PLACA BIPOLAR PARA PILA DE COMBUSTIBLE CON CHAPA DE DISTRIBUCIÓN METÁLICA DEFORMADA.

Placa bipolar para pila de combustible que se montará entre dos elementos de base (10) electrodo/membrana/electrodo,

que posee al menos dos agujeros de alimentación (17) situados de forma periférica, caracterizada porque está constituida por: - un separador (20) rígido, metálico; y - al menos un primer distribuidor (14) rígido, metálico de chapa deformada, de modo que su forma constituya una canalización de distribución (16A, 16B) de cada lado de esta chapa, y que posee un agujero de distribución (15) al que conduce un primer extremo de cada canalización de distribución (16A, 16B), de modo que solamente se forme una única canalización que atraviesa el distribuidor (14)

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FR2006/050222.

Solicitante: COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: BATIMENT "LE PONANT D" 25, RUE LEBLANC 75015 PARIS FRANCIA.

Inventor/es: BLEIN,FRANCK.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 14 de Marzo de 2006.

Fecha Concesión Europea: 22 de Septiembre de 2010.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • C25B1/08 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C25 PROCESOS ELECTROLITICOS O ELECTROFORETICOS; SUS APARATOS.C25B PROCESOS ELECTROLITICOS O ELECTROFORETICOS PARA LA PRODUCCION DE COMPUESTOS ORGANICOS O INORGANICOS, O DE NO METALES; SUS APARATOS (protección anódica o catódica C23F 13/00; crecimiento de monocristales C30B). › C25B 1/00 Producción electrolítica de compuestos inorgánicos o no metales. › del tipo de filtro prensa.
  • C25B9/20 C25B […] › C25B 9/00 Células o acoplamientos de células; Elementos de estructura de las células; Acoplamientos de elementos de estructura, p.ej. acoplamientos de electro-diafragma. › del tipo filtro-prensa.
  • H01M8/02C2A
  • H01M8/02C2K2
  • H01M8/02C6A
  • H01M8/02C6G
  • H01M8/02C8M

Clasificación PCT:

  • H01M8/02 SECCION H — ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01M PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej., BATERIAS, PARA LA CONVERSION DIRECTA DE LA ENERGIA QUIMICA EN ENERGIA ELECTRICA. › H01M 8/00 Pilas de combustible; Su fabricación. › Detalles (de partes no activas H01M 2/00, de electrodos H01M 4/00).

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia.


Fragmento de la descripción:

La invención se refiere al campo de las pilas de combustible que funcionan con un electrolito cerámico, a alta temperatura, pero también al de los electrolizadores que funcionan a alta temperatura y cuyo funcionamiento es inverso al de la pila de combustible. TÉCNICA ANTERIOR Y PROBLEMA PLANTEADO

Muchos tipos de pilas de combustible están constituidos por un apilamiento que comprende de forma alterna elementos de base y placas polares o bipolares. Cada elemento de base comprende una membrana intercalada entre dos electrodos, a saber un ánodo y un cátodo, a los que se aportan de forma continua un comburente y un combustible, por ejemplo hidrógeno y aire. Las placas bipolares permiten asegurar el aporte de estos comburente y combustible a la vez a dos elementos de base adyacentes, cada uno, a esta placa bipolar.

En las tecnologías empleadas hasta el momento existen varios conceptos de apilamientos.

En referencia a la figura 1, un primer concepto consiste en un apilamiento de elementos circulares con introducción de los gases combustible y carburante por al menos un punto exterior y un punto central. Cada elemento del apilamiento, a saber elementos de base constituidos por un electrolito 1 situado entre dos electrodos 2A y 2B y placas bipolares 3A y 3B, son de forma circular y poseen un agujero central 4. La placa bipolar 3A es una placa situada entre dos elementos de base, mientras que la placa polar 3B es una placa del extremo. Las flechas muestran las trayectorias de circulación del aire y del hidrógeno, cada uno en un circuito particular de la placa bipolar. Se constata que el hidrógeno se introduce por el agujero central 4 y es evacuado al exterior, mientras que el aire se introduce desde el exterior y se evacua hacia el exterior. El inconveniente principal de esta arquitectura es que el hidrógeno se introduce por la zona central, lo que obliga a asegurar una buena estanqueidad a nivel de cada elemento de base entre el cátodo 2A y el agujero central 4. Una fuga a este nivel ocasionaría una combustión entre el hidrógeno y el aire del compartimento catódico, lo que conllevaría una importante elevación de temperatura, lo que puede conllevar un agrietamiento del material cerámico y degradar de este modo el rendimiento de la pila.

Otro concepto consiste en introducir el aire y el hidrógeno por el centro de la pila, es decir en el centro de cada estrato elemental. Los gases residuales se queman en la salida periférica de la pila. Este tipo de concepto presenta los mismos inconvenientes que para el representado en la figura 1, con la excepción de que la zona de combustión no está en contacto directo con los elementos activos de la pila.

Finalmente, un tercer tipo de concepto prevé que, para elementos de base con geometría circular plana, la introducción de los gases se realice desde el exterior de la pila. Sin embargo, la elección de los materiales cerámicos para asegurar esta función obliga a disponer las entradas de gas en las proximidades de la periferia de las zonas activas y se puede mostrar perjudicial, en caso de pérdida de estanqueidad y de puesta en comunicación desde la alimentación de aire y de hidrógeno. También en este caso, la aparición de puntos calientes locales conlleva el riesgo de provocar la aparición de fisuras en las piezas del apilamiento.

El objeto de la invención es remediar todos estos inconvenientes y proponer un concepto diferente de alimentación de combustible y de carburante para un

apilamiento de pilas de combustible.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Un primer objeto principal de la invención es, por lo tanto, una placa bipolar para pila de combustible, que se montará entre dos elementos de base electrodo/membrana/electrodo y que posee al menos dos agujeros de alimentación situados de forma periférica.

De acuerdo con la invención, la placa está constituida por un separador rígido metálico adyacente a al menos un primer distribuidor rígido metálico constituido por una chapa deformada, de modo que se forme una canalización de distribución en cada lado de la placa, unidas entre sí mediante un agujero central de modo que solamente se forme una única canalización que atraviesa el distribuidor y que tiene un primer extremo unido a un agujero de alimentación.

En una primera realización principal de la invención, disponemos de dos primeros distribuidores en cada lado del separador.

Preferiblemente, estos dos distribuidores son idénticos.

En este caso, es posible que un segundo extremo de al menos una canalización formada de este modo desemboque en el exterior de la placa polar.

En este primer caso, es ventajoso disponer un anillo de guarda en la canalización formada de este modo.

También es posible que un segundo extremo de al menos una canalización formada de este modo desemboque en un agujero de evacuación periférico. Por lo tanto, es posible poseer dos tipos de evacuación diferentes en una placa bipolar.

En una segunda realización preferida de la placa de acuerdo con la invención, se utiliza un segundo distribuidor constituido por un marco rígido y metálico en forma de cubeta en cuyo interior se encuentra un soporte poroso anódico, comprendiendo este segundo distribuidor un pasaje de salida periférico que une el soporte poroso a un agujero de evacuación periférico, poseyendo el separador en este caso un canal de alimentación que une un agujero de alimentación al centro de este separador, de modo que desemboque contra el soporte poroso.

En la utilización de la placa polar de acuerdo con la invención, está previsto utilizar una junta periférica durante la constitución del apilamiento de una pila de combustible, entre cada placa bipolar de acuerdo con la invención y los elementos de base a nivel del anillo de guarda y una junta alrededor de los agujeros de alimentación y/o de evacuación.

En este caso, es preferible prever juntas de mica. LISTA DE FIGURAS

La invención y sus diferentes características técnicas se entenderán mejor con la lectura de la descripción, acompañada por varias figuras que representan respectivamente:

- la figura 1, ya descrita, en vista caballera en despiece ordenado, un concepto de pila de combustible de acuerdo con la técnica anterior;

- las figuras 2A y 2B, dos esquemas relativos al modo de funcionamiento de una placa bipolar de acuerdo con la invención;

- las figuras 3A y 3B, un corte y una vista desde arriba de dos placas bipolares de acuerdo con una primera realización de la invención;

- la figura 4, en corte, tres estratos de pilas de combustible que utilizan placas bipolares de acuerdo con la realización representada en las figuras 3A y 3B;

- las figuras 5A, 5B y 5C, en corte y en vista desde arriba, tres estratos de un apilamiento de pilas de combustible que utilizan placas bipolares de acuerdo con la invención en una segunda realización de éstas;

- las figuras 6A, 6B y 6C, en corte y en vista desde arriba, tres estratos de un apilamiento de pilas de combustible que utilizan una placa bipolar en una tercera realización de la invención. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE VARIAS REALIZACIONES DE LA

INVENCIÓN

En referencia a las figuras 2A a 2B, la geometría de los elementos de base 10 y de las placas bipolares 12 de acuerdo con la invención es circular. Los electrodos de cada elemento de base 10 son alimentados respectivamente por arriba y por abajo, por medio, cada uno, de una placa bipolar 12 de la misma geometría circular. Las alimentaciones con combustible y carburante, a saber hidrógeno o aire, se realizan desde el exterior del ensamblaje y se llevan al centro de cada electrodo por medio de una placa bipolar 12. Por ejemplo, el hidrógeno alimenta a un electrodo situado por encima de la placa bipolar 12 en cuestión, mientras el que aire alimenta al electrodo situado por debajo de esta placa bipolar 12.

Mediante este principio, se evita la dificultad tener que realizar la estanqueidad de un eventual pozo central de alimentación de aire o de hidrógeno. Los elementos de base

10 y las placas bipolares 12 pueden tener el mismo diámetro. En referencia a las figuras 3A o 3B, cada placa

bipolar de acuerdo con la invención está constituida por un único separador 20, metálico y rígido, constituido por una chapa plana y que permite asegurar la rigidez mecánica del conjunto. Éste está intercalado entre dos...

 


Reivindicaciones:

1. Placa bipolar para pila de combustible que se montará entre dos elementos de base (10) electrodo/membrana/electrodo, que posee al menos dos agujeros de alimentación (17) situados de forma periférica, caracterizada porque está constituida por:

- un separador (20) rígido, metálico; y

- al menos un primer distribuidor (14) rígido, metálico de chapa deformada, de modo que su forma constituya una canalización de distribución (16A, 16B) de cada lado de esta chapa, y que posee un agujero de distribución (15) al que conduce un primer extremo de cada canalización de distribución (16A, 16B), de modo que solamente se forme una única canalización que atraviesa el distribuidor (14).

2. Placa bipolar de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque el agujero de distribución (15) es central.

3. Placa bipolar de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque comprende al menos dos distribuidores

(14) situados cada uno en un lado del separador (20).

4. Placa bipolar de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada porque los dos distribuidores (14) son idénticos.

5. Placa bipolar de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque un segundo extremo (16C) de al menos una canalización (16A, 16B) desemboca en el exterior de la placa bipolar formada de este modo.

6. Placa bipolar de acuerdo con la reivindicación 1 ó 5, caracterizada porque un segundo extremo (16E) de al menos una canalización de distribución (16F) está en comunicación con un agujero de evacuación (17) periférico.

7. Placa bipolar de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizada porque comprende un anillo de guarda (29) que constituye la periferia de la canalización de distribución (16F).

8. Placa bipolar de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque comprende un segundo distribuidor de un segundo tipo constituido por un marco metálico (31) en forma de cubeta en medio del cual se encuentra un soporte poroso (30), poseyendo el separador (20) un pasaje de salida periférico (32) que une el soporte poroso (30) a un agujero de alimentación (17) periférico y un canal de evacuación (34) que une el canal de distribución (16G) a un agujero de evacuación (28).

9. Pila de combustible constituida por un apilamiento de varias placas bipolares de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, así como por elementos de base (10) electrodo/membrana/electrodo.

10. Pila de combustible de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizada porque se utiliza al menos una junta de estanqueidad eléctrica y gaseosa (26) entre las placas bipolares y los elementos de base (10) electrodo/membrana/electrodo.


 

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