PILA DE ELECTROLISIS O BIEN PILA DE COMBUSTIBLE CON COJINES DE PRESION Y RESISTENCIA DE PASO MEJORADA.

Batería electroquímica (1), especialmente una batería de pilas de combustible o una batería de pilas de electrolisis,

con varias unidades de electrolito-electrodos (3), con una pluralidad de tarjetas de refrigeración (4), para llevar a cabo la refrigeración respectivamente de, al menos, una de las unidades de electrolito-electrodos (3) y, al menos un recinto a presión (6) que puede ser presurizado independientemente de la alimentación con medio de las unidades de electrolito-electrodos (3), para llevar a cabo la generación de una presión de contacto entre los componentes de la batería electroquímica, que son adyacentes al recinto a presión (6), caracterizada porque el recinto a presión (6), al menos único, es adyacente a, al menos, una de las tarjetas de refrigeración (4), y está limitado, al menos en parte, por esta tarjeta de refrigeración (4), estando dispuesta una pieza para el paso de la corriente eléctrica (8) dentro del recinto a presión (6), que se encuentra a continuación de la tarjeta de refrigeración (4), al menos única, y estando configurada la pieza para el paso de la corriente eléctrica en forma de elemento tensor (8, 21)

Pila de electrolisis o bien pila de combustible con cojines de presión y resistencia de paso mejorada.

La invención se refiere a una batería electroquímica, de manera especial se refiere a una batería de pilas de combustible o a una batería de pilas de electrolisis, con varias unidades de electrolito-electrodos, con una pluralidad de tarjetas de refrigeración, con objeto de llevar a cabo la refrigeración respectivamente de, al menos, una de las unidades de electrolito-electrodos y, al menos, un recinto a presión, que puede ser presurizado independientemente de la alimentación del medio de las unidades de electrolito-electrodos, con objeto de llevar a cabo la generación de una presión de contacto entre los componentes de la batería electroquímica, que son adyacentes en el recinto a presión. Una batería electroquímica de este tipo es conocida, por ejemplo, por la publicación EP 0 591 800 B1.

La publicación EP 0 591 800 B1 divulga una batería de pilas de combustible, que presenta dos placas, que están dispuestas paralelamente entre sí y que están unidas entre sí, respectivamente entre dos unidades de electrolito-electrodos dispuestas paralelamente entre sí, que están constituidas respectivamente por un ánodo, por una membrana de polímero-electrolito (PEM) y por un cátodo, cuyas placas forman entre sí un recinto hueco. Entre las placas y los electrodos de las dos unidades respectivamente adyacentes de electrolito-electrodos están formados recintos de gas o recintos de fluido para llevar a cabo la alimentación de medios de funcionamiento tales como hidrógeno u oxígeno hasta las unidades de electrolito-electrodos.

El recinto hueco entre las dos placas, que están dispuestas paralelamente entre sí, puede ser aprovechado, por un lado, para la alimentación y la descarga de un medio de refrigeración. En este caso las dos placas forman una tarjeta de refrigeración destinada a llevar a cabo la refrigeración de las dos unidades de electrolito-electrodos. El recinto hueco puede ser empleado también como recinto a presión, que puede ser presurizado, en lugar de ser utilizado para la alimentación y para la descarga de un medio de refrigeración, con objeto de establecer un cojín de presión, que ejerce una presión sobre los componentes adyacentes y, por consiguiente, genera una presión de contacto entre estos componentes adyacentes por ejemplo para garantizar un buen flujo de la corriente eléctrica entre estos dos componentes. Por otro lado, un cojín de presión de este tipo puede ser empleado como elemento de compensación cuando existan tolerancias en las dimensiones de los componentes adyacentes. Desde luego, cuando la tarjeta de refrigeración es empleada como cojín de presión se reduce la refrigeración del bloque de las pilas de combustible.

Una batería conocida por la publicación DE 27 29 640 C3, que está constituida por una pluralidad de pilas electroquímicas, especialmente por una pluralidad de elementos de combustible, presenta unidades de electrolito-electrodos, que están dispuestas paralelamente entre sí, entre las cuales están dispuestos, respectivamente, cuerpos de contacto metálicos para llevar a cabo la toma de la corriente eléctrica. Estos cuerpos de contacto presentan un recinto hueco destinado a la alimentación de un medio, que se encuentra bajo presión, y, por consiguiente, están configurados como cojines de presión para comprimir todo el sistema. Con esta finalidad puede generarse una presión de contacto homogénea entre los componentes adyacentes y, por consiguiente, puede mejorarse, por ejemplo, el flujo de la corriente eléctrica entre estos componentes. En este caso no se ha previsto una refrigeración de las unidades de electrolito-electrodos.

De igual modo, son conocidas en general las tarjetas de refrigeración, por ejemplo, por la publicación WO 02/50953A2. Una tarjeta de refrigeración, divulgada en esta publicación, está configurada en forma de placa conductora compuesta con dos chapas, que forman entre sí un recinto hueco. Este recinto hueco presenta canales de alimentación y canales de descarga y es recorrido durante el funcionamiento de las pilas de combustible por agua de refrigeración o incluso por agua caliente.

La publicación US 5,824,199 describe una pila electroquímica para llevar a cabo la generación de gas halógeno seco con un dispositivo que está constituido por dos placas y por un recinto a presión dispuesto entre las mismas para llevar a cabo la generación de una presión de contacto entre los componentes adyacentes. Como medio de presión es empleado en este caso un medio de refrigeración de tal manera, que el dispositivo cumple al mismo tiempo la función de una tarjeta de refrigeración.

La invención tiene como tarea desarrollar aún más una batería electroquímica del tipo que ha sido citado al principio de tal manera, que se caracterice, con un montaje sencillo y compacto, tanto por medio de una buena refrigeración de las unidades de electrolito-electrodos así como también por medio de una buena presión de contacto entre los componentes adyacentes.

Esta tarea se resuelve, de conformidad con la invención, por medio de una batería electroquímica con las características de la reivindicación 1. Las reivindicaciones dependientes tienen como objeto configuraciones ventajosas de la invención.

En este caso se entenderá por una batería electroquímica una batería de pilas de combustible así como también una batería de pilas de electrolisis.

De conformidad con la invención, el recinto a presión, al menos único, se encuentra en posición adyacente respecto a la tarjeta de refrigeración, al menos única, y está limitado, al menos en parte, por esta tarjeta de refrigeración. En este caso, se entenderá por una tarjeta de refrigeración cualquier tipo de placa soldada o formada de otro modo, que forme un recinto hueco para un medio de refrigeración. A título de ejemplo se trata de placas dobles, que están apoyadas recíprocamente y que están unidas entre sí de forma hermética a lo largo de los cantos. Las tarjetas de refrigeración pueden contener orificios para llevar a cabo el alojamiento y la descarga de medios de refrigeración. Con objeto de disminuir la resistencia de paso de los componentes en contacto, una tarjeta de refrigeración puede estar dotada sobre su superficie además con una placa de contacto y/o con una lámina de contacto.

Por lo tanto, la invención se aparta de la vía recorrida hasta el presente, consistente en formar un cojín de presión por medio de la presurización del recinto hueco de una tarjeta de refrigeración. Por el contrario, se aprovecha una tarjeta de refrigeración para llevar a cabo la formación de un recinto a presión, que se encuentra fuera de la tarjeta de refrigeración. Por consiguiente, la tarjeta de refrigeración puede ser alimentada además con el medio de refrigeración y puede posibilitar una refrigeración de las unidades de electrolito-electrodos, mientras que puede generarse por medio del recinto a presión una presión de contacto entre las partes adyacentes. La batería se caracteriza por una pequeña pluralidad de piezas y, por consiguiente, por una realización sencilla y compacta como consecuencia del empleo de tarjetas de refrigeración para la realización del recinto a presión entre las mismas.

Cuando la tarjeta de refrigeración yazca directamente sobre una unidad de electrolito-electrodos y esta unidad esté contactada eléctricamente, dicha tarjeta de refrigeración sirve también para llevar a cabo la toma de la corriente eléctrica de esta unidad de electrolito-electrodos además de para la refrigeración. Además de un apoyo plano del elemento para llevar a cabo la toma de la corriente eléctrica, que contacta la unidad de electrolito-electrodos, en este caso la tarjeta de refrigeración, es significativa, así mismo, la resistencia de paso entre la unidad de electrolito-electrodos y el elemento para llevar a cabo la toma de la corriente eléctrica. Por regla general, la resistencia de paso disminuye a medida que aumenta la presión de contacto. En tanto en cuanto no se produzca una presión de contacto homogénea sobre la superficie de la unidad de electrolito-electrodos, se formarán corrientes eléctricas transversales desde las zonas con una elevada resistencia de paso hasta las zonas con una menor resistencia de paso. Tales corrientes eléctricas transversales, que fluyen en general debido a materiales de mala conductibilidad tales como el papel carbón, las capas de catalizador, los materiales compuestos de carbón-material sintético o chapas de mala conductibilidad, provocan una caída de la tensión eléctrica...

1. Batería electroquímica (1), especialmente una batería de pilas de combustible o una batería de pilas de electrolisis, con varias unidades de electrolito-electrodos (3), con una pluralidad de tarjetas de refrigeración (4), para llevar a cabo la refrigeración respectivamente de, al menos, una de las unidades de electrolito-electrodos (3) y, al menos un recinto a presión (6) que puede ser presurizado independientemente de la alimentación con medio de las unidades de electrolito-electrodos (3), para llevar a cabo la generación de una presión de contacto entre los componentes de la batería electroquímica, que son adyacentes al recinto a presión (6), caracterizada porque el recinto a presión (6), al menos único, es adyacente a, al menos, una de las tarjetas de refrigeración (4), y está limitado, al menos en parte, por esta tarjeta de refrigeración (4), estando dispuesta una pieza para el paso de la corriente eléctrica (8) dentro del recinto a presión (6), que se encuentra a continuación de la tarjeta de refrigeración (4), al menos única, y estando configurada la pieza para el paso de la corriente eléctrica en forma de elemento tensor (8, 21).

2. Batería según la reivindicación 1, caracterizada porque el recinto a presión está dispuesto entre dos de las tarjetas de refrigeración (4) y está limitado, al menos en parte, por estas dos tarjetas de refrigeración.

3. Batería según la reivindicación 1, caracterizada porque el recinto a presión está dispuesto entre una de las tarjetas de refrigeración (4) y una placa polar (2) y está limitado, al menos en parte, por la tarjeta de refrigeración y por la placa polar.

4. Batería según la reivindicación 1, caracterizada porque el elemento tensor (8, 21) presenta, al menos, una chapa (9a, 22) con lengüetas flexibles (9, 23), que están acodadas de forma que sobresalen del plano de la chapa.

5. Batería según la reivindicación 4, caracterizada porque las lengüetas flexibles (9) abarcan con la tarjeta de refrigeración (4) un ángulo agudo (a).

6. Batería según la reivindicación 4, caracterizada porque están dispuestos y/o están conformadas al menos dos de las lengüetas flexibles (23a, 23b) de tal manera, que se anulan, al menos en parte, recíprocamente los momentos de flexión (M) generados por cada una de las lengüetas flexibles (23a, 23b) en el plano de la chapa (28), bajo la acción de una fuerza sobre las puntas de las lengüetas (25) en una dirección perpendicular con respecto al plano de la chapa (28).

7. Batería según la reivindicación 6, caracterizada porque las dos lengüetas flexibles (23a, 23b) presentan una disposición y/o una forma con simetría axial con respecto a un eje (24), que discurre perpendicularmente con respecto al plano de la chapa (28).

8. Batería según la reivindicación 7, caracterizada porque las dos lengüetas flexibles (23a, 23b) presentan, respectivamente, una forma en arco, de manera especial una forma en arco de círculo o una forma en arco de parábola.

9. Batería según una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizada porque las puntas de las lengüetas (25) están redondeadas.

10. Batería según la reivindicación 1, caracterizada porque la pieza para el paso de la corriente eléctrica (9, 21) está engastada por un bastidor.

11. Batería según la reivindicación 10, caracterizada porque el bastidor está fabricado con un material de empaquetadura, preferentemente elástico.

12. Batería según la reivindicación 10, caracterizada porque el bastidor está fabricado con un metal.

13. Batería según una de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizada porque la forma externa y/o las dimensiones externas del bastidor son idénticas a las de un electrolito de las unidades de electrolito-electrodo (3).

14. Batería según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la tarjeta de refrigeración (4), al menos única, presenta una placa de contacto (7) sobre su lado que está dirigido hacia el recinto a presión (6).

15. Batería según la reivindicación 14, caracterizada porque la placa de contacto (7) presenta una capa conductora (14) que está aplicada superficialmente sobre una capa de fondo (13), cuya conductibilidad eléctrica específica sobrepasa a la conductibilidad eléctrica específica de la capa de fondo (13).

16. Batería según la reivindicación 15, caracterizada porque la capa conductora (14) presenta un espesor menor que la capa de fondo (13).

17. Batería según una de las reivindicaciones 14 a 16, caracterizada porque la conductibilidad eléctrica de la placa de contacto (7) sobrepasa a la conductibilidad eléctrica de la tarjeta de refrigeración (4).

18. Batería según la reivindicación 15, caracterizada porque la capa conductora (14) está dispuesta sobre el lado de la placa de contacto (7), que está dirigido hacia el recinto a presión (6).

19. Batería según la reivindicación 18, caracterizada porque está dispuesta otra capa conductora (14) sobre el lado de la placa de contacto (7), que está dirigido en sentido contrario al del recinto a presión (6).

20. Batería según una de las reivindicaciones 15 a 19, caracterizada porque la capa conductora (14) está aplicada sobre la capa de fondo (13) en forma de recubrimiento galvánico o en forma de recubrimiento por medio de una pulverización catódica, por pegado, por medio de soldadura bajo presión o por medio de soldadura por rozamiento.

21. Batería según una de las reivindicaciones 15 a 20, caracterizada porque la capa conductora (14) está aplicada sobre la capa de fondo (13) en forma de lámina.

22. Batería según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el número de las unidades de electrolito-electrodos (3) es al menos dos veces mayor que el número de los recintos a presión (6).