FR2557373A1 - Systeme de refroidissement pour une pile electrochimique a combustible - Google Patents

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Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN SYSTEME DE REFROIDISSEMENT POUR UNE PILE ELECTROCHIMIQUE A COMBUSTIBLE. CE SYSTEME DE REFROIDISSEMENT24 COMPREND DES ASSEMBLAGES REFROIDISSEURS30 ESPACES L'UN DE L'AUTRE. DES CONDUITES 32 DESTINEES A ACHEMINER UN FLUIDE REFRIGERANT AUX ASSEMBLAGES REFROIDISSEURS COMPRENNENT DES JEUX DE TUBES DE REFROIDISSEMENT EN COMMUNICATION D'ECOULEMENT EN SERIE. L'INVENTION EST UTILISEE POUR REFROIDIR UN EMPILAGE DE PILES ELECTROCHIMIQUES A COMBUSTIBLE EN EVITANT UNE OBSTRUCTION DU SYSTEME DE REFROIDISSEMENT LORS D'UNE MISE EN SERVICE PROLONGEE.

Description

Système de refroidissement pour une pile électro-
chimique à combustible.
La présente invention concerne des piles
électrochimiques et, plus particulièrement, un systè-
me de refroidissement pour des piles électrochimiques
réunies l'une à l'autre en un empilage.
Les piles électrochimiques telles que les piles à combustible, consomment des gaz réactifs pour produire, par voie électrochimique, un produit
réactif et de l'énergie électrique. La chaleur ré-
siduaire est un sous-produit de la réaction électro-
chimique. On prévoit un système de refroidissement
pour dissiper la chaleur résiduaire et maintenir ain-
si la température de toutes les piles à un niveau uniforme compatible avec les propriétés de la matière
utilisée dans la pile à combustible et les caractéris-
tiques opératoires de cette dernière.
Des exemples de systèmes de refroidissement utilisés dans les piles électrochimiques à combustible
sont illustrés dans les brevets ci-après dont les dé-
tails sont mentionnés i c i à titre de référence: le brevet des EtatsUnis d'Amérique 4.245.009 accordé au nom de Guthrie et intitulé "Porous Coolant Tube Holder for Fuel Cell Stack"; le brevet des Etats-Unis d'Amérique 3.969.145 accordé aux noms de Grevstad et
al. et intitulé "Fuel Cell Cooling System Using A Non-
dielectric Coolant"; le brevet des Etats-Unis d'Améri-
que 4.233.369 accordé aux noms de Breault et al. et intitulé "Fuel Cell Cooler Assembly and Edge Seal
Means Therefor"; et le brevet des Etats-Unis d'Améri-
que 4.269.642 accordé aux noms de De Casperis et al. Comme illustré dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 4.233.369 accordé aux noms de Breault et al.,
des assemblages refroidisseurs sont disposés dans l'em-
pilage de piles à combustible en vue du refroidissement de cet empilage. Un fluide réfrigérant provenant
d'une chambre d'alimentation est acheminé aux assem-
blages refroidisseurs par un tube de distribution.
Le fluide réfrigérant est-recyclé des assemblages refroidisseurs à la chambre d'alimentation via un tube
de retour. Un collecteur d'entrée est en communica-
tion d'écoulement avec le tube de distribution et un
collecteur de sortie est en communication d'écoule-
ment avec le tube de retour. Plusieurs tubes de re-
froidissement pour chaque assemblage refroidisseur s'étendent parallèlement entre les collecteurs d'entrée
et de sortie et sont disposés dans l'assemblage re-
froidisseur. Des canaux sont ménagés dans l'assembla-
ge refroidisseur pour recevoir les tubes de refroi-
dissement.
La puissance débitée par l'empilage peut être accrue en ajoutant des piles électrochimiques à ce dernier. Ces piles supplémentaires augmentent la longueur de l'empilage. A mesure que la longueur de l'empilage de piles augmente, le tube de distribution et le tube de retour sont allongés afin d'acheminer le fluide réfrigérant aux assemblages refroidisseurs supplémentaires. Cet accroissement de longueur des tubes entrâîne une élévation de la perte de charge
subie par le fluide à mesure que celui-ci s'écoule en-
tre le premier et le dernier collecteur. En calculant correctement les dimensions des tubes de distribution et de retour, on peut obtenir des pertes de charge globales à peu près égalés dans les deux tubes. A mesure de l'accroissement de longueur des tubes, les caractéristiques d'écoulement différentes dans chaque tube donnent lieu à des gradients de pression inégaux dans certaines zones en provoquant, dans certains cas,
un débit inadéquat vers certains collecteurs et un dé-
bit excessif vers d'autres collecteurs. Cet état
d'écoulements inégaux entre les collecteurs sera appe-
lé ci-après "mauvaise répartition d'écoulement". Une mauvaise répartition d'écoulement entre refroidisseurs peut également résulter de variations survenant dans les charges thermiques entre des assemblages refroidisseurs à la suite de variations dans le rendement des
piles, ainsi qu'à la suite de variations dans les sec-
tions transversales d'écoulement dues au dépôt d'espè-
ces dissoutes et de particules en suspension. Une mau-
vaise répartition d'écoulement peut également survenir à l'intérieur d'un refroidisseur dont les tubes sont alignés dans une configuration d'écoulement parallèle
comme décrit ci-dessus, en raison de variations sur-
venant dans des charges thermiques locales et qui sont le résultat de variations de densité de courant en
travers de la pile.
Une méthode en vue de résoudre le problème d'une mauvaise répartition d'écoulement consiste à
accroître la résistance de champ à l'intérieur de l'as-
semblage, c'est-à-dire la résistance à l'écoulement en-
tre le centre du tube de distribution et le centre du
tube de retour, de telle sorte que les variations sur-
venant dans la résistance à l'écoulement entre le pre-
mier et le dernier collecteur soient insignifiantes
en comparaison de la résistance de champ. La résis-
tance à l'écoulement est accrue, par exemple, à l'in-
tervention d'un orifice dont le diamètre est nettement
plus petit que celui des tubes. Des expériences récen-
tres ont démontré que ces petits orifices étaient en-
clins à s'obstruer dans des systèmes dans lesquels on utilise un agent réfrigérant tel que l'eau, en raison des particules ou des espèces qui y sont dissoutes et
qui forment des dépôts sur les parois des orifices.
Une solution au problème précité consiste à prévoir un fluide réfrigérant qui est traité pour éliminer les particules et les espèces dissoutes. Néanmoins, il existe de nombreuses situations dans lesquelles la pureté de cet agent réfrigérant est limitée par des
raisons économiques et physiques.
En conséquence, il serait nécessaire de
mettre au point un système de refroidissement permet-
tant d'éviter le problème de l'obstruction et, par la même occasion, le problème d'une mauvaiserépartition
d'écoulement entre les assemblages refroidisseurs.
Suivant la présente invention, un système de refroidissement équipé d'assemblages refroidiseurs pour un empilage de piles électrochimiques comprend un tube de distribution, un tube de retour, ainsi que plusieurs conduites de fluide réfrigérant s'étendant
entre les tubes, chacune de ces conduites étant cons-
tituée d'un jeu de tubes de refroidissement reliés en série l'un à l'autre en communication d'écoulement en
série afin de définir un parcours sinueux pour le flui-
de réfrigérant à travers l'assemblagerefroidisseur
associé.
Une caractéristique principale de la présente invention réside dans un système comportant plusieurs assemblages refroidisseurs pour dissiper la chaleur
des piles thermogènes d'un empilage de piles électro-
chimiques. Le système comprend un tube d'alimentation et un tube de retour. Une autre caractéristique réside dans plusieurs conduites s'étendant entre le tube d'alimentation et le tube de retour. Chacune de ces
conduites est disposée dans un assemblage refroidis-
seur associé. Chaque conduite est constituée d'un jeu
de tubes de refroidissement. Chaque tube de refroi-
dissement s'étend transversalement en travers de l'em-
pilage de piles d'un côté à l'autre de l'assemblage
refroidisseur. Les tubes sont en communication d'écou-
lement de fluide avec le tube de distribution et le tube de retour, tandis qu'ils sont en communication
d'écoulement en série l'un avec l'autre en vue de dé-
finir un parcours d'écoulement sinueux pour le fluide
réfrigérant. Une particularité réside dans la carac-
téristique de résistance à l'écoulement de la con- duite qui est le résultat de la nature sinueuse du
parcours d'écoulement pour le fluide réfrigérant.
Une caractéristique d'une forme de réalisation réside dans le diamètre hydraulique de la conduite entre le
centre du tube de retour et le centre du tube de dis-
tribution, diamètre dont la valeur minimum est à peu près égale aux trois quarts du diamètre hydraulique moyen des tubes de refroidissement. Dans une forme de réalisation, une caractéristique réside dans un système de refroidissement comportant deux jeux de conduites. Chaque jeu de conduites comporte, à chaque
assemblage refroidisseur, un jeu de tubes de refroi-
dissement qui sont imbriqués dans un jeu de tubes de refroidissement de l'autre jeu de conduites. Dans une forme de réalisation, une caractéristique réside dans un tube continu qui s'étend du tube de distribution
- au tube de retour, ainsi que dans un connecteur diélec-
trique qui réunit la conduite au tube de retour.
Un avantage principal de la présente inven-
tion réside dans l'aptitude du système de refroidisse-
ment à utiliser un fluide réfrigérant qui contient des espèces et des particules en suspension et dissoutes
dans le fluide tel que l'eau, pendant des périodes pro-
longées sans défaillance du système de refroidissement.
On obtient cet avantage du fait que l'on évite l'uti-
lisation d'orifices régulateurs de débit de petit dia-
mètre, tout en empêchant une répartition inopportune
du fluide réfrigérant entre les jeux de tubes de re-
froidissement en faisant intervenir la caractéristique
de résistance à l'écoulement des tubes de refroidisse-
ment pour équilibrer la répartition d'écoulement.
Dans une forme de réalisation, un avantage réside dans
la fiabilité et la simplicité de la construction, les-
quelles résultent de la suppression des collecteurs de refroidissement reliés au tube de distribution et au tube de retour, ainsi que des multiples raccords entre les collecteurs et les tubes, grâce à l'utilisation
d'une seule conduite comportant des tubes de refroidis-
sement communiquant en série, chacun de ceux-ci assu-
rant l'écoulement de la totalité du fluide réfrigérant
qui pénètre dans la conduite. Dans une forme de réali-
sation, un avantage réside dans l'uniformité des gra-
dients de température et du flux de chaleur entre les
piles thermogènes et l'assemblage refroidisseur, uni-
formité qui résulte du fait que l'on prévoit deux con-
duites comportant des tubes de refroidissement imbri-
qués l'un dans l'autre dans une relation d'écoulement
à contre-courant.
Les caractéristiques et avantages précités de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lumière de la desciption détaillée ciaprès du meilleur mode de mise en oeuvre de l'invention, en se référant aux dessins annexés dans lesquels:
la figure 1 est une vue partielle en perspec-
tive d'un assemblage de piles à combustible superpo-
sées, une partie de cet assemblage étant enlevée pour
faire apparaître une partie du système de refroidisse-
ment; la figure 2 est une vue agrandie d'une partie
de l'assemblage de piles à combustible superposées il-
lustré en figure 1; ia figure 3 est une illustration schématique d'un assemblage refroidisseur de l'empilage de piles à combustible représenté en figure 1;
la figure 4 illustre une autre forme de réali-
sation de l'assemblage de piles à combustible super-
posées représenté en figure 1; et la figure 5 est une illustration schématique d'un assemblage refroidisseur de l'empilage de piles à combustible représenté en figure 4.
La figure 1 illustre une partie d'un assem-
blage de piles électrochimiques superposées 10 du type à combustible. Cet assemblage comprend un empilage de piles à combustible 12, ainsi que quatre collecteurs de gaz réactif 14, 16, 18 et 20. Chaque collecteur de
gaz réactif recouvre une des surfaces de l'empilage.
Le collecteur 14 est le collecteur d'entrée pour le combustible. Le collecteur 16 est le collecteur de sortie pour le combustible. Le collecteur 18 est le
collecteur d'entrée pour l'agent oxydant, en l'occur-
rence, l'air. Le collecteur 20 est le collecteur de sortie pour l'agent oxydant. Ces collecteurs sont
pressés étroitement dans une relation d'étanchéité con-
tre les faces de l'empilage au moyen de plusieurs
frettes 22.
L'assemblage de piles à combustible superpo-
sées 10 comprend un système de refroidissement 24 des-
tiné à acheminer un fluide réfrigérant d'une source de ce dernier (non représentée) à une zone de décharge
(non représentée). Ce système de refroidissement com-
prend un moyen pour la mise en circulation du fluide réfrigérant, un tube de distribution 26, un tube de
retour 28, ainsi que plusieurs assemblages refroidis-
seurs tels qu'ils sont représentés par l'assemblage refroidisseur unique 30. Plusieurs conduites pour l'écoulement du fluide réfrigérant s'étendent entre
les tubes comme représenté par la conduite unique 32.
Ces conduites sont espacées régulièrement sur la lon-
gueur de l'empilage comme représenté par les lignes en traits discontinus illustrant les conduites réunies au tube de distribution. Chaque conduite est disposée
dans un assemblage refroidisseur associé.
La figure 2 est une vue plus détaillée de
l'assemblage de piles à combustible superposées 10 il-
l lustré en figure 1. L'empilage de piles à combustible comprend plusieurs piles à combustible 34 assemblées
pour former l'empilage. Une plaque de séparation im-
perméable aux gaz 36 d'un assemblage refroidisseur 30
s'étend entre les piles à combustible de chaque paire.
Chaque assemblage refroidisseur comprend une plaque de séparation imperméable aux gaz 36' qui est identique à la plaque de séparation 36 en vue de définir une
couche imperméable aux gaz. Dans cette forme de réa-
lisation donnée à titre d'exemple, les plaques 36, 36' ont une épaisseur de 0,84 mm, une longueur d'environ
,8 cm et une largeur d'environ 50,8 cm.
La construction de base des piles à combusti-
ble est la même que celle illustrée et décrite dans le brevet des EtatsUnis d'Amérique-4.115.627 accordé
aux noms de Christner et al. et intitulé "Electrochemi-
cal Cell Comprising A Ribbed Electrode Substrate", minen-
tionné ici à titre de référence. Chaque pile à combus-
tible 34 comprend une couche mince formant matrice 38
destinée à retenir un électrolyte. Cette couche for-
mant matrice comporte une électrode anodique 42 dispo-
sée sur une face et une électrode cathodique 44 dispo-
sée sur l'autre face. Un électrolyte à base d'acide
phosphorique est disposé dans la couche formant matri-
ce, entre les électrodes anodique et cathodique.
L'électrode anodique comprend un substrat 46 d'une épaisseur d'environ 2, 03 mm, qui est fibreux et poreux pour laisser passer le gaz. Ce substrat comporte une surface plate 48 qui est tournée vers la couche formant
matrice 38. Une mince couche de catalyseur (non repré-
sentée) est disposée sur cette surface plate. De préfé-
rence, la couche de catalyseur a une épaisseur de ,8 rm à 127 pm. Le substrat comporte une seconde surface 52. Plusieurs nervures 54 s'étendent vers l'extérieur à partir de la seconde surface et sont espacées l'une de l'autre en ménageant ainsi plusieurs rainures 56 entre elles. Ces rainures s'étendent en travers de la pile afin d'établir une communication d'écoulement de fluide entre le collecteur d'entrée
14 et le collecteur de sortie 16.
L'électrode cathodique 44 est d'une cons-
truction semblable à celle de l'électrode anodique.
L'électrode cathodique comporte un substrat cathodi-
que 58. Une couche mince de catalyseur (non représen-
tée) est disposée sur la surface plate 62. La cathode comporte une seconde face 64. Plusieurs nervures 66
s'étendent à partir de la seconde face et sont espa-
cées l'une de l'autre afin de définir plusieurs rainu-
res 68 destinées à établir une communication d'écoulement entre le collecteur d'entrée d'air 18 et le collecteur de sortie 20 dans une direction perpendiculaire à l'écoulement du combustible en travers de l'électrode
anodique 42.
Chaque assemblage refroidisseur 30 est disposé
entre deux piles à combustible 12. L'assemblage refroi-
disseur comporte plusieurs canaux 72 s'étendant à tra-
vers et qui lui permettent de recevoir une conduite associée 32. La conduite s'étend entre le tube de
distribution 26 et le tube de retour 28. Chaque condui-
te comprend un jeu de tubes de refroidissement 74 dis-
posés dans les canaux de l'assemblage refroidisseur.
Chaque jeu de tubes comprend un tube de refroidissement
d'entrée 74e, au moins un tube de refroidissement in-
termédiaire 74i et un tube de refroidissement de sor-
tie 74x. Chaque tube de refroidissement comporte une
entrée 76, une sortie 78, ainsi qu'un diamètre hydrau-
lique moyen Dt entre l'entrée et la sortie. Le diamè-
tre hydraulique moyen est égal à quatre fois la section
transversale d'écoulement du tube, divisé par le péri-
mètre du tube à l'état humide.
Dans chaque conduite, l'entrée 76 du tube
d'entrée 74e est réunie à et en communication d'écoule-
ment avec le tube de distribution 26. La sortie 78 du tube de sortie 74x est réunie à et en communication d'écoulement avec le tube de retour 28. Dans la forme de réalisation illustrée, un connecteur diélectrique
tel qu'un tuyau en polytétrafluoréthylène, est uti-
lisé pour réunir la sortie du tube de sortie au tube de retour afin d'interrompre la continuité électrique de la conduite. Un second connecteur diélectrique 80' (non représenté en figure 2) est utilisé pour réunir
l'entrée du tube d'entrée au tube de distribution.
L'entrée 76 de chaque tube intermédiaire est réunie à et en communication d'écoulement avec la sortie 78
d'un tube adjacent.
Comme le montre la figure 3, les sorties et les entrées des tubes situés dans le collecteur de sortie de combustible 16 sont raccordées de la même manière que les sorties et les entrées illustrées dans le collecteur d'entrée de combustible 14. De la sorte, les tubes de refroidissement 74 s'étendant entre le
tube de distribution et le tube de retour sont raccor-
dés en série et en communication d'écoulement en série afin d'établir un parcours d'écoulement sinueux pour le fluide réfrigérant à travers l'assemblage jusqu'au
tube de retour.
Le tube de distribution 26, le tube de retour 28 et chaque conduite 32 définissent, pour le fluide réfrigérant, un parcours d'écoulement 82 qui s'étend à travers l'assemblage refroidisseur 30. Ce parcours
d'écoulement s'étend du centre Cf du tube de distribu-
tion au centre Cr du tube de retour et il a un diamè-
tre hydraulique minimum Df. Le diamètre hydraulique
minimum du parcours d'écoulement est égal ou supé-
rieur aux trois quarts du diamètre hydraulique moyen Dt des tubes de refroidissement (Df > 0,75 Dt) afin
d'éviter une obstruction au diamètre hydraulique mini-
mum de la conduite dans des conditions de mise en ser-
vice à long terme dans lesquelles on utilise un agent réfrigérant renfermant des particules ou des espèces
dissoutes.
Les figures 4 et 5 illustrent une autre forme de réalisation 86 du système de refroidissement 24 pour l'empilage de piles électrochimiques illustré en figure 2, cette forme de réalisation comprenant
deux jeux de conduites pour chaque assemblage refroi-
disseur. Le système de refroidissement 86 comporte des premier et second tubes de distribution 88, 90,
ainsi que des premier et second tubes de retour 92, 94.
Plusieurs premières conduites telles qu'elles sont représentées par la première conduite unique 96, s'étendent entre le premier tube de distribution et
le premier tube de retour. Plusieurs secondes condui-
tes telles qu'elles sont représentées par la seconde conduite unique 98, s'étendent entre le second tube de distribution et le second tube de retour. Chaque première conduite comprend un premier jeu de tubes de refroidissement 102 raccordés de la même manière que les tubes de refroidissement illustrés dans la forme de réalisation de la figure 2. Chaque seconde
conduite comprend un second jeu de tubes de refroidis-
sement 104 également raccordés de la même manière que les tubes de refroidissement illustrés dans la forme de réalisation de la figure 2. Dès lors, dans chaque assemblage refroidisseur, un second jeu de tubes de refroidissement 104 est disposé dans des canaux 72
adjacents aux canaux 72 contenant les tubes de refroi-
dissement du premier jeu, de telle sorte que les tu-
bes de refroidissement du second jeu soient imbriqués dans les tubes de refroidissement du premier jeu. Le premier tube de distribution 88 est situé à proximité
du second tube de retour 94 et le premier tube de re-
tour 92 est situé à proximité du second tube de dis-
tribution 90, si bien que l'écoulement de l'agent ré-
frigérant dans les deux jeux de tubes a lieu en contré-
courant. Comme on le comprendra, en interchangeant les positions du tube de distribution 90 et du tube
* de retour 94, on obtiendra une construction avec écou-
lement dans le même sens dans laquelle l'ensemble de l'écoulement du fluide s'effectuera en parallèle dans
un parcours en serpentin. En outre, tant dans la cons-
truction à contre-courant que dans la construction à
écoulement dans le même sens, les deux conduites pour-
raient être raccordées au même tube de distribution,
ainsi qu'au même tube de retour.
Au cours de la mise en service de l'assembla-
ge de piles à combustible superposées 10, de l'hydro-
gène (combustible) et de l'air (agent oxydant) sont com-
binés par voie électrochimique dans l'empilage de piles à combustible 12 pour produire de l'énergie électrique et de la chaleur résiduaire. La chaleur est transférée
aux assemblages refroidisseurs 30 via les piles à com-
bustible 34. Dans cette forme de réalisation, l'empi-
lage comporte environ 270 piles à combustible avec un assemblage refroidisseur toutes les 5 piles. Le
fluide réfrigérant s'écoule, via le tube de distribu-
tion 26, en direction de la conduite 32 traversant les assemblages refroidisseurs, pour revenir ensuite au tube de retour 28. A l'intérieur de l'assemblage refroidisseur, la chaleur est transférée au fluide réfrigérant s'écoulant dans les tubes. Chaque tube de
refroidissement reçoit la totalité du fluide réfrigé-
rant s'écoulant dans la conduite et il a un plus grand diamètre lui permettant de faire face au débit,
comparativement à des tubes s'étendant en parallèle.
Le débit accru et la plus grande section des tubes
de refroidissement augmentent la capacité de ces der-
niers à dissiper la chaleur. La caractéristique de
résistance à l'écoulement du long parcours d'écoule-
ment sinueux 82 défini à travers les tubes est de loin supérieure à celle de tubes plus courts s'étendant en parallèle. En conséquence, la perte de charge de champ depuis l'entrée 76 de la conduite jusqu'à la sortie 78 de cette dernière est élevée comparativement à la
pression différentielle le long du tube de distribu-
tion afin de garantir que chaque assemblage refroidis-
seur reçoit la quantité de fluide réfrigérant qui lui est attribuée. Il existera de légères variations de débit de fluide réfrigérant entre les conduites mais,
en raison de l'important débit massique de fluide ré-
frigérant à travers chaque tube de refroidissement,
on évite une répartition inacceptable du fluide réfri-
gérant entre les assemblages refroidisseurs. Etant donné que le parcours d'écoulement s'étendant du centre du tube de distribution au centre du tube de retour ne présente aucun diamètre hydraulique inférieur aux
trois quarts du diamètre hydraulique des tubes de re-
froidissement, on pense qu'un système de refroidisse-
ment dans lequel on utilise un fluide réfrigérant con-
tenant des espèces et des particules dissoutes et en
suspension, ne subira pas d'obstructions de la condui-
te, même après une mise en service à long terme de l'empilage, c'est-àdire après un fonctionnement de
ce dernier pendant plusieurs milliers d'heures.
Comme on le comprendra, les tubes de refroi-
dissement pourraient être fabriqués indépendamment et réunis l'un à l'autre pour former un seul tube;
ils pourraient également être formés à partir d'un -
seul tronçon de tube de grande longueur. Dans l'un ou l'autre cas, le nombre de raccords est réduit, comparativement à des systèmes dans lesquels on uti-
lise des collecteurs et des tubes dans une disposi-
tion d'écoulement en parallèle. En conséquence, grâce à la réduction du nombre de raccords, il y a
moins de risques de fuites à un de ces derniers.
Au cours de la mise en service du système de refroidissement illustré en figure 3, le fluide
réfrigérant s'écoule dans les deux conduites distinc-
tes dans des directions opposées à travers l'assem-
blage refroidisseur. Tout échauffement de l'agent réfrigérant se produisant dans une conduite avant qu'il n'atteigne l'extrémité de cette dernière est compensé par le fluide plus froid circulant dans la seconde conduite à partir de l'autre côté, minimisant ainsi les variations de température pouvant survenir dans
les piles en raison d'un échauffement du fluide réfri-
gérant circulant dans la première conduite à mesure
que ce fluide traverse l'assemblage refroidisseur.
Bien que l'invention ait été illustrée et décrite en se référant à des formes de réalisation détaillées, l'homme de métier comprendra que diverses modifications peuvent y être apportées tant dans sa forme que dans ses détails, sans se départir de son esprit et de son cadre tels qu'ils sont définis dans
les revendications ci-après.

Claims (10)

REVENDICATIONS
1. Empilage de piles électrochimiques du type comprenant plusieurs piles thermogènes, ainsi qu'un système de refroidissement pour ces dernières, ce système de refroidissement comprenant plusieurs assemblages refroidisseurs espacés l'un de l'autre, chacun de ces assemblages refroidisseurs étant disposé entre les piles thermogènes d'une paire et comportant des canaux s'étendant au travers pour recevoir des
tubes de refroidissement, le système de refroidisse-
ment comprenant également un moyen de mise en circu-
lation de fluide réfrigérant qui comporte un tube de distribution et un tube de retour, caractérisé par: plusieurs conduites s'étendant chacune dans un assemblage refroidisseur associé entre le tube de distribution et le tube de retour en vue de former, pour un fluide réfrigérant, un parcours d'écoulement qui s'étend du centre du tube de distribution au centre du tube de retour et qui a un diamètre hydraulique minimum Df, la conduite comportant un jeu de tubes de refroidissement
disposés dans les canaux de l'assemblage refroi-
disseur, chacun de ces tubes ayant une entrée, une sortie, ainsi qu'un diamètre hydraulique moyen Dt entre l'entrée et la sortie, chaque jeu de t tubes comprenant un tube de refroissement d'entrée, au moins un tube de refroidissement intermédiaire et un tube de refroidissement de sortie; le diamètre hydraulique minimum Df de chaque parcours d'écoulement étant égal ou supérieur aux trois quarts
du diamètre hydraulique moyen Dt des tubes de refroi-
dissement afin d'éviter une obstruction de ces derniers au diamètre hydraulique minimum de la conduite dans des conditions de mise en service à long terme, et
l'entrée du tube d'entrée est réunie à et en communi-
cation d'écoulement avec le tube de distribution,
la sortie du tube de sortie est réunie à et en commu-
nication d'écoulement avec le tube de retour, et l'en-
trée du tube intermédiaire est réunie à et en commu-
nication d'écoulement avec la sortie d'un tube adja-
cent, de telle sorte que les tubes de refroidissement s'étendant entre le tube de distribution et le tube de retour soient raccordés en série en communication
d'écoulement en série afin de définir, pour l'écoule-
ment du fluide réfrigérant à travers un assemblage refroidisseur associé, un parcours sinueux ayant une
caractéristique de résistance à l'écoulement qui assu-
re une alimentation prédéterminée de fluide réfrigé-
rant à chaque assemblage refroidisseur.
2. Empilage de piles électrochimiques selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube de distribution constitue un premier tube de distribution, le tube de retour constitue un premier tube de retour,
tandis que les différentes conduites constituent plu-
sieurs premières conduites et que chacun des jeux de tubes de refroidissement constitue un jeu de premiers
tubes de refroidissement, l'empilage de piles compre-
nant également un second tube de distribution, un se-
cond tube de retour, ainsi que plusieurs secondes con-
duites s'étendant entre le second tube de distribution et le second tube de retour, chaque seconde conduite comprenant un jeu de second tubes de refroidissement en communication d'écoulement en série, tandis que,
à chaque assemblage refroidisseur, chaque tube du se-
cond jeu associé est disposé dans l'assemblage refroi-
disseur à proximité d'un tube de refroidissement du
premier jeu, de telle sorte que les tubes de refroi-
dissement du second jeu alternent avec les tubes de
refroidissement du premier jeu en une disposition im-
briquée.
3. Empilage de piles électrochimiques selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube de distribution constitue un premier tube de distribution, le tube de retour constitue un premier tube de retour,
tandis que les différentes conduites constituent plu-
sieurs premières conduites et que chacun des jeux de tubes de refroidissement constitue un jeu de premiers
tubes de refroidissement, l'empilage de piles compre-
nant également plusieurs secondes conduites s'étendant entre le premier tube de distribution et le premier tube de retour, chaque seconde conduite comprenant un
jeu de seconds tubes de refroidissement en communica-
tion d'écoulement en série, tandis que, à chaque as-
semblage refroidisseur, chaque tube du second jeu-asso-
cié est disposé dans l'assemblage refroidisseur à proxi-
mité d'un tube de refroidissement du premier jeu, de telle sorte que les tubes de refroidissement du second jeu alternent avec les tubes de refroidissement du
premier jeu en une disposition imbriquée.
4. Empilage de piles électrochimiques selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins un
assemblage refroidisseur comporte le tube de refroi-
dissement d'entrée du premier jeu qui est adjacent au tube de refroidissement de sortie du second jeu,
ainsi que le tube de refroidissement de sortie du pre-
mier jeu qui est adjacent au tube de refroidissement d'entrée du second jeu, de telle sorte que la première et la seconde conduite soient conçues pour assurer l'écoulement du fluide réfrigérant dans des directions opposées.
5. Empilage de piles électrochimiques selon le revendication 3, caractérisé en ce qu'au moins un
assemblage refroidisseur comporte le tube de refroi-
dissement d'entrée du premier jeu qui est adjacent au tube de refroidissement de sortie du second jeu,
ainsi que le tube de refroidissement de sortie du pre-
mier jeu qui est adjacent au tube de refroidissement d'entrée du second jeu, de telle sorte que la première et la seconde conduite soient conçues pour assurer l'écoulement du fluide réfrigérant dans des directions opposées.
6. Empilage de piles électrochimiques selon la revendication 1, caractérisé en ce que la sortie de chaque tube de refroidissement intermédiaire est reliée, par un raccord coudé, à l'entrée d'un tube de
refroidissement associé.
7. Empilage de piles électrochimiques selon la revendication 6, caractérisé en ce que les tubes de refroidissement sont constitués d'une structure
d'une seule piece.
8. Empilage de piles électrochimiques selon la revendication 1, caractérisé en ce que le jeu de
tubes de refroidissement est constitué d'un seul tron-
çon de tube axialement continu comportant des coudes
qui relient les tubes de refroidissement.
9. Empilage de piles électrochimiques selon la revendication 6, caractérisé en ce que la section
transversale d'au moins un jeu de tubes de refroidis-
sement est circulaire.
10. Empilage de piles électrochimiques selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs connecteurs diélectriques s'étendant chacun entre l'entrée d'un tube de refroidissement d'entrée associé et le tube de distribution, ainsi qu'entre la sortie d'un tube de sortie associé et le tube de retour afin d'établir un raccordement non conducteur de l'électricité entre la conduite et à la fois le tube
de sortie et le tube de distribution.
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