Célula electroquímica.

Célula electroquímica (4) con un espacio de circulación (2) dispuesto entre dos elementos de placas

(10, 12) con una entrada de la circulación (6) con un canal de distribución (7) así como con una salida de la circulación (8) con un canal colector (9) para un medio de circulación que circula a través del espacio de circulación (2), en la que entre la entrada de la circulación (6) y la salida de la circulación (8) está configurada una dirección principal de la circulación (40) del medio de circulación y en el que uno de los elementos de placas (10) presenta elevaciones (14) para el apoyo del elemento de placas (10, 12) en el otro elemento de placas (10, 12) en una estructura de rejilla regular (24), entre los que se extiende una red de canales de circulación (28, 30, 32) que atraviesa el espacio de la circulación (2) con dos o más direcciones de los canales de circulación (29, 31, 33), cada uno de los cuales forma con relación a la dirección principal de la circulación (40) del medio de circulación un ángulo (34, 35, 36) que se desvía del grado cero, caracterizada porque el canal de distribución (7) y el canal colector (9) están alineados, respectivamente, paralelamente a una dirección del canal de circulación (29, 31, 33) de los canales de circulación (28, 30, 32) y porque una de las dos o más direcciones de los canales de circulación (29, 31, 33) forma con relación a la dirección principal de la circulación (40) del medio de circulación un ángulo esencialmente de 30 grados o un ángulo esencialmente de 60 grados.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2012/053791.

Solicitante: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: WITTELSBACHERPLATZ 2 80333 MUNCHEN ALEMANIA.

Inventor/es: HOFFMANN, JOACHIM, MATTEJAT, ARNO, BRANDT,TORSTEN.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej., BATERIAS, PARA LA... > Pilas de combustible; Su fabricación > H01M8/02 (Detalles (de partes no activas H01M 2/00, de electrodos H01M 4/00))

PDF original: ES-2527274_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Célula electroquímica

La invención se refiere a una célula electroquímica con un espacio de circulación dispuesto entre dos elementos de placas con una entrada de la circulación así como con una salida de la circulación para un medio de circulación que circula a través del espacio de circulación, en la que entre la entrada de la circulación y la salida de la circulación está configurada una dirección principal de la circulación del medio de circulación y en el que uno de los elementos de placas presenta elevaciones para el apoyo del elemento de placas en el otro elemento de placas en una estructura de rejilla regular, entre los que se extiende una red de canales de circulación que atraviesa el espacio de la circulación con al menos una dirección de los canales de circulación.

Se conocen, en general, células electroquímicas, por ejemplo a partir de http://de-wik¡ pedia . ora/wiki/Electrochemische Zelle (25.1.21), y se dividen en células galvánicas y células de electrólisis.

Una célula de electrólisis es un dispositivo, en el que una corriente eléctrica fuerza una reacción química, en la que al menos una parte de la energía eléctrica es convertida en energía química. Una célula galvánica es un dispositivo - complementario de la célula de electrólisis - para la conversión espontánea de energía química en energía eléctrica. Un dispositivo conocido de una célula galvánica de este tipo es una célula de combustible, por ejemplo una célula de combustible-PEM (Membrana de Intercambio de Protones - célula de combustible o Membrana de Electrolito de Polímero - célula de combustible) ( http://de-wikipedia.org/wiki/Brenstoffzelle , 25.1.21).

En una célula de combustible el nitrógeno (H2) y el oxígeno (2) reaccionan en un electrolito bajo la cesión de calor en energía eléctrica o agua de producto que - junto con el agua de humidificación condensada - debe descargarse desde la célula de combustible. Esto se realiza a través de soplado del agua con gas funcional excesivo fuera de la célula de combustible, por lo que se alimenta más gas funcional, que el necesario para la reacción.

Una membrana activa y los electrodos que la rodean de una célula de combustible-PEM deben ser alimentados de una manera uniforme con gases funcionales tanto sobre el lado del ánodo como también sobre el lado del cátodo para obtener un actividad de la célula lo más uniforme posible sobre toda la superficie activa. En el caso de altas densidades de potencia, las actividades localmente irregulares pueden conducir a temperaturas localmente elevadas y a daños posibles en la membrana y en los electrodos.

La entrada y salida o bien la circulación de los dos gases funcionales en o bien a través de una célula de combustible se realizan a través de canales discretos, cuya geometría y posición no siempre se pueden configurar de una manera óptima con relación a las superficies activas debido a condiciones marco constructivas. Por lo tanto, en los dos espacios de gas de la célula de combustible tiene lugar la impresión de zas, que son bien atravesadas por la corriente y en las que se realiza bien el transporte de agua, y otras zonas, las llamadas sombras de la circulación, en las que la circulación sólo está débilmente impresa y no se puede transportar el agua de una manera satisfactoria. En casos más desfavorables, a través de las gotas de agua introducidas se puede producir un bloqueo en tales sombras de la circulación.

En células de combustible, que son accionadas con gases funcionales con porciones inertes, como gas de reformador o air, se forman en las zonas más atravesadas por la corriente colchones de gas inerte, que reducen allí localmente la capacidad de potencia de los componentes activos. La célula de combustible es accionada allí con un gas, que tiene una baja concentración de gas útil.

Se conoce a partir del documento DE 13 68 A1 una célula de combustible, en la que los espacios de gas están provistos con elementos conductores de gas alargados, Éstos conducen los gases funcionales desde una entrada de gas hacia una salida de gas de los espacios de gas, de tal manera que atraviesan zonas que en otro caso son especialmente mal recorridas por la corriente.

Se conoce a partir del documento EP 1 97 985 A1 una célula de combustible, en la que un espacio de gas presenta una red de canales de circulación que está configurada por elevaciones dispuestas en forma de rejilla, que son atravesados por un medio de circulación, un gas funcional. De acuerdo con el documento EP 1 97 985 A1, a través de la variación de las secciones trasversales de la circulación de los canales de circulación se puede influir y dirigir la circulación a través del espacio de gas con el medio de circulación.

Se conoce a partir del documento WO 29/157981 A1 una célula de combustible, en la que un espacio de gas presenta canales de la circulación configurados a través de elevaciones, cuyas elevaciones están dispuestas en la dirección de la circulación o transversalmente a una dirección de la circulación de un medio de circulación, para reducir durante la circulación una resistencia a la circulación o para mejorar una circulación.

Se conoce a partir del documento WO 24/49483 A2 una célula de combustible, en la que un espacio de gas presenta canales de circulación configurados a través de nervaduras, que se ensanchan en primer lugar en la

dirección de la circulación y se estrechan de nuevo a continuación.

Un cometido de la presente invención es indicar una célula electroquímica, en particular una célula galvánica o una célula de electrólisis, en particular una célula de combustible, en la que la célula, en particular una unidad de electrolito de membrana de una célula de combustible, puede ser desbordada localmente especialmente de una manera uniforme con gas funcional.

Este cometido se soluciona por medio de una célula electroquímica de acuerdo con la reivindicación 1, en la que la estructura de rejilla regular está configurada de tal forma que la red de canales de circulación presenta dos o más direcciones de canales de circulación, cada uno de los cuales forma con relación a la dirección principal de la circulación del medio de circulación un ángulo que se desvía del grado cero. De esta manera, con una alineación de este tipo de estos canales de la circulación, se realiza un inicio de la circulación o bien un paso de la circulación no paralelas a través del espacio de gas con respecto a la dirección principal de la circulación del medio de circulación.

La invención parte en este caso del reconocimiento de que una alineación de los canales de circulación con respecto a la dirección principal de la circulación del medio de circulación juega un papel significativo en la distribución de los medios en el espacio de gas y de la circulación a través del espacio de gas. A través de una variación de un ángulo relativo entre la dirección de los canales de circulación y la dirección principal de la circulación se puede Influenciar y modificar la circulación a través del espacio de gas y se puede mejorar para conseguir una circulación uniforme sobre todo el espacio de gas.

SI se realiza un Inicio de la circulación en o bien paralelamente en la dirección de estos canales de circulación, es decir, que la alineación de los canales de circulación está paralela a la dirección principal de la circulación del medio de circulación, entonces se establece una circulación Irregular a través del espacio de gas conectada con una caída de baja presión. Se pueden configurar sombras de la circulación en zonas de esquina de la superficie activa o bien del espacio de gas.

SI se modifica la alineación de estos canales de circulación... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1.- Célula electroquímica (4) con un espacio de circulación (2) dispuesto entre dos elementos de placas (1, 12) con una entrada de la circulación (6) con un canal de distribución (7) así como con una salida de la circulación (8) con un 5 canal colector (9) para un medio de circulación que circula a través del espacio de circulación (2), en la que entre la entrada de la circulación (6) y la salida de la circulación (8) está configurada una dirección principal de la circulación (4) del medio de circulación y en el que uno de los elementos de placas (1) presenta elevaciones (14) para el apoyo del elemento de placas (1, 12) en el otro elemento de placas (1, 12) en una estructura de rejilla regular (24), entre los que se extiende una red de canales de circulación (28, 3, 32) que atraviesa el espacio de la circulación (2) 1 con dos o más direcciones de los canales de circulación (29, 31, 33), cada uno de los cuales forma con relación a la dirección principal de la circulación (4) del medio de circulación un ángulo (34, 35, 36) que se desvía del grado cero, caracterizada porque el canal de distribución (7) y el canal colector (9) están alineados, respectivamente, paralelamente a una dirección del canal de circulación (29, 31, 33) de los canales de circulación (28, 3, 32) y porque una de las dos o más direcciones de los canales de circulación (29, 31, 33) forma con relación a la dirección 15 principal de la circulación (4) del medio de circulación un ángulo esencialmente de 3 grados o un ángulo esencialmente de 6 grados.

2 - Célula electroquímica (4) de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque las elevaciones (14) que forman la estructura de rejilla regular (24) son motas, que están formadas simétricamente alrededor de un punto medio de la elevación (26).

3 - Célula electroquímica (4) de acuerdo con al menos la reivindicación anterior, caracterizada porque las motas (14)

están formadas esencialmente de forma circular u ovalada.

4 - Célula electroquímica (4) de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el medio de circulación es un gas funcional de una célula galvánica.

- Célula electroquímica (4) de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque 25 la célula electroquímica (4) es una célula galvánica o una célula de electrólisis.