EP4406038A1 - Pile à combustible - Google Patents

Pile à combustible

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EP4406038A1
EP4406038A1 EP22769694.5A EP22769694A EP4406038A1 EP 4406038 A1 EP4406038 A1 EP 4406038A1 EP 22769694 A EP22769694 A EP 22769694A EP 4406038 A1 EP4406038 A1 EP 4406038A1
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EP
European Patent Office
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plate
section
distribution
cell
face
Prior art date
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Pending
Application number
EP22769694.5A
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German (de)
English (en)
Inventor
Denis Sirac
Johan ANDRE
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
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Pending legal-status Critical Current

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    • H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
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    • H01M8/04029—Heat exchange using liquids
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    • 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, in particular of the proton exchange membrane (“PEMFC”) type, comprising a stack of elementary cells, the cells each comprising an anode plate and a cathode plate sandwiching a Membrane Electrodes Assembly (AME ).
  • PEMFC proton exchange membrane
  • AME Membrane Electrodes Assembly
  • the stack of such a stack is sandwiched between two clamping plates to apply a determined clamping pressure on the stack, at least one end of the stack comprising an electrically conductive current collector plate electrically connected to the cells of the stack to collect the sum of the electric currents produced by the cells.
  • Such compression of the cell stack is often detrimental not only to the performance of the batteries, but also to their lifetime. Indeed, an insufficiently compressed zone has an increased electrical contact resistance compared to a more compressed zone. An insufficiently compressed zone therefore operates degraded by higher ohmic losses. Conversely, a cell area which is relatively too compressed undergoes accelerated mechanical degradation.
  • At least one of the ends of the stack includes piping for the circulation of the reactive fluids (air or hydrogen) and for the circulation of the cooling fluid (often a liquid).
  • the piping is connected to the pile using sleeves, in particular of substantially cylindrical shape on the side of the piping.
  • the present invention aims to effectively remedy these drawbacks by proposing a fuel cell with a proton exchange membrane, comprising a stack of a plurality of cells, the stack being sandwiched between a first clamping plate and a second clamping plate. clamping, to apply a predetermined clamping pressure to the stack, the plurality of cells including a first cell at a first end of the stack and a last cell at a second end of the stack, each cell of the plurality including a anode plate and a cathode plate sandwiching a Membrane Electrodes Assembly, one of the plates of the first cell forming with one of the plates of another of the cells, a first intercellular cooling circuit, the other of the plates of the first cell defining a first end plate, one of the plates of the last cell forming with one of the plates of a another of the cells, a last intercellular cooling circuit, the other of the plates of the last cell defining a last end plate, the cell comprising a distribution plate comprising a first face for collecting electric current intended
  • Such a configuration makes it possible to ensure correct sealing with respect to the fluid independently of the configuration of the stack at the level of its connection to an external piping and independently of the clamping force applied by clamping plates on the stack .
  • the interface plate and the distribution plate are arranged so that all of the fluid passing through the first distribution orifice enters the distribution manifold of the distribution plate.
  • the surface of the first section is smaller than the surface of the second section and/or the surface of the first section is smaller than the surface of the third section.
  • Such a configuration makes it possible to limit the bulk outside the cell while allowing the circulation of the fluid inside the cell to be optimized.
  • the surface of the first section is less than 90% of the surface of the second section, in particular less than 70% of the surface of the second section, for example less than 55% of the surface of the second section.
  • the surface of the first section is less than 90% of the surface of the third section, in particular less than 70% of the surface of the third section, for example less than 55% of the surface of the third section.
  • Such a configuration makes it possible to ensure a homogeneous flow rate of the fluid from its entry into the first distribution orifice, up to the distribution plate, therefore in the cells of the stack.
  • the first section has substantially the shape of a disk.
  • the second section and/or the third section has at least one side comprising a line segment.
  • the second section has the same shape as the section of the distribution manifold, so that the distribution manifold and the first distribution orifice can be aligned edge to edge.
  • the section of the distribution manifold is considered in a plane extending in the plane of the distribution plate, in particular at the level of the face located on the side of the interface plate.
  • the cell comprises at least one sleeve for connecting the cell to a pipe for the circulation of a fluid.
  • the sleeve has a substantially cylindrical shape, in particular at the connection to the piping.
  • the sleeve has a first end whose section is substantially of the same shape as that of the first section so that the sleeve fits into the first dispensing orifice.
  • the first end of the sleeve or the first dispensing orifice comprises a first annular groove for the interposition of a seal.
  • the cell comprises a seal, in particular an O-ring or lip seal, interposed between the first orifice and the sleeve, to allow sealing vis-à-vis the fluid.
  • the seal is inserted into the first annular groove.
  • the sleeve includes a first annular shoulder to allow adjustment of the sleeve on the interface plate.
  • the first clamping plate has a second shoulder to fit over the first shoulder while holding the sleeve in place when the stack is assembled.
  • the stack comprises a first flat seal interposed between the distribution plate and the interface plate.
  • the battery does not have an O-ring placed on either side of the first flat gasket, to ensure fluid-tightness.
  • the first electric current collection face comprises a first embossing to receive the first collector plate, such that the distribution plate and the first collector plate together form a flat face to come into contact with the first flat seal.
  • the first flat seal comprises at least one second distribution orifice for the passage of the fluid between the interface plate and the distribution plate.
  • the first header plate includes a tab projecting from the plane of the first header plate and the first flat seal includes a slot for the tab to pass through the first flat seal.
  • the stack comprises at least one tie rod to apply the clamping pressure on the stack, the first flat seal comprising at least one through hole for the passage of the tie rod.
  • the interface plate has a through hole for the passage of the tie rod.
  • the second section has the same shape as the section of the second dispensing orifice, so that the first dispensing orifice and the second dispensing orifice can be aligned edge to edge.
  • the distribution plate is fixed to the first end plate, in particular by welding.
  • the distribution plate and the first end plate form a single piece manufactured by molding, and/or machining and/or hydroforming and/or stamping and/or by three-dimensional printing.
  • the distribution manifold is arranged so that all of the fluid entering the distribution manifold passes through the distribution plate in its thickness to distribute the fluid in the first cell.
  • the distribution plate comprises six distribution manifolds, in particular for distributing or collecting a fuel, an oxidizer and a cooling fluid.
  • the first face for collecting electric current and/or the first interface plate comprises an annular lip made around the distribution manifold, so as to pinch the first flat seal to ensure sealing vis-à-vis the fluid.
  • the annular lip is provided over the entire periphery of the distribution manifold.
  • the annular lip protrudes relative to the plane of the plate.
  • the annular lip comes from the material of the first clamping plate.
  • the annular lip is made from the material of the distribution plate.
  • one of the first electric current collection face and of the first clamping plate comprises an annular lip arranged around the distribution manifold and the other of the first electric current collection face and of the first clamping plate has a second annular groove, so as to pinch the first flat seal to ensure a seal vis-à-vis the fluid.
  • the second annular groove and the annular lip are arranged so that the lip is opposite the second groove in the absence of the flat gasket.
  • This arrangement makes it possible to pinch the flat seal by forming two folds on the latter.
  • the first flat seal has, at rest, a substantially constant thickness over its entire surface.
  • the first flat gasket has no boss.
  • the first flat seal has a flat face whose surface is at least equal to 80% of the surface of the face of the first end plate facing the first flat seal.
  • the first flat seal has a flat face whose surface is at least equal to 80% of the surface of the face of the first clamping plate.
  • the first flat gasket is electrically insulating.
  • the first flat seal comprises a material based on silicone, elastomer or ethylene-propylene-diene monomer (EPDM).
  • the first flat seal is in contact with at least a portion of the first collector plate and is in contact with at least a portion of the distribution plate.
  • the battery does not have an O-ring placed on either side of the first flat gasket, to ensure fluid-tightness.
  • the first electric current collection face comprises a first embossing to receive the first collector plate, such that the distribution plate and the first collector plate together form a flat face to come into contact with the first flat seal.
  • the first flat seal comprises at least one orifice for the passage of fluid between the first clamping plate and the distribution plate.
  • the first header plate has a tab projecting from the plane of the first header plate and the first flat seal has a slot for the tab to pass through the first flat seal.
  • the slot is separate from the orifice.
  • the stack comprises at least one tie rod to apply the clamping pressure on the stack.
  • the first flat gasket comprises at least one through hole for the passage of the tie rod.
  • the first collector plate is electrically connected to the distribution plate.
  • each anode or cathode plate comprises a reactive face and a cooling face opposite each other, the reactive face of each plate being intended to face the Membrane Electrodes Assembly and being provided with reliefs and recesses forming a reagent circuit, for the circulation of a reactive fluid, the cooling face of the cathode plate of at least one of the cells being intended to face the cooling face of the anode plate of another of the cells, by defining between them reliefs and hollows to form an intercellular cooling circuit for the circulation of a cooling fluid.
  • each cathode or anode plate comprises a reagent inlet manifold formed through the plate and being in fluid communication with the reagent circuit, a reagent outlet manifold formed through the plate and being in fluidic with the reagent circuit, a cooling fluid inlet manifold formed through the plate, a cooling fluid outlet manifold formed through the plate.
  • the cell comprises a blanking plate comprising a second electric current collecting face intended to face a second electric current collecting plate and a blanking face fixed to the cooling face of the last plate. end, the closing face and the cooling face of the last end plate defining between them reliefs and hollows to form a last cooling circuit for the circulation of the cooling fluid.
  • the cell comprises a second flat seal interposed between the second collector plate and the second clamping plate.
  • the second flat seal has, at rest, a constant thickness over its entire surface.
  • the second flat seal is electrically insulating.
  • the second flat seal has a flat face whose surface is at least equal to 80% of the surface of one of the faces of the second clamping plate.
  • the second flat seal has a flat face whose surface is at least equal to 80% of the surface of one of the faces of the closing plate.
  • the second electric current collection face comprises a second embossing to receive the second collector plate, so that the blanking plate and the second collector plate form a flat face to come into contact with the second flat gasket.
  • a proton exchange membrane fuel cell 1 comprises a stack of a plurality of cells 30, the stack being sandwiched between a first clamping plate 23 and a second clamping plate 22, to apply a clamping pressure predetermined on the stack.
  • the plurality of cells 30 includes a first cell 30 at a first end of the stack and a last cell 30 at a second end of the stack.
  • Each cell 30 of the plurality comprises an anode plate 10 and a cathode plate 20 sandwiching a Membrane Electrodes Assembly 16, one of the plates 10, 20 of the first cell 30 forming with one of the plates 10, 20 of another of the cells 30, a first intercellular cooling circuit 15, the other of the plates 10, 20 of the first cell 30 defining a first end plate, one of the plates 10, 20 of the last cell 30 forming with one of the plates 10, 20 of another of the cells 30, a last intercellular cooling circuit 15, the other of the plates 10, 20 of the last cell 30 defining a last end plate.
  • Battery 1 comprises a distribution plate 11 comprising a first electric current collection face intended to face a first electric current collector plate 24 and a distribution face intended to face the cooling face of the first electric current collecting plate. 'end.
  • Stack 1 comprises an interface plate 17 interposed between first clamping plate 23 and distribution plate 11, interface plate 17 having an outer face facing first clamping plate 23 and a inner side opposite the outer side.
  • the interface plate 17 has a first distribution orifice formed through the plate for the passage of fluid between the first clamping plate 23 and the distribution plate 11.
  • the first orifice has a third section defined by a plane extending in the plane in which the interface plate 17 extends and passing through half its thickness.
  • the first dispensing orifice opens via a first section at the outer face and via a second section at the inner face.
  • the first section and the second section have distinct shapes.
  • the first section and the third section have distinct shapes.
  • the first section is defined substantially by a circle or an oval.
  • the second and/or the third section is defined substantially by a rectangular or a trapezium.
  • Stack 1 includes a first flat seal 19 interposed between distribution plate 11 and interface plate 17, distribution plate 11 including at least one fluid distribution manifold formed through the plate.
  • the first electric current collection face and/or the interface plate 17 comprises an annular lip formed around the distribution manifold, so as to pinch the first flat gasket 19 to ensure fluid tightness.
  • the first electric current collection face has a first embossment to receive the first collector plate 24, so that the distribution plate 11 and the first collector plate 24 together form a flat face to come into contact with the first gasket 19.
  • the first flat seal 19 includes at least a second orifice for the passage of fluid between the first clamping plate 23 and the distribution plate 11.
  • the first header plate 24 has a tab projecting from the plane of the first header plate 24.
  • the first flat seal 19 has a slot for the tab to pass through the first flat seal 19.
  • Interface plate 17 has a slot for the tab to pass through interface plate 17.
  • the stack has at least one tie rod for applying clamping pressure to the stack.
  • the first flat seal 19 has at least one through hole for the passage of the tie rod.
  • the battery 1 comprises a blanking plate 21 comprising a second electric current collecting face intended to face a second electric current collecting plate 25 and a blanking face fixed to the cooling face of the last plate. end, the closing face and the cooling face of the last end plate defining between them reliefs and hollows to form a last cooling circuit for the circulation of the cooling fluid.
  • Battery 1 has a second flat seal 18 interposed between second collector plate 25 and second clamping plate 22.
  • the cell 1 comprises at least one sleeve 26 for connecting the cell to a pipe for the circulation of a fluid.
  • the sleeve 26 has a substantially cylindrical shape, particularly at the connection to the piping.
  • the sleeve 26 has a first end whose section is substantially of the same shape as that of the first section so that the sleeve 26 fits into the first dispensing orifice.
  • the first end of the sleeve 26 or the first dispensing orifice comprises a first annular groove 27 for the interposition of a seal.
  • the battery 1 includes a seal, in particular an O-ring or lip seal, interposed between the first orifice and the sleeve 26, to allow sealing vis-à-vis the fluid.
  • a seal in particular an O-ring or lip seal, interposed between the first orifice and the sleeve 26, to allow sealing vis-à-vis the fluid.
  • the gasket is inserted into the first annular groove 27.
  • pile 1 in elevation, before assembly.
  • each plate 10, 20 comprises:
  • the reagent inlet manifold 3 of an anode plate 10 is in fluid communication with one of the orifices of a cathode plate 20 and the reagent outlet manifold 6 of the anode plate 10 is in fluid communication with another of the orifices of the cathode plate 20.
  • the reagent inlet manifold 3 of a cathode plate 20 is in fluid communication with one of the orifices of an anode plate 10 and the reagent outlet manifold 6 of the cathode plate 20 is in fluid communication with another of the orifices of the anode plate 10.
  • the stack allows a distribution of the reactive fluid dedicated to the anode plates 10 and a distribution of the reactive fluid dedicated to the cathode plates 20 by forming two independent circuits.
  • the closing face of the closing plate 21 includes a reagent passage 12, 13 formed by reliefs and hollows, to allow fluid communication between the reagent inlet manifold 3, 4 and the reagent circuit or to allow fluid communication between the reagent outlet manifold 6, 7 and the reagent circuit.
  • the closing face of the closing plate 21 comprises a cooling passage 13 formed by reliefs and hollows, to allow fluid communication between the cooling fluid inlet manifold 5 and the cooling circuit or to allow fluid communication between the cooling fluid outlet manifold 8, 9 and the cooling circuit.
  • the reagent passage 12, 13 and the cooling passage 13 can be provided at the level of the closing face, at the level of the last end plate or else on both.

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Abstract

Pile (1) à combustible comportant un empilement d'une pluralité de cellules (30) pris en sandwich entre une première plaque de serrage (23) et une deuxième plaque de serrage (22), la pluralité comportant une première cellule (30) à une première extrémité et une dernière cellule (30) à une deuxième extrémité, la pile (1) comportant une plaque de distribution (11) et une plaque d'interface (17) interposée entre la première plaque de serrage (23) et la plaque de distribution, la plaque d'interface (17) ayant une face externe en vis-à-vis de la première plaque de serrage (23) et une face interne, la plaque d'interface (17) comportant un premier orifice de distribution débouchant par une première section au niveau de la face externe et par une deuxième section au niveau de la face interne, la première section et la deuxième section ayant des formes distinctes.

Description

    Pile à combustible
  • La présente invention concerne une pile à combustible, notamment du type à membrane échangeuse de protons (« PEMFC »), comprenant un empilement de cellules élémentaires, les cellules comprenant chacune une plaque anodique et une plaque cathodique prenant en sandwich un Assemblage Membrane Electrodes (AME).
  • L’empilement d’une telle pile est pris en sandwich entre deux plaques de serrage pour appliquer une pression de serrage déterminée sur l’empilement, au moins une extrémité de l’empilement comprenant une plaque collectrice de courant conductrice de l’électricité reliée électriquement aux cellules de l’empilement pour collecter la somme des courants électriques produits par les cellules.
  • Une telle compression de l’empilement de cellules est souvent défavorable non seulement à la performance des piles, mais aussi leur durée de vie. En effet, une zone insuffisamment comprimée présente une résistance de contact électrique augmentée par rapport à une zone plus comprimée. Une zone insuffisamment comprimée a donc un fonctionnement dégradé par des pertes ohmiques supérieures. Inversement, une zone de cellule qui est relativement trop comprimée subit une dégradation mécanique accélérée.
  • Par ailleurs, au moins l’une des extrémités de l’empilement comporte une tuyauterie pour la circulation des fluides réactifs (air ou hydrogène) et pour la circulation du fluide (souvent un liquide) de refroidissement.
  • La tuyauterie est raccordée à la pile à l’aide de manchons, notamment de forme sensiblement cylindrique du côté de la tuyauterie.
  • Il est important d’étancher correctement au moins l’interface située au niveau de l’extrémité de l’empilement comportant la tuyauterie pour la circulation des fluides, notamment entre la plaque de serrage et la plaque collectrice de courant électrique.
  • Il est important que l’étanchéité au niveau des manchons ne soit pas tributaire de la position d’enfoncement de ces derniers ni de la force de serrage appliquée par les plaques de serrage. Enfin, il est important que la forme générale des manchons n’impacte pas l’étanchéité de la pile.
  • La présente invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant une pile à combustible à membrane échangeuse de protons, comportant un empilement d’une pluralité de cellules, l’empilement étant pris en sandwich entre une première plaque de serrage et une deuxième plaque de serrage, pour appliquer une pression de serrage prédéterminée sur l’empilement, la pluralité de cellules comportant une première cellule à une première extrémité de l’empilement et une dernière cellule à une deuxième extrémité de l’empilement, chaque cellule de la pluralité comportant une plaque anodique et une plaque cathodique prenant en sandwich un Assemblage Membrane Electrodes, l’une des plaques de la première cellule formant avec l’une des plaques d’une autre des cellules, un premier circuit intercellulaire de refroidissement, l’autre des plaques de la première cellule définissant une première plaque d’extrémité, l’une des plaques de la dernière cellule formant avec l’une des plaques d’une autre des cellules, un dernier circuit intercellulaire de refroidissement, l’autre des plaques de la dernière cellule définissant une dernière plaque d’extrémité, la pile comportant une plaque de distribution comprenant une première face de collecte de courant électrique destinée à faire face à une première plaque collectrice de courant électrique et une face de distribution destinée à faire face à la face de refroidissement de la première plaque d’extrémité, la plaque de distribution comportant un collecteur de distribution d’un fluide formé au travers de la plaque, la pile comportant une plaque d’interface interposée entre la première plaque de serrage et la plaque de distribution, la plaque d’interface ayant une face externe en vis-à-vis de la première plaque de serrage et une face interne opposée à la face externe, la plaque d’interface comportant un premier orifice de distribution formé au travers de la plaque pour le passage du fluide entre la première plaque de serrage et la plaque de distribution, le premier orifice de distribution ayant une troisième section définie par un plan s’étendant dans le plan dans lequel s’étend la plaque d’interface et passant par la moitié de son épaisseur, le premier orifice de distribution débouchant par une première section au niveau de la face externe et par une deuxième section au niveau de la face interne, la première section ayant une forme distincte de la deuxième section et/ou distincte de la troisième section.
  • Une telle configuration permet d’assurer une étanchéité correcte vis-à-vis du fluide indépendamment de la configuration de la pile au niveau de son raccordement à une tuyauterie externe et indépendamment de la force de serrage appliquée par des plaques de serrage sur l’empilement.
  • Selon une configuration, la plaque d’interface et la plaque de distribution sont agencées de sorte que l’intégralité du fluide traversant le premier orifice de distribution, entre dans le collecteur de distribution de la plaque de distribution.
  • Selon une configuration, la surface de la première section est inférieure à la surface de la deuxième section et/ou la surface de la première section est inférieure à la surface de la troisième section.
  • Une telle configuration permet de limiter l’encombrement à l'extérieur de la pile tout en permettant d'optimiser la circulation du fluide à l'intérieur de la pile.
  • Selon une configuration, la surface de la première section est inférieure à 90% de la surface de la deuxième section, notamment inférieure à 70% de la surface de la deuxième section, par exemple inférieure à 55% de la surface de la deuxième section.
  • Selon une configuration, la surface de la première section est inférieure à 90% de la surface de la troisième section, notamment inférieure à 70% de la surface de la troisième section, par exemple inférieure à 55% de la surface de la troisième section.
  • Une telle configuration permet d’assurer un débit homogène du fluide depuis son entrée dans le premier orifice de distribution, jusqu’à la plaque de distribution, donc dans les cellules de la pile.
  • Selon une configuration, la première section a sensiblement la forme d’un disque.
  • Selon une configuration, la deuxième section et/ou la troisième section a au moins un côté comportant un segment de droite.
  • Selon une configuration, la deuxième section a la même forme que la section du collecteur de distribution, pour que le collecteur de distribution et le premier orifice de distribution puissent être alignés bord à bord.
  • Selon une configuration, la section du collecteur de distribution est considérée dans un plan s’étendant dans le plan de la plaque de distribution, notamment au niveau de la face située du côté de la plaque d’interface.
  • Selon une configuration, la pile comporte au moins un manchon pour le raccordement de la pile à une tuyauterie pour la circulation d’un fluide.
  • Selon une configuration, le manchon a une forme sensiblement cylindrique notamment au niveau du raccordement à la tuyauterie.
  • Selon une configuration, le manchon comporte une première extrémité dont la section est sensiblement de la même forme que celle de la première section pour que le manchon vienne s’ajuster dans le premier orifice de distribution.
  • Selon une configuration, la première extrémité du manchon ou le premier orifice de distribution comporte une première gorge annulaire pour l’interposition d’un joint.
  • Selon une configuration, la pile comporte un joint, notamment un joint torique ou à lèvre, interposé entre le premier orifice et le manchon, pour permettre une étanchéité vis-à-vis du fluide.
  • Selon une configuration, le joint est inséré dans la première gorge annulaire.
  • Selon une configuration, le manchon comporte un premier épaulement annulaire pour permettre l’ajustement du manchon sur la plaque d’interface.
  • Selon une configuration, la première plaque de serrage comporte un deuxième épaulement pour s’emboiter sur le premier épaulement en maintenant en place le manchon lorsque la pile est assemblée.
  • Selon une réalisation, la pile comporte un premier joint plat interposé entre la plaque de distribution et la plaque d’interface.
  • Selon une réalisation, la pile est dépourvue de joint torique disposé de part et d’autre du premier joint plat, pour assurer l’étanchéité vis-à-vis du fluide.
  • Selon une réalisation, la première face de collecte de courant électrique comporte un premier embossage pour recevoir la première plaque collectrice, de sorte que la plaque de distribution et la première plaque collectrice forment ensemble une face plane pour venir en contact avec le premier joint plat.
  • Selon une réalisation, le premier joint plat comporte au moins un deuxième orifice de distribution pour le passage du fluide entre la plaque d’interface et la plaque de distribution.
  • Selon une réalisation, la première plaque collectrice comporte une languette faisant saillie par rapport au plan de la première plaque collectrice et le premier joint plat comportant une fente pour le passage de la languette à travers le premier joint plat.
  • Selon une réalisation, la pile comporte au moins un tirant pour appliquer la pression de serrage sur l’empilement, le premier joint plat comportant au moins un trou traversant pour le passage du tirant.
  • Selon une réalisation, la plaque d’interface comporte un trou traversant pour le passage du tirant.
  • Selon une réalisation, la deuxième section a la même forme que la section du deuxième orifice de distribution, pour que le premier orifice de distribution et le deuxième orifice de distribution puissent être alignés bord à bord.
  • Selon une réalisation, la plaque de distribution est fixée à la première plaque d’extrémité, notamment par soudure.
  • En variante, la plaque de distribution et la première plaque d’extrémité forment une unique pièce fabriquée par moulage, et/ou usinage et/ou hydroformage et/ou emboutissage et/ou par impression en trois dimensions.
  • Une telle fixation permet d’assurer une meilleure étanchéité vis-à-vis du fluide.
  • Selon une réalisation, le collecteur de distribution est agencé de sorte que la totalité du fluide entrant dans le collecteur de distribution, traverse la plaque de distribution dans son épaisseur pour distribuer le fluide dans la première cellule.
  • Selon une réalisation, la plaque de distribution comporte six collecteurs de distribution, notamment pour distribuer ou collecter un carburant, un comburant et un fluide de refroidissement.
  • Selon une réalisation, la première face de collecte de courant électrique et/ou la première plaque d’interface comporte une lèvre annulaire ménagée autour du collecteur de distribution, de sorte à pincer le premier joint plat pour assurer une étanchéité vis-à-vis du fluide.
  • Selon une réalisation, la lèvre annulaire est ménagée sur tout le pourtour du collecteur de distribution.
  • Selon une réalisation, la lèvre annulaire fait saillie par rapport au plan de la plaque.
  • Selon une réalisation, la lèvre annulaire est issue de matière de la première plaque de serrage.
  • En variante, la lèvre annulaire est issue de matière de la plaque de distribution.
  • Selon une réalisation, l’une de la première face de collecte de courant électrique et de la première plaque de serrage comporte une lèvre annulaire ménagée autour du collecteur de distribution et l’autre de la première face de collecte de courant électrique et de la première plaque de serrage comporte une deuxième gorge annulaire, de sorte à pincer le premier joint plat pour assurer une étanchéité vis-à-vis du fluide.
  • Selon une réalisation, la deuxième gorge annulaire et la lèvre annulaire sont agencées de sorte que la lèvre est en vis-à-vis de la deuxième gorge en l’absence du joint plat.
  • Cet agencement permet de pincer le joint plat en formant deux plis sur ce dernier.
  • Selon une réalisation, le premier joint plat a, au repos, une épaisseur sensiblement constante sur toute sa surface.
  • Selon une réalisation, le premier joint plat est dépourvu de bossage.
  • Selon une réalisation, le premier joint plat a une face plane dont la surface est au moins égale à 80% de la surface de la face de la première plaque d’extrémité en vis-à-vis du premier joint plat.
  • Selon une réalisation, le premier joint plat a une face plane dont la surface est au moins égale à 80% de la surface de la face de la première plaque de serrage.
  • Selon une réalisation, le premier joint plat est électriquement isolant.
  • Selon une réalisation, le premier joint plat comporte un matériau à base de silicone, d’élastomère ou d’éthylène-propylène-diène monomère (EPDM).
  • Selon une réalisation, le premier joint plat est en contact avec au moins une portion de la première plaque collectrice et est en contact avec au moins une portion de la plaque de distribution.
  • Selon une réalisation, la pile est dépourvue de joint torique disposé de part et d’autre du premier joint plat, pour assurer l’étanchéité vis-à-vis du fluide.
  • Selon une réalisation, la première face de collecte de courant électrique comporte un premier embossage pour recevoir la première plaque collectrice, de sorte que la plaque de distribution et la première plaque collectrice forment ensemble une face plane pour venir en contact avec le premier joint plat.
  • Selon une réalisation, le premier joint plat comporte au moins un orifice pour le passage du fluide entre la première plaque de serrage et la plaque de distribution.
  • Selon une réalisation, la première plaque collectrice comporte une languette faisant saillie par rapport au plan de la première plaque collectrice et le premier joint plat comporte une fente pour le passage de la languette à travers le premier joint plat.
  • Selon une réalisation, la fente est distincte de l’orifice.
  • Selon une réalisation, la pile comporte au moins un tirant pour appliquer la pression de serrage sur l’empilement.
  • Selon une réalisation, le premier joint plat comporte au moins un trou traversant pour le passage du tirant.
  • Selon une réalisation, la première plaque collectrice est reliée électriquement à la plaque de distribution.
  • Selon une réalisation, chaque plaque anodique ou cathodique comprend une face réactive et une face de refroidissement opposées l'une par rapport à l’autre, la face réactive de chaque plaque étant destinée à faire face à l’Assemblage Membrane Electrodes et étant munie de reliefs et de creux formant un circuit de réactif, pour la circulation d’un fluide réactif, la face de refroidissement de la plaque cathodique d’au moins une des cellules étant destinée à faire face à la face de refroidissement de la plaque anodique d’une autre des cellules, en définissant entre elles des reliefs et des creux pour former un circuit intercellulaire de refroidissement pour la circulation d’un fluide de refroidissement.
  • Selon une réalisation, chaque plaque cathodique ou anodique comporte un collecteur d’entrée de réactif formé au travers de la plaque et étant en communication fluidique avec le circuit de réactif, un collecteur de sortie de réactif formé au travers de la plaque et étant en communication fluidique avec le circuit de réactif, un collecteur d’entrée de fluide de refroidissement formé au travers de la plaque, un collecteur de sortie de fluide de refroidissement formé au travers de la plaque.
  • Selon une réalisation, la pile comporte une plaque d’obturation comprenant une deuxième face de collecte de courant électrique destinée à faire face à une deuxième plaque collectrice de courant électrique et une face d’obturation fixée à la face de refroidissement de la dernière plaque d’extrémité, la face d’obturation et la face de refroidissement de la dernière plaque d’extrémité définissant entre elles des reliefs et des creux pour former un dernier circuit de refroidissement pour la circulation du fluide de refroidissement.
  • Selon une réalisation, la pile comporte un deuxième joint plat interposé entre la deuxième plaque collectrice et la deuxième plaque de serrage.
  • Selon une réalisation, le deuxième joint plat a, au repos, une épaisseur constante sur toute sa surface.
  • Selon une réalisation, le deuxième joint plat est électriquement isolant.
  • Selon une réalisation, le deuxième joint plat a une face plane dont la surface est au moins égale à 80 % de la surface de l’une des faces de la deuxième plaque de serrage.
  • Selon une réalisation, le deuxième joint plat a une face plane dont la surface est au moins égale à 80 % de la surface de l’une des faces de la plaque d’obturation.
  • Selon une réalisation, la deuxième face de collecte de courant électrique comporte un deuxième embossage pour recevoir la deuxième plaque collectrice, de sorte que la plaque d’obturation et la deuxième plaque collectrice forment une face plane pour venir en contact avec le deuxième joint plat.
  • L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.
  • La est une représentation schématique en coupe d‘une pile selon l’invention ;
  • la est une représentation schématique en élévation et en coupe, d’un détail de la pile de la  ; et
  • la est une représentation schématique en élévation de la pile de la .
  • Les éléments identiques, similaires, ou analogues, conservent la même référence d’une figure à l’autre.
  • Comme visible sur la , une pile 1 à combustible à membrane échangeuse de protons comporte un empilement d’une pluralité de cellules 30, l’empilement étant pris en sandwich entre une première plaque de serrage 23 et une deuxième plaque de serrage 22, pour appliquer une pression de serrage prédéterminée sur l’empilement.
  • La pluralité de cellules 30 comporte une première cellule 30 à une première extrémité de l’empilement et une dernière cellule 30 à une deuxième extrémité de l’empilement.
  • Chaque cellule 30 de la pluralité comporte une plaque anodique 10 et une plaque cathodique 20 prenant en sandwich un Assemblage Membrane Electrodes 16, l’une des plaques 10, 20 de la première cellule 30 formant avec l’une des plaques 10, 20 d’une autre des cellules 30, un premier circuit intercellulaire de refroidissement 15, l’autre des plaques 10, 20 de la première cellule 30 définissant une première plaque d’extrémité, l’une des plaques 10, 20 de la dernière cellule 30 formant avec l’une des plaques 10, 20 d’une autre des cellules 30, un dernier circuit intercellulaire de refroidissement 15, l’autre des plaques 10, 20 de la dernière cellule 30 définissant une dernière plaque d’extrémité.
  • La pile 1 comporte une plaque de distribution 11 comprenant une première face de collecte de courant électrique destinée à faire face à une première plaque collectrice 24 de courant électrique et une face de distribution destinée à faire face à la face de refroidissement de la première plaque d’extrémité.
  • La pile 1 comporte une plaque d’interface 17 interposée entre la première plaque de serrage 23 et la plaque de distribution 11, la plaque d’interface 17 ayant une face externe en vis-à-vis de la première plaque de serrage 23 et une face interne opposée à la face externe. La plaque d’interface 17 comporte un premier orifice de distribution formé au travers de la plaque pour le passage du fluide entre la première plaque de serrage 23 et la plaque de distribution 11.
  • Le premier orifice comporte une troisième section définie par un plan s’étendant dans le plan dans lequel s’étend la plaque d’interface 17 et passant par la moitié de son épaisseur.
  • Le premier orifice de distribution débouche par une première section au niveau de la face externe et par une deuxième section au niveau de la face interne.
  • La première section et la deuxième section ont des formes distinctes.
  • La première section et la troisième section ont des formes distinctes.
  • On considère ici que les formes sont distinctes dans le sens où leur différence n’est pas due aux tolérances usuelles de l’industrie.
  • Dans un exemple de réalisation, la première section est définie sensiblement par un cercle ou un ovale. La deuxième et/ou la troisième section est définie sensiblement par un rectangulaire ou un trapèze.
  • La pile 1 comporte un premier joint plat 19 interposé entre la plaque de distribution 11 et la plaque d’interface 17, la plaque de distribution 11 comportant au moins un collecteur de distribution d’un fluide formé au travers de la plaque.
  • La première face de collecte de courant électrique et/ou la plaque d’interface 17 comporte une lèvre annulaire ménagée autour du collecteur de distribution, de sorte à pincer le premier joint plat 19 pour assurer une étanchéité vis-à-vis du fluide.
  • La première face de collecte de courant électrique comporte un premier embossage pour recevoir la première plaque collectrice 24, de sorte que la plaque de distribution 11 et la première plaque collectrice 24 forment ensemble une face plane pour venir en contact avec le premier joint plat 19.
  • Le premier joint plat 19 comporte au moins un deuxième orifice pour le passage du fluide entre la première plaque de serrage 23 et la plaque de distribution 11.
  • La première plaque collectrice 24 comporte une languette faisant saillie par rapport au plan de la première plaque collectrice 24.
  • Le premier joint plat 19 comporte une fente pour le passage de la languette à travers le premier joint plat 19.
  • La plaque d’interface 17 comporte une fente pour le passage de la languette à travers la plaque d’interface 17.
  • La pile comporte au moins un tirant pour appliquer la pression de serrage sur l’empilement.
  • Le premier joint plat 19 comporte au moins un trou traversant pour le passage du tirant.
  • Comme visible sur la , la pile 1 comporte une plaque d’obturation 21 comprenant une deuxième face de collecte de courant électrique destinée à faire face à une deuxième plaque collectrice de courant électrique 25 et une face d’obturation fixée à la face de refroidissement de la dernière plaque d’extrémité, la face d’obturation et la face de refroidissement de la dernière plaque d’extrémité définissant entre elles des reliefs et des creux pour former un dernier circuit de refroidissement pour la circulation du fluide de refroidissement.
  • La pile 1 comporte un deuxième joint plat 18 interposé entre la deuxième plaque collectrice 25 et la deuxième plaque de serrage 22.
  • Comme visible sur la , la pile 1 comporte au moins un manchon 26 pour le raccordement de la pile à une tuyauterie pour la circulation d’un fluide.
  • Le manchon 26 a une forme sensiblement cylindrique notamment au niveau du raccordement à la tuyauterie.
  • Le manchon 26 comporte une première extrémité dont la section est sensiblement de la même forme que celle de la première section pour que le manchon 26 vienne s’ajuster dans le premier orifice de distribution.
  • La première extrémité du manchon 26 ou le premier orifice de distribution comporte une première gorge annulaire 27 pour l’interposition d’un joint.
  • La pile 1 comporte un joint, notamment un joint torique ou à lèvre, interposé entre le premier orifice et le manchon 26, pour permettre une étanchéité vis-à-vis du fluide.
  • Le joint est inséré dans la première gorge annulaire 27.
  • La représente la pile 1 en élévation, avant assemblage.
  • Comme visible sur la , chaque plaque 10, 20 comporte :
    • un collecteur d’entrée de réactif 3, 4 formé au travers de la plaque 10, 20 et étant en communication fluidique avec le circuit de réactif par l’intermédiaire d’une première lumière 2 formée au travers de la plaque 10, 20 ;
    • un collecteur de sortie de réactif 6, 7 formé au travers de la plaque 10, 20 et étant en communication fluidique avec le circuit de réactif par l’intermédiaire d’une deuxième lumière 2 formée au travers de la plaque 10, 20 ;
    • un collecteur d’entrée de fluide de refroidissement 5 formé au travers de la plaque 10, 20 ;
    • un collecteur de sortie de fluide de refroidissement 8, 9 formé au travers de la plaque 10, 20.
    • au moins deux orifices formés au travers de la plaque 10, 20, chaque orifice étant agencé pour ne permettre une communication fluidique qu’au travers de la plaque 10, 20, sans être en communication fluidique avec le circuit de réactif.
  • Le collecteur d’entrée de réactif 3 d’une plaque anodique 10 est en communication fluidique avec un des orifices d’une plaque cathodique 20 et le collecteur de sortie de réactif 6 de la plaque anodique 10 est en communication fluidique avec un autre des orifices de la plaque cathodique 20.
  • Le collecteur d’entrée de réactif 3 d’une plaque cathodique 20 est en communication fluidique avec un des orifices d’une plaque anodique 10 et le collecteur de sortie de réactif 6 de la plaque cathodique 20 est en communication fluidique avec un autre des orifices de la plaque anodique 10.
  • Ainsi, l’empilement permet une distribution du fluide réactif dédié aux plaques anodiques 10 et une distribution du fluide réactif dédié aux plaques cathodiques 20 en formant deux circuits indépendants.
  • La face d’obturation de la plaque d’obturation 21 comporte un passage de réactif 12, 13 formé par des reliefs et des creux, pour permettre une communication fluidique entre le collecteur d’entrée de réactif 3, 4 et le circuit de réactif ou pour permettre une communication fluidique entre le collecteur de sortie de réactif 6, 7 et le circuit de réactif.
  • La face d’obturation de la plaque d’obturation 21 comporte un passage de refroidissement 13 formé par des reliefs et des creux, pour permettre une communication fluidique entre le collecteur d’entrée de fluide de refroidissement 5 et le circuit de refroidissement ou pour permettre une communication fluidique entre le collecteur de sortie de fluide de refroidissement 8, 9 et le circuit de refroidissement.
  • Le passage de réactif 12, 13 et le passage de refroidissement 13 peut être ménagé au niveau de la face d’obturation, au niveau de la dernière plaque d’extrémité ou encore sur les deux.

Claims (11)

  1. Pile (1) à combustible à membrane échangeuse de protons, comportant un empilement d’une pluralité de cellules (30), l’empilement étant pris en sandwich entre une première plaque de serrage (23) et une deuxième plaque de serrage (22), pour appliquer une pression de serrage prédéterminée sur l’empilement, la pluralité de cellules (30) comportant une première cellule (30) à une première extrémité de l’empilement et une dernière cellule (30) à une deuxième extrémité de l’empilement, chaque cellule (30) de la pluralité comportant une plaque anodique (10) et une plaque cathodique (20) prenant en sandwich un Assemblage Membrane Electrodes (16), l’une des plaques (10, 20) de la première cellule (30) formant avec l’une des plaques (10, 20) d’une autre des cellules (30), un premier circuit intercellulaire de refroidissement (15), l’autre des plaques (10, 20) de la première cellule (30) définissant une première plaque d’extrémité, l’une des plaques (10, 20) de la dernière cellule (30) formant avec l’une des plaques (10, 20) d’une autre des cellules (30), un dernier circuit intercellulaire de refroidissement (15), l’autre des plaques (10, 20) de la dernière cellule (30) définissant une dernière plaque d’extrémité, la pile (1) comportant une plaque de distribution (11) comprenant une première face de collecte de courant électrique destinée à faire face à une première plaque collectrice (24) de courant électrique et une face de distribution destinée à faire face à la face de refroidissement de la première plaque d’extrémité, la plaque de distribution (11) comportant un collecteur de distribution d’un fluide formé au travers de la plaque, la pile (1) comportant une plaque d’interface (17) interposée entre la première plaque de serrage (23) et la plaque de distribution (11), la plaque d’interface (17) ayant une face externe en vis-à-vis de la première plaque de serrage (23) et une face interne opposée à la face externe, la plaque d’interface (17) comportant un premier orifice de distribution formé au travers de la plaque pour le passage du fluide entre la première plaque de serrage (23) et la plaque de distribution (11), le premier orifice de distribution ayant une troisième section définie par un plan s’étendant dans le plan dans lequel s’étend la plaque d’interface (17) et passant par la moitié de son épaisseur, le premier orifice de distribution débouchant par une première section au niveau de la face externe et par une deuxième section au niveau de la face interne, la première section ayant une forme distincte de la deuxième section et/ou distincte de la troisième section.
  2. Pile (1) selon la revendication précédente, la plaque d’interface (17) et la plaque de distribution (11) étant agencées de sorte que l’intégralité du fluide traversant le premier orifice de distribution, entre dans le collecteur de distribution de la plaque de distribution (11).
  3. Pile (1) selon l’une des revendications précédentes, la surface de la première section étant inférieure à 90% de la surface de la troisième section, notamment inférieure à 70% de la surface de la troisième section, par exemple inférieure à 55% de la surface de la troisième section.
  4. Pile (1) selon l’une des revendications précédentes, la première section ayant sensiblement la forme d’un disque.
  5. Pile (1) selon l’une des revendications précédentes, la deuxième section et/ou la troisième section ayant au moins un côté comportant un segment de droite.
  6. Pile (1) selon l’une des revendications précédentes, la deuxième section ayant la même forme que la section du collecteur de distribution, pour que le collecteur de distribution et le premier orifice de distribution puissent être alignés bord à bord.
  7. Pile (1) selon l’une des revendications précédentes, la pile comportant un premier joint plat (19) interposé entre la plaque de distribution (11) et la plaque d’interface (17).
  8. Pile (1) selon la revendication précédente, la pile étant dépourvue de joint torique disposé de part et d’autre du premier joint plat (19), pour assurer l’étanchéité vis-à-vis du fluide.
  9. Pile (1) selon l’une des revendications 7 à 8, la première face de collecte de courant électrique comportant un premier embossage pour recevoir la première plaque collectrice (24), de sorte que la plaque de distribution (11) et la première plaque collectrice (24) forment ensemble une face plane pour venir en contact avec le premier joint plat (19).
  10. Pile (1) selon l’une des revendications 7 à 9, le premier joint plat (19) comportant au moins un deuxième orifice de distribution pour le passage du fluide entre la plaque d’interface (17) et la plaque de distribution (11).
  11. Pile (1) selon l’une des revendications 7 à 10, la première plaque collectrice (24) comportant une languette faisant saillie par rapport au plan de la première plaque collectrice (24) et le premier joint plat (19) comportant une fente pour le passage de la languette à travers le premier joint plat (19).
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