de señalización o comunicación, etc. Se debe entender que el dispositivo 80 se ilustra esquemáticamente en la Figura 4 y se propone para representar uno o más dispositivos o colección de dispositivos que se adaptan para extraer energía eléctrica del sistema de celda de combustible. Para ilustrar adicionalmente este punto, en la Figura 5 se muestra el dispositivo 80 como que incluye un par de dispositivos 80? y 8O2. Cada dispositivo 80 tiene una pluralidad de estados operacionales que incluyen al menos un primer estado operacional, en el cual el dispositivo esta aplicando al menos una porción de la carga aplicada en el montaje 77 de pilas de celdas de combustible, y un segundo estado operacional, en el cual el dispositivo no esta aplicando una carga en el montaje 77 de pilas. En el ejemplo ilustrativo mostrado en la Figura 4 se muestran cuatro pilas y se indican en general en 761-764. Es importante distinguir que el sistema 60 incluye una pluralidad de pilas 76 de celdas de combustible y no solamente una pila individual de celdas de combustible que contiene una pluralidad de celdas de combustible. Como se muestra, cada pila de celdas de combustible contiene una o más celdas 82 de combustible (y contiene típicamente una pluralidad de celdas de combustible) conectadas entre placas terminales comunes 84 y que tienen conductos de fluido comunes. Los ejemplos de celdas de combustible adecuadas son celdas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEM) y celdas de combustible alcalinas, sin embargo, se puede usar cualquier otra celda de combustible adecuada. De manera similar, las pilas y celdas pueden ser de construcción similar a la pila mostrada en la Figura 3. Las celdas de combustible 82 en cada pila funcionan como una unidad para producir energía eléctrica del material de alimentación distribuido a la pila, tal como de la porción de la corriente 66 de hidrógeno de producto que se distribuye a la pila. Cada pila tiene una pluralidad de estados operacionales que incluyen al menos un primer estado operacional, en el cual la pila esta recibiendo al menos una porción de la corriente 66 de hidrógeno de producto y produciendo una corriente eléctrica de la misma y un segundo estado operacional, en el cual la pila de celda de combustible no está produciendo una corriente eléctrica (y típicamente no está recibiendo una porción de la corriente 66) .
Diferente de una pila individual de celdas de combustible, cada pila en el montaje 77 puede operar independiente de las otras pilas. Por esto se quiere decir que si una de las pilas falla o se remueve de otra manera de la operación, tal como para mantenimiento o reparación, las otras pilas pueden continuar operando y produciendo de este modo la corriente 78 para satisfacer al menos una porción de la carga aplicada del dispositivo 80. Aunque la salida total tasada de energía del montaje de pilas no estará disponible cuando al menos una de las pilas esté fuera de línea o no esté produciendo de otra manera una corriente eléctrica, el montaje de pilas aun será capaz de producir una porción de su salida tasada de energía en tanto que al menos una de sus pilas este operando. En otras palabras, el montaje 77 de pilas proporciona una alternativa a tener ya sea una pila individual funcionando, en la cual la salida máxima tasada de energía esté disponible para suministrar la carga aplicada del dispositivo 80 y la pila no esté funcionando, en la cual no esté disponible salida de energía, diferente de la energía previamente almacenada, si la hay. Para extender adicionalmente la utilidad del montaje 77 de pilas, puede ser útil definir algunos términos que se usan en la presente y proporcionan algunas aplicaciones ilustrativas del montaje 77 de pilas y el sistema 60. Como se usa en la presente "salida o rendimiento máximo tasado de energía" se refiere al rendimiento de energía que hubo una pila 76 de celdas de combustible se diseña, o configura a producir. Por ejemplo, los fabricantes de pilas de celdas de combustible, tal como Energy Partners, Plug Power, Nuvera, H-Power, Ballard Power, Internacional Fuel Cells, Teledyne y otros, tasan sus pilas con un rendimiento máximo de energía dentro del cual las pilas se diseñan para operar de manera segura. De manera similar, el término "rendimiento total tasado de energía" se refiere al rendimiento máximo tasado, combinado de energía de una pluralidad de pilas de celdas de combustible en el montaje 77 de pilas. Como se usa en la presente, "rendimiento máximo deseado de energía" se refiere al rendimiento máximo de energía que un montaje de pilas o pila de celdas de combustible necesita proporcionar para satisfacer la carga aplicada del dispositivo 80. Como se usa en la presente, el término "rendimiento intermedio de energía" y "rendimiento intermedio tasado de energía" se refiere al rendimiento de un montaje de pilas de celdas de combustible que es menor que su rendimiento total tasado de energía. Por ejemplo, si un montaje de pilas incluye tres pilas y una de las pilas está fuera de línea, el montaje de pilas será capaz de proporcionar un rendimiento intermedio de energía, específicamente la suma de los rendimientos más máximos tasados de energía de las dos restantes pilas. Este rendimiento también se puede referir como el rendimiento disponible tasado de energía del montaje de pilas, que cambiará dependiendo del número de pilas disponibles en un momento particular. Un dispositivo particular 80 puede aplicar una carga fija o variable al sistema 60 de celdas de combustible (y el montaje 77 de pilas de celdas de combustible) . La magnitud y variabilidad de la carga aplicada tenderá a variar con el tipo particular y construcción del dispositivo y aplicación dentro de la cual se usa el dispositivo. Por ejemplo, un dispositivo particular 80 puede aplicar normalmente cargas al montaje 77 de pilas dentro del intervalo de 300 y 15 kW. El montaje 77 de pilas a su vez, se puede diseñar para proporcionar hasta 20 kW de energía de modo que el montaje de pilas puede satisfacer esta carga, suministrar los requerimientos del resto de la planta del sistema 60, y proporcionar adicional o alternativamente un amortiguamiento en caso en que la carga aplicada del dispositivo 80 en alguna ocasión exceda su intervalo normal de valores. En esta configuración, el rendimiento total tasado de energía del montaje de pilas es de 20 kW y el rendimiento máximo deseado de energía del montaje de pilas 77 es de 15 kW. El rendimiento máximo tasado de energía de las pilas individuales 76 en el montaje 77 de pilas puede variar, tal como dependiendo del número de pilas y el grado de redundancia deseada, como se analiza en más detalle en la presente . Para propósitos de ilustración, se presentan los siguientes intervalos de los requerimientos de operación de energía de los dispositivos 80 de ejemplo. Los automóviles requieren en general de 5-75 kW de energía con 5 kW que representa la velocidad de crucero en una superficie plana y 75 kW que representa una aceleración fuerte. El suministro de energía de respaldo para un grupo familiar requiere en general energía en el intervalo de 300 W a 300-15 kW. Un vehículo recreativo, casa móvil o similar tiene típicamente un requerimiento de energía en el intervalo de 300 W a 7-lOkW excluyendo las partes de energía móvil. Por esto es quiere decir que este intervalo de energía representa la energía eléctrica necesaria para hacer correr los aparatos de calentamiento, acondicionamiento de aire y aparatos del vehículo recreativo, pero no la energía para impulsar el vehículo. Las embarcaciones marinas, tal como barcos de vela, tienden a tener requerimientos de energía en el intervalo de 100-300 W a 2-5 kW. Algunos dispositivos 80, tal como suministros ininterrumpibles de energía (UPS) se pueden diseñar para un requerimiento particular de energía que depende del ambiente específico en el cual se use el suministro de energía. Por ejemplo, un UPS que se configura para proporcionar energía a una computadora personal puede 1-5 requerir solo 300 W de energía. Sin embargo, un UPS diseñado para proporcionar energía al equipo de comunicación, equipo de señalización, un laboratorio, una red de computadoras o similar puede tener un requerimiento de energía mucho mayor. Se debe entender que los intervalos anteriores son ejemplos ilustrativos y que dispositivos similares 80 pueden operar fuera de los intervalos identificados. De manera similar, se debe entender que los intervalos anteriores se refieren como requerimientos de energía de operación debido a que cada uno de los dispositivos se puede desconectar o suspender, caso en le cual el dispositivo no tendrá requerimiento de energía. Está dentro del alcance de la presente invención que el número de pilas 76 de celdas de combustible en el montaje 77 de pilas pueda variar de dos a varias docenas o más pilas. Debido a que el sistema 60 incluye una pluralidad de pilas independientes 76, cada pila puede ser más pequeña y puede tener un rendimiento máximo tasado de energía que es menor que de otro modo se requeriría si solo se usara una pila individual, tal como la pila 22 en el sistema 10. Cuando se usan pilas más pequeñas, serán típicamente menos costosas que una pila individual más grande. Esta disminución en los costos de pilas individuales se amortigua algo por el incremento en los controles adicionales y conductos de fluidos requeridos para la pila adicional. Como se analiza en más detalle en la presente, cada una de las pilas puede ser alternativamente igual en el rendimiento tasado de energía a la pila correspondiente 22 en el sistema 10. Como un ejemplo comparativo, se considera un sistema 10 de celda de combustible diseñado para proporcionar 3 kW de energía de respaldo (tal como aplicaciones de energía en reposo o de emergencia) a un grupo familiar. Continuando con este ejemplo, el sistema puede proporcionar energía para satisfacer los requerimientos del resto de la planta del sistema de celda de combustible (específicamente, la energía requerida por los componentes del sistema 60) . Los requerimientos del resto de la planta y las pérdidas en los componentes electrónicos de energía varían típicamente de unos pocos cientos de atios a aproximadamente 1 kW. En este sistema, el rendimiento máximo deseado de energía es de 3 kW y el rendimiento máximo tasado de energía de la pila 22 puede ser de 4 kW. El sistema 10 por lo tanto, es capaz de proporcionar el rendimiento máximo deseado de energía del grupo familiar, así como de proporcionar los requerimientos del resto de la planta del sistema. Sin embargo, si la pila 22 necesita ser removida de la operación, tal como si la pila falla, opera más allá de los parámetros de operación aceptables, necesita ser actualizada, se contamina, o necesita de otra forma que se le de el servicio, se inspecciona o se repara, el sistema 10 no puede proporcionar energía al grupo familiar, hasta que esté de regreso en servicio la pila. Durante este tiempo, el grupo familiar está sin su fuente de energía de respaldo. Como un recordatorio, este es un ejemplo ilustrativo y los valores en el sistema particular pueden variar. Por ejemplo, si los requerimientos del resto de la planta de un sistema particular exceden 1 kW, entonces se deben seleccionar una pila 22 de celdas de combustible que tenga una potencia máxima tasada de energía, superior. Si el sistema 60 de celda de combustible se usa en lugar del sistema 10, el sistema es capaz de proporcionar al menos una salida intermedia de energía, aun si una de las pilas 76 en el montaje 77 de pilas falla o está de otra forma fuera de línea, suspendido o de otra manera removido del servicio. Por ejemplo, si las pilas 16 - 16^ tienen cada una un rendimiento máximo tasado de energía de 1 kW, el montaje de pilas tendrá un rendimiento total tasado de energía que es igual al rendimiento tasado de energía del sistema 10. Si una de las pilas está fuera de línea, el montaje 77 de pilas (y el sistema 60) serán capaces de proporcionar un rendimiento intermedio de energía de 3 kW. En esta situación, el rendimiento máximo deseado de energía del grupo familiar u otro dispositivo 80 no puede ser capaz de ser cumplido, pero al menos una porción, y en algunos casos una porción sustancial de este rendimiento máximo tasado de energía puede ser cumplido. Por consiguiente, el montaje 77 de pilas se puede describir como que tiene un primer estado operacional, en el cual todas las pilas 76 están produciendo una corriente eléctrica, un segundo estado operacional, en el cual ninguna de _las pilas 76 está produciendo una energía eléctrica y un tercer estado operacional, en el cual al menos una de las pilas 76 está produciendo una energía eléctrica y al menos una de las pilas 76 no lo está haciendo. Adicionalmente, se debe recordar que muchos dispositivos 80 aplican una carga que corresponde a menos de su rendimiento máximo deseado de energía durante la mayoría, sino es una porción sustancial (80 % ó más) de su tiempo de operación. En esta situación, el montaje de pilas será capaz de cumplir con la carga aplicada de la casa o grupo familiar aunque no sea capaz de proporcionar el rendimiento máximo deseado de energía. Del ejemplo anterior, se demuestra la utilidad de un montaje 77 de pilas comprendido de pilas individuales 76 que tienen colectivamente un rendimiento total tasado de energía que es igual al rendimiento máximo deseado de energía del dispositivo 80. Este sistema 60 se puede describir como que tiene un montaje de pilas de celdas de combustible, o una pluralidad de pilas de celdas de combustible, que individualmente tienen rendimientos tasados de energía que son menores que el rendimiento máximo deseado de energía del sistema de celda de combustible, pero que satisfacen colectivamente el rendimiento máximo deseado de energía del sistema. Este sistema también se puede describir como que tiene redundancia intermedia o parcial, ya que el sistema puede proporcionar un rendimiento intermedio de energía aun sí una o más de las pilas individuales fallan (en tanto que hay al menos una pila en operación) . Como se analiza anteriormente, el número de pilas 76 de celdas de combustible en el montaje 77 de pilas puede variar, pero siempre incluirá al menos dos pilas de celdas de combustible. Por ejemplo, el montaje de pilas descrito en el contexto del ejemplo anterior puede incluir alternativamente ocho pilas 76 con rendimientos tasados de energía de 500 W, dos pilas 76 con rendimientos tasados de energía de 2 kW, tres pilas 76 con rendimientos tasados de energía de 1.33 kW, etc. En algunas modalidades de la invención, puede ser deseable que el régimen nominal de energía de cada pila 76 individual sea suficiente para proporcionar al menos una pila "extra" que permitirá que el sistema logre aún el rendimiento máximo nominal de energía aun si una o más pilas fallan o están fuera de línea tal como por servicio, mantenimiento o reparación. Por ejemplo, asumiendo que se desea un sistema de 4 kW, que tiene cinco pilas tasadas a 1 kW permite que el rendimiento máximo deseado de energía se logre aun si una de la pilas necesita ser puesta fuera de línea o falla. En esta configuración, el sistema 60 se puede describir como que tiene una redundancia de n+1, ya que puede proporcionar aun el rendimiento máximo deseado de energía si una pila no está produciendo energía. Está dentro del alcance de la invención que cualquier nivel deseado de redundancia se pueda proporcionar, tal como una redundancia de n+2 , redundancia de n+3 , etc. Cuando el montaje de pilas de celdas de combustible incluye al menos la redundancia de n+1, se puede referir como que tiene redundancia total, ya que el montaje de pilas (y el sistema correspondiente de celdas de combustible) puede proporcionar aun el rendimiento máximo deseado de energía aun si una pila individual (o más, dependiendo del nivel de redundancia) falla o está de otra forma fuera de línea. Se debe entender que la confiabilidad incrementada del sistema proporcionada al tener pilas adicionales se debe ponderar contra el gasto de estas pilas adicionales, tal como los costos posteriores, gastos de operación, demandas del sistema, etc. Por lo tanto, no hay una mejor configuración para todos los usuarios y todos los propósitos. En cambio., se puede seleccionar un sistema particular dependiendo de factores tal como el costo aceptable para el sistema, el nivel deseado de redundancia intermedia y el nivel deseado de redundancia total . Para muchas aplicaciones, será deseable una redundancia de n+1. Por supuesto, si una pila individual de celdas de combustible tiene una confiabilidad suficientemente alta, no se puede requerir la redundancia. Sin embargo, frecuentemente es difícil predecir la confiabilidad real de una pila particular, especialmente cuando la pila puede fallar debido a una falla de un componente del sistema corriente arriba o corriente debajo de la pila. En muchas aplicaciones, se puede requerir algún grado de redundancia como una medida de seguridad contra las consecuencias de tener un sistema de celda de combustible que no puede producir ninguna corriente. Debido a que el sistema 60 incluye una pluralidad de pilas 76 de celdas de combustible en lugar de la pila individual 22 mostrada en las Figura 1 y 2, las pilas se pueden poner en línea de forma creciente conforme se necesite cumplir con la carga aplicada por el dispositivo 80 (y/o para requerimientos del resto de la planta del sistema de celda de combustible, que pueden seír mayores durante el arranque del sistema) . De esta manera, para cargas menores que la máxima, solo se pone en línea el número de celdas de combustible necesario para cumplir con la demanda de carga y se hace operacional. Para aplicaciones demandantes tal como aplicaciones residenciales donde se requieren tiempos de vida extremadamente largos de las pilas, y en donde las cargas son cíclicas diariamente entre un rendimiento máximo tasado de energía y un rendimiento mínimo de energía, solo operando aquellas pilas de combustible necesarias para cumplir con la demanda de carga se dará por resultado horas de presión reducidas en las pilas de celdas de combustible y un tiempo de vida más prolongado. De esta manera, en lugar de tener una pila individual que siempre esté en línea cuando este en uso el sistema, el sistema 60 puede conservar la vida operativa de las pilas individuales de celdas de combustible al utilizar sólo el número de pilas necesarias para cumplir con la carga aplicada por el dispositivo 80. El estado operacional de las pilas individuales se puede seleccionar manualmente, se puede controlar de forma automática en respuesta a la magnitud de la carga aplicada (del dispositivo 80 y el sistema 60) o se pueden controlar por un sistema de control, como se analiza en más detalle en la presente. Las pilas de celda de combustible se pueden conectar eléctricamente en serie, en paralelo o en combinación de serie y paralelo para cumplir con los requerimientos de voltaje de salida del sistema 60. Por ejemplo, para cuatro pilas de 1 kW analizadas en la ilustración anterior cada una puede producir 12 VDC bajo la carga. Estas pilas se pueden conectar eléctricamente en serie para producir un rendimiento o salida de 48 VDC a los componentes electrónicos de energía. Se debe entender que estos valores se proponen solo para proporcionar ejemplos ilustrativos y que el voltaje de la corriente producida por el montaje 77 de pilas varía con la carga aplicada. De manera preferente, las pilas de celda de combustible se aislan eléctricamente entre sí para facilitar el mantenimiento servicio, reemplazo, etc., de una o más pilas de celdas de combustible en tanto que las pilas restantes continúan suministrando energía eléctrica al dispositivo 80. En la Figura 5, se muestra una modalidad del sistema 60 que incluye un módulo 81 de manejo de energía a través del cual se distribuye al dispositivo 80 la energía eléctrica desde la pluralidad de pilas de celdas de combustible. Como se muestra, la energía (o corriente) 78 del montaje 77 de pilas pasa a través del módulo 81 y entonces se distribuye subsiguientemente al dispositivo 80 como se indica en 83. Cuando el dispositivo 80 requiere energía de AC, el módulo 81 incluirá un inversor para convertir la energía de DC desde las pilas de celdas de combustible a energía de AC. Un ejemplo del módulo de manejo de energía que incluye un inversor 85 se ilustra esquemáticamente en la Figura 6. El módulo 81 puede incluir de manera adicional o alternativa un montaje 86 de batería que contiene una o más baterías 88 y cargadores asociados 90, que se adaptan para almacenar la energía en exceso, así como un montaje 92 de conmutación que se adapta para distribuir selectivamente la energía desde el montaje 77 de pilas a ya sea el dispositivo 80 o el montaje de batería. El módulo 81 puede incluir de manera adicional o alternativa al menos un convertidor 93 de DC-DC, tal como al menos un convertidor de DC-DC de refuerzo que incrementa el voltaje de la corriente 78 o al menos un convertidor de DC-DC reductor que disminuye el voltaje de la corriente 78. El convertidor 93 recibe la corriente de DC no regulada del montaje 77 de pilas, el voltaje el cual es variable con la carga aplicada, y regula el voltaje de la corriente a un valor seleccionado. El valor seleccionado puede ser más o menos que el valor no regulado y también puede variar dependiendo de si la corriente de salida del convertidor vaya al montaje 86 de batería o dispositivo 80. El módulo 81 puede contener un convertidor de DC-DC para cada pila 76 o alternativamente, cada pila de celdas de combustible se puede conectar eléctricamente a, o incluir, un convertidor 93 de DC-DC dedicado, tal como se ilustra esquemáticamente en la Figura 7 con líneas discontinuas. Como se muestra, los convertidores de DC-DC se pueden integrar con pilas 76 de celdas de combustible, con contactores 100, o pueden ser unidades discretas corriente abajo de las pilas de celdas de combustible. El rendimiento regulado de DC de los convertidores dedicados de DC-DC se puede conectar en paralelo o en serie. Se debe entender que el módulo 81 puede incluir componentes diferentes de aquellos analizados en la presente, y que no todos los componentes anteriores se requieren en cada modalidad de un módulo de manejo de energía. En la Figura 7, se muestra una modalidad adicional del sistema 60 e incluye un montaje 94 de colector de distribución que recibe al menos una porción de la corriente de hidrógeno de producto y distribuye la corriente a las pilas de celdas de combustible que forman el montaje 77 de pilas. Como se muestra, el montaje 94 recibe la corriente 66 de hidrógeno o de producto y distribuye las corrientes 96 de hidrógeno a las pilas 76. De manera preferente, el montaje de colector se adapta para distribuir únicamente gas de hidrógeno a las pilas en operación en el montaje 77 de pilas. Para ilustrar adicionalmente que el número de pilas de celdas de combustible en el montaje 77 de pilas puede variar, el montaje de pilas se muestra en la Figura 7 con solo un par de pilas 76 de celdas de combustible. Como se analiza, debe haber al menos dos pilas para proporcionar algún nivel de redundancia intermedia y/o total . El sistema 60 de celda de combustible puede incluir un montaje 98 de válvula adaptado para regular, o interrumpir selectivamente, el flujo de gas de hidrógeno desde el montaje 94 de colector a una seleccionada de las pilas de celdas de combustible en el montaje 77 de pilas. El montaje de válvulas se puede adaptar adicionalmente para regular o interrumpir selectivamente el flujo de gas de hidrógeno al montaje completo de pilas. El montaje de válvulas 98 puede incluir cualquier estructura adecuada para permitir o interrumpir selectivamente el flujo de gas de hidrógeno al montaje 77 de pilas y/o las pilas 77. Los ejemplos de dispositivos adecuados incluyen reguladores de flujo, válvulas, conmutadores, montajes de conmutación, solenoides y similares. En la Figura 7, el montaje 98 de válvulas se muestra integrado dentro del colector 94. Está dentro del alcance de la presente invención, sin embargo, que el montaje 98 de válvulas se pueda localizar de forma externa al montaje de colector de distribución, aunque en algunas modalidades pueda estar aun en comunicación cooperativa directa o indirecta con el mismo. El sistema 60 de celda de combustible también puede incluir contactores u otros dispositivos adecuados 100 que se pueden accionar para aislar eléctricamente una o más de las pilas 76 de celdas de combustible en el montaje 77 de la carga aplicada. Los contactores se pueden accionar ya sea de forma manual, tal como para remover una pila para el servicio, automáticamente, tal como al exceder ciertos parámetros de operación o condiciones de carga, y/o por un sistema de control. Por ejemplo, se puede accionar un contactor para remover una pila particular del servicio si la pila está operando a demasiada alta temperatura, y si el potencial en la pila es demasiado bajo, si la pila se ha contaminado, tal como por exposición a tnonóxido de carbono, si la pila necesita que se le de servicio o se inspeccione, o si la pila no es necesaria para cumplir con la carga aplicada. El montaje 77 de pilas puede recibir alimentaciones diferentes de gas de hidrógeno. Por ejemplo, las pilas 76 de celdas de combustible pueden cada una recibir una corriente 102 de aire de un sistema 104 de distribución de aire. Como se analiza anteriormente con respecto a la Figura 3, las corrientes de aire se distribuyen a las regiones de cátodo de las pilas. Las corrientes de aire se pueden distribuir a las pilas por el montaje 94 de colector de distribución, tal como se muestra en la Figura 8. En la modalidad ilustrada, el sistema 104 de distribución de aire, que puede tomar cualquier forma adecuada, distribuye una corriente de aire 106 al montaje 94 de colector, que a su vez distribuye corrientes de aire 102 a las pilas 76. La modalidad del sistema 60 de celda de combustible mostrado en la Figura 8 también ilustra montajes 98 de conmutador localizados externos al montaje 94 de colector. Además, el montaje 77 de pilas se muestra que incluye pilas individuales 76?, 76 hasta 76= de celdas de combustibles, para ilustrar que se puede usar cualquier número seleccionado de pilas. Las pilas 76 también pueden incluir una corriente 108 de fluido de enfriamiento que regula la temperatura de operación de las pilas. Un ejemplo de un suministro de fluido de enfriamiento, o sistema de distribución se ilustra esquemáticamente en 110 en la Figura y 8 puede tomar cualquier forma adecuada. El sistema 110 distribuye una corriente 112 de fluido de enfriamiento al montaje de colector, que a su vez distribuye las corrientes 108 a las pilas individuales. Los ejemplos de fluidos de enfriamiento adecuados incluyen de manera enunciativa y sin limitación, aire, agua, glicoles y mezclas de agua-glicol. Las corrientes de fluido de enfriamiento pueden formar un circuito de fluido de enfriamiento o_ las corrientes se pueden desfogar, dejar escapar o usar de otro modo o eliminar después de que se usen para enfriar las pilas 76. Se debe entender que el fluido de enfriamiento no se introduce directamente en las regiones de ánodo o cátodo de las pilas. En cambio, puede fluir a través de una chaqueta que circunda una pila de celdas de combustible, entre las celdas de combustible 82 que forman la pila y/o a través de conductos que se extienden a través de las regiones de ánodo y/o cátodo. Similar a las corrientes 96 de hidrógeno, es preferible que las corrientes de aire 102 se distribuyan únicamente a las pilas en el montaje 77 de pilas que están operando para producir la corriente 78 de corriente. Por ejemplo, la distribución de una corriente de aire a una celda de combustible de PEM que no se esté usando para producir una corriente eléctrica puede secar la membrana electrolítica usada en las celdas de la pila. Las corrientes 108 de fluido de enfriamiento se pueden distribuir a solo las pilas en operación o se pueden distribuir a todas las pilas en el montaje 77 de pilas en todo momento. Por ejemplo, puede ser menos demandante o requerir menor recurso mantener un flujo continuo de fluido de enfriamiento a todas las pilas que regular e interrumpir selectivamente el flujo de fluido de enfriamiento . En tanto que en la Figura 7 se muestra un montaje individual 94 de colector de distribución, el sistema 60 de celda de combustible puede incluir montajes separados para cada una de las alimentaciones al montaje 77 de pilas. Una modalidad de ejemplo de este sistema 60 de celda de combustible se muestra en la Figura 9, en la cual se distribuye el gas de hidrógeno por el montaje 94 de colector, se distribuye aire por el montaje 94' de colector y el fluido de enfriamiento se distribuye por el montaje 94 ' ' de colector. Está además dentro del alcance de la invención que las pilas individuales pueden recibir cualquiera o todas estas corrientes directamente de los suministros o fuentes descritos anteriormente sin requerir un montaje de colector y que cada una de las pilas puede recibir una o más de estas corrientes de un suministro independiente o sistema de distribución. Cuando las corrientes 96, 102 y/o 108 se distribuyen a pilas individuales 76 en el montaje 77 de pilas mediante un montaje de colector o distribución, se prefiere que las corrientes se distribuyan en paralelo, en lugar de en serie. Esta configuración permite que todas las pilas reciban las corrientes respectivas a esencialmente la misma composición, temperatura, etc. En la Figura 10, se muestra una modalidad del sistema 60 de celda de combustible en el cual el sistema incluye un sistema 120 de control con un controlador 122 que se adapta para administrar la operación del sistema 60. Como se muestra, el controlador 122 se comunica con los varios componentes del sistema de celda de combustible vía enlaces 124 de comunicación. Los enlaces 124 pueden ser cualquier forma adecuada de comunicación mecánica, alambrada o inalámbrica entre el controlador y las porciones correspondientes del sistema de celda de combustible. Los enlaces de comunicación pueden permitir la comunicación uni o bi-direccional. Los enlaces de comunicación bidireccionales permiten que el controlador reciba entradas desde y envíe señales de control a varios componentes del sistema de celda de combustible. Los ejemplos de entradas adecuadas incluyen una o más condiciones de operación corrientes, tal como temperatura, presión, velocidad de flujo, composición, estado de accionamiento, carga, etc. Estas entradas se pueden recibir del componente correspondiente de forma directa o de los montajes 126 de sensor asociados con los componentes seleccionados. Los enlaces 124 de comunicación, ilustrativos y los sensores 126 se muestran en la Figura 10, sin embargo, se debe entender que está dentro del alcance de la presente invención que el sistema 120 de control no pueda incluir todos los enlaces y sensores mostrados en la Figura 10 en todas las modalidades. De manera similar, el sistema de control también puede incluir sensores adicionales y enlaces, tal como en comunicación con. el montaje 62 de procesamiento de combustible (y sus procesadores 64 de combustible) y/o dispositivo 80. El sistema 120 de control se puede usar para aislar de manera selectiva una pila de la carga aplicada al enviar una señal de control al contactor 100 correspondiente. Por ejemplo, se puede aislar una pila de la carga aplicada si la pila se determina, tal como de la comunicación del montaje 126 de sensor, otros sensores o detectores, observación manual, o similares, que están operando fuera de los parámetros de operación aceptables. En las modalidades del sistema de celda de combustible en las cuales la pila 76 de celdas de combustible incluye su propio convertidor de DC-DC, cada convertidor de DC-DC se puede adaptar para aislar automáticamente la pila correspondiente si la pila está distribuyendo desempeño sub-normal en respuesta a la carga aplicada. Por ejemplo, si un convertidor de DC-DC particular no recibe corriente 78 que tiene un voltaje que excede un voltaje mínimo seleccionado, entonces el convertidor de DC-DC aisla automáticamente la pila de la carga aplicada, tal como al accionar el contactor 100 o un contactor adecuado u otro conmutador asociado con el convertidor de DC-DC. El sistema 120 de control se puede usar de manera adicional o alternativa para ajustar selectivamente o interrumpir el flujo de gas de hidrógeno, aire y/o fluido de enfriamiento a una o más de las pilas que forman el montaje 77. Por ejemplo, el flujo de hidrógeno y aire y opcionalmente el flujo de enfriamiento a una pila particular se puede interrumpir de modo que la pila no produzca corriente eléctrica. Típicamente, el contactor correspondiente 100 también se accionará al aislar la pila de las alimentaciones y de la carga aplicada. El sistema de control 120 puede aislar una o más de las pilas si se detecta un contaminante en la corriente de gas de hidrógeno, tal como para impedir que el gas de hidrógeno contaminado se distribuya a la pila. Nuevamente, regresando al ejemplo ilustrativo de un sistema de celda de combustible residencial tasado a 4 kW de electricidad bruta o 3 kW de electricidad neta, cuando la demanda de carga cae a un valor sustancialmente menor que 3 kW, el controlador de la celda de combustible puede enviar una señal para apagar y aislar una o más de las pilas 76. Especialmente durante aquellos periodos cuando el consumo de energía está a un mínimo en una casa residencial normal , tal como a últimas horas de la noche y mediodía, hasta tres de las cuatro pilas de celdas de combustible se pueden señalar como que se apagan y se aislen eléctricamente para reducir el rendimiento neto de energía a menos de 1 kW, de manera suficiente solo para cumplir con las demandas mínimas de carga de la residencia durante periodos de mínimo requerimiento de energía. En este ejemplo, si los periodos de mínimo consumo de energía en la casa duran 12 horas cada día y si solo se requiere una pila de 1 kW para estar en línea para cumplir con las cargas mínimas, entonces la puesta de 3 de 4 pilas de celdas de combustible fuera de línea incrementará de manera efectiva el tiempo de vida de las pilas por 60 %. (En un periodo de cuatro días cada pila de celda de combustible operará durante un día completo y tres medios días o 60 horas de operación para cada periodo de 96 horas) . Se debe entender que el incremento en el tiempo de vida es proporcional al porcentaje del tiempo total de operación de sistema que una pila particular esta fuera de línea. El controlador 122 se puede adaptar para seleccionar la pila que se va a remover del servicio de acuerdo a una secuencia predeterminada, o alternativamente, la pila se puede seleccionar aleatoriamente o se puede girar. Una secuencia predeterminada aumenta al máximo las horas de operación de una pila particular, en tanto que reduce al mínimo la vida de las otras. En esta situación, la pila ha aumentado al máximo va a fallar mucho más pronto que el resto, pero solo esa celda particular necesitará reemplazo. Si en una secuencia racional, en la cual la pila particular que permanece en línea se rota secuencialmente entre las pilas, tal como en una base por hora/ diaria, semanal o mensual, la vida total de operación -de las pilas será aproximadamente la misma, queriendo decir que todas las pilas tenderán a necesitar reemplazo a aproximadamente el mismo tiempo, sin embargo, este tiempo será considerablemente mayor que el tiempo requerido para reemplazar la pila individual maximizada en la configuración predeterminada de secuencia.
El sistema 120 de control , puede incluir una interfaz 130 de usuario en comunicación con el controlador. La interfaz 130 de usuario permite que un usuario monitoree y/o interactúe con la operación del controlador. Un ejemplo ilustrativo de una interfaz 130 de usuario se muestra en la Figura 12. Como se muestra, la interfaz 130 incluye una región 132 de exhibición con una pantalla 134 u otro mecanismo de exhibición adecuado en el cual se presenta la información al usuario. Por ejemplo, la región 132 de exhibición puede exhibir los valores corrientes medios por uno o más de los montajes 126 de sensor, los parámetros de operación reales y de umbral del sistema 60 o dispositivo 80, la carga aplicada al montaje de pila y las pilas individuales en el mismo, el potencial y otros parámetros de operación de las pilas, etc. También se pueden exhibir valores previamente medidos . Otra información con respecto a la operación y desempeño del sistema de procesamiento de combustible también se puede exhibir en la región 132. La interfaz 130 de usuario también puede incluir un dispositivo 136 de entrada de usuario a través del cual un usuario se comunica con el controlador. Por ejemplo, el dispositivo 136 de entrada puede permitir que un usuario introduzca ordenes para cambiar el estado de operación del sistema de celda de combustible, para cambiar uno o más de los valores de umbral almacenados y/o parámetros de operación del sistema y/o para pedir información del controlador a cerca de los parámetros de operación previos o actuales del sistema. El dispositivo de entrada 136 puede incluir cualquier dispositivo adecuado para recibir entradas de usuario, incluyendo discos marcadores giratorios y conmutadores, botones de presión, teclados, teclas, un ratón, pantallas táctiles, etc. También mostrado en la Figura 8 está un dispositivo 138 de señalización de usuario que alerta a un usuario cuando se ha excedido un nivel de umbral aceptable y se ha aislado la pila de celdas de combustible. El dispositivo 138 puede incluir una alarma, luces o cualquier otro mecanismo adecuado o mecanismos para alertar a los usuarios . Se debe entender que está dentro del alcance de la presente invención que el sistema de celda de combustible pueda incluir un controlador er una ínterfaz de usuario y que no se requiere que el interfaz de usuario incluya todos los elementos descritos en la presente. Los elementos descritos anteriormente se han ilustrado esquemáticamente en la Figura 12 de forma colectiva, sin embargo, está dentro del alcance de la presente invención que se pueda implementar de forma separada. Por ejemplo, la interfaz de usuario puede incluir múltiples regiones de exhibición, cada una adaptada para exhibir uno o más de los tipos de información de usuario descritos anteriormente. De manera similar, se puede usar un dispositivo de entrada de usuario individual, y el dispositivo de entrada puede incluir una exhibición que advierta el usuario a introducir los valores pedidos o permita que el usuario maniobre entre las pantallas de entrada. El sistema 120 de control se puede adaptar para limitar la magnitud de la carga pico, o el máximo rendimiento deseado de energía, aplicado al montaje 77 de pilas de celdas de combustible, y/o cualquiera de las pilas individuales 76 que forman el montaje 77. Esta alimentación de carga puede ser además de o en alternativa a las características del sistema de control descrito anteriormente. La limitación de las cargas pico aplicada al sistema de celda de combustible protege al sistema del daño si se aplica una carga pico que excede los rendimientos tasados de energía de las pilas o montaje de pilas, o que excede el rendimiento tasado disponible de energía del montaje de pilas en un momento particular. La limitación de carga puede permitir adicionalmente el uso de un montaje 77 de pilas de celda de combustible que tiene un rendimiento total tasado de energía que es menor que el rendimiento máximo deseado de energía requerido de otro modo para satisfacer la carga aplicada al montaje de pilas. En otras palabras, puede permitir el uso de pilas 76 de celdas de combustible con menores rendimientos tasados de energía, que a su vez son menos costosas que las pilas comparativas que tienen mayores rendimientos tasados o nominales de energía. En aplicaciones donde el sistema 60 incluye un módulo 81 de manejo de energía con un inversor 85, estos controles de manejo de carga por el sistema 120 también permiten que los componentes electrónicos se diseñen para una energía pico de menor magnitud, con los resultantes ahorros de costo. Estos controles de manejo de carga pueden ser particularmente efectivos cuando el dispositivo 80 opera a un rendimiento intermedio de energía durante la mayoría o una porción significativa del tiempo, con el rendimiento máximo de energía deseado que sólo requiere un pequeño porcentaje de tiempo. Un ejemplo del dispositivo 80 es una casa, que puede aplicar cargas en el intervalo de unos pocos cientos de atios a 13-15 kW al sistema 60. Sin embargo, diferente durante los periodos picos, tal como periodos de una a dos horas en las mañanas y tardes, la casa aplica típicamente una carga que es mucho menor que su rendimiento máximo deseado de energía. Continuando con el ejemplo ilustrativo de un sistema residencial de celda de combustible, los controles de manejo de carga se pueden usar de manera efectiva con un sistema de celda de combustible para reducir (manejar) la magnitud de las cargas pico en la casa. E-sto se puede lograr usando módulos 140 de conmutación a los cuales se conectan los aparatos caseros principales (secadora, lavadora de platos, secadora de cabello, horno de microondas, cafetera, etc.) . Los módulos de conmutación (referidos colectivamente como un montaje de módulos de conmutación) se comunican entre sí, el controlador 122 o ambos, y son capaces de reconocer las cargas (aparatos) de mayor prioridad y señalar los aparatos de menor prioridad para apagarlos. Por ejemplo, un aparato de mayor prioridad tal como un horno de microondas puede señalar a un aparato de menor prioridad (tal como una lavadora de platos o secadora de ropa) para que se apague de modo que el horno de microondas se puede usar sin incrementar significativamente la demanda total de carga de la casa. La señal se origina a través del módulo de conmutación, que puede estar construido en o integrado de otra forma con el aparato o puede ser un módulo separado que se enchufa al aparato. Los módulos de conmutación 140 pueden comunicarse con otros módulos de conmutación por señales de radio o eléctricas enviadas a través del alambrado existente de la casa. La comunicación codificada en frecuencia a través de los alambres existentes es particularmente efectiva, aunque se puede usar cualquier enlace de comunicación adecuado. De manera adicional o alternativa, los módulos de conmutación pueden comunicarse con el controlador 122, que a su vez dirige la configuración de encendido/apagado selectiva (o estado operacional) de los aparatos. La prioridad, o jerarquía de los dispositivos o módulos asociados se puede establecer por cualquier mecanismo adecuado, tal como al ser predeterminada por los módulos de conmutación individuales (tal como al tener módulos de alta prioridad, módulos de baja prioridad, módulos de mediana prioridad, etc.) o almacenada por el sistema de control o el montaje de módulos de conmutación. En la Figura 13 se muestra un ejemplo ilustrativo de un dispositivo 80 que tiene controles de limitación de carga, que se indican colectivamente en 142. Como se muestra, el dispositivo 80 incluye los dispositivos 8OJ.-8O , cada uno de los cuales incluye o se comunica con un módulo de conmutación 140. Los módulos se muestran como que están en comunicación entre sí vía los enlaces de comunicación 144 y de manera adicional o alternativa, en comunicación con el controlador 122 con el enlace de comunicación 124. El manejo de las cargas eléctricas pico de una casa puede dar por resultado que la demanda de la carga pico se disminuya. Por ejemplo, en el ejemplo de continuación usado en la presente, una casa puede tener un rendimiento máximo deseado de energía de 10-15 kW. Este rendimiento máximo de energía se puede producir por 25%, 50% o más mediante el uso de los controles de limitación de carga. Por ejemplo, el rendimiento máximo deseado de energía se puede reducir a un intervalo de 4-8 kW. Como resultado, el sistema de celda de combustible puede usar de manera efectiva las pilas de celdas de combustible con menor rendimiento neto de energía eléctrica y los componentes electrónicos de energía se pueden reducir sustancialmente de tamaño. Los ahorros de costos pueden ser significativos. Se debe entender que el sistema de celda de combustible inventivo, que incluye el sistema de control y los controles de limitación de carga, se puede aplicar a los dispositivos 80 de consumo de energía diferentes de la casa residencial descrita anteriormente. Los ejemplos de otros dispositivos adecuados incluyen construcciones comerciales, vehículos, estaciones de regulación de microondas, lámparas, aparatos, herramientas, equipo de comunicación, dispositivos de señalización y otros dispositivos 80 descritos en la presente. Como se analiza previamente, el procesador de combustible 64 es cualquier dispositivo adecuado que produzca gas de hidrógeno. De manera preferente, el procesador de combustible se adapta para producir gas de hidrógeno sustancialmente puro y de manera aun más preferente, el procesador de combustible se adapta para producir gas de hidrógeno puro. Para los propósitos de la presente invención, el gas de hidrógeno sustancialmente puro es mayor de 90% puro, de manera preferente mayor de 95% puro, de manera más preferente mayor de 99% puro y de manera aun más preferente mayor de 99.5 % puro. Los procesadores de combustible adecuados se describen en las Patentes de los Estados Unidos Nos. 5,997,594 y 5,861,137, Solicitud de Patente pendiente de los Estados Unidos No. 09/291,447, que se presentó el 13 de Abril de 1999 y se titula "Fuel Processing System", y la Solicitud de Patente Provisional de los Estados Unidos No. de Serie 60/188,993, que se presentó el 13 de Marzo del 2000 y se titula "Fuel Processor", cada una de las cuales se incorpora como referencia en su totalidad para todos los propósitos. Un ejemplo de un procesador 64 de combustible adecuado es un reformador de vapor. Un ejemplo de un reformador de vapor adecuado se muestra en la Figura 14 y se indica en general en 150. El reformador 150 incluye una región 152 de reformación o productora de hidrógeno que incluye un catalizador 154 de reformación de vapor. De manera alternativa, el reformador 150 puede ser un reformador autotérmico que incluye un catalizador de reformación autotérmico. En la región 152 de reformación, se produce una corriente 156 de producto reformado a partir del material de alimentación que contiene carbono y agua que forma la corriente de alimentación 68. La corriente de producto reformado contiene típicamente gas de hidrógeno e impurezas y por lo tanto se distribuye a una región de separación o región de purificación, 158, donde se purifica el gas de hidrógeno. En la región de separación 158, la corriente que contiene hidrógeno se separa en una o más corrientes de sub-productos, que se ilustran colectivamente en 160 y una corriente 162 rica en hidrógeno por cualquier proceso de separación impulsado por vapor, adecuado. En la Figura 14, se muestra la corriente 162 con alto contenido de hidrógeno que forma la corriente 66 de hidrógeno de producto . Un ejemplo de una estructura adecuada para el uso en la región de separación 158 es un módulo de membrana 164, que contiene una o más membranas 166 de metal permeables a hidrógeno. Los ejemplos de módulos de membrana adecuados formados a partir de una pluralidad de membranas metálicas selectivas a hidrógeno se describen en la Solicitud de Patente de los Estados Unidos No. de Serie 09/291,447, que se presentó el 13 de Abril de 1999, y se titula "Fuel Processing System" , y la descripción completa de la cual se incorpora en la presente como referencia en su totalidad para todos los propósitos. En esa solicitud, se montan una pluralidad de membranas en general planas conjuntamente en un módulo de membrana que tiene canales de flujo a través de los cuales se distribuye una corriente de gas impura a las membranas, se recolecta una corriente de gas purificado a partir de las membranas y se remueve una corriente de sub-producto de las membranas. Las juntas, tal como juntas de grafito flexibles, se usan para lograr sellos alrededor de la alimentación y pernear los canales de flujo. También se describe en la solicitud identificada anteriormente membranas tubulares selectivas a hidrógeno, que también se pueden usar. Otras membranas adecuadas y módulos de membranas se describen en la Solicitud de Patente de los Estados Unidos No. de Serie 09/618,866, que se presentó el 19 de Julio del 2000 y se titula "Hydrogen-Permeable Metal Membrana and Method for Producing the Same", la descripción completa de la cual se incorpora en la presente como referencia en su totalidad para todos los propósitos. También se describen otros procesadores de combustible adecuados en las solicitudes de patente incorporadas. Las membranas delgadas, planas, permeables a hidrógeno se componen de manera preferente de aleaciones de paladio, más especialmente paladio con 35% en peso a 45% en peso de cobre. Estas membranas, que también se pueden referir como membranas selectivas a hidrógeno, se forman típicamente de una hoja delgada que es de aproximadamente 0.001 pulgadas de grueso. Sin embargo, esta dentro del alcance de la presente invención que las membranas se puedan formar a partir de metales selectivos a hidrógeno y aleaciones de metal diferentes de aquellas analizadas anteriormente, productos cerámicos selectivos y permeables a hidrógeno o composiciones de carbono. Las membranas pueden tener espesores que son mayores o menores que los analizados anteriormente. Por ejemplo, la membrana puede ser hecha más delgada, tal como por laminado, chisporroteo, o grabado al ácido, con un incremento proporcionado en el flujo de hidrógeno. Las membranas permeables a hidrógeno se pueden arreglar en cualquier configuración adecuada, tal como se arreglan en pares o alrededor de un canal de permeado común como se describe en las solicitudes de patente incorporadas. La membrana o membranas permeables a hidrógeno pueden tomar otras configuraciones también tal como configuraciones tubulares, que se describen en las patentes incorporadas. Otro ejemplo de un proceso adecuado de separación por presión para el uso en la región de separación 158 es la adsorción por oscilación de presión (PSA) . En un proceso de adsorción por oscilación de presión (PSA) , se remueven impurezas gaseosas a partir de una corriente que contiene gas de hidrógeno. La PSA se basa en el principio que ciertos gases, bajo las condiciones apropiadas de temperatura y presión, se adsorberán en un material adsorbente más fuertemente que otros gases. Típicamente, son las impurezas que se adsorben y de esta manera se remueven de la corriente 156 de producto reformado. El éxito del uso de PSA para la purificación de hidrógeno es debido a la adsorción relativamente fuerte de gases comunes de impureza (tal como CO, C02, hidrocarburos tal como CH4, y N2) en el material adsorbente. El hidrógeno se adsorbe solo muy débilmente y de este modo el hidrógeno pasa a través del lecho adsorbente en tanto que se retienen las impurezas en el adsorbente. Los gases de impureza tal como NH3, H2S y H20 se adsorben muy fuertemente en el material adsorbente y por lo tanto se remueven del vapor 156 junto con otras impurezas. Si el material adsorbente se va a regenerar y estas impurezas están presentes en la corriente 156, la región de separación 158 incluye de manera preferente un dispositivo adecuado que se adapta para remover estas impurezas antes de la distribución de la corriente 156 al material adsorbente debido a que es más difícil deabsorber estas impurezas. La adsorción de gases de impureza se presenta a presión elevada. Cuando se reduce la presión, las impurezas se deabsorben del material adsorbente, regenerando de esta manera el material adsorbente. Típicamente, la PSA es un proceso cíclico y requiere al menos dos lechos de operación continua (como lo opuesto por lote) . Los ejemplos de materiales adsorbentes adecuados que se pueden usar en lechos adsorbentes son carbón activado y zeolitas, especialmente zeolitas de 5 Á (5 ángstrom) . El material adsorbente está comúnmente en la forma de granulos y se coloca en un recipiente de presión cilindrico que utiliza una configuración convencional de lecho empacado. Sin embargo, se debe entender que se pueden usar otras composiciones de material adsorbente adecuadas, formas y configuraciones . El reformador 150 puede incluir adicionalmente, pero no necesariamente, una región de pulido 168, tal como se muestra en la Figura 15. La región de pulido 168 recibe la corriente 162 con alto contenido de hidrógeno a partir de la región de separación 158 y purifica adicionalmente la corriente al reducir la concentración de, o al remover las, composiciones seleccionadas en la misma. Por ejemplo, cuando la corriente 162 se propone para el uso en un montaje de pilas de celdas de combustible, tal como el montaje 77, las composiciones que pueden dañar la pila de celdas de combustibles, tal como el monóxido de carbono y el dióxido de carbono se pueden remover de la corriente con alto contenido de hidrógeno. La concentración de monóxido de carbono debe ser menos de 10 ppm (partes por millón) para impedir que el sistema de control aisle la pila de celdas de combustible. De manera preferente, el sistema limita la concentración de monóxido de carbono a menos de 5 ppm y de manera aun más preferente, a menos de 1 ppm. La concentración de dióxido de carbono puede ser mayor que aquella del monóxido de carbono. Por ejemplo, pueden ser aceptables concentraciones de menos de 25% de dióxido de carbono. De manera preferente, la concentración es menos de 10%, de manera aun más preferente, menos de 1%. Las concentraciones especialmente preferidas son menos de 50 ppm. Se debe entender que las concentraciones mínimas aceptables presentadas en la presente son ejemplos ilustrativos y que se puede usar concentraciones diferentes de aquellas presentadas en la presente y estén dentro del alcance de la presente invención. Por ejemplo, los usuarios particulares o fabricantes pueden requerir niveles mínimos o máximos de concentración o intervalos que son diferentes de aquellos identificados en la presente. La región 168 incluye cualquier estructura adecuada para remover o reducir la concentración de las composiciones seleccionadas en la corriente 162. Por ejemplo, cuando la corriente de producto se propone para el uso en una pila de celdas de combustible de PEM u otro dispositivo que se dañará si la corriente contiene más de las concentraciones determinadas de monóxido de carbono o dióxido de carbono, puede ser deseable incluir a-1 menos un lecho 170 de catalizador de metanación. El lecho 170 convierte monóxido de carbono y dióxido de carbono en metano y agua, ambos de los cuales no dañarán una pila de celdas de combustible de PEM. La región de pulido 168 también puede incluir otro dispositivo 172 productor de hidrógeno, tal como otro lecho de catalizador de reformación, para convertir cualquier material de alimentación sin reaccionar en gas de hidrógeno. En esta modalidad, es preferible que el segundo lecho de catalizador de reformación esté corriente arriba del lecho de catalizador de metanación para no reintroducir dióxido de carbono o monóxido de carbono corriente abajo del lecho de catalizador de metanación. Los reformadores de vapor operan típicamente a temperaturas en el intervalo de 200 °C y 700 °C y a presiones en el intervalo de 50 libras/pulgada cuadrada y 1000 libras/pulgada cuadrada, aunque las temperaturas fuera de este intervalo están dentro del alcance de la invención, tal como dependiendo del tipo particular y configuración del procesador de combustible que se use. Cualquier mecanismo de calentamiento adecuado o dispositivo se puede usar para proporcionar este calor, tal como un calentador, quemador, catalizador de combustión o similar. El montaje de calentamiento puede estar externo al procesador de combustible o puede formar una cámara de combustión que forma parte del procesador de combustible. El combustible para el montaje de calentamiento se puede proporcionar por el sistema de procesamiento de combustible o el sistema de celda de combustible por una fuente externa, o ambas. En las Figuras 15 y 16, el reformador 150 se muestra que incluye una coraza 151 en la cual están contenidos los componentes descritos anteriormente. La coraza 151, que también se puede referir como un alojamiento, permite que el procesador de combustible, tal como el reformador 150, se mueva como una unidad. También protege los componentes del procesador de combustible del daño al proporcionar un encierro protector y reduce el daño por calentamiento del procesador de combustible debido a que los componentes del procesador de combustible se pueden calentar como una unidad. La coraza 151 puede incluir, pero no necesariamente, el material aislante 153, tal como un material aislante sólido, material aislante de manto, o una cavidad rellena con aire. Sin embargo, está dentro del alcance de la invención que el reformador se pueda formar sin un alojamiento o coraza. Cuando el reformador 150 incluye el material de aislamiento 153, el material de aislamiento puede estar interno a la coraza, externo a la coraza o ambos . Cuando el material de aislamiento es externo a una coraza que contiene las regiones de reformación, separación y/o pulido descritas anteriormente, el procesador de combustible puede incluir adicionalmente una cubierta exterior o chaqueta externa al aislamiento. Además, está dentro del alcance de la invención que uno o más de los componentes puedan ya sea extenderse más allá de la coraza o estar localizados externos a al menos la coraza 151. Por ejemplo, y como se ilustra esquemáticamente en la Figura 15, la región de pulido 168 puede estar externa a la coraza 151 y/o una porción de la región 152 de reformación puede extenderse más allá de la coraza. Otros ejemplos de procesadores de combustible que demuestran estas configuraciones se ilustran las referencias incorporadas y se realizan en más detalle en la presente. Como se analiza previamente, un sistema de celda de combustible de acuerdo a la presente invención puede incluir de manera adicional o alternativa redundancia parcial o total con respecto a sus procesadores de combustible. En la Figura 16 se muestra un ejemplo de este sistema y se indica en general en 180. Como se muestra, el sistema 180 incluye un montaje 62 de procesamiento de combustible que incluye una pluralidad de procesadores 64 del combustible. Para ilustrar que el sistema de celda de combustible incluye al menos dos procesadores de combustible y puede incluir más de dos procesadores de combustible, los procesadores de combustible se indican en 64? a 64n. Se debe entender que "n" puede ser tan baja como 2 y puede ser cualquier número seleccionado de dos a una docena o más. De manea similar, aunque el sistema 180 se muestra también como que tiene una redundancia de las pilas 76 de celdas de combustible, el sistema 180 se puede implementar con solo una pila individual 76.
Aplicabilidad industrial La presente invención es aplicable a sistemas productores de energía y de manera más particular a procesamiento de combustible y sistemas de celdas de combustible . Se cree que la descripción expuesta anteriormente abarca múltiples invenciones distintas con utilidad independiente. En tanto que cada una de estas invenciones se ha descrito en su forma preferida, las modalidades específicas de las mismas como se describen e ilustra en la presente no se van a considerar en un sentido limitante puesto que son posibles numerosas variaciones. La materia de las invenciones incluye todas las nuevas y no obvias combinaciones y sub-combinaciones de los varios elementos, características, funciones y/o propiedades descritas en la presente. De manera similar, donde las reivindicaciones citan "un" o "un primer" elemento o el equivalente del mismo, las reivindicaciones se deben de entender que incluyen la incorporación de uno o más de estos elementos, que no requieren ni excluyen dos o más de estos elementos. Se cree que las siguientes reivindicaciones señalan de forma particular ciertas combinaciones y subcombinaciones que se dirigen a una de las invenciones descritas y son nuevas y no obvias. Las invenciones incorporadas en otras combinaciones y subcombinaciones de características, funciones, elementos y/o propiedades se pueden reivindicar a través de enmienda de las presentes reivindicaciones o presentación de nuevas reivindicaciones en esta solicitud o una solicitud relacionada. Estas reivindicaciones nuevas o enmendadas, ya sea que se dirijan a una invención diferente o se dirijan a la misma invención, ya sea que sean diferentes, más amplias, más limitadas o de igual alcance a las reivindicaciones originales, también se consideran como que se incluyen dentro de la materia de las invenciones de la presente descripción.

Claims (1)

  1. REI INDICACIONES 1. Un sistema de celda de combustible con redundancia de pilas, que comprende: un montaje de procesamiento de combustible adaptado para producir una corriente de hidrógeno de producto a partir de un material de alimentación; y un montaje de pilas de celdas de combustible adaptado para recibir al menos una porción de la corriente de hidrógeno de producto a partir del montaje de procesamiento de combustible y para producir una corriente eléctrica de la misma para satisfacer al menos parcialmente una carga aplicada que tiene una magnitud, en donde el montaje de pilas de celdas de combustible incluye una pluralidad de pilas de celdas de combustible cada una que tiene un rendimiento máximo tasado de energía, en donde cada una de las pilas de celdas de combustible tiene una pluralidad de estados de operación que incluyen al menos un primer estado de operación, en el cual la pila de celdas de combustible recibe al menos una porción de la corriente de hidrógeno de producto a partir del montaje de procesamiento de combustible y produce una corriente eléctrica de la misma y un segundo estado de operación, en el cual la pila de celdas de combustible no está produciendo una corriente eléctrica; y en donde el montaje de pilas de celda de combustible tiene una pluralidad de estados de operación que incluye al menos un primer estado de operación en el cual todas las pilas de celdas de combustible están recibiendo al menos una porción de la corriente de hidrógeno de producto a partir del montaje de procesamiento de combustible y produciendo una corriente eléctrica de la misma, un segundo estado de operación, en el cual ninguna de las pilas de celdas de combustible está produciendo una corriente eléctrica y un tercer estado de operación, en el cual al menos una de la pluralidad de pilas de celdas de combustible está recibiendo al menos una porción de la corriente de hidrógeno de producto a partir del montaje de procesamiento de combustible y produciendo una corriente eléctrica de la misma, y al menos una de la pluralidad de pilas de celdas de combustible no está produciendo una corriente eléctrica. 2. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 1, en donde cada una de las pilas de celda de combustible se adapta para recibir al menos una porción de la corriente de hidrógeno de producto y para producir una corriente eléctrica de la misma a pesar del estado de operación de las otras pilas de celdas de combustible. 3. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 1, en donde cada una de las pilas de celdas de combustible se adapta para recibir al menos una porción de la corriente de hidrógeno de producto y para producir una corriente eléctrica de la misma independiente del estado de operación de las otras pilas de celdas de combustible. 4-. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 1, en donde el sistema de celda de combustible se adapta para satisfacer una carga aplicada al suministrar hasta un rendimiento máximo deseado de energía. 5. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 4, en donde el montaje de pilas de celdas de combustible tiene un rendimiento total tasado de energía que es igual al rendimiento máximo deseado de energía. 6. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 4, en donde el montaje de pilas de celdas de combustible tiene un rendimiento total tasado de energía que es mayor que el rendimiento máximo deseado de energía. 7. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 6, en donde el rendimiento total tasado de energía del montaje de pilas de celdas de combustible es mayor que el rendimiento máximo deseado de energía por al menos el máximo rendimiento tasado de energía de una de la pluralidad de pilas de celdas de combustible. 8. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 6, en donde el rendimiento total tasado de energía del montaje de pilas de celdas de combustible es mayor que el rendimiento máximo deseado de energía por al menos una suma de los rendimientos máximos tasados de energía de al menos dos de la pluralidad de pilas de celdas de combustible. 9. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 4, en donde cada una de las pilas de celdas de combustible tiene un rendimiento máximo tasado de energía que es al menos tan grande como el rendimiento máximo deseado de energía. 10. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 1, en donde en el primer estado de operación, la suma de los rendimientos máximos tasados de energía de las pilas de celdas de combustible que están en el primer estado de operación es al menos tan grande como el rendimiento máximo deseado de energía. 11. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 1, en donde en el tercer estado de operación, el montaje de pilas de celdas de combustible se adapta para producir una corriente eléctrica suficiente para satisfacer la carga aplicada. 12. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 1, en donde en el tercer estado de operación, el montaje de pilas de celdas de combustible se adapta para producir una corriente eléctrica suficiente para satisfacer una carga aplicada que corresponde a un rendimiento máximo deseado de energía del montaje de pilas de celdas de combustible . 13. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 1, en donde en el tercer estado de operación, el montaje de pilas de celdas de combustible se adapta para producir una corriente eléctrica suficiente para satisfacer una carga aplicada que excede un rendimiento máximo deseado de energía del montaje de pilas de celdas de combustible. 14. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 1, en donde el sistema de celda de combustible incluye además un medio para controlar los estados de operación de la pluralidad de pilas de celdas de combustible. 15. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 1, en donde el sistema de celda de combustible incluye además un medio para alimentar la magnitud de la carga aplicada. 16. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 1, en donde el sistema de celda de combustible incluye además un medio para distribuir selectivamente al menos una de una porción de la corriente de hidrógeno de producto, una corriente de aire y una corriente de fluido de enfriamiento a la pluralidad de pilas de celdas de combustible. 17. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 1, en donde el sistema de celda de combustible incluye además un medio para regular la corriente producida por el montaje de pilas de celda de combustible. 18. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 1, en donde el sistema de celda de combustible incluye además un módulo de manejo de energía adaptado para recibir la corriente eléctrica producida por el montaje de pilas de celdas de combustible y para producir una corriente de salida del mismo. 19. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 18, en donde el módulo de manejo de energía incluye un convertidor de DC-DC adaptado para regular de manera selectiva el voltaje de la corriente. 20. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 19, en donde el convertidor se adapta para recibir la corriente del montaje de pilas de celdas de combustible y para regular la corriente para producir una corriente que tiene un voltaje predeterminado. 21. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 19, en donde el convertidor se adapta para incrementar el voltaje de la corriente. 22. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 19, en donde el convertidor se adapta para disminuir el voltaje de la corriente. 23. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 18, en donde el módulo de manejo de energía incluye al menos un inversor adaptado para convertir la corriente producida por el montaje de pilas de celdas de combustible a una corriente de AC. 24. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 18, en donde el módulo de manejo de energía incluye un montaje de batería adaptado para recibir y almacenar selectivamente al menos una porción de la corriente producida por el montaje de pilas de celdas de combustible. 25. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 24, en donde el montaje de batería incluye al menos una batería y al menos un cargador. 26. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 1, en donde el sistema de celda de combustible incluye además un sistema de control con un controlador adaptado para regular de manera selectiva los estados de operación de la pluralidad de pilas de celdas de combustible. 27. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 26, en donde el controlador se adapta para regular los estados de operación de la pluralidad de pilas de celdas de combustible en respuesta al menos en parte a la magnitud de la carga aplicada. 28. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 26, en donde el controlador se adapta para regular los estados de operación de la pluralidad de pilas de celdas de combustible en respuesta al menos en parte a la velocidad de flujo de la corriente de hidrógeno de producto. 29. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 26, en donde el sistema de control incluye además una pluralidad de montajes de sensor asociados con cada una de las pilas de celdas de combustible, y en donde además el controlador se adapta para regular los estados de operación de la pluralidad de pilas de celdas de combustible en respuesta al menos en parte a las entradas de los montajes de sensor. 30. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 1, en donde el sistema de celda de combustible incluye una pluralidad de contactores, en donde cada una de las pilas de celdas de combustible se asocia con uno de la pluralidad de contactores, y en donde además cada uno de la pluralidad de contactores incluye una pluralidad de estados de operación que incluye al menos un primer estado de operación, en el cual la pila de celda de combustible correspondiente se aisla de la carga aplicada y un segundo estado de operación, en el cual la pila de celda de combustible correspondiente no se aisla de la carga aplicada. 31. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 30, en donde el sistema de celda de combustible incluye un sistema de control con un controlador en comunicación con la pluralidad de contactores y se adapta para controlar selectivamente los estados de operación de los contactores . 32. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 1, en donde el sistema de celda de combustible incluye un montaje de colector adaptado para recibir al menos una porción de la corriente de hidrógeno de producto y para distribuir selectivamente la porción de la corriente de hidrógeno de producto a la pluralidad de pilas de celdas de combustible. 33. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 32, en donde el sistema de celda de combustible incluye además un sistema de control con un controlador adaptado para regular selectivamente los estados de operación de la pluralidad de pilas de celdas de combustible, y en donde además el controlador se comunica con el montaje de colector para regular selectivamente la distribución de la corriente de hidrógeno de producto entre la pluralidad de pilas de celdas de combustible. 34. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 33, en donde el montaje de colector se adapta adicionalmente para recibir una corriente de aire de un sistema de distribución de aire para distribuir selectivamente la corriente de aire a la pluralidad de pilas de celdas de combustible, y en donde además el controlador se adapta para regular selectivamente la distribución de la corriente de aire a la pluralidad de pilas de celdas de combustible. 35. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 32, en donde montaje de colector se adapta adicionalmente para recibir una corriente de aire de un sistema de distribución de aire y para distribuir selectivamente la corriente de aire a la pluralidad de pilas de celdas de combustible. 36. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 35, en donde el sistema de celda de combustible incluye un sistema de control con un controlador adaptado para regular selectivamente la distribución de la corriente de aire por el montaje de colector a la pluralidad de pilas de celdas de combustible. 37. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 32, en donde el montaje de colector se adapta adicionalmente para recibir una corriente de fluido de enfriamiento a partir de un sistema de de distribución de fluido de enfriamiento y para distribuir selectivamente la corriente de fluido de enfriamiento a la pluralidad de pilas de celdas de combustible. 38. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 37, en donde el sistema de celda de combustible incluye un sistema de control con un controlador adaptado para regular selectivamente la distribución de la corriente de fluido de enfriamiento por el montaje de colector a la pluralidad de pilas de celdas de combustible. 39. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 1, en donde el sistema de celda de combustible incluye además un montaje de colector adaptado para recibir una corriente de aire a partir de un sistema de distribución de aire y para distribuir selectivamente la corriente de aire a la pluralidad de pilas de celdas de combustible . 40. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 39, en donde el montaje de colector se adapta adicionalmente para distribuir únicamente la corriente de aire a las pilas de celdas de combustible que están en su primer estado de operación. 41. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 39, en donde el sistema de celda de combustible incluye además un sistema de control con un controlador en comunicación con el montaje de colector, y en donde además el controlador se adapta para regular la distribución de la corriente de aire a las pilas de celdas de combustible. 42. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 1, en donde el sistema de celda de combustible incluye además un montaje de colector adaptado para recibir una corriente de fluido de enfriamiento a partir de un sistema de distribución de aire y para distribuir selectivamente la corriente de fluido de enfriamiento a la pluralidad de pilas de celdas de combustible. 43. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 42, en donde el sistema de celda de combustible incluye además un sistema de control con un controlador en comunicación con el montaje de colector y en donde además el controlador se adapta para regular la distribución de la corriente de fluido de enfriamiento a las pilas de celdas de combustible. 44. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 1, en donde el sistema de celda de combustible incluye además un sistema de control con un controlador adaptado para limitar selectivamente la magnitud de la carga aplicada. 45. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 44, en donde el sistema de control se adapta para regular la magnitud de la carga aplicada en respuesta al menos en parte a la suma de los rendimientos máximos tasados de energía de las pilas de celdas de combustible en el montaje de pilas de celdas de combustible. 46. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 44, en donde el sistema de control se adapta para regular la magnitud de la carga aplicada en respuesta al menos en parte a la suma de los rendimientos máximos tasados de energía de las pilas de celdas de combustible que están en su primer estado de operación. 47. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 1, en donde el sistema de celda de combustible incluye un dispositivo de consumo de energía adaptado para aplicar al menos una porción de la carga aplicada al montaje de pilas de celdas de combustible. 48. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 47, en donde el dispositivo que consume energía incluye una pluralidad de dispositivos que se adaptan cada uno para aplicar una porción de la carga aplicada, en donde cada uno de la pluralidad de dispositivos tiene una pluralidad de estados de operación que incluye al menos un primer estado de operación, en el cual el dispositivo está aplicando una porción de la carga aplicada, y un segundo estado de operación, en el cual el dispositivo no está aplicando una porción de la carga aplicada. 49. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 48, en donde cada uno de la pluralidad de dispositivos incluye un módulo de conmutación y en donde además los módulos de conmutación se adaptan para comunicarse entre sí para regular los estados de operación de los dispositivos. 50. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 49, en donde cada uno de la pluralidad de dispositivos tiene una pluralidad con relación al resto de la pluralidad de dispositivos y en donde además los módulos de conmutación se adaptan para controlar selectivamente los estados de operación de los dispositivos en respuesta al menos en parte de la pluralidad de los dispositivos. 51. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 1, en donde cada una de las pilas de celdas de combustible incluye una pluralidad de celdas de combustible. 52. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 1, en donde cada una de las pilas de celdas de combustible incluye una pluralidad de celdas de combustible conectadas entre placas terminales comunes. 53. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 1, en donde el sistema incluye además un sistema de distribución de aire adaptado para distribuir corrientes de aire a cada una de las pilas de celdas de combustible. 54. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 1, en donde el sistema incluye además un sistema de distribución de fluido de enfriamiento adaptado para distribuir una corriente de fluido de enfriamiento a cada una de las pilas de celdas de combustible. 55. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 1, en donde cada una de las pilas de celdas de combustible está en comunicación para fluidos con un sistema de distribución de fluido enfriamiento adaptado para distribuir una corriente de fluido de enfriamiento a una pila respectiva de las pilas de celdas de combustible. 56. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 1, en donde el montaje de procesamiento de combustible incluye al menos un procesador de combustible. 57. El sistema de celda de combustible según la reivindicación 1, en donde el montaje de procesamiento de combustible incluye al menos un reformador de vapor.
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