Brida de apriete, monobloque, multifuncional, para pila de combustible,

destinada a garantizar por una cara de apriete (29) el apilamiento de los elementos constitutivos de la pila de combustible, teniendo este apilamiento una superficie de extremo que posee a la vez unas zonas determinadas conductoras de electricidad y unas zonas determinadas aislantes frente a la electricidad, que se caracteriza porque la superficie inferior de la brida de apriete está revestida con un material eléctricamente aislante en las zonas determinadas correspondientes a las zonas aisladas de la superficie de extremo del apilamiento, y está constituida por un material conductor en una superficie conductora (28) de esta cara de apriete (29), correspondiendo la superficie conductora (28) a las zonas no aisladas de la superficie del extremo del apilamiento, y porque unos orificios de alimentación y de evacuación (23) están recubiertos por un material que tolera la utilización de gases reactivos y de agua, utilizados en el funcionamiento de la pila de combustible.

Bridas de apriete multifuncionales para fila de combustible

5 Ámbito de la invención

La invención se refiere al ámbito de las pilas de combustible cuyas aplicaciones industriales pueden ser estacionarias o destinadas al transporte.

Las aplicaciones fijas o estacionarias se refieren, por ejemplo, a los hospitales y otros edificios de servicios para los cuales se debe excluir la eventualidad de una interrupción de alimentación eléctrica. Las aplicaciones relativas al transporte se refieren, entre otras, a la propulsión de los vehículos urbanos de transporte colectivo, como los autobuses y los tranvías.

15 Técnica anterior y problema planteado

La pila de combustible es un dispositivo electroquímico que convierte directamente la energía química de un combustible en energía eléctrica. El principio de funcionamiento de este generador electroquímico reside en la reacción de síntesis electroquímica del agua. Numerosas pilas de combustible están formadas por una sucesión de etapas elementales denominadas también celdas electroquímicas, cada una comprendiendo un elemento de base formado por dos electrodos, un ánodo y un cátodo, a los que se les aporta de forma continua un comburente, por ejemplo, aire u oxígeno, y un combustible, por ejemplo hidrógeno, estos dos elementos gaseosos manteniéndose separados mediante una membrana intercambiadora de iones que hace la función de electrolito. En el ánodo, el combustible experimenta una oxidación catalítica que libera protones y electrones, en el caso de una pila de combustible del tipo de membrana intercambiadora de protones. Los electrones producidos circulan a lo largo del circuito eléctrico exterior, mientras que los protones se transportan desde el electrolito hacia el cátodo, donde se combinan con los electrones y el oxígeno. Esta reducción catódica se acompaña de una producción de agua y del establecimiento de una diferencia de potencial entre los dos electrodos.

Coexisten varios tipos de pilas de combustible y se diferencian por la clase de su electrolito y sus temperaturas de funcionamiento. En lo que se refiere a las pilas de combustible que funcionan a "bajas" temperaturas (temperaturas inferiores a 100 ºC) , la tecnología más avanzada está representada por las pilas de combustible con electrolitos de polímero. La invención que se desarrolla aquí utiliza una pila de combustible de tipo PEM ("Proton Exchange Membrane" en inglés) cuyo electrolito de polímero es una membrana intercambiadora de protones.

El núcleo de una pila de combustible está formado por un ensamblaje de celdas electroquímicas elementales, apiladas las unas sobre las otras en un número suficiente para obtener los valores de tensión y corriente deseados.

Este apilamiento de celdas elementales de un núcleo de pila de combustible se designa habitualmente con el término inglés "stack".

En referencia a la figura 1, cada celda elemental de una pila de combustible del tipo PEM se compone de dos placas separadoras 1, que garantizan el aporte de los gases reactivos y están dispuestas a ambos lados de un conjunto electrodo/membrana/electrodo 2, denominado "EME". Este último comprende una membrana electrolítica 45 intercambiadora de iones 3 y dos electrodos catalíticos con difusión de gas, esto es un ánodo 4 y un cátodo 5, formados cada uno por una capa activa 4A y 5A y por una capa de difusión 4B y 5B. En el ánodo 4, tras la difusión a través de la capa de difusión 4B, el hidrógeno se oxida catalíticamente en la capa activa 4A para dar unos protones y unos electrones. Los electrones toman un circuito eléctrico exterior hacia el cátodo 5, mientras que la membrana electrolítica 3 garantiza el transporte de los protones del ánodo 4 hacia el cátodo 5, pero también la separación de los gases que reaccionan. En el cátodo 5, el oxígeno experimenta, por lo tanto, una reducción catalítica y se vuelve a combinar con los protones y los electrones para dar agua.

En el apilamiento de celdas elementales de una pila de combustible del tipo PEM, las placas polares o bipolares 1 también garantizan la función de distribución de los gases reactivos, es decir, el oxígeno del aire y el hidrógeno, de 55 conducción térmica, de recogida de los electrones producidos y de evacuación de los productos de la reacción, entre los que se encuentra el agua. Cada placa polar o bipolar está en contacto por una de sus caras con un ánodo 4 de un conjunto EME 2 de rango N y en la otra cara con un cátodo 5 de un conjunto de rango N + 1.

Además, en cada placa polar o bipolar 1 se encuentran unos canales de circulación de los gases 6 y de los canales de circulación del refrigerante 7.

Es necesario, por lo tanto, garantizar la unión mecánica del conjunto de todos estos elementos que forman el apilamiento de la pila de combustible, entre los que se encuentran las placas polares o bipolares 1 y los conjuntos EME 2.

65 El documento WO 2004/032267 A1 presenta una placa de extremo para una celda electroquímica que comprende un revestimiento resistente a la corrosión.

Tal y como se muestra en la figura 2, este ensamblaje puede precisar la utilización, a ambos lados del apilamiento 10, de diferentes elementos, antes del apriete mecánico del apilamiento 10. Estos elementos son unos colectores de corriente 11 que garantizan la función de recogida de corriente respecto de las placas polares o bipolares, unas bridas de apriete 12 aisladas eléctricamente o no de los colectores de corriente 11 colocadas en los extremos del apilamiento 10, y unos prolongadores 13 que permiten la alimentación y la evacuación del apilamiento 10 de los gases reactivos, del líquido de refrigeración y del agua producida por la reacción electroquímica. Se añade que hay que garantizar el aislamiento de los colectores de corriente 11 y de las bridas 12 con respecto a los gases reactivos, que pueden ser nocivos para los materiales que los forman.

Las bridas de apriete 12, así como los colectores 11, están perforadas para permitir la inserción de los prolongadores 13 hasta los colectores mecanizados en las placas polares o bipolares opuestos al colector correspondiente. Por último, la función de apriete del apilamiento se completa por medio de la utilización de tirantes, que se insertan dentro de los orificios mecanizados en las bridas 12 y que se aprietan con un par determinado, durante el montaje final del apilamiento, de acuerdo con la tensión de apriete deseada.

Además, en el caso de que las bridas de apriete 12 no garanticen la función de aislamiento eléctrico, unos anillos aislantes permiten garantizar el aislamiento eléctrico entre los tirantes (no representados) y las bridas de apriete 12. Este dispositivo precisa entonces el montaje de varias piezas que garantizan, cada una, una función precisa en el apilamiento, entre otras: recogida de la corriente eléctrica, aislamiento eléctrico, alimentación y evacuación de los gases reactivos y del líquido de refrigeración y apriete del apilamiento. Este ensamblaje de piezas presenta, por lo tanto, el inconveniente de complicar el diseño del apilamiento y del ensamblaje, y el apriete de este último, generando unas limitaciones de tamaño.

El objetivo de la invención es, por lo tanto, resolver estos inconvenientes, intentando simplificar el montaje y el apriete del apilamiento, con el fin de disminuir el coste de este último y de reducir las limitaciones de orden mecánico que genera el ensamblaje del conjunto de varias piezas entre sí.

Sumario de la invención

El concepto de la invención propone garantizar que estas cuatro últimas funciones enunciadas, de conducción eléctrica, de aislamiento eléctrico, de alimentación o de evacuación de los gases y del refrigerante, y de apriete mecánico, se lleven a cabo por medio de una única pieza multifuncional.

En consecuencia, el objeto principal de la invención es una brida de apriete, monobloque, multifuncional, para pila de combustible, destinada a garantizar, por la cara de apriete, el apriete de un apilamiento de elementos de pila de combustible cuya superficie de extremo posee a la vez unas zonas determinadas conductoras de electricidad y unas zonas determinadas aislantes frente a la electricidad.

De acuerdo con la invención, la superficie inferior de la brida de apriete está revestida con un material aislante en unas zonas determinadas correspondientes a las zonas aislantes de la superficie de extremo del apilamiento y la brida de apriete está revestida en su superficie con un... [Seguir leyendo]

1. Brida de apriete, monobloque, multifuncional, para pila de combustible, destinada a garantizar por una cara de apriete (29) el apilamiento de los elementos constitutivos de la pila de combustible, teniendo este apilamiento una 5 superficie de extremo que posee a la vez unas zonas determinadas conductoras de electricidad y unas zonas determinadas aislantes frente a la electricidad, que se caracteriza porque la superficie inferior de la brida de apriete está revestida con un material eléctricamente aislante en las zonas determinadas correspondientes a las zonas aisladas de la superficie de extremo del apilamiento, y está constituida por un material conductor en una superficie conductora (28) de esta cara de apriete (29) , correspondiendo la superficie conductora (28) a las zonas no aisladas de la superficie del extremo del apilamiento, y porque unos orificios de alimentación y de evacuación (23) están recubiertos por un material que tolera la utilización de gases reactivos y de agua, utilizados en el funcionamiento de la pila de combustible.

2. Brida de apriete de acuerdo con la reivindicación 1, que se caracteriza porque el material que recubre los orificios 15 de alimentación y de evacuación (23) es eléctricamente aislante.

3. Brida de apriete de acuerdo con la reivindicación 2, que se caracteriza porque esta se completa con unos empalmes (26) atornillados en los orificios de alimentación y de evacuación (23) .

4. Brida de apriete de acuerdo con la reivindicación 1, que se caracteriza porque el material aislante es una resina fluorada.

5. Brida de apriete de acuerdo con la reivindicación 1, que se caracteriza porque el material conductor eléctrico es la plata.