FR2564250A1 - Ameliorations aux structures des piles a combustible - Google Patents
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Abstract
LA PILE EST CONSTITUEE PAR UNE PLURALITE D'ELEMENTS DISPOSES EN CONTACT ELECTRIQUE LES UNS AVEC LES AUTRES, CHAQUE ELEMENT COMPORTANT DEUX ELECTRODES POREUSES, UN ELECTROLYTE REMPLISSANT L'INTERVALLE SITUE ENTRE LESDITES ELECTRODES ET DEUX COLLECTEURS DE COURANT BIPOLAIRES IMPERMEABLES. LES PARTIES INFERIEURE ET SUPERIEURE DES COLLECTEURS 23 SONT MUNIES SUR CHACUNE DES FACES DE CEUX-CI DE RAINURES OU EVIDEMENTS PERMETTANT L'ALIMENTATION EN COMBUSTIBLE DE LA FACE ANODIQUE DES COLLECTEURS ET EN COMBURANT DE LA FACE CATHODIQUE. DES NERVURES ALLONGEES 39, 37, 38 FORMENT DES CANAUX DE REPARTITION 35, 36 POUR LES FLUX GAZEUX, LESDITS CANAUX ALIMENTANT DES CANAUX DE DIRECTION MOYENNE VERTICALE PREVUS AU NIVEAU DES ZONES CENTRALES CONDUCTRICES 24 DES COLLECTEURS 23.
Description
Améliorations aux structures des piles à combustible L'invention concerne
des améliorations aux structures des piles à combustible constituées par une pluralité d'éléments disposés en contact électrique les uns avec les autres, chaque élément comportant: - deux électrodes poreuses présentant une forme de préférence plane et à
faces parallèles, une cathode et une anode, comportant chacune un cata-
lyseur spécifique,
- un électrolyte remplissant l'intervalle situé entre lesdites électro-
des, - deux collecteurs de courant bipolaires imperméables, comportant au moins une zone centrale conductrice portant des cannelures sur chacune des faces desdits collecteurs, un premier collecteur venant, par les sommets de sa face cathodique, en contact électrique contre la surface externe de ladite cathode, et par sa face anodique en contact électrique contre la surface externe de l'anode d'un élément adjacent, et un deuxième collecteur venant par les sommets de sa face anodique, en contact électrique contre la surface externe de ladite anode, et par sa
face cathodique en contact électrique contre la cathode de l'autre élé-
ment adjacent, un comburant gazeux circulant entre ladite cathode et la face cathodique du premier collecteur et un combustible gazeux circulant entre ladite anode et la face anodique du deuxième collecteur, lesdites électrodes étant assujetties toutes deux de part et d'autre d'un cadre présentant un orifice central, en forme de quadrilatère, et réalisé de préférence en un matériau plastique isolant, de telle sorte qu'elles définissent avec ledit cadre un compartiment électrolytique, les parties inférieure et supérieure desdits collecteurs situées de part et d'autre
de la zone centrale conductrice étant munies d'orifices pour la circu-
lation de l'électrolyte et du combustible à travers la pile, une face desdites parties supérieure et inférieure desdits collecteurs étant munie de rainures ou évidements permettant d'une part l'alimentation en combustible de la face anodique du collecteur à partir d'orifices d'acheminement disposés sur une desdites parties et, d'autre part, l'évacuation du combustible vers des orifices d'acheminement disposés
sur l'autre partie, l'autre face desdites parties étant munie d'évide-
ments communiquant avec l'extérieur permettant l'alimentation en combu-
-2 - rant de la face cathodique du collecteur, des moyens de répartition des flux gazeux étant disposés dans lesdites rainures et évidements prévus
sur les deux faces des parties supérieure et inférieure du collecteur.
L'invention a notamment pour but de préciser des dispositions per-
mettant d'améliorer la répartition des flux gazeux. La pile conforme à la présente invention, du type précité, est caractérisée par le fait que lesdits moyens de répartition sont formés par des nervures allongées formant des canaux de répartition, la face
supérieure des nervures affleurant le plan de la face des parties présen-
tant lesdites nervures, les collecteurs comportant au niveau des zones centrales conductrices des cannelures parallèles définissant des canaux de direction moyenne verticale pour la circulation des flux gazeux et qui
sont alimentés par lesdits canaux de répartition.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention les ori-
fices d'alimentation en combustible présentant une forme de préférence oblongue, les rainures ou évidements permettant l'acheminement du combustible sur les collecteurs de courant débouchent au voisinage des parties desdits orifices oblongs situées le plus près de la zone centrale
conductrice du collecteur, les nervures de répartition de fluides défi-
nissant un réseau s'évasant depuis lesdits orifices vers la zone centrale conductrice du collecteur, des nervures situées au voisinage des orifices de forme oblongue définissant des canaux pouvant alimenter
eux même un plus grand nombre de canaux intermédiaires définis par d'au-
tres nervures, de longueur plus importante, et conduisant au voisinage des canaux du collecteur, un canal intermédiaire alimentant au moins un
canal de la zone centrale conductrice du collecteur.
Selon une caractéristique de l'invention, les nervures allongées disposées sur la face des parties inférieure et supérieure du collecteur
au contact avec le comburant alimentant la face cathodique du collec-
teur, définissent des canaux de répartition s'élargissant dans leur
partie adjacente à la zone centrale conductrice du collecteur.
Selon un mode d'exécution, les électrodes poreuses sont assu-
jetties à des cadres présentant un orifice central en forme de quadri-
latère et réalisé de préférence en un matériau plastique isolant, les
parties inférieure et supérieure des cadres situées au regard des évide-
ments prévus sur les parties inférieure et supérieure du collecteur portant les moyens permettant l'alimentation en comburant de la face cathodique du collecteur étant munies, au voisinage du bord extérieur desdits cadres, d'évidements correspondant permettant d'accroître les sections d'entrée et de sortie du comburant dans l'élément. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront
de la description qui va suivre et du dessin annexé dans lequel
La figure 1 est une vue éclatée de plusieurs constituants d'un
élément de pile conforme à l'invention.
La figure 2 est une vue d'une face de l'ensemble formé par lVassem-
blement des différents constituants de la figure 1, avec repliement par-
tiel de certains de ceux-ei.
La figure 3 est une coupe agrandie de la figure 2 selon la
ligne III-III.
La figure 4 est une coupe agrandie de la figure 2 selon la
ligne IV-IV.
La figure 5 est une représentation partielle en perspective et
agrandie du détail V de la figure 1.
La figure 6 est une vue de l'autre face de l'ensemble de la
figure 2.
La figure 7 est une vue d'une face d'un collecteur de courant bipolaire. La figure 8 est une vue de l'autre face du collecteur de courant de
la figure 7.
La figure 9 est une coupe partielle agrandie selon la ligne IX-IX
de la figure 7.
La figure 10 est une représentation partielle en perspective et
agrandie du détail X de la figure 7.
La figure 11 est une représentation partielle en perspective et
agrandie du détail XI de la figure 8.
La figure 12 est une vue éclatée d'un élément de pile conforme à l'invention. La figure 13 représente très schématiquement en perspective une
pile conforme à l'invention.
Sur les figures, les références 1 et 2 désignent les électrodes 4 poreuses entrant dans la constitution d'un élément d'une pile conforme à l'invention. Dans le mode de réalisation décrit et représenté, l'anode, en contact par une face avec l'électrolyte et par l'autre face avec un combustible gazeux est désignée par la référence 1; la cathode, en contact par une face avec l'électrolyte et par l'autre face avec un
comburant gazeux est désignée par la référence 2.
Ces électrodes peuvent être à base de carbone ou de graphite et
d'une matière plastique, par exemple de polytétrafluorétylène et compor-
ter chacune un catalyseur spécifique.
A titre illustratif et nullement limitatif, ces électrodes peuvent
présenter une structure souple ainsi que décrit dans le brevet fran-
gais n 79 25 879 du 18 Octobre 1979. Elles peuvent avoir été réalisées, en particulier, par les procédés décrits dans les brevets nO 79 25 877
et 79 25 878 déposés également le 18 Octobre 1979.
Ces deux électrodes sont assujetties de part et d'autre d'un cadre 3 présentant un orifice central 4 en forme de quadrilatère, de telle sorte qu'elles définissent avec ledit cadre 3 un compartiment électrolytique. Le cadre 3 est avantageusement en matière plastique isolante, par
exemple à base de polypropylène, chlorure de polyvinyle, acryloni-
trile-butadiène-styrène, polyéthylène, polystyrène, polysulfones.
Son épaisseur peut être de l'ordre de 0,2 à 5 mm et de préférence
de 0,5 à 1,5 mm.
Dans l'exemple représenté l'orifice central 4 est carré.
Les parties inférieure 5 et supérieure 6 du cadre 3 sont munies d'orifices pour l'acheminement à travers la pile du combustible et de l'électrolyte. La référence 7 désigne les orifices de circulation du combustible,
qui dans le cas représenté ont une forme oblongue.
L'orifice 8A sert à la circulation de l'électrolyte dans la pile
et à son acheminement dans le compartiment électrolytique.
L'orifice 8B sert à l'évacuation de l'électrolyte du compartiment
électrolytique et à sa circulation dans la pile.
La référence 9 désigne des orifices pouvant être utilisés par -5- exemple pour le centrage des composants lors de l'assemblage et/ou pour
l'introduction de tirants de serrage.
Des moyens sont prévus sur la face 10 du cadre 3 pour permettre l'acheminement de l'électrolyte de l'orifice 8A vers le compartiment électrolytique et de celui-ci vers l'orifice 8B. Ces moyens comportent des rainures 11 débouchant dans des parties
évidées formant chambres de répartition et de distribution et de colla-
tionnement d'électrolyte 12 disposées sur les parties inférieure 5 et supérieure 6 du cadre 3 le long de deux cotés opposés de l'orifice central et communiquant avec le compartiment électrolytique au moyen
d'une pluralité de microcanaux parallèles 13 délimités par des nervu-
res 14 comme cela apparait clairement sur la figure 5.
Les sommets des nervures 14 affleurent le plan de la face 10 du
cadre 3.
Les rainures 11 présentent de préférence un parcours allongé et une faible section. Il est en effet important d'allonger le parcours et de rétrécir la section de l'électrolyte entre les orifices d'admission et d'évacuation et le compartiment électrolytique dans le cas des piles o l'électrolyte est distribué en parallèle aux éléments de façon à créer une résistance élevée de shuntage entre éléments et diminuer autant que faire se peut la perte énergétique correspondante. Par ailleurs, le cheminement de l'électrolyte dans un canal de faible section et de grande longueur, ayant une perte de charge définie et élevée par rapport à celle des compartiments, permet une répartition uniforme de l'écoulement de
l'électrolyte entre les divers éléments de la pile.
Dans l'exemple représenté les rainures 11 ont un parcours en forme de U, le fond des U étant situé, par rapport aux orifices 8A et 8B, au
delà de l'orifice central 4 délimitant le compartiment électrolytique.
Cette disposition en U permet de doubler le parcours sans accroître significativement les dimensions des composants. Elle permet aussi: d'interrompre, si on le désire, la circulation de l'électrolyte tout en maintenant le compartiment rempli - de faire circuler, si on le désire, l'électrolyte de bas en haut dans le compartiment tout en évitant, en cas d'entrée accidentelle de gaz, la - 6 -
vidange de ce compartiment.
A titre d'exemple, la longueur de chaque branche du U peut être égale à la hauteur du compartiment électrolytique, la largeur de la
rainure pouvant varier de 0,5 mm à 10 mm.
L'étanchéité du réseau de distribution de l'électrolyte, compre- nant les rainures 11, les chambres 12 et les microcanaux 13 est assurée d'une part par un film mince 15 en matière plastique isolante s'étendant au moins au regard dudit réseau de distribution, ledit film 15 étant
solidarisé audit cadre 3, et d'autre part par l'électrode 1 qui chevau-
che ledit film mince 15 et est solidarisée de manière étanche à ce
dernier au niveau de la zone de chevauchement ainsi créée.
Dans l'exemple représenté le film 15 présente un contour analogue
à celui du cadre 3, et notamment des orifices 47, 48A, 48B et 49 corres-
pondant aux orifices 7, 8A, 8B et 9 prévus sur ledit cadre.
Il présente également un orifice central 61 correspondant à l'ori-
fice central 4 du cadre 3..
Ce film mince peut être constitué par exemple par du polypropy-
lène, du chlorure de polyvinyle, de l'acrylonitrile-butadiène-styrène, du polyéthylène, du polystyrène, et son épaisseur peut être de l'ordre de
50 à 600 microns et de préférence de 20 à 60 microns.
La solidarisation entre le film mince 15, l'électrode 1 et le cadre 3 peut être effectuée par tout moyen approprié, tel que collage,
soudage, par exemple.
Les fonds des rainures et des chambres de répartition et de distri-
bution et de collationnement d'électrolyte comportent des moyens, tels
que picots ou nervures, affleurant le plan de la face du cadre et des-
tinés notamment à maintenir l'écartement entre le film mince plasti-
que 15 et lesdits fonds et à régulariser l'alimentation en fluides.
Ainsi dans l'exemple représenté une nervure 16 est disposée dans les
rainures 11, tout le long de celles-ci.
Par ailleurs, les chambres 12 comportent une pluralité de
nervures 17, disposées parallèlement et ne contrariant pas la circu-
lation de l'électrolyte.
Les sommets des nervures 16 et 17 affleurent le plan de la face 10
du cadre 3.
-7-
L'utilisation de nervures, à la place de picots, permet de dimi-
nuer les risques de perforations du film mince.
A l'intérieur du compartiment électrolytique, on peut disposer, ainsi que cela a été représenté une feuille gaufrée 18 agissant comme séparateur. La partie du cadre 3 délimitant l'orifice central 4 présente un retrait de part et d'autre du cadre de manière que les électrodes 1 et 2, ne débordent pas au dessus des faces du cadre 3 apres assujettissement au cadre 3 au niveau de ces parties en retrait, le film mince 15 épousant
sans dommage lesdites parties en retrait et étant solidarisé à l'élec-
trode 1 au niveau de ces parties.
Cette structure est particulièrement apparente au niveau des figures 3, 4 et 5, o les parties en retrait du cadre 3 délimitant
l'orifice 4 sont désignées par la référence 19. Au niveau desdites par-
ties en retrait, les nervures 14 qui délimitent les microcanaux 13 comportent une partie 20 affleurant le plan desdites parties en
retrait 19 sur laquelle vient se positionner l'électrode 1, et se pro-
longeant vers les chambres 12 par une partie 21 affleurant le plan de la
face du cadre 3.
La figure 2 montre la face de l'ensemble 40 alimentée par le
combustible, la figure 6 celle alimentée par le comburant.
Sur la figure 6 on peut constater que les parties inférieure et supé-
rieure du cadre 3 comportent, entre les orifices 7, des évidements 22 permettant d'accroitre en combinaison avec des évidements ou rainures correspondant prévus sur les collecteurs de courant, les sections d'entrée et de sortie du comburant dans l'élément. Ces évidements 22 apparaissent également sur les figures 1, 2, 3 et 5. A l'intérieur de ces évidements 22, on peut prévoir des nervures disposées en vis-à-vis de nervures prévues dans les rainures correspondantes de la face cathodique du collecteur, l'association de ces nervures assurant le maintien de la
section de l'ouverture du conduit formé par les deux rainures correspon-
dantes. Les figures 7 à 11 sont relatives aux collecteurs de courant. Il s'agit de collecteurs de courant bipolaires imperméables comportant au moins une zone centrale conductrice, portant des cannelures sur chacune 8 -
des faces desdits collecteurs, les parties inférieure et supérieure des-
dits collecteurs, situées de part et d'autre de la zone centrale conduc-
trice, étant munies d'orifices pour la circulation de l'électrolyte et
du combustible à travers la pile.
Dans l'exemple représenté les collecteurs de courant sont désignés par la référence 23. Ils comportent une zone centrale conductrice 24 de
forme correspondant à celle des électrodes 1 et 2, telles que représen-
tées sur la figure 1, entourée sur sa périphérie d'une zone isolante 25.
Les parties supérieure 26 et inférieure 27 de la zone isolante 25 sont munies d'orifices 28, 29A, 29B et 30 correspondant respectivement aux
orifices 7, 8A, 8B et 9.
Sur chacune des faces 31 et 32 du collecteur, la zone centrale conductrice est munie de cannelures définissant des canaux de direction
moyenne verticale pour la circulation des flux gazeux.
Dans l'exemple représenté, les cannelures 33 sont verticales; elles définissent des canaux 34 également verticaux. Le réseau des cannelures et des canaux peut être obtenu par utilisation d'un support
ondulé ainsi que représenté sur la figure 9, mais il est également possi-
ble de prévoir une âme centrale plane portant des reliefs de part et d'autre. L'épaisseur du support peut être comprise entre 50 microns et
3 mm, et de préférence entre 0,1 et 0,5 mm.
Il est également possible de prévoir à la place des cannelures
verticales des cannelures en chevron ou présentant toute autre configu-
ration. Le pas et la profondeur des cannelures (donc des canaux) peut
être compris entre 0,2 et 5 mm, et de préférence entre 0,5 et 1,5 mm.
La face 31 du collecteur est destiné à être alimentée en comburant, par exemple l'air ou l'oxygène, alors que la face 32 est alimentée en
combustible, par exemple l'hydrogène.
Les parties supérieure 26 et inférieure 27 de la face 31 catho-
dique du collecteur sont munies de rainures ou évidements tels que 35 communiquant avec l'extérieur et permettant l'alimentation de ladite face cathodique du collecteur par le comburant ainsi que l'évacuation de ce dernier, selon un parcours quasi rectiligne évitant les pertes de
charges dues à des changements de direction, pertes de charge qui pour-
raient être particulièrement importantes avec un comburant tel que l'air -
atmosphérique en raison du débit très élevé nécessaire.
Les parties supérieure et inférieure de la face 32 du collecteur
sont munies de rainures ou évidements tels que 36 permettant l'alimen-
tation en combustible de la face anodique du collecteur à partir des orifices d'acheminement 28 ainsi que l'évacuation du combustible. Des moyens de répartition des flux sont disposés dans lesdites rainures et
évidements 35 et 36.
Ces moyens sont constitués par des nervures allongées, formant des canaux de répartition, la face supérieure des nervures affleurant le plan de la face du collecteur portant les rainures et évidements et servant de ce fait à maintenir l'écartement entre le fond du collecteur supportant les nervures et les constituants adjacents de la pile. Les
canaux ainsi formés sont sensiblement verticaux.
Il s'ensuit que, les canaux délimités par les cannelures sur les parties conductrices du collecteur présentant également une direction moyenne verticale sur la figure, les flux de comburant et de combustible conservent sensiblement la même direction verticale sur la figure tout
le long des faces du collecteur.
Comme on peut le constater en se reportant sur la figure 11, les orifices d'alimentation en combustible 28 présentant une forme oblongue, les rainures ou évidements 36 permettant l'acheminement du combustible débouchent au voisinage des parties desdits orifices oblongs situées le plus près de la face anodique du collecteur. Les nervures de répartition
de combustible définissent un réseau s'évasant depuis lesdits orifi-
ces 28 vers la partie conductrice du collecteur. Des nervures 37 situées au voisinage des orifices 28 définissent des canaux alimentant eux même
un plus grand nombre de canaux intermédiaires définis par des nervu-
res 38, de longueur plus importante et conduisant au voisinage des canaux de la partie conductrice 24 du collecteur, un canal intermédiaire
alimentant au moins un canal 33 de la partie conductrice 24 du collec-
teur. L'allongement des canaux de distribution de combustible permet de réaliser des empilements importants d'éléments en ayant de faibles pertes de charge du gaz dans les canaux de circulation communs à tous les éléments. Il permet en outre un meilleur drainage des liquides parasites
- 10 -
vers la partie inférieure des canaux oblongs inférieurs sans gêner
l'écoulement du gaz résiduel.
Comme on peut le constater en se reportant sur la figure 10, les
nervures de répartition 39 du flux de comburant sont allongées et défi-
nissent des canaux de répartition, sensiblement verticaux sur la figure s'élargissant dans leur partie adjacente à la partie conductrice du collecteur. Le parcours du comburant le long de la face cathodique du
collecteur est quasiment rectiligne, sans changement de direction signi-
ficatif et sans obstacle. Entre les extrémités des nervures 39 situées au voisinage de la partie conductrice 24, on peut disposer des
picots 62.
Les canaux de répartition débouchant de plus sur tout le c8té
horizontal de la partie conductrice du collecteur, on obtient une excel-
lente répartition du comburant au niveau de la face cathodique.
Pour des raisons semblables, il en est de même pour le combustible
au niveau de la face anodique.
Avantageusement, au voisinage de la partie conductrice 24 les extrémités des nervures 38 se superposent aux extrémités des nervures 39 et aux picots 62 de manière à assurer un meilleur maintien de ces zones des collecteurs de courant lors du montage et du serrage des différents
constitutants de la pile.
Le cadre 3 ainsi, que les parties isolantes des collecteurs de
courant, sont avantageusement constitués par le même matériau synthé-
tique isolant, ce qui, bien entendu, permet d'améliorer la solidari-
sation entre ces pièces.
Ces pièces peuvent ainsi être constituées à partir de polypropy-
lène, polyéthylène, polystyrène, chlorure de polyvinyle, acrylonitrile-
butadiène-styrène, polysulfones,.....
Ces matériaux peuvent comporter une charge appropriée, par exemple une matière inerte telle que du talc, en vue de modifier leur propriétés mécaniques et thermiques et particulièrement d'obtenir un coefficient de dilatation thermique proche de celui de la zone centrale conductrice des collecteurs. A titre d'exemples, ces pièces pourront être constituées par du polypropylène chargé de talc, par exemple de 5 à 90% de talc et de
- il -
préférence de 35 à 45%.
La partie centrale conductrice des collecteurs de courant peut avantageusement être réalisée à partir du même matériau plastique que
celui entrant dans la constitution du cadre 3, mais dans lequel on intro-
duit une charge conductrice, par exemple une poudre métallique, une poudre de graphite, de carbone, un noir de four, un noir d'acétylène; des fibres de carbone, de graphite, ou un mélange de ces différents corps. A titre d'exemple elle pourrait être constituée par du polypropylène chargé de noir de carbone par exemple de 10 à 90% et de préférence de 30 à
50%.
Le cadre et les collecteurs peuvent être réalisés par thermocom-
pression, par moulage par injection.
Ce dernier procédé est particulièrement avantageux dans le cas de la réalisation des collecteurs de courant car on introduit simultanément à l'état fluide dans le moule les matières constituant d'une part la zone centrale conductrice et d'autre part la zone périphérique isolante, ce qui permet d'obtenir une soudure des deux matériaux et donc d'éviter une
discontinuité entre les deux zones. En outre ce procédé est particuliè-
rement économique.
La figure 12 est une vue éclatée d'un élément de pile conforme à l'invention. La référence 40 désigne l'ensemble de constituants représentés sur la figure 7 et qui comprend le cadre supportant les électrodes 1 et 2, ainsi que le film plastique 15. De part et d'autre de cet ensemble, on dispose deux collecteurs de courant tels que décrits précédemment. Un premier collecteur 23' vient par les sommets de sa face cathodique 31', en contact électrique contre la surface externe de la cathode (non vue) et par sa face anodique en contact électrique contre la surface externe
de l'anode d'un élément adjacent (non représenté). Un second collec-
teur 23" vient par les sommets de sa face anodique (non vue) en contact
électrique contre la surface externe de l'anode 1 et par sa face catho-
dique 31" en contact électrique contre la cathode de l'autre élément
adjacent (non représenté).
Un comburant gazeux, par exemple l'air, circule entre la cathode de l'ensemble 40 et la face cathodique du collecteur 23' dans les canaux
- 12 -
définis par les cannelures présentes sur la partie centrale conductrice
du collecteur 23'.
Un combustible gazeux, par exemple l'hydrogène circule entre l'anode 1 et la face anodique du collecteur 23" dans les canaux définis par les cannelures présentes sur la partie centrale conductrice du col-
lecteur 23".
Les électrodes sont solidarisées électriquement aux collecteurs de courant au niveau des sommets des cannelures de leurs parties centrales conductrices par tout moyen approprié, par exemple par pression, par
soudage, collage, etc...
Toutefois, il peut être avantageux de conserver non solidarisée une zone périphérique, en forme de couronne, des électrodes, de manière à conserver des possibilités de dilatations différentielles pour éviter des ruptures ou des fissurations des électrodes lors du montage et du
fonctionnement.
La figure 13 représente une pile conforme à l'invention réalisée par assemblage d'une pluralité d'éléments tels que représentés sur la
figure 12.
La référence 50 désigne la pile ainsi constituée, les plaques
d'extrémités étant désignés par les références 51 et 52. Les référen-
ces 53 et 54 désignent les bornes terminales reliées chacune à un des
collecteurs d'extrémité terminant l'empilement des éléments.
Selon un mode de réalisation ce collecteur d'extrémité peut se
différencier des collecteurs bipolaires décrits ci-dessus situés à l'in-
térieur de l'empilement en ce qu'il comporte sur sa face extérieure à l'empilement un élément métallique de faible épaisseur et de surface au
moins égale à celle de la zone active dudit collecteur, préférentiel-
lement en forme de feuille, de grille, de déployé ou de dépôt, appliqué
contre cette face ou incorporé à celle-ci.
Cet élément métallique peut comporter un prolongement latéral auquel sera reliée la borne. Les orifices d'introduction et d'évacuation d'électrolyte dans la pile sont désignés par les références 55 et 56, alors que les références 57 et 58 désignent les orifices d'introduction
et d'évacuation de combustible gazeux.
Les orifices par lesquels le comburant pénètre dans la pile appa-
- 13 -
raissent très clairement sur la figure. Ces orifices sont formés par
* association des évidements 35 et 22 prévus d'une part sur les collec-
teurs de courant 23 et d'autre part sur les faces en regard des cadres 3
sur lesquels sont assujetties les électrodes 2.
Bien entendu l'invention n'est nullement limitée aux modes d'exé- cution décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exem-
ples.
- 14 -
Claims (5)
1/ Pile à combustible du type constituée par une pluralité d'éléments disposés en contact électrique les uns avec les autres, chaque élément comportant: - deux électrodes poreuses présentant une forme de préférence plane et à
faces parallèles, une cathode et une anode comportant chacune un cata-
lyseur spécifique,
- un électrolyte remplissant l'intervalle situé entre lesdites élec-
trodes, - deux collecteurs de courant bipolaires imperméables comportant au moins une zone centrale conductrice, portant des cannelures sur chacune des faces desdits collecteurs, un premier collecteur venant par les sommets de sa face cathodique en contact électrique contre la surface externe de ladite cathode, et par sa face anodique en contact électrique contre la surface externe de l'anode d'un élément adjacent, et un deuxième collecteur venant par les sommets de sa face anodique en contact électrique contre la surface externe de ladite anode, et par sa face cathodique en contact électrique contre la cathode de l'autre élément adjacent, un comburant gazeux circulant entre ladite cathode et la face cathodique du premier collecteur et un combustible gazeux circulant entre ladite anode et la face anodique du deuxième collecteur, lesdites électrodes étant assujetties toutes deux de part et d'autre d'un cadre présentant un orifice central en forme de quadrilatère, et réalisé de préférence en un matériau plastique isolant de telle sorte qu'elles définissent avec ledit cadre un compartiment électrolytique, les parties Inférieure et supérieure desdits collecteurs, situées de part et d'autre
de la zone centrale conductrice étant munies d'orifices pour l'achemi-
nement à travers la pile du combustible et de l'électrolyte, une face desdites parties supérieure et inférieure desdits collecteurs étant munie de rainures ou évidements permettant d'une part l'alimentation en combustible de la face anodique du collecteur à partir d'orifices d'acheminement disposés sur une desdites parties et, d'autre part, l'évacuation du combustible vers des orifices d'acheminement disposés
sur l'autre partie, l'autre face desdites parties étant munie d'évide-
- 15 -
ments communiquant avec l'extérieur permettant l'alimentation en combu-
rant de la face cathodique du collecteur, des moyens de répartition des flux gazeux étant disposés dans lesdites rainures et évidements prévus sur les deux faces des parties supérieure et inférieure du collecteur, ladite pile étant caractérisée par le fait que lesdits moyens de répar- tition sont formés par des nervures allongées (37, 38, 39) formant des canaux de répartition (35, 36), la face supérieure des nervures (37, 38,
39) affleurant le plan de la face des parties (26, 27) présentant les-
dites nervures, les collecteurs (23) comportant au niveau des zones cen-
trales conductrices des cannelures parallèles (33) définissant des canaux (34) de direction moyenne verticale pour la circulation des flux
gazeux et qui sont alimentés par lesdits canaux de répartition (35, 36).
2/ Pile selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les ori-
fices d'alimentation (28) en combustible présentant une forme de préfé-
rence oblongue, les rainures ou évidements (36) permettant l'achemi-
nement du combustible sur les collecteurs de courant (23) débouchent au voisinage des parties desdits orifices oblongs (28) situées le plus près de la zone centrales conductrice (24) du collecteur, les nervures de répartition (37, 38) de fluides définissant un réseau s'évasant depuis
lesdits orifices (28) vers la zone centrale conductrice (24) du collec-
teur, des nervures (37) situées au voisinage des orifices (28) de forme oblongue définissant des canaux pouvant alimenter eux même un plus grand nombre de canaux intermédiaires définis par d'autres nervures (38), de longueur plus importante, et conduisant au voisinage des canaux (34) du collecteur, un canal intermédiaire alimentant au moins un canal (34) de
la zone centrale conductrice (24) du collecteur (23).
3/ Pile selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait
que les nervures allongées (39) disposées sur la face des parties infé-
rieure et supérieure du collecteur (23) au contact avec le comburant alimentant la face cathodique du collecteur, définissent des canaux de
répartition (35) s'élargissant dans leur partie adjacente à la zone cen-
trale conductrice (24) du collecteur (23).
4/ Pile selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait
qu'entre les extrémités des nervures (39) proches des parties conduc-
trices (24) les collecteurs 523) comportent des picots (62), les extré-
- 16 -
mités des nervures (3S) proches des parties conductrices (24) venant se superposer sur un même collecteur (23) aux extrémités des nervures (39)
et aux picots (62).
/ Pile selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait
que les électrodes poreuses (1, 2) sont assujetties à des cadres (3) présentant un orifice central (4) en forme de quadrilatère et réalisé de préférence en un matériau plastique isolant, les parties inférieure (5) et supérieure (6) des cadres (3) situées au regard des évidements prévus
sur les parties du collecteur (23) portant les moyens permettant l'ali-
mentation en comburant de la face cathodique du collecteur étant munies, au voisinage du bord extérieur desdits cadres (3), d'évidements (22) correspondant permettant d'accroître les sections d'entrée et de sortie
du comburant dans l'élément.
6/ Pile selon la revendication 5, caractérisée par le fait que les évide-
ments (22) sont munis de nervures disposées en vis-à-vis des nervu-
res (39) prévues dans les évidements (35).
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