ES2934062T3 - Apilamiento de pilas de óxido sólido que comprende una interconexión y un separador integrados - Google Patents

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Abstract

Una pila de celdas de óxido sólido tiene una interconexión y un espaciador integrados, que se forman doblando una parte excedente de la interconexión de la placa 180° para formar una parte espaciadora en la parte superior de la interconexión y conectada a la interconexión al menos por la curva. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Apilamiento de pilas de óxido sólido que comprende una interconexión y un separador integrados
Campo de la invención
La invención se refiere a un apilamiento de Celdas de Óxido Sólido (SOC), en particular un apilamiento de Celdas de Electrólisis de Óxido Sólido (SOEC) o un apilamiento de Celdas de Combustible de Óxido Sólido (SOFC), que comprende una interconexión y un separador integrados, en particular una interconexión y un separador integrados hechos de un solo componente de chapa metálica plegada.
Antecedentes de la invención
En apilamientos de SOC que tienen una temperatura de funcionamiento de entre 600 °C y 1000 °C, preferiblemente de entre 600 °C y 850 °C, se ensamblan varias unidades de celdas para formar el apilamiento y se unen entre sí mediante interconexiones. Las interconexiones sirven como una barrera de gas para separar los lados del ánodo y el cátodo de las unidades de celdas adyacentes y, al mismo tiempo, permiten la conducción de corriente entre las celdas adyacentes, es decir, entre el ánodo de una celda y el cátodo de una celda contigua. Además, las interconexiones normalmente están provistas de una pluralidad de trayectos de flujo para el paso del gas de proceso en ambos lados de la interconexión. Para optimizar el rendimiento de un apilamiento de SOC, se debe maximizar un intervalo de valores positivos sin consecuencias inaceptables en otro intervalo de valores negativos relacionados que se deben minimizar. Algunos de estos valores son:
VALORES A MAXIMIZAR VALORES A MINIMIZAR
- Utilización de gas de proceso - Coste
- eficiencia eléctrica - Dimensiones
- vida útil - tiempo de producción
- índice de fallos
- número de componentes
- Pérdidas parásitas (calentamiento, refrigeración, sopladores...) - uso de materiales
Casi todos los valores enumerados anteriormente están interrelacionados, lo que significa que la alteración de un valor afectará a otros valores. Algunas relaciones entre las características del flujo de gas de proceso en las celdas y los valores anteriores se mencionan aquí:
Utilización de gas de proceso:
Los trayectos de flujo en la interconexión deben diseñarse para buscar una cantidad igual de gas de proceso para cada celda en un apilamiento, es decir, no debe haber "atajos" de flujo a través del apilamiento.
Pérdida parásita:
El diseño de los trayectos de flujo de gas de proceso en el apilamiento de SOC y sus unidades de celda debe buscar lograr una baja pérdida de presión por volumen de flujo, lo que reducirá la pérdida parásita a los sopladores.
Eficiencia eléctrica:
La interconexión conduce la corriente entre el ánodo y la capa de cátodo de las celdas contiguas. Por lo tanto, para reducir la resistencia interna, los puntos de contacto conductores eléctricamente (en lo sucesivo denominados simplemente "puntos de contacto") de la interconexión deben diseñarse para establecer un buen contacto eléctrico con los electrodos (ánodo y cátodo) y los puntos de contacto no deben estar muy separados, lo que obligaría a la corriente a recorrer una distancia mayor del electrodo con una mayor resistencia interna resultante.
Vida útil:
Es deseable maximizar la vida útil de un apilamiento de SOC, es decir, que en el modo SOFC se pueda utilizar para producir la mayor cantidad de electricidad posible y que en el modo SOEC la cantidad de producto de electrólisis (p. ej., H2 y/o CO) se maximiza. La vida útil de la celda depende de varios factores, incluida la elección de la interconexión y del separador, la distribución del flujo en ambos lados de la interconexión del gas de proceso, el recubrimiento protector uniformemente distribuido sobre los materiales, las condiciones de funcionamiento (temperatura, densidad de corriente, tensión, etc.), del diseño y materiales de la celda y de muchos otros factores.
Coste:
La contribución de costos de las interconexiones (y separadores) se puede reducir no utilizando materiales nobles, reduciendo el tiempo de producción de la interconexión y del separador, minimizando la cantidad de componentes y al minimizando la pérdida de material (la cantidad de material desechado durante el proceso de producción).
Dimensiones:
Las dimensiones totales de una celda de combustible se reducen cuando el diseño de interconexión garantiza una elevada utilización del área activa de la celda. Se deben reducir las áreas muertas con bajo flujo de gas de proceso y se deben minimizar las zonas inactivas para el sellado de superficies.
Tiempo de producción.
El tiempo de producción de la interconexión y del propio separador debe minimizarse y el diseño de la interconexión también debe contribuir a un ensamblaje rápido de todo el apilamiento. En general, por cada componente que el diseño de interconexión hace innecesario, hay una ganancia en el tiempo de producción.
Índice de fallos.
Los métodos y materiales de producción de interconexiones y separadores deben permitir un bajo índice de fallos de interconexión (tales como agujeros no deseados en la barrera de gas de interconexión, grosor o características desiguales del material). Además, el índice de fallos del apilamiento de celdas ensambladas se puede reducir cuando el diseño de interconexión reduce la cantidad total de componentes que se han de ensamblar y reduce la longitud y la cantidad de superficies de sellado.
Número de componentes.
Aparte de minimizar los errores y el tiempo de ensamblaje como ya se ha mencionado, una reducción del número de componentes conduce a un coste reducido.
La forma en que los flujos de gas de ánodo y cátodo se distribuyen en un apilamiento de SOC es tener un colector común para cada uno de los dos gases de proceso. Los colectores pueden ser internos o externos. Los colectores suministran gases de proceso a las capas individuales en el apilamiento de SOC por medio de canales a cada capa. Los canales normalmente están situados en una capa de los elementos repetidos que están incluidos en el apilamiento de SOC, es decir, en los separadores o en la interconexión.
Las interconexiones y los separadores que están hechos de chapa metálica normalmente están hechos de dos partes separadas de material de chapa, que se sellan juntas en el apilamiento de SOC. Esto requiere el sellado entre la interconexión y el separador, además del manejo de los componentes separados en la producción. Además, como las dos piezas de chapa separadas a menudo tienen las mismas dimensiones exteriores, se desperdicia una gran cantidad de material cuando se retira la mayor parte del material central de la lámina separadora (p. ej., por estampación).
El documento US6492053 describe un apilamiento de celdas de combustible que incluye una interconexión y un separador. Tanto la interconexión como el separador tienen colectores de entrada y salida para el flujo de oxígeno/combustible. Los colectores de entrada y salida tienen ranuras/pasos en su superficie para la distribución de oxígeno/combustible a lo largo del ánodo y el cátodo. Sin embargo, las ranuras/pasos de la interconexión y del separador no están alineados entre sí y, por lo tanto, sus geometrías podrían no combinarse para lograr múltiples puntos de entrada. Además, dado que las ranuras/pasos están en la superficie tanto de la interconexión como de los separadores, la formación de múltiples puntos de entrada no es factible.
El documento US2010297535 describe una placa bipolar de una celda de combustible con canales de flujo. La placa de flujo tiene múltiples canales para distribuir uniformemente el fluido entre el área activa de la celda de combustible. El documento no describe una segunda capa y canales similares dentro de ella.
El documento US2005016729 describe una o varias celdas de combustible de material cerámico que están soportadas en una placa de interconexión conductora de calor, y una pluralidad de placas forma un calentador conductor denominado un apilamiento. La conexión de una pluralidad de apilamiento forma una barra de celdas de combustible. Conectando una pluralidad de barras extremo con extremo, se forma una cadena de celdas de combustible. La longitud de la cadena puede ser de mil pies o más, dimensionada para penetrar en una capa de recursos subterráneos, por ejemplo, de petróleo. Un calentador previo lleva la cadena a una temperatura de funcionamiento superior a 700 °C, y luego las celdas de combustible mantienen esa temperatura mediante una pluralidad de conductos que alimentan el combustible de las celdas de combustible y un oxidante, y transfieren los gases de escape a una superficie planetaria. Se puede usar un colector entre la cadena y la superficie planetaria para continuar la pluralidad de conductos y actuar como un intercambiador de calor entre los gases de escape y los oxidantes/combustible.
El documento EP1298755 describe interconexiones y separadores perimetrales para un apilamiento de celdas de combustible que están previstos como elementos flexibles que pueden adaptarse a la falta de planitud en los elementos de electrolito de un apilamiento y así evitar inducir tensiones de torsión en los elementos de electrolito. Las interconexiones son elementos de lámina aluminio de aproximadamente 0,005 pulgadas (0,127 mm) de grosor, formados por una súper aleación tal como Hastelloy, Haynes 230 o acero inoxidable. Los separadores perimetrales comprenden una pluralidad de elementos separadores delgados estratificados, siendo cada elemento separador delgado un estratificado de súper aleación y un material "blando" tal como cobre, níquel o mica. Los elementos separadores pueden deslizar unos sobre otros; así, los separadores perimetrales pueden ser físicamente gruesos, para formar los espacios de flujo de gas dentro del apilamiento, siendo también flexibles a la torsión.
El documento WO2019034855 describe una unidad mejorada de celda de combustible de óxido sólido con soporte metálico, apilamientos de celdas de combustible, conjuntos de apilamientos de celdas de combustible y métodos de fabricación.
Ninguna de las técnicas conocidas descritas anteriormente proporciona una solución simple, eficaz y segura a los problemas descritos anteriormente.
Por lo tanto, con referencia a las consideraciones enumeradas anteriormente, existe la necesidad de una solución de interconexión y separador multicanal robusta, simple, económica y fácil de producir y manejar para un apilamiento de SOC.
Estos y otros objetos se logran mediante la invención como se describe a continuación.
Resumen de la invención
La invención consiste en hacer un solo componente (que combina las funciones de la interconexión y del separador) en chapa de metal plegando la parte del separador de la placa de circuitos integrados sobre un lado de la chapa de metal. El plegado (o doblado) es un proceso de conservación de masa, por lo que no se desperdicia. El radio de plegado depende del grosor de la chapa, cuando se pliega el material de chapa delgada como en la presente invención, se puede obtener un radio de plegado muy pequeño.
Plegando el separador a partir de la chapa metálica de interconexión, se resuelven varios problemas:
- Reducción de las áreas de sellado en el apilamiento y, por lo tanto, menos lugares donde puedan ocurrir fugas, mientras se ahorra una capa de sellado por ensamblaje de interconexión-separador.
- Reducción de componentes a manipular en producción.
- Como el separador está hecho de la misma chapa de metal que la interconexión, el grosor de la interconexión y del separador es el mismo, lo que reduce los problemas de tolerancia en el ensamblaje del apilamiento.
- Cuando los separadores están hechos de una chapa de metal separada, el uso de material es mayor ya que el área de sellado normalmente se ubica en la periferia de la interconexión. La solución plegada ahorra así material, ya que la parte plegada se incluye en la periferia de interconexión, y el "interior" del separador se utiliza para la interconexión.
- El material idéntico de la interconexión y del separador (y sin material de sellado) produce el mismo coeficiente de expansión térmica.
- Como el separador es parte de la interconexión, se elimina la alineación de una parte separada del separador.
- El proceso de plegado es económico y se puede escalar industrialmente.
Para producir la interconexión y el separador integrados, la geometría de la interconexión se amplía para incluir los separadores, que luego se pliegan sobre la parte superior de la interconexión. El proceso de plegado es simple y robusto y se utiliza en varias industrias (por ejemplo, latas o botes de metal).
El grosor del separador es el mismo que el grosor de la interconexión. Esto reduce las tolerancias al ensamblar el apilamiento. No se pueden lograr las mismas tolerancias mediante otros procesos, es decir, se ahorra el grabado de un cierre hermético entre la interconexión y el separador. Como la interconexión y el separador se convierten en un solo componente, se ahorra en la manipulación de los componentes. Como los separadores generalmente se colocan en la periferia de la interconexión, el centro se corta y se desperdicia utilizando una solución estándar. Cuando el separador es parte de la interconexión, el interior del separador no se desperdicia, lo que reduce el desperdicio de material.
La invención según la reivindicación 1 es un apilamiento de celdas de óxido sólido que comprende una pluralidad de unidades de celdas apiladas. Cada una de las unidades de celda comprende una capa de celda, con ánodo, cátodo y electrolito y una capa de interconexión. Las capas se apilan alternando de manera que una capa de interconexión separa una capa de celda de la capa de celda adyacente en el apilamiento de celdas. La capa de interconexión comprende una interconexión y un separador integrados que están hechos de una pieza de placa con el grosor T, en lugar de tener un separador separado como se conoce en la técnica. El separador se forma doblando al menos una parte de los bordes de la interconexión en 180° un número, N, de veces para proporcionar un separador que cubra al menos una parte de los bordes de la interconexión. Debe entenderse que el doblado es de 180° con las tolerancias que son inherentes y comunes para el proceso de producción de doblado, que también puede incluir algún grado de doblado hacia atrás. Además, debe entenderse que la pieza de placa a doblar antes del doblado tiene dimensiones mayores que la interconexión y el separador integrados finales, donde el área sobrante se doblará y formará el separador después del doblado. Después del doblado, el separador y la interconexión juntos forman un borde de al menos una parte de la interconexión y del separador integrados con un grosor igual o menor que (1 N) veces el grosor de la placa T. Debe entenderse que el grosor depende de las tolerancias del material y de la producción, lo que puede conducir a medidas ligeramente por encima y por debajo del grosor exacto iguales o menores que (1 N) veces el grosor de la placa T, por lo que está dentro del alcance de la reivindicación. Sin embargo, es parte de la invención que el proceso de doblado también pueda proporcionar una mayor precisión que el conocido de los apilamientos de celdas de óxido sólido comunes, ya que se omite una junta entre el separador y la interconexión y porque el proceso de doblado puede ser seguido por un prensado preciso que nivela el grosor de la interconexión y del separador integrados con tolerancias finas. Debe entenderse que el contacto entre las celdas por medio de la interconexión y del separador integrados está asegurado tanto por los bordes doblados como por los puntos de contacto en toda la superficie de la interconexión y del separador integrados. Los puntos de contacto pueden ser proporcionados por un elemento de habilitación de contacto previsto en el mismo lado de la interconexión que el doblado. El elemento que habilita el contacto puede tener la forma de una red, por puntos de contacto prensados o cualquier otra técnica conocida.
En una realización particular de la invención, al menos parte de los bordes de la interconexión se doblan 180° una vez, lo que proporciona una interconexión y un separador con un grosor igual o inferior a 2 veces el grosor de la placa T.
Cuando se doblan, la interconexión y el separador integrados pueden formar al menos un distribuidor de flujo para el colector, es decir, para la entrada y salida de gases de proceso al apilamiento, tanto desde una parte del borde de la interconexión que se denomina colector externo como desde canales ubicados dentro del área de interconexión, que se conoce como colector interno. Los bordes que se han de doblar pueden estar formados y tener espacios que permitan que el gas de proceso fluya hacia el apilamiento, y la trayectoria del flujo puede estar orientada por la forma de los bordes que forman un distribuidor de flujo. Los bordes se pueden formar, por ejemplo, como espigas, cuñas o cualquier otra forma adaptada para permitir el proceso y guiado del fluido. Esto se puede usar tanto para el colector interno como para el colector externo como se conoce en la técnica.
Además, el separador puede estar formado, al menos parcialmente, por un borde contiguo hermético a fluidos. El borde hermético a fluidos puede estar adaptado para formar un cierre hermético a fluidos hacia un colector externo o alrededor de un colector interno. Además del propio pliegue, el separador puede conectarse adicionalmente a la interconexión mediante unión por difusión (donde los átomos de dos superficies metálicas sólidas se entremezclan con el tiempo), soldadura o cualquier otra técnica de conexión adecuada en al menos una parte del borde o superficie del separador.
En una realización de la invención, el doblado es facilitado y guiado por ranuras en uno, el otro o ambos lados de la interconexión en al menos una parte de las líneas de doblado. Las ranuras pueden estar presentes en al menos un lado de la interconexión para formar campos de flujo para el fluido de proceso. Dichas ranuras se pueden formar, por ejemplo, mediante grabado.
En una realización particular de la invención, el apilamiento es un apilamiento de Células de Electrólisis de Óxido Sólido con temperaturas de funcionamiento mencionadas anteriormente. En otra realización de la invención, el apilamiento es un apilamiento de Celda de Combustible de Óxido Sólido. La chapa de metal utilizada para fabricar la interconexión y el separador integrados puede ser acero austenítico, acero ferrítico o cualquier aleación que mejor se adapte al apilamiento.
En una realización de la invención, el apilamiento de celdas de óxido sólido descrito anteriormente se fabrica mediante etapas que comprenden proporcionar una pieza de placa con el grosor T y un área mayor que el área de la capa de interconexión. Al menos una parte del borde de la placa se dobla en 180° un número, N, de veces para formar el separador. El separador y la interconexión juntos forman un borde de al menos una parte de la interconexión y del separador integrados de esta sola pieza de placa, con un grosor igual o menor que (1 N) veces el grosor de la placa T.
En una realización específica, la placa se dobla una vez, por lo que el separador y la interconexión forman juntos un borde de al menos una parte de la interconexión y del separador integrados con un grosor igual o menor a dos veces el grosor T de la placa. Una etapa adicional puede implicar una calibración del grosor de la interconexión y del separador integrados, lo que puede minimizar las tolerancias incluso más que las (dobles) tolerancias de la propia placa. Esto se hace prensando la interconexión y el separador integrados hasta un tope predefinido, que se establece por debajo de (1 N) veces T. La fuerza de prensado se establece más alta que la fuerza de deformación plástica (distorsión permanente que ocurre cuando un material es sometido, por ejemplo, a tensiones de compresión que exceden su límite elástico y hacen que, por ejemplo, se comprima) de la interconexión y del separador integrados.
Características de la invención
1. Apilamiento de Celdas de Óxido Sólido que comprende una pluralidad de unidades de celdas apiladas, cada unidad de celda comprende una capa de celdas y una capa de interconexión, una capa de interconexión separa una capa de celdas de la capa de celdas adyacente en el apilamiento de celdas, donde la capa de interconexión comprende una interconexión y un separador integrados, hechos de una pieza de placa con el grosor T, el separador está formado por al menos una parte de los bordes de la interconexión que se dobla 180° un número, N, de veces para proporcionar un separador que cubre al menos una parte de los bordes de la interconexión de modo que dicho separador e interconexión juntos formen un borde de al menos una parte de la interconexión y del separador integrados con un grosor igual o menor que (1 N) veces el grosor de la placa T.
2. Apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según la característica 1, en el que al menos parte de los bordes de la interconexión se dobla en 180° una vez para proporcionar un separador que cubra al menos una parte de los bordes de la interconexión, de modo que dicho separador e interconexión juntos formen un borde de al menos una parte de la interconexión y separador integrados con un grosor igual o menor a 2 veces el grosor de la placa T.
3. Apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las características anteriores, en la que el separador de la interconexión y del separador integrados forman además al menos un distribuidor de flujo para el colector.
4. Apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las características anteriores, en la que el separador de la interconexión y del separador integrados forman además al menos un distribuidor de flujo adaptado para el colector externo.
5. Apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las características anteriores, en la que el separador de la interconexión y del separador integrados forman además al menos un distribuidor de flujo adaptado para el colector interno.
6. Apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las características anteriores, en la que el separador de la interconexión y del separador integrados está formado al menos parcialmente por espigas.
7. Apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las características anteriores, en la que el separador de la interconexión y del separador integrados está formado al menos parcialmente por espigas formadas como cuñas que son guías de flujo para un flujo de fluido de proceso.
8. Apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las características anteriores, en la que el separador de la interconexión y del separador integrados está formado al menos parcialmente por un borde contiguo hermético a fluidos.
9. Apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las características anteriores, en la que el separador de la interconexión y del separador integrados está formado al menos parcialmente por un borde contiguo hermético a fluidos adaptado para formar un cierre hermético a fluidos hacia un colector externo.
10. Apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las características anteriores, en la que el separador de la interconexión y del separador integrados está formado al menos parcialmente por un borde contiguo hermético a fluidos adaptado para formar un cierre hermético a fluidos alrededor de un colector interno.
11. Apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las características anteriores, en la que el separador está conectado a la interconexión no solo por la parte doblada, sino también sobre al menos un borde adicional o en la superficie del separador que mira hacia la interconexión.
12. Apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las características anteriores, en la que el separador está conectado a la interconexión mediante unión por difusión en al menos una parte de la superficie del separador que mira hacia la interconexión.
13. Apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las características anteriores, en la que el separador está conectado a la interconexión mediante soldadura en al menos una parte de la superficie del separador que mira hacia la interconexión.
14. Apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las características anteriores, donde la interconexión tiene ranuras en al menos un lado adaptadas para facilitar y guiar dicho doblado en 180°.
15. Apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las características anteriores, en la que la interconexión tiene ranuras en al menos un lado adaptadas para formar campos de flujo para el fluido de proceso.
16. Apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las características anteriores, en la que la interconexión tiene ranuras formadas por grabado en al menos un lado para formar campos de flujo para el fluido de proceso.
17. Apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las características precedentes, en la que el apilamiento de Celdas de Óxido Sólido es un apilamiento de Celdas de Electrólisis de Óxido Sólido.
18. Método para fabricar un apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las características anteriores, que comprende una pluralidad de unidades de celdas apiladas, cada unidad de celda comprende una capa de celdas y una capa de interconexión, una capa de interconexión separa una capa de celdas de la capa de celdas adyacente en el apilamiento de celdas, en la que la capa de interconexión comprende una interconexión y un separador integrados hechos de una pieza de placa, que comprende las etapas de,
• proporcionar una pieza de placa con el grosor T y un área mayor que el área de la capa de interconexión
• doblar al menos una parte del borde de dicha placa en 180° un número, N, de veces para formar dicho separador, de modo que dicho separador e interconexión formen juntos un borde de al menos una parte de la interconexión y del separador integrados con un grosor igual a o menor de (1 N) veces el grosor de la placa T.
19. Método según la característica 18, en el que al menos parte del borde de dicha placa se dobla una vez, de modo que dicho separador e interconexión juntos forman un borde de al menos una parte de la interconexión y del separador integrados con un grosor igual o inferior a dos veces el grosor T de la placa.
20. Método para fabricar un apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según la característica 18 o 19, que comprende además la etapa de,
• realizar una presión de calibración hasta un tope predefinido con una fuerza superior a la fuerza de deformación plástica en la interconexión y el separador integrados para garantizar un grosor uniforme del borde de la interconexión y del separador integrados.
21. Método para fabricar un apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las características 18 - 20, que comprende además la etapa de realizar una presión de calibración hasta un tope predefinido con una fuerza superior a la fuerza de deformación plástica en la interconexión y el separador integrados para garantizar una grosor uniforme del borde de la interconexión y del separador integrados que es menor que (1 N) veces el grosor T.
22. Método para fabricar un apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las características 18 - 21, que comprende además la etapa anterior de,
• prever ranuras en al menos un lado de dicha placa adaptadas para facilitar y guiar dicho doblado a 180°.
23. Método para fabricar un apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según la característica 22, en el que dichas ranuras se forman mediante grabado.
24. Método para fabricar un apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las características 18 - 23, que comprende además la etapa de,
• grabar al menos un lado de la interconexión y del separador integrados, antes o después del doblado, para formar campos de flujo para el fluido de proceso.
25. Método para fabricar un apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las características 18 - 24, que comprende además la etapa de unir por difusión el separador a la interconexión en al menos una parte de la superficie del separador que mira hacia la interconexión.
26. Método para fabricar un apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las características 18 - 25, que comprende además la etapa de soldar el separador a la interconexión en al menos una parte de la superficie del separador que mira hacia la interconexión.
Breve descripción de los dibujos
La invención se ilustra adicionalmente mediante los dibujos adjuntos que muestran ejemplos de realizaciones de la invención.
La Fig. 1 muestra una vista superior isométrica de una interconexión y un separador integrados antes del plegado.
La Fig. 2 muestra una vista superior isométrica de la interconexión y del separador integrados de la figura 1, pero con la parte del separador (excedente) de la interconexión ahora plegada sobre la parte superior de la interconexión.
La Fig. 3 muestra una vista inferior isométrica de la interconexión y del separador integrados de la Fig. 2.
La Fig.4 muestra una vista superior isométrica ampliada de la parte central de la interconexión y del separador integrados de la Fig. 2.
Números de posición.
1. Interconexión y separador integrados
2. Separador
3. Distribuidor de flujo adaptado para colector externo
4. Distribuidor de flujo adaptado para colector interno
5. Espigas
6. Borde contiguo hermético a fluidos
Descripción detallada
La Fig. 1 muestra una interconexión integrada y un separador 01 para un apilamiento de Celdas de Óxido Sólido (no mostrado). La Fig. 1 muestra la interconexión como una pieza plana de chapa metálica con material excedente adaptado para formar los separadores 02, pero antes del plegado, por lo que los separadores aún no se han formado. La forma de la interconexión y del separador integrados con seis bordes solo se elige como ejemplo. Como puede verse, una parte del separador tiene forma de espigas 05, que se explicarán con más detalle a continuación.
En la Fig. 2, el material excedente de la interconexión mostrada en la Fig. 1 ahora se ha plegado a 180° sobre el lado superior de la interconexión para formar separadores alrededor de tres bordes de la interconexión, así como alrededor de dos orificios pasantes realizados en la interconexión. A lo largo de los tres bordes, así como alrededor del orificio pasante central de la interconexión, los separadores se forman como espigas para permitir que el gas de proceso fluya entre las espigas separadoras. Por lo tanto, a lo largo de los tres bordes, los separadores en forma de espiga forman distribuidores de flujo adaptados para el colector externo 03; mientras que alrededor del orificio pasante central de la interconexión, los separadores en forma de espiga forman un distribuidor de flujo adaptado para el colector interno 04. Debe entenderse que los separadores adaptados para el colector pueden tener diferentes formas para controlar y dirigir el flujo de gas producto, hacia y a lo largo y desde la interconexión. Un separador en la Fig. 2 está formado con un borde contiguo 06 hermético a fluidos, que cuando se pliega forma un borde alrededor del orificio pasante en la periferia de la interconexión, que por lo tanto sirve como un canal de gas producto internamente en el apilamiento. La Fig. 3 muestra la misma interconexión y separador integrados plegados como se ve en la Fig. 2, solo visto desde el lado opuesto (inferior) de la interconexión.
Las espigas plegadas que actúan como un distribuidor de flujo adaptado para el colector interno alrededor del orificio pasante central de la interconexión se ven con más detalle en la Fig. 4. Debe entenderse que en una realización (no mostrada) la guía y las tolerancias de las espigas dobladas pueden mejorarse mediante ranuras en la sección de doblado de las espigas en uno, en el otro o en ambos lados de la lámina. Además, debe entenderse que los separadores doblados pueden tener otras configuraciones y formas que no sean espigas, tales como bordes enteros o cuñas.

Claims (26)

REIVINDICACIONES
1. Apilamiento de Celdas de Óxido Sólido que comprende una pluralidad de unidades de celdas apiladas, cada unidad de celda comprende una capa de celdas y una capa de interconexión, una capa de interconexión separa una capa de celdas de la capa de celdas adyacente en el apilamiento de celdas, donde la capa de interconexión comprende una interconexión y un separador 1 integrados hechos de una pieza de placa con el grosor T, el separador 2 está formado por al menos una parte de los bordes de la interconexión que se dobla a 180° un número, N, de veces para proporcionar un separador que cubre al menos un parte de los bordes de la interconexión, por lo que dicho separador e interconexión juntos forman un borde de al menos una parte de la interconexión y del separador integrados con un grosor igual o menor que (1 N) veces el grosor de la placa T.
2. Apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según la reivindicación 1, en la que al menos parte de los bordes de la interconexión se doblan a 180° una vez para proporcionar un separador que cubre al menos una parte de los bordes de la interconexión, de modo que dicho separador e interconexión forman juntos un borde de al menos una parte de la interconexión y separador integrados con un grosor igual o inferior a 2 veces el grosor de la placa T.
3. Apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el separador de la interconexión y del separador integrados forma además al menos un distribuidor de flujo para el colector.
4. Apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el separador de la interconexión y del separador integrados forma además al menos un distribuidor de flujo adaptado para el colector externo.
5. Apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el separador de la interconexión y del separador integrados forma además al menos un distribuidor de flujo adaptado para el colector interno.
6. Apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el separador de la interconexión y del separador integrados está formado al menos parcialmente por espigas.
7. Apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el separador de la interconexión y del separador integrados está formado al menos parcialmente por espigas formadas como cuñas que son guías de flujo para un flujo de fluido de proceso.
8. Apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el separador de la interconexión y del separador integrados está formado al menos parcialmente por un borde contiguo hermético a fluidos.
9. Apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el separador de la interconexión y del separador integrados está formado al menos parcialmente por un borde contiguo hermético a fluidos adaptado para formar un cierre hermético a fluidos hacia un colector externo.
10. Apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el separador de la interconexión y del separador integrados está formado al menos parcialmente por un borde contiguo hermético a fluidos adaptado para formar un cierre hermético a fluidos alrededor de un colector interno.
11. Apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el separador está conectado a la interconexión no solo por la parte doblada, sino también en al menos un borde o superficie adicional del separador que mira hacia la interconexión.
12. Apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el separador está conectado a la interconexión mediante unión por difusión en al menos una parte de la superficie del separador que mira hacia la interconexión.
13. Apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el separador está conectado a la interconexión mediante soldadura en al menos una parte de la superficie del separador que mira hacia la interconexión.
14. Apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la interconexión tiene ranuras en al menos un lado adaptadas para facilitar y guiar dicho doblado a 180°.
15. Apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la interconexión tiene ranuras en al menos un lado adaptadas para formar campos de flujo para el fluido de proceso.
16. Apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la interconexión tiene ranuras formadas por grabado en al menos un lado para formar campos de flujo para el fluido de proceso.
17. Apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el apilamiento de Celdas de Óxido Sólido es un apilamiento de Celdas de Electrólisis de Óxido Sólido.
18. Método para fabricar un apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una pluralidad de unidades de celdas apiladas, cada unidad de celda comprende una capa de celdas y una capa de interconexión, una capa de interconexión separa una capa de celdas de la capa de celdas adyacente en el apilamiento de celdas, en donde la capa de interconexión comprende una interconexión y un separador integrados hechos de una pieza de placa, que comprende las etapas de,
• proporcionar una pieza de placa con el grosor T y un área mayor que el área de la capa de interconexión
• doblar al menos una parte del borde de dicha placa a 180° un número, N, de veces para formar dicho separador, de modo que dicho separador e interconexión formen juntos un borde de al menos una parte de la interconexión y del separador integrados con un grosor igual a o menor de (1 N) veces el grosor de la placa T.
19. Método según la reivindicación 18, en el que al menos parte del borde de dicha placa se dobla una vez, de modo que dicho separador e interconexión juntos forman un borde de al menos una parte de la interconexión y del separador integrados con un grosor igual o inferior a dos veces el grosor T de la placa.
20. Método para fabricar un apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según la reivindicación 18 o 19, que comprende además la etapa de,
• realizar una presión de calibración hasta un tope predefinido con una fuerza superior a la fuerza de deformación plástica en la interconexión y el separador integrados para garantizar un grosor uniforme del borde de la interconexión y del separador integrados.
21. Método para fabricar un apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las reivindicaciones 18 - 20, que comprende además la etapa de realizar una presión de calibración hasta un tope predefinido con una fuerza superior a la fuerza de deformación plástica en la interconexión y el separador integrados para garantizar una grosor uniforme del borde de la interconexión y del separador integrados que es menor que (1 N) veces el grosor T.
22. Método para fabricar un apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las reivindicaciones 18 - 21, que comprende además la etapa anterior de,
• prever ranuras en al menos un lado de dicha placa adaptadas para facilitar y guiar dicho doblado a 180°.
23. Método para fabricar un apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según la reivindicación 22, en el que dichas ranuras se forman mediante grabado.
24. Método para fabricar un apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las reivindicaciones 18 - 23, que comprende además la etapa de,
• grabar al menos un lado de la interconexión y del separador integrados, antes o después del doblado, para formar campos de flujo para el fluido de proceso.
25. Método para fabricar un apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las reivindicaciones 18 - 24, que comprende además la etapa de unir por difusión el separador a la interconexión en al menos una parte de la superficie del separador que mira hacia la interconexión.
26. Método para fabricar un apilamiento de Celdas de Óxido Sólido según cualquiera de las reivindicaciones 18 - 25, que comprende además la etapa de soldar el separador a la interconexión en al menos una parte de la superficie del separador que mira hacia la interconexión.
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