PILA DE COMBUSTIBLE QUE INCLUYE UN DISPOSITIVO DE REFRIGERACIÓN POR GAS CALOPORTADOR.

Pila de combustible que incluye una pluralidad de células adyacentes que forman un apilamiento (1) de células,

y un dispositivo de refrigeración de dicho apilamiento (1) de células por intercambio térmico forzado con un gas caloportador, tal como el aire, por medio de al menos un generador (2) de un flujo gaseoso según un eje (A) de fluencia, incluyendo la pila al menos un órgano rectificador (3) de flujo gaseoso colocado entre el apilamiento (1) de células y el generador (2), incluyendo el órgano rectificador (3) al menos una pala (13) estática ajustada para disminuir la heterogeneidad del caudal del flujo gaseoso resultante del generador (2) según una dirección sensiblemente perpendicular al eje (A) del flujo antes de su llegada al apilamiento (1), caracterizada porque el generador (2) de flujo gaseoso es una hélice soplante que incluye al menos una pala giratoria (12) unida a un cubo (22) giratorio, y porque la o las palas (13) estáticas del rectificador (3) están curvadas para reconducir una parte del flujo situada de manera relativamente alejada del eje (A) del flujo que pasa por el cubo (22) giratorio hacia una zona del flujo situada relativamente más próxima al eje (A) del flujo que pasa por el cubo (22) giratorio, y porque el órgano rectificador (3) de flujo incluye una pluralidad de palas (13) estáticas curvadas de manera simétrica alrededor de un eje de revolución sensiblemente confundido con el eje (A) del flujo gaseoso de refrigeración que pasa por la parte central del generador (2)

Pila de combustible que incluye un dispositivo de refrigeración por gas caloportador.

La presente invención se refiere a una pila de combustible que incluye un dispositivo de refrigeración por gas caloportador.

La invención se refiere más concretamente a una pila de combustible que incluye una pluralidad de células adyacentes, que forman un apilamiento de células, y un dispositivo de refrigeración de dicho apilamiento de células por intercambio térmico forzado con un gas caloportador, como el aire, por medio de al menos un generador de un flujo gaseoso según un eje de fluencia.

Es sabido que para enfriar los apilamientos ("stacks") de células que forman una pila de combustible se utiliza aire pulsado que se hace circular entre las placas de pila monopolares o las placas de pila bipolares que forman las células elementales de la pila.

En una geometría conocida, las caras exteriores de las placas monopolares o bipolares de pila de combustible incluyen unas aletas de refrigeración. Las aletas de refrigeración de dos placas de dos células adyacentes cooperan al estar en contacto con el fin de formar canales de conducción para el aire pulsado de refrigeración. El flujo de aire pulsado es preferentemente prácticamente paralelo a los canales de refrigeración.

Se ha constatado que la refrigeración del apilamiento de células no es plenamente satisfactoria debido especialmente a las diferencias en términos de temperatura máxima alcanzada en el interior de células adyacentes de un mismo apilamiento. La solicitante ha constatado particularmente una gran heterogeneidad de refrigeración según las zonas del apilamiento de células.

Esto se traduce en mermas en las prestaciones de la pila.

Para atenuar esas diferencias, una solución conocida consiste en redefinir la geometría de las aletas que forman los canales de refrigeración. Esta solución se muestra sin embargo compleja y potencialmente costosa.

El documento EP-A-1515383 describe un sistema de pila de combustible que incluye una hélice soplante y un distribuidor ubicado entre la hélice y la pila. El distribuidor cambia la dirección principal del flujo de aire desde la hélice hacia la pila y homogeneiza también ese flujo de aire.

El documento JP 2003036878 describe una pila de combustible que incluye un ventilador radial y un colector de aire, que incluye unas aletas que forman una rejilla para homogeneizar el flujo de aire.

El documento JP 58178964 describe una pila de combustible que incluye un ventilador radial y dos conjuntos de placas de conducción del flujo de aire para homogeneizar el flujo de aire.

La solución que consiste en actuar sobre el flujo generado por los ventiladores en sentido ascendente ha sido hasta hoy descartada ya que es susceptible de generar pérdidas de cargas suplementarias en el circuito de refrigeración o un consumo eléctrico incrementado de dichos ventiladores.

Uno de los objetivos de la presente invención es el de paliar en todo o en parte los inconvenientes de la técnica anterior que se han señalado más arriba.

Con esta finalidad, la pila de acuerdo con la invención aparece definida en la reivindicación 1.

Por otra parte, algunos modos de realización de la invención pueden incluir una o varias de las siguientes características:

- la o las palas del rectificador están curvadas según una primera dirección prácticamente perpendicular al eje del flujo y en una segunda dirección prácticamente paralela al eje del flujo, para reconducir al menos una parte del flujo gaseoso que tiene un caudal relativamente más importante hacia al menos una parte del flujo que tiene un caudal relativamente más reducido;

- el generador de un flujo gaseoso está separado del apilamiento por una distancia comprendida entre 15 y 60 mm y preferentemente del orden de 30 mm;

- el órgano rectificador de flujo está separado del apilamiento por una distancia superior a 10 mm y preferentemente comprendida entre 20 y 35 mm;

- el órgano rectificador de fluyo incluye de seis a ocho palas estáticas;

- las palas estáticas del órgano rectificador están unidas cada una a un marco exterior (pero no a un cubo central);

- la pila incluye varios generadores de flujo gaseoso adyacentes destinados a enfriar respectivamente las correspondientes zonas adyacentes del apilamiento y consta de un respectivo órgano rectificador asociado a cada generador de flujo gaseoso;

- la pila es del tipo de membrana intercambiadora de protones.

Otras particularidades y ventajas se irán mostrando a lo largo de la descripción que viene a continuación, hecha en referencia a las figuras en las que:

- la figura 1 representa una vista en perspectiva esquemática y parcial de un ejemplo de pila provista de un dispositivo de refrigeración de acuerdo con la invención;

- la figura 2 representa una vista en perspectiva que ilustra una variante de realización posible y no restrictiva de un detalle de la figura 1 (órgano rectificador);

- la figura 3 representa las dos curvas de perfiles de velocidad del gas de refrigeración de los diferentes canales de una célula de pila, respectivamente con (curva que pasa por los puntos) y sin invención (curva que pasa por las cruces).

En el ejemplo de realización ilustrado en la figura 1 está representada una pila de combustible únicamente y de forma simbólica por su apilamiento 1 ("stack") de células elementales y el dispositivo de refrigeración del apilamiento asociado.

La pila incluye un dispositivo de refrigeración de dicho apilamiento 1 de células por intercambio térmico forzado con un gas caloportador, como el aire, por medio de al menos un generador 2 de un flujo gaseoso según un eje A. El generador 2 es, por ejemplo, un ventilador o aparato similar.

De acuerdo con la invención la pila incluye al menos un órgano rectificador 3 de flujo gaseoso dispuesto estáticamente entre el apilamiento 1 de células y el generador 2. El órgano rectificador 3 incluye al menos una pala 13 estática ajustada para disminuir la heterogeneidad del caudal del flujo gaseoso resultante del generador 2 según una dirección claramente perpendicular al eje A del flujo antes de su llegada al apilamiento 1.

Por ejemplo, y como se ve en el ejemplo posible de la figura 2, el órgano rectificador 3 de flujo puede incluir una pluralidad de palas 13 estáticas (por ejemplo de seis a ocho) que pueden estar curvadas de manera simétrica alrededor de un eje de revolución. Preferentemente este eje de revolución está, en posición ensamblada, prácticamente confundido con el eje A del flujo gaseoso de refrigeración que pasa por la parte central (cubo) del generador 2.

Las palas 13 estáticas del órgano rectificador 3 están unidas cada una preferentemente a un marco 33 exterior, pero no a un cubo fijo central (figura 2).

Las palas 13 del rectificador 3 están curvadas preferentemente según una primera dirección prácticamente perpendicular al eje A del flujo y según una segunda dirección prácticamente paralela al eje A del flujo para reconducir al menos una zona del flujo gaseoso que tiene un caudal relativamente más importante hacia al menos una zona del flujo que tiene un caudal relativamente más reducido.

Por ejemplo, el rectificador 3 reconduce una parte de la periferia del flujo (relativamente alejada del eje de simetría longitudinal central del flujo) hacia una zona más central del flujo (relativamente más próxima al eje A de simetría longitudinal central del flujo).

El generador 2 de flujo (ventilador) está alejado del apilamiento 1 por una distancia comprendida preferentemente entre 15 y 60 mm y, más preferentemente aún, del orden de 30 mm.

El órgano rectificador está, por su parte, alejado del apilamiento 1 por una distancia D superior a 10 mm y preferentemente comprendida entre 20 y 35 mm.

Por ejemplo, el órgano rectificador 3 puede tener una anchura o espesor de 12 mm y estar colocado contra el ventilador 2, del lado soplador de este último.

La solicitante ha constatado particularmente que la invención permite homogeneizar el flujo de admisión de los canales de refrigeración haciendo desaparecer o reducir las zonas peor alimentadas que están...

1. Pila de combustible que incluye una pluralidad de células adyacentes que forman un apilamiento (1) de células, y un dispositivo de refrigeración de dicho apilamiento (1) de células por intercambio térmico forzado con un gas caloportador, tal como el aire, por medio de al menos un generador (2) de un flujo gaseoso según un eje (A) de fluencia, incluyendo la pila al menos un órgano rectificador (3) de flujo gaseoso colocado entre el apilamiento (1) de células y el generador (2), incluyendo el órgano rectificador (3) al menos una pala (13) estática ajustada para disminuir la heterogeneidad del caudal del flujo gaseoso resultante del generador (2) según una dirección sensiblemente perpendicular al eje (A) del flujo antes de su llegada al apilamiento (1), caracterizada porque el generador (2) de flujo gaseoso es una hélice soplante que incluye al menos una pala giratoria (12) unida a un cubo (22) giratorio, y porque la o las palas (13) estáticas del rectificador (3) están curvadas para reconducir una parte del flujo situada de manera relativamente alejada del eje (A) del flujo que pasa por el cubo (22) giratorio hacia una zona del flujo situada relativamente más próxima al eje (A) del flujo que pasa por el cubo (22) giratorio, y porque el órgano rectificador (3) de flujo incluye una pluralidad de palas (13) estáticas curvadas de manera simétrica alrededor de un eje de revolución sensiblemente confundido con el eje (A) del flujo gaseoso de refrigeración que pasa por la parte central del generador (2).

2. Pila según la reivindicación 1, caracterizada porque la o las palas (13) del rectificador (3) están curvadas según una primera dirección sensiblemente perpendicular al eje (A) del flujo y según una segunda dirección sensiblemente paralela al eje (A) del flujo, para reconducir al menos una parte del flujo gaseoso que tiene un caudal relativamente más grande hacia al menos una parte del flujo que tiene un caudal relativamente más pequeño.

3. Pila según una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizada porque el generador (2) de flujo gaseoso está separado del apilamiento (1) por una distancia comprendida entre 15 y 60 mm y preferentemente del orden de 30 mm.

4. Pila según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el órgano rectificador (3) de flujo está separado del apilamiento (1) por una distancia (D) superior a 10 mm y preferentemente comprendida entre 20 y 35 mm.

5. Pila según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque al menos un órgano rectificador (3) de flujo incluye al menos tres palas (13) estáticas y preferentemente de seis a ocho palas (13) estáticas.

6. Pila según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque las palas (13) estáticas del órgano rectificador (3) están unidas cada una a un marco (33) exterior.

7. Pila según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque incluye varios generadores (2) de flujo gaseoso adyacentes destinados a enfriar respectivamente correspondientes zonas adyacentes del apilamiento (1) y porque incluye un respectivo órgano rectificador (3) asociado a cada generador (2) de flujo gaseoso.

8. Pila de combustible según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque es del tipo de membrana intercambiadora de protones.