BR112021010603A2

BR112021010603A2 - Caixa de montagem em rack para um dispositivo emissor de calor

Info

Publication number: BR112021010603A2
Application number: BR112021010603-0A
Authority: BR
Inventors: Sumon Bishwas
Original assignee: Hymeth Aps
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2019-09-23
Publication date: 2021-08-24
Also published as: US20220056598A1; WO2020126135A1; SG11202105947VA; JP7473552B2; JP2022513998A; EP3899098A1; CN113195789A; AU2019408844A1; KR20210104136A; MA54494A; EP3670704A1; CA3123939A1

Abstract

CAIXA DE MONTAGEM EM RACK PARA UM DISPOSITIVO EMISSOR DE CALOR. A presente invenção refere-se a uma caixa de montagem em rack (1'') para um dispositivo emissor de calor, sendo que a caixa de montagem em rack (1'') compreende: um invólucro (3') que forma uma câmara de dispositivo emissor de calor, e uma estrutura de contenção de dispositivo emissor de calor (77) disposta na câmara de dispositivo emissor de calor e configurada para suportar um dispositivo emissor de calor, uma entrada de ar frio (71) disposta verticalmente abaixo da estrutura de contenção de dispositivo emissor de calor (77), configurada para permitir que o ar frio flua para a câmara de dispositivo emissor de calor, a estrutura de contenção de dispositivo emissor de calor (77) sendo configurada para permitir que o ar frio flua verticalmente pela estrutura de contenção de dispositivo emissor de calor (77), sendo que o invólucro (3') tem uma parede (3d') provida com uma saída de ar quente (73) disposta verticalmente acima da estrutura de contenção de dispositivo emissor de calor (77) para permitir que o ar aquecido introduzido na câmara de dispositivo emissor de calor como ar frio através da entrada de ar frio (71) saia da câmara de dispositivo emissor de calor de calor, sendo que o invólucro (3') tem uma estrutura de teto (79) que se estende para dentro da câmara de dispositivo emissor de calor, a estrutura de teto (79) sendo configurada para direcionar o ar aquecido na câmara de dispositivo emissor de calor para a saída de ar quente (73).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "CAIXA

DE MONTAGEM EM RACK PARA UM DISPOSITIVO EMISSOR DE CALOR". CAMPO DA TÉCNICA

[001] A presente invenção refere-se ao resfriamento de dispositi- vos emissores de calor, tais como os eletrolisadores de alta pressão.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] A eletrólise da água é um processo no qual as moléculas de água são decompostas, formando gás hidrogênio e gás oxigênio. Este processo ocorre como resultado de uma corrente elétrica que flui entre dois eletrodos submersos na água.

[003] Para certas aplicações, pode ser desejável comprimir o gás hidrogênio e o gás oxigênio gerados no processo de eletrólise. Tradi- cionalmente, essa compressão de gás é feita assim que o gás é des- carregado do sistema eletrolisador.

[004] Mais recentemente, foi proposto realizar a compressão de gás já durante a eletrólise. Um exemplo de um sistema eletrolisador de alta pressão é apresentado na Patente dos Estados Unidos N. 20050072688 A1. O sistema inclui uma bomba para bombear água para as células eletrolíticas, uma válvula de retenção que evita um flu- xo de água de volta para a bomba, e uma pilha eletrolisadora compre- endendo as células eletrolíticas.

[005] Devido à alta pressão no eletrolisador, haverá o desenvol- vimento de um calor adicional dentro do eletrolisador. A resistividade elétrica é, portanto, aumentada, resultando em uma perda de eficiên- cia do eletrolisador.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[006] Em algumas aplicações, pode ser desejável a montagem de um eletrolisador em rack. Um eletrolisador montado em rack pode precisar cumprir certas dimensões padrão. Por exemplo, o eletrolisa-

dor pode precisar ter uma dimensão de largura que se encaixe em um rack padrão de 19 polegadas. Este pequeno tamanho pode apresentar desafios com o resfriamento do eletrolisador.

[007] Em vista do acima exposto, um objetivo geral da presente invenção é prover uma caixa de montagem em rack para um dispositi- vo emissor de calor que soluciona ou pelo menos mitiga os problemas da técnica precedente.

[008] É, portanto, de acordo com um primeiro aspecto da presen- te invenção, provida uma caixa de montagem em rack para um dispo- sitivo emissor de calor, cuja caixa de montagem em rack compreende: um invólucro que forma uma câmara de dispositivo emissor de calor, e uma estrutura de contenção de dispositivo emissor de calor disposta na câmara de dispositivo emissor de calor e configurada de modo a suportar um dispositivo emissor de calor, uma entrada de ar frio dis- posta verticalmente abaixo da estrutura de contenção de dispositivo emissor de calor configurada de modo a permitir que um ar frio flua para a câmara de dispositivo emissor de calor, uma bandeja que é configurada de modo a permitir que o ar frio flua verticalmente pela estrutura de contenção de dispositivo emissor de calor, sendo que o invólucro tem uma parede provida com uma saída de ar quente dis- posta verticalmente acima da estrutura de contenção de dispositivo emissor de calor a fim de permitir que o ar aquecido introduzido na câmara de dispositivo emissor de calor como ar frio através da entrada de ar frio saia da câmara de dispositivo emissor de calor, sendo que o invólucro tem uma estrutura de teto que se estende para dentro da câmara de emissão de calor, a estrutura de teto sendo configurada de modo a direcionar o ar aquecido na câmara de dispositivo emissor de calor para a saída de ar quente.

[009] O ar ambiente é, portanto, usado para resfriar as superfí- cies externas do dispositivo emissor de calor disposto dentro do invó-

lucro da caixa de montagem em rack. Em função da circulação contí- nua de ar frio através do invólucro, nenhum resfriamento feito com mo- tores, tais como ventiladores, será necessário. O resfriamento poderá, portanto, consumir menos energia e ser menos barulhento. Além dis- so, a caixa de montagem em rack poderá ser mais compacta e mais fácil de manter, uma vez que os ventiladores retiram poeira e uma cai- xa provida com ventiladores exigiria limpeza e seria mais econômica.

[0010] O dispositivo emissor de calor pode ser, por exemplo, uma pilha eletrolisadora de alta pressão, uma unidade de fonte de alimen- tação para uma pilha eletrolisadora de alta pressão, ou uma bomba.

[0011] De acordo com uma modalidade, a estrutura de teto é em forma de pirâmide, em forma de V, ou tem a forma de um triângulo re- tângulo.

[0012] De acordo com uma modalidade, a estrutura de teto tem uma superfície inclinada configurada de modo a direcionar um ar aquecido para a saída de ar quente.

[0013] A estrutura de teto em forma de pirâmide, a estrutura de teto em forma de V, ou a estrutura de teto em forma de triângulo re- tângulo, portanto, têm uma superfície inclinada que é configurada de modo a direcionar um ar aquecido para a saída de ar quente. A super- fície inclinada poderá ser inclinada com relação a um plano horizontal definido pela estrutura de contenção de dispositivo emissor de calor ou a um plano definido por um teto plano externo do invólucro.

[0014] A estrutura de contenção de dispositivo emissor de calor pode compreender uma bandeja e um conjunto de trilho que suporta a bandeja. A bandeja pode ser configurada de modo a deslizar ao longo do conjunto de trilho de tal modo que a bandeja possa deslizar para fora do invólucro.

[0015] A caixa de montagem em rack pode incluir suportes. O con- junto de trilho pode ser provido com uma roda de suporte para supor-

tar o conjunto de trilho quando a bandeja é deslizada para fora do in- vólucro. A roda de suporte pode ser disposta centralmente ao longo de um plano mediano com relação aos lados ou paredes laterais da caixa de montagem em rack.

[0016] De maneira alternativa, a estrutura de contenção de dispo- sitivo emissor de calor pode compreender um conjunto de trilho sobre o qual o dispositivo emissor de calor pode ser diretamente colocado. Neste caso, o conjunto de trilho atuará como um suporte ou bandeja para o dispositivo emissor de calor.

[0017] De acordo com uma modalidade, a estrutura de teto é em forma de pirâmide, sendo que várias paredes não paralelas do invólu- cro são providas com uma saída de ar quente, e a estrutura de teto em forma de pirâmide sendo configurada de modo a direcionar o ar aque- cido para as saídas de ar quente.

[0018] De acordo com uma modalidade, apenas uma parede do invólucro é provida com uma saída de ar quente, sendo que a estrutu- ra de teto tem a forma de um triângulo retângulo com sua superfície inclinada na forma de uma superfície da hipotenusa de frente para a saída de ar quente.

[0019] De acordo com uma modalidade, a entrada de ar frio é dis- posta em um lado inferior do invólucro ou é provida em uma parede do invólucro.

[0020] De acordo com uma modalidade, a entrada de ar frio é pro- vida na parede, e a parede é uma parede frontal, uma parede traseira, ou uma parede lateral.

[0021] De acordo com uma modalidade, a entrada de ar frio e a saída de ar quente são providas nas paredes opostas do invólucro.

[0022] De acordo com uma modalidade, o invólucro é feito de um material isolante térmico. Assim, o ar aquecido não aquecerá o invólu- cro em si, ao invés disso, simplesmente sairá através da saída de ar quente.

[0023] De acordo com uma modalidade, o material de isolamento térmico compreende um polímero ou madeira.

[0024] De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, é provido um conjunto de caixa de montagem em rack que compreen- de uma primeira caixa de montagem em rack e uma segunda caixa de montagem em rack de acordo com o primeiro aspecto disposta lado a lado, sendo que cada qual dentre a primeira e a segunda caixa de montagem em rack tem uma parede frontal, uma parede traseira, e apenas uma parede lateral, sendo que a câmara de dispositivo emis- sor de calor da primeira caixa de montagem em rack e a câmara de dispositivo emissor de calor da segunda caixa de montagem em rack são abertas uma em direção à outra para, desse modo, formar uma única câmara de dispositivo emissor de calor.

[0025] De acordo com um terceiro aspecto da presente invenção, é provido um sistema de dispositivo emissor de calor compreendendo: a caixa montada em rack de acordo com o primeiro aspecto, e um dis- positivo emissor de calor suportado por ou suspenso a partir da estru- tura de contenção de dispositivo emissor de calor.

[0026] O dispositivo emissor de calor pode, por exemplo, ser uma pilha eletrolisadora de alta pressão, uma bomba, ou uma fonte de ali- mentação, tal como uma fonte de alimentação para uma pilha eletroli- sadora de alta pressão ou para uma bomba.

[0027] De acordo com uma modalidade, o sistema de dispositivo emissor de calor é um sistema eletrolisador de alta pressão e o dispo- sitivo emissor de calor é uma pilha eletrolisadora de alta pressão.

[0028] De acordo com uma modalidade, a pilha eletrolisadora compreende uma pluralidade de células eletrolíticas, cada célula ele- trolítica compreendendo duas placas de eletrodo, sendo que cada pla- ca de eletrodo tem um perímetro provido com aletas de calor.

[0029] De acordo com uma modalidade, a pilha eletrolisadora tem uma entrada de canal de refrigeração de eletrolisador e uma saída de canal de refrigeração de eletrolisador.

[0030] Há, portanto, de acordo com um quarto aspecto da presen- te invenção, uma caixa montada em rack para um dispositivo emissor de calor, sendo que a caixa montada em rack compreende: um invólu- cro que forma uma câmara de dispositivo emissor de calor, e uma bandeja de esfriamento condutora de calor disposta na câmara de dis- positivo emissor de calor e configurada de modo a suportar uma pilha eletrolisadora de alta pressão, sendo que a bandeja de esfriamento compreende um canal de fluido refrigerante que tem uma entrada de canal de fluido refrigerante e uma saída de canal de fluido refrigerante, para o fluxo de um fluido refrigerante na bandeja de esfriamento para, assim, prover a refrigeração da bandeja de esfriamento.

[0031] A caixa de montagem em rack e, em particular, a bandeja de esfriamento que suporta a pilha eletrolisadora facilita o resfriamento do dispositivo emissor de calor. Em particular, a bandeja de esfriamen- to atua como um dissipador de calor para o dispositivo emissor de ca- lor, tal como uma pilha eletrolisadora. As exigências sobre o dispositi- vo emissor de calor e, por conseguinte, sobre o tamanho do sistema de resfriamento interno do dispositivo emissor de calor, podem, assim, ser reduzidas, em função do que o dispositivo emissor de calor, tal como uma pilha eletrolisadora, poderá ser feito menor de modo a se encaixar em um rack padronizado.

[0032] De acordo com uma modalidade, o invólucro tem uma pri- meira parede lateral provida com uma pluralidade de primeiras abertu- ras de entrada de ar distribuídas ao longo da primeira parede lateral e configuradas de modo a prover ar ambiente para a câmara de disposi- tivo emissor de calor.

[0033] O resfriamento do ar ambiente através das primeiras aber-

turas de entrada de ar poderá ainda prover o resfriamento da pilha ele- trolisadora na câmara de dispositivo emissor de calor.

[0034] De acordo com uma modalidade, o invólucro tem uma se- gunda parede lateral oposta à primeira parede lateral, provida com uma pluralidade de segundas aberturas de entrada de ar distribuídas ao longo da segunda parede lateral e configuradas de modo a prover ar ambiente para a câmara de dispositivo emissor de calor.

[0035] De acordo com uma modalidade, a bandeja de esfriamento compreende uma pluralidade de segmentos de bandeja dispostos em uma configuração empilhada, desta maneira formando a bandeja de esfriamento.

[0036] A fabricação da bandeja de esfriamento, que contém o ca- nal de fluido refrigerante, poderá, assim, ser facilitada. Por exemplo, uma estrutura monolítica pode ser cortada a laser durante a fabricação de modo a formar os segmentos de bandeja de esfriamento que pode- rão, nesse caso, ser providos com os segmentos de canal que fazem parte do canal de fluido refrigerante.

[0037] De acordo com uma modalidade, os segmentos de bandeja são empilhados em uma direção paralela a uma extensão principal do canal de fluido refrigerante.

[0038] De acordo com uma modalidade, a bandeja de esfriamento tem dois segmentos de bandeja mais externos e uma pluralidade de segmentos de bandeja dispostos entre os dois segmentos de bandeja mais externos, sendo que os dois segmentos de bandeja mais exter- nos são feitos de um material diferente dos outros segmentos de ban- deja.

[0039] Os dois segmentos de bandeja mais externos podem ser placas de compressão que prendem os segmentos de bandeja dispos- tos entre as mesmas. Os segmentos de bandeja podem, por exemplo, ser presos por meio de parafusos ou pinos de compressão. Os seg-

mentos de bandeja mais externos podem, por exemplo, ser feitos de um material dielétrico leve, tal como fibras de carbono. Os segmentos de bandeja dispostos entre os dois segmentos de bandeja mais exter- nos são de preferência feitos de um material com uma alta condutivi- dade térmica, tal como metal, por exemplo, alumínio, cobre, ou aço, ou de um polímero condutor de calor.

[0040] De acordo com uma modalidade, o canal de fluido refrige- rante tem uma estrutura de bobina. O fluido refrigerante, portanto, dá várias voltas no interior da bandeja de esfriamento, tornando o resfri- amento mais eficiente.

[0041] De acordo com uma modalidade, o invólucro tem uma es- trutura de teto que forma um teto da câmara de dispositivo emissor de calor, sendo que a primeira parede lateral tem uma janela aberta dis- posta entre a estrutura de teto e as primeiras aberturas de entrada de ar, e a segunda parede lateral tem uma janela aberta disposta entre a estrutura de teto e as segundas aberturas de entrada de ar, sendo que a estrutura de teto é configurada de modo a direcionar o ar introduzido através das primeiras aberturas de entrada e as segundas aberturas de entrada na câmara de dispositivo emissor de calor para fora através das janelas abertas.

[0042] A estrutura de teto facilita a convecção natural do ar que entra na câmara de dispositivo emissor de calor através das primeiras aberturas de entrada de ar e das segundas aberturas de entrada de ar. O resfriamento da pilha eletrolisadora poderá, assim, se tornar mais eficiente.

[0043] Devido à estrutura de teto, que direciona o ar no sentido lateral, várias caixas de montagem em rack podem ser empilhadas umas sobre as outras em um rack com uma eficiente refrigeração de ar ambiente mantida.

[0044] De acordo com uma modalidade, a estrutura de teto tem uma forma de pirâmide que se estende para dentro da câmara de dis- positivo emissor de calor. A deflexão em forma de pirâmide direciona o ar de resfriamento na câmara de dispositivo emissor de calor para as janelas abertas.

[0045] A estrutura de teto pode ter quatro facetas que formam a forma de pirâmide. Cada faceta pode ser configurada de modo a dire- cionar o ar para uma respectiva janela aberta. Para isso, o invólucro pode ser provido com quatro janelas abertas, uma em cada lado do invólucro. Cada janela aberta poderá ser disposta em uma região da estrutura de teto, em particular verticalmente abaixo da estrutura de teto. A estrutura de pirâmide, portanto, direciona o fluxo de ar para as quatro janelas abertas.

[0046] Uma modalidade compreende pelo menos um elemento de suporte resiliente configurado de modo a suportar a bandeja de esfri- amento e amortecer as vibrações da bandeja de esfriamento. As vi- brações geradas por uma bomba / motor que bombeia água em alta pressão para a pilha eletrolisadora poderão, assim, ser absorvidas a fim de reduzir a propagação da vibração para a caixa de montagem em rack. O ruído induzido por vibração poderá, desta maneira, ser re- duzido.

[0047] Uma modalidade compreende um teto externo e um teto interno disposto abaixo do teto externo, um tubo conectado à saída de canal de fluido refrigerante, e uma tremonha conectada ao tubo, o teto externo tendo uma janela de saída de ar, e o teto interno tendo uma janela interna para ar quente ambiente, a tremonha sendo conectada ao teto interno para, desse modo, prover uma conexão fluida entre a câmara de dispositivo emissor de calor e um espaço entre o teto inter- no e o teto externo para, assim, misturar o vapor de ar da saída de ca- nal de fluido refrigerante e o ar quente ambiente que flui através da janela interna.

[0048] Devido à mistura, o ar quente ambiente obterá algum im- pulso, em função do qual o ar poderá correr através de uma tubulação conectada à janela de saída de ar. O ar quente poderá, nesse caso, ser usado para fins de aquecimento.

[0049] De acordo com um quinto aspecto da presente invenção, é provido um sistema eletrolisador de alta pressão compreendendo: a caixa de montagem em rack de acordo com o primeiro ou quarto as- pecto, e uma pilha eletrolisadora de alta pressão disposta na câmara de dispositivo emissor de calor sobre a bandeja, que é uma bandeja de esfriamento.

[0050] De acordo com uma modalidade, a pilha eletrolisadora compreende uma pluralidade de células eletrolíticas, cada célula ele- trolítica compreendendo duas placas de eletrodo, sendo que cada pla- ca de eletrodo tem um perímetro provido com aletas de calor.

[0051] De acordo com uma modalidade, as primeiras aberturas de entrada de ar e as segundas aberturas de entrada de ar são configu- radas de modo a prover o resfriamento das aletas de calor. A pilha ele- trolisadora com suas aletas de calor laterais poderá, portanto, ser pro- vida ao longo da primeira parede lateral com suas primeiras aberturas de entrada de ar e da segunda parede lateral com suas segundas aberturas de entrada de ar.

[0052] As aletas de calor provêem um resfriamento adicional da pilha eletrolisadora. Em particular, a interação entre as aletas de calor e o ar ambiente das primeiras aberturas de entrada de ar e das se- gundas aberturas de entrada de ar provê um eficiente resfriamento de ar da pilha eletrolisadora, além do resfriamento provido pela funciona- lidade do dissipador de calor da bandeja de esfriamento no lado inferi- or da pilha eletrolisadora.

[0053] De acordo com uma modalidade, a pilha eletrolisadora tem uma entrada de canal de refrigeração de eletrolisador em conexão flu-

ida com a entrada de canal de fluido refrigerante da caixa de monta- gem em rack, e uma saída de canal de refrigeração de eletrolisador em conexão fluida com a saída de canal de fluido refrigerante da caixa de montagem em rack.

[0054] De acordo com uma modalidade, a entrada de canal de re- frigeração de eletrolisador e a saída de canal de refrigeração de eletro- lisador são dispostas em uma região superior da pilha eletrolisadora.

[0055] De acordo com um sexto aspecto da presente invenção, é provida uma placa de eletrodo para uma pilha eletrolisadora, sendo que a placa de eletrodo compreende: uma estrutura, cuja estrutura in- clui um canal de gás hidrogênio e um canal de gás oxigênio, sendo que a estrutura delimita uma abertura de passagem central da placa de eletrodo, sendo que apenas um dentre o canal de gás hidrogênio e o canal de gás oxigênio é conectado à abertura de passagem central, a um canal de água que é conectado à abertura de passagem central, e a uma pluralidade de elementos de eletrodo que se estendem a par- tir de um lado da abertura de passagem para um outro lado da abertu- ra de passagem, sendo que a estrutura tem um perímetro provido com uma pluralidade de aletas de calor.

[0056] De acordo com uma modalidade, as aletas de calor se es- tendem ao longo de uma porção do perímetro.

[0057] De acordo com uma modalidade, a estrutura é provida com uma entrada de fluido e uma saída de fluido para um fluido refrigeran- te, sendo que as aletas de calor se estendem ao longo do perímetro em uma região da entrada de fluido e da saída de fluido.

[0058] De acordo com uma modalidade, as aletas de calor se es- tendem ao longo de todo o perímetro da estrutura.

[0059] As aletas de calor podem, por exemplo, ser feitas de metal, tal como alumínio ou cobre.

[0060] De acordo com um quarto aspecto da presente invenção, é provida uma pilha eletrolisadora que compreende uma pluralidade de placas de eletrodo do terceiro aspecto no presente documento apre- sentado, que formam células eletrolíticas.

[0061] De modo geral, todos os termos usados nas reivindicações devem ser interpretados de acordo com seu significado comum no campo da técnica, a menos que explicitamente definido de outra ma- neira no presente documento. Todas as referências aos termos "um/uma elemento, aparelho, componente, meio, etapa, etc." devem ser amplamente interpretadas como se referindo a pelo menos uma instância do elemento, aparelho, componente, meio, etapa, etc., a me- nos que de outra forma explicitamente indicado. As etapas de qualquer método descrito no presente documento não precisam ser realizadas na ordem exata indicada, a menos que explicitamente declarado.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0062] Exemplos do conceito inventivo serão descritos a seguir, a título de exemplo, com referência aos desenhos em anexo, nos quais:

[0063] A Figura 1 mostra esquematicamente uma vista em pers- pectiva de um exemplo de uma caixa de montagem em rack para uma pilha eletrolisadora;

[0064] A Figura 2 mostra esquematicamente uma outra vista da caixa de montagem em rack da Figura 1 com uma parede frontal re- movida;

[0065] A Figura 3 mostra esquematicamente uma vista em pers- pectiva de um exemplo de uma bandeja de esfriamento;

[0066] A Figura 4 mostra esquematicamente uma vista em pers- pectiva de uma bandeja de esfriamento que suporta uma pilha eletroli- sadora;

[0067] A Figura 5 é uma vista lateral da pilha eletrolisadora mos- trada na Figura 1;

[0068] A Figura 6 ilustra esquematicamente uma vista frontal de uma estrutura de teto;

[0069] A Figura 7 é uma vista ampliada de um elemento de supor- te que prende uma bandeja de esfriamento;

[0070] A Figura 8 é uma vista em seção transversal da caixa de montagem em rack da Figura 1;

[0071] A Figura 9 é uma vista em perspectiva de um outro exem- plo de uma caixa de montagem em rack;

[0072] A Figura 10 é uma vista em seção lateral da caixa de mon- tagem em rack da Figura 9;

[0073] A Figura 11 mostra esquematicamente uma vista frontal de um exemplo de uma placa de eletrodo;

[0074] A Figura 12 mostra a placa do eletrodo da Figura 11 em uma vista lateral;

[0075] A Figura 13 mostra uma vista ampliada da placa de eletro- do da Figura 11;

[0076] A Figura 14 mostra esquematicamente uma vista em pers- pectiva de uma pilha eletrolisadora;

[0077] As Figuras 15a e 15b mostram esquematicamente vistas em perspectiva de um exemplo de outro exemplo de uma caixa de montagem em rack;

[0078] A Figura 16a é uma vista em seção lateral de um exemplo de uma caixa de montagem em rack;

[0079] A Figura 16b mostra esquematicamente uma vista em perspectiva de um exemplo de uma estrutura de teto;

[0080] As Figuras 16c e 16d são vistas em seção lateral de exem- plos de caixas de montagem em rack;

[0081] A Figura 16e mostra esquematicamente uma vista em perspectiva de um exemplo de uma estrutura de teto; e

[0082] A Figura 17 mostra esquematicamente uma vista frontal de um conjunto de caixa de montagem em rack.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0083] A presente invenção será descrita a seguir de maneira mais completa com referência aos desenhos em anexo, nos quais são mos- tradas certas modalidades da presente invenção. A presente invenção poderá, no entanto, ser realizada de muitas formas diferentes e não deve ser interpretada como limitada às modalidades descritas no pre- sente documento; ao contrário, essas modalidades são providas a títu- lo de exemplo, de tal modo que a presente invenção seja minuciosa e completamente descrita, e transmita totalmente o âmbito de aplicação da mesma aos versados na técnica. Numerais de referência similares se referem a elementos similares ao longo de toda a descrição.

[0084] A Figura 1 é uma vista em perspectiva de um exemplo de uma caixa de montagem em rack 1 para um dispositivo emissor de ca- lor, tal como um dispositivo elétrico, hidráulico ou eletroquímico, por exemplo, um motor ou bomba elétrica, uma fonte de alimentação ou uma pilha eletrolisadora de alta pressão. A seguir, o componente emissor de calor será exemplificado por meio de uma pilha eletrolisa- dora.

[0085] A caixa de montagem em rack 1 é configurada de modo a ser montada em rack. A caixa de montagem em rack 1 pode ser proje- tada para ser montada, por exemplo, em um rack padrão de 19 pole- gadas.

[0086] A caixa de montagem em rack 1 compreende um invólucro 3 que forma uma câmara de dispositivo emissor de calor, em particular uma câmara de pilha eletrolisadora, para uma pilha eletrolisadora. O invólucro 3 tem uma primeira parede lateral 3a e uma segunda parede lateral 3b disposta oposta à primeira parede lateral 3a. O invólucro 3 pode, além disso, ter uma parede frontal 3c, e uma parede traseira 3d disposta em posição contrária à parede frontal 3c. O invólucro 3 exemplificado tem ainda um teto 3e.

[0087] A primeira parede lateral 3a e a segunda parede lateral 3b podem ser dimensionadas de modo que a caixa de montagem em rack 1 possa ser montada em um rack padrão. A primeira parede lateral 3a e a segunda parede lateral 3b podem, de acordo com um exemplo, ter uma largura de 19 polegadas, ou de aproximadamente 19 polegadas.

[0088] A primeira parede lateral 3a é provida com uma pluralidade de primeiras aberturas de entrada de ar 5a. As primeiras aberturas de entrada de ar 5a são distribuídas ao longo da primeira parede lateral 3a. As primeiras aberturas de entrada de ar 5a podem, por exemplo, ser dispostas em uma pluralidade de fileiras ao longo da primeira pa- rede lateral 3a. As primeiras aberturas de entrada de ar 5a são confi- guradas de modo a prover ar ambiente para a câmara de dispositivo emissor de calor.

[0089] A segunda parede lateral 3b é provida com uma pluralidade de segundas aberturas de entrada de ar 5b, tal como mostrado na Fi- gura 2. As segundas aberturas de entrada de ar 5b são distribuídas ao longo da segunda parede lateral 3b. As segundas aberturas de entra- da de ar 5b podem, por exemplo, ser dispostas em uma pluralidade de fileiras ao longo da segunda parede lateral 3b. As segundas aberturas de entrada de ar 5b são configuradas de modo a prover ar ambiente para a câmara de dispositivo emissor de calor.

[0090] A primeira parede lateral 3a, a segunda parede lateral 3b, e o teto 3e podem ser feitos de um material condutor de calor, tal como metal, ou podem ser feitos, por exemplo, de um polímero ou mesmo de madeira. A primeira parede lateral 3a, a segunda parede lateral 3b, e o teto 3e não precisam conduzir calor.

[0091] O invólucro 3 exemplificado, além disso, tem uma pluralida- de de janelas 3f abertas. Em particular, cada qual dentre a primeira parede lateral 3a, a segunda parede lateral 3b, a parede frontal 3c, e a parede traseira 3d podem ser providas com uma respectiva janela aberta 3e. As janelas abertas 3f são configuradas de modo a permitir que o ar que entrou pelas primeiras aberturas de entrada de ar 5a e pelas segundas aberturas de entrada de ar 5b para dentro da câmara de dispositivo emissor de calor vaze da câmara de dispositivo emissor de calor por convecção natural. Uma pilha eletrolisadora que é coloca- da na câmara de dispositivo emissor de calor aquece o ar na câmara de dispositivo emissor de calor. As janelas abertas 3f são dispostas em uma região do teto 3e, em particular abaixo do teto 3e. A janela aberta 3f da primeira parede lateral 3a é disposta entre as primeiras aberturas de entrada de ar 5a e o teto 3e. A janela aberta 3f da segun- da parede lateral 3b é disposta entre as segundas aberturas de entra- da de ar 5b e o teto 3e.

[0092] A Figura 2 mostra a caixa de montagem em rack 1 com a parede frontal 3c removida a fim de expor o interior da caixa de mon- tagem em rack 1. A caixa de montagem em rack 1 compreende uma bandeja de esfriamento 7. A bandeja de esfriamento 7 é disposta den- tro do invólucro 3 A bandeja de esfriamento 7 é feita de um material condutor de calor. A bandeja de esfriamento 7 é configurada de modo a suportar uma pilha eletrolisadora 9. A pilha eletrolisadora 9 e a caixa de montagem em rack 1 formam em conjunto um sistema eletrolisador de alta pressão 8. A câmara de dispositivo emissor de calor é, neste exemplo, definida pelas superfícies internas da primeira parede lateral 3a, da segunda parede lateral 3b, da parede frontal 3c, da parede tra- seira 3d, de uma estrutura de teto interna 11 do teto 3e, e da bandeja de esfriamento 7.

[0093] A caixa de montagem em rack 1 pode ter elementos de su- porte 13, e a bandeja de esfriamento 7 pode ficar em pé sobre os ele- mentos de suporte 13. Os elementos de suporte 13 podem, por exem- plo, ser fixados ou fazer parte da primeira parede lateral 3a e da se- gunda parede lateral 3b. Os elementos de suporte 13 podem, por exemplo, ser ressaltos que se estendem ao longo da primeira parede lateral 3a e da segunda parede lateral 3b.

[0094] A Figura 3 é uma vista em perspectiva de um exemplo da bandeja de esfriamento 7. A bandeja de esfriamento 7 compreende um canal de fluido refrigerante que se estende no interior da bandeja de esfriamento 7. A bandeja de esfriamento 7 tem uma entrada de canal de fluido refrigerante que é a entrada do canal de fluido refrigerante, e uma saída de canal de fluido refrigerante 15b que é a saída do canal de fluido refrigerante. O canal de fluido refrigerante pode, por exemplo, ter uma estrutura de bobina. Sendo assim, o canal de fluido refrigeran- te poderá se estender várias vezes ao longo do comprimento da ban- deja de esfriamento 7 entre as suas extremidades opostas. O canal de fluido refrigerante poderá, portanto, ter uma pluralidade de voltas à medida que se estende entre a entrada de canal de fluido refrigerante 15a e a saída de canal de fluido refrigerante 15b. O canal de fluido re- frigerante é configurado de modo a permitir que um fluido refrigerante, tal como um líquido, por exemplo, água, flua na bandeja de esfriamen- to 7 a fim de prover resfriamento à bandeja de esfriamento 7 e, por conseguinte, a uma pilha eletrolisadora suportada pela bandeja de es- friamento 7.

[0095] A bandeja de esfriamento exemplificada 7 compreende uma pluralidade de segmentos de bandeja 7a, 7b, 7c, ..., 7n. Os segmentos de bandeja 7a, 7b, 7c, ..., 7n são dispostos em uma configuração em- pilhada. Os segmentos de bandeja 7a, 7b, 7c, ..., 7n formam, assim, a bandeja de esfriamento 7. Os segmentos de bandeja 7a, 7b, 7c, ..., 7n podem, por exemplo, ser mantidos juntos por meio de hastes e pinos de compressão. Os segmentos de bandeja 7a, 7b, 7c, ..., 7n podem, durante a fabricação da bandeja de esfriamento 7, por exemplo, ser formados pelo corte a laser de uma estrutura monolítica. O canal de fluido refrigerante poderá, em seguida, ser provido em cada segmento de bandeja 7a, 7b, 7c, ..., 7n antes de os mesmos serem montados.

[0096] De acordo com um exemplo, os segmentos de bandeja mais externos 7a e 7n podem ser feitos de um material diferente dos demais segmentos de bandeja. Os segmentos de bandeja mais exter- nos 7a e 7n podem, por exemplo, ser feitos de um material de alta re- sistência mecânica e baixo peso. Os segmentos de bandeja mais ex- ternos 7a e 7n podem, por exemplo, ser feitos de fibra de carbono. As hastes, os pinos, e os encaixes de compressão para a entrada de ca- nal de fluido refrigerante 15a e para a saída de canal de fluido refrige- rante 15b ficam nivelados com a superfície dos segmentos de bandeja mais externos de fibra de carbono 7a e 7n. Os demais segmentos de bandeja podem, de preferência, ser feitos de um material com alta condutividade térmica, tal como metal, por exemplo, alumínio, cobre, aço, ou um polímero condutor de calor.

[0097] De maneira alternativa, a bandeja de esfriamento pode ser uma estrutura monolítica.

[0098] A Figura 4 mostra uma vista em perspectiva de uma pilha eletrolisadora 9 disposta na bandeja de esfriamento 7. A parte inferior da pilha eletrolisadora 9 se assenta sobre a bandeja de esfriamento 7.

[0099] A Figura 5 mostra uma vista lateral da caixa de montagem em rack 1. O teto 3e da caixa de montagem em rack 1 exemplificada tem uma estrutura de teto 3g que é configurada de modo a direcionar o ar que entrou na câmara de dispositivo emissor de calor através das primeiras aberturas de entrada de ar 5a e das segundas aberturas de entrada de ar 5b para fora através das janelas abertas 3f. No exemplo mostrado na Figura 5, a estrutura de teto 3f tem uma forma de pirâmi- de que se estende para dentro no invólucro 3. A forma de pirâmide, portanto, tem a sua ponta vertical no sentido descendente com relação à sua base e ao teto 3e.

[00100] A Figura 6 mostra uma vista frontal da estrutura de teto 3g.

A estrutura de teto 3g tem uma pluralidade de facetas 17a - 17d. No presente exemplo, a estrutura de teto 3g tem quatro facetas 17a - 17d que definem a forma piramidal da estrutura de teto 3g. Cada faceta 17a - 17d direciona o ar de entrada aquecido das primeiras aberturas de entrada de ar 5a e das segundas aberturas de entrada de ar 5b pa- ra uma respectiva janela aberta 3k. A convecção natural na câmara de dispositivo emissor de calor poderá, por conseguinte, ser facilitada.

[00101] A Figura 7 ilustra uma vista ampliada de uma região que carrega a bandeja de esfriamento 7. A estrutura de suporte 13 suporta a bandeja de esfriamento 7. A estrutura de suporte 13 é provida com um elemento de suporte resiliente 13a. A bandeja de esfriamento 7 se assenta sobre o elemento de suporte resiliente 13a. O elemento de suporte resiliente 13a é configurado de modo a absorver as vibrações da bandeja de esfriamento 7. As vibrações podem ser geradas por uma bomba / motor que bombeia água com alta pressão para a pilha eletrolisadora 9 disposta na bandeja de esfriamento 7, para fins de ele- trólise, cujas vibrações podem se propagar para a pilha eletrolisadora

9. Cada qual dentre as estruturas de suporte 13 pode ser provida com um respectivo elemento de suporte resiliente 13a. Os elementos de suporte resilientes 13a podem, por exemplo, ser feitos de polímero, borracha, ou material à base de celulose.

[00102] A Figura 8 mostra o funcionamento do resfriamento provido pela caixa de montagem em rack 1 quando a pilha eletrolisadora 9 é instalada na câmara de dispositivo emissor de calor. De acordo com o exemplo ilustrado, a caixa de montagem em rack 1 pode compreender cilindros de gás dispostos dentro da caixa de montagem em rack 1. A caixa de montagem em rack 1 pode compreender suportes de cilindro de gás 19 e 21 configurados de modo a prender um cilindro de gás oxigênio e um cilindro de gás hidrogênio, respectivamente. O gás oxi- gênio pressurizado da eletrólise pode, portanto, ser armazenado no cilindro de gás oxigênio, e o gás hidrogênio pressurizado da eletrólise pode ser armazenado no cilindro de gás hidrogênio, dentro da caixa de montagem em rack 1. Os suportes de cilindro de gás 19 e 21 estão no presente exemplo disposto abaixo da bandeja de esfriamento 7.

[00103] No que diz respeito à operação de resfriamento, quando a pilha eletrolisadora 9 está sendo operada, um fluido refrigerante, tal como água, é direcionado para a bandeja de esfriamento 7 e para o canal de fluido refrigerante através da entrada de canal de fluido refri- gerante 15a, tal como mostrado pela seta A1. O fluido refrigerante eventualmente flui para fora da bandeja de esfriamento 7 através da saída de canal de fluido refrigerante 15b, tal como mostrado pela seta A2. Simultaneamente, o ar ambiente flui para a câmara de dispositivo emissor de calor através das primeiras aberturas de entrada de ar 5a, tal como mostrado pela seta A3, e das segundas aberturas de entrada de ar 5b, tal como mostrado pela seta A4. O ar ambiente que entra na câmara de dispositivo emissor de calor desta maneira resfria os lados da pilha eletrolisadora 9. Devido à convecção natural, o ar aquecido sobe e é desviado pela estrutura de teto 9 em direção às janelas aber- tas 3f, quando o ar aquecido sai do invólucro 3, tal como mostrado pe- las setas A5 e A6. O resfriamento da pilha eletrolisadora 9 poderá, por- tanto, ser provido de duas maneiras pela caixa de montagem em rack 1: 1) por meio da funcionalidade de dissipação de calor da bandeja de esfriamento 7 devido ao fluxo do fluido refrigerante através da bandeja de esfriamento 7, e 2) por meio do ar ambiente e da convecção natural provida através das primeiras aberturas de entrada de ar 5a e das se- gundas aberturas de entrada de ar 5b.

[00104] A Figura 9 mostra outro exemplo de uma caixa de monta- gem em rack. A caixa de montagem em rack 1' tem um teto 3e' dife- rente do da caixa de montagem em rack 1. Embora não seja mostrado na figura, a primeira parede lateral 3a pode ser provida com as primei-

ras aberturas de entrada de ar, e a segunda parede lateral 3b pode ser provida com as segundas aberturas de entrada de ar. O teto 3e' forma um teto externo e tem uma porção plana 53 disposta em um ângulo reto ou em um ângulo substancialmente reto com uma dentre a primei- ra parede lateral 3a e a segunda parede lateral 3b. A porção plana 53 se estende entre a parede frontal e a parede traseira da caixa de mon- tagem em rack 1'. O teto 3e' tem também uma porção inclinada 55 com relação à porção plana 53. A porção inclinada 55 se estende en- tre a parede frontal e a parede traseira. Por exemplo, metade do teto 3e' pode ser formada pela porção plana 53, e a outra metade pode ser formada pela porção inclinada 55. Uma linha de dobra pode ser provi- da entre a porção plana 53 e a porção inclinada 55. No exemplo mos- trado na Figura 9, a porção plana 53 é provida com uma janela de saí- da de ar 57.

[00105] A caixa de montagem em rack 1' compreende ainda um teto interno ou nível interno 59 que separa a câmara de dispositivo emissor de calor do teto 3e'. O teto interno 59 fica disposto entre a bandeja de esfriamento 7 e o teto externo 3e'. O teto interno 59 tem uma porção plana 61 disposta abaixo da porção inclinada 55 do teto 3e', a qual se estende entre a parede frontal e a parede traseira da caixa de monta- gem em rack 1'. O teto interno 59 tem também uma porção inclinada 63 com relação a uma dentre a primeira parede lateral 3a e a segunda parede lateral 3b disposta abaixo da porção plana 53 do teto 3e'. A porção inclinada 63 se estende entre a parede frontal e a parede tra- seira. A porção plana 61 e a porção inclinada 63 podem ser separadas por uma linha de dobra. O teto 3e'e o teto interno 59 poderão, portan- to, ter uma estrutura de modo geral invertida um com relação ao outro. Em particular, a porção plana 61 é provida com a janela interna 65. A janela interna 65 é, por conseguinte, disposta deslocada da janela de saída de ar 57 em uma direção a partir da primeira parede lateral 3a para a segunda parede lateral 3b.

[00106] Tanto o teto 3e' como o teto interno 59 são inclinados com relação à parede frontal e à parede traseira da caixa de montagem em rack 1'. A inclinação pode ser igual ou substancialmente igual para o teto interno 59 e para o teto 3e'. A janela interna 65 e a janela de saída de ar 57 ficam dispostas em uma região mais superior do teto inclina- do 3e' e do teto interno 59. Deste modo, tanto a janela interna 65 quanto a janela de saída de ar 57 são dispostas em uma região da pa- rede frontal ou da parede traseira.

[00107] A Figura 10 mostra uma vista em seção lateral da caixa de montagem em rack 1'. A caixa de montagem em rack 1' pode compre- ender ainda uma tremonha 67 e um tubo 69 conectado à tremonha 67. A tremonha 67 é montada em uma abertura em uma porção mais infe- rior do teto interno 59 acima da pilha eletrolisadora 9. A tremonha 67, portanto, provê uma conexão fluida entre a câmara de dispositivo emissor de calor e o espaço entre o teto interno 59 e o teto 3e'. O tubo 69 pode ser conectado a uma saída de um sistema de resfriamento de fluido da pilha eletrolisadora 9 e à saída de canal de fluido refrigerante 15b da bandeja de esfriamento 7. O tubo 69 é configurado de modo a carregar o vapor quente do sistema de resfriamento de fluido e da saí- da de canal de fluido refrigerante 15b para a tremonha 67. Este vapor / ar quente irá se misturar com o ar quente que flui através da janela interna 65 no espaço entre o teto interno 59 e o teto 3e'. Devido a essa mistura, o ar quente ambiente desenvolverá um determinado impulso, em função do qual será capaz de correr por uma tubulação conectada à janela de saída de ar 57. O ar quente poderá, portanto, ser usado para fins de aquecimento.

[00108] A pilha eletrolisadora 9 pode, de acordo com um exemplo, ser especificamente adaptada ao resfriamento de um ar ambiente. Em particular, as placas de eletrodo que formam as células eletrolíticas da pilha eletrolisadora 9 podem ser desenhadas com uma estrutura de aleta de calor lateral a fim de interagir de maneira mais eficaz com o ar ambiente que entra na câmara de dispositivo emissor de calor através das primeiras aberturas de entrada de ar 5a e as segundas aberturas de entrada de ar 5b. A Figura 11 mostra um exemplo de uma placa de eletrodo 23 para um eletrolisador. Duas placas de eletrodo 23 formam uma célula eletrolítica, uma atuando como anodo e a outra atuando como catodo. Uma pluralidade de células eletrolíticas pode ser empi- lhada a fim de formar a pilha eletrolisadora 9.

[00109] A placa de eletrodo 23 compreende uma estrutura 23a que delimita uma abertura de passagem central 25. A estrutura 23a inclui um canal de gás hidrogênio 27 e um canal de gás oxigênio 29. Para cada placa de eletrodo 23, apenas um dentre o canal de gás hidrogê- nio 27 e o canal de gás oxigênio 29 fica em conexão fluida com a aber- tura de passagem central 25. O canal de gás hidrogênio 27 e o canal de gás oxigênio 29 ficam dispostos em uma região superior da placa de eletrodo 23. As placas de eletrodo 23 são dispostas de maneira al- ternada, com cada placa de eletrodo 23 atuando como um anodo que tem o seu canal de gás oxigênio 29 conectado à abertura de passa- gem central 25, e cada placa de eletrodo 23 atuando como um catodo que tem o seu canal de gás hidrogênio 27 conectado à abertura de passagem central 25.

[00110] A estrutura 23a inclui ainda canais de água 31 e 33, dos quais, para cada placa de eletrodo 23, apenas um fica em conexão fluida com a abertura de passagem central 25. Um dos canais de água 31 é para as placas de eletrodo que formam um anodo, e o outro canal de água 33 é para as placas de eletrodo que formam um catodo.

[00111] A placa de eletrodo 23 pode compreender ainda uma plura- lidade de elementos de eletrodo 35. Os elementos de eletrodo 35 são dispostos em paralelo e se estendem verticalmente a partir de um lado da abertura de passagem central 25 para um lado oposto da abertura de passagem central 25. Cada elemento de eletrodo 35 pode, por exemplo, compreender um fio central reto ou essencialmente reto e uma bobina disposta em torno do fio central.

[00112] A placa de eletrodo 23 compreende ainda uma entrada de fluido 37 e uma saída de fluido 39. Cada qual dentre a entrada de flui- do 37 e a saída de fluido 39 é uma abertura de passagem disposta em uma região superior da placa de eletrodo 23 e da estrutura 23a. A en- trada de fluido 37 e a saída de fluido 39 são para prover um fluido re- frigerante, tal como água, através da pilha eletrolisadora 9. Em particu- lar, o fluido refrigerante pode entrar na pilha eletrolisadora 9 através das entradas de fluido 37 e sair da pilha eletrolisadora 9 através das saídas de fluido 39.

[00113] A entrada de fluido 37 pode, de acordo com um exemplo, ser provida com uma pluralidade de estruturas de aleta de calor 37a. As estruturas de aleta de calor 37a podem, por exemplo, compreender uma pluralidade de elementos radiais distribuídos ao longo do períme- tro interno da entrada de fluido 37. A saída de fluido 39 pode, de acor- do com um exemplo, ser provida com uma pluralidade de estruturas de aleta de calor 39a. As estruturas de aleta de calor 39a podem, por exemplo, compreender uma pluralidade de elementos radiais distribuí- dos ao longo do perímetro interno da saída de fluido 39.

[00114] A estrutura 23a tem um perímetro externo 41 que é provido com uma pluralidade de aletas de calor a fim de prover o resfriamento externo da placa de eletrodo 23. A Figura 12 mostra uma vista lateral da placa de eletrodo 23. As aletas de calor 43 são dispostas ao longo do perímetro 41 da estrutura 23, uma após a outra na direção axial da abertura de passagem central 25. As aletas de calor 43 podem, por exemplo, ser providas ao longo de apenas uma porção do perímetro 41, por exemplo, em uma região superior ou metade superior da placa de eletrodo 23, ou as mesmas podem se estender ao longo de todo o perímetro 41. A Figura 13 mostra uma vista ampliada das aletas de calor 43.

[00115] As aletas de calor 43 são de preferência feitas de um mate- rial condutor de calor, tal como um metal, por exemplo, alumínio ou cobre, ou um polímero condutor de calor.

[00116] Devido à localização externa das aletas de calor 43, o ar ambiente que entra na caixa de montagem em rack 1 através das pri- meiras aberturas de entrada de ar 5a e das segundas aberturas de entrada de ar 5b poderá prover um melhor resfriamento da pilha eletro- lisadora 9.

[00117] A Figura 14 mostra a pilha eletrolisadora 9 com mais deta- lhe, compreendendo uma pluralidade de placas de eletrodo 23 dispos- tas em uma configuração empilhada. A pilha eletrolisadora 9 inclui pla- cas de extremidade, tal como a placa de extremidade 45. A placa de extremidade 45 tem uma entrada de canal de refrigeração de eletroli- sador 47a conectada às entradas de fluido 37 das placas de eletrodo 23, e uma saída de canal de refrigeração de eletrolisador 47b conec- tada às saídas de fluido 39 das placas de eletrodo 23, uma saída de gás oxigênio 49a, uma saída de gás hidrogênio 49b, e entradas de água 51 para eletrólise conectadas aos canais de água 31 e 33. Água poderá ser provida para a pilha eletrolisadora 9 através das entradas de água 51 em alta pressão por meio de uma bomba.

[00118] As placas de extremidade podem, por exemplo, ser feitas de metal ou fibra de carbono. A fibra de carbono é mais leve e mais forte para suportar altas pressões que o metal. No caso de as placas finais serem feitas de fibra de carbono, os encaixes para a entrada e a saída 47a e 47b do canal de refrigeração de eletrolisador, para as en- tradas de água 51, para a saída de gás oxigênio 49a, e para a saída de gás hidrogênio 49b podem ser nivelados com a superfície das pla-

cas de extremidade de fibra de carbono. A pilha eletrolisadora 9 pode- rá se manter presa por meio de hastes e pinos de compressão, e es- ses poderão também ser nivelados à superfície das placas de extremi- dade de fibra de carbono.

[00119] A entrada de canal de refrigeração de eletrolisador 47a po- de ficar em conexão fluida com a entrada de canal de fluido refrigeran- te 15a da caixa de montagem em rack 7. A mesma fonte de fluido po- derá, nesse caso, ser conectada à entrada de canal de refrigeração de eletrolisador 47a e à entrada de canal de fluido refrigerante 15a. A saí- da de canal de refrigeração de eletrolisador 47b pode ficar em cone- xão fluida com a saída de canal de fluido refrigerante 15b da caixa de montagem em rack 1. Os fluidos aquecidos que saem da pilha eletroli- sadora 9 e da bandeja de esfriamento 7 poderão, portanto, ser junta- dos. O mesmo fluido, por exemplo, água do sistema de resfriamento, poderá, portanto, ser usado para o resfriamento do fluido interno da pilha eletrolisadora 9 e para o resfriamento externo provido pela ban- deja de esfriamento 7.

[00120] A pilha eletrolisadora 9 pode compreender placas de resfri- amento adicionais a serem colocadas entre as células eletrolíticas e/ou entre uma célula eletrolítica e uma placa de extremidade. Embora mais placas de resfriamento forneçam uma melhor eficiência de resfriamen- to, o número de placas de resfriamento é geralmente limitado devido ao tamanho da pilha eletrolisadora 9 a ser adaptada ao rack.

[00121] A Figura 15a mostra um outro exemplo de caixa de monta- gem em rack 1". A caixa de montagem em rack 1" compreende um invólucro 3'. O invólucro 3' define uma câmara de dispositivo emissor de calor configurada de modo a receber um dispositivo emissor de ca- lor, tal como uma pilha eletrolisadora de alta pressão 9, uma bomba, um motor, ou uma fonte de alimentação. O invólucro 3 pode, de acor- do com um exemplo, ser feito de um material isolante térmico. O mate-

rial isolante térmico pode, por exemplo, compreender ou consistir de um material polimérico, tal como plástico ou celulose, ou madeira.

[00122] O invólucro 3' tem duas paredes laterais 3a' e 3b'. As pare- des laterais 3a' e 3b' podem ser removíveis. O invólucro 3' compreen- de ainda uma parede frontal 3c' e uma parede traseira 3d'. A parede frontal 3c' e a parede traseira 3d' podem ser dimensionadas com uma largura específica ao rack, de, por exemplo, 19 polegadas.

[00123] A caixa de montagem em rack 1" inclui uma estrutura de contenção de dispositivo emissor de calor (não mostrada) configurada de modo a suportar ou suspender um dispositivo emissor de calor. A estrutura de contenção de dispositivo emissor de calor pode, por exemplo, compreender uma bandeja. A bandeja pode ser uma bandeja de esfriamento, tal como acima descrito, ou uma bandeja sem quais- quer recursos de resfriamento especificamente adaptados, tal como qualquer tipo de bandeja capaz de suportar um pesado dispositivo emissor de calor.

[00124] A estrutura de contenção de dispositivo emissor de calor pode compreender um conjunto de trilho configurado de modo a supor- tar a bandeja ou configurado de modo a suspender a bandeja. A ban- deja pode ser encaixada de maneira deslizável no conjunto de trilho. A bandeja pode ser configurada de modo a deslizar ao longo do conjunto de trilho e, por conseguinte, ser puxada para fora pelo menos parcial- mente do invólucro 3'. A bandeja poderá, portanto, ser disposta como um carrinho no invólucro 3'. De maneira alternativa, a estrutura de con- tenção de dispositivo emissor de calor pode compreender um conjunto de trilho sobre o qual o dispositivo emissor de calor pode ser colocado diretamente ou suspenso diretamente, isto é, sem o uso de uma ban- deja.

[00125] A parede frontal 3c' e/ou a parede traseira 3d' podem ser providas com uma entrada de ar frio 71. De maneira alternativa, ou adicionalmente, o lado inferior do invólucro 3' pode ser provido com a entrada de ar frio 71. A entrada de ar frio 71 é configurada de modo a prover uma entrada de um ar frio para o interior do invólucro 3' e da câmara de dispositivo emissor de calor. Uma ou ambas as paredes laterais 3a' e 3b' podem, de acordo com uma variação, ser providas com uma entrada de ar frio.

[00126] A entrada de ar frio 71 é disposta no sentido vertical abaixo da estrutura de contenção de dispositivo emissor de calor. A entrada de ar frio 71 fica, portanto, disposta entre o fundo do invólucro 3' e a estrutura de contenção de dispositivo emissor de calor em uma dire- ção a partir do fundo em direção ao teto do invólucro 3'. Por exemplo, a entrada de ar frio 71 é disposta no sentido vertical abaixo da bande- ja, caso uma bandeja esteja presente, e/ou abaixo de um conjunto de trilho.

[00127] A estrutura de contenção de dispositivo emissor de calor é configurada de modo a permitir que um ar frio introduzido na câmara de dispositivo emissor de calor através da entrada de ar frio 71 flua através da estrutura de contenção de dispositivo emissor de calor no sentido vertical e ascendente dentro do invólucro 3'. O suporte do dis- positivo emissor de calor, deste modo, terá uma estrutura aberta a fim de permitir que o ar suba e flua através do mesmo. Por exemplo, em um exemplo que inclui uma bandeja, a bandeja poderá ser provida com uma ou mais aberturas de passagem estendidas em uma direção para o topo do invólucro 3' para que o ar frio flua através das mesmas. O ar frio poderá, assim, fluir através do dispositivo emissor de calor disposto na estrutura de contenção de dispositivo emissor de calor a fim de resfriar o ar do dispositivo emissor de calor disposto na estrutu- ra de contenção de dispositivo emissor de calor. A abertura de passa- gem ou as aberturas de passagem são, de preferência, dispostas de tal modo a permitir que um ar suficiente passe e resfrie o dispositivo emissor de calor disposto na estrutura de contenção de dispositivo emissor de calor. A(s) abertura(s) de passagem pode(m) ficar, por exemplo, abaixo ou ao longo de todos os lados do dispositivo emissor de calor.

[00128] De acordo com um exemplo, aquela parede da parede fron- tal 3c' e a parede traseira 3d' que não é provida com uma entrada de ar frio 71 podem ser providas com uma saída de ar quente 73. Por exemplo, caso a parede frontal 3c' seja provida com a entrada de ar frio 71, a parede traseira 3d' poderá ser provida com a saída de ar quente 73. De maneira alternativa, tanto a parede frontal como a pare- de traseira poderão ser providas com uma respectiva saída de ar quente. De acordo com um exemplo, uma ou ambas as paredes late- rais 3a' e 3b' podem ser providas com uma saída de ar quente.

[00129] A saída de ar quente 73 pode ser disposta no sentido verti- cal acima da estrutura de contenção de dispositivo emissor de calor. A saída de ar quente 73 é, por conseguinte, disposta em uma região de teto do invólucro 3'. A entrada de ar frio 71 pode ser disposta em uma região inferior do invólucro 3'. A saída de ar quente 73 é configurada de modo a permitir que o ar frio que entrou na câmara de dispositivo emissor de calor através da entrada de ar frio 71 e que foi aquecido pelo dispositivo emissor de calor, saia da câmara de dispositivo emis- sor de calor.

[00130] O invólucro 3' tem uma estrutura de teto que se estende para dentro da câmara de dispositivo emissor de calor. A estrutura de teto, portanto, se estende em direção à parte inferior do invólucro 3'. A estrutura de teto é configurada de modo a facilitar o fluxo de ar a partir da entrada de ar frio para a saída de ar quente 73 e, desta maneira, melhorar a circulação e o resfriamento do ar. A estrutura de teto é con- figurada de modo a direcionar ou desviar o ar aquecido para a saída de ar quente 73.

[00131] A Figura 16a mostra uma vista em seção lateral de uma variação da caixa de montagem em rack 1". Esta vista mostra a estru- tura de contenção de dispositivo emissor de calor 77. A caixa de mon- tagem em rack 1" é provida com suportes ou pernas 74 que elevam o invólucro 3' do chão. Além disso, o fundo 75 do invólucro 3' é aberto, formando uma entrada de ar frio 71 por baixo da estrutura de conten- ção de dispositivo emissor de calor 77. Desta maneira, o ar frio será capaz de fluir por baixo do invólucro 3' e fluir para dentro da câmara de dispositivo emissor de calor através da entrada de ar frio 71.

[00132] A estrutura de teto exemplificada 79 terá, nesse caso, o formato de um triângulo retângulo com a sua superfície inclinada 79a, a superfície da hipotenusa, de frente para a saída de ar quente 73 pa- ra assim direcionar o ar aquecido para a saída de ar quente 73. A Fi- gura 16b mostra uma vista em perspectiva da estrutura de teto em forma de triângulo retângulo 79. O triângulo retângulo pode se esten- der por toda a distância entre a parede frontal 3c' e a parede traseira 3d', com o triângulo retângulo se afunilando em uma direção a partir da parede frontal 3c' para a parede traseira 3d'. A superfície inclinada 79a pode formar uma superfície plana.

[00133] A Figura 16c mostra uma variação da caixa de montagem em rack 1" mostrada na Figura 16a. Nesta variação, a parede frontal 3d' é provida com a entrada de ar frio 71. A entrada de ar frio 71 provi- da na parede frontal 3d' pode ser disposta ali em vez de ou em adição a uma entrada de ar frio que é provida na parte inferior do invólucro 3'. O fluxo de ar 76 dentro da câmara de dispositivo emissor de calor é mostrado de maneira esquemática. Tipicamente, o aquecimento do ar frio dentro da câmara de dispositivo emissor de calor é provido por um dispositivo emissor de calor, cujo dispositivo, por motivo de clareza, não é mostrado dentro da caixa de montagem em rack 1" na Figura 16c.

[00134] A Figura 16d mostra uma outra variação da caixa de mon- tagem em rack 1" mostrada na Figura 16c. Neste caso, tanto a parede frontal 3c' como a parede traseira 3d' são providas com saídas de ar quente 73. A entrada de ar frio 71 é provida na parede frontal 3c', mas poderia, de maneira alternativa ou adicionalmente, por exemplo, ser provida na parte inferior do invólucro 3 de maneira similar à mostrada na Figura 16a. A estrutura de teto 79 é em forma de V neste exemplo. A estrutura de teto 79, portanto, tem a forma de um triângulo isósceles ou equilátero em uma vista em seção lateral. Cada perna do V fica de frente para uma respectiva saída de ar quente 73. Cada perna do V, portanto, se estende a partir do vértice em direção a uma respectiva parede frontal 3c' ou parede traseira 3d'. A Figura 16e mostra uma vis- ta em perspectiva da estrutura de teto em forma de V 79. O vértice do V pode ser no centro ou poderá ser disposto deslocado do eixo geo- métrico central vertical entre a parede frontal 3c' e a parede traseira 3d'.

[00135] Como uma alternativa às estruturas de teto em forma de triângulo retângulo e em forma de V, a estrutura de teto poderá, por exemplo, ser em forma de pirâmide, do tipo mostrado nas Figuras 5 e

6. Neste caso, as paredes laterais poderão também ser vantajosamen- te providas com saídas de ar quente de tal modo que todas as superfí- cies facetadas da estrutura de teto em forma de pirâmide direcionem o ar para uma respectiva saída de ar quente.

[00136] As caixas de montagem em rack 1" podem ser vantajosa- mente empilhadas umas sobre as outras e/ou dispostas adjacentes ou em contato umas com as outras lado a lado de modo a formar um sis- tema de caixas de montagem em rack 1" ou um conjunto de caixa de montagem em rack, tal como mostrado na Figura 17 que ilustra uma vista frontal de tal sistema. As caixas de montagem em rack 1" podem ser conectadas entre si. Por exemplo, as caixas de montagem em rack

1" empilhadas umas sobre as outras podem ser conectadas por um meio mecânico e/ou as caixas de montagem em rack 1" dispostas lado a lado podem ficar conectadas umas às outras. No caso de os disposi- tivos emissores de calor serem pilhas eletrolisadoras, a capacidade do sistema será maior em comparação com a de um único eletrolisador, e os mesmos poderão ser usados em escala industrial de uma maneira compacta.

[00137] No caso de duas caixas de montagem em rack 1" serem empilhadas uma em cima da outra, a caixa de montagem em rack infe- rior 1'-1 poderá ser provida com suportes 74 para a colocação da caixa de montagem em rack 1'-1 no chão. A caixa de montagem em rack 1" inferior poderá ter uma roda de suporte 81 disposta entre os suportes

74. A roda de suporte 81 poderá, por exemplo, fazer parte da estrutura de contenção de dispositivo emissor de calor. A roda de suporte 81 poderá, por exemplo, ser conectada à bandeja e movida com a bande- ja quando a bandeja é puxada para fora do invólucro 3' através da pa- rede frontal 3c'. A roda de suporte poderá, portanto, prover um suporte plano mediano quando a bandeja é puxada para fora do invólucro 3'.

[00138] A caixa de montagem em rack 1" inferior pode, por exem- plo, ter uma entrada de ar frio 71 na parte inferior do invólucro 3', de maneira similar à mostrada na Figura 16a. A caixa de montagem em rack intermediária 1"-2 pode ser colocada diretamente em cima da cai- xa de montagem em rack inferior 1"-1 sem quaisquer suportes. A caixa de montagem em rack intermediária 1"-2 pode ter a sua entrada de ar frio provida na parede frontal 3c' verticalmente abaixo da sua estrutura de contenção de dispositivo emissor de calor. A caixa de montagem em rack intermediária 1"-2 pode compreender um equipamento de descanso ou dispositivo de suporte que pode ser desdobrado e conec- tado à bandeja da caixa de montagem em rack inferior 1'-1 quando a bandeja da caixa de montagem em rack intermediária 1”-2 é puxada para fora do invólucro 3' da caixa de montagem em rack intermediária 1"-2, e a bandeja da caixa de montagem em rack inferior 1” é puxada para fora do seu invólucro. Neste caso, a bandeja da caixa de monta- gem em rack inferior 1"-1 deve primeiro ser puxada para fora, sendo que a bandeja da caixa de montagem em rack intermediária 1"-2 pode- rá ser parcialmente puxada para fora, e o dispositivo de suporte pode- rá ser conectado à bandeja da caixa de montagem em rack inferior 1"- 1 de modo a prover suporte para a bandeja da caixa de montagem em rack intermediária 1"-2 antes de puxar a bandeja do meio ainda mais para fora. Um dispositivo de suporte similar é produzido de acordo com um exemplo previsto para a caixa de montagem em rack superior 1"-3. Neste caso, a sequência seria primeiramente puxar a bandeja para fora da caixa de montagem em rack inferior 1"-1, em seguida, pu- xar a bandeja para fora da caixa de montagem em rack intermediária 1"-2, e garantir o suporte da bandeja do meio, tal como acima descrito. Por fim, a bandeja da caixa de montagem em rack superior 1"-3 seria puxada para fora e o seu dispositivo de suporte seria conectado à bandeja da caixa de montagem em rack intermediária 1”-2. Isso irá ga- rantir que dispositivos emissores de calor muito pesados, tais como pilhas eletrolisadoras, bombas e fontes de alimentação, possam ser retiradas de seus invólucros enquanto ainda são sustentadas pelas bandejas. Em uma configuração típica, os tamanhos das caixas de montagem em rack podem depender do dispositivo emissor de calor contido nas mesmas. Por exemplo, uma caixa de montagem em rack em uma pilha poderá conter uma pilha eletrolisadora, uma poderá con- ter uma bomba e/ou botijões de gás, e uma poderá conter uma fonte de alimentação para a pilha eletrolisadora e a bomba.

[00139] As caixas de montagem em rack podem também ser dis- postas adjacentes umas às outras, lado a lado. Neste caso, as pare- des laterais entre as caixas de montagem em rack adjacentes poderão ser removidas. Essas caixas de montagem em rack terão, portanto, lados opostos que se abrem um em direção ao outro. Várias caixas de montagem em rack poderão, nesse caso, formar essencialmente uma única câmara de dispositivo emissor de calor comum, compreendendo uma pluralidade de dispositivos emissores de calor com um resfria- mento de ar comum. As estruturas do teto das caixas de montagem em rack 1" dispostas lado a lado podem ser conectadas umas às ou- tras. Neste caso, as estruturas do teto serão vantajosamente em forma de V ou em forma de um triângulo retângulo. A estrutura de teto das caixas de montagem em rack conectadas 1", por sua vez, forma uma única estrutura de teto comum conectada. Em um exemplo, as estrutu- ras de teto adjacentes são dispostas em contato físico umas com as outras, sem qualquer espaço entre as mesmas.

[00140] De acordo com uma variação, as estruturas do teto de qualquer caixa de montagem em rack que não seja a caixa de monta- gem em rack mais superior 1" poderão ser removidas. Em particular, o teto do(s) alojamento(s) poderá ser removido, exceto para a caixa de montagem em rack mais superior 1". Além disso, de acordo com um exemplo, a entrada de ar frio poderá ser provida apenas em uma/na caixa de montagem em rack inferior, por exemplo, no fundo do invólu- cro mais inferior.

[00141] O conceito inventivo foi principalmente descrito acima com referência a algumas modalidades. No entanto, tal como poderá ser prontamente apreciado por uma pessoa versada na técnica, outras modalidades além das descritas acima são igualmente possíveis den- tro do âmbito de aplicação do conceito inventivo, conforme definido pelas reivindicações de patente em apenso.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Caixa de montagem em rack (1") para um dispositivo emissor de calor, caracterizada pelo fato de a caixa de montagem em rack (1") compreender: - um invólucro (3') que forma uma câmara de dispositivo emissor de calor, e - uma estrutura de contenção de dispositivo emissor de ca- lor (77) disposta na câmara de dispositivo emissor de calor e configu- rada para suportar um dispositivo emissor de calor, - uma entrada de ar frio (71) disposta verticalmente abaixo da estrutura de contenção de dispositivo emissor de calor (77), confi- gurada para permitir que ar frio flua para a câmara de dispositivo emissor de calor, a estrutura de contenção de dispositivo emissor de calor (77) sendo configurada para permitir que ar frio flua verticalmente pela estrutura de contenção de dispositivo emissor de calor (77), - sendo que o invólucro (3') tem uma parede (3a'; 3b'; 3c'; 3d') provida com uma saída de ar quente (73) disposta verticalmente acima da estrutura de contenção de dispositivo emissor de calor (77) para permitir que ar aquecido introduzido na câmara de dispositivo emissor de calor como ar frio através da entrada de ar frio (71) saia da câmara de dispositivo emissor de calor, - sendo que o invólucro (3') tem uma estrutura de teto (79) que se estende para dentro da câmara emissora de calor, a estrutura de teto (79) sendo configurada para direcionar ar aquecido na câmara de dispositivo emissor de calor em direção à saída de ar quente (73).

2. Caixa de montagem em rack (1"), de acordo com a rei- vindicação 1, caracterizada pelo fato de que a estrutura de teto (79) é em forma de pirâmide, em forma de V, ou tem a forma de um triângulo retângulo.

3. Caixa de montagem em rack (1"), de acordo com a rei-

vindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a estrutura de teto tem uma superfície inclinada configurada para direcionar o ar aquecido para a saída de ar quente (73).

4. Caixa de montagem em rack (1"), de acordo com qual- quer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a estrutura de teto (79) é em forma de pirâmide, e pelo fato de que várias paredes não paralelas (3a'; 3b'; 3c'; 3d') do invólucro (3') são providas com uma saída de ar quente, a estrutura de teto em forma de pirâmide (79) sendo configurada para direcionar o ar aquecido para as saídas de ar quente (73).

5. Caixa de montagem em rack (1"), de acordo com qual- quer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que apenas uma parede (3a'; 3b'; 3c'; 3d') do invólucro (3') é provida com uma saída de ar quente (73), e pelo fato de que a estrutura de teto (79) tem a forma de um triângulo retângulo tendo sua superfície inclinada (79a) na forma de uma superfície da hipotenusa de frente para a saída de ar quente (73).

6. Caixa de montagem em rack (1"), de acordo com qual- quer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a entrada de ar frio (71) é disposta em um lado inferior do invólu- cro (3') ou é provida em uma parede do invólucro.

7. Caixa de montagem em rack (1"), de acordo com a rei- vindicação 6, caracterizada pelo fato de que a entrada de ar frio (71) é provida na parede (3a'; 3b'; 3c'; 3d'), e a parede (3a'; 3b'; 3c'; 3d') é uma parede frontal (3c'), uma parede traseira (3d') ou uma parede late- ral (3a', 3b').

8. Caixa de montagem em rack (1"), de acordo com a rei- vindicação 6 ou 7, caracterizada pelo fato de que a entrada de ar frio (71) e a saída de ar quente (73) são providas nas paredes opostas (3a', 3b'; 3c', 3d') do invólucro (3').

9. Caixa de montagem em rack (1"), de acordo com qual- quer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que o invólucro (3') é feito de um material isolante térmico.

10. Caixa de montagem em rack (1"), de acordo com a rei- vindicação 9, caracterizada pelo fato de que o material isolante térmico compreende um polímero.

11. Conjunto de caixa de montagem em rack, caracterizado pelo fato de compreender uma primeira caixa de montagem em rack (1") e uma segunda caixa de montagem em rack (1"), como definidas em qualquer uma das reivindicações 1 a 10, dispostas lado a lado, sendo que cada qual dentre a primeira caixa de montagem em rack (1") e a segunda caixa de montagem em rack (1") tem uma parede frontal (3c'), uma parede traseira (3d') e apenas uma parede lateral (3a', 3b'), sendo que a câmara de dispositivo emissor de calor da pri- meira caixa de montagem em rack (1") e a câmara de dispositivo emissor de calor da segunda caixa de montagem em rack (1") são abertas uma em direção à outra para, desse modo, formar uma única câmara de dispositivo emissor de calor comum.

12. Sistema de dispositivo emissor de calor, caracterizado pelo fato de compreender: - a caixa de montagem em rack (1"), como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 10, e - um dispositivo emissor de calor suportado por ou suspen- so a partir da estrutura de contenção de dispositivo emissor de calor (7).

13. Sistema de dispositivo emissor de calor, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o sistema de dispo- sitivo emissor de calor é um sistema eletrolisador de alta pressão, e o dispositivo emissor de calor é uma pilha eletrolisadora de alta pressão (9).

14. Sistema eletrolisador de alta pressão, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a pilha eletrolisadora (9) compreende uma pluralidade de células eletrolíticas, cada célula eletrolítica compreendendo duas placas de eletrodo (23), sendo que cada placa de eletrodo (23) tem um perímetro (41) provido com aletas de calor (43).

15. Sistema eletrolisador de alta pressão, de acordo com a reivindicação 13 ou 14, caracterizado pelo fato de que a pilha eletroli- sadora (9) tem uma entrada de canal de refrigeração de eletrolisador (47a) e uma saída de canal de refrigeração de eletrolisador (47b).