ES2346020T3 - Procedimiento de fabricacion de un soporte para un sistema de pila de combustible, soporte y sistema obtenidos mediante un procedimiento de este tipo. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de fabricación de un soporte de fluidos para un sistema de pila de combustible que comprende las etapas siguientes: (a) se extruye un parisón (19) de material termoplástico que comprende dos paredes opuestas, (b) se dispone el parisón en un molde (10a, 10b) que define unas cavidades primera y segunda (11a, 11b, 14a, 14b) alejadas una de otra, (c) se cierre el molde de manera que se crea, en una zona (16a, 16b) del molde comprendida entre las cavidades primera y segunda, una zona intermedia en la que las dos paredes del parisón se juntan de manera estanca al gas, (d) se insufla un gas dentro del parisón en cada cavidad, para pegar las paredes del parisón sobre el molde en cada cavidad para formar un conducto (31, 34) en cada cavidad, y (e) se abre el molde.
Description
Procedimiento de fabricación de un soporte para
un sistema de pila de combustible, soporte y sistema obtenidos
mediante un procedimiento de este tipo.
\global\parskip0.950000\baselineskip
La presente invención se refiere a los
procedimientos de fabricación de soportes para sistemas de pila de
combustible, a los soportes y sistemas obtenidos mediante tales
procedimientos de fabricación.
Más particularmente, la invención se refiere a
un procedimiento de fabricación de soportes para sistemas de pila de
combustible.
De manera clásica, un sistema de pila de
combustible comprende un bloque de pila de combustible, que
comprende un compartimiento catódico, en el que se reduce el oxígeno
del aire, con producción de agua, así como un compartimiento
anódico, en el que se produce la oxidación del hidrógeno.
Una membrana de tipo intercambiadora de iones
separa físicamente los compartimientos catódico y anódico, mientras
que estos últimos están conectados mediante un circuito eléctrico
exterior.
El compartimiento catódico está provisto de un
conducto de entrada de aire, así como de un conducto de evacuación
de este aire empobrecido en oxígeno, mezclado con agua.
De manera análoga, el compartimiento anódico se
comunica con una línea de entrada de hidrógeno, así como con una
línea de evacuación del hidrógeno consumido.
Este último se mezcla con una fracción de agua,
que se ha producido al nivel del cátodo y ha atravesado la membrana
de separación. Asimismo se mezcla nitrógeno, habiéndose difundido a
través de esta membrana, con el hidrógeno, así como con posibles
impurezas, inicialmente presentes en el hidrógeno. Estos fluidos
circulan entre el bloque de pila de combustible y uno o varios
soportes de fluido del sistema, que tienen como función, entre otras
cosas, garantizar esta circulación en el conjunto del sistema.
Soportes de este tipo se han descrito ya en
numerosos documentos. Sin embargo, clásicamente se realizan en forma
de una pieza moldeada que forma varios canales sobre la que se ponen
cubiertas superior e inferior que ofrecen una función de interfaz
fluida de los canales con los otros elementos del sistema. Podría
hacerse referencia, por ejemplo, al documento US 6.541.148. El
documento EP 1104877 describe un condensador de un sistema de
climatización de vehículo que comprende un colector metálico
extrudido que delimita de manera monobloque dos canales de fluido.
El documento WO 2008/0508165 (técnica anterior en el sentido del
articulo 53(3) CPE (1973)) describe una pila de combustible
provista de un soporte monobloque moldeado definiendo cavidades
abiertas distintas.
Sin embargo se sigue intentando mejorar tales
soportes, en particular la estanquidad al gas entre los diferentes
canales, utilizando al mismo tiempo procedimientos de fabricación
que sean fiables industrialmente.
Con este fin se prevé un procedimiento de
fabricación de un soporte de fluidos para un sistema de pila de
combustible que comprende las siguientes etapas:
- (a)
- se extruye un parisón de material termoplástico que comprende dos paredes opuestas,
- (b)
- se dispone el parisón en un molde que define una primera y una segunda cavidades alejadas una de otra,
- (c)
- se cierra el molde de manera que se crea, en una zona del molde comprendida entre las cavidades primera y segunda, una zona intermedia en la que se juntan las dos paredes del parisón de manera estanca al gas,
- (d)
- se insufla un gas dentro del parisón en cada cavidad, para pegar las paredes del parisón al molde en cada cavidad para formar un conducto en cada cavidad, y
- (e)
- se abre el molde.
\vskip1.000000\baselineskip
Gracias a estas disposiciones, se pone en
práctica un procedimiento simple y bien establecido para realizar de
una vez una pieza que presenta de manera intrínseca una fuerte
estanquidad entre sus canales de fluido.
En ciertos modos de realización de la invención,
se puede eventualmente recurrir además a una y/u otra de las
disposiciones siguientes:
- \bullet
- durante la etapa (b), se dispone una boquilla al nivel de una cavidad del molde,
- durante la etapa (d), el parisón se une a la boquilla de manera estanca al gas,
- comprendiendo además el procedimiento una etapa (f) durante la que se perfora el parisón para formar una comunicación de fluidos entre la boquilla y el conducto proporcionado en la cavidad;
\global\parskip1.000000\baselineskip
- \bullet
- antes de la etapa (b), se moldea la boquilla, y se fija en la boquilla un elemento de perforación adaptado para realizar la etapa (f);
- \bullet
- el parisón y la boquilla se realizan de materiales que tienen el mismo punto de fusión, preferiblemente del mismo material;
- \bullet
- se encaja de manera estanca al gas en una boquilla un extremo de un tubo de conexión que comprende al menos otro extremo adaptado para conectarse fluídicamente con otra boquilla o con una pila de combustible;
- \bullet
- se dispone en al menos un tubo de conexión un elemento de regulación adaptado para regular un caudal de gas en el tubo;
- \bullet
- se ensamblan al menos dos piezas obtenidas cada una mediante un procedimiento según una de las características anteriores.
\vskip1.000000\baselineskip
Según la invención, los al menos dos conductos
(o canales) estancos uno con respecto al otro respecto al fluido y
la zona intermedia forman una única pieza monobloque. Es decir que
los al menos dos conductos "cerrados" y la zona intermedia se
forman de una pieza monobloque y no necesitan una primera pieza
moldeada que actúe conjuntamente con una cubierta complementaria
distinta (para cerrar dichos conductos).
En ciertos modos de realización de la invención,
se puede eventualmente recurrir además a una y/u otra de las
siguientes disposiciones:
- \bullet
- el soporte de fluidos comprende además una boquilla realizada de un material que presenta el mismo punto de fusión que el material del parisón, en comunicación de fluidos con un conducto, y que comprende al menos un primer extremo unido de manera estanca al gas a un conducto, y un segundo extremo adaptado para conectarse fluídicamente con otra boquilla o con una pila de combustible.
\vskip1.000000\baselineskip
Según otro aspecto, la invención se refiere a un
sistema de pila de combustible que comprende una pila de combustible
y un soporte de fluido que comprende al menos dos conductos
separados entre sí de manera estanca al gas por una zona intermedia
obtenida juntando en un molde dos paredes opuestas de un parisón
extrudido, formando los conductos y la zona intermedia una única
pieza monobloque, caracterizado porque el soporte comprende además
una boquilla realizada de un material que presenta el mismo punto de
fusión que el material del parisón, en comunicación de fluidos con
un conducto, y que comprende al menos un primer extremo unido de
manera estanca al gas al conducto mediante fusión de material con el
parisón, y un segundo extremo adaptado para conectarse fluídicamente
con otra boquilla o con una pila de combustible, conectándose el
soporte fluídicamente con la pila de combustible.
Otras características y ventajas de la invención
se pondrán de manifiesto en el transcurso de la descripción
siguiente de una de sus formas de realización, dada a modo de
ejemplo no limitativo, con respecto a los dibujos adjuntos. En los
dibujos:
\bullet la figura 1 es una vista esquemática
en perspectiva de un ejemplo de sistema de pila de combustible,
\bullet la figura 2 es una vista en
perspectiva de un semimolde según un ejemplo de realización,
\bullet la figura 3 es una vista en
perspectiva de un semimolde complementario al semimolde de la figura
2,
\bullet las figuras 4a-4e son
vistas esquemáticas en corte transversal que ilustran diferentes
etapas sucesivas de un procedimiento de fabricación que utiliza un
molde del tipo representado en las figuras 2 y 3, y
\bullet la figura 5 es una vista en
perspectiva de un soporte de fluido obtenido según un ejemplo de
realización.
En las diferentes figuras, las mismas
referencias designan elementos idénticos o similares.
La figura 1 representa un ejemplo de sistema 1
de pila de combustible que comprende clásicamente una o varias pilas
2 que proporcionan una alimentación eléctrica a una carga a partir
de flujos de combustible (por ejemplo de dihidrógeno) y de un
oxidante (por ejemplo el aire) en cada una de las pilas. Estas pilas
comprenden canales que reciben el combustible y el oxidante y los
guían hacia regiones de ánodo y de cátodo apropiadas de la pila.
Otros canales guían también el combustible y el oxidante no
consumidos fuera de la pila. Además, otros fluidos, como fluidos
refrigerantes, son también susceptibles de circular en cada
pila.
El sistema comprende también un soporte 3 de
fluido destinado a garantizar la circulación de los fluidos en las
pilas 2, así como en comunicación con los otros elementos del
sistema de pila de combustible, tal como la línea 4 de combustible
(por ejemplo una línea de H_{2}), el humidificador 5 u otro.
En el ejemplo puramente ilustrativo presentado,
el soporte 3 se realiza en tres partes distintas conectadas entre sí
y al los otros componentes del sistema mediante canales 6. Algunos
de estos canales están representados no conectados con las pilas de
combustible en la figura 1 para facilitar la legibilidad del dibujo.
Estas tres partes son un soporte 7 "inferior", un soporte 8 de
oxidante y un soporte 9 de combustible.
En lo que sigue se describe un procedimiento de
fabricación del soporte inferior 7, entendiéndose que un
procedimiento de este tipo podría aplicarse a la fabricación del
soporte 8 de oxidante, del soporte 9 de combustible o incluso del
soporte unitario que reagrupa estas tres partes en un modo de
realización como variante.
Se dispone de un molde en dos partes que
corresponde a la forma de base del soporte inferior 7. Este molde
presenta una mitad inferior 10a representada en la figura 2 y una
mitad superior 10b complementaria representada en la figura 3. La
mitad inferior está destinada a moldear la parte de fondo del
soporte y la mitad superior, su parte de cubierta.
El molde define un conjunto de cavidades,
incluyendo una cavidad 11a, 11b principal sensiblemente lineal, una
cavidad 12a, 12b principal sensiblemente curvada, y pequeñas
cavidades transversales 13a, 13b, 14a, 14b y 15a, 15b.
Cada cavidad puede tener un perfil y/o una
profundidad variable según las necesidades de aplicación.
El molde comprende además varias zonas
intermedias 16a, 16b de superficies planas, que conectan las
cavidades entre sí.
En la mitad superior 10b del molde, un cierto
número de aberturas 17 están formadas en el fondo de las
cavidades.
Las figuras 4a-4e representan un
corte transversal ficticio tomado en el molde al nivel de una
abertura 17 de una primera cavidad (por ejemplo la cavidad 11b, 11a)
y al nivel de una parte de una segunda cavidad (por ejemplo 14b,
14a) sin abertura. Las dos cavidades están conectadas entre sí por
una zona intermedia plana 16b, 16a.
Como se representa en la figura 4a, las dos
partes 10a, 10b del molde se sitúan distanciadas una de otra. Se
dispone una boquilla adaptada 18 en cada una de las aberturas 17 de
la parte superior 10b del molde. Una boquilla de este tipo comprende
al menos un primer extremo destinado a conectarse a los conductos
formados en el soporte, y al menos un segundo extremo destinado a
conectarse fluídicamente con un componente externo o con otro
conducto del soporte. La superficie externa de la boquilla puede
formarse para proporcionar relieves de fijación. Esta boquilla se
obtiene, por ejemplo, previamente por moldeado de una pieza
termoplástica. La boquilla cilíndrica se ensarta sobre un mandril
percutor móvil 24 con respecto al molde.
Después, como se representa en la figura 4b, se
extruye un parisón 19 de material plástico en el molde. Este parisón
está constituido por un material termoplástico, que presenta por
ejemplo un mismo punto de fusión idéntico (aproximadamente 5ºC) al
material de las boquillas. Se trata por ejemplo del mismo material.
El parisón presenta paredes internas opuestas 20a, 20b.
Como se representa en la figura 4c, el molde se
cierra. En la zona intermedia 16b, 16a del molde, las paredes de las
mitades 10a y 10b casi se tocan, de manera que las paredes 20a, 20b
del parisón se juntan a este nivel, formando así una zona intermedia
21 del soporte 7. Se insufla aire caliente, mediante medios
conocidos, perpendicularmente al plano del dibujo. Este aire
caliente se insufla en el parisón al nivel de cada cavidad, de
manera que empuja las paredes externas del parisón en contacto con
la pared del molde en cada cavidad. Se forma así un primer conducto
31 de fluido en la cavidad 11a, 11b y un segundo conducto 34 de
fluido en la cavidad 14a, 14b, estancos uno con respecto al otro con
respecto al fluido por medio de la zona intermedia 21. La
deformación conlleva una variación de espesor del parisón. Este
último es mínimo en el fondo del conducto. Las partes de extremo
(arriba y abajo en la figura) del parisón también se juntan entre
sí. Durante esta operación, una fusión de material tiene lugar en la
cavidad 11b entre el material del parisón 19 y el primer extremo de
la boquilla 18. En esta fase, no hay comunicación de fluidos entre
el canal y la boquilla, que está obturada en su primer extremo por
el material del parisón. El primer extremo de la boquilla puede
presentar una forma especialmente adaptada para fusionarse con el
parisón.
Después de la insuflación, los canales que
sirven para insuflar el aire se obturan, por ejemplo por
aplastamiento de material. Se obtiene por tanto un producto
intermedio del procedimiento de fabricación.
La utilización de materiales con puntos de
fusión similares permite obtener tolerancias geométricas estrechas y
una estanqueidad perfecta con los otros elementos.
Como se representa en la figura 4d, se acciona
entonces el mandril percutor 24 de manera que se crea una abertura
entre el conducto 31 y el interior de la boquilla 18. Esta etapa de
perforación podría realizarse alternativamente más tarde durante el
procedimiento de fabricación, por ejemplo, mediante mecanizado.
Como se representa en la figura 4e, después del
enfriamiento, se abre el molde separando las dos partes del molde,
de manera que se obtiene el soporte 7 de fluido representado en la
figura 5.
\newpage
Se obtiene por tanto una pieza monobloque con
canales que pueden tener formas complejas de geometrías diferentes
con zonas de unión precisas y muy alejadas del plano de unión.
La figura 5 representa un soporte 7 obtenido
mediante el procedimiento presentado anteriormente, que comprende
una pluralidad de conductos:
- \bullet
- 31, que corresponde a las cavidades 11a, 11b,
- \bullet
- 32, que corresponde a la cavidades 12a, 12b,
- \bullet
- 34, que corresponde a la cavidades 14a, 14b,
- \bullet
- 35, que corresponde a la cavidades 15a, 15b, y
- \bullet
- un conducto no visible en esta figura que corresponde a las cavidades 13a, 13b.
\vskip1.000000\baselineskip
Por otra parte, una pluralidad de boquillas
18a-18o están conectadas fluídicamente con conductos
respectivos.
En esta fase, se puede prever introducir en una
o varias boquillas 18a-18o elementos 25 de
regulación tales como bolas, válvulas y/o chapaletas, que permiten
regular el flujo de fluido en la boquilla, por ejemplo con vistas a
implementar una recirculación de fluido tal como se describe en el
documento WO 03/005.472.
Las boquillas 18a-18o pueden
servir para conectar el soporte de fluido con otro componente del
sistema, tal como por ejemplo con otro soporte o con los componentes
identificados anteriormente de la pila de combustible. Con este fin
se puede por ejemplo encajar de manera estanca un tubo 26 en el
extremo libre de la boquilla opuesta al extremo que desemboca en el
conducto.
A modo puramente ilustrativo, en el presente
modo de realización, las boquillas 18i y 181 están conectadas entre
sí, las boquillas 18k y 18m están conectadas entre sí, las boquillas
18a y 18e están conectadas con el soporte de H_{2}, las boquillas
18n y 18o están conectadas con el soporte de aire, estando las
boquillas 18a-18h conectadas con pilas de
combustible.
Como variante o adicionalmente, en vez de
conectar el soporte representado en la figura 5 con los diferentes
componentes del sistema mediante tubos externos 26, podrían
utilizarse una o varias otras piezas también obtenidas mediante el
procedimiento de realización descrito anteriormente. Se puede por
tanto realizar un cruce de los conductos con una gran
estanqueidad.
Claims (8)
1. Procedimiento de fabricación de un soporte de
fluidos para un sistema de pila de combustible que comprende las
etapas siguientes:
- (a)
- se extruye un parisón (19) de material termoplástico que comprende dos paredes opuestas,
- (b)
- se dispone el parisón en un molde (10a, 10b) que define unas cavidades primera y segunda (11a, 11b, 14a, 14b) alejadas una de otra,
- (c)
- se cierre el molde de manera que se crea, en una zona (16a, 16b) del molde comprendida entre las cavidades primera y segunda, una zona intermedia en la que las dos paredes del parisón se juntan de manera estanca al gas,
- (d)
- se insufla un gas dentro del parisón en cada cavidad, para pegar las paredes del parisón sobre el molde en cada cavidad para formar un conducto (31, 34) en cada cavidad, y
- (e)
- se abre el molde.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Procedimiento de fabricación según la
reivindicación 1, en el que,
- durante la etapa (b), se dispone una boquilla (18) al nivel de una cavidad del molde,
- durante la etapa (d), el parisón (19) se une a la boquilla de manera estanca al gas,
- comprendiendo el procedimiento además una etapa (f) durante la que se perfora el parisón para formar una comunicación de fluidos entre la boquilla y el conducto formado en la cavidad.
\vskip1.000000\baselineskip
3. Procedimiento de fabricación según la
reivindicación 2, en el que,
- -
- previamente a la etapa (b), se moldea la boquilla (18), y
- -
- se fija en la boquilla un elemento de perforación adaptado para realizar la etapa (f).
\vskip1.000000\baselineskip
4. Procedimiento de fabricación según la
reivindicación 2 ó 3, en el que el parisón (19) y la boquilla (18)
se realizan de materiales que tienen el mismo punto de fusión,
preferiblemente del mismo material.
5. Procedimiento de fabricación según una de las
reivindicaciones 2 a 4, en el que se encaja de manera estanca al gas
en una boquilla (18) un extremo de un tubo (26) de conexión que
comprende al menos otro extremo adaptado para conectarse
fluídicamente a otra boquilla o a una pila de combustible.
6. Procedimiento de fabricación según la
reivindicación 5, en el que se dispone en al menos un tubo de
conexión un elemento (25) de regulación adaptado para regular un
caudal de gas en el tubo.
7. Procedimiento de fabricación de un soporte de
fluido de pila de combustible, en el que se ensamblan al menos dos
piezas obtenidas cada una mediante un procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores.
8. Sistema de pila de combustible que comprende
una pila de combustible y un soporte de fluido que comprende al
menos dos conductos (31, 34) separados entre sí de manera estanca al
gas por una zona intermedia (21) obtenida al juntar en un molde dos
paredes opuestas de un parisón extrudido, formando los conductos y
la zona intermedia una única pieza monobloque, caracterizado
porque el soporte comprende además una boquilla (18) realizada de un
material que presenta el mismo punto de fusión que el material del
parisón, en comunicación de fluidos con un conducto, y que comprende
al menos un primer extremo unido de manera estanca al gas al
conducto mediante fusión de material con el parisón, y un segundo
extremo adaptado para conectarse fluídicamente con otra boquilla o
con una pila de combustible, conectándose el soporte fluídicamente
con la pila de combustible.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
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