BR102015019989A2

BR102015019989A2 - reagent delivery plates with coiled spiral and fractal coils

Info

Publication number: BR102015019989A2
Application number: BR102015019989A
Authority: BR
Inventors: Calderan Benetti Gabriel; Madalena De Camargo Forte Maria; Martins Belchor Pablo
Original assignee: Calderan Benetti Gabriel; Madalena De Camargo Forte Maria; Martins Belchor Pablo
Priority date: 2015-08-19
Filing date: 2015-08-19
Publication date: 2017-02-21

Abstract

resumo “placas de distribuição de reagentes com serpentinas em espiral e fractais agrupados”. a presente invenção trata de uma nova disposição de placa de canais de fluxo que pode ser usada no ânodo ( 4 ) e no cátodo ( 5 ), uma placa de distribuição de reagentes com serpentinas em espiral e fractais agrupados. a estrutura fractal na placa permite a repetição de subsistemas similares de distribuição de reagentes e otimiza os resultados de produção de energia várias vezes dentro de um mesmo sistema.summary “reagent delivery plates with coiled spiral and clustered fractals”. The present invention is directed to a new flow channel plate arrangement which may be used in anode (4) and cathode (5), a reagent delivery plate with grouped spiral and fractal coils. The fractal structure on the plate allows the repetition of similar reagent distribution subsystems and optimizes energy production results several times within the same system.

Description

“PLACAS DE DISTRIBUIÇÃO DE REAGENTES COM SERPENTINAS EM ESPIRAL E FRACTAIS AGRUPADOS”.“REAGENT DISTRIBUTION PLATES WITH GROUNDED SPIRAL AND FRACTAL SNAKES”.

[001] A presente invenção refere-se a placas de distribuição de reagentes inseridas em um sistema de células a combustível com membrana trocadora de prótons apresentando uma nova disposição que se mostra satisfatória na diminuição da queda de pressão de reagentes durante o funcionamento de uma célula a combustível. Estas placas podem ser usadas no lado do ânodo (4 ) e do lado do cátodo ( 5 ).[001] The present invention relates to reagent delivery plates inserted into a proton-changing membrane fuel cell system having a novel arrangement that is shown to be satisfactory in decreasing reagent pressure drop during cell operation. the fuel. These plates can be used on the anode side (4) and cathode side (5).

[002] Uma célula a combustível é um dispositivo eletroquímico com a finalidade de geração de eletricidade para acionamento de automóveis, equipamentos e dispositivos eletrônicos. Para que uma célula a combustível funcione efetivamente, é necessária a manutenção de um nível adequado de pressão dentro dos canais de distribuição no ânodo ( 4 ) e no cátodo ( 5 ). Um dos problemas que ocorre nas células a combustível é a perda dessa pressão, e a consequente perda de eficiência na conversão do combustível em energia.[002] A fuel cell is an electrochemical device for the purpose of generating electricity for driving cars, equipment and electronic devices. For a fuel cell to function effectively, an adequate pressure level must be maintained within the distribution channels at the anode (4) and cathode (5). One of the problems that occurs in fuel cells is the loss of this pressure, and the consequent loss of efficiency in converting fuel into energy.

[003] Células a combustível são consideradas dispositivos eletroquímicos complexos onde, para atingir o máximo possível de eficiência é envolvido um conjunto de diferentes fatores, como alta taxa de ionização de hidrogênio molecular ( 1 ) a íons hidrogênio no ânodo ( 4 ) e a recombinação dos prótons, elétrons e oxigênio ( 3 ) no cátodo ( 5 ). Estas células são equipamentos produtores de energia sem combustão, usadas para uma ampla variedade de aplicações devido a sua alta eficiência, portabilidade e baixas emissões, tomando-se atrativas como fonte de energia móvel ou fixa.[003] Fuel cells are considered complex electrochemical devices where, to achieve maximum efficiency, a range of different factors are involved, such as high molecular hydrogen ionization rate (1) to anode hydrogen ions (4) and recombination. protons, electrons and oxygen (3) at the cathode (5). These cells are non-combustion energy producing equipment used for a wide variety of applications due to their high efficiency, portability and low emissions, making them attractive as a mobile or fixed power source.

[004] A reação total de uma célula a combustível com membrana trocadora de prótons pode ser resumida em uma reação química entre hidrogênio ( 1 ) e oxigênio ( 3 ), produzindo eletricidade, água e calor. No ânodo ( 4 ) os átomos de hidrogênio ( 1 ) são oxidados e no cátodo ( 5 ), o oxigênio ( 3 ) é reduzido.[004] The total reaction of a proton-changing membrane fuel cell can be summarized in a chemical reaction between hydrogen (1) and oxygen (3), producing electricity, water and heat. At anode (4) hydrogen atoms (1) are oxidized and at cathode (5) oxygen (3) is reduced.

[005] Os prótons gerados no ânodo ( 4 ) são transportados até o cátodo através da MEA ( 2 ) e os elétrons gerados são conduzidos do ânodo ( 4 ) ao cátodo ( 5 ) através de um meio externo ( 7 e 8 ) que interliga os eletrodos. MEA é a abreviatura de Membrane Eletrode Assembly, correspondente ao conjunto membrana eletrodos na forma de sanduíche, eletrodo cátodo-mambrana-eletrodo ânodo, configurando uma membrana polimérica derivada do politetrafluoretileno ou teflon, usada como eletrólito na célula a combustível em conjunto com dois eletrodos a base de platina.The protons generated at the anode (4) are transported to the cathode through the MEA (2) and the generated electrons are conducted from the anode (4) to the cathode (5) via an external medium (7 and 8) that interconnects. the electrodes. MEA is the abbreviation for Membrane Electrode Assembly, corresponding to the sandwich-shaped electrode-membrane, cathode-mambranode-anode electrode assembly, configuring a polymeric membrane derived from polytetrafluoroethylene or Teflon, which is used as a fuel cell electrolyte in conjunction with two electrodes. Platinum base.

[006] Uma placa de canal de fluxo ( 4 e 5 ) é um dos componentes mais importantes dentro de um sistema de células a combustível. Células a combustível são dispositivos eletroquímicos onde, através de uma reação de oxirredução entre um redutor e um oxidante, tem-se produção de energia e geração de vapor de água como resíduo. Quando usados hidrogênio puro como redutor, o único resíduo gerado é vapor de água e ao usar álcool etanol ou metanol como redutor, existe a possibilidade de geração de pequena quantidade de dióxido de carbono.A flow channel plate (4 and 5) is one of the most important components within a fuel cell system. Fuel cells are electrochemical devices where, through an oxeduction reaction between a reducer and an oxidant, there is energy production and water vapor generation as waste. When pure hydrogen is used as a reducing agent, the only residue generated is water vapor and when using ethanol or methanol as a reducing agent, there is the possibility of generating a small amount of carbon dioxide.

[007] A presente patente de invenção busca melhorar os níveis de pressão dentro dos canais de distribuição no ânodo (4 ) e no cátodo ( 5 ) através de seu design com serpentinas em espiral e fractais agrupados.[007] The present invention seeks to improve pressure levels within the distribution channels at anode (4) and cathode (5) through its design with spiral coils and grouped fractals.

[008] Os desenhos anexos mostram as placas de distribuição de reagentes com serpentinas em espiral e fractais agrupados, objeto da presente patente, nos quais: [009] O desenho sob n° 1/5, na fig. 1, mostra uma célula a combustível com membrana trocadora de prótons na forma esquemática.The accompanying drawings show the grouped spiral and fractal coil reagent delivery plates of the present invention in which: The drawing under No. 1/5 in FIG. 1 shows a fuel cell with proton exchange membrane in schematic form.

[010] O desenho sob n° 2/5, na fig. 2, mostra uma célula a combustível com membrana trocadora de prótons em vista superior.[010] The drawing under No. 2/5 in fig. 2 shows a proton exchanger membrane fuel cell in top view.

[011] O desenho sob n° 3/5, na fig. 3, mostra o ânodo (4 ) de uma célula a combustível com membrana trocadora de prótons com estrutura de serpentinas em espiral e fractais agrupados ( 6 ).[011] The drawing under No. 3/5 in fig. 3 shows the anode (4) of a proton exchanger membrane fuel cell with spiral coil structure and clustered fractals (6).

[012] O desenho sob n° 4/5, na fig. 4, mostra de maneira aproximada uma parte ampliada do design de serpentinas em espiral e fractais ( 6 ) agrupados localizada dentro da estrutura principal do design de canal de fluxo.[012] The drawing under No. 4/5 in fig. 4, roughly shows an enlarged portion of the grouped spiral and fractal coils design (6) located within the main structure of the flow channel design.

[013] O desenho sob n° 5/5, na fig. 5, mostra uma célula a combustível com membrana trocadora de prótons em perspectiva.[013] The drawing under No. 5/5 in fig. 5 shows a proton-membrane membrane fuel cell in perspective.

[014] De acordo com as figuras acima relacionadas no ânodo ( 4 ), o combustível entra através da entrada ( 1 ), em contato com a MEA ( 2 ), sofre a perda de um elétron, que segue em direção ao caminho ( 7 ) para alimentar o equipamento ( 8 ), o próton resultante atravessa a MEA ( 2 ), chegando ao cátodo ( 5 ), enquanto isso, o elétron que passou por um circuito externo ( 8 ), é aproveitado na forma de energia elétrica e posteriormente também chega ao cátodo ( 5 ). No cátodo ( 5 ), o oxigênio, o próton do hidrogênio e o elétron do hidrogênio se encontram, formando vapor de água.[014] According to the above related figures on anode (4), fuel enters through inlet (1), in contact with MEA (2), suffers the loss of an electron, which goes towards the path (7). ) to power the equipment (8), the resulting proton crosses the MEA (2), reaching the cathode (5), while the electron that has passed through an external circuit (8) is harnessed as electrical energy and subsequently it also reaches the cathode (5). At cathode (5), oxygen, hydrogen proton and hydrogen electron meet, forming water vapor.

[015] Ainda no ânodo ( 4 ), a parte do hidrogênio que não entra em contato com a MEA ( 2 ) não perde elétrons e não passa através da MEA ( 2 ), indo em direção à saída ( 9 ). No cátodo ( 5 ), teremos um comportamento semelhante, com uma entrada ( 3 ) no canal para o oxigênio e uma saída para o oxigênio excedente juntamente com a água formada pela reação.[015] Still at anode (4), the part of hydrogen that does not contact MEA (2) does not lose electrons and does not pass through MEA (2), heading towards the outlet (9). At cathode (5), we will have a similar behavior, with an inlet (3) in the oxygen channel and an outlet for surplus oxygen along with the water formed by the reaction.

REIVINDICAÇÃOCLAIM

Claims

1.

- “REAGENT DISTRIBUTION PLATES WITH GROUNDED SPIRAL AND FRACTAL SNAPS”, considering that a fuel cell is composed of an anode plate (4), an MEA (2) and a cathode plate (5), being the anode (4 ) and the cathode (5) composed of channels for the transport of reagents and reaction, characterized by; reagent delivery plates with grouped spiral and fractal coils that can be used at cathode (5) and anode (4).