ES2640047T3

ES2640047T3 - Placa de campo de flujo para células de combustible

Info

Publication number: ES2640047T3
Application number: ES03709493.5T
Authority: ES
Inventors: David Frank; Xuesong Chen; Sonia Sorbera; Nathaniel Ian Joos
Original assignee: Hydrogenics Corp
Current assignee: Hydrogenics Corp
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2017-10-31
Anticipated expiration: 2023-03-28
Also published as: WO2003083979A3; JP2006508496A; US20030186106A1; CA2477467A1; EP1497881A2; CA2477467C; EP1497881B1; WO2003083979A2; CN1643718A; AU2003213924A1; DK1497881T3; US6878477B2; US20050064272A1

Abstract

Una placa (120, 130) de campo de flujo del cátodo o del ánodo, para su uso en una célula de combustible, siendo la placa (120, 130) de campo de flujo generalmente plana y teniendo caras frontal y posterior, en la que la placa (120, 130) de campo de flujo incluye al menos una primera abertura (136, 140, 156, 160) de entrada de gas y al menos una primera abertura (137, 141, 157, 161) de salida de gas, y en la que sobre la cara frontal de la placa (120, 130) de campo de flujo se proporciona una pluralidad de canales (170, 186) de distribución de entrada en comunicación con la primera entrada de gas, una pluralidad de canales (171, 187) de recogida de salida en comunicación con la primera salida de gas y una pluralidad de canales (172, 188) primarios que se extienden entre los canales de distribución de gas y dichos canales (171, 187) de recogida de salida, en la que cada uno de los canales de flujo de distribución (170, 186) de entrada de gas y de recogida (171, 187) de salida de gas se conecta a una pluralidad de los canales (172, 188) primarios, y en la que la placa (120, 130) de campo de flujo incluye, en al menos una de las aberturas, una extensión (181, 281) de abertura que se extiende en el lado posterior de la placa (120, 130) de campo de flujo, y para cada extensión (181, 281) de abertura al menos una ranura asociada con la misma y que se extiende a través de la placa (120, 130) de campo de flujo desde el lado posterior hasta el lado frontal de la misma, para proporcionar comunicación entre la extensión (181, 281) de abertura correspondiente y uno correspondiente de dicha pluralidad de canales (170, 186) de distribución de entrada o dicha pluralidad canales (171, 187) de recogida de salida, y que comprende además al menos uno de: a) una pluralidad de primeras aberturas (136, 140, 156, 160) de entrada de gas y una pluralidad de primeras aberturas (137, 141, 157, 161) de salida de gas, b) en la que en la placa (120, 130) de campo de flujo, a lo largo de la dirección longitudinal de los canales (172, 188) primarios, cada uno de la pluralidad de canales (172, 188) primarios, en relación con el canal (170, 186) de distribución de entrada correspondiente y el canal (171, 187) de recogida de salida correspondiente tiene un extremo del mismo separado a una distancia de dicho canal (170, 186) de distribución de entrada, y el otro extremo del mismo separado a la misma distancia de dicho canal (171, 187) de distribución de salida, y en la que la relación de la distancia con respecto a la anchura de los canales (172, 188) primarios se encuentra en el intervalo de 1,5 -2 o más, y c) en la que los canales (170, 186) de distribución de entrada y los canales de distribución de salida tienen ristreles.

Description

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DESCRIPCION

Placa de campo de flujo para celulas de combustible Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a celulas de combustible. Mas particularmente, la presente invencion se refiere a la configuracion de placas de campo de flujo para celulas de combustible.

Antecedentes de la invencion

Las celulas de combustible se han propuesto como una fuente de energfa limpia, eficiente y respetuosa con el medio ambiente que se puede utilizar para diversas aplicaciones. Una celula de combustible es un dispositivo electroqmmico que produce una fuerza electromotriz llevando el combustible (normalmente hidrogeno) y un oxidante (normalmente aire) en contacto con dos electrodos adecuados y un electrolito. Un combustible, tal como gas hidrogeno, por ejemplo, se introduce en un primer electrodo, es decir anodo donde reacciona electroqmmicamente en presencia del electrolito para producir electrones y cationes. Los electrones son conducidos desde el anodo hasta un segundo electrodo, es decir, catodo a traves de un circuito electrico conectado entre los electrodos. Los cationes pasan a traves del electrolito hacia el catodo. Simultaneamente, un oxidante, tal como gas oxfgeno o aire se introduce en el catodo, donde el oxidante reacciona electroqmmicamente en presencia del electrolito y el catalizador, produciendo aniones y consumiendo los electrones que se han hecho circular a traves del circuito electrico; los cationes se consumen en el segundo electrodo. Los aniones formados en el segundo electrodo o catodo reaccionan con los cationes para formar un producto de reaccion. El anodo puede alternativamente referirse como un combustible o electrodo de oxidacion, y el catodo puede alternativamente referirse como un oxidante o electrodo de reduccion. Las reacciones de la semicelula en los dos electrodos son, respectivamente, como sigue:

H2_2H+ + 2e-

1/2O2 + 2H+ + 2e-_H2O

El circuito electrico externo retira la corriente electrica y, por lo tanto, recibe energfa electrica de la celula de combustible. La reaccion global de celula de combustible produce energfa electrica como se muestra por la suma de las reacciones de la semicelula separadas escritas anteriormente. El agua y el calor son subproductos normales de la reaccion. En consecuencia, el uso de celulas de combustible en la generacion de energfa ofrece potenciales beneficios ambientales en comparacion con la generacion de energfa procedente de la combustion de combustibles fosiles o de la actividad nuclear. Algunos ejemplos de aplicaciones son generacion de energfa residencial distribuida y sistemas de energfa de automocion para reducir los niveles de emision.

En la practica, las celulas de combustible no se operan como unidades individuales. Mas bien, las celulas de combustible se conectan en serie, apiladas una encima de la otra, o se colocan lado a lado. Una serie de celulas de combustible, referida como pila de celulas de combustible, se encierra normalmente en un alojamiento. El combustible y el oxidante se dirigen a traves de los colectores a los electrodos, mientras que se proporciona enfriamiento, ya sea por los reactivos o por un medio de enfriamiento separado. Tambien dentro de la pila hay colectores de corriente, juntas de celula a celula y aislamiento. Tubena y diversos instrumentos se conectan externamente a la pila de celulas de combustible para suministrar y controlar las corrientes de fluido en el sistema. La pila, el alojamiento y el hardware asociado constituyen la unidad de celula de combustible.

Existen varios tipos conocidos de celulas de combustible. Por ejemplo, las celulas de combustible con membrana de intercambio de protones (PEM) son una de las sustituciones mas prometedoras para los sistemas tradicionales de generacion de energfa, puesto que una celula de combustible PEM permite el diseno de una celula de combustible simple y compacta, que es robusta y que puede operarse a temperaturas no muy diferentes de la temperatura ambiente. Por lo general, las celulas de combustible PEM se alimentan con gas hidrogeno puro, puesto que es electroqmmicamente reactivo y los subproductos de la reaccion son agua y calor, lo que es respetuoso con el medio ambiente. Una celula de combustible PEM convencional comprende, por lo general, dos placas de campo de flujo (placas bipolares), en concreto, una placa de campo de flujo del anodo y una placa de campo de flujo del catodo, con una membrana de intercambio de protones (MEA) dispuesta entre medias. La MEA incluye la membrana de intercambio de protones real y las capas de catalizador para la reaccion de la celula de combustible revestidas sobre la membrana. Adicionalmente, se proporciona un medio de difusion de gas (GDM) o capa de difusion de gas (GDL) entre cada placa de campo de flujo y la PEM. El GDM o GDL facilita la difusion del gas reactivo, ya sea el combustible o el oxidante, hacia la superficie del catalizador del MEA, mientras que proporciona conductividad electrica entre cada placa de campo de flujo y la PEM.

Cada placa de campo de flujo tiene normalmente tres aperturas o aberturas en cada extremo, representando cada abertura ya sea una entrada o salida para uno de combustible, oxidante y refrigerante. Sin embargo, es posible tener multiples entradas y salidas en las placas de campo de flujo para cada gas reactivo o refrigerante, dependiendo de la celula de combustible o del diseno de la pila. Cuando una celula de combustible se apila montandose, la placa de campo de flujo del anodo de una pila se apoya contra la placa de campo de flujo del catodo de una celula adyacente. Estas aberturas se extienden en todo el espesor de las placas de campo de flujo y se alinean para formar canales de

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distribucion alargados que se extienden perpendiculares a las placas de campo de flujo y a traves de toda la pila de celulas de combustible cuando las placas de campo de flujo se apilan juntas para formar una pila de celulas de combustible completa. Un campo de flujo comprende normalmente al menos uno, y en la mayona de los casos, una pluralidad de canales de flujo de caras abiertas que comunican de manera fluida la entrada y salida apropiadas. Puesto que un gas reactivo se hace fluir a traves de los canales, se difunde a traves del GDM y reacciona en el MEA en presencia del catalizador. Un flujo continuo pasante asegura que, si bien la mayor parte del combustible o del oxidante se consume, cualquier contaminante se vuelca continuamente a traves de la celula de combustible. El campo de flujo se puede proporcionar en cada cara o en ambas caras de la placa de campo de flujo. Normalmente, los campos de flujo de combustible u oxidante se forman respectivamente en la cara de la placa de campo de flujo anodo y del catodo que se orienta hacia el MEA (en adelante, referida como "cara frontal"). Un campo de flujo de refrigerante puede proporcionarse ya sea en la cara de cualquiera de la placa de campo de flujo del anodo o catodo que se oriente lejos del MEA (en adelante, referida como "cara posterior").

Cuando se forma una pila de celulas de combustible completa, un par de placas del colector de corriente se proporcionan inmediatamente adyacentes a las placas de campo de flujo mas exteriores para recoger corriente de la pila de celulas de combustible y suministrar la corriente a un circuito electrico externo. Un par de placas aislantes se proporcionan inmediatamente fuera de las placas del colector de corriente y un par de placas de extremo se situan inmediatamente adyacentes al aislante. Una junta se dispone entre cada par de placas adyacentes. La junta tiene generalmente forma de juntas fabricada de materiales elasticos que son compatibles con el entorno de la celula de combustible. Una pila de celulas de combustible, despues del montaje, se fija normalmente para asegurar los elementos y asegurar que la compresion adecuada se aplica a las juntas y a las areas activas de la pila de celulas de combustible. Este procedimiento asegura que la resistencia de contacto se minimiza y la resistencia electrica de las celulas esta en un mmimo.

Se han conocido diversos disenos del campo de flujo. Un patron de campo de flujo comunmente conocido se puede encontrar en la Patente de Estados Unidos n.° 4.988.583. Un canal de flujo de fluido de cara abierta continuo unico se proporciona en una superficie de una placa de campo de flujo. El canal de flujo tiene una entrada y una salida, respectivamente situadas cerca de dos extremos opuestos de la placa de campo de flujo. La entrada y la salida estan en comunicacion de fluido con colectores de distribucion de gas en la pila de celulas de combustible. El canal de flujo atraviesa la superficie de la placa de campo de flujo en una pluralidad de pasadas. El canal de flujo en forma de serpentina ofrece un canal de flujo largo sin aumentar la dimension de la placa de campo de flujo, permitiendo de este modo una difusion algo suficiente de gases reactivos del canal de flujo a el MEA.

Los documentos EP1047143 y EP1389351 divulgan tambien placas de campo de flujo para celulas de combustible. Importantes mejoras se han realizado basandose en este concepto de canal de flujo de "serpentina". Estas mejoras se pueden encontrar en las Patentes de Estados Unidos n°. 6.099.984 y 6.309.773. Sin embargo, estos disenos presentan una serie de problemas. Los canales de flujo de serpentina causan una mayor cafda de presion cuando los gases reactivos se hacen fluir a traves del campo de flujo. Este es un problema grave que afecta significativamente al rendimiento de la celula de combustible cuando la celula de combustible esta operando bajo una presion relativamente baja, por ejemplo, presion ambiental. Tambien la distribucion de gas en estos disenos no es uniforme a lo largo de las trayectorias de flujo tortuosas. El flujo de gas es mas turbulento en el campo de flujo de serpentina, por lo que es mas diffcil de controlar el flujo, la presion o la temperatura de los gases reactivos. Ademas, las trayectorias de flujo tortuosas proporcionan mas lugares para la acumulacion de agua o contaminantes en los canales, lo que aumenta el riesgo de inundacion o envenenamiento de la celula de combustible.

Otro problema asociado con la mayona de los disenos de campo de flujo es las nervaduras y canales en la placa de campo de flujo del anodo a menudo compensados con los de las placas de campo de flujo del catodo cuando se colocan en una pila de celulas de combustible. Como se ha mencionado anteriormente, la placa de campo de flujo del anodo y del catodo se coloca adyacente al lado opuesto del MEA y los gases reactivos de hacen fluir a traves de las camaras formadas por el GDM y los canales de caras abiertas en el campo de flujo. Puesto que la presion se aplica a menudo en una pila de celulas de combustible, el MEA y GDM se ven sometidos a una fuerza de cizallamiento, que eventualmente puede danar el MEA. El desplazamiento de las nervaduras evita tambien la distribucion de gases reactivos a traves del GDM, reduciendo la eficacia de la celula de combustible.

Puede apreciarse a partir de la descripcion anterior que un problema adicional en la celula de combustible convencional es que el sellado se ve a menudo complicado. Varias aberturas en el MEA, placas de campo de flujo, placas del colector de corriente, etc. deben sellarse. Ademas, como se ha mencionado, se requiere una junta entre cada par de placas adyacentes y cada junta sena de construccion compleja y elaborada. Para cualquier gas reactivo, es concebible proporcionar una junta que encierre completamente todo el campo de flujo y su entrada y salida en la primera placa de campo de flujo correspondiente. Esto permitira la formacion de una buena junta entre esa placa de campo de flujo y el MEA. Sin embargo, en el otro lado del MEA, es necesario proporcionar una junta que encierre completamente una abertura en una segunda placa de campo de flujo que corresponde a la entrada y salida en la primera placa de campo de flujo. En esta configuracion, parte de la membrana descansana sobre los canales abiertos en la primera placa de campo de flujo, y por lo tanto no se soportana correctamente, corriendo asf el riesgo de que no haya un sellado suficiente, lo que da como resultado una mezcla de gases, que es altamente indeseable.

Por lo tanto, sigue habiendo la necesidad de una placa de campo de flujo para celulas de combustible que proporcione una pequena cafda de presion a traves del campo de flujo de fluido y una distribucion de gas mas

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uniforme. Preferentemente, la placa de campo de flujo reduce los efectos de cizalladura en el MEA y simplifica el sellado entre las placas de campo de flujo.

Sumario de la invencion

De acuerdo con el primer aspecto de la presente invencion, se proporciona una placa de campo de flujo de acuerdo con la reivindicacion 1 y una pila de celulas de combustible de acuerdo con la reivindicacion 9.

Preferentemente, cada una de las placas de campo de flujo del anodo y del catodo tiene la porcion de canales coincidentes proporcionados generalmente en el centro.

Mas preferentemente, la celula de combustible de la presente invencion es una celula de combustible, en la que cada una de las placas de campo de flujo del anodo y del catodo incluye una abertura de entrada de combustible alineada con otras aberturas de entrada de combustible para formar un conducto de entrada de combustible, una abertura de entrada de oxidante alineada con otras aberturas de entrada de oxidante para formar un conducto de entrada de oxidante, una abertura de entrada de refrigerante alineada con otras aberturas de entrada de refrigerante para formar un conducto de entrada de refrigerante, una abertura de salida de combustible para el combustible alineada con otras aberturas de salida de combustible para formar un conducto de salida de combustible, una abertura de salida de oxidante alineada con otras aberturas de salida de oxidante para formar un conducto de salida de oxidante y una abertura de salida de refrigerante alineada con otras aberturas de salida de refrigerante para formar un conducto de salida de refrigerante, y en la que, para cada celula de combustible, la placa de campo de flujo del anodo incluye al menos un canal de distribucion de entrada de combustible que conecta el conducto de entrada de combustible con los canales primarios del anodo y al menos un canal de recogida de salida de combustible que conecta los canales primarios del anodo con el conducto de salida de combustible.

De manera correspondiente, para cada celula de combustible, la placa de campo de flujo del catodo puede incluir al menos un canal de distribucion de entrada de oxidante que conecta el conducto de entrada de oxidante a los canales primarios del catodo, y al menos un canal de recogida de salida de oxidante que conecta los canales primarios del catodo al conducto de salida de oxidante.

Ventajosamente, las placas de campo de flujo pueden incluir una disposicion para la alimentacion de gas desde la parte posterior de las mismas hasta la cara frontal que incluye los canales primarios, incluyendo la disposicion ranuras que se extienden a traves de la placa de campo de flujo respectiva. Las secciones transversales de flujo de los canales primarios de las placas de campo de flujo del anodo pueden ser diferentes de las secciones transversales de flujo de los canales principales de la placa de campo de flujo del catodo. Esto se puede lograr mediante la variacion de la profundidad de los canales.

Se prefiere que los canales primarios y las nervaduras, de cada placa de campo de flujo, tenga una relacion de anchura de 1,5:1. Cuando los canales primarios del catodo y anodo tienen diferentes profundidades, se prefiere que esta relacion se encuentre en el intervalo de 1,5-3:1. Mas espedficamente, tambien podna estar ene l intervalo de 23:1 o 1,5-2:1, y aun mas espedficamente podna ser 3:1.

Preferentemente, la distribucion de entrada y los canales de recogida de salida tienen una anchura que es 1-1,5 veces la anchura de los canales primarios. Al menos para los canales de distribucion de entrada y de recogida de salida, se proporcionan ristreles, para reducir la turbulencia y reducir la resistencia de flujo. En las placas de campo de flujo del anodo, a lo largo de la direccion longitudinal de los canales primarios del anodo, cada uno de la pluralidad de canales primarios del anodo en relacion con el canal de distribucion de entrada de combustible correspondiente y el canal de recogida de salida de combustible correspondiente tiene un extremo separado a una distancia de dicho canal de distribucion de entrada de combustible, y el otro extremo separado a una misma distancia de dicho canal de distribucion de salida de combustible, y donde la relacion de distancia a anchura de los canales primarios del anodo esta en el intervalo de 1,5-2.

De manera correspondiente, en las placas de campo de flujo del catodo, a lo largo de la direccion longitudinal de los canales primarios del catodo, cada uno de la pluralidad de canales primarios del catodo en relacion con el canal de distribucion de entrada de oxidante correspondiente y el canal de recogida de salida de oxidante correspondiente tiene un extremo separado a una distancia de dicho canal de distribucion de entrada de oxidante, y el otro extremo separado a una misma distancia de dicho canal de distribucion de salida de oxidante, y donde la relacion distancia a anchura de los canales primarios del catodo esta en el intervalo 1,5-2.

Se entendera que aunque la invencion se define en relacion con una pila de celulas de combustible que comprende una pluralidad de celulas de combustible, el numero de celulas en una pila de celulas de combustible se puede variar. Es concebible que la pila de celulas de combustible pueda comprender una sola celula de combustible, aunque para muchas aplicaciones es deseable proporcionar una pluralidad de celulas de combustible, en serie, para desarrollar una tension adecuada.

El diseno de la placa de campo de flujo para celulas de combustible de acuerdo con la presente invencion proporciona una distribucion de gas mas uniforme y una cafda de presion reducida a traves del campo de flujo. Los canales de flujo sustancialmente rectos evitan la acumulacion de agua e impurezas. La MEA y GDM en la presente

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invencion se ven sometidos a menos, si alguno, efectos de cizallamiento resultantes del desplazamiento de las nervaduras en los campos de flujo. La distribucion de gas se ve facilitada tambien, lo que da como resultado una mejor eficacia de la celula de combustible y densidad de potencia mejorada. Por otra parte, la alimentacion de gases reactivos desde la cara posterior de las placas de campo de flujo proporciona una posibilidad para el sellado simplificado entre as placas de campo de flujo, lo que reduce el riesgo de mezclar gases reactivos. Ademas, el diseno coincidente de las nervaduras de campo de flujo hace que sea posible el uso de nervaduras mas estrechas y canales de flujo mas anchos en el campo de flujo. Por lo tanto, hay mas exposicion directa del GDM y del MEA a los gases reactivos. En consecuencia, una porcion mas grande del area activa del MEA se puede utilizar. Esto mejora aun mas la eficacia de la celula de combustible. Todas estas ventajas contribuyen a una celula de combustible con un mejor rendimiento y un mantenimiento mas facil.

Breve descripcion de los dibujos

Para una mejor comprension de la presente invencion, y para mostrar mas claramente como puede llevarse a efecto, se hara ahora referencia, a modo de ejemplo, a los dibujos adjuntos, que muestran una realizacion preferida de la presente invencion y en los que:

La Figura 1 muestra una vista en perspectiva en despiece de una unidad de celula de combustible situado dentro de una pila de celulas de combustible de acuerdo con la presente invencion;

La Figura 2a muestra una vista esquematica de la cara frontal de la placa de campo de flujo del anodo de la celula de combustible de acuerdo con la presente invencion;

La Figura 2b muestra una vista esquematica de la cara posterior de la placa de campo de flujo del anodo de la celula de combustible de acuerdo con la presente invencion;

La Figura 2c muestra una vista en seccion parcial ampliada de la placa de campo de flujo del anodo de la celula de combustible de acuerdo con la presente invencion, tomada a lo largo de la lmea A-A de la Figura 2a;

La Figura 3a muestra una vista esquematica de la cara frontal de la placa de campo de flujo del catodo de la celula de combustible de acuerdo con la presente invencion;

La Figura 3b muestra una vista esquematica de la cara posterior de la placa de campo de flujo del catodo de la celula de combustible de acuerdo con la presente invencion;

La Figura 3c muestra una vista parcial ampliada de la salida de aire y de las partes adyacentes en la cara posterior de la placa de campo de flujo del catodo de la celula de combustible de acuerdo con la presente invencion;

La Figura 3d muestra una vista ampliada parcial en perspectiva de la salida de aire y de las partes adyacentes en la cara posterior de la placa de campo de flujo del catodo de la celula de combustible de acuerdo con la presente invencion;

La Figura 3e muestra una vista parcial ampliada de un ejemplo de los canales de distribucion de entrada de oxidante y de los canales primarios en la cara frontal de la placa de campo de flujo del catodo de la celula de combustible de acuerdo con la presente invencion;

La Figura 4a muestra una vista en seccion de celula de combustible de acuerdo con la presente invencion;

La Figura 4b muestra una vista en seccion de una celula de combustible convencional; y

La Figura 5 muestra un grafico de la curva de polarizacion que indica el rendimiento de la celula de combustible de acuerdo con la presente invencion.

Descripcion detallada de las realizaciones preferidas

Haciendo referencia primero a la Figura 1, esta muestra una vista en perspectiva en despiece de una unidad 100 de celula de combustible unica situada dentro de una pila de celulas de combustible de acuerdo con la presente invencion. Se debe entenderse que aunque una unidad 100 de celula de combustible unica se detalla a continuacion, de manera conocida la pila de celulas de combustible comprende por lo general una pluralidad de celulas de combustible apiladas entre sf. Cada celula de combustible de la unidad 100 de celula de combustible comprende una placa 120 de campo de flujo del anodo, una placa 130 de campo de flujo del catodo, y un conjunto 124 de electrodos de membrana (MEA) dispuesto entre las placas 120, 130 de campo de flujo anodo y catodo. Cada placa de campo de flujo reactivo tiene una region de entrada, una region de salida, y canales de cara abierta para conectar de manera fluida la entrada a la salida, y proporcionar una forma para la distribucion de los gases reactivos a las superficies exteriores del MEA 124. El MEA 124 comprende un electrolito 125 solido (es decir, una membrana de intercambio de protones) dispuesto entre una capa de catalizador del anodo (no mostrada) y una capa de catalizador del catodo (no mostrada). Un primer medio 122 de difusion de gas (GDM) se dispone entre la capa de catalizador del anodo y la placa 120 de campo de flujo del anodo, y un segundo GDM 126 se dispone entre la capa de catalizador del catodo y la placa 130 de campo de flujo del catodo. Los GDM 122, 126 facilitan la difusion del gas reactivo, ya sea el combustible o el oxidante, a las superficies cataltticas del MEA 124. Ademas, los GDM mejoran la conductividad electrica entre cada una de las placas 120, 130 de campo de flujo del anodo y del catodo y la membrana 125.

En una reaccion catalizada, un combustible tal como hidrogeno puro, se oxida en la capa de catalizador del anodo del MEA 124 para formar protones y electrones. La membrana 125 de intercambio de protones facilita la migracion de los protones de la capa de catalizador del anodo a la capa de catalizador del catodo. Los electrones no pueden pasar a traves de la membrana 125 de intercambio de protones, y se ven obligados a fluir a traves de un circuito

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externo (no mostrado), proporcionando asf una corriente electrica. En la capa de catalizador del catodo del MEA 124, el oxfgeno reacciona con los electrones que han regresado del circuito electrico para formar aniones. Los aniones formados en la capa de catalizador del catodo del MEA 124 reaccionan con los protones que han atravesado la membrana 125 para formar agua en estado lfquido como producto de reaccion.

Todavfa haciendo referencia a la Figura 1, en lo sucesivo, las designaciones “frontal” y “posterior” con respecto a las placas 120, 130 de campo de flujo del anodo y del catodo indican su orientacion con respecto al MEA 124. Por lo tanto, la cara “frontal” indica el lado orientado hacia el MEA 124, mientras que la cara “posterior” indica el lado alejado del MEA 124. Una primera placa 116 del colector de corriente se apoya contra la cara posterior de la placa 120 de campo de flujo del anodo. De manera similar, una segunda placa 118 del colector de corriente se apoya contra la cara posterior de la placa 130 de campo de flujo del catodo. Las placas 116, 118 del colector de corriente recogen la corriente de las placas 120, 130 de campo de flujo, y se conectan a un circuito electrico externo (no mostrado). La primera y segunda placas 112, 114 aislantes se situan inmediatamente adyacentes a la primera y segunda placas 116, 118 del colector de corriente, respectivamente. La primera y segunda placas 102, 104 de extremo se situan inmediatamente adyacentes a la primera y segunda placas 112, 114 aislantes, respectivamente. Se puede aplicar presion en las placas 102, 104 de extremo para presionar la unidad 100 junta. Por otra parte, medios de estanqueidad son generalmente realizados entre cada par de placas adyacentes. Preferentemente, una pluralidad de barras 131 de acoplamiento se puede proporcionar tambien. Las barras 131 de acoplamiento se atornillan en perforaciones roscadas de la placa 104 de extremo del catodo, y pasan a traves de correspondientes orificios de friccion en la placa 102 de extremo del anodo. De manera conocida, medios de fijacion, tales como tuercas, pernos, arandelas y similares se proporcionan para sujetar juntas la unidad 100 de celula de combustible y toda la pila de celulas de combustible.

Todavfa haciendo referencia a la Figura 1, las placas 102, 104 de extremo estan provistas de una pluralidad de puertos de conexion para el suministro de diversos fluidos. Espedficamente, la segunda placa 104 de extremo tiene un primer y un segundo puertos 106, 107 de conexion de aire, primer y segundo puertos 108, 109 de conexion de refrigerante, y primer y segundo puertos 110, 111 de conexion de hidrogeno. Como se entendera por los expertos en la materia, el MEA 124, el primer y segundo medios 122, 126 de difusion de gas, las placas 120, 130 de campo de flujo del anodo y del catodo, la primera y segunda placas 116, 118 del colector de corriente, la primera y segunda placas 112, 114 aislantes, y la primera y segunda placas 102, 104 de extremo tienen tres entradas cerca de un extremo y tres salidas cerca del extremo opuesto de las mismas, que estan en alineacion para formar canales de fluido para el aire como un oxidante, un refrigerante, e hidrogeno como combustible. Ademas, no es esencial que todas las salidas se situen en un extremo, es decir, pares de flujos podnan ser a contracorriente en lugar de fluir en la misma direccion. Aunque no se muestra, se entendera que los diversos puertos 106 -111 se conectan de manera fluida a los conductos que se extienden a lo largo de la longitud de la unidad 100 de celula de combustible y que se forman a partir de aberturas en las placas de campo de flujo individuales, como se detalla a continuacion.

Se entendera por los expertos en la materia que el refrigerante podna ser cualquier fluido de intercambio de calor conocido, incluyendo, pero sin limitarse a agua, agua desionizada, aceite, glicol de etileno, y/o propilenglicol. Si bien una variedad de refrigerantes se podna utilizar para las realizaciones espedficas descritas en la presente memoria, por simplicidad, todos los fluidos de intercambio de calor son agua desionizada en las realizaciones descritas.

Con referencia a continuacion a la Figura 2a, esta muestra la cara frontal de la placa 120 de campo de flujo del anodo. La placa 120 de campo de flujo del anodo tiene tres entradas cerca de un extremo de la misma, en concreto, una abertura 136 de entrada de aire del anodo, una abertura 138 de entrada de refrigerante del anodo, y una abertura 140 de entrada de hidrogeno del anodo, en comunicacion fluida con el primer puerto 106 de conexion de aire, el primer puerto 108 de conexion de refrigerante, y el primer puerto 110 de conexion de hidrogeno, respectivamente. La placa 120 de campo de flujo del anodo tiene tres salidas cerca del extremo opuesto, en concreto, una abertura 137 de salida de aire del anodo, una abertura 139 de salida de refrigerante del anodo y una abertura 141 de salida de hidrogeno del anodo, en comunicacion de fluido con el segundo puerto 107 de conexion de aire, el segundo puerto 109 de conexion de refrigerante, y el segundo puerto 111 de conexion de hidrogeno, respectivamente.

En la Figura 2a, la cara frontal de la placa 120 de campo de flujo del anodo esta provista de un campo 132 de flujo de hidrogeno que comprende una pluralidad de canales de caras abiertas. Este campo 132 de flujo conecta de forma fluida la abertura 140 de entrada de hidrogeno del anodo a la abertura 141 de salida de hidrogeno del anodo. Sin embargo, el hidrogeno no se hace fluir directamente desde la abertura 140 de entrada hasta el campo 132 de flujo en la cara frontal de la placa 120 de campo de flujo del anodo. El flujo de hidrogeno entre el campo 132 de flujo y la entrada 140 y la salida 141, respectivamente, se describira en mas detalle. Como es conocido para los expertos en la materia, cuando el hidrogeno se hace fluir a lo largo de los canales en el campo 132 de flujo, al menos una parte del hidrogeno se difunde a traves del primer GDM 122 y reacciona en la capa de catalizador del anodo del MEA 124 para formar protones y electrones. Los protones migran a traves de la membrana 125 hacia la capa de catalizador del catodo. El hidrogeno sin reaccionar continua fluyendo a lo largo del campo 132 de flujo, y en ultima instancia, sale de la placa 120 de campo de flujo del anodo a traves de la salida 141 de hidrogeno del anodo.

Todavfa haciendo referencia a la Figura 2a, una junta 200 se proporciona alrededor del campo 132 de flujo y en las diversas entradas y salidas para evitar fugas o mezcla de gases reactivos y refrigerante. La junta, normalmente una

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junta fabricada de materiales elasticos compatibles con el entorno de la celula de combustible, se asienta en una ranura 201 de estanqueidad en la cara frontal de la placa 120 de campo de flujo del anodo, como puede verse en la Figura 2c. La ranura 201 de estanqueidad se forma encerrando completamente el campo 132 de flujo y las entradas y salidas. La ranura 201 de estanqueidad puede formarse utilizando mecanizado, grabado y etc. Como deseable, la ranura puede tener variada profundidad (en la direccion perpendicular al plano de la Figura 2a) y/o anchura (en el plano de la Figura 2a) a diferentes posiciones alrededor de la placa 120 de campo de flujo del anodo. De hecho, la junta 200 de estanqueidad separa completamente las aberturas de entrada y salida del campo 132 de flujo en la cara frontal de la placa 120 de campo de flujo del anodo. Por lo general, la ranura 201 de estanqueidad y la correspondiente junta tienen una profundidad constante.

Haciendo referencia a continuacion a la Figura 2b, esta muestra la cara posterior de la placa 120 de campo de flujo del anodo. En la presente invencion, la cara posterior de la placa 120 de campo de flujo del anodo es plana, lisa, y no se proporciona con ningun canal de flujo. Un numero de ranuras 180, se proporcionan adyacentes a la abertura 140 de entrada de hidrogeno y la abertura 141 salida de hidrogeno. Estas ranuras penetran en el espesor de la placa 120 de campo de flujo del anodo, proporcionando de este modo la comunicacion de fluido a las caras frontal y posterior de la placa 120 de campo de flujo del anodo. No se necesita una junta de estanqueidad o ranura de junta de estanqueidad en la cara posterior de la placa 120 de campo de flujo del anodo de la presente invencion. Esta es una mejora sobre los disenos de celula de combustible convencionales mediante la simplificacion de la estructura de la placa y la reduccion portanto del coste de fabricacion. El sellado se consigue por la junta de estanqueidad en la cara posterior de la placa 130 de campo de flujo del catodo, como se describira a continuacion.

Haciendo referencia a continuacion a la Figura 3a, esta muestra la cara frontal de la placa 130 de campo de flujo del catodo. La placa 130 de campo de flujo del catodo tiene tres entradas cerca de un extremo de la misma, en concreto una abertura 156 de entrada de aire del catodo, una abertura 158 de entrada de refrigerante del catodo, y una abertura 160 de entrada de hidrogeno del catodo, en comunicacion fluida con el primer puerto 106 de conexion de aire, el primer puerto 108 de conexion de refrigerante, y el primer puerto 110 de conexion de hidrogeno, respectivamente. La placa 130 de campo de flujo del catodo tiene tres salidas cerca del extremo opuesto, en concreto, una abertura 157 de salida de aire del catodo, una abertura 159 de salida de refrigerante del catodo, y una abertura 161 de salida de hidrogeno del catodo, en comunicacion de fluido con el segundo puerto 107 de conexion de aire, el segundo puerto 19 de conexion de refrigerante, y el segundo puerto 111 de conexion de hidrogeno, respectivamente.

En la Figura 3a, la cara frontal de la placa 130 de campo de flujo del catodo se proporciona con un de campo 142 de flujo de oxidante (por lo general aire) que comprende una pluralidad de canales de caras abiertas. El campo 142 de flujo conecta de forma fluida la abertura 156 de entrada de aire del catodo a la abertura 157 de salida de aire del catodo. Sin embargo, similar al diseno de la placa 120 de campo de flujo del anodo, el aire no se hace fluir directamente desde la abertura 156 de entrada hasta el campo 142 de flujo en la cara frontal de la placa 130 de campo de flujo del catodo. Como es conocido por los expertos en la materia, cuando el aire se hace fluir a lo largo de los canales en el campo 142 de flujo, al menos una porcion del oxfgeno se difunde a traves del segundo GDM 126 y reacciona en la capa de catalizador del catodo con los electrones que vuelven del circuito externo para formar aniones. Los aniones reaccionan a continuacion con los protones que han migrado a traves del MEA 124 para formar agua lfquida y calor. El aire sin reaccionar continua fluyendo a lo largo del campo 142 de flujo, y en ultima instancia, sale de la placa de campo de flujo del catodo 120 a traves de la salida de aire del catodo 157.

En la placa 120 de campo de flujo del anodo y en la placa 130 de campo de flujo del catodo, las diversas entradas 136-141 y salidas 156-161 comprenden aberturas alineadas entre sf para formar seis conductos o canales que se extienden a traves de la celula de combustible y, en sus extremos conectados a los respectivos de los puertos 106111.

Todavfa haciendo referencia a la Figura 3a, una junta 300 se proporciona alrededor del campo 142 de flujo y las diversas aberturas de entrada y salida para evitar fugas o mezcla de gases reactivos y refrigerante. Se apreciara que al igual que el diseno de la placa 120 de campo de flujo del anodo, la junta, normalmente una junta fabricada de materiales elasticos compatibles con el entorno de las celulas de combustible, se asienta en una ranura de estanqueidad en la cara frontal de la placa 130 de campo de flujo del catodo. Por simplicidad, la ranura de estanqueidad no se muestra en la presente memoria. Del mismo modo, la ranura puede tener profundidad y/o anchura variadas en diferentes posiciones alrededor de la placa 130 de campo de flujo del catodo, segun se desee. De hecho, la junta 300 de estanqueidad separa completamente las aberturas de entrada y salida desde el campo 142 de flujo en la cara frontal de la placa 130 de campo de flujo del catodo.

Haciendo referencia a continuacion a la Figura 3b, esta muestra la cara posterior de la placa 130 de campo de flujo del catodo. En la presente invencion, la cara posterior de la placa 130 de campo de flujo del catodo esta provista de un campo 144 de flujo de refrigerante que comprende una pluralidad canales de flujo de cara abierta. Similar a las caras frontales de las placas 120 y 130 de campo de flujo del anodo y del catodo, una junta 400 se proporciona alrededor del campo 144 de flujo de refrigerante y las diversas aberturas de entrada y de salida. Se puede apreciar que la junta se asienta en una ranura de estanqueidad en la cara posterior de la placa 130 de campo de flujo del catodo. Para simplificar, la ranura de estanqueidad no se muestra en la presente memoria. Del mismo modo, la ranura puede tener profundidad y/o anchura variadas en diferentes posiciones alrededor de la placa 130 de campo

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de flujo del catodo, segun se desee. Sin embargo, si bien que las juntas 200, 300 de estanqueidad separan completamente las aberturas de entrada y salida de los campos 132, 142 de flujo del anodo y del catodo en la cara frontal de las placas 120, 130 de campo de flujo del anodo y del catodo, la junta 400 de estanqueidad sella solamente completamente las entradas y salidas de hidrogeno y aire del campo 144 de flujo de refrigerante, permitiendo que el agua fluya entre el campo de flujo y las aberturas 158, 159 de entrada y salida de refrigerante.

Este campo 144 de flujo conecta de forma fluida la abertura 158 de entrada de refrigerante del catodo a la abertura 159 de salida de refrigerante del catodo. El agua entra en la abertura 158 de entrada de refrigerante del catodo, se hace fluir a lo largo de los canales en el campo 144 de flujo, y en ultima instancia sale del campo 144 de flujo de refrigerante a traves de la abertura 159 de salida del refrigerante del catodo. Puesto que la reaccion de la celula de combustible es exotermica y la velocidad de reaccion es sensible a la temperatura, el flujo a traves del agua quita el calor generado en la reaccion de la celula de combustible, evitando que la temperatura de la pila de celulas de combustible aumente, regulando de este modo la reaccion de la celula de combustible en un nivel estable.

Haciendo referencia a continuacion a las Figuras 3b a 3d, cada una de las aberturas 156, 157 de entrada y salida de aire tiene una extension 281 de abertura en la cara posterior de la placa 130 de campo de flujo del catodo hacia el campo 144 de flujo de refrigerante. Un numero de ranuras 280 se proporcionan junto a la abertura 156 de entrada de aire y la abertura 157 de salida de aire en la extension de la abertura. Estas ranuras penetran en el espesor de la placa 130 de campo de flujo del catodo, de este modo llevan a comunicacion de fluido las caras posteriores de la placa 130 de campo de flujo del catodo. La extension 281 de abertura esta provistas de un numero de salientes 282 que se extienden entre las ranuras 280 hacia la abertura 156 de entrada de aire o la abertura 157 de salida de aire, respectivamente. Como se puede ver mejor en la Figura 3d, los salientes 282 que tienen sustancialmente la misma altura que la junta 400 de estanqueidad, definen un numero de canales 284 de flujo y se detienen cerca del borde de la abertura 156 de entrada de aire o la abertura 157 de salida de aire, facilitando de ese modo el flujo de aire entre las ranuras 280 y la abertura 156 de entrada de aire o la abertura 157 de salida de aire. La junta 400 de estanqueidad separa completamente la extension 281 de abertura, y por tanto las ranuras 280, del campo 144 de flujo de refrigerante y otras aberturas de entrada y salida.

Cada una de la abertura 160 de entrada y la abertura 161 de salida de hidrogeno del catodo tienen tambien una extension 181 de abertura, respectivamente. De manera similar, la extension 181 de abertura esta provista de un numero de salientes 182 que se extienden hacia la abertura 160 de entrada y abertura 161de salida de hidrogeno, respectivamente. Los salientes 182 se fabrican en tales posiciones en la placa 130 de campo de flujo del catodo que se extienden entre las ranuras 180 de la placa 120 de campo de flujo del anodo, cuando la cara posterior de la placa 130 de campo de flujo del catodo y la placa 120 de campo de flujo del anodo se apoyan entre sf; se comprendera que las placas 120, 130 de campo de flujo del anodo y del catodo tienen caras posteriores a tope, y esto significa necesariamente que la placa 120 del anodo es parte de una celula de combustible y la placa 130 del catodo es parte de una celula de combustible adyacente. En la Figura 3b, se muestra solo uno de tales salientes 182, que corresponden a las dos ranuras 180 que se muestran en la Figura 2b. Sin embargo, se debe entender que las Figuras solo se utilizan para fines ilustrativos y el numero real de salientes 182, 282 y ranuras 180, 280 no son necesariamente los mismos que se muestra en las Figuras. Los salientes 182 tienen sustancialmente la misma altura que la junta 400 de estanqueidad, definen un numero de canales 184 de flujo y se detienen cerca del borde de la abertura 160 de entrada de hidrogeno o la abertura 161 de salida de hidrogeno, facilitando de este modo el flujo de hidrogeno entre las ranuras 180 y la abertura 160 de entrada de hidrogeno o la abertura 161 de salida de hidrogeno. La junta 400 de estanqueidad separa completamente la extension 181 de abertura, y por tanto las ranuras 180, del campo 144 de flujo de refrigerante y otras aberturas de entrada y de salida.

Por supuesto, tambien es posible proporcionar la extension 181 de abertura y los salientes 182 sobre la misma adyacente a la abertura 140 de entrada y la abertura 141 de salida de hidrogeno del anodo en la cara posterior de la placa 120 de campo de flujo del anodo. En este caso, la junta 400 en la cara posterior de la placa 130 de campo de flujo del catodo se tiene que configurar de tal manera que encierre la abertura 140 de entrada y la abertura 141 de salida de hidrogeno del anodo y la extension 181 de abertura asociada, los salientes 182, asf como las ranuras 180.

Como alternativa, es posible que las extensiones de abertura necesarias para un gas se puedan proporcionar en la placa de ese gas. Por lo tanto, las aberturas 140, 141 de entrada y salida de hidrogeno o gas combustible pueden estar provistas de extensiones de abertura en la cara posterior de la placa del anodo. Correspondientemente, para la placa del catodo, las aberturas 156, 157 de entrada y salida de oxidante pueden estar provistas de extensiones de abertura en la parte posterior de la misma. En ambos casos, las ranuras apropiadas se pueden proporcionar en cada placa, pasando a traves de la placa.

Ademas, es posible que, para proporcionar un mejor flujo, cada una de las placas 120, 130 del anodo y del catodo pueda estar provista de extensiones de abertura, tanto para el flujo de gas combustible como para el flujo de oxidante. En efecto, se proporcionana a continuacion una camara de extension, parcialmente en una de las placas y parcialmente en la otra de las placas, que se extiende desde el conducto respectivo, hacia las ranuras que se extienden a traves de la cara frontal de una placa. Posiblemente, esta configuracion podna ser deseable cuando se reduce el espesor de las placas. Se entendera que, en esta tecnica, es deseable proporcionar una pila de celulas de combustible con una densidad de potencia tan alta como sea posible, y por esta razon, siempre es deseable hacer que las placas de campo de flujo sean lo mas finas posible.

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Se entendera tambien que la provision de una cara plana para al menos una de las placas de campo de flujo tiene un numero de ventajas. Se simplifica el diseno de la placa de campo de flujo, y se debe simplificar la produccion de la misma. Se simplifica adicionalmente en gran medida los medios de estanquidad y minimiza los requisitos para la alineacion exacta de las placas. En efecto, debido a la cara plana, mayores tolerancias en la alineacion pueden aceptarse, y las dimensiones de las aberturas de extension, ranuras, etc., pueden ajustarse en consecuencia, para dar cabida a las tolerancias permitidas.

Cuando la pila 100 de celulas de combustible se monta, la cara posterior de la placa de campo de flujo del anodo de una celula se apoya contra la de la placa de campo de flujo del catodo de una celula adyacente. La junta 400 de estanqueidad en la cara posterior de la placa 130 de campo de flujo del catodo se pone en contacto con la cara posterior lisa de la placa 120 de campo de flujo del anodo para lograr la estanqueidad entre las dos placas. Por lo tanto, la abertura 160 de entrada, la abertura 161 de salida de hidrogeno y la extension 181 de abertura de las mismas, respectivamente, definen una camara con la cara posterior de la placa 120 de campo de flujo del anodo. El hidrogeno entra a traves del primer puerto 110 de conexion de hidrogeno, se hace fluir a traves del conducto formado por las aberturas 140, 160 de hidrogeno del anodo y del catodo a lo largo de la pila de celulas de combustible, y se hace fluir a las camaras antes mencionadas. A partir de aqrn, para cada celula de combustible, el hidrogeno se hace fluir a lo largo de los canales 184 de la extension 181 de abertura en la placa 130 de campo de flujo del catodo de una celula de combustible, a traves de las ranuras 180 en la placa 120 de campo de flujo del anodo de una celula de combustible adyacente al campo 132 de flujo de hidrogeno en la cara frontal de la placa 120 de campo de flujo del anodo. Este diseno de la alimentacion de hidrogeno desde un lado opuesto del campo 132 de flujo se conoce como "alimentacion lateral hacia atras", y es el objeto de una solicitud de patente anterior, la Solicitud de Patente de Estados unidos n°. 09/855.018. El patron de flujo de hidrogeno en el campo 132 de flujo se describira en detalle a continuacion.

De la misma manera, la abertura 156 de entrada de aire, la abertura 157 de salida de aire y la extension 281 de abertura de las mismas, respectivamente, definen una camara con la cara posterior de la placa 120 de campo de flujo del anodo. El aire entra a traves del primer puerto 106 de conexion de aire, se hace fluir a traves del conducto formado por las aberturas 136, 156 de aire del anodo y del catodo, y se hace fluir a las camaras antes mencionadas. Desde aqrn, el aire se hace fluir a lo largo de los canales 284 de la porcion de extension 281 de abertura en la placa 130 de campo de flujo del catodo, a traves de las ranuras 280 en la placa 130 de campo de flujo del catodo en el campo 142 de flujo de oxidante sobre la cara frontal de la placa 130 de campo de flujo del catodo. Una vez mas, el oxidante se alimenta tambien desde el "lado posterior" en la presente invencion. El patron de flujo de aire en el campo 142 de flujo se describira en detalle a continuacion.

Haciendo referencia a continuacion, de nuevo, a la Figura 2a, esta muestra el patron del campo 132 de flujo de hidrogeno en la cara frontal de la placa 120 de campo de flujo del anodo. Como se muestra en la Figura 2a, un numero de primeros o canales 170 de distribucion de entrada de combustible estan en comunicacion de fluido con las ranuras 180 adyacente a la entrada 140 de hidrogeno; esencialmente, hay un par de los canales de distribucion de entrada en comunicacion con cada una de las ranuras 180. Los primeros o canales 170 de flujo de distribucion de entrada se extienden sustancialmente de forma transversal a una parte principal o central del campo 132 de flujo en diferentes grados. Para compensar y dar cabida a otros canales 170 de distribucion de entrada, algunos de los primeros o canales 170 de distribucion tienen una porcion 170a corta que se extiende longitudinalmente inmediatamente adyacente a las ranuras 180 adyacente a la abertura 140 de entrada de hidrogeno y tienen despues porciones 170b que se extiende transversalmente al campo 132 de flujo como se indica. Despues, cada primer o canal 170 de distribucion de entrada se divide en una pluralidad de canales 172 de flujo central o primario, separados por una pluralidad de nervaduras 173. Estos canales 172 de flujo primario son rectos y se extienden en relacion paralela a lo largo de la longitud del campo 132 de flujo de la abertura 140 de entrada de hidrogeno hacia la abertura 141 de salida de hidrogeno.

A la salida, un numero de segundos o canales 171 de flujo de recogida de salida de combustible estan en comunicacion fluida con las ranuras 180 adyacentes a la abertura 141 de salida de hidrogeno. Correspondientemente, los segundos o canales 171 de recogida de salida de combustible se extienden sustancialmente en sentido transversal del campo 132 de flujo en diferentes grados. Para compensar y dar cabida a otros los canales 171 de recogida de salida de combustible, algunos de los segundos o canales 171 de recogida de salida de combustible tienen una porcion 171a corta que se extiende longitudinalmente inmediatamente adyacente a las ranuras 180 adyacentes a la abertura 141 de salida de hidrogeno y tienen despues porciones 171b que se extienden transversalmente al campo 132 de flujo. Los segundos o canales 171 de flujo de recogida de salida se colocan en correspondencia con los primeros o canales 170 de flujo de distribucion de entrada. La pluralidad de canales 172 primarios divididos de cada primer o canal 170 de flujo de distribucion de entrada converge despues en un segundo o canal 171 de flujo de recogida de salida correspondiente. Cabe senalar que las porciones 170a, 171a que se extienden longitudinalmente de los primeros y segundos canales 170, 171 de flujo son significativamente mas cortas, en comparacion con la longitud de los canales 172 primarios. El numero de canales 172 primarios que esta asociado con cada canal 170, 171 de recogida y distribucion puede o no ser el mismo. Ademas, no es esencial que todos los canales 172 primarios alimentados desde un canal 170 de flujo de distribucion de entrada se conecten al mismo canal 171 de recogida de salida, y viceversa. Como se puede desear, la anchura de las nervaduras 173 y/o canales 172 de flujo se puede ajustar para obtener diferentes relaciones de canal a nervadura.

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En consecuencia, el hidrogeno se hace fluir por separado de las ranuras 180 adyacente a la abertura 140 de entrada de hidrogeno en los primeros o canales 170 de flujo de distribucion de entrada de combustible. A continuacion, el flujo de hidrogeno en cada uno de los primeros o canales 170 de flujo de distribucion de entrada de combustible se separa adicionalmente en la pluralidad de canales 172 centrales o primarios. El hidrogeno de hace fluir a lo largo de la pluralidad de canales 172 primarios y se recoge despues por los segundos o canales 171 de recogida de salida en el extremo opuesto del campo 132 de flujo del anodo. El consecuencia, el hidrogeno de hace fluir a lo largo de los segundos o canales 171 de flujo de recogida de salida, a traves de las ranuras 180 adyacentes a la abertura 141 salida de hidrogeno hasta la cara posterior de la placa 120 de campo de flujo del anodo. Como se ha mencionado anteriormente, la salida 161 de hidrogeno del catodo y su porcion 181 de extension definen una camara con la cara posterior de la placa 120 de campo de flujo del anodo. Por lo tanto, el hidrogeno entra en la camara, se hace fluir a traves del conducto formado por los las aberturas 141 y 161 de salida de hidrogeno del anodo y del catodo a lo largo de la pila de celulas de combustible, y sale de la pila de celulas de combustible a traves del segundo puerto 111 de conexion de hidrogeno. La division del flujo de hidrogeno en los primeros o canales 170 de distribucion de entrada y despues en la pluralidad de canales 172 primarios, con la recogida correspondiente a la salida, mejora la distribucion del gas de hidrogeno y consigue una disipacion de hidrogeno mas uniforme a traves del GDM, reduciendo de ese modo el diferencial de presion transversal a traves del campo de flujo y mejorando la eficacia de la celula de combustible.

Haciendo referencia a continuacion a la Figura 3a, esta muestra el patron del campo 142 de flujo de oxidante en la cara frontal de la placa 130 de campo de flujo del catodo, y un esquema general similar se utiliza para el campo de flujo de oxidante. Aqm, el oxidante es aire ambiente (adecuadamente filtrado, humectado y tratado de otro modo). Puesto que el oxfgeno comprende solo aproximadamente el 20% de aire, se requiere un flujo de mucho mayor volumen y la masa. Por esta razon, la entrada 156 y salida 157 de aire son mas grandes y estan provistas de tres ranuras 280. Como se muestra en la Figura 3a, un numero de terceros o canales 186 de distribucion de entrada de oxidante estan en comunicacion fluida con las ranuras 280 adyacentes a la abertura 156 de entrada de aire. Los terceros o canales 186 de distribucion de entrada se extienden sustancialmente de forma transversal hasta una porcion principal o central del campo 142 de flujo en diferentes grados. Para compensar y dar cabida a otros de los canales 186 de distribucion de entrada, algunos de los canales 186 de distribucion de entrada tienen una porcion 186a corta que se extiende longitudinalmente inmediatamente adyacente a las ranuras 280 adyacentes a la abertura 156 de entrada de aire y tienen despues porciones 186b que se extiende transversalmente al campo 142 de flujo. A continuacion, cada tercer canal 186 de distribucion de entrada se divide en una pluralidad de canales 188 centrales o primarios, separados por una pluralidad de nervaduras 189. Estos canales 188 primarios son rectos y se extienden en relacion paralela a lo largo de la longitud del campo 142 de flujo desde la abertura 156 de entrada de aire hacia la abertura 157 de salida de aire.

A la salida, un numero de cuartos o canales 187 de recogida de salida de oxidante estan en comunicacion fluida con las ranuras 280 adyacentes a la abertura 157 de salida de aire. En consecuencia, los cuartos o canales 187 de recogida de salida se extienden sustancialmente en sentido transversal del campo 142 de flujo en diferentes grados. Para compensar y dar cabida a otros de los canales 187 de recogida de salida, algunos de los cuartos o canales 187 de flujo de recogida de salida tienen una porcion corta 187a que se extiende longitudinalmente inmediatamente adyacente a las ranuras 280 adyacentes a la abertura 157 de salida de aire y tienen despues porciones 187b que se extienden transversalmente al campo 142 de flujo. Los cuartos o canales 187 de recogida de salida se situan en correspondencia con los terceros o canales 186 de flujo de distribucion de entrada. La pluralidad de canales 188 primarios divididos de cada tercer o canal 186 de distribucion de entrada convergen, a continuacion, en un cuarto o canal 187 de recogida de salida correspondiente. Cabe senalar que las porciones que se extienden longitudinalmente desde los canales 186, 187 de distribucion de entrada y de recogida de salida son significativamente mas cortas, en comparacion con la longitud de los canales 188 primarios. El numero de canales 188 primarios asociado con cada canal 186, 187 de distribucion de entrada y de recogida de salida puede o no pueden ser igual. Como se puede desear, la anchura de las nervaduras 189 y/o canales 188 de flujo se puede ajustar para obtener diferentes relaciones de canales a nervaduras. Del mismo modo, para el campo de flujo de combustible o hidrogeno, no es esencial que todos los canales 188 primarios alimentados desde un canal 186 de distribucion de entrada se conecten al mismo canal 187 de recogida de salida, y viceversa.

En consecuencia, el aire se hace fluir por separado desde las ranuras 280 adyacente a la abertura 156 de entrada de aire en los terceros o canales 186 de distribucion de entrada de aire. A continuacion, el flujo de aire en cada uno de los terceros o canales 186 de distribucion de entrada de aire se separa adicionalmente en la pluralidad de canales 188 centrales o primarios. El aire se hace fluir a lo largo de la pluralidad de canales 188 primarios y se recoge por los cuartos o canales 187 de recogida de salida en el extremo opuesto del campo 142 de flujo del catodo. En consecuencia, el aire se hace fluir a lo largo de los cuartos o canales 187 de recogida de salida, a traves de las ranuras 280 adyacentes a la salida 157 de aire hasta la cara posterior de la placa 130 de campo de flujo del catodo. Como se ha mencionado anteriormente, la abertura 157 de salida de aire del catodo y su extension 281 de abertura definen una camara con la cara posterior de la placa 120 de campo de flujo del anodo. Por lo tanto, el aire entra en la camara, se hace fluir a traves del conducto formado por las aberturas 137 y 157 de entrada de aire del anodo y del catodo a lo largo de la pila de celulas de combustible, y sale del combustible pila de celulas a traves del segundo puerto 107 de conexion de aire. La division del flujo de aire en los terceros o canales 186 de distribucion de entrada y luego en la pluralidad de canales 188 de flujo primario, con la recogida correspondiente a la salida, mejora la

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distribucion del aire y alcanza una disipacion de aire mas uniforme a traves del GDM, reduciendo de ese modo el diferencial de presion transversalmente a traves del campo de flujo y mejorando la eficacia de la celula de combustible.

Haciendo referencia a continuacion a la Figura 3b, esta muestra el patron del campo 144 de flujo de refrigerante en la cara posterior de la placa 130 de campo de flujo del catodo. Como se muestra en la Figura 3b, una serie de quintos o canales 190 de distribucion de entrada de refrigerante estan en comunicacion de fluido con la abertura 158 de entrada de refrigerante. Los quintos o canales 190 de distribucion de entrada tienen porciones 190a que se extienden longitudinalmente desde la abertura 158 de entrada de refrigerante y tienen despues porciones 190b que se extienden sustancialmente de forma transversal al campo 144 de flujo, en diferentes grados. Los quintos o canales 190 de distribucion de entrada tienen longitudes variadas en sus porciones 190a que se extienden longitudinalmente para adaptarse a la longitud del campo 144 de flujo y otros de los canales 190 de distribucion de entrada. A continuacion, cada quinto o canal 190 de distribucion de entrada se divide en una pluralidad de canales 192 primarios, separados por una pluralidad de nervaduras 193. Estos canales 192 primarios son rectos y se extienden en relacion paralela a lo largo de la longitud del campo 144 de flujo desde la abertura 158 de entrada de refrigerante hacia la abertura 159 de salida de refrigerante.

Un numero de sextos o canales 191 de recogida de salida de refrigerante estan en comunicacion fluida con la abertura 159 de salida de refrigerante. Los sextos o canales 191 de recogida de salida tienen porciones 191a que se extienden longitudinalmente desde la salida 159 de refrigerante y tienen despues porciones 191b que se extienden sustancialmente transversalmente al campo 144 de flujo, en diferentes grados. Los sextos o canales 191 de recogida de salida tienen longitudes variadas en sus porciones 191a que se extienden longitudinalmente para adaptarse a la longitud del campo 144 de flujo y otros de los canales 191 de flujo de recogida de salida de refrigerante. Los sextos o canales 191 de salida de refrigerante se situan en correspondencia con los quintos o canales 190 de distribucion de entrada. La pluralidad de canales 192 divididos de cada quinto o canal 190 de distribucion de entrada converge entonces en el sexto o canal 191 de recogida de salida. Cabe senalar las porciones 190a, 191a que se extienden longitudinalmente correspondientes una de los quintos y sextos canales 190, 191 de flujo son significativamente mas cortas en comparacion con la longitud de los canales 192 de flujo. El numero de canales 192 de flujo que esta separado de cada quinto o canal 190 de distribucion de entrada puede o no igual. Una vez mas, no es esencial que todos los canales de flujo divididos desde un canal 190 de distribucion de entrada tengan que conectarse a un canal 191 de recogida de salida, y viceversa. Como se puede desear, la anchura de las nervaduras 193 y/o canales 192 de flujo se puede ajustar para obtener diferentes relaciones de canales a nervaduras.

En consecuencia, el refrigerante entra desde un primer puerto 108 de conexion de refrigerante y se hace fluir a traves del conducto formado por las aberturas 138 y 158 de entrada de refrigerante del anodo y del catodo hasta la abertura 158 de entrada de refrigerante del catodo. Desde aqrn, el refrigerante se hace fluir por separado de la abertura 158 de entrada de lfquido refrigerante en los quintos o canales 190 de distribucion de entrada de refrigerante. A continuacion, el flujo de refrigerante en cada uno de los quintos canales 190 se separa adicionalmente en una pluralidad de canales 192 primarios. El refrigerante se hace fluir a lo largo de la pluralidad de canales 192 primarios y se recoge despues en un numero de los sextos o canales 191 de recogida de salida en el extremo opuesto del campo 144 de flujo de refrigerante. En consecuencia, el refrigerante se hace fluir a lo largo de los sextos o canales 191 flujo de recogida de salida hasta la abertura 159 de salida de refrigerante. A partir de aqrn, el refrigerante se hace fluir a traves del conducto formado por las aberturas 139 y 159 de salida de refrigerante del anodo y del catodo a lo largo de la pila de celulas de combustible, y sale de la pila de celulas de combustible a traves del segundo puerto 109 de conexion de refrigerante. La division del flujo de refrigerante de los quintos o canales 190 de flujo distribucion de entrada en la pluralidad de canales 192 centrales o primarios mejora la distribucion del refrigerante y alcanza una transferencia de calor mas uniforme y eficaz a traves del campo de flujo.

En la presente invencion, el campo 132 de flujo del anodo, el campo 142 de flujo del catodo y/o el campo 144 de flujo de refrigerante emplean un concepto de dividir los canales en un numero de grupos. Este concepto ofrece la distribucion del fluido mas uniforme a traves del campo de flujo sin aumentar la complejidad del diseno del campo de flujo. La presente invencion permite tambien la utilizacion de canales de flujo rectos, lo que ofrece algunas ventajas inherentes sobre los canales de flujo tortuosos.

Haciendo referencia a continuacion a la Figura 3e, esta muestra la vista ampliada de los canales 186a y 186b de distribucion de entrada de oxidante en la cara frontal de una placa 130 de campo de flujo del catodo. En este ejemplo particular, cada canal 186b de distribucion de entrada se divide en cinco canales 188 primarios, separados por cuatro nervaduras 189. A lo largo de la direccion longitudinal de los canales 188 primarios, es decir, la direccion del campo 142 de flujo; cada canal 188 primario parte de una posicion separada del canal 186b de distribucion de entrada que se extiende transversalmente al campo 142 de flujo. En este ejemplo, los comienzos de todos los canales 188 primarios, tal como se establece por las nervaduras 189, se separan de los canales 186b de distribucion de entrada a sustancialmente la misma distancia D. Se debe entenderse que esto no es necesario y, por lo tanto, cada canal primario puede partir desde una posicion diferente con respecto a los canales 186b de distribucion de entrada. En este ejemplo, la distancia D entre los canales 186b de distribucion de entrada y el comienzo de los canales 188 primarios es preferentemente de 1,5 - 2 veces la anchura de los canales 188 primarios para crear una mejor distribucion de flujo y reducir al mmimo la cafda de presion; esta distancia D podna ser mayor dependiendo de

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la anchura de los canales de distribucion de entrada. La anchura de los canales 186a, 186b de distribucion de entrada es preferentemente de 1 -1,5 veces la de los canales 188 primarios.

Se debe entender que en la cara frontal de la placa 120 de campo de flujo del anodo, el comienzo de los canales 172 primarios se separa tambien de los canales 170b de distribucion de entrada de combustible a una distancia. La distancia es preferentemente 1,5-2 veces el ancho de los canales 172 primarios. Ademas, los extremos opuestos de los canales 172 primarios se separan tambien de los canales 171b de recogida de salida de combustible y la distancia es preferentemente 1,5-2 veces la anchura de los canales 172 primarios. Del mismo modo, los extremos opuestos de los canales 188 primarios se separan tambien de los canales 187b de recogida de salida de oxidante y la distancia es preferentemente 1,5-2 veces la anchura de los canales 188 primarios.

Como se muestra en la Figura 3e, en cada junta de los canales 186a y 186b de distribucion de entrada, se proporciona un ristrel 186c para facilitar el flujo de gas oxidante y reducir la perturbacion. Del mismo modo, un ristrel 186d se proporciona en el conjunto de un canal 188 primario y un canal 186b de distribucion de entrada. Los ristreles 186c y 186d ayudan a crear un patron de flujo menos turbulento y por lo tanto reducir la presion a traves del campo 142 de flujo. Los ristreles 186c tienen preferentemente un radio de 0,03125 pulgadas o 0,79 mm y los ristreles 186d tienen preferentemente un radio de 1/64 de pulgada o 0,395 mm. Se puede apreciar que los ristreles se pueden proporcionar tambien en los canales 170 de distribucion de entrada de combustible y en los canales 171 de recogida de salida de combustible en la cara frontal de la placa 120 de campo de flujo del anodo, asf como el canales 187 de recogida de salida de oxidante en la cara frontal de la placa 130 de campo de flujo del catodo.

En lo anterior, los canales para el gas combustible, oxidante y refrigerante han sido designados como "primarios", en el sentido de que tales canales estar generalmente en el centro de la placa y comprenderan por lo general la mayor parte de los canales presentes. Los canales primarios se seleccionan para proporcionar la distribucion de combustible uniforme a traves de la cara apropiada, e idealmente se extenderan sobre toda el area del campo de flujo. En la practica, para proporcionar las funciones del colector de entrada y salida, es necesario para proporcionar los canales de distribucion de entrada y de recogida de salida.

Tambien se entendera que, la configuracion de los canales de distribucion de entrada y de recogida de salida, proporciona una estructura ramificada donde el flujo de gas pasa primero a lo largo de un canal (el canal de distribucion de entrada) y luego se ramifica en un numero de canales mas pequenos (los canales primarios). Esta estructura podna incluir mas niveles de subdivision. Por ejemplo, el canal de distribucion de entrada podna conectarse a un numero de canales de distribucion secundarios, cada uno de los que podna a su vez conectarse a un numero de los canales primarios. Correspondientemente, en la salida, se proporcionanan entonces los canales de recogida secundarios que recogen gas de un numero de los canales primarios, y estos canales de recogida secundarios estanan, a su vez, conectados a un unico canal de recogida de salida.

Haciendo referencia a continuacion a las Figuras 4a y 4b, estas muestran vistas en seccion de una celula de combustible de la presente invencion y una celula de combustible de diseno convencional. Puesto que la presente invencion emplea canales de flujo sustancialmente rectos, es posible fabricar las placas 120, 130 de campo de flujo del anodo y del catodo de tal manera que una parte sustancial de las nervaduras 173, 189 en las placas 120, 130 de campo de flujo del anodo y del catodo estan en alineacion, es decir, las nervaduras 173 en la placa 120 de campo e flujo del anodo se presionan contra las nervaduras 189 en la placa 130 de campo de flujo del catodo con el MEA 124 intercalado en el medio. Como se muestra en las Figuras 2a y 3a, en la presente invencion, las porciones centrales de las placas 120, 130 de campo de flujo del anodo y del catodo consisten en canales 172, 188 de flujo sustancialmente rectos y las nervaduras 173, 189, a excepcion de porcion de ramificacion de los campos de flujo en los extremos. Por lo tanto, mediante el ajuste de la anchura de los canales y las nervaduras, la relacion canal a nervadura, o el numero de canales transversales de la placa de campo de flujo, de las nervaduras en ambas placas se pueden hacer coincidir en estas porciones centrales.

La coincidencia de las nervaduras de las placas 120, 130 de campo de flujo del anodo y del catodo proporciona una serie de ventajas sobre el diseno no coincidente convencional. Experimentos de comparacion que se ejecutan respectivamente en una celula de combustible que emplea placas de campo de flujo no coincidentes convencionales y una celula de combustible que emplea el campo de flujo de acuerdo con la presente invencion han demostrado que en las pilas de celulas de combustible convencionales, el GDM y MEA estan mas comprimidos y sobrecargados debido a los efectos de cizallamiento de las nervaduras no coincidentes. Por otro lado, no se observo ningun dano en el GDM ni el MEA en la pila de celulas de combustible que empleo la presente diseno de campo de flujo. Ademas, el rendimiento de la celula de combustible y la eficacia se mejoran tambien.

La Figura 5 muestra la comparacion de las curvas de polarizacion de las dos pilas de celulas de combustible. Las curvas en este grafico indican la relacion entre la tension de la celula y la densidad de corriente. La curva 501 representa la curva de polarizacion de la celula de combustible de acuerdo con la presente invencion, en la que las nervaduras en las placas de campo de flujo del anodo y del catodo coinciden entre sf al menos en las porciones centrales, como en la Figura 4a. Todas las tres pilas de celulas de combustible tienen 100 celulas en la pila. Las curvas 502 y 503 representan el rendimiento de dos pilas de celulas de combustible en las que se utilizan diferentes GDM y nervaduras de las placas de campo de flujo del anodo y del catodo no coincidentes, es decir, en las porciones centrales se compensan como en la Figura 4b. Como puede verse, aunque la tension de la celula

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disminuye al aumentar la densidad de corriente en los tres casos, para cualquier densidad de corriente dada, la tension de la celula de la presente pila de celulas de combustible es mayor que las de las otras dos pilas, lo que indica un mejor rendimiento.

En la presente invencion, las placas 120 y 130 de campo de flujo del anodo y del catodo tienen el mismo patron y la misma relacion canal a nervadura. Preferentemente, la relacion canal a nervadura es 1,5:1. Sin embargo, se debe senalar que un problema puede aumentar cuando las nervaduras en las placas 120 y 130 de campo de flujo del anodo y del catodo coinciden entre sf, es decir, se oponen directamente entre sf. A partir de la ecuacion de la reaccion de la celula de combustible, se debe entender que la relacion estequiometrica de hidrogeno a oxfgeno es de 1:2. En la operacion practica, tanto el combustible como los gases oxidantes se suministran a la pila de celulas de combustible a una tasa de exceso de flujo con respecto a la tasa de consumo de reactivos, y por tanto la potencia de salida de una pila de celulas de combustible para asegurar que la pila de celulas de combustible tenga suficientes reactivos. Esto requiere hacer fluir mas gas oxidante a traves del campo 142 de flujo del catodo que la cantidad de gas combustible que se hace fluir a traves del campo 132 de flujo del anodo. Convencionalmente, esto se consigue normalmente mediante la ampliacion de la anchura de los canales de flujo del catodo para proporcionar areas mas activas. En esta realizacion, puesto que un patron de campo de flujo y la relacion canal a nervadura son iguales en ambas placas 120 y 130 de campo de flujo, este requisito solo puede cumplirse mediante el aumento de la profundidad de los canales de flujo del catodo para permitir que una cantidad suficiente de aire se disipe al MEA 124 a traves del GDM 126. La relacion de la profundidad del canal en las placas 120 y 130 de campo de flujo del anodo y del catodo vana de acuerdo con el combustible y el oxidante real utilizados en la reaccion de la celula de combustible. Cuando se utiliza hidrogeno puro y aire, que comprende aproximadamente el 20 % de oxfgeno como gases reactivos, la relacion de la profundidad del canal en las placas 120 y 130 de campo de flujo del anodo y del catodo es preferentemente 2 - 3:1. Mas preferentemente, la relacion es de 3:1. Si el hidrogeno se deriva del reformador significa que solo el 40 % del gas combustible es hidrogeno puro, la proporcion es preferentemente de 1,5 - 2:1. La invencion se refiere a la optimizacion de las placas de campo de flujo para celulas de combustible. Se debe apreciar que la forma de las placas de campo de flujo y la pila de celulas de combustible de la presente invencion no se limitan a las descritas en la descripcion anterior, por ejemplo, no son necesariamente de forma rectangular, como se describe aqrn. Ademas, los materiales elegidos de las placas de campo de flujo, el MEA y del medio de difusion de gas son el tema de la tecnologfa de celulas de combustible convencional, y por sf mismos, no forman parte de la presente invencion.

Si bien la descripcion anterior constituye las realizaciones preferidas, se apreciara que la presente invencion es susceptible a modificaciones y cambios sin apartarse del justo significado del alcance apropiado de las reivindicaciones adjuntas. Por ejemplo, la presente invencion podna tener aplicabilidad en otros tipos de celulas de combustible que emplean hidrogeno puro como combustible, que incluyen pero no se limitan a, carbonato fundido, alcalino y acido fosforico. Ademas, el numero y disposicion de los componentes en el sistema pueden variarse, pero estan comprendidos dentro del alcance de las reivindicaciones.

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REIVINDICACIONES

1. Una placa (120, 130) de campo de flujo del catodo o del anodo, para su uso en una celula de combustible, siendo la placa (120, 130) de campo de flujo generalmente plana y teniendo caras frontal y posterior, en la que la placa (120, 130) de campo de flujo incluye al menos una primera abertura (136, 140, 156, 160) de entrada de gas y al menos una primera abertura (137, 141, 157, 161) de salida de gas, y

en la que sobre la cara frontal de la placa (120, 130) de campo de flujo se proporciona una pluralidad de canales (170, 186) de distribucion de entrada en comunicacion con la primera entrada de gas, una pluralidad de canales (171, 187) de recogida de salida en comunicacion con la primera salida de gas y una pluralidad de canales (172, 188) primarios que se extienden entre los canales de distribucion de gas y dichos canales (171, 187) de recogida de salida, en la que cada uno de los canales de flujo de distribucion (170, 186) de entrada de gas y de recogida (171, 187) de salida de gas se conecta a una pluralidad de los canales (172, 188) primarios, y

en la que la placa (120, 130) de campo de flujo incluye, en al menos una de las aberturas, una extension (181, 281) de abertura que se extiende en el lado posterior de la placa (120, 130) de campo de flujo, y para cada extension (181, 281) de abertura al menos una ranura asociada con la misma y que se extiende a traves de la placa (120, 130) de campo de flujo desde el lado posterior hasta el lado frontal de la misma, para proporcionar comunicacion entre la extension (181, 281) de abertura correspondiente y uno correspondiente de dicha pluralidad de canales (170, 186) de distribucion de entrada o dicha pluralidad canales (171, 187) de recogida de salida, y que comprende ademas al menos uno de:

a) una pluralidad de primeras aberturas (136, 140, 156, 160) de entrada de gas y una pluralidad de primeras aberturas (137, 141, 157, 161) de salida de gas,

b) en la que en la placa (120, 130) de campo de flujo, a lo largo de la direccion longitudinal de los canales (172, 188) primarios, cada uno de la pluralidad de canales (172, 188) primarios, en relacion con el canal (170, 186) de distribucion de entrada correspondiente y el canal (171, 187) de recogida de salida correspondiente tiene un extremo del mismo separado a una distancia de dicho canal (170, 186) de distribucion de entrada, y el otro extremo del mismo separado a la misma distancia de dicho canal (171, 187) de distribucion de salida, y en la que la relacion de la distancia con respecto a la anchura de los canales (172, 188) primarios se encuentra en el intervalo de 1,5 -2 o mas, y

c) en la que los canales (170, 186) de distribucion de entrada y los canales de distribucion de salida tienen ristreles.
2. Una placa (120, 130) de campo de flujo de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que los canales (172, 188) primarios se extienden generalmente paralelos entre sf, y en la que los canales (171, 187) de distribucion de entrada de gas y de recogida de salida de gas se extienden generalmente perpendiculares a los mismos.
3. Una placa (120, 130) de campo de flujo de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, que incluye al menos una segunda abertura (136, 140, 156, 160) de entrada de gas y al menos una segunda abertura (137, 141, 157, 161) de salida de gas.
4. Una placa (120, 130) de campo de flujo de acuerdo con la reivindicacion 3, en la que cada una de las segundas aberturas de entrada y salida de gas incluye una extension de abertura, complementaria con otra placa (120, 130) de campo de flujo que incluye ranuras a traves de la misma para la alimentacion del segundo gas a traves de dicha otra placa (120, 130) de campo de flujo hasta una cara frontal de la misma.
5. Una placa (120, 130) de campo de flujo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que cada una de las primeras aberturas de entrada y salida de gas incluye una extension (181, 281) de abertura y asociada a la misma al menos una ranura para alimentar gas a traves de la placa (120, 130) de campo de flujo hasta los canales (170, 186) de distribucion de entrada y de vuelta desde los canales (171, 187) de recogida de salida.
6. Una placa (120, 130) de campo de flujo de acuerdo con la reivindicacion 5, en la que cada ranura asociada con cada primera abertura (136, 140, 156, 160) de entrada de gas se conecta, en la cara frontal, a dos canales (170, 186) de distribucion de entrada de gas, y cada ranura asociada con la primera abertura (137, 141, 157, 161) de salida de gas se conecta a dos canales (171, 187) de recogida de salida de gas.
7. Una placa (120, 130) de campo de flujo de acuerdo con la reivindicacion 5 o 6, que incluye superficies de estanqueidad en los lados frontal y posterior, para formar una junta con elementos adyacentes de la celula de combustible, en la que la superficie de estanqueidad en el lado frontal de la placa (120, 130) de campo de flujo incluye, para cada primera abertura de entrada y salida de gas, una primera porcion de superficie de estanqueidad que encierra la abertura correspondiente y separa las ranuras asociadas de la primeras aberturas de entrada y salida de gas y en el lado posterior de la misma, una segunda porcion de superficie de estanqueidad que encierra juntos cada uno de las primeras aberturas de entrada y salida de gas y dicha al menos una ranura asociada a las mismas.
8. Una placa (120, 130) de campo de flujo de acuerdo con la reivindicacion 7, en la que cada extension (181, 281) de abertura esta provista de una pluralidad de salientes, que definen canales de flujo que se extienden desde las aberturas hasta las ranuras asociadas con las mismas.

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9. Una pila (100) de celulas de combustible que comprende una pluralidad de celulas de combustible, comprendiendo cada celula de combustible una placa (120) de campo de flujo del anodo formada como una placa de campo de flujo de acuerdo con la reivindicacion 1, una placa (130) de campo de flujo del catodo formada como una placa de campo de flujo de acuerdo con la reivindicacion 1 y un conjunto (124) de electrodos de membrana dispuesto entre las placas (120, 130) de campo de flujo del anodo y del catodo, en la que la placa (120) de campo de flujo del anodo incluye una pluralidad de canales (172) primarios del anodo y una pluralidad de nervaduras que separan los canales (172) primarios del anodo,

en la que la placa (130) de campo de flujo del catodo incluye una pluralidad de canales (188) primarios del catodo y una pluralidad de nervaduras que separan los canales (188) primarios del catodo, y

en la que al menos una parte de los canales (172) primarios del anodo y los canales (188) primarios del catodo se disponen directamente uno enfrente de otro con el conjunto (124) de electrodos de membrana entre medias y con al menos algunas de las nervaduras de la placa (120) de campo de flujo del anodo coincidiendo con las nervaduras en la placa (130) de campo de flujo del catodo y estando situadas una directamente enfrente de la otra para intercalar el conjunto (124) de electrodos de membrana entre medias.
10. Una pila (100) de celulas de combustible de acuerdo con la reivindicacion 9, en la que cada una de las placas (120, 130) de campo de flujo del anodo y del catodo tiene la porcion de canales coincidentes proporcionada generalmente en el centro.
11. Una pila (100) de celulas de combustible de acuerdo con la reivindicacion 10, en la que cada una de las placas (120, 130) de campo de flujo del anodo y del catodo incluye una abertura de entrada de combustible alineada con otras aberturas de entrada de combustible para formar un conducto de entrada de combustible, una abertura de entrada de oxidante alineada con otras aberturas de entrada de oxidante para formar un conducto de entrada de oxidante, una abertura de entrada de refrigerante alineada con otras aberturas de entrada de refrigerante para formar un conducto de entrada de refrigerante, una abertura de salida de combustible para el combustible alineada con otras aberturas de salida de combustible para formar un conducto de salida de combustible, una abertura de salida de oxidante alineada con otras aberturas de salida de oxidante para formar un conducto de salida de oxidante y una abertura de salida de refrigerante alineada con otras aberturas de salida de refrigerante para formar un conducto de salida de refrigerante, y en la que, para cada celula de combustible, la placa (120) de campo de flujo del anodo incluye al menos un canal (170) de distribucion de entrada de combustible que conecta el conducto de entrada de combustible a los canales (172) primarios del anodo y al menos un canal (171) de recogida de salida de combustible que conecta los canales (172) primarios del anodo al conducto de salida de combustible.
12. Una pila (100) de celulas de combustible de acuerdo con la reivindicacion 10, en la que cada una de las placas (120, 130) de campo de flujo del anodo y del catodo incluye una abertura de entrada de combustible alineada con otras aberturas de entrada de combustible para formar un conducto de entrada de combustible, una abertura de entrada de oxidante alineada con otras aberturas de entrada de oxidante para formar un conducto de entrada de oxidante, una abertura de entrada de refrigerante alineada con otras aberturas de entrada de refrigerante para formar un conducto de entrada de refrigerante, una abertura de salida de combustible para el combustible alineada con otras aberturas de salida de combustible para formar un conducto de salida de combustible, una abertura de salida de oxidante alineada con otras aberturas de salida de oxidante para formar un conducto de salida de oxidante y una abertura de salida de refrigerante alineada con otras aberturas de salida de refrigerante para formar un conducto de salida de refrigerante, y en la que, para cada celula de combustible, la placa (130) de campo de flujo del catodo incluye al menos un canal (186) de distribucion de entrada de oxidante que conecta el conducto de entrada de oxidante a los canales (188) primarios del catodo y al menos un canal (187) de recogida de salida de oxidante que conecta los canales (188) primarios del catodo al conducto de salida de oxidante.
13. Una pila (100) de celulas de combustible de acuerdo con la reivindicacion 11, en la que, para cada celula de combustible, la placa (130) de campo de flujo del catodo incluye al menos un canal (186) de distribucion de entrada de oxidante que conecta el conducto de entrada de oxidante a los canales (188) primarios del catodo, y al menos un canal (187) de recogida de salida de oxidante que conecta los canales (188) primarios del catodo al conducto de salida de oxidante.
14. Una pila (100) de celulas de combustible de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 13, en la que, para cada una de las placas (120, 130) de campo de flujo del anodo y del catodo, se proporcionan las aberturas de entrada y de salida de combustible en extremos opuestos de la placa y las aberturas de entrada y de salida de oxidante se proporcionan en extremos opuestos de la placa, en la que, para cada placa (120) de campo de flujo del anodo, los canales (172) primarios del anodo se extienden sustancialmente paralelos entre sf en una direccion desde la abertura de entrada de combustible hacia la abertura de salida de combustible, en la que, para cada placa (130) de campo de flujo del catodo, los canales (188) primarios del catodo se extienden sustancialmente paralelos entre sf en una direccion desde la abertura de entrada de oxidante hasta la abertura de salida de oxidante, y en la que, para cada placa (120) de campo de flujo del anodo, los canales de distribucion (170) de entrada y de recogida (171) de salida de combustible se extienden de forma sustancialmente perpendicular a los canales (172) primarios del anodo, y, para cada placa (130) de campo de flujo del catodo, los canales de distribucion (186) de entrada y de recogida (187) de salida de oxidante se extienden de forma sustancialmente perpendicular a los canales (188) primarios del catodo.

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15. Una pila (100) de celulas de combustible de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 14, que incluye, en al menos una de las placas (120, 130) de campo de flujo del anodo y del catodo, una disposicion para la alimentacion de reactante desde la parte posterior de la misma hasta la cara frontal que incluye los canales (172, 188) primarios, incluyendo dicha disposicion ranuras que se extienden a traves de la placa (120, 130) de campo de flujo respectiva.
16. Una pila (100) de celulas de combustible de acuerdo con la reivindicacion 15, que incluye, para cada celula de combustible, una disposicion para la alimentacion de flujo de gas desde la parte posterior de cada una de las placas (120, 130) de campo de flujo del catodo y del anodo hasta la cara frontal cara de la misma.
17. Una pila (100) de celulas de combustible de acuerdo con la reivindicacion 16, en la que dicha disposicion para la alimentacion de flujo de gas desde la parte posterior de cada una de las placas (120, 130) de campo de flujo del catodo y del anodo hasta la cara frontal de la misma comprende, para cada placa (120) de campo de flujo del anodo, al menos una ranura de entrada entre el conducto de entrada de combustible y cada canal (170) de distribucion de entrada de combustible y al menos una ranura de salida entre cada canal (171) de recogida de salida de combustible y el conducto de salida de combustible y, para cada placa (130) de campo de flujo del catodo, al menos una ranura de entrada entre el conducto de entrada de oxidante y cada canal (186) de distribucion de oxidante y al menos una ranura de salida entre cada canal (187) de recogida de salida de oxidante y el conducto de salida de oxidante.
18. Una celula de combustible de acuerdo con la reivindicacion 17, en la que, para cada celula de combustible, la placa (120) de campo de flujo del anodo incluye dicha al menos una ranura de entrada de la misma adyacente al conducto de entrada de combustible y dicha al menos una ranura de salida de la misma adyacente al combustible conducto de salida, y la placa (130) de campo de flujo del catodo incluye dicha al menos una ranura de entrada de la misma adyacente al conducto de entrada de oxidante y dicha al menos una ranura de salida de la misma adyacente al conducto de salida de oxidante.
19. Una pila (100) de celulas de combustible de acuerdo con la reivindicacion 18, que incluye en la parte posterior de al menos una de las placas (120, 130) de campo de flujo del anodo y del catodo, una primera extension (181, 281) de abertura entre el conducto de entrada de combustible y dicha al menos una ranura de entrada de combustible de las placas (120) de campo de flujo del anodo, una segunda extension (181, 281) de abertura entre el conducto de salida de combustible y dicha al menos una ranura de salida de las placas (120) de campo de flujo del anodo, una tercera extension (181, 281) de abertura entre el conducto de entrada de oxidante y dicha al menos una ranura de entrada de las placas (130) de campo de flujo del catodo, y una cuarta extension (181, 281) de abertura entre el conducto de salida de oxidante y dicha al menos una ranura de salida de las placas (130) de campo de flujo del catodo.
20. Una pila (100) de celulas de combustible de acuerdo con la reivindicacion 19, en la que todas las extensiones de abertura se disponen en una de las caras posteriores de las placas (120) de campo de flujo del anodo y las caras posteriores de las placas (130) de campo de flujo del catodo, y en la que las otras caras posteriores de las placas (120) de campo de flujo del anodo y las placas (130) de campo de flujo del catodo son sustancialmente lisas.
21. Una pila (100) de celulas de combustible de acuerdo con la reivindicacion 20, en la que, para cada celula de combustible, una de las placas (120, 130) de campo de flujo del anodo y del catodo mencionada incluye una pluralidad de canales de refrigerante que se extienden entre el conducto de entrada de refrigerante y el conducto de salida de refrigerante.
22. Una pila (100) de celulas de combustible de acuerdo con la reivindicacion 21, en la que la pluralidad de canales de refrigerante comprende los canales (190) de distribucion de entrada de refrigerante que se extienden desde el conducto de entrada de refrigerante, una pluralidad de canales (191) de recogida de salida de refrigerante conectados al conducto de salida de refrigerante y una pluralidad de canales de refrigerante primarios conectados entre los canales de distribucion (190) de entrada y de recogida (191) de salida de refrigerante, estando cada canal (190) de distribucion de entrada de refrigerante y cada canal (191) de recogida de salida de refrigerante conectados a una pluralidad de canales de refrigerante primarios.
23. Una pila (100) de celulas de combustible de acuerdo con la reivindicacion 20, 21 o 22, en la que cada cara posterior de las placas (120, 130) de campo de flujo del anodo y del catodo, incluyendo las extensiones de abertura incluye, para cada extension de abertura, una junta que encierra cada extension de abertura, cada ranura asociada con la misma y el conducto asociado con la misma, y las caras frontales de las placas (120, 130) de campo de flujo del anodo y del catodo incluye juntas alrededor de cada una de las aberturas y con exclusion de las ranuras.
24. Una pila (100) de celulas de combustible de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 14-23, en la que los canales (172, 188) primarios de al menos de cada placa (120, 130) de campo de flujo del anodo y del catodo tienen sustancialmente las mismas dimensiones.
25. Una pila (100) de celulas de combustible de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 24, en la que las placas (120, 130) de campo de flujo del anodo y del catodo son identicas, por lo que solamente se proporciona un solo tipo de placa (120, 130) de campo de flujo.

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26. Una pila (100) de celulas de combustible de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 19-25, en la que las placas (120, 130) de campo de flujo del anodo y del catodo tienen canales (172, 188) primarios provistos de diferentes caractensticas de flujo.
27. Una pila (100) de celulas de combustible de acuerdo con la reivindicacion 26, en la que las secciones transversales de flujo de los canales (172) primarios de la placa (120) de campo de flujo del anodo son diferentes de la seccion transversal de flujo de los canales primarios (188) de la placa (130) de campo de flujo del catodo.
28. Una pila (100) de celulas de combustible de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 27, en la que, para al menos una de las placas (120) de campo de flujo del anodo y de las placas (130) de campo de flujo del catodo, la relacion de la anchura de los canales (172, 188) primarios con respecto a la anchura de las nervaduras es 1,5:1.
29. Una pila (100) de celulas de combustible de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 28, en la que la relacion de la profundidad de los canales (188) primarios del catodo con respecto a la profundidad de los canales (172) primarios del anodo se encuentra en el intervalo de 1,5-3:1.
30. Una pila (100) de celulas de combustible de acuerdo con la reivindicacion 29, en la que la relacion de la profundidad de los canales (188) primarios del catodo con respecto a la profundidad de los canales (172) primarios del anodo se encuentra en el intervalo de 2-3:1.
31. Un pila (100) de celulas de combustible de acuerdo con la reivindicacion 29, en la que la relacion de la profundidad de los canales (188) primarios del catodo con respecto a la profundidad de los canales (172) primarios del anodo se encuentra en el intervalo de 1,5-2:1.
32. Una pila (100) de celulas de combustible de acuerdo con la reivindicacion 29, en la que la relacion de la profundidad de los canales (188) primarios del catodo con respecto a la profundidad de los canales (172) primarios del anodo es de 3:1.
33. Una pila (100) de celulas de combustible de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 32, en la que, para al menos una de las placas (120) de campo de flujo del anodo y de las placas (130) de campo de flujo del catodo, los canales (170, 186) de distribucion y los canales (171, 187) de recogida de salida tienen una anchura de 1-1,5 veces la anchura de los canales (172, 188) primarios correspondientes.