Célula electrolítica con una pila de placas conformada por placas apiladas unas sobre otras, con entalladuras, y método para su fabricación y operación.

Célula electrolítica (1) que comprende, al menos, dos placas bipolares (3),

al menos, una entrada de fluido (15) y una salida de fluido (16), así como, al menos, una pila de placas (13) dispuesta entre las, al menos dos, placas bipolares (3), en donde la pila de placas (13) se encuentra conformada por placas (11, 12) apiladas unas sobre otras y, al menos, dos placas (11, 12) presentan entalladuras (14) conformadas de manera que atraviesan el grosor completo de la respectiva placa (11, 12), en donde las, al menos dos, placas (11, 12) se encuentran dispuestas unas sobre otras, de manera que las entalladuras (14) de las placas adyacentes (11, 12) se superponen parcialmente, aunque no de manera completa, caracterizada porque se conforman conductos (9) que atraviesan en el sentido del plano de la placa, que se encuentran en contacto con la entrada de fluido (15) y la salida de fluido (16) de manera que conduzcan fluido, en donde las entalladuras (14) presentan una forma de Y.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2012/055366.

Solicitante: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: WITTELSBACHERPLATZ 2 80333 MUNCHEN ALEMANIA.

Inventor/es: HUBER, NORBERT, HAHN, ALEXANDER, HERTSCH,HAGEN, CORDES,RALF, DENNERLEIN,KLAUS, KÜHN,CAROLA.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • C25B9/20 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 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.
  • H01M8/02 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).

PDF original: ES-2540907_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Célula electrolítica con una pila de placas conformada por placas apiladas unas sobre otras, con entalladuras, y método para su fabricación y operación.

La presente invención hace referencia a una célula electrolítica que comprende, al menos, dos placas bipolares, al menos, una entrada de fluido y una salida de fluido, así como, al menos, una pila de placas dispuesta entre las, al menos, dos placas bipolares, en donde la pila de placas está conformada por placas apiladas unas sobre otras y, al menos, dos placas presentan entalladuras, las cuales se conforman de manera que atraviesan el grosor completo de la respectiva placa. Además, la presente invención hace referencia a un método para la fabricación y la operación de la célula electrolítica.

Las células electrolíticas se fabrican a partir de piezas macizas, por ejemplo, placas de titanio. Además, se realizan sistemas de conductos en el material, mediante un mecanizado de las piezas macizas con desprendimiento de virutas o acuñado. Los sistemas de conductos mencionados se utilizan para el suministro de agua y para la evacuación de gas. Para poder realizar conductos en las piezas macizas mediante un mecanizado con desprendimiento de virutas, las piezas deben presentar un grosor considerable en centímetros. Esto conduce a costes elevados de material y mecanizado. Justamente, en relación con una fabricación en serie, resulta conveniente una reducción del material a utilizar, de los trabajos de fabricación y de los costes.

El objeto de la presente invención consiste en indicar una célula electrolítica que presente un modo de fabricación simple, en el cual se utiliza una cantidad menor de material para la fabricación y, de esta manera, se economiza en relación con los costes. Otro objeto de la presente invención consiste en indicar un método para la fabricación de una célula electrolítica de la clase mencionada, y un método para la operación de la célula electrolítica.

El objeto indicado en relación con la célula electrolítica, se resuelve con las características de la reivindicación 1, y en relación con el método para la operación de la célula electrolítica, se resuelve con las características de la reivindicación 11, así como en relación con el método para la fabricación de la célula electrolítica, se resuelve con las características de la reivindicación 14.

A partir de las reivindicaciones secundarias respectivamente asociadas, se deducen las conformaciones ventajosas de la célula electrolítica conforme a la presente invención y del método para la operación de la célula electrolítica. Además, las características de las reivindicaciones relacionadas se pueden combinar entre sí, y con las características de una reivindicación secundaria, respectivamente asociada, o preferentemente también con características de una pluralidad de reivindicaciones secundarias asociadas.

La célula electrolítica conforme a la presente invención comprende, al menos, dos placas bipolares, al menos, dos entradas y salidas de agua, así como, al menos, una pila de placas dispuesta entre las, al menos dos, placas bipolares. La pila de placas está conformada por placas apiladas unas sobre otras, en donde, al menos, dos placas presentan entalladuras, las cuales se conforman de manera que atraviesan el grosor completo de la respectiva placa. Las, al menos dos, placas se encuentran dispuestas unas sobre otras de manera que las entalladuras de las placas adyacentes se superpongan parcialmente, aunque no de manera completa, con lo cual se conforman conductos que atraviesan en el sentido del plano de la placa, que se encuentran en contacto con la entrada y la salida del fluido de manera que conduzcan fluido. Las placas mencionadas se pueden fabricar en un método para la fabricación de la célula electrolítica, de una manera simple y económica, en tanto que las entalladuras se troquelan en las placas. Alternativamente, las entalladuras también se pueden perforar, fresar, grabar mediante corrosión y/o se pueden realizar con la ayuda de un láser. La utilización de placas apiladas unas sobre otras con entalladuras para la conformación de conductos, conduce a una reducción de material en comparación con la utilización de piezas macizas, en cuya superficie se fresan los conductos, dado que las placas se pueden fabricar muy delgadas con entalladuras que atraviesan la placa.

En una forma de ejecución preferida de la célula electrolítica conforme a la presente invención, los conductos se encuentran conectados con las entradas y las salidas de fluido, de manera que conduzcan fluido. Las entradas y las salidas de fluido pueden comprender respectivamente conexiones en la célula electrolítica para un flujo de entrada y un flujo de salida de fluidos. Además, la célula electrolítica puede comprender conexiones eléctricas, particularmente en las placas bipolares y/o placas. A través de dichas conexiones se puede aplicar una tensión eléctrica en la célula electrolítica, para alcanzar una electrólisis en el interior. Una célula electrolítica también puede comprender, al menos, un conjunto de electrodos de membrana (MEA) , que permite una separación del oxígeno y del hidrógeno.

La célula electrolítica puede comprender, al menos, dos primeras placas, las cuales se encuentran dispuestas unas sobre otras de manera que las entalladuras de las, al menos dos, primeras placas, se superpongan parcialmente, aunque no de manera completa. De esta manera se conforman primeros conductos que atraviesan en el sentido del plano de la placa. Los conductos mencionados pueden estar conectados con una primera entrada y una primera salida de fluido, de manera que conduzcan fluido. De esta manera, se puede conformar una primera semicélula de la

célula electrolítica. La célula electrolítica puede comprender, al menos, dos segundas placas, las cuales se encuentran dispuestas unas sobre otras de manera que las entalladuras de las, al menos dos, segundas placas, se superpongan parcialmente, aunque no de manera completa. De esta manera se conforman segundos conductos que atraviesan en el sentido del plano de la placa. Los conductos mencionados pueden estar conectados con una segunda entrada y una segunda salida de fluido, de manera que conduzcan fluido. De esta manera, se puede conformar una segunda semicélula de la célula electrolítica. Entre las, al menos dos, primeras placas y las, al menos dos, segundas placas, se puede encontrar dispuesto un conjunto de electrodos de membrana, a través del cual se logra un contacto entre los primeros y los segundos conductos, que permite la conducción de fluido.

En un método para la operación de la célula electrolítica, a través de una entrada de fluido se suministra un fluido, particularmente agua. El fluido mencionado fluye hacia los conductos de las, al menos dos, placas, y se evacua de la célula electrolítica particularmente a través de una salida de fluido desde los conductos de las, al menos dos, placas.

Además, a través de una primera entrada de fluido se puede suministrar un fluido, particularmente agua, el cual fluye hacia los conductos de las, al menos dos, primeras placas, y se evacua de la célula electrolítica particularmente a través de una primera salida de fluido desde los conductos de las, al menos dos, primeras placas. A través de una segunda entrada de fluido se puede suministrar un fluido, particularmente agua, el cual fluye hacia los conductos de las, al menos dos, segundas placas, y se evacua de la célula electrolítica particularmente a través de una segunda salida de fluido desde los conductos de las, al menos dos, segundas placas. En el caso que las, al menos dos, primeras placas y las, al menos dos, segundas placas se encuentren separadas por un conjunto de electrodos de membrana, se puede obtener una conversión electrolítica del agua, cuando se aplica una tensión entre las, al menos dos, primeras placas y las, al menos dos, segundas placas.

La tensión se puede aplicar a través de conexiones eléctricas en las placas bipolares y/o en las placas. El hidrógeno se genera en los conductos de las, al menos dos, primeras placas, y se puede evacuar de la célula electrolítica a través de la primera salida de fluido. El oxígeno se genera en los conductos de las, al menos dos, segundas placas, y se puede evacuar de la célula electrolítica a través de la segunda salida de fluido. Alternativamente, dependiendo de la polaridad de la tensión aplicada, el hidrógeno se puede generar en los conductos de las, al menos dos, segundas placas, y se puede evacuar de la célula electrolítica particularmente a través de la segunda salida de fluido. En este caso, el oxígeno se genera en los conductos de las, al menos dos, primeras placas, y se puede evacuar... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Célula electrolítica (1) que comprende, al menos, dos placas bipolares (3) , al menos, una entrada de fluido (15) y una salida de fluido (16) , así como, al menos, una pila de placas (13) dispuesta entre las, al menos dos, placas bipolares (3) , en donde la pila de placas (13) se encuentra conformada por placas (11, 12) apiladas unas sobre otras y, al menos, dos placas (11, 12) presentan entalladuras (14) conformadas de manera que atraviesan el grosor completo de la respectiva placa (11, 12) , en donde las, al menos dos, placas (11, 12) se encuentran dispuestas unas sobre otras, de manera que las entalladuras (14) de las placas adyacentes (11, 12) se superponen parcialmente, aunque no de manera completa, caracterizada porque se conforman conductos (9) que atraviesan en el sentido del plano de la placa, que se encuentran en contacto con la entrada de fluido (15) y la salida de fluido (16) de manera que conduzcan fluido, en donde las entalladuras (14) presentan una forma de Y.

2. Célula electrolítica (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque los conductos (9) se encuentran conectados con la entrada de fluido (15) y la salida de fluido (16) de manera que conduzcan fluido, y/o porque la entrada de fluido (15) y la salida de fluido (16) comprenden respectivamente conexiones (5, 6) en la célula electrolítica (1) para un flujo de entrada y un flujo de salida de fluido, y/o porque la célula electrolítica (1) comprende conexiones eléctricas (4) particularmente en las placas bipolares (3) y/o placas (11, 12) , y/o porque la célula electrolítica (1) comprende, al menos, un conjunto de electrodos de membrana (MEA) (7) .

3. Célula electrolítica (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque, al menos, dos primeras placas (11, 12) se encuentran dispuestas una sobre otra, de manera que las entalladuras (14) de las, al menos dos, primeras placas (11, 12) se superpongan parcialmente, aunque no de manera completa, con lo cual se conforman primeros conductos (9) que atraviesan en el sentido del plano de la placa, que se encuentran conectados particularmente con una primera entrada de fluido (15) y salida de fluido (16) de manera que conduzcan fluido, y porque, al menos, dos segundas placas (11, 12) se encuentran dispuestas unas sobre otras, de manera que las entalladuras (14) de las, al menos dos, segundas placas (11, 12) se superponen parcialmente, aunque no de manera completa, con lo cual se conforman segundos conductos (9) que atraviesan en el sentido del plano de la placa, que se encuentran conectados particularmente con una segunda entrada de fluido (15) y salida de fluido (16) de manera que conduzcan fluido, en donde entre las, al menos dos, primeras placas (11, 12) y las, al menos dos, segundas placas (11, 12) se encuentra dispuesta un conjunto de electrodos de membrana (MEA) (7) , a través del cual se establece un contacto para la conducción de fluido entre el primer y el segundo conducto (9) .

4. Célula electrolítica (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la forma de Y está conformada por piezas iguales, respectivamente rotadas 120 grados.

5. Célula electrolítica (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque las entalladuras (14) conforman un patrón regular.

6. Célula electrolítica (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 4 ó 5, caracterizada porque las entalladuras

(14) que presentan una forma de Y, y que se encuentran dispuestas en placas (11, 12) adyacentes que se encuentran en contacto, se superponen sólo en la zona de los extremos de la forma de Y.

7. Célula electrolítica (1) de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque cada extremo de una entalladura (14) con forma de Y de una placa (11, 12) , se encuentra dispuesto de manera superpuesta respectivamente con un extremo de una entalladura (14) con forma de Y de una placa adyacente (12, 11) .

8. Célula electrolítica (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque las placas (11, 12) presentan un grosor en el rango de 0, 5 mm a 5 mm, y los conductos (9) presentan un ancho en el rango de 2 mm a 10 mm.

9. Célula electrolítica (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque las placas (11, 12) están compuestas por un metal, particularmente acero, hierro, cobre o titanio con conductividad eléctrica, o comprenden dichos metales.

10. Célula electrolítica (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 9, caracterizado porque las placas (11, 12) se encuentran en contacto eléctrico entre sí, sobre zonas en las que se encuentran en contacto recíproco directo, y/o porque las placas (11, 12) se encuentran en contacto eléctrico con las conexiones eléctricas (4) de la célula electrolítica (1) .

11. Método para la operación de una célula electrolítica (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que a través de una entrada de fluido (15) se suministra un fluido, particularmente agua, que fluye hacia los conductos (9) de las, al menos dos, placas (11, 12) , y que se evacua de la célula electrolítica (1) particularmente a través de una salida de fluido (16) de los conductos (9) de las, al menos, dos placas (11, 12) .

12. Método de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado porque a través de una primera entrada de fluido (5) se suministra un fluido, particularmente agua, que fluye hacia los conductos (9) de las, al menos dos, primeras placas (11, 12) , y se evacua de la célula electrolítica (1) particularmente a través de una primera salida de fluido (16) desde los conductos (9) de las, al menos dos, primeras placas (11, 12) , y porque a través de una segunda entrada de fluido (15) se suministra un fluido, particularmente agua, que fluye hacia los conductos (9) de las, al menos dos, segundas placas (11, 12) , y se evacua de la célula electrolítica (1) particularmente a través de una segunda salida de fluido (16) desde los conductos (9) de las, al menos dos, segundas placas (11, 12) , en donde las, al menos dos, primeras placas (11, 12) y las, al menos dos, segundas placas (11, 12) se encuentran separadas una de otra mediante un conjunto de electrodos de membrana (MEA) (7) .

13. Método de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque cuando se aplica una tensión entre las, al menos dos, primeras placas (11, 12) y las, al menos dos, segundas placas (11, 12) , particularmente a través de conexiones eléctricas (4) en las placas bipolares (3) y/o placas (11, 12) , se realiza una conversión electrolítica del agua, en donde se genera hidrógeno en los conductos (9) de las, al menos dos, primeras placas (11, 12) , y se evacua de la célula electrolítica (1) particularmente a través de la primera salida de fluido (16) , y se genera oxígeno en los conductos (9) de las, al menos dos, segundas placas (11, 12) , y se evacua de la célula electrolítica (1) particularmente a través de la segunda salida de fluido (16) , o en donde se genera hidrógeno en los conductos (9) de las, al menos dos, segundas placas (11, 12) , y se evacua de la célula electrolítica (1) particularmente a través de la segunda salida de fluido (16) , y se genera oxígeno en los conductos (9) de las, al menos dos, primeras placas (11, 12) , y se evacua de la célula electrolítica (1) particularmente a través de la primera salida de fluido (16) .

14. Método para la fabricación de una célula electrolítica (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque las entalladuras (14) se troquelan y/o se perforan y/o se fresan y/o se graban mediante corrosión y/o se realizan con la ayuda de un láser, a partir de las placas (11, 12) .


 

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