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: Bloc de pile à combustible alimenté par convection, avec conservation de l'humidité.
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La présente invention concerne un bloc de pile à combustible utilisant une alimentation en réaotif par oonveo- tion et construit pour empêcher la dessication de l'élec- trolyte..
Le résumé que l'on fait habituellement de la théorie des'piles à combustible dit qu'une pile 4 combustible est constituée d.'une première et d'une 'seconde électrodes espacées qui sont actives du point de vue électrocatalytique et qui sont conductrices par voie électronique. Un électrolyte est intercalé entre les électrodes pour établir entre elles un trajet conducteur par voie d'ions. On a prévu des moyens pour ' fournir de façon oontinue un combustible électrocatalytique- ment oxydable à la première électrode ,l'anode de la pile, et des moyens semblables sont prévus pour fournir un oxydant électrooatalytiquement réductible à l'électrode restante , la cathode de la pile.
Si l'un ou l'autre des agents de réaction est ambiant, on peut se dispenser de parler de son alimenta- tion. Si de l'air ambiant, par exemple, doit servir d'oxydant, on peut se dispenser des moyens pour le fournir. Lorsqu'une charge électrique est mise aux bornes des électrodes ,le combustible et l'oxydant sont consommés à l'anode et à la cathode respectivement , et de l'énergie électrique est engendrée.
Les électrodes et l'électrolyte restent en théorie invariante pendant l'emploi de la pile et ne sont pas évacués ni consumée comme cela se produit dans des piles classiques
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primaires et secondaires, Ceci est commodément illustré par les réactions d'une demi-pile et les réactions d'ensemble d'une pile à combustible que l'on peut donner à titre d'exemple, comportant un électrolyte acide, de l'hydrogène comme combustible et de l'oxygène comme oxydant ,suivant les réaotions suivantes :
EMI3.1
Lorsqu'un électrolyte alcalin est substitué à l'électrolyte précédent, les réactions valables pour une demi-pile et pour la pile dans son ensemble s'écrivent comme suit
EMI3.2
De ce qui précède, il est visible que le seul changement d'ensemble auquel on s'attend théoriquement est la combinaison de l'oxydant et du combustible pour fournir un produit de réaction et comme ni les électrodes ni l'électrolyte ne sont consumée par leur emploi, il n'y a pas de raisons théoriques pour lesquelles une pile à combustible ne fonctionnerait pas indéfiniment.
En passant aux applioations pratiques des piles à combustible, on a constaté qu'un facteur d'importance ori- tique pour un fonctionnement efficace d'un bloc de pile à combustible pendant une période étendue est l'équilibre de l' humidité . En considérant l'emploi d'un'bloc de pile à combustible qui comprend Lui éleotrolyte immobilisé, c'est-à-
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dire lorsque les moyens à électrolyte ne contiennent pas un électrolyte en circulation, comme c'est le cas pour une mem- brane éohangeuse d'anions, de cations ou un éleotrolyte acide aqueux ou alcalin maintenu dans les intervalles capillaires d'une matrice interte,
la perte d'humidité à partir des moyens à électrolyte conduira à réduire sensiblement la mobilité des ions, en augmentant ainsi la résistivité du moyen à éleotro- lyte.Pour un oourant donné, ceci augmentera les pertes de puissance internes en échauffant ainsi la pile à combustible et en accélérant encore la perte d'humidité. Laissée à elle seule, la pile à combustible a un rendement qui tombe progres- sivement, et elle peut être endommagée par surchauffe. Au contraire, si une quantité d'humidité excessive est obtenue sur une électrode,comme cela peut résulter du fait que l'on manque d'eau au débit auquel elle est formée comme produit de réac- tion, l'humidité en excès jouera le rôle de barrière à diffu- sion entre l'électrode et l'agent réactif.
Dans ces circons- tances, l'électrode est ordinairement dite "noyée", et dans ces conditions, la puissance de sortie électrique d'une pile à combustible, comprenant une électrode dans cet état, est réduite de façon importante.
L'attention a été attirée sur l'application pratique de piles à combustible à électrolyte immobilisé, capables d'utiliser de l'air ambiant comme oxydant. Ces piles sont simples et compactes parce qu'elles éliminent l'obligation de dispositifs accessoires pour faire circuler de façon continue l'électroylte, comme cela se présente ordinairement avec des piles comprenant un électrolyte fluide'libre.
En outre, l'emploi d'air ambiant offre les avantages manifestes de réduire les équipements logistiques nécessaires pour le fono-'
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tionnement des piles à combustible à un réaotif unique, tout en augmentant le poids et l'efficacité ou rendement en volume du système générateur d'énergie électrique considéré dans son ensemble.
Un obstacle qui se présente au développement d'un bloc de pile à combustible à électrolyte immobilisé pratique , capa- ble d'utiliser de l'air ambiant , de grande fiabilité et d'une grande longévité,est le fait que l'atmosphère varie largement en'température et en humidité. Pour beaucoup d'appli- cations pratiques, il est nécessaire qu'un bloc de pile à combustible soit capable de maintenir un équilibre de l'humidité dans des conditions atmosphériques très différentes aussi bien en coure d'emploi qu'en dehors de celui-ci. En étudiant cette question, on a remarqué que des blocs de pile à combustible à électrolyte immobilisé tendent à se dessécher en fonctionnant dans l'air ambiant ,dans la plupart des condi- tions de fonctionnement.
Il en est ainsi parce que les piles à combustible engendrent de la chaleur en cours d'emploi et augmentent ainsi aptitude à transporter de l'humidité de l'air qui se trouve immédiatement près de la cathode. Ceci provoque la vaporisation de l'humidité par la pile à une vitesse plus grande que celle du remplacement de l'eau par formation d'eau comme produit de réaction. Cette vitesse de dessication est aggravée par le fait que.la cathode chauffée provoque 'des courants d'air de oonvection qui dépassent sensi- blement les nécessités en oxydant ,et qui balayent et sèchent la pile.
Une autre question que l'on doit considérer en cons- truisant un bloc de pile à combustible destiné à de larges applications pratiques (y compris l'emploi dans des régions
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soue-développées ), est la sécurité de fonctionnement du bloc , non seulement lorsqu'on en fait usage convenablement, mais aussi lorsqu'on l'utilisa mal. Lorsqu'on fait fonctionner une , pile à combustible , il est souhaitable de purger au moins périodiquement la pile à combustible près de l'anode pour empêcher l'accumulation d'impuretés du combustible,non réagis- santesou réagissant lentement* En laboratoire, ceci se réalise ordinairement en laissant fuir une partie du combustible dans l'atmosphère.
Il est cependant reconnu que cette action de purge, lorsqulle est pratiquée sur des blocs de pile combustible du commerce par des utilisateurs peu soigneux ou peu instruits, peut donner lieu à un danger d'incendie ou d'explosion.
Dans un de ses aspects, l'invention vise un bloc de pile à combustible constitué d'une première et d'une seconde électrodes espacées et dans lequel des moyens à électrolyte font communiquer les électrodes par voie d'ions. On a prévu des moyens pour fournir un premier agent réactif à la première électrode, et des moyens pour commander l'écoulement de convec- tien vers le haut d'un second réactif ambiant proohe de la seconde électrode. Ces derniers moyens sont constitués de préférence de moyens propres à fournir une ouverture d'entrée pour la oonveotion en dessous de la seconde électrode et une ouverture de sortie pour la conveotion au-dessus de la seconde électrode , et des moyens pour commander de façon sélective au moins l'une des ouvertures pour la convection.
On comprendra mieux l'invention en se reportant à la description détaillée suivante oonsidérée avec les dessins dans lesquels :
Figure 1 est une vue en perspective explosée d'un bloc de pile à combustible construit suivant l'invention.
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Figure 2 est une vue en perspective détaillée d'une Bastion de plaque d'extrémité dont la configuration est celle d'une gaufre.
Figure 3 est une élévation ,aveo des parties brisées et arrachées, dans un ensemble de commande de convection,
Figure 4 est une coupe détaillée faite suivant la ligne.
4-4 de la figure 3.
Figure 5 est une coupe détaillée faite suivant la aigns
5-5 de la figure 3,
Figure 6 est une coupe détaillée faite suivant la ligne 6-6 de la figure 3, et
Figure 7 est une vue schématique, avecdes parties en coupe, d'un système de commande de pression et de purge cons- truit suivant 1'.invention.
Figure 1 représente un bloc de pile à combustible A, . qui est une forme de réalisation préférée de l'invention. Le bloc est constitué de deux sous-unités B-A et B-2 de pile à combustible et d'un ensemble 0 de commande de la convection*
Chaque sous-ensemble de pile à combustible est montré comme constitué d'une plaque d'extrémité 10, d'un joint extérieur
20, de deux ensembles électrodes -électrolyte orientés différemment ,30 et 40, et d'un joint intérieur 50.
Chaque plaque d'extrémité 10 comprend à la surface intérieure deux sections 101 -et 103 dont la configuration est en forme de gaufres. Ces dispositifs sont représentes schémati- quement à la figure 1 et sont montrés agrandis à la figure 2 qui en montre le détail. La configuration en forme de gaufres des sections est réalisée par l'intersection d'un ensemble de rainures verticales parallèles 105, avec un ensemble de rainu- res horizontales parallèles 107 pour former des tablettes 109,
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Les tablettes sont montrées comme s'étendant vers l'intérieur à partir de la périphérie 111 de chaque plaque d'extrémité sur une distance qui est environ l'épaisseur du joint exté- rieur 20.
La surface extérieure de chaque plaque d'extrémité est de préférence munie d'un ensemble d'ailettes de dissipa- tion de chaleur 113. Chaque plaque d'extrémité est faite d'une matière de grande conductivité thermique, telle que d'un métal.
Lorsque chaque sous-ensemble de pile à combustible est assemblé, les tablettes s'étendent à travers les fenêtres 115 et 117 des joints extérieurs 20 pour presser contre les ensembles électrodes-électrolyte dans des circonstances qui permettent un transfert de chaleur effectif entre ces éléments.
Chacune des sections à configuration de gaufre est isolée électriquement de l'ensemble électrodes-électrolyte voisin par un mince revêtement d'une matière isolante inerte (non montré), telle qu'une matière céramique ou une résine synthé- tique. Les revêtements sont suffisamment minces pour fournir un isolement électrique effectif mais sans constituer aucune barrière thermique sensible entre les tablettes et les ensem- bles électrodes-électrolyte*
Chacun des ensembles électrodes-électrolyte est formé;) dans la forme de réalisation préférée, suivant les enseigne- ments de Dantowitz dans la demande de brevet belge No. 39.606 appartenant à la demanderesse.
Comme montré, le moyen à électrolyte 119 est constitué d'une membrane échangeuse d'ions ou d'une matrice capillaire retenant un électrolyte aqueux par action capillaire. Cinq électrodes séparées 121A, 121B,
1210, 121D et 121E sont montées sur une face de chaque moyen à électrolyte, Sur la face opposée de chaque moyen à élec-
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trolyte et en opposition directe avec des électrodes affectées des mêmes lettrée, il y a des électrodes 123A, 123B, 1230, 123D et 123E, Chaque électrode 121A comporte une oreille de connexion faisant corps avec elle, 125. alors que chaque électrode 1233 comporte une oreille de connexion faisant corps aveo elle, 127.
Les électrodes 121B, 1210, 121D et 1213 sont reliées aux électrodes 123A, 123B, 1230 et 123D , respeo- tivement, par des oreilles de connexion faisant corps avec les électrodes ,129, 131, 133 et 135..
En considérant le sous-ensemble de pile à combustible B-2, il est visible que les paires opposées d'électrodes, constituant chaque ensemble électrodes-électrolyte,sont reliées entre elles électriquement en série. Ainsi, un poten- tiel peut être obtenu entre les oreilles de connexion 125 et 127 de chaque ensemble , égal à peu près à cinq fois celui que l'on pourrait obtenir si une électrode unique était montée sur chaque face des moyens à électrolyte. Chaque ensemble fournit l'équivalent électrique d'une batterie de piles à combustible à cinq éléments.
Les sous-ensembles de pile à, combustible B-1, B-2 sont construits de façon semblable mais non identique. La plaque d'extrémité 10 du sous-ensemble B-2 est munie d'un conduit fournissant du réactif,137, qui comporte des passages 139 et 141 et un conduit de purge 143 ayant des passages 145 et 147, Comme montré, ceux-ci sont omis dans la plaque d'extrémité du sous-ensemble B-1.
A cette différence près,les plaques d'extrémité des soue-ensembles se présentent comme des images spéculaires, Les joints et les ensembles à électro- des-électrolyte de chaque sous-ensemble sont identiques ; cependant, la face intérieure des ensembles montrés dans le
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sous-ensemble ou sous-bloo B-2 correspond à la face extérieure des ensembles du sous-ensemble B-1 et vice-versa.
L'ensemble de commande de oonveotion 0 comprend une enveloppe 149 ayant des fenêtres 151 et 153. Les fenêtres de l'enveloppe correspondent en dimensions aux fenêtres 115 et 117 du joint extérieur et aux fenêtres 155 et 157 du joint intérieur des sous-ensembles, L'enveloppe est munie de deux passages pour réactif 159 et 161 qui sont destinés à être alignés avec les passages semblables 163 et 165 de chaque joint intérieur. Le joint extérieur de chaque sous-ensemble est muni de prolongements de fenêtres alignées 167 et 169, Ces prolongements de fenêtres du joint extérieur du sous- ensemble B-2 se trouvent au-dessus des passages 139 et 141 du conduit de fourniture de réactif.
L'enveloppe est également munie de passages de purge 171 et 173 qui sont alignés avec des passages semblables 175 et 177 de chaque joint intérieur et des prolongements 179 et 181 des fenêtres de chaque joint extérieur. Dans le sous-ensemble B-2, les prolongements de fenêtres sont au-dessus des passages du conduit de purge.
L'enveloppe est munie de plusieurs passages d'entrée de convection 183 partant du bord inférieur jusqu'aux fenêtres.
Les passages de sortie pour la convection 185 s'étendent à partir des fenêtres vers le bord supérieur de l'enveloppe.
Des tampons adsorbant l'humidité 187 sont montés dans chacune des fenêtres d'enveloppe près des passages d'entrée de con- vection. Comme montré, les tampons sont munis de passages 189 qui sont alignés avec les passages d'entrée pour la convection.
Pour commander l'éooulement de l'agent réactif ambiant à travers les passages pour la oonveotion, les ensembles de valve à coulissement 191 et 193 sont montés à proximité des
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bords inférieur et supérieur ,respectivement, d" l'enveloppe.
Chaque système de valve à coulissement est muni d'une voie de guidage 195 ayant des passages 197 en alignement avec les passages pour la convection. Des languettes 199 et 201 coopè- rent avec les voies de guidage des systèmes de valve à coulis- sement inférieur et supérieur .Chacune des languettes est équipée d'un joint constitué par une bague en 0 203 et un passage décalé 205 pour commander chaque passage de la voie de guidage.
Un bras basculant 207 coopère aveo des rainures 209 et 211 dans les languettes inférieure- et supérieure .Le braa basculant est muni d'un bras de pivotement 213 qui s'étend dans une pochette latérale 215 de l'enveloppe et qui est monté au moyen d'une broche-pivot 217. Une boucle pour doigt 218 fait partie de la partie aupérieure du bras basculant* Les bagues en 0 et les passages sont situés dans les languettes de telle façon que lorsque l'ensemble est mis en place avec le bras basculant sur le bord droit, et que l'on fait tourner le bras dans le sens des aiguilles d'une montre,comme montré, les bagues en 0 ferment chacun des passages 197. Lorsque le bras basculant est tourné en sens contraire à celui des aiguilles . d'une montre au maximum, les passages 205 des languettes s'alignent avec les passages 197.
Un conduit d'évacuation des produits de purge 219 est monté de façon étanche dans une encoche 221 à l'extrémité inférieure de l'enveloppe , ce qui n'est pas visible à la figure 4. Le conduit d'évacuation est muni de passages 223 qui communiquent aveo les passages d'entrée pour la convection, Ces passages sont montrés par des pointillés à la figure 3.
L'ensemble de commande de oonveotion est porté par un support
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225 comportant un tampon adsorbant l'humidité,227, à sa surface en dessous des passages pour la convections
En assemblant le bloc de pile à combustible on monte les joints intérieur et extérieur de chaque sous-ensemble de pile à combustible en mettant en coopération étanche les parties périphériques. Les électrodes intérieure et exté- rieure de l'ensemble électrodes-électroylte 30 sont alignées ! avec les fenêtres 115 et 155 du joint intérieur et du joint extérieur, respectivement.
L'ensemble 40 se présente de façon semblable par rapport aux fenêtres 117 et 157.La partie de chaque moyen à électrolyte qui se trouve à l'extérieur des électrodes est intercalée entre les joints et réunie de façon étanche à ceux-ci. Les joints extérieurs s'appliquent de façon étanche contre les plateaux d'extrémité $tandis'que les joints intérieurs s'appliquent de façon étanche contre l'enveloppe.
Dans la forme de réalisation préférée, plusieurs boulons de serrage, non montrée à la figure 1 et à la figure 3, s'étendent à travers un certain nombre de passages espacés 229 traver- sant les sous-ensembles et l'enveloppe. L'aotion de serrage de ces boulons assure une étanchéité aux gaz entre les parties correspondantes des plaques d'extrémité des joints et de l'enveloppe..
Les quatre ensembles éleotrodes-éleotrolyte incorporée. au bloc de pile à combustible sont reliés électriquement en série en sorte que la potentiel entre les bornes de l'ensemble est approximativement 20 fois celui d'une pile à combustible unique.Les connexions électriques entre les parties sont représentées aux figures 1 et 3 à 6 inclusivement.
Des plaques à bornes 231 auxquelles sont soudés des connecteurs électriques 233 sont montées près des plateaux
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d'extrémité. Les plaquée à bornes 231 sont chacune en contact électrique avec une oreille de connexion 127 d'un ensemble électrodes-électrolyte 30. L'oreille de connexion s'étend vers le bas à partir de l'électrode inférieure 123E de chaque ensemble 30 et elle est isolée de la plaque d'extrémité par un revêtement isolant mince 235. Le boulon de serrage isolant 237 assure la fonction du maintien des plaques à bornes en position à la face extérieure des plaques d'extrémité.
Les ensembles électrodes-électrolyte de chaque sous- ensemble sont reliés électriquement par des oreilles de connexion 125. Les oreilles de connexion 125 de chaque sous- ensemble sont repliées sur le bord supérieur de la plaque d'extrémité. Les oreilles sont isolées de la plaque d'extré- mité par le revêtement 239, Une bande de connexion 241 s'étend entre les oreilles voisines de chaque sous-ensemble en reliant ainsi électriquement les ensembles voisins.
Les oreilles de connexion 127 des ensembles à électrodes électrolyte 40 sont reliées électriquement en repliant 1 es oreilles au-dessus du bord supérieur des plaques d'extrémité.
]la revêtement isolant 243 se trouve en dessous des oreilles.
Les plaques de connexion 245 se trouvent au-dessus des oreilles Un ensemble de boulons de serrage conducteurs du point de vue électrique,247, s'étend entre les plaques de connexion et sert comme moyen connecteur électrique entre elles. Pour empêcher le contact du boulon conducteur aveo les plaques d'extrémité, on a prévu un manchon isolant 249.
Pour faire comprendre l'emploi du bloc de pile à combustible A, ce bloc est placé dans une ambiance de gaz électrochimiquement réductible ou de gaz électrochimiquement oxydable. Dans la plupart des applications ordinaires, le gaz
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ambiant sera de l'air. En même temps, un second produit de réaction électrochimique est fourni à l'ensemble ou au bloc de pile par un conduit d'amenée de réactif 137.
Ce réactif est,
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un combustible oxydable électroohimiuement , par exemple de l'hydrogène ,lorsque la réactif ambiant est de l'air, et pour la simplicité de la description, on l'indiquera ci-après par ce nom,
Le combustible est fourni à la face extérieure de
EMI14.2
chaque ensemble électrodes-èlectrolyte# Ceci se ai3se par l'évacuation du combustible à partir des passages 139 et 141 pour pénétrer dans les prolongements de fenêtres 167 et 169 de chaque joint 20, et en se déplaçant verticalement vers le bas dans les fenêtres.115 et 117. Le combustible atteint le joint 20 du sous-ensemble B-1 par les passages 159' 161, 163 et 165 des joints 50 et de l'enveloppe 149.
Les rainures 105 et 107 des sections à configuration en gaufres 101 et 103 permettent une distribution uniforme du combustible sur la surface des électrodes. Si on le désire, la distribution peut être encore améliorée en introduisant une ou plusieurs grilles ou des espaceure poreux semblables entre les plaques 109 et les électrodes. Les grilles ou espaceurs doivent, naturellement, être thermiquement conducteurs.
En même temps, on fait tourner le bras pivotant 207 pour aligner les passages 205 dans les languettes avec les passages pour la convection, L'agent réactif ambiant peut être présent initialement dans les fenêtres de l'enveloppe ou peut pénétrer dans les fenêtres par les passages de conveotion , par diffusion.
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Pour engendrer de l'énergie électrique, on place une charge électrique entre les connecteurs électriques 233.
Le bloc développe une différence de potentiel représentant à peu près celle que développeraient vingt piles à combus- tible montées en eérie. Lorsque de l'énergie électrique est fournie par le bloc, une quantité sensible de ohaleur sera engendrée par chaque ensemble électrodes-éleotrolyte. De la chaleur est dissipée par chaque ensemble à travers les tablettes 109, la plaque d'extrémité 10 et les ailettes de transfert de chaleur 113, Du fait que les ailettes de transfert de chaleur sont verticales, des courants de convection peuvent balayer constamment les ailettes.
Au surplus, les plaques d'extrémité peuvent être douées d'une capacité d'emmagasinement de (chaleur sensible, si bien que l'échauffement sur de courtes périodes de fonctionnement est évité simplement par le trans- ! fert de chaleur des ensembles aux plaques. l'échauffement pendant le fonotionnement produira des courants de oonveotion dans le réactif ambiant fourni aux ensembles. Si un sous-ensemble de pile à combustible était mis en activité dans l'air sans être attaché au bloc de commande de convection, les moyens à électrolyte seraient desséchés dans la plupart des conditions de température et d'humidité. Ceci réduirait le rendement du fonctionnement en produisant ainsi un échauffement excessif et/ou une dété- rioration des éléments de pile.
Le bloc ou ensemble de commande de convection suivant l'invention réduit l'écoulement du réactif aotif vers les ensembles électrodes-éleotrolyte. Le réactif ambiant est aspiré par voie de convection dans l'enve- loppe du bloc de commande à travers les passades d'entrée de convection 183, et évacué par voie de convection à travers
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les passages de sortie de convection 185. Dans des conditions de fonctionnement supposant une température extrêmement élevée! et/ou un fonctionnement à sec, il peut être souhaitable d'ajouter à l'effet de resserrement des passages de convec- tion ,en créant un léger défaut d'alignement des passages dans les languettes des blocs à valve.
Comme le réactif ambiant s'échappe du bloc avec à peu près un pour cent d'humidité, la réduction du débit d'évacuation contribue sensiblement à la conservation de 1'humidité.
Si le bloc de pile à combustible est stocké pendant de longues durées aveo les ensembles électrodes-éleotrolyte exposée à l'atmosphère, ceux-ci peuvent être desséchés de façon importante. Pendant les périodes où le bloc n'engendre pas d'énergie électrique) on peut penser qu'on fera tourner le bras pivotant de façon que les passages de convection soient fermés, Ceci ferme de façon étanohe le bloc en empêchant les pertes d'humidité et permet de stocker le bloc ou de le tenir en réserve pendant de longues périodes sans risquer de l'endommager.
Une autre particularité de l'invention réside en ce qu'une contribution importante à la conservation de l'humidité est obtenue en montant les ensembles électrodes-électrolye de façon qu'ils s'opposent. Si, par exemple, les ensembles électrodes-électrolyte étaient omis dans un sous-ensemble, le réactif ambiant fourni aux électrodes dirigées vers l'intérieur des ensembles restants, viendrait en même temps au oontaot des tablettes mises à nu par l'enlèvement des ensembles. Il en résulterait que l'humidité s'échapperait des ensembles et se condenserait sur les tablettes relativement plus froides, en accélérant ainsi considérablement le degré
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de perte d'humidité des ensembles.
Lorsque, cependant, le réactif ambiant se trouve entre deux ensembles électrodes. électrolyte maintenus à la même température de fonctionnement, l'humidité n'a pas tendance à diffuser à partir d'un semble et à se condenser sur un autre. L'enveloppe elle-même, natu- rellement, étant formée d'une matière relativement isolante du point de vue thermique, ne joue pas le rôle d'une surface de condensation importante.
Dans certaines conditions de fonctionnement, il peut être formé plus d'humidité,comme produit de réaction du bloc de pile à combustible,que ce qui peut être enlevé de la surface des ensembles éleotrodes-électrolyte par le réactifambiant.
Dans ces circonstances, l'eau produite s'écoulera vers le bas dans les fenêtres de l'enveloppe. Une partie de cette eau sera reprise par les tampons adsorbants 187 et une partie le sera par le tampon 227. L'écoulement de réactif ambiant par voie convective, qui arrive, passera sur ces tampons et reprendra une partie au moins de l'humidité qui y est contenue. Ceci ajoute au contenu en humidité du réactif à l'instant où il atteint les ensembles et réduit encore l'aptitude du réactif à sécher les ensembles.
Les tampons agissent aussi comme réservoirs d'humidité protégeant les ensembles de la dessica- tion pendant les intervalles où le bloc de pile à combustible peut être appelé à fonctionner dans des conditions provoquant la dessication comme pendant l'intervalle d'une puissance de pointe. On supposera que lors du démarrage du bloc de pile à combustible dans la plupart des conditions atmosphériques, il se condensera suffisamment d'humidité sur les tablettes froide: pour mouiller les tampons.
Après que le bloc ait atteint sa température de fonctionnement d'équilibre, l'apport d'humidité
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aux tampons peut être arrête ou inversa par l'accroissement d'aptitude d'emporter de l'humidité propre au réactif ambiant chauffa
Pour empêcher l'accumulation d'impuretés non réagissan- tes ou lentement réagissantes à l'intérieur du bloc de pile à. combustible, on préfère purger de façon continue ou périodique le réactif non ambiant fourni au bloc. Le conduit de purge 143 est prévu à cette fin. Les prolongements des fenêtres 179 et 181 dans les pointa 20 s'alignent avec les passages de purge 145 et 147.
Les passages 171, 173, 175 et 177 dans les joints 50 et dans l'enveloppe permettent la communication des parties de purge avec le joint 20 du sous-ensemble B-1. Ceci permet de purger lea deux sous-ensembles* Dans la forme préférée de l'invention, le conduit de purge est en communication avec le conduit d'élimination 219. Les ga de purge évacués de la proximité des électrodes dirigées vers l'extérieur des ensem- bles, sont conduits à travers .les passages 223 et entraînés avec le réactif ambiant d'alimentation qui arrive. Les parties du gaz de purge qui peuvent réagir se combinent alors avec le réactif ambiant sur les électrodes qui sont dirigées vers l'intérieur.
Dans le fonctionnement, un réactif non ambiant est fourni par la source D. Il peut s'agir d'une alimentation conti. nue ou d'une alimentation à la demande. Il est préférable que la source soit un générateur de Kipp. Au début, le réactif est fourni à la chambre 305, mais il est empêché de pénétrer dans la chambre 303 et dans le conduit de réaotif 313 par la tête de valve 317. Le bras de commande 361 est abaissé pour per- mettre l'écoulement du réactif non ambiant par le conduit 313 et à travers les sous-ensembles B-1 et B-2 du bloc de pile
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à combustible.
Le réactif non ambiant traverse le bloc de pile à combustible en entraînant avec lui toutes les impuretés gazeuses qui pouvaient exister initialement dans le bloc* Le réactif passe par le conduit 335, par la ohambre 327, le siège de valve 339, la chambre 329 et le conduit 337 pour être mélangé au réactif ambiant et être mis en réaction par voie catalytique sur les électrodes du sous-ensembles, dirigées vers l'intérieur. De cette façon, les impuretés sont purgées du bloc de pile à combustible tout en éliminant tout risque d'explosion et/ou d'incendie résultant du mélange des réactifs ambiant et non ambiant.
Une fois que le système est purgé, on permet au bras de commande de prendre sa position normale, comme montr , et on branche une charge électrique entre les bornes du bloo de pile à combustible. La consommation du réactif non ambiant fera diminuer la pression dans la chambre 303 et fera que la pression atmosphérique oblige le diaphragme inférieur, le chapeau 323 et la tige d'aotionnement 321 à descendre pour comprimer le ressort 319 et déplacer la tête de valve 317 du siège de valve 315, Ceci permet au réactif non ambiant de s'écouler de la source au bloc de pile à combustible jusqu'à ce que la différence de pression entre la chambre 303 et l'atmosphère ait diminué.
Bien que les chambres de la première enveloppe soient mises périodiquement en communication en réponse à la consommation du réactif, on remarquera que les chambres de la seconde enveloppe ne communiquent que lorsque l'on abaisse le bras de commande, Ceci peut se faire aussi souvent qu'on le désire pour purger l'ensemble.-
Un agencement préféré adopté pour purger le bloc A de pile à combustible est représenté à la figure 7 qui montre
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la combinaison d'une source D de réaotif non ambiant, un régulateur E de pression et de purge, et le bloc A de pile à combustible.
Le régulateur de pression et de purge E est équipé d'une première enveloppe 301 munie d'une chambre 303 s'ouvrant vers le haut et d'une ohambre 305 s'ouvrant vers le bas. La chambre qui s'ouvre vers le haut est fermée par un diaphragme flexible 307, alors .Que la chambre qui s'ouvre vers le bas est fermée par une plaque d'extrémité 309.la chambre qui s'ouvre vers le bas communique avec un conduit d'entrée de réactif 311, et la chambre qui s'ouvre vers le haut communique avec un conduit de sortie de réaotif 313. Les deux chambres communi- quent par un siège de valve 315. Une tête de valve 317 est sollicitée par un ressort 319 à venir en contact avec le siège de valve et porte une tige d'actionnement 321 munie d'un chapeau 323.
Une seconde enveloppe 325 est munie d'une chambre 327 qui s'ouvre vers le bas et d'une chambre 329 qui s'ouvre vers' le haut. Le diaphragme flexible 331 ferme la chambre qui s'ouvre vers le haut, tandis qu'une plaque d'extrémité 333 ferme la chambre qui s'ouvre vers le bas. Un conduit d'entrée de purge 335 oommunique aveo la ohambre qui s'ouvre vers le bas, tandis qu'un conduit de sortie de purge 337 communique aveo la ohambre qui s'ouvre vers le haut. Un siège de valve 339 permet la communication entre les ohambres. Une tête de valve 341 sollicitée vers le haut par le ressort 343 commande la communication à travers le siège de valve.
Une tige d'ac- tionnement 345 s'étendant vers le haut et portant un ohapeau 347 est en contact aveo le diaphragme supérieur 331, tandis qu'une tige d'aotionnement 349 s'étendant vers le bas et
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portant un chapeau 351 est en contact avec le diaphragme infé- rieur 307. Un joint à bague en 0353 empêche la fuite entre la plaque d'extrémité 333 et la tige d'actionnement 349.
Un anneau cylindrique 355 est placé entre la plaque d'extrémité 333 et le diaphragme inférieur. l'anneau présente plusieurs passages 357. Au-dessus du diaphragme supérieur se trouve un second anneau 359. A ce second anneau est relié à pivotement, par une broche 363, un bras de commande 361; tandis que le bras de commande, à son tour, porte un chapeau 365 qui lui est relié à pivotement par la broche 367.
Bien que l'on ait décrit l'invention en se rapportant à une forme de réalisation préférée, on comprend que l'on peut envisager de nombreuses modifications sans s'écarter des enseignements de l'invention. Par exemple, un sous-ensemble pourrait être entièrement omis du bloc de pile à combustible et remplacé par une plaque, de préférence une plaque thermique- ment isolante. Les sous-ensembles pourraient être modifiés en enlevant les ailettes des plaques d'extrémité. La fonction des ailettes peut être réalisée par des serpentins de refroidisse- ment ou simplement en mettant le bloc en contact avec un puita de chaleur. Les seotions à forme de gaufres peuvent être omises et être remplacées par d'autres moyens conducteurs de la cha- leur, par exemple une grille ou une autre matière poreuse.
Les ensembles électrodes-électrolyte pourraient être formés en un seul ensemble pour chaque sous-ensemble ou se présenter comme un nombre plus grand d'ensembles. Chaque ensemble pour- rait être formé avec une électrode seulement par face ou aveo un nombre d'électrodes par face plus grand ou plus petit que les cinq montrés. Les électrodes des ensembles pourraient être reliées électriquement en série ou en parallèle, tout comme
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pourraient l'être les divers ensembles du bloc.
Les oreilles de connexion ne doivent pas faire partie intégrante des éleo- trodes, maie pourraient être formées séparément et attachées à celles-ci suivant la demande, Plusieurs oreilles de conne- xion pourraient être utilisées pour conduire le courant électrique entre les électrodes, plutôt qu'une oreille unique, comme montré, Les sous-ensembles ne doivent pas nécessairement' être boulonnés, comme montré, mais pourraient être colles.
Le bloc de commande de convection ne doit pas néces- sairement être formé avec deux fenêtres, mais il pourrait l'être avec une seule fenêtre ou avec plus de deux fenêtres.
Les blocs de valve particuliers montrés pour le bloc de commande ne sont pas essentiels pour le fonctionnement du bloc de commande et pourraient être remplacés par des blocs de valve de construction différente. Il n'est pas nécessaire que les valves supérieure et inférieure soient actionnables simultanément, comme montré. Il n'est pas nécessaire que les passages d'entrée et de sortie de convection soient prévue de même nombre et de mêmes dimensions. Comme il y a moins de réactif ambiant qui part qu'il n'en arrive, les passages de sortie de convection pourraient être de dimensions plus petite..
Le bloc de oommande de oonnexion a été représenté comme formé avec deux faces principales portant chacune un sous-ensemble de pile à combustible. Il est reconnu qu'on pourrait substituer à l'enveloppe une autre enveloppe oomportant plus de deux faoes principales, chacune d'elles portant un ou plusieurs sous-ensembles. Les faces de l'enveloppe pourraient,par exemple, se présenter entre elles comme les côtés d'un triangle, d'un carré , d'un pentagone, eto, au lieu d'être parallèles, comme montré. Les tampons d'adsorption de l'humidité de
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l'enveloppe et du pied ne sont pas nécessaires. En variante, les passages partant des tampons 187 pourraient être omis pour ; donner un contact intime entre le réactif ambiant et l'humi- dite dans les tampons.
Le pied, bien entendu, représente seulement un moyen de support possible. Le conduit de purge pour le bloc de pile à combustible n'est pas essentiel, Le bloc pourrait fonctionner avec un écoulement sans issue du réactif non ambiant, bien que cela ne soit pas à préférer.
Le bloc pourrait être modifié facilement pour purger le gaz de façon continue directement des sous-ensembles vers les passages 183 sans faire passer la purge par les séduits 143 et 219. En variante, les conduits 143 et 219 pourraient être reliée par une certaine longueur de tube de petit diamètre pour permettre une purge continue à débit commandé tout en empêchant toute chance de diffusion en retour. Le régulateur de pression et de purge E est simplement un exemple d'un moyen qu'on pourrait utiliser pour permettre une purge intermittente.
On considère qu'une personne d'habileté ordinaire, une fois instruite de la fonction à réaliser, pourrait concevoir une grande variété de blocs régulateurs automatiques et manuels équivalents. Pour empêcher l'échauffement des électrodes dirigées vers l'intérieur, il peut être souhaitable d'inoor- porer un corps catalyseur distinct pour combiner les réaotifs ambiant et non ambiant. Ce bloc catalyseur serait situé de préférence à l'intérieur du bloc de pile à combustible et plus souhaitablement encore à l'intérieur des passages d'entrée de oonveotion 183.
La combinaison du réactif purgé à l'inté- rieur du bloc de pile à combustible offre l'avantage d'isoler la réaotion pour éviter un risque d'incendie qui pourrait se présenter à l'extérieur du bloc de pile à combustible dane diverses applioations.