ES2980633T3 - Pila de SOC que comprende una interconexión y un separador integrados - Google Patents

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Tobias Holt Nørby
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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 sobrante de la interconexión de 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
Pila de SOC que comprende una interconexión y un separador integrados
Campo de la invención
La invención se refiere a una pila de celdas de óxido sólido (SOC), en particular una pila de celdas de electrólisis de óxido sólido (SOEC) o una pila 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 una chapa metálica plegada de un solo componente.
Antecedentes de la invención
En las pilas de SOC que tienen una temperatura de funcionamiento entre 600 °C y 1000 °C, preferentemente entre 600 °C y 850 °C, se ensamblan varias unidades de celdas para formar la pila y se unen entre sí mediante interconexiones. Las interconexiones sirven como barrera de gas para separar los lados del ánodo y del cátodo de las unidades de celdas adyacentes, y al mismo tiempo permiten la conducción de la corriente entre las celdas adyacentes, es decir, entre un ánodo de una celda y un cátodo de una celda vecina. Además, normalmente las interconexiones están provistas de una pluralidad de trayectorias de flujo para el paso del gas de proceso a ambos lados de la interconexión. Para optimizar el rendimiento de una pila de SOC, debe maximizarse una variedad de valores positivos sin que tenga consecuencias inaceptables en otra variedad de valores negativos relacionados que deben minimizarse. Algunos de estos valores son:
VALORES A MAXIMIZAR VALORES A MINIMIZAR
- Utilización del gas de proceso - Coste
- Eficiencia eléctrica - Dimensiones
- Vida útil - Tiempo de producción
- Tasa de fallos
- Número de componentes
- Pérdidas parásitas (calentamiento, enfriamiento, ventiladores...) - Uso de materiales
Casi todos los valores enumerados anteriormente están interrelacionados, lo que significa que alterar un valor afectará a otros valores. En la presente memoria se mencionan algunas relaciones entre las características del flujo de gas de proceso en las celdas y los valores anteriores:
Utilización del gas de proceso:
Las trayectorias de flujo en la interconexión deben diseñarse para conseguir una cantidad igual de gas de proceso para cada celda de una pila, es decir, no debe haber "cortocircuitos" de flujo a través de la pila.
Pérdida parasitaria:
El diseño de las trayectorias de flujo del gas de proceso en la pila de SOC y sus unidades de celdas debería intentar conseguir una pérdida de presión baja por volumen de flujo, lo que reducirá la pérdida parásita hacia los ventiladores. Eficiencia eléctrica:
La interconexión conduce corriente entre la capa del ánodo y del cátodo de celdas vecinas. Por lo tanto, para reducir la resistencia interna, los puntos de contacto eléctricamente conductores (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 separados en ningún punto, lo que forzaría a la corriente a recorrer una distancia más larga del electrodo, con una mayor resistencia interna resultante.
Vida útil:
Es deseable que la vida útil de una pila de SOC se maximice, es decir, que en el modo SOFC se pueda usar para producir tanta electricidad como sea posible y que en el modo SOEC se maximice la cantidad de producto de electrólisis (por ejemplo, H<2>y/o CO). La vida útil de la pila depende de varios factores, que incluyen la elección de la interconexión y el separador, la distribución del flujo del gas de proceso a ambos lados de la interconexión, el recubrimiento protector distribuido uniformemente sobre los materiales, las condiciones de funcionamiento (temperatura, densidad de corriente, tensión, etc.), el diseño de la celda y los materiales, y muchos otros factores.
Coste:
La contribución de los costes de las interconexiones (y los separadores) se puede reducir no usando materiales nobles, reduciendo el tiempo de producción de la interconexión y el separador, minimizando el número de componentes y minimizando la pérdida de material (la cantidad de material descartado durante el proceso de producción).
Dimensiones:
Las dimensiones globales de una pila de combustible se reducen cuando el diseño de la interconexión asegura una alta utilización del área activa de la celda. Deben reducirse las zonas muertas con un flujo reducido de gas de proceso, y deben minimizarse las zonas inactivas para el sellado de las superficies.
Tiempo de producción.
El tiempo de producción de la interconexión y el propio separador debería minimizarse, y el diseño de la interconexión también debería contribuir a un ensamblaje rápido de toda la pila. En general, por cada componente que el diseño de la interconexión hace innecesario, hay una ganancia en el tiempo de producción.
Tasa de fallos.
Los métodos y materiales de producción de la interconexión y del separador deberían permitir una baja tasa de fallos de interconexión (tal como orificios no deseados en la barrera de gas de la interconexión, un espesor o características irregulares del material). Además, la tasa de fallos de la pila de celdas ensamblada se puede reducir cuando el diseño de la interconexión reduce el número total de componentes a ensamblar y reduce la longitud y el número de superficies de sellado.
Número de componentes.
Aparte de minimizar los errores y el tiempo de montaje como ya se ha mencionado, una reducción del número de componentes conduce a un coste reducido.
La manera en que se distribuyen los flujos de gas del ánodo y del cátodo en una pila de SOC es con un colector común para cada uno de los dos gases de proceso. Los colectores pueden ser internos o externos. Los colectores suministran los gases de proceso a las capas individuales de la pila de SOC por medio de canales en cada capa. Los canales están situados normalmente en una capa de los elementos repetitivos que están comprendidos en la pila de SOC, es decir, en los separadores o en la interconexión.
Las interconexiones y los separadores que están hechos de chapa metálica, están hechos normalmente de dos piezas distintas de material de chapa, que se sellan entre sí en la pila de SOC. Esto requiere el sellado entre la interconexión y el separador, más la manipulación de los distintos componentes en la producción. Además, como las dos piezas de chapa distintas a menudo tienen las mismas dimensiones exteriores, se desperdicia mucho material cuando se retira la mayor parte del material central de la chapa separadora (por ejemplo, por estampación).
El documento WO 2019034855 describe una interconexión para una celda de combustible hecha de chapa metálica prensada. La interconexión integra entradas y salidas, zonas de entrada y salida de distribución de flujo, superficies de sellado y trayectorias de flujo a ambos lados de la interconexión, todas formadas y definidas por salientes puntuales discretos u oblongos producidos por la deformación de la chapa. Un saliente a un lado de la interconexión corresponde a una hendidura al otro lado, pero dado que la interconexión consiste en tres niveles, el primer lado de la interconexión puede diseñarse sustancialmente de manera independiente del segundo lado.
El documento EP 1298755 muestra interconexiones y separadores perimetrales para una pila de celdas de combustible que se proporcionan como elementos flexibles que pueden adaptarse a la falta de planaridad en los elementos de electrolito de una pila, y evitar de ese modo inducir tensiones torsionales en los elementos de electrolito. Las interconexiones son elementos de la chapa de aproximadamente 0,005 pulgadas de espesor, formados de una superaleación tal como Hastelloy, Haynes 230 o un acero inoxidable. Los separadores perimetrales comprenden una pluralidad de elementos separadores delgados laminados, y cada elemento separador delgado es un laminado de superaleación y un material "blando" tal como cobre, níquel o mica. Los elementos separadores pueden deslizarse uno sobre el otro; por lo tanto, los separadores perimetrales pueden ser físicamente gruesos, para formar los espacios para el flujo de gas dentro de la pila, mientras que también son flexibles en torsión.
El documento US6492053 describe una pila 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 el separador no están alineados entre sí y, por lo tanto, sus geometrías no podrían combinarse para lograr múltiples puntos de entrada. Además, puesto que las ranuras/pasos están en la superficie tanto de la interconexión como de los separadores, no es factible la formación de múltiples puntos de entrada.
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 el fluido uniformemente entre el área activa de la celda de combustible. El documento no describe una segunda capa ni canales similares dentro de ella.
El documento US2005016729 describe celda(s) de combustible cerámica(s) que está(n) soportada(s) en una placa de interconexión conductora del calor, y una pluralidad de placas forman un calentador conductor denominado pila. La conexión de una pluralidad de pilas forma una barra de celdas de combustible. Conectando una pluralidad de varillas de extremo a extremo, se forma una cadena de celdas de combustible. La longitud de la cadena puede ser de 305 m (1000 pies) o más, dimensionada para penetrar en una capa de recursos subterráneos, por ejemplo, de petróleo. Un precalentador lleva la cadena a una temperatura de funcionamiento superior a 700 °C, y después las celdas de combustible mantienen esa temperatura a través de una pluralidad de conductos que alimentan el combustible de las celdas de combustible y un oxidante, y que transfieren los gases de escape a la 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.
Ninguna de las técnicas conocidas descritas anteriormente proporciona una solución sencilla, eficiente y a prueba de fallos 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, barata, fácil de producir y manejar para una pila de SOC.
Estos y otros objetivos se consiguen mediante la invención como se describe a continuación.
Resumen de la invención
La invención consiste en producir un único componente (que combina las funcionalidades de la interconexión y el separador) con una chapa metálica plegando la parte de separador desde la chapa de CI sobre un lado de la chapa metálica. El plegado (o doblado) es un proceso de conservación de masa, por lo que no hay residuos. El radio de plegado depende del espesor de la chapa, cuando se pliega material de chapa delgada como en la presente invención, se puede obtener un radio de plegado muy pequeño.
Al plegar el separador de la chapa metálica de interconexión, se resuelven varios problemas:
- Reducción de las áreas de sellado en la pila y, por lo tanto, menos lugares donde se puede producir una fuga, a la vez que se ahorra una capa de sellado por conjunto de interconexión-separador.
- Reducción de los componentes a manipular en la producción.
- Como el separador está hecho de la misma chapa metálica que la interconexión, el espesor de la interconexión y el separador es el mismo, reduciendo así los problemas de tolerancia en el conjunto de la pila.
- Cuando los separadores están hechos de una chapa metálica distinta, el uso de material es mayor que el área de sellado normalmente situada en la periferia de la interconexión. La solución plegada ahorra material, ya que la parte plegada se incluye en la periferia de la interconexión, y el "interior" del separador se usa para la interconexión.
- El mismo material de la interconexión y el separador (y ningún material de sellado) produce el mismo coeficiente de expansión térmica.
- Como el separador es parte de la interconexión, se elimina la alineación de una pieza separadora distinta.
- El proceso de plegado es barato y ampliable a escala industrial.
Para producir la interconexión y el separador integrados, la geometría de la interconexión se amplía para incluir los separadores, que se pliegan a continuación sobre la parte superior de la interconexión. El proceso de plegado es simple y robusto, y se usa en varias industrias (por ejemplo, de latas metálicas).
El espesor del separador es el mismo que el espesor de la interconexión. Esto reduce las tolerancias cuando se monta la pila. No pueden lograrse las mismas tolerancias mediante otros procesos, es decir, se ahorra el grabado de un sello entre la interconexión y el separador. Como la interconexión y el separador se convierten en un componente, esto ahorra la manipulación de los componentes. Como los separadores se colocan normalmente en la periferia de la interconexión, el centro se corta y se desperdicia al usar una solución estándar. Cuando el separador es parte de la interconexión, el interior del separador no se desperdicia, reduciendo el desperdicio de material.
La invención según la reivindicación 1 es una pila de celdas de óxido sólido que comprende una pluralidad de unidades de celdas apiladas. Cada una de las unidades de celdas comprende una capa de celda, con el ánodo, el cátodo y el electrolito y una capa de interconexión. Las capas se apilan de manera alternada, de modo que una capa de interconexión separa una capa de celda de la capa de celda adyacente en la pila de celdas. La capa de interconexión comprende una interconexión y un separador integrados que están hechos de una pieza de placa con un espesor T, en lugar de tener un separador distinto como se conoce en la técnica. El separador se forma plegando al menos una parte de los bordes de la interconexión 180° un número N de veces para proporcionar un separador que cubre al menos una parte de los bordes de la interconexión. Debe entenderse que el plegado es de 180° con las tolerancias inherentes y comunes para el proceso de producción de plegado, que también pueden incluir algún grado de flexión hacia atrás. Además, debe entenderse que la pieza de placa que se va a plegar antes del plegado tiene dimensiones mayores que la interconexión y el separador integrados finales, donde el área excedente se va a plegar y formará el separador después del plegado. Después del plegado, el separador y la interconexión forman juntos un borde de al menos una parte de la interconexión y el separador integrados con un espesor igual o menor de (1 N) veces el espesor de la placa T. Debe entenderse que el espesor depende de las tolerancias del material y la producción, que pueden conducir a medidas ligeramente por encima y por debajo del espesor exacto igual o menor de (1 N) veces el espesor de la placa T, lo que está por lo tanto dentro del alcance de la reivindicación. Sin embargo, es una parte de la invención que el proceso de plegado pueda proporcionar también una precisión mayor que la conocida de las pilas comunes de celdas de óxido sólido, ya que se omite una junta entre el separador y la interconexión, y porque el proceso de plegado puede ir seguido de un prensado preciso que iguala el espesor de la interconexión y el separador integrados a tolerancias finas. Debe entenderse que el contacto entre las celdas por la interconexión y el separador integrados está asegurado tanto por los bordes plegados como por los puntos de contacto a través de la superficie de la interconexión y el separador integrados. Los puntos de contacto pueden proporcionarse mediante un elemento que permite el contacto proporcionado en el mismo lado de la interconexión que el plegado. El elemento que permite el contacto puede tener la forma de una red, mediante puntos de contacto presionados o cualquier otra técnica conocida.
En una realización particular de la invención, al menos parte de los bordes de la interconexión se pliega 180° una vez, lo que proporciona una interconexión y un separador con un espesor igual o menor de 2 veces el espesor de la placa T.
Cuando se pliegan, 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 los gases de proceso a la pila, 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 denomina colector interno. Los bordes que se van a plegar pueden formarse y tener espacios que permiten que el gas de proceso fluya hacia la pila, y la trayectoria del flujo puede orientarse por la forma de los bordes que forman un distribuidor del flujo. Los bordes se pueden formar, por ejemplo, como espigas, cuñas o cualquier otra forma adaptada para permitir el proceso y el guiado del fluido. Esto puede usarse tanto para la distribución interna como para la distribución externa, tal como se conoce en la técnica.
Además, el separador puede estar formado al menos parcialmente por un borde contiguo hermético a los fluidos. El borde hermético a los fluidos puede estar adaptado para formar un sello hermético a los fluidos hacia un colector externo o alrededor de un colector interno. Aparte del propio pliegue, el separador puede conectarse además a la interconexión mediante unión por difusión (en donde los átomos de dos superficies metálicas sólidas se dispersan entre sí a lo largo del 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, la curvatura se facilita y se guía mediante ranuras a un lado, al otro, o a ambos lados de la interconexión en al menos una parte de las líneas de plegado. Pueden estar presentes ranuras al menos a un lado de la interconexión para formar campos de flujo para el fluido de proceso. Dichas ranuras pueden formarse, por ejemplo, mediante grabado.
En una realización particular de la invención, la pila es una pila de celdas de electrólisis de óxido sólido con temperaturas de funcionamiento como se mencionó anteriormente. En una realización adicional de la invención, la pila es una pila de celdas de combustible de óxido sólido. La chapa metálica utilizada para fabricar la interconexión y el separador integrados puede ser de acero austenítico, acero ferrítico o cualquier aleación más adecuada para la pila.
En una realización de la invención, la pila de celdas de óxido sólido descrita anteriormente se fabrica mediante etapas que comprenden proporcionar una pieza de placa con el espesor T y un área mayor que el área de la capa de interconexión. Al menos una parte del borde de la placa se pliega 180° un número N de veces para formar el separador. El separador y la interconexión forman juntos un borde de al menos una parte de la interconexión y el separador integrados de esta pieza de placa, con un espesor igual o menor de (1 N) veces el espesor de la placa T.
En una realización específica, la placa se pliega una vez, por lo tanto, el separador y la interconexión forman juntos un borde de al menos una parte de la interconexión y el separador integrados con un espesor igual o menor que dos veces el espesor T de la placa. Una etapa adicional puede implicar una calibración del espesor de la interconexión y el separador integrados, que puede minimizar las tolerancias incluso más allá de las tolerancias (dobles) de la propia placa. Esto se hace prensando la interconexión y el separador integrados hasta un tope predefinido, que se establece por debajo de las (1 N) veces T. La fuerza de prensado se ajusta a un valor más alto que la fuerza de deformación plástica (distorsión permanente que se produce cuando un material se somete, por ejemplo, a tensiones de compresión que superan su límite elástico y provocan, por ejemplo, que se comprima) de la interconexión y el separador integrados.
Características de la invención
1. Una pila de celdas de óxido sólido que comprende una pluralidad de unidades de celdas apiladas, cada unidad de celda comprende una capa de celda y una capa de interconexión, una capa de interconexión separa una capa de celda de la capa de celda adyacente en la pila de celdas, en donde la capa de interconexión comprende una interconexión y un separador integrados hechos de una pieza de placa con el espesor T, el separador está formado por al menos una parte de los bordes de la interconexión que está plegada 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 forman juntos un borde de al menos una parte de la interconexión y el separador integrados con un espesor igual o menor que (1 N) veces el espesor de la placa T.
2. Una pila de celdas de óxido sólido según la característica 1, en donde al menos parte de los bordes de la interconexión se pliega 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 el separador integrados con un espesor igual o menor de 2 veces el espesor de la placa T.
3. Una pila de celdas de óxido sólido según cualquiera de las características anteriores, en donde el separador de la interconexión y el separador integrados forma además al menos un distribuidor de flujo para el colector.
4. Una pila de celdas de óxido sólido según cualquiera de las características anteriores, en donde el separador de la interconexión y el separador integrados forma además al menos un distribuidor de flujo adaptado para el colector externo.
5. Una pila de celdas de óxido sólido según cualquiera de las características anteriores, en donde el separador de la interconexión y el separador integrados forma además al menos un distribuidor de flujo adaptado para el colector interno.
6. Una pila de celdas de óxido sólido según cualquiera de las características anteriores, en donde el separador de la interconexión y el separador integrados está formado al menos parcialmente por espigas.
7. Una pila de celdas de óxido sólido según cualquiera de las características anteriores, en donde el separador de la interconexión y el separador integrados está formado al menos parcialmente por espigas formadas como cuñas que son guías de flujo para un flujo del fluido de proceso.
8. Una pila de celdas de óxido sólido según cualquiera de las características anteriores, en donde el separador de la interconexión y el separador integrados está formado al menos parcialmente por un borde contiguo hermético a los fluidos.
9. Una pila de celdas de óxido sólido según cualquiera de las características anteriores, en donde el separador de la interconexión y el separador integrados está formado al menos parcialmente por un borde contiguo hermético a los fluidos adaptado para formar un sello hermético a los fluidos hacia un colector externo.
10. Una pila de celdas de óxido sólido según cualquiera de las características anteriores, en donde el separador de la interconexión y el separador integrados está formado al menos parcialmente por un borde contiguo hermético a los fluidos adaptado para formar un sello hermético a los fluidos alrededor de un colector interno.
11. Una pila de celdas de óxido sólido según cualquiera de las características anteriores, en donde el separador está conectado a la interconexión no solo por la parte plegada, sino también en al menos un borde adicional o en la superficie del separador orientada hacia la interconexión.
12. Una pila de celdas de óxido sólido según cualquiera de las características anteriores, en donde el separador está conectado a la interconexión mediante unión por difusión en al menos una parte de la superficie del separador orientada hacia la interconexión.
13. Una pila de celdas de óxido sólido según cualquiera de las características anteriores, en donde el separador está conectado a la interconexión mediante soldadura en al menos una parte de la superficie del separador orientada hacia la interconexión.
14. Una pila de celdas de óxido sólido según cualquiera de las características anteriores, en donde la interconexión tiene ranuras en al menos un lado adaptadas para facilitar y guiar dicho plegado de 180°.
15. Una pila de celdas de óxido sólido según cualquiera de las características anteriores, en donde la interconexión tiene ranuras en al menos un lado adaptadas para formar campos de flujo para el fluido de proceso.
16. Una pila de celdas de óxido sólido según cualquiera de las características anteriores, en donde la interconexión tiene ranuras formadas mediante grabado en al menos un lado para formar campos de flujo para el fluido de proceso.
17. Una pila de celdas de óxido sólido según cualquiera de las características anteriores, en donde la pila de celdas de óxido sólido es una pila de celdas de electrólisis de óxido sólido.
18. Un método para fabricar una pila de celdas de óxido sólido según cualquiera de las características anteriores, que comprende una pluralidad de unidades de celdas apiladas, cada unidad de celdas comprende una capa de celda y una capa de interconexión, una capa de interconexión separa una capa de celda de la capa de celda adyacente en la pila 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 espesor T y un área mayor que el área de la capa de interconexión, • plegar al menos una parte del borde de dicha placa 180° un número N de veces para formar dicho separador, de modo que dicho separador e interconexión forman juntos un borde de al menos una parte de la interconexión y el separador integrados con un espesor igual o menor de (1 N) veces el espesor de la placa T.
19. Un método según la característica 18, en donde al menos una parte del borde de dicha placa se pliega una vez, de modo que dicho separador e interconexión forman juntos un borde de al menos una parte de la interconexión y el separador integrados con un espesor igual o menor de dos veces el espesor T de la placa.
20. Un método para fabricar una pila 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 mayor que la fuerza de deformación plástica en la interconexión y el separador integrados para garantizar un espesor uniforme del borde de la interconexión y el separador integrados.
21. Un método para fabricar una pila 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 un espesor uniforme del borde de la interconexión y el separador integrados que es menor de (1 N) veces el espesor T. 22. Un método para fabricar una pila de celdas de óxido sólido según cualquiera de las características 18-21, que comprende además la etapa anterior de:
• proporcionar ranuras en al menos un lado de dicha placa adaptadas para facilitar y guiar dicho plegado de 180°.
23. Un método para fabricar una pila de celdas de óxido sólido según la característica 22, en donde dichas ranuras se forman mediante grabado.
24. Un método para fabricar una pila 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 el separador integrados, antes o después del plegado, para formar campos de flujo para el fluido de proceso.
25. Un método para fabricar una pila 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 orientada hacia la interconexión.
26. Un método para fabricar una pila 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 orientada 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 el separador integrados de la Fig. 1, pero con la parte del separador (excedente) de la interconexión ahora plegada encima de la interconexión.
La Fig. 3 muestra una vista inferior isométrica de la interconexión y el separador integrados de la Fig. 2.
La Fig. 4 muestra una vista superior isométrica ampliada de la parte central de la interconexión y el separador integrados de la Fig. 2.
Números de las posiciones.
1. Interconexión y separador integrados
2. Separador
3. Distribuidor de flujo adaptado para el colector externo
4. Distribuidor de flujo adaptado para el colector interno
5. Espigas
6. Borde contiguo hermético a los fluidos
Descripción detallada
La Fig. 1 muestra una interconexión y separador integrados 01 para una pila de celdas de óxido sólido (no mostrada). 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, y, por tanto, los separadores aún no se han formado. La forma de la interconexión y el separador integrados con seis bordes se elige solamente como ejemplo. Como puede verse, una parte del separador tiene la 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 Figura 1 se ha plegado 180° sobre el lado superior de la interconexión para formar los separadores alrededor de tres bordes de la interconexión, así como alrededor de dos orificios pasantes cortados en la interconexión. A lo largo de los tres bordes, así como alrededor del orificio pasante central de la interconexión, los separadores están formados 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 formados por las espigas forman distribuidores de flujo adaptados para el colector externo 03; mientras que alrededor del orificio pasante central de la interconexión, los separadores formados por las espigas forman un distribuidor de flujo adaptado para el colector interno 04. Debe entenderse que los separadores adaptados para el colector pueden formarse con diferentes formas para controlar y dirigir el flujo del gas producido hacia, a lo largo y desde la interconexión. Un separador de la Fig. 2 está formado con un borde contiguo hermético a los fluidos 06, que cuando está plegado forma un borde alrededor del orificio pasante en la periferia de la interconexión, que sirve de ese modo como canal para el gas producido internamente en la pila. La Fig. 3 muestra la misma interconexión y separador integrados plegados como se observa en la Fig. 2, solo que desde el lado opuesto (inferior) de la interconexión.
Las espigas plegadas que actúan como distribuidor de flujo adaptado para el colector interno alrededor del orificio pasante central de la interconexión se observan con más detalle en la Fig. 4. Debe entenderse que, en una realización (no mostrada), el guiado de las espigas plegadas y las tolerancias pueden mejorarse mediante ranuras en la sección de plegado de las espigas a un lado, al otro lado o a ambos lados de la chapa. Además, debe entenderse que los separadores plegados pueden tener cualquier otra forma distinta de las espigas, tales como bordes completos o cuñas.

Claims (26)

REIVINDICACIONES
1. Una pila de celdas de óxido sólido que comprende una pluralidad de unidades de celdas apiladas, cada unidad de celdas comprende una capa de celda y una capa de interconexión, una capa de interconexión separa una capa de celda de la capa de celda adyacente en la pila de celdas, en donde la capa de interconexión comprende una interconexión y un separador integrados 1 hechos de una pieza de placa con el espesor T, el separador 2 está formado por al menos una parte de los bordes de la interconexión que se pliega 180° un número N de veces para proporcionar un separador que cubre al menos una parte de los bordes de la interconexión, por lo que dicho separador e interconexión forman juntos un borde de al menos una parte de la interconexión y el separador integrados con un espesor igual o menor de (1 N) veces el espesor de la placa T.
2. Una pila de celdas de óxido sólido según la reivindicación 1, en donde al menos parte de los bordes de la interconexión se pliega 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 el separador integrados con un espesor igual o menor de 2 veces el espesor de la placa T.
3. Una pila de celdas de óxido sólido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el separador de la interconexión y el separador integrados forma además al menos un distribuidor de flujo para el colector.
4. Una pila de celdas de óxido sólido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el separador de la interconexión y el separador integrados forma además al menos un distribuidor de flujo adaptado para el colector externo 3.
5. Una pila de celdas de óxido sólido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el separador de la interconexión y el separador integrados forma además al menos un distribuidor de flujo adaptado para el colector interno 4.
6. Una pila de celdas de óxido sólido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el separador de la interconexión y el separador integrados está formado al menos parcialmente por espigas 5.
7. Una pila de celdas de óxido sólido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el separador de la interconexión y el separador integrados está formado al menos parcialmente por espigas formadas como cuñas que son guías de flujo para un flujo del fluido de proceso.
8. Una pila de celdas de óxido sólido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el separador de la interconexión y el separador integrados está formado al menos parcialmente por un borde 6 hermético a los fluidos contiguo.
9. Una pila de celdas de óxido sólido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el separador de la interconexión y el separador integrados está formado al menos parcialmente por un borde contiguo hermético a los fluidos adaptado para formar un sello hermético a los fluidos hacia un colector externo.
10. Una pila de celdas de óxido sólido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el separador de la interconexión y el separador integrados está formado al menos parcialmente por un borde contiguo hermético a los fluidos adaptado para formar un sello hermético a los fluidos alrededor de un colector interno.
11. Una pila de celdas de óxido sólido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el separador está conectado a la interconexión no solo por la parte plegada, sino también en al menos un borde adicional o en la superficie del separador orientada hacia la interconexión.
12. Una pila de celdas de óxido sólido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el separador está conectado a la interconexión mediante unión por difusión en al menos una parte de la superficie del separador orientada hacia la interconexión.
13. Una pila de celdas de óxido sólido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el separador está conectado a la interconexión mediante soldadura en al menos una parte de la superficie del separador orientada hacia la interconexión.
14. Una pila de celdas de óxido sólido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la interconexión tiene ranuras en al menos un lado adaptadas para facilitar y guiar dicho plegado de 180°.
15. Una pila de celdas de óxido sólido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la interconexión tiene ranuras en al menos un lado adaptadas para formar campos de flujo para el fluido de proceso.
16. Una pila de celdas de óxido sólido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la interconexión tiene ranuras formadas mediante grabado en al menos un lado para formar campos de flujo para el fluido de proceso.
17. Una pila de celdas de óxido sólido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la pila de celdas de óxido sólido es una pila de celdas de electrólisis de óxido sólido.
18. Un método para fabricar una pila 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 celda y una capa de interconexión, una capa de interconexión separa una capa de celda de la capa de celda adyacente en la pila 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 espesor T y un área mayor que el área de la capa de interconexión, • plegar al menos una parte del borde de dicha placa 180° un número N de veces para formar dicho separador, de modo que dicho separador e interconexión forman juntos un borde de al menos una parte de la interconexión y el separador integrados con un espesor igual o menor de (1 N) veces el espesor de la placa T.
19. Un método según la reivindicación 18, en donde al menos parte del borde de dicha placa se pliega una vez, de modo que dicho separador e interconexión forman juntos un borde de al menos una parte de la interconexión y el separador integrados con un espesor igual o menor de dos veces el espesor T de la placa.
20. Un método para fabricar una pila 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 mayor que la fuerza de deformación plástica en la interconexión y el separador integrados para garantizar un espesor uniforme del borde de la interconexión y el separador integrados.
21. Un método para fabricar una pila 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 un espesor uniforme del borde de la interconexión y el separador integrados que es menor de (1 N) veces el espesor T.
22. Un método para fabricar una pila de celdas de óxido sólido según cualquiera de las reivindicaciones 18-21, que comprende además la etapa anterior de:
• proporcionar ranuras en al menos un lado de dicha placa adaptadas para facilitar y guiar dicho plegado de 180°.
23. Un método para fabricar una pila de celdas de óxido sólido según la reivindicación 22, en donde dichas ranuras se forman mediante grabado.
24. Un método para fabricar una pila 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 el separador integrados, antes o después del plegado, para formar campos de flujo para el fluido de proceso.
25. Un método para fabricar una pila 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 orientada hacia la interconexión.
26. Un método para fabricar una pila 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 orientada hacia la interconexión.
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