PILA DE COMBUSTIBLE DE ENSAMBLAJE PLANO CON ESTANQUEIDAD SIMPLIFICADA.

Pila de combustible de ensamblaje plano con estanqueidad simplificada Campo técnico y técnica anterior La presente invención se refiere principalmente a una pila de combustible plana, y más particularmente a las pilas de combustible que funcionan a baja temperatura y que utilizan una membrana como electrolito. Existen dos tipos de realización de pila de combustible: Las pilas de combustible de acuerdo con el primer tipo están constituidas por un apilamiento de células elementales. Una célula elemental comprende un electrolito y dos electrodos a ambos lados, un electrodo desempeña la función de ánodo, donde se produce una reacción de oxidación, y el otro electrodo desempeña la función de cátodo, donde se produce una reacción de reducción. En el caso de un apilamiento de células, entre el cátodo de una célula y el ánodo de la siguiente célula, se intercalan conductores electrónicos de tipo placa bipolar. Además, se proporcionan medios de suministro continuo de reactivos al nivel del ánodo y del cátodo. En este primer tipo de pila, debe proporcionarse una estanqueidad lateral y una estanqueidad a nivel de los extremos del apilamiento. Estas estanqueidades se obtienen particularmente, aplicando una fuerza de sujeción permanente en el sentido del apilamiento por un sistema de tornillo - tuerca. Además, es necesario proporcionar un suministro de reactivos individual para cada ánodo y cada cátodo. Las pilas de combustible del segundo tipo son planas, se describen ejemplos de este tipo de pilas en los documentos FR 1.452.564 y US 5.925.477. Estas pilas comprenden una pluralidad de células elementales parcialmente solapadas y conectadas eléctricamente. Estas células elementales forman una capa de células, en las que un lado está recubierto de cátodos y el otro lado está recubierto de ánodos. El suministro de reactivos se simplifica por tanto ya que basta un conducto para llevar el reactivo al nivel de la cara formada por ánodos y un conducto para llevar el reactivo al nivel de la cara formada por cátodos. El principal problema en la fabricación de una pila de este tipo, es la realización de la estanqueidad a los reactivos, particularmente a los gases, como por ejemplo, el oxígeno y el hidrógeno, en el caso de una pila de hidrógeno. La estanqueidad se obtiene a través de numerosas soldaduras y sujeciones, como en las pilas del tipo apilamiento de células elementales. Una pila de este tipo comprende por tanto, dos placas a ambos lados de la célula, juntas entre las caras de la célula y las placas, y medios de sujeción, de tipo tornillo - tuerca uniendo las dos placas. Este segundo tipo de pila presenta la ventaja de ofrecer un volumen y una masa reducidos con respecto al apilamiento de células elementales, debido a la supresión de las placas bipolares. No obstante, dado que las placas requieren un grosor y una anchura mayores para permitir este ensamblaje mediante el sistema tornillo - tuerca, este tipo de pilas sólo puede usarse para aplicaciones que requieran bajas potencias, puesto que no es fácil asociar de esa manera, sobre un mismo plano, varias decenas de células elementales. Además, este segundo tipo de pila ofrece peores prestaciones con respecto al primer tipo de pilas, particularmente debido a la conexión de solapamiento entre las células elementales. Por último, la sustitución de una de las células no es fácil, puesto que hay que romper la estanqueidad de todas las células y separar mecánicamente dos células. El documento US 2003/198853 también describe una pila del segundo tipo, en la que el acceso a una célula obliga a romper la estanqueidad de todas las células. El documento US 2003/198853 describe una pila de combustible, insertada en una carcasa, que comprende una serie de células yuxtapuestas en un plano. La carcasa está abierta al aire libre. La pila comprende dos planos de células y posee entre estos dos planos un espacio que permite el abastecimiento de combustible. Por consiguiente, es un objeto de la presente invención ofrecer una pila de combustible plana, de estructura compacta y fácil de fabricar. Es también un objeto de la presente invención ofrecer una pila de combustible plana cuya estructura se adapte para ofrecer una potencia suficiente. 2 E08171620 10-11-2011   Exposición de la invención Los objetos anteriormente indicados se consiguen mediante una pila plana que comprende al menos una célula elemental montada en una carcasa y medios que cooperan directamente con la carcasa para comprimir una junta interpuesta entre la carcasa y la célula. En otros términos, la compresión de la junta se obtiene por la cooperación de una parte macho y una parte hembra, incluidas en la cubierta y la carcasa sin necesidad de ningún otro elemento adicional. El montaje es por lo tanto más sencillo. Por otro lado, en el caso en el que la pila plana comprenda varias células, es fácil intervenir individualmente sobre cada célula sin deteriorar las demás células. La masa y el volumen son reducidos, puesto que las piezas que intervienen en la estanqueidad pueden ser menos rígidas y menos voluminosas, la cantidad de material puede, por lo tanto, reducirse. El precio de coste también disminuye. Adicionalmente, la pila plana de acuerdo con la presente invención, puede ofrecer una potencia considerable, puesto que el número de células elementales asociadas puede ser muy grande. La pila de combustible plana, de acuerdo con la presente invención, comprende al menos una célula elemental, un soporte de dicha célula que ofrece una superficie de apoyo a una periferia de la célula elemental, medios de estanqueidad interpuestos entre la periferia de la célula y la superficie del soporte, y un elemento de compresión que se apoya sobre la periferia de la célula en el lado opuesto al de los medios de estanqueidad y que coopera directamente con el soporte para garantizar una compresión de los medios de estanqueidad. Se entiende por cooperación directa entre el soporte y el elemento de compresión, una interacción directa por contacto entre un elemento que forma parte del elemento de compresión y un elemento que forma parte del soporte. Por lo tanto, la presente invención tiene principalmente por objeto una pila de combustible plana que comprende al menos dos células elementales yuxtapuestas en un plano, una carcasa provista con soportes para cada célula elemental, ofreciendo cada soporte una superficie de apoyo a una periferia de una célula elemental, comprendiendo también dicha pila medios de estanqueidad interpuestos entre la periferia de cada célula y la superficie de su soporte, y un elemento de compresión, asociado a cada soporte, que se apoya sobre la periferia de la célula en el lado opuesto al de los medios de estanqueidad y que coopera directamente con el soporte para garantizar una compresión de los medios de estanqueidad delimitando dicha carcasa una cámara de alimentación de reactivos, contactando un primer electrodo de cada una de las células elementales con el volumen interior de la cámara de alimentación, orientándose un segundo electrodo de cada célula elemental hacia el exterior de la carcasa, garantizando dicha compresión de los medios de estanqueidad la estanqueidad de la cámara de alimentación, con respecto al exterior de la carcasa. En el ejemplo de realización, cada elemento de compresión coopera con dicho soporte asociado mediante bordes amordazados. Cada elemento de compresión puede penetrar en el interior de dicho soporte asociado, comprendiendo dicho soporte un reborde que forma la superficie de apoyo sobre la se apoya la periferia de la célula elemental y un saliente, y comprendiendo el elemento de compresión una escotadura que recibe el saliente. En una variante de realización, cada soporte penetra en el interior de dicho elemento de compresión asociado, apoyándose los medios de estanqueidad sobre un extremo axial del soporte que forma la superficie de apoyo, comprendiendo dicho soporte una escotadura y comprendiendo dicho elemento de compresión un reborde que se aplica sobre los medios de estanqueidad y al menos un saliente que penetra en la escotadura. El saliente es por ejemplo, una nervadura anular y la escotadura una ranura anular. En otro ejemplo de realización, cada célula elemental puede tener forma circular, presentando cada soporte una sección transversal circular y presentando también cada elemento de compresión una sección transversal circular, cooperando cada elemento de compresión con el soporte asociado por atornillado. Cada elemento de compresión puede entonces penetrar en el interior de dicho soporte asociado, comprendiendo dicho soporte asociado un reborde que forma la superficie de apoyo sobre la cual se apoya la periferia de la célula elemental y un paso de rosca, y comprendiendo el elemento de compresión un paso de rosca que coopera con el paso de rosca del... [Seguir leyendo]

1. Pila de combustible plana que comprende al menos dos células elementales (4) yuxtapuestas en un plano, una carcasa provista de soportes (10, 10) para cada célula elemental (4), ofreciendo cada soporte (10, 10) una superficie de apoyo a una periferia de una célula elemental (4), comprendiendo también dicha pila medios de estanqueidad (18) interpuestos entre la periferia de cada célula (4) y la superficie de su soporte (10, 10), y un elemento de compresión (16, 16), asociado a cada soporte, que se apoya sobre la periferia de la célula (4) en el lado opuesto al de los medios de estanqueidad (18) y que coopera directamente con el soporte asociado (10, 10) para garantizar una compresión de los medios de estanqueidad (18), delimitando dicha carcasa una cámara de alimentación (6) de reactivos, contactando un primer electrodo (4.2) de cada una de las células elementales con el volumen interior de la cámara de alimentación, orientándose un segundo electrodo (4.3) de cada célula elemental hacia el exterior de la carcasa y siendo el primer y el segundo electrodo de polaridades opuestas, dicha compresión de medios de estanqueidad garantiza la estanqueidad de la cámara de alimentación con respecto al exterior de la carcasa. 2. Pila de combustible de acuerdo con la reivindicación 1, en la que cada elemento de compresión (16, 16) coopera con dicho soporte asociado (10, 10) mediante bordes amordazados. 3. Pila de combustible de acuerdo con la reivindicación 2, en la que cada elemento de compresión (16) penetra en el interior de dicho soporte asociado (10), comprendiendo dicho soporte (10) un reborde (12) que forma la superficie de apoyo sobre la que se apoya la periferia de la célula elemental (4) y un saliente (24), y comprendiendo el elemento de compresión (16) una escotadura (26) que recibe el saliente. 4. Pila de combustible de acuerdo con la reivindicación 2, en la que cada soporte (10) penetra en el interior de dicho elemento de compresión asociado (16), apoyándose los medios de estanqueidad (18) sobre un extremo axial del soporte (10) que forma la superficie de apoyo, comprendiendo dicho soporte (10) una escotadura (26), y comprendiendo dicho elemento de compresión (16) un reborde (32) que se aplica sobre los medios de estanqueidad (18) y al menos un saliente (24) que penetra en la escotadura (26). 5. Pila de combustible de acuerdo con la reivindicación 3 o 4, en la que el saliente (24, 24) es una nervadura anular y la escotadura (26, 26) es una ranura anular. 6. Pila de combustible de acuerdo con la reivindicación 1, en la que cada célula elemental (4) tiene una forma circular, cada soporte (10, 10) tiene una sección transversal circular y cada elemento de compresión (16, 16) tiene también una sección transversal circular, cooperando cada elemento de compresión (16, 16) con el soporte asociado (10, 10) por atornillado. 7. Pila de combustible de acuerdo con la reivindicación 6, en la que cada elemento de compresión (16) penetra en el interior de dicho soporte asociado (10), comprendiendo dicho soporte (10) un reborde (12) que forma la superficie de apoyo, sobre la que se apoya la periferia de la célula elemental (4) y un paso de rosca (31), y comprendiendo el elemento de compresión (16) un paso de rosca (31) que coopera con el paso de rosca (30) del soporte (10). 8. Pila de combustible de acuerdo con la reivindicación 6, en el que cada soporte (10) penetra en el interior de dicho elemento de compresión asociado (16), apoyándose los medios de estanqueidad (18) sobre un extremo axial del soporte que forma la superficie de apoyo, comprendiendo el soporte (10) un paso de rosca (31), y comprendiendo el elemento de compresión (16) un reborde (32) que se aplica sobre los medios de estanqueidad (18) y un paso de rosca (30) que coopera con el paso de rosca (31) del soporte (10). 9. Pila de combustible de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, en la que la periferia de la célula elemental (4) dispuesta entre los medios de estanqueidad (18) y el medio de compresión (16, 16) es una periferia de un electrolito (4.1) en forma de membrana. 10. Pila de combustible de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 8, en la que los pasos de rosca (30, 31 30,31) están formados por insertos. 11. Pila de combustible de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, en la que cada elemento de compresión (16, 16) comprende una base (16.1) para formar una cubierta. 12. Pila de combustible de acuerdo con la reivindicación 11, en la que dicha base (16.1) comprende orificios (28) para suministrar reactivos al segundo electrodo (4.3). 13. Pila de combustible de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 12, que comprende conductores eléctricos (38) en forma de rejilla que recubren los electrodos de cada célula elemental (4) y conectados por conectores eléctricos (34, 36) a un circuito eléctrico. 14. Pila de combustible de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 13, en la que las células elementales (4) 8 E08171620 10-11-2011   están conectadas eléctricamente en serie. 15. Pila de combustible de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 14, en la que las células elementales (104) presentan distintos tamaños y están conectadas en paralelo. 16. Pila de combustible de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 15, que comprende al menos dos primeras células elementales yuxtapuestas en un primer plano, al menos dos segundas células elementales yuxtapuestas en un segundo plano, disponiéndose cada célula elemental entre las primeras células elementales frente a una segunda célula elemental, y un medio elástico (42) montado en compresión apoyado contra dichas células elementales (4). 17. Pila de combustible de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 16 en combinación con la reivindicación 12, que comprende una fuente de hidrógeno conectada a la cámara de alimentación (6), formando ánodos los primeros electrodos (4.2) y formando cátodos los segundos electrodos (4.3), atravesando el oxígeno procedente del aire ambiente los orificios de las cubiertas. 9 E08171620 10-11-2011   E08171620 10-11-2011   11 E08171620 10-11-2011   12 E08171620 10-11-2011