EP1529319A1 - Bloc pile a combustible et ensemble de production d'energie comprenant un tel bloc pile - Google Patents

Bloc pile a combustible et ensemble de production d'energie comprenant un tel bloc pile

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Publication number
EP1529319A1
EP1529319A1 EP03753654A EP03753654A EP1529319A1 EP 1529319 A1 EP1529319 A1 EP 1529319A1 EP 03753654 A EP03753654 A EP 03753654A EP 03753654 A EP03753654 A EP 03753654A EP 1529319 A1 EP1529319 A1 EP 1529319A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
energy production
valve elements
fuel cell
production assembly
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03753654A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Thierry Novet
Pierre Charlat
Frédéric TOUVARD
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Publication of EP1529319A1 publication Critical patent/EP1529319A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell block, as well as an energy production assembly comprising at least one such cell block.
  • such an energy production assembly comprises at least one fuel cell block, each of which comprises a succession of elementary cells, arranged one next to the other.
  • Each of these cells defines an anode compartment, where hydrogen oxidation occurs, as well as a cathode compartment, in which the oxygen in the air is reduced, with production of water.
  • an ion exchange membrane physically separates the anode and cathode compartments of a cell in question, which are also connected by means of an external electrical circuit.
  • the battery pack is also provided with distribution means, ensuring the supply and evacuation of the various fluids.
  • the anode compartment of each cell is placed in communication with a hydrogen inlet line, as well as a line for discharging the hydrogen consumed.
  • the latter is mixed with a fraction of water, produced at the cathode, which has passed through the aforementioned separation membrane.
  • the cathode compartment is provided with an air inlet pipe, as well as a pipe for discharging this oxygen-depleted air, mixed with 1 ea.
  • the production unit energy is provided with different organs ensuring the distribution of these 'fluids.
  • the invention proposes to remedy the drawbacks of the prior art mentioned above. It aims in particular to produce a fuel cell block, the overall maintenance of which is notably easier and faster than that implied by the solutions of the prior art, in particular by facilitating the assembly / disassembly operations of the battery block, for example for elementary cell changes.
  • this battery block intended to be integrated into an energy production assembly, this battery block comprising a plurality of elementary cells, as well as means for distributing fluids, allowing the supply of each cell in two inlet fluids, typically hydrogen and air, as well as the evacuation from these cells of two outlet fluids, typically hydrogen and oxygen-depleted air, these distribution means being able to be connected with a fluid distribution assembly belonging to said energy production assembly, in which the distribution means comprise, on one side of the battery pack, a series of first valve elements capable of cooperating, in assembled configuration, with a series of second valve elements, carried by the fluid distribution assembly.
  • the first valve elements are arranged on the same face of the battery pack;
  • valve elements have main directions which are parallel to each other;
  • the battery pack includes, at one end, at least two pairs of fluid distribution fittings able to cooperate with at least two pairs of corresponding, stationary fittings. fitted on the fluid distribution assembly of the energy production assembly.
  • the invention also relates to an energy production assembly comprising at least one battery block as well as a fluid distribution assembly, able to supply the or each battery block with two inlet fluids, as well as to evacuate at least two " outlet fluids from this battery pack, this distribution assembly being able to be connected to external circuits for supplying inlet fluids, as well as for discharging outlet fluids, where the or each battery pack is as defined above and where said set for producing energy also comprises second valve elements, each second valve element being able to cooperate with a first corresponding valve element, which is provided with said battery pack.
  • the fluid distribution assembly comprises a support member, in particular a plate structure, on which are mounted various distribution members for the inlet and outlet fluids and which is advantageously made of a plastic material, by injection or molding ; the support member is hollowed out with integrated channels, ensuring the circulation of the various fluids.
  • FIGS. 1 and 1A are views in longitudinal section, illustrating two valve elements belonging to the power generation assembly of the previous figures, in two different positions; and - Figure 4 is a schematic side view, illustrating an energy production assembly based on fuel cell, according to an alternative embodiment of the invention.
  • the energy production assembly as illustrated in FIGS. 1 and 1A, comprises a fuel cell block, generally designated by the reference 2, for example of the type described in the French application filed on 6 March 2002, under the number 02 02843, the content of which is incorporated here by reference.
  • the battery block 2 is capable of being mounted, by its base 4, on a support plate 6, via four centering pins 5, mounted on the support plate 6.
  • This support plate 6 also receives, in the example shown, a compressor 8, an electrical box 10 provided with its control 12, an air / air exchanger 14, a liquid-gas separator 16, a hydrogen inlet regulator 18, as well as a solenoid valve 20. All of these elements, which are of type known per se, are fixed to the support plate 6 by any suitable means.
  • the assembly also includes a fluid connection block 22, also mounted on the support plate 6, provided with several, typically four valve elements or closable fittings 24 ⁇ to 24 4 , arranged in a predetermined pattern on one side (front on the Figure 1) of this block 22, at the outlet of four orifices formed in this block.
  • valve elements typically four valve elements or closable fittings 24 ⁇ to 24 4 , arranged in a predetermined pattern on one side (front on the Figure 1) of this block 22, at the outlet of four orifices formed in this block.
  • the plate 6 is provided with various orifices, which are placed in communication with .circuits, not shown, ensuring the admission and evacuation of the various fluids. Furthermore, some of the elements 8, 14, 16, 18 and 20 are mutually placed in fluid communication, via channels not shown, which are formed in the support plate. In this way, air is admitted into a corresponding inlet orifice, provided on the plate 6. It then circulates inside this plate, enters the compressor 8, comes out of the latter to circulate again in the plate 6, after passing through the exchanger 14. Then, this inlet air is admitted into the separator 16, comes out so as to travel in the plate 6, then is finally led into the block 22.
  • connection block 22 It then opens in an appropriate orifice of this connection block 22, so as to be admitted into the battery block 2, in order to supply air to its various cells. Then, the oxygen-depleted air, evacuated from these cells, is again directed towards the block 22, at the level of another orifice, dedicated to this air outlet. This depleted air then circulates inside the plate 6, is admitted into the exchanger 14, comes out of the latter, circulates again in the plate 6, and is finally evacuated from the latter by an ad hoc orifice (not shown).
  • Hydrogen is similarly admitted into the plate 6 through an inlet orifice, then opens into the connection block 22. It emerges from the latter, at a dedicated orifice, so as to be admitted into the battery block 2 , in order to supply hydrogen to the various cells of the latter. Then, the exit hydrogen, coming from these cells, is evacuated from the battery block 2 and enters the connection block 22, through another orifice, dedicated formed in the latter. This hydrogen then travels inside the plate 6, in the solenoid valve 20, comes out to circulate again in the plate, and is finally evacuated from the latter, at a corresponding outlet (not shown).
  • the fuel cell block is for its part fitted at the end of a plate 26 ensuring its mechanical retention.
  • This plate 26 also provides a fluid connection function. It is in fact provided, in the vicinity of its lower end, with four closable connections or valve elements 30 ⁇ to 30 4 (30 ⁇ ) distributed spatially in a pattern identical to that of the valve elements 24 ⁇ of block 22.
  • the valve elements 30i are placed at the outlet of four orifices, each of which is intended for the admission or evacuation of air or hydrogen in the battery pack. More precisely, these four orifices are placed in communication with means provided in the battery block 2, ensuring the distribution of fluid to and from the various cells 32 of this block. These distribution means thus ensure, in a manner known per se, the supply and discharge of hydrogen, as well as the supply of air and the discharge of oxygen-depleted air.
  • FIGS 2 and 3 illustrate two valve elements 24 ⁇ and 30 ⁇ , respectively belonging to block 22 and to the connecting plate 26 fitted to the battery block 2. It should be understood that the valve elements 24 2 to 24 are for example similar to that 24 ⁇ shown, while the valve elements 30 2 to 30 4 are similar to that 30 ⁇ shown.
  • the valve element 24 ⁇ comprises a hollow body 34, mounted in a wall of the block 22, shown partially.
  • This body which includes a bottom 36, receives an intermediate veil 38, forming a seat.
  • openings are provided both in the bottom 36 and in the web 38, in order to ensure passage fluid selective.
  • An O-ring 40 is mounted at the periphery of the web 38, facing the bottom 36.
  • the valve element 24 ⁇ is equipped with a movable rod 42, provided with a peripheral crown 44 capable of bearing against the seal 40.
  • a spring 46 is provided, one end of which bears against the bottom 36, while its other end bears against the crown 44. This spring tends to bring the latter 44 against the seal 40, namely in the position of 24 ⁇ valve assembly closed.
  • the valve element 30 ⁇ also comprises a hollow body 54, capable of fitting the free end of the body 34 of the element 24 ⁇ , with the interposition of a peripheral seal 35. ' The other element 30 ⁇ thus forms the female part of the valve formed by the two elements 24 ⁇ and 30 ⁇ .
  • the body 54 which comprises a bottom 56, receives a veil 58, forming a seat, in which is housed an O-ring 60.
  • the element 30 ⁇ also comprises a rod 62, provided with an outer crown 64, able to bear against the seal 60.
  • Openings are provided in the bottom 56 and in the web 58, in order to allow the. selective fluid passage.
  • a spring 66 is provided, one end of which bears against the bottom 56, while its other end bears against the crown 64. This spring 66 tends to bring the crown 64 against the seal 60, that is to say - say in the closed position of the valve element 30 ⁇ .
  • each valve element 24 ⁇ and 30 ⁇ When the battery unit 2 is not mounted on the support plate 6, each valve element 24 ⁇ and 30 ⁇ is in its closed position, illustrated in FIG. 2. In this way, no fluid can be evacuated from the battery pack
  • connection block 22 cooperate with the connection plate.
  • the battery block 2 is brought closer to the connection block 22, assumed to be fixed, in the main direction of the valve elements, referenced A in FIGS. 2 and
  • the free end of the hollow body 34 enters the interior volume of the hollow body 54, while the two rods 42 and 62 are pushed towards a facing bottom wall, respectively
  • valve element 24 l'horament mounted on the connection block 22, may have a single position for passage of fluid.
  • this valve element is fixed, which is advantageous in economic terms, since this measure ensures a reduction in manufacturing costs.
  • FIG. 4 illustrates an alternative embodiment of an energy production assembly according to the invention.
  • the energy production assembly also comprises a support plate 106, which is fixed permanently, for example against a wall 107.
  • This plate 106 is provided with the various elements 8 to 20, described with reference to FIGS. 1 and 1A, but which are not shown in this figure 4.
  • the support plate 6 is further equipped with three series of four valve elements. There are thus four upper valve elements, of which only two 124 ⁇ and 124 are shown, four intermediate valve elements, of which only two 124 'i and 124' 2 are shown, as well as four lower valve elements, of which only two 124 ''x and 124'' 2 are shown.
  • valve elements which are similar to those 24 ⁇ to 24 4 , have main axes which are parallel to each other.
  • the upper battery pack 102 is provided with four valve elements, of which only two 130 ⁇ and 130 are shown. These valve elements, which are analogous to those 30 ⁇ to 30 4 , are able to cooperate with the upper valve elements, in particular 124 ⁇ and 124, with which the support plate 106 is provided.
  • the intermediate battery block 102 ' is also provided with four valve elements, of which only two 130' x and 130 ' 2 are shown. These valve elements, which are similar to those 30 ⁇ to 30 4 , are able to cooperate with the intermediate valve elements, in particular 124 ′ and 124 ′ 2 , with which the support plate is provided. Finally, the lower battery block 102 '' is provided with four valve elements, of which only two 130 '' x and 130 '' 2 are shown. These different valve elements, which are similar to those 30 ⁇ to 30 4 , are able to cooperate with the lower valve elements, in particular 124 ′′ x and 124 ′′ 2 , which is provided with the support plate 106.
  • Each battery block 102, 102 'and 102' ' is also equipped with a grip handle 103, 103' and 103 ''.
  • guide means such as slides not shown, can advantageously be provided, in order to ensure simple positioning of the battery packs, during their mounting on the support plate 106.
  • the invention makes it possible to achieve the objectives mentioned above.
  • the or each fuel cell block, equipping the energy production assembly can be separated in a particularly simple and rapid manner. In this way, the maintenance of this assembly of energy production is notably simpler than in the prior art.
  • the support plate 6 or 106 is made of a plastic material, by injection or molding. It is also conceivable to produce the major part of the various valve elements, equipping the battery block or the fluid connection block, in such a plastic material. With this in mind, only the springs, referenced 46 and 66 in FIGS. 2 and 3, are then formed from another material, in particular metallic.

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Abstract

Ce bloc pile (2), qui est destiné à être intégré dans un ensemble de production d'énergie, comprend une succession de cellules élémentaires (32), ainsi que des moyens de distribution de fluides, permettant l'alimentation de chaque cellule en deux fluides différents, ainsi que l'évacuation de deux fluides différents hors de ces cellules, ces moyens de distribution pouvant être raccordés avec un ensemble de distribution de fluides (6, 8, 14, 16, 18, 20, 22). Ce bloc pile est pourvu de premiers éléments de clapet mis en communication avec les moyens de distribution de fluides, qui sont aptes à coopérer avec des seconds éléments de clapet (241-244), dont est muni l'ensemble de distribution de fluides.

Description

BLOC PILE A COMBUSTIBLE ET ENSEMBLE DE PRODUCTION D'ENERGIE
COMPRENANT UN TEL BLOC PILE
La présente invention concerne un bloc pile à combustible, ainsi qu'un ensemble de production d'énergie comprenant au moins un tel bloc pile.
De façon classique, un tel ensemble de production d'énergie comprend au moins un bloc pile à combustible, dont chacun comporte une succession de cellules élémentaires, disposées les unes à côté des autres. Chacune de ces cellules définit un compartiment anodique, où se produit l'oxydation de l'hydrogène, ainsi qu'un compartiment cathodique, dans lequel l'oxygène de l'air est réduit, avec production d'eau. En outre,- une membrane échangeuse d'ions sépare physiquement les compartiments anodique et cathodique d'une cellule considérée, qui se trouvent par ailleurs reliés au moyen d'un circuit électrique extérieur.
Le bloc pile est en outre muni de moyens de distribution, assurant l'amenée et l'évacuation des différents fluides.
Ainsi, le compartiment anodique de chaque cellule est mis en communication avec une ligne d'arrivée d'hydrogène, ainsi qu'une ligne d'évacuation de l'hydrogène consommé. Ce dernier est mélangé à une fraction d'eau, produite au niveau de la cathode, qui a traversé la membrane de séparation précitée.
De façon analogue, le compartiment cathodique est muni d'une conduite d'arrivée d'air, ainsi que d'une conduite d'évacuation de cet air appauvri en oxygène, mélangé à de 1 ' ea .
Afin d'assurer l'amenée et l'évacuation de ces fluides dans le bloc pile à combustible, l'ensemble de production d'énergie est pourvu de différents organes assurant la distribution de ces ' fluides .
Ainsi, dans l'état de la technique connue, il est prévu une pluralité de raccords disparates, coopérant avec des entrées et des sorties de fluides, présentes sur plusieurs côtés du bloc pile. Par ailleurs, des vannes permettent de fermer ces différents circuits fluidiques, de manière à isoler ce bloc pile.
Or, en cas de panne d'un bloc pile, il est important de pouvoir le désolidariser des autres éléments de l'ensemble de production d'énergie, afin d'en assurer un remplacement rapide .
On conçoit donc que, dans l'art antérieur, cette opération de désolidarisation du bloc pile est particulièrement longue et fastidieuse à mettre en œuvre. Ainsi, les phases de montage et de démontage de ce bloc, qui sont longues et fastidieuses, constituent une part importante des coûts de maintenance de 1 ' ensemble de production d'énergie. Par ailleurs, ce temps de maintenance substantiel s'accompagne d'une période morte d'immobilisation de l'installation, pendant laquelle l'ensemble de production d'énergie à la base de pile à combustible ne peut être utilisé. Il s'agit là d'une limitation économique, dont l'impact est notable.
L'invention se propose dé remédier aux inconvénients de l'art antérieur évoqués ci-dessus. Elle vise notamment à réaliser un bloc pile à combustible, dont la maintenance globale est notablement plus aisée et plus rapide que celle qu'impliquent les solutions de l'art antérieur, notamment en facilitant les opérations de montage/démontage du bloc pile, par exemple pour des changements de cellules élémentaires. A cet effet, elle a pour objet un bloc pile à combustible destiné à être intégré dans un ensemble de production d'énergie, ce bloc pile comprenant une pluralité de cellules élémentaires, ainsi que des moyens de distribution de fluides, permettant l'alimentation de chaque cellule en deux fluides d'entrée, typiquement en hydrogène et en air, ainsi que l'évacuation hors de ces cellules de deux fluides de sortie, typiquement de l'hydrogène et de l'air appauvri en oxygène, ces moyens de distribution pouvant être raccordés avec un ensemble de distribution de fluides appartenant audit ensemble de production d'énergie, dans lequel les moyens de distribution comprennent, sur un côté du bloc pile, une série de premiers éléments de clapet aptes à coopérer, en configuration assemblée, avec une série de seconds éléments de clapet, portés par l'ensemble de distribution de fluides .
Selon d'autres caractéristiques de l'invention :
- les premiers éléments de clapet sont disposés sur une même face du bloc pile ;
- les éléments de clapet possèdent des directions principales qui sont parallèles entre elles ;
Selon un aspect de l'invention, le bloc pile regroupe, à une extrémité, au moins deux paires de raccords de distribution de fluide aptes à coopérer avec au moins deux paires de raccords correspondants, stationnaires,. aménagés sur l'ensemble de distribution de fluide de l'ensemble de production d'énergie.
L'invention a également pour objet un ensemble de production d'énergie comprenant au moins un bloc pile ainsi qu'un ensemble de distribution de fluides, apte à alimenter le ou chaque bloc pile en deux fluides d'entrée, ainsi qu'à évacuer au moins deux " fluides de sortie, provenant de ce bloc pile, cet ensemble de distribution pouvant être raccordé à des circuits extérieurs d'alimentation des fluides d'entrée, ainsi que d'évacuation des fluides de sortie, où le ou chaque bloc pile est tel que défini ci- dessus et où ledit ensemble de production d'énergie comprend également des seconds éléments de clapet, chaque second élément de clapet étant apte à coopérer avec un premier élément de clapet correspondant, dont est pourvu ledit bloc pile. Selon d'autres caractéristiques de l'invention :
- l'ensemble de distribution de fluides comprend un organe de support, notamment une structure de plaque, sur lequel sont montés différents organes de distribution des fluides d'entrée et de sortie et qui est avantageusement réalisé en une matière plastique, par injection ou moulage ; l'organe de support est creusé de canaux intégrés, assurant la circulation des différents fluides.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemples non limitatifs et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une vue en perspective éclatée, illustrant les différents éléments constitutifs d'un mode de réalisation d'un ensemble de production d'énergie à base de pile à combustible, conforme à l'invention ; la figure 1A est une vue en perspective de l'ensemble de production d'énergie de la figure 1, une fois monté, vu sous un angle 'différent ; - les figures 2 et 3 sont des vues en coupe longitudinale, illustrant deux éléments de clapet appartenant à l'ensemble de production d'énergie des figures précédentes, dans deux positions différentes ; et - la figure 4 est une vue schématique de côté, illustrant un ensemble de production d'énergie à base de pile à combustible, conforme à une variante de réalisation de .1 ' invention. L'ensemble de production d'énergie, tel qu'illustré sur les figures 1 et 1A, comprend un bloc pile à combustible à combustible, désigné dans son ensemble par la référence 2, par exemple du type décrit dans la demande française déposée le 6 mars 2002, sous le numéro 02 02843, dont le contenu est incorporé ici par référence.
Le bloc pile 2 est apte à être monté, par son embase 4, sur une plaque support 6, via quatre pions de centrage 5 , montés sur la plaque support 6. Cette plaque support 6 reçoit également, dans l'exemple représenté, un compresseur 8, un coffret électrique 10 pourvu de sa commande 12, un échangeur air/air 14, un séparateur liquide-gaz 16, un détendeur d'entrée d'hydrogène 18, ainsi qu'une électrovanne 20. Tous ces éléments, qui sont de type connu en soi, sont fixés sur la plaque support 6 par tout moyen approprié.
L'ensemble comprend en outre un bloc 22 de connexion fluidique, également monté sur la plaque support 6, pourvu de plusieurs, typiquement quatre éléments de clapet ou raccords obturables 24χ à 244, disposés suivant un motif déterminé sur une face (frontale sur la figure 1) de ce bloc 22, au débouché de quatre orifices ménagés dans ce bloc. Ces différents éléments de clapet seront décrits plus en détail dans ce qui suit.
La plaque 6 est pourvue de différents orifices, qui sont mis en communication avec des .circuits, non représentés, assurant l'admission et l'évacuation des différents fluides. Par ailleurs, certains des éléments 8, 14, 16, 18 et 20 sont mutuellement mis en communication fluidique, par l'intermédiaire de canaux non représentés, qui sont ménagés dans la plaque support . De la sorte, l'air est admis dans un orifice d'entrée correspondant, prévu sur la plaque 6. Il circule ensuite à l'intérieur de cette plaque, pénètre dans le compresseur 8, ressort de ce dernier pour circuler à nouveau dans la plaque 6, après un passage dans 1 ' échangeur 14. Ensuite, cet air d'entrée est admis dans le séparateur 16, en ressort de manière à cheminer dans la plaque 6, puis se trouve enfin mené dans le bloc 22. Il débouche alors dans un orifice approprié de ce bloc de connexion 22, de manière à être admis dans le bloc pile 2, afin d'assurer l'alimentation en air de ses différentes cellules. Puis, l'air appauvri en oxygène, évacué de ces cellules, se trouve à nouveau dirigé vers le bloc 22, au niveau d'un autre orifice, dédié à cette sortie d'air. Cet air appauvri circule alors à l'intérieur de la plaque 6, se trouve admis dans l' échangeur 14, ressort de ce dernier, circule à nouveau dans la plaque 6, et se trouve enfin évacué de cette dernière par un orifice ad hoc (non représenté) .
L'hydrogène est admis similairement dans la plaque 6 par un orifice d'entrée, puis débouche dans le bloc de connexion 22. Il ressort de ce dernier, au niveau d'un orifice dédié, de manière à être admis dans le bloc pile 2, afin d'alimenter en hydrogène les différentes cellules de ce dernier. Puis, l'hydrogène de sortie, provenant de ces cellules, est évacué du bloc pile 2 et pénètre dans le bloc de connexion 22, par un autre orifice, dédié ménagé dans ce dernier. Cet hydrogène chemine alors à l'intérieur de la plaque 6, dans 1 ' électrovanne 20, en ressort pour circuler à nouveau dans la plaque, et se trouve enfin évacué de cette dernière, au niveau d'un orifice de sortie correspondant (non représenté) .
Le bloc pile à combustible est pour sa part équipé en bout d'une plaque 26 assurant son maintien mécanique. Cette plaque 26 assure également une fonction de liaison fluidique. Elle est en effet pourvue, au voisinage de son extrémité inférieure, de quatre raccords obturables ou éléments de clapet 30χ à 304 (30ι) répartis spatialement suivant un motif identique à celui des éléments de clapets 24ι du bloc 22. Les éléments de clapets 30i sont placés au débouché de quatre orifices, dont chacun est destiné à l'admission ou à l'évacuation d'air ou d'hydrogène dans le bloc pile. De façon plus précise, ces quatre orifices sont mis en communication avec des moyens ménagés dans le bloc pile 2, assurant la distribution de fluide vers les différentes cellules 32 de ce bloc et en provenance de celles-ci. Ces moyens de distribution assurent ainsi, de façon connue en soi, l'amenée et l'évacuation d'hydrogène, ainsi que l'amenée d'air et l'évacuation d'air appauvri en oxygène .
Les figures 2 et 3 illustrent deux éléments de clapet 24χ et 30ι, appartenant respectivement au bloc 22 et à la plaque de liaison 26 équipant le bloc pile 2. Il doit être entendu que les éléments de clapet 242 à 24 sont par exemple analogues à celui 24χ représenté, alors que les éléments de clapet 302 à 304 sont analogues à celui 30χ représenté.
L'élément de clapet 24ι comprend un corps creux 34, monté dans une paroi du bloc 22, représentée de façon partielle. Ce corps, qui comprend un fond 36, reçoit un voile intermédiaire 38, formant siège. Par ailleurs, des ouvertures non représentées sont ménagées à la fois dans le fond 36 et dans le voile 38, afin d'assurer un passage sélectif de fluide. Un joint torique 40 est montée à la périphérie du voile 38, en regard du fond 36. Enfin, l'élément de clapet 24χ est équipé d'une tige mobile 42, pourvue d'une couronne périphérique 44 apte à prendre appui contre le joint 40.
Il est enfin prévu un ressort 46, dont une première extrémité prend appui contre le fond 36, alors que son autre extrémité prend appui contre la couronne 44. Ce ressort tend à ramener cette dernière 44 contre le joint 40, à savoir dans la position de fermeture de l'ensemble de clapet 24χ.
L'élément de clapet 30ι comprend également un corps creux 54, apte à emmancher l'extrémité libre du corps 34 de l'élément 24χ, avec interposition d'un joint périphérique 35.' L'autre élément 30ι forme ainsi la partie femelle du clapet constitué par les deux éléments 24ι et 30ι.
Le corps 54, qui comprend un fond 56, reçoit un voile 58, formant siège, dans lequel est logé un joint torique 60. L'élément 30ι comporte également une tige 62, pourvue d'une couronne extérieure 64, apte à prendre appui contre le joint 60.
Des ouvertures, non représentées, sont ménagées dans le fond 56 et dans le voile 58, afin de permettre le. passage sélectif de fluide. Enfin, il est prévu un ressort 66, dont une extrémité prend appui contre le fond 56, alors que son autre extrémité prend appui contre la couronne 64. Ce ressort 66 tend à ramener la couronne 64 contre le joint 60, c'est-à- dire dans la position de fermeture de l'élément de clapet 30ι.
Lorsque le bloc pile 2 n'est pas monté sur la plaque support 6, chaque élément de clapet 24χ et 30χ se trouve dans sa position de fermeture, illustrée sur la figure 2. De la sorte, aucun fluide ne peut être évacué du bloc pile
2, ni du bloc de connexion fluidique 22. Par ailleurs, toute entrée d'air extérieur est évitée.
Si on désire mettre en service l'ensemble de production d'énergie, il s'agit de disposer le bloc pile 2 sur la plaque support 6 et, plus précisément, de faire coopérer le bloc de connexion 22 avec la plaque de liaison
26.
A cet effet, on rapproche le bloc pile 2 du bloc de connexion 22, supposé fixe, selon la direction principale des éléments de clapet, référencée A sur les figures 2 et
3, à savoir la direction principale des corps creux 34 ou 54. Il est à noter qu'une telle opération est rendue possible grâce au fait que, d'une part, les axes principaux des éléments de clapet 30ι à 30 sont parallèles entre eux et que, d'autre part, les axes principaux des éléments de clapet 24χ à 244 sont également parallèles entre eux.
Lors du rapprochement évoqué ci-dessus, l'extrémité libre du corps creux 34 pénètre dans le volume intérieur du corps creux 54, alors que les deux tiges 42 et 62 sont repoussées vers une paroi de fond en regard, respectivement
36 ou 56, selon les flèches F.
Les couronnes 44 et 64 sont donc éloignées des joints
40 et 60, ce qui libère les ouvertures ménagées dans les voiles 38 et 58, ainsi que dans les fonds 36 et 56. Les différents fluides sont alors aptes à s'écouler au sein des deux éléments de clapet, selon les flèches f .
Ceci garantit donc à la fois l'alimentation en air et en hydrogène des cellules 32, ainsi que l'évacuation d'air appauvri en oxygène et d'hydrogène, hors du bloc pile 2.
A titre de variante non représentée, l'élément de clapet 24χ, monté sur le bloc de connexion 22, peut présenter une unique position de passage de fluide. Dans ce cas, cet élément de clapet est fixe, ce qui est avantageux en termes économiques, puisque cette mesure assure une réduction des coûts de fabrication.
Il est à noter qu'une telle possibilité n'est pas nécessairement préjudiciable au bon fonctionnement de l'ensemble de production d'énergie, en particulier dans le cas où un tel élément de clapet fixe est destiné à recevoir de l'air appauvri en oxygène, évacué du bloc pile.
La figure 4 illustre une variante de réalisation d'un ensemble de production d'énergie conforme à l'invention.
Il est ainsi prévu plusieurs, en l'occurrence trois, blocs piles à combustible, qui sont par exemple identiques et sont affectés des références 102, 102' et 102''
L'ensemble de production d'énergie comporte également une plaque support 106, qui est fixée à demeure, par exemple contre une paroi 107. Cette plaque 106 est munie des différents éléments 8 à 20, décrits en référence aux figures 1 et 1A, mais qui ne sont pas représentées sur cette figure 4. La plaque support 6 est en outre équipée de trois séries de quatre éléments de clapet. On retrouve ainsi quatre éléments de clapet supérieurs, dont seuls deux 124ι et 124 sont représentés, quatre éléments de clapet intermédiaires, dont seuls deux 124 'i et 124 '2 sont représentés, ainsi que quatre éléments de clapet inférieurs, dont seuls deux 124' ' x et 124' '2 sont représentés .
Ces différents éléments de clapet, qui sont analogues à ceux 24ι à 244, possèdent des axes principaux qui sont parallèles les uns aux autres.
Par ailleurs, le bloc pile supérieur 102 est pourvu de quatre éléments de clapet, dont seuls deux 130χ et 130 sont représentés. Ces éléments de clapet, qui sont analogues à ceux 30χ à 304, sont aptes à coopérer avec les éléments de clapet supérieurs, notamment 124χ et 124 , dont est pourvue la plaque support 106.
Le bloc pile intermédiaire 102' est également pourvu de quatre éléments de clapet, dont seuls deux 130 'x et 130 '2 sont représentés. Ces éléments de clapet, qui sont analogues à ceux 30χ à 304, sont aptes à coopérer avec les éléments de clapet intermédiaires, en particulier 124 ' et 124 '2, dont est pourvue la plaque support. Enfin, le bloc pile inférieur 102'' est pourvu de quatre éléments de clapet, dont seuls deux 130' 'x et 130' '2 sont représentés. Ces différents éléments de clapet, qui sont analogues à ceux 30χ à 304, sont aptes à coopérer avec les éléments de clapet inférieurs, notamment 124' 'x et 124' '2, dont est pourvue la plaque support 106.
Chaque bloc pile 102, 102' et 102'' est par ailleurs équipé d'une poignée de préhension 103, 103' et 103''. Enfin, des moyens de guidage, tels que des glissières non représentées, peuvent avantageusement être prévues, afin d'assurer une positionnement simple des bloc pile, lors de leur montage sur la plaque support 106.
La mise en œuvre de l'ensemble de production d'énergie, représenté sur la figure 4, est particulièrement commode. Ainsi, l'utilisateur est à même de désolidariser, par rapport à la plaque support 106, l'un ou l'autre des blocs pile 102, 102' ou 102'', en cas de panne. Une telle opération est en outre facilitée grâce à la présence des poignées 103, 103' et 103".
L'invention permet de réaliser les objectifs précédemment mentionnés.
Ainsi, le ou chaque bloc pile à combustible, équipant l'ensemble de production d'énergie, peut être désolidarisé de façon particulièrement simple et rapide. De la sorte, la maintenance de cet ensemble de production d'énergie est notablement plus simple que dans l'art antérieur.
Cette simplification de la maintenance garantit en outre une augmentation de la productivité. En effet, étant donné que la durée de mise hors service du bloc pile est réduite, son temps effectif de fonctionnement s'en trouve allongé de manière correspondante.
Selon une caractéristique de l'invention, la plaque support 6 ou 106, assurant en outre la circulation des fluides, est réalisée en une matière plastique, par injection ou moulage. Il est également envisageable de réaliser la majeure partie des différents éléments de clapet, équipant le bloc pile ou le bloc de connexion fluidique, en une telle matière plastique. Dans cette optique, seuls les ressorts, référencés 46 et 66 sur les figures 2 et 3 , sont alors formés en un autre matériau, notamment métallique.
Cette utilisation d'une matière plastique permet de réduire, dans une mesure très significative, les différents coûts de fabrication de l'ensemble de production d'énergie. En outre, ceci assure une maintenance particulièrement aisée, étant donné que la préhension et le démontage des différents éléments constitutifs sont d'une simplicité remarquable .

Claims

REVENDICATIONS
1. Bloc pile à combustible (2 ; 102, 102', 102'') destiné à être intégré dans un ensemble de production d'énergie, ce bloc pile comprenant une pluralité de cellules élémentaires (32) et des moyens de distribution de fluides permettant l'alimentation de chaque cellule en deux fluides d'entrée, ainsi que l'évacuation de deux fluides de sortie hors de ces cellules, ces moyens de distribution pouvant être raccordés avec un ensemble de distribution de fluides (6, 8, 14, 16, 18, 20, 22 ; 106) appartenant audit ensemble de production d'énergie, caractérisé en ce que les moyens de distribution comprennent, sur un côté du bloc pile, une série de premiers éléments de clapet (30χ-304 ; 1301, 1302, 130'χ, 130'2, 130' 'x, 130"2) aptes à coopérer, en configuration assemblée, avec une série de seconds éléments de clapet (24χ-244 ; 124χ, 1242, 124 'i, 124'2, 124' 'x, 124' '2), portés par l'ensemble de distribution de fluides .
2. Bloc pile à combustible selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premiers éléments de clapet (30χ- 304 ; 130χ, 1302, 130'χ, 130'2, 130' 'x, 130' ' 2 ) sont disposés sur une même face du bloc pile (2 ; 102, 102', 102").
3. Bloc pile à combustible selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments de clapet possèdent des directions principales (axe A) qui sont parallèles entre elles .
4. Bloc pile à combustible selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque élément de clapet (30χ-304) comprend un organe d' ouverture-fermeture (62, 64), mobile selon ladite direction principale (A) .
5. Bloc pile à combustible selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque élément de clapet (30χ-304) comprend un corps creux (54), à l'intérieur duquel est reçu l'organe mobile (62,- 64), ainsi qu'un ressort (66), apte à rappeler cet organe mobile dans sa position de fermeture.
6. Bloc pile à combustible selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les premiers éléments de clapet (30χ-30 ) sont aménagés sur une plaque d'extrémité (26) du bloc pile, assurant en outre une fonction de maintien mécanique.
7. Ensemble de production d'énergie à base de pile à combustible, comprenant au moins un bloc pile (2 ; 102, 102', 102") ainsi qu'un ensemble de distribution de fluides (6, 8, 14, 16, 18, 20, 22 ; 106), apte à alimenter le ou chaque bloc pile en deux fluides d'entrée, ainsi qu'à évacuer au moins deux fluides de sortie, provenant de ce bloc pile, cet ensemble de distribution pouvant être raccordé à des circuits extérieurs d'alimentation des fluides d'entrée, ainsi que d'évacuation des fluides de sortie, caractérisé en ce que le ou chaque bloc pile est conforme à l'une des revendications précédentes et en ce que l'ensemble de production d'énergie comprend également des seconds éléments de clapet (24χ-244 ; 124χ, 1242, 124 'x, 124'2, 124' 'x, 124"2), chaque second élément de clapet étant apte à coopérer avec un premier élément de clapet correspondant (30χ-304 ; 130χ, 1302, 130'χ, 130'2, 130' 'x, 130"2), dont est pourvu le bloc pile.
8. Ensemble de production d'énergie selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'ensemble de distribution de fluides comprend un organe de support (6 ; 106) , notamment une plaque, sur lequel sont montés différents organes (8, 14, 16, 18, 20) de distribution des fluides d'entrée et de sortie.
9. Ensemble de production d'énergie selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'organe de support (6 ; 106) est réalisé en une matière plastique, par injection ou moulage.
10. Ensemble de production d'énergie selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que l'organe de. support (6 ; 106) est creusé de canaux intégrés, assurant la circulation des différents fluides.
11. Ensemble de production d'énergie selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs blocs pile (102, 102', 102"), dont chacun est pourvu d'une série de premiers éléments de clapet (130χ, 1302, 130'χ, 130' , 130"χ, 130"2), alors que l'ensemble de distribution de fluides est pourvu de plusieurs séries de seconds éléments de clapets (124χ, 1242, 124 ' x , Y ' 2, 124' 'x, 124' '2), chaque série de seconds éléments de clapet étant apte à coopérer avec une série correspondante de premiers éléments de clapet.
12. Ensemble de production d'énergie selon l'une des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que chaque second élément de clapet (24χ-244) est pourvu d'un élément d'actionnement (42, 44), apte à faire passer l'organe mobile (62, 64) de chaque premier élément de clapet, de sa position de fermeture à sa position d'ouverture.
13. Ensemble de production d'énergie selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'organe d'actionnement (42, 44) de chaque second élément de clapet (24χ-244) est un organe d'ouverture-fermeture, mobile selon une direction principale dudit second élément de clapet.
14. Ensemble de production d'énergie selon la revendication 13, caractérisé en ce que chaque, second élément de clapet (24χ-244) comprend un corps creux (34) , à l'intérieur duquel est reçu l'organe mobile (42, 44), ainsi qu'un ressort (46) , apte à rappeler cet organe mobile dans sa position de fermeture.
15. Ensemble de production d'énergie selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'une extrémité libre du corps creux (34) de l'un (24χ) des premier ou second éléments de clapet est apte à être emboîtée, avec interposition d'un élément d'étanchéité (35), dans le corps creux (54) de l'autre (30χ) des premier et second éléments de clapet.
16. Ensemble de production d'énergie selon l'une quelconque des revendications 7 à 15, caractérisé en ce qu'une majeure partie des différents éléments de clapet (24χ-244, 30χ-304 ; 124χ, 1242, 124'χ, 124'2, 124"χ, 124"2, 130χ, 1302, 130'χ ; 130'2, 130'χ, 130' ' 2 ) est réalisée en une matière plastique, par injection ou moulage.
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