FR2858466A1

FR2858466A1 - Bipolar plate for ion-exchange membrane type fuel cell, has circulation channels with inlet and outlet sections parallely circulating and spirally arranged, where inlet section opens directly into outlet section to form continuous channel

Info

Publication number: FR2858466A1
Application number: FR0309237A
Authority: FR
Inventors: Marielle Marchand; Anna Maria Morgante
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2003-07-28
Filing date: 2003-07-28
Publication date: 2005-02-04

Abstract

The plate has circulation channels (6) for flow of fluid along a surface. Each channel has inlet and outlet sections (7, 8) parallely circulating on plate and spirally arranged such that fluid penetrates in the channel by circulating in section (7) in a centripetal manner and comes out from the channel by circulating in section (8) in a centrifugal manner. The section (7) opens directly into section (8) to form a continuous channel.

Description

Plaque bipolaire pour pile à combustibleBipolar plate for fuel cell

La présente invention concerne une plaque bipolaire pour pile à combustible, notamment pour pile à combustible du type à membrane échangeuse d'ions (PEM). The present invention relates to a bipolar plate for fuel cells, in particular for ion exchange membrane (PEM) type fuel cells.

Les piles à combustible du type PEM comprennent généralement un empilement de plaques bipolaires et de membranes échangeuses d'ions, les membranes étant formées par un électrolyte solide, réalisé par exemple à partir de matériau polymère. Les plaques 10 bipolaires sont munies sur leurs faces en contact avec les membranes de rainures formant avec les membranes des canaux de distribution de gaz permettant une circulation des gaz en contact avec la membrane. PEM fuel cells generally comprise a stack of bipolar plates and ion exchange membranes, the membranes being formed by a solid electrolyte, made for example from polymeric material. The bipolar plates are provided on their faces in contact with the groove membranes forming with the membranes of the gas distribution channels allowing a circulation of the gas in contact with the membrane.

Des gaz anodiques circulent d'un côté de la membrane et des gaz cathodiques circulent du côté opposé. Des réactions d'oxydoréduction 15 des gaz anodiques et cathodiques se produisent de part et d'autre de la membrane, avec des échanges d'ions à travers la membrane. De l'énergie électrique est ainsi récupérée. Anode gases flow on one side of the membrane and cathodic gases flow on the opposite side. Oxidation-reduction reactions of anodic and cathodic gases occur on both sides of the membrane, with ion exchange across the membrane. Electrical energy is thus recovered.

Lorsque les gaz circulent dans les canaux depuis une entrée vers une sortie, les réactifs sont consommés progressivement. La 20 concentration de réactifs dans le flux circulant dans les canaux se réduit au fur et à mesure. Cette réduction de réactif, à fortiori à proximité des sorties de canaux de distribution, peut résulter en une répartition non uniforme des réactifs sur la surface active d'échange de la membrane. Ceci ne permet pas d'atteindre un fonctionnement 25 satisfaisant d'une pile à combustible. When the gases circulate in the channels from an inlet to an outlet, the reagents are consumed gradually. The concentration of reactants in the flow flowing in the channels is reduced as and when. This reagent reduction, especially in the vicinity of the distribution channel outlets, may result in a non-uniform distribution of the reagents on the active exchange surface of the membrane. This does not achieve satisfactory operation of a fuel cell.

Pour obtenir de meilleures performances et une meilleure fiabilité de la pile à combustible, il est souhaitable d'assurer une distribution homogène des réactifs anodiques et cathodiques sur la zone active des membranes. For better performance and reliability of the fuel cell, it is desirable to ensure a homogeneous distribution of anodic and cathodic reactants on the active area of the membranes.

Le document WO 02 37 592 propose une plaque bipolaire munie de canaux comprenant un canal d'entrée et un canal de sortie avec des volumes différents pour augmenter une vitesse de circulation des gaz dans le canal de sortie relativement à la vitesse de circulation des gaz dans le canal d'entrée compte tenu du débit constant. WO 02 37592 proposes a bipolar plate provided with channels comprising an inlet channel and an outlet channel with different volumes for increasing a rate of circulation of the gases in the outlet channel relative to the speed of circulation of gases in the input channel given the constant flow.

Ce document propose dans un mode de réalisation de former un canal de sortie plus court qu'un canal d'entrée. Pour cela, un canal 5 discontinu comprend un canal d'entrée et un canal de sortie séparés. This document proposes in one embodiment to form a shorter output channel than an input channel. For this, a discontinuous channel 5 comprises a separate input channel and output channel.

Le canal de sortie et le canal d'entrée circulent parallèlement en spirale, le canal de sortie étant situé à l'intérieur, de sorte que le canal de sortie est plus court et possède un volume plus petit que le canal d'entrée. Les gaz circulent du canal d'entrée dans le canal de sortie 10 par des zones de diffusion de gaz. The output channel and the input channel flow in a spiral parallel fashion, the output channel being located inside, so that the output channel is shorter and has a smaller volume than the input channel. The gases flow from the inlet channel into the outlet channel 10 through gas diffusion zones.

Néanmoins, de tels canaux entraînent des pertes de charge importantes qui perturbent l'écoulement des gaz dans les canaux et réduisent le rendement global du système de pile à combustible. Par ailleurs, les canaux proposés ne permettent pas un agencement des 15 canaux satisfaisant sur la plaque bipolaire pour améliorer une répartition de réactifs et faciliter une alimentation en gaz anodiques et cathodiques. Nevertheless, such channels cause significant pressure losses that disrupt the flow of gas in the channels and reduce the overall efficiency of the fuel cell system. Furthermore, the proposed channels do not allow a satisfactory channel arrangement on the bipolar plate to improve a reagent distribution and facilitate a supply of anode and cathode gases.

Un but de la présente invention est de proposer une plaque bipolaire pour pile à combustible permettant une distribution 20 homogène des réactifs sur une membrane tout en facilitant et en simplifiant l'alimentation en fluides, et une conception de la plaque bipolaire. It is an object of the present invention to provide a bipolar fuel cell plate for homogenous distribution of reagents on a membrane while facilitating and simplifying fluid supply, and a bipolar plate design.

Une telle plaque bipolaire pour pile à combustible, notamment du type à membrane échangeuse d'ions, comprend au moins un canal 25 de circulation pour le cheminement d'un fluide le long d'une surface de la plaque, le canal comprenant des premier et second tronçons circulant en parallèle sur la plaque et agencés en spirale de sorte qu'un fluide pénétrant dans le canal circule de façon centripète dans le premier tronçon et ressort du canal en circulant de façon centrifuge 30 dans le second tronçon, le premier tronçon débouchant directement dans le second tronçon pour former un canal continu. Such a bipolar fuel cell plate, in particular of the ion exchange membrane type, comprises at least one circulation channel 25 for the path of a fluid along a surface of the plate, the channel comprising first and second second sections circulating in parallel on the plate and arranged in a spiral so that a fluid entering the channel circulates centripetally in the first section and spring of the channel by circulating centrifugally in the second section, the first section opening directly in the second section to form a continuous channel.

La prévision d'un canal continu permet de faciliter la circulation dans le canal et de limiter des pertes de charge dans le canal. Le fluide circulant dans le canal est plus riche en réactifs dans le premier tronçon que dans le second tronçon, mais les parties du 5 second tronçon dans lesquelles le fluide est moins riche en réactifs se situent à proximité des parties du premier tronçon où le fluide est le plus riche en réactifs. Ainsi, on obtient sur la plaque bipolaire une répartition plus homogène des réactifs. The prediction of a continuous channel makes it possible to facilitate circulation in the channel and to limit pressure drops in the channel. The fluid flowing in the channel is richer in reagents in the first section than in the second section, but the parts of the second section in which the fluid is less rich in reagents are located near the parts of the first section where the fluid is the richest in reagents. Thus, on the bipolar plate, a more homogeneous distribution of the reagents is obtained.

Dans un mode de réalisation, les premier et second tronçons 10 d'un canal circulent en spirale selon un profil en polygone, par exemple en parallélogramme ou en triangle. Des profils en parallélogramme et en triangle permettent d'utiliser au mieux une surface d'une plaque bipolaire. On pourra prévoir une pluralité de canaux en disposant les canaux de façon imbriquée, sans perdre 15 d'espace. Ces profils sont aussi mieux adaptés pour former des plaques de forme générale en parallélogramme. Des profils circulaires peuvent être envisagés, par exemple sur des plaques en forme générale de disque. In one embodiment, the first and second sections 10 of a channel circulate in a spiral in a polygonal profile, for example a parallelogram or a triangle. Parallelogram and triangle profiles make it possible to best use a surface of a bipolar plate. A plurality of channels may be provided by arranging the channels nested without losing space. These profiles are also better adapted to form plates of generally parallelogram shape. Circular profiles can be envisaged, for example on generally disk-shaped plates.

Dans un mode de réalisation, la plaque bipolaire comprend au 20 moins deux canaux agencés en spirale. Ainsi, on peut former sur la plaque une pluralité de canaux de longueur limitée, pour une circulation de fluides avec des pertes de charge limitées. Par ailleurs, on peut aussi améliorer une répartition des réactifs sur une membrane. In one embodiment, the bipolar plate comprises at least two channels arranged in a spiral. Thus, it is possible to form on the plate a plurality of channels of limited length, for a circulation of fluids with limited pressure drops. Moreover, it is also possible to improve a reagent distribution on a membrane.

Dans un mode de réalisation, les canaux sont arrangés sur la 25 plaque bipolaire avec au moins un axe de symétrie. Ceci permet de faciliter l'agencement des canaux sur la plaque bipolaire, notamment pour prévoir des portions de sortie et d'entrée des gaz. In one embodiment, the channels are arranged on the bipolar plate with at least one axis of symmetry. This facilitates the arrangement of the channels on the bipolar plate, in particular to provide outlet portions and gas inlet.

Dans un mode de réalisation, un canal comprend à une extrémité une portion d'entrée en communication avec le premier 30 tronçon et à l'extrémité opposée une portion de sortie en communication avec le second tronçon, les portions d'entrée et de sortie débouchant sur les bords de la plaque. Les portions d'entrée et de sortie ne sont pas nécessairement agencées en parallèle et en spirale. Néanmoins, les portions d'entrée et de sortie présentent une longueur limitée par rapport à la longueur totale du canal. Les portions d'entrée et de sortie sont destinées à faciliter l'alimentation des 5 canaux. Les portions d'entrée et de sortie débouchent sur des bords de la plaque, permettant ainsi une alimentation simple des canaux. In one embodiment, a channel comprises at one end an input portion in communication with the first section and at the opposite end an output portion in communication with the second section, the input and output portions opening out. on the edges of the plate. The input and output portions are not necessarily arranged in parallel and spiral. Nevertheless, the input and output portions have a limited length relative to the total length of the channel. The input and output portions are intended to facilitate the power of the 5 channels. The inlet and outlet portions open on the edges of the plate, thus allowing a simple supply of the channels.

Dans un mode de réalisation, une plaque comprend une pluralité de canaux agencés en spirale, des portions d'entrée des canaux débouchant sur un même côté de la plaque. Ainsi, 10 l'alimentation des différents canaux peut se faire à partir d'une zone limitée de la plaque commune pour tous les canaux. In one embodiment, a plate comprises a plurality of channels arranged in a spiral configuration, with inlet portions of the channels opening on the same side of the plate. Thus, the supply of the different channels can be made from a limited area of the common plate for all the channels.

Dans un mode de réalisation, la plaque comprend une pluralité de canaux agencés en spirale, des portions de sortie des canaux débouchant sur un même côté de la plaque. In one embodiment, the plate comprises a plurality of channels arranged spirally, outlet portions of the channels opening on the same side of the plate.

Dans un mode de réalisation, une portion d'entrée et une portion de sortie d'un canal débouchent sur un même côté de la plaque. In one embodiment, an inlet portion and an outlet portion of a channel open on the same side of the plate.

On peut ainsi prévoir qu'une portion d'entrée et une portion de sortie d'un canal débouchent sur des côtés différents de la plaque. It can thus be provided that an inlet portion and an outlet portion of a channel open on different sides of the plate.

La présente invention et ses avantages seront mieux compris à 20 l'étude de la description détaillée de modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue de dessus d'un canal circulant en spirale selon un profil de parallélogramme, selon un aspect de 25 l'invention; - la figure 2 est une vue de dessus d'un canal circulant en spirale selon un profil triangulaire, selon un aspect de l'invention; - la figure 3 est une vue d'ensemble d'une plaque à profil carré munie d'une pluralité de canaux circulant en spirale avec des profils 30 triangulaires; et - la figure 4 est une vue d'ensemble d'une plaque bipolaire à profil carré comprenant une pluralité de canaux circulant chacun en spirale selon des profils triangulaires. The present invention and its advantages will be better understood on studying the detailed description of embodiments taken by way of non-limitative examples and illustrated by the appended drawings in which: FIG. 1 is a top view of a spiral circulating channel according to a parallelogram profile, according to one aspect of the invention; - Figure 2 is a top view of a spirally circulating channel according to a triangular profile, according to one aspect of the invention; Figure 3 is an overall view of a square profile plate provided with a plurality of spirally circulating channels with triangular profiles; and FIG. 4 is an overall view of a square-profile bipolar plate comprising a plurality of channels each circulating in spirals along triangular profiles.

Sur la figure 1, un canal 1 formé sur une plaque bipolaire non 5 représentée comprend un premier tronçon 2 et un second tronçon 3 circulant en parallèle et en spirale. Le canal 1 est continu, c'est-à- dire que le premier tronçon 2 débouche directement dans le second tronçon 3. En d'autres termes, le premier tronçon 2 et le second tronçon 3 ne sont que deux sections distinctes d'un seul et même canal 1. Une 10 section intermédiaire centrale 4 relie de façon continue le premier tronçon 2 au second tronçon 3. Le canal 1 circule en spirale avec un profil général de parallélogramme, ici un profil carré. In FIG. 1, a channel 1 formed on a non-represented bipolar plate comprises a first section 2 and a second section 3 circulating in parallel and in a spiral. The channel 1 is continuous, that is to say that the first section 2 opens directly into the second section 3. In other words, the first section 2 and the second section 3 are only two distinct sections of a 1 and a single channel 1. A central intermediate section 4 connects the first section 2 continuously to the second section 3. The channel 1 circulates in a spiral with a general parallelogram profile, here a square profile.

Sur la figure 1, les canaux sont représentés avec des coudes vifs à 90 . On pourrait bien entendu prévoir des coudes arrondis pour 15 faciliter la circulation du fluide dans ces coudes et limiter des pertes de charge. In Figure 1, the channels are shown with 90 bends. Of course, it would be possible to provide rounded elbows to facilitate the circulation of the fluid in these bends and to limit pressure drops.

Dans le premier tronçon 2, le fluide circule de façon centripète, et dans le second tronçon 3, le fluide ressort du canal 1 en circulant de façon centrifuge. In the first section 2, the fluid circulates centripetally, and in the second section 3, the fluid leaves the channel 1 by circulating centrifugally.

Du fait de la circulation en parallèle des tronçons d'entrée et de sortie, les portions du canal les plus proches de la sortie circulent à côté des portions du canal les plus proches de l'entrée. Ainsi, les portions du canal les plus pauvres en réactifs circulent à côté des portions de canal les plus riches en réactif, ce qui améliore une 25 répartition homogène des réactifs sur une membrane accolée à la plaque. Due to the parallel flow of the inlet and outlet sections, the portions of the channel closest to the outlet flow next to the portions of the channel closest to the inlet. Thus, the poorest portions of the reagent channel flow alongside the reagent-rich channel portions, which improves a homogeneous reagent distribution on a membrane contiguous to the plate.

Sur la figure 2, où les références aux éléments identiques à ceux de la figure 1 ont été reprises, un canal 1 de plaque bipolaire diffère du mode de réalisation précédent en ce que le canal 1 circule 30 en spirale mais selon un profil triangulaire. In FIG. 2, where references to elements identical to those of FIG. 1 have been repeated, a bipolar plate channel 1 differs from the previous embodiment in that the channel 1 circulates in a spiral but in a triangular profile.

Sur la figure 3, une plaque bipolaire référencée 5 dans son ensemble présente une forme générale en carré. Plusieurs canaux de circulation, ici au nombre de quatre, sont formés sous la forme de rainures circulant sur une face de la plaque bipolaire 5. Les différents canaux circulent essentiellement en spirale avec des profils triangulaires. In FIG. 3, a bipolar plate referenced as a whole has a generally square shape. Several circulation channels, here four in number, are formed in the form of grooves circulating on one side of the bipolar plate 5. The various channels circulate essentially in spiral with triangular profiles.

La plaque bipolaire carrée 5 peut être divisée en quatre zones triangulaires sensiblement délimitées par les diagonales de la plaque bipolaire 5, chaque canal cheminant selon un profil triangulaire dans une zone. Les canaux présentent ainsi des profils sensiblement en triangle isocèles rectangle, la base des triangles constituant les bords 10 de la plaque bipolaire 5, et les autres bords des triangles s'étendant selon des demi-diagonales de la plaque bipolaire 5. Les sommets rectangles des triangles sont ainsi disposés à proximité du centre de la plaque bipolaire 5. Les diagonales de la plaque bipolaire 5 forment sensiblement des axes de symétrie, au sens de la géométrie plane 15 (même si de légers décalages apparaissent sur les dessins). The square bipolar plate 5 can be divided into four triangular zones substantially delimited by the diagonals of the bipolar plate 5, each channel traveling along a triangular profile in a zone. The channels thus have substantially isosceles triangle-shaped profiles, the base of the triangles constituting the edges 10 of the bipolar plate 5, and the other edges of the triangles extending along half-diagonals of the bipolar plate 5. The rectangular vertices of the triangles are thus disposed near the center of the bipolar plate 5. The diagonals of the bipolar plate 5 substantially form axes of symmetry, in the sense of the plane geometry 15 (even if slight offsets appear in the drawings).

Un premier canal 6 est formé sur la plaque bipolaire dans une zone triangulaire située vers le haut sur la figure. Le premier canal 6 présente un premier tronçon d'entrée 7 dont l'extrémité débouche directement dans un sommet 5a de la plaque bipolaire 5, qui est sur la 20 figure un sommet supérieur gauche 5a. Un second tronçon de sortie 8 du premier canal 6 se termine à côté de l'extrémité d'entrée du premier tronçon 7. Le second tronçon de sortie 8 ne débouche pas directement, mais est prolongé de façon continue par une portion de sortie 9 du premier canal 6 cheminant sur la plaque 5 en suivant un bord supérieur 25 10 de la plaque 5, puis après un coude à 90 au niveau d'un sommet supérieur droit Sb, en suivant un bord droit 11 de la plaque 5 jusqu'à rejoindre un sommet inférieur droit 5c de la plaque 5. La portion de sortie 9 débouche à ce sommet 5c. A first channel 6 is formed on the bipolar plate in a triangular area located upward in the figure. The first channel 6 has a first inlet section 7, the end of which opens directly into an apex 5a of the bipolar plate 5, which is in the figure an upper left vertex 5a. A second outlet section 8 of the first channel 6 ends next to the inlet end of the first section 7. The second outlet section 8 does not open directly, but is continuously extended by an outlet portion 9 of the first channel 6 traveling on the plate 5 following an upper edge 25 10 of the plate 5, then after a 90 elbow at a top right top Sb, following a straight edge 11 of the plate 5 to join a lower right vertex 5c of the plate 5. The output portion 9 opens at this apex 5c.

Un second canal 12 est formé sur la zone triangulaire de droite 30 de la plaque bipolaire 5. Le second canal 12 comprend un premier tronçon 13 et un second tronçon 14. Le premier tronçon 13 s'enroule dans le sens inverses des aiguilles d'une montre, et le second tronçon 14 se déroule dans le sens des aiguilles d'une montre et aboutit au sommet inférieur droit 5c de la plaque bipolaire 5. Le canal 12 comprend une portion d'entrée 15 rectiligne s'étendant selon une diagonale de la plaque bipolaire, depuis le coin supérieur gauche 5a de 5 la plaque bipolaire 5, où la portion d'entrée débouche à l'extérieur, vers le sommet inférieur droit 5c, ou elle rejoint de façon continue le premier tronçon 13 du second canal 12. Le second tronçon 14 du second canal 12 est prolongé par une portion de sortie 16 s'étendant déboucher au niveau du sommet inférieur droit 5c. A second channel 12 is formed on the right triangular zone 30 of the bipolar plate 5. The second channel 12 comprises a first section 13 and a second section 14. The first section 13 is wound in the reverse direction of the needles of a shows, and the second section 14 runs in a clockwise direction and leads to the lower right-hand top 5c of the bipolar plate 5. The channel 12 comprises a rectilinear input portion 15 extending along a diagonal of the bipolar plate, from the upper left corner 5a of the bipolar plate 5, where the inlet portion opens outwards, towards the lower right-hand top 5c, or it joins continuously the first section 13 of the second channel 12. The second section 14 of the second channel 12 is extended by an outlet portion 16 extending to open at the lower right-hand top 5c.

Des troisième et quatrième canaux 17, 18 sont formés dans les zones triangulaires respectivement à gauche et en bas de la plaque bipolaire 5 sur la figure 3. Les troisième et quatrième canaux 17, 18 sont formés de façon sensiblement symétrique respectivement aux premier et second canaux, par rapport à la diagonale partant du 15 sommet supérieur gauche 5a vers le sommet inférieur droit 5c, même si sur la figure 3 on note un léger décalage. Third and fourth channels 17, 18 are formed in the triangular zones respectively on the left and bottom of the bipolar plate 5 in FIG. 3. The third and fourth channels 17, 18 are formed substantially symmetrically with the first and second channels respectively. relative to the diagonal from the upper left-hand vertex 5a to the lower right-hand vertex 5c, although in FIG. 3 there is a slight shift.

Ainsi, on peut prévoir sur une plaque bipolaire de profil carré une pluralité de canaux circulant chacun en spirale. Dans chaque zone couverte par un canal, la répartition des réactifs est homogène du fait 20 de la circulation en parallèle et en spirale des tronçons d'entrée et de sortie des canaux. La formation d'une pluralité de canaux permet aussi d'améliorer une homogénéisation de la répartition des réactifs sur l'ensemble de la plaque bipolaire. Par ailleurs, la prévision d'une pluralité de canaux séparés permet de limiter les pertes de charge dans 25 chaque canal, favorisant ainsi la circulation de fluides dans les canaux et limitant l'énergie nécessaire à apporter pour la circulation des fluides. Thus, it is possible to provide on a bipolar plate of square profile a plurality of channels each circulating in a spiral. In each zone covered by a channel, the reagent distribution is homogeneous due to the parallel and spiral circulation of the inlet and outlet sections of the channels. The formation of a plurality of channels also makes it possible to improve homogenization of the reagent distribution over the entire bipolar plate. Furthermore, the provision of a plurality of separate channels makes it possible to limit the pressure losses in each channel, thus promoting the circulation of fluids in the channels and limiting the energy required to provide for the circulation of the fluids.

En outre, la prévision de portions de sortie et de portions d'entrée prolongeant les premier et second tronçons d'un canal, en 30 fonction de l'agencement des canaux sur la plaque bipolaire, permet de prévoir un regroupement des sorties et des entrées des canaux d'un même côté de la plaque pour faciliter et simplifier l'alimentation des canaux. In addition, the provision of output portions and input portions extending the first and second sections of a channel, depending on the arrangement of the channels on the bipolar plate, provides for a grouping of outputs and inputs. channels on the same side of the plate to facilitate and simplify the supply of the channels.

On a prévu une alimentation centrale des canaux, les portions d'entrée Sa, et une évacuation par les bords de la plaque, par une 5 portion de sortie 9. Bien entendu, on pourrait prévoir l'inverse. Ce serait le cas si on alimentait les canaux par le coin inférieur droit 5c, en prévoyant l'évacuation des gaz par le coin supérieur gauche. There is provided a central supply of the channels, the input portions Sa, and a discharge by the edges of the plate, by an output portion 9. Of course, we could provide the opposite. This would be the case if the channels were fed from the lower right corner 5c, providing for the evacuation of gases by the upper left corner.

En variante, on pourrait aussi prévoir une plaque dissymétrique, avec d'un côté d'une diagonale des portions d'entrée 10 cheminant sur le bord de la plaque et des portions de sortie cheminant par le centre, et de l'autre côté d'une diagonale des portions de sortie cheminant sur le bord de la plaque et des portions d'entrée cheminant par le centre. Alternatively, an asymmetrical plate could also be provided, with on one side of a diagonal input portions 10 running on the edge of the plate and exit portions running through the center, and on the other side a diagonal of the exit portions running on the edge of the plate and entry portions running through the center.

Sur la figure 4, où les références aux éléments semblables à 15 ceux des figures précédentes ont été reprises, une plaque bipolaire 5 de forme carrée est divisée en quatre zones de profil sensiblement carré, chaque zone étant divisée en deux régions à profil triangulaire, accueillant chacune un canal circulant en spirale avec un profil triangulaire. In FIG. 4, where the references to the elements similar to those of the preceding figures have been repeated, a square-shaped bipolar plate 5 is divided into four zones of substantially square profile, each zone being divided into two triangular profile regions, accommodating each a spiral channel with a triangular profile.

Les limites des zones carrées sont définies approximativement par les médianes des côtés de la plaque bipolaire carrée. Un axe médian A (vertical sur la figure 4) constitue un axe de symétrie de la plaque bipolaire 5. The boundaries of the square areas are approximately defined by the medians of the sides of the square bipolar plate. A median axis A (vertical in FIG. 4) constitutes an axis of symmetry of the bipolar plate 5.

Des portions d'entrée des différents canaux, qui sont ici au 25 nombre total de huit, débouchent en parallèle au milieu d'un bord supérieur 10 de la plaque bipolaire 5 et circulent au centre de la plaque selon l'axe médian puis se distribuent latéralement vers les régions triangulaires. Des portions de sortie des canaux sont agencées et cheminent sur la périphérie de la plaque et débouchent sur un bord 30 inférieur 19 de la plaque 5. Input portions of the various channels, which are here in the total number of eight, open in parallel in the middle of an upper edge 10 of the bipolar plate 5 and circulate in the center of the plate along the median axis and then are distributed laterally to the triangular regions. Outlet portions of the channels are arranged and run on the periphery of the plate and open on a lower edge 19 of the plate 5.

On va décrire par la suite l'agencement de canaux dans la zone carrée supérieure gauche de la plaque bipolaire 5. The arrangement of channels in the upper left square zone of the bipolar plate 5 will be described later.

Un premier canal 6 comprend un premier tronçon 7 partant du bord supérieur 10 de la plaque 5 par l'intermédiaire d'une portion d'entrée 24 courte prolongeant le premier tronçon 7 dans l'alignement de ce dernier. Le premier tronçon 7 et un second tronçon 8 du premier 5 canal 6 circulent en parallèle et en spirale dans la région triangulaire située au-dessus d'une diagonale de la zone carrée supérieure gauche correspondant à une diagonale de la plaque bipolaire 5 s'étendant du sommet supérieur gauche Sa de la plaque bipolaire 5 vers son sommet inférieur droit 5c. A first channel 6 comprises a first section 7 extending from the upper edge 10 of the plate 5 via a short inlet portion 24 extending the first section 7 in alignment with the latter. The first section 7 and a second section 8 of the first channel 6 circulate in parallel and spirally in the triangular region situated above a diagonal of the upper left square zone corresponding to a diagonal of the bipolar plate 5 extending from the upper left vertex Sa of the bipolar plate 5 towards its lower right vertex 5c.

Le second tronçon 8 se termine en se dirigeant parallèlement à l'axe médian vers le bord supérieur 10, mais ne débouche pas sur le bord supérieur 10. Le second tronçon 8 est prolongé de façon continue par une portion de sortie 9 cheminant sur la moitié gauche du bord supérieur 10, puis suivant le bord gauche de la plaque 5, puis le bord 15 inférieur 19 sur la moitié de ce dernier avant de déboucher au milieu du bord inférieur 19. The second section 8 ends parallel to the median axis towards the upper edge 10, but does not open on the upper edge 10. The second section 8 is continuously extended by an outlet portion 9 running on half left of the upper edge 10, then along the left edge of the plate 5, then the lower edge 19 on half of the latter before opening in the middle of the lower edge 19.

Un second canal 12 est situé dans la seconde région triangulaire comprise dans la zone carrée supérieure gauche. Le second canal 12 comprend une portion d'entrée 15 circulant depuis le milieu 20 du bord supérieur 10 de la plaque bipolaire 5 vers le centre de la plaque où elle rejoint et communique de façon continue avec un premier tronçon 13. Un second tronçon 14 et le premier tronçon 13 circulent en parallèle et en spirale dans la seconde région triangulaire. A second channel 12 is located in the second triangular region included in the upper left square zone. The second channel 12 comprises an inlet portion 15 flowing from the middle 20 of the upper edge 10 of the bipolar plate 5 towards the center of the plate where it joins and communicates continuously with a first section 13. A second section 14 and the first section 13 flows in parallel and spirals in the second triangular region.

Le second tronçon 14 se termine vers le centre de la plaque bipolaire 25 5. Le second tronçon 14 est prolongé par une portion de sortie 16 qui suit la diagonale de la zone supérieure gauche vers le sommet supérieur gauche Sa de la plaque bipolaire 5, puis suit la portion de sortie 9 du premier canal 6 en parallèle, la portion de sortie 16 du second canal 12 étant située vers l'intérieur de la plaque bipolaire 5 30 relativement à la portion de sortie 9 du premier canal 6. The second section 14 ends towards the center of the bipolar plate 5. The second section 14 is extended by an outlet portion 16 which follows the diagonal of the upper left zone towards the upper left vertex Sa of the bipolar plate 5, then follows the output portion 9 of the first channel 6 in parallel, the output portion 16 of the second channel 12 being located towards the inside of the bipolar plate 5 relative to the output portion 9 of the first channel 6.

Des troisième et quatrième canaux 17, 18 sont agencés de façon similaire aux premier et second canaux 6, 12, en étant décalés vers le bas pour se situer dans la zone carrée inférieure gauche de la plaque bipolaire 5. Third and fourth channels 17, 18 are arranged similarly to the first and second channels 6, 12, being downwardly shifted to the lower left square zone of the bipolar plate 5.

Le troisième canal 17 comprend une portion d'entrée 20 qui circule depuis le bord supérieur 10 jusqu'au centre de la plaque 5 où il 5 rejoint le premier tronçon du troisième canal, et une portion de sortie 21 qui chemine depuis le centre de la plaque 5 vers le bord gauche puis suit en parallèle la portion de sortie du second canal 12. The third channel 17 comprises an inlet portion 20 which flows from the upper edge 10 to the center of the plate 5 where it joins the first section of the third channel, and an outlet portion 21 which travels from the center of the third channel. plate 5 to the left edge and then follows in parallel the output portion of the second channel 12.

Le quatrième canal 18 comprend une portion d'entrée 22 qui chemine depuis le bord supérieur 10 jusqu'au bord inférieur 19 où il 10 rejoint le premier tronçon du quatrième canal, et une portion de sortie 23 cheminant sensiblement depuis le milieu du bord inférieur 19 en remontant en diagonal vers le milieu du bord gauche de la plaque 5, puis suit la portion de sortie du troisième canal en parallèle, en suivant le bord gauche puis le bord inférieur 19 de la plaque 5, avant de 15 déboucher au milieu de ce dernier. The fourth channel 18 comprises an inlet portion 22 which travels from the upper edge 10 to the lower edge 19 where it joins the first section of the fourth channel, and an outlet portion 23 substantially running from the middle of the lower edge 19 going up diagonally towards the middle of the left edge of the plate 5, then follows the output portion of the third channel in parallel, following the left edge and then the lower edge 19 of the plate 5, before emerging in the middle of this latest.

Le côté droit de la plaque bipolaire est symétrique par rapport à l'axe médian. The right side of the bipolar plate is symmetrical about the median axis.

On a prévu des agencements particuliers de canaux dans lesquels les canaux s'enroulent en spirale avec des profils 20 triangulaires. Ces agencements sont particulièrement pratiques pour former des plaques bipolaires à profil carré avec un grand nombre de canaux. Les différents canaux présentent des longueurs totales sensiblement égales ce qui favorise une circulation homogène des gaz dans les différents canaux qui présentent une résistance similaire. Particular arrangements of channels are provided in which the channels wind in a spiral with triangular profiles. These arrangements are particularly useful for forming square-profile bipolar plates with a large number of channels. The different channels have substantially equal total lengths which promotes a homogeneous circulation of the gases in the different channels which have a similar resistance.

On pourrait envisager de prévoir des enroulements à profil carré (comme illustré par la figure 1), un enroulement correspondant par exemple à une zone carrée de la plaque bipolaire 5, ou plus généralement à profil en parallélogramme. It could be envisaged to provide windings with a square profile (as illustrated in FIG. 1), a winding corresponding, for example, to a square zone of the bipolar plate 5, or more generally to a parallelogram profile.

Les canaux décrits circulant en triangle présentent un profil 30 particulier du type triangle isocèle rectangle. Bien sûr, on peut envisager des profils de triangle quelconques. On notera que l'on peut également envisager des profils de circulation en polygones autres que des triangles ou des parallélogrammes, comme des pentagones ou des hexagones par exemple, selon un profil général de la plaque. The channels described circulating in a triangle have a particular profile of the type isosceles triangle rectangle. Of course, one can consider any triangle profiles. It will be noted that it is also possible to envisage circulation profiles in polygons other than triangles or parallelograms, such as pentagons or hexagons for example, according to a general profile of the plate.

Par ailleurs, on a prévu des entrées et des sorties regroupées sur des côtés de la plaque bipolaire. Bien entendu, on pourrait prévoir 5 différentes entrées situées sur des bords différents ou sur les mêmes bords mais espacés. On pourrait également prévoir des sorties disposées sur des bords différents ou sur des mêmes bords mais espacés. Les portions d'entrée et de sortie d'un canal peuvent déboucher sur des côtés identiques ou différents. Ceci peut être 10 modifié simplement en adaptant le cheminement de portions d'entrée et de sortie des différents canaux, et on peut combiner les différentes possibilités d'agencement sur une même plaque. In addition, there are provided inputs and outputs grouped on sides of the bipolar plate. Of course, one could provide 5 different inputs located on different edges or on the same but spaced edges. It could also provide outputs arranged on different edges or on the same edges but spaced. The inlet and outlet portions of a channel may lead to the same or different sides. This can be modified simply by adapting the routing of input and output portions of the different channels, and the different arrangement possibilities can be combined on the same plate.

Comme indiqué auparavant, bien que dans le mode de réalisation présenté les portions d'entrée circulent au centre de la 15 plaque et les portions de sortie à la périphérie, on peut prévoir un agencement inverse, ou une combinaison d'agencements différents sur les côtés de la plaque, qui serait alors dissymétrique. As previously indicated, although in the embodiment shown the inlet portions are circulating at the center of the plate and the periphery output portions, a reverse arrangement, or a combination of different arrangements on the sides, can be provided. of the plate, which would then be asymmetrical.

Grâce à l'invention, on obtient une plaque bipolaire munie d'un ou plusieurs canaux continus permettant une distribution homogène de 20 réactifs sur une membrane et limitant les pertes de charge, ce qui améliore la circulation des fluides dans le ou les canaux. Une répartition plus homogène des fluides permet en outre de réduire les débits des composants réactifs, puisque les quantités nécessaires de réactifs sont liées au rendement de la pile à combustible. Les canaux 25 peuvent être prévus avec des profils susceptibles de permettre des arrangements adaptés pour obtenir des plaques avec des profils différents. Par ailleurs, on obtient des plaques sur lesquelles on peut regrouper des entrées ou des sorties de multiples canaux facilitant ainsi l'alimentation et l'évacuation des gaz. 30 Thanks to the invention, a bipolar plate is obtained provided with one or more continuous channels allowing a homogeneous distribution of reagents on a membrane and limiting the pressure losses, which improves the flow of fluids in the channel or channels. A more homogeneous distribution of the fluids also makes it possible to reduce the flow rates of the reactive components, since the necessary quantities of reagents are linked to the efficiency of the fuel cell. The channels 25 may be provided with profiles capable of allowing arrangements adapted to obtain plates with different profiles. In addition, plates are obtained on which can be grouped inputs or outputs of multiple channels thus facilitating the supply and the evacuation of gases. 30

Claims

Bipolar plate (5) for a fuel cell, in particular of the ion exchange membrane type, comprising at least one circulation channel (6) for the path of a fluid along a surface of the plate, the channel (6) comprising first and second sections (7, 8) circulating in parallel on the plate and arranged in a spiral so that a fluid entering the channel circulates centripetally in the first section and leaves the channel as it flows. centrifugally in the second section, characterized in that the first section (7) opens directly into the second section (8) to form a continuous channel.

2. Plate according to claim 1, characterized in that the first and second sections (7, 8) of a channel circulate spirally according to a polygonal profile, for example a parallelogram or a triangle, or a circular profile.

3. Plate according to any one of the preceding claims, characterized in that the bipolar plate (5) comprises at least two channels (6, 12) arranged in a spiral.

4. Plate according to claim 3, characterized in that the channels are arranged on the bipolar plate with at least one axis of symmetry.

5. Plate according to any one of the preceding claims, characterized in that a channel (12) comprises at one end an inlet portion in communication with the first section (13) and / or an output portion ( 16) in communication with the second section (14), the input and output portions opening on the edges of the plate (5).

6. Plate according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a plurality of channels arranged spirally, channel input portions opening on the same side of the plate.

7. Plate according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a plurality of channels arranged spirally, channel outlet portions opening on the same side of the plate.

8. Plate according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises at least one channel of which an inlet portion and an outlet portion open on the same side of the plate.

9. Plate according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises at least one channel, an inlet portion and an outlet portion open on different sides of the plate.