FR2862434A1 - Plaque bipolaire pour pile a combustible - Google Patents

Abstract

Cette plaque bipolaire pour pile à combustible comprend au moins un canal (1) de circulation dans lequel un fluide réactif est destiné à circuler, le ou chaque canal comprenant des premier et deuxième tronçons (T1, T2) en communication et agencés de sorte qu'un flux de fluide réactif à concentration élevée en réactif et à faible concentration en eau et un flux de fluide réactif à faible concentration en réactif et à concentration élevée en eau circulent respectivement dans les premier et deuxième tronçons au voisinage l'un de l'autre.Au moins un passage (A, B) est ménagé entre les premier et deuxième tronçons (T1, T2) pour provoquer, en fonctionnement, un écoulement d'eau du tronçon dans lequel chemine le fluide réactif à faible concentration en réactif et à concentration élevée en eau vers le tronçon dans lequel circule le fluide réactif à concentration élevée en réactif et à faible concentration en eau.

Description

Plaque bipolaire pour pile à combustible.

La présente invention concerne une plaque bipolaire pour pile à combustible, notamment pour pile à combustible du type à membrane échangeuse d'ions (PEM).

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 bipolaires sont munies sur leurs faces en contact avec les membranes de rainures formant avec les membranes des canaux ou conduits de distribution de gaz permettant une circulation des gaz en contact avec la membrane. Des gaz anodiques circulent d'un côté de la membrane et des gaz cathodiques circulent du côté opposé. Des réactions d'oxydoréduction des gaz anodiques et cathodiques se produisent de part et d'autre de la membrane, avec des échanges d'ions à travers la membrane, les électrons étant véhiculés par les plaques bipolaires. De l'énergie électrique est ainsi récupérée.

Lorsque les gaz circulent dans les canaux depuis une entrée vers une sortie, les réactifs sont consommés progressivement. La 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 satisfaisant d'une pile à combustible.

Par ailleurs, pour obtenir de bonnes performances, il est important de pouvoir évacuer l'eau produite par les réactions d'oxydoréduction, afin d'éviter un engorgement des canaux de distribution.

Néanmoins, afin d'obtenir une bonne conduction des ions à travers la membrane, il est nécessaire que celle-ci soit suffisamment humidifiée.

Ainsi, dans le but d'obtenir de meilleures performances et une meilleure fiabilité de la pile à combustible, il est souhaitable, d'une part, d'assurer une distribution homogène des réactifs anodique et cathodique sur la zone active des membranes et, d'autre part, d'évacuer l'eau produite par les réactions d'oxydoréduction, tout en conservant une humidification suffisante de la membrane.

Le document WO 02 37 592 propose une solution pour l'obtention d'une distribution homogène des réactifs. La solution décrite dans ce document préconise d'utiliser 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 dëz'ais le canal de sortie relativement à la vitesse de circulation des gaz dans le canal d'entrée compte tenu du débit constant.

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 discontinu comprend un canal d'entrée et un canal de sortie séparés.

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 par la zone de communication entre les deux canaux, située au centre de la plaque.

Néanmoins, de tels canaux entraînent des pertes de charge importantes qui perturbent l'écoulement des gaz dans les canaux. Par ailleurs, les canaux proposés ne permettent pas un agencement des canaux satisfaisant sur la plaque bipolaire pour améliorer une répartition de réactifs et faciliter une alimentation en gaz anodiques et cathodiques.

Par ailleurs, en ce qui concerne le problème de l'humidification de la membrane, les structures de l'état de la technique préconisent d'utiliser des humidificateurs en amont de la pile pour humidifier les gaz.

Comme on le conçoit, les structures conventionnelles présentent un certain nombre d'inconvénients majeurs relatifs à l'inefficacité relative des solutions utilisées pour obtenir une distribution homogène des réactifs sur la membrane et des moyens mis en oeuvre pour obtenir une humidité suffisante de la membrane, notamment au voisinage de l'entrée des gaz.

En outre, de telles solutions ne permettent pas d'évacuer l'eau générée par les réactions chimiques entretenues au sein de la pile à combustible.

Au vu de ce qui précède, le but de l'invention est de proposer une plaque bipolaire pour pile à combustible permettant d'évacuer l'eau engendrée par les réactions d'oxydoréduction entre les gaz anodique et cathodique, de part et d'autre de la membrane.

Ainsi, il est proposé une plaque bipolaire pour pile à combustible, notamment pour pile à combustible du type à membrane échangeuse d'ions, comprenant au moins un canal de circulation dans lequel un fluide réactif est destiné à circuler, le ou chaque canal comprenant des premier et deuxième tronçons en communication et agencés de sorte qu'un flux de fluide réactif à concentration élevée en réactif et à faible concentration en eau et un flux de fluide réactif à faible concentration en réactif et à concentration élevée en eau circulent respectivement dans les premier et deuxième tronçons au voisinage l'un de l'autre.

Au moins un passage est ménagé entre les premier et deuxième tronçons pour provoquer, en fonctionnement, un écoulement d'eau du 30 tronçon dans lequel chemine le fluide réactif à faible concentration en réactif et à concentration élevée en eau vers le tronçon dans lequel chemine le fluide réactif à concentration élevée en réactif et à faible concentration en eau.

Il devient dès lors possible d'engendrer un flux d'eau de la zone du canal présentant une concentration en eau la plus élevée vers la zone du canal présentant une concentration en eau la moins élevée. On évite ainsi tout risque d'engorgement des canaux de distribution. En outre, dans la mesure où des problèmes d'humidification se posent principalement en entrée, un flux d'eau, vers cette zone, permet de garantir une humidification suffisante de la membrane, et donc d'éviter tout risque d'assèchement.

Dans un mode de réalisation, chaque tronçon comporte une nappe de conduits en parallèle. Dans ce cas, un passage est prévu entre des nappes de conduits adjacentes.

Selon une autre caractéristique de l'invention, pour chaque nappe médiane de conduits dans laquelle circule un fluide réactif ayant une concentration élevée en eau et de part et d'autre de laquelle s'étendent deux nappes de conduits dans lesquelles circule un fluide réactif ayant une concentration relative faible en eau, la plaque est pourvue de deux passages qui s'étendent chacun entre ladite nappe médiane et une nappe de conduits à faible concentration relative en eau.

En variante, chaque nappe médiane de conduits dans laquelle circule un fluide réactif ayant une concentration élevée en eau et de part et d'autre de laquelle s'étendent deux nappes de conduits dans lesquelles circule un fluide réactif ayant une concentration relative faible en eau, la plaque est pourvue d'un passage qui s'étend de ladite nappe médiane vers une nappe de conduits située à une hauteur inférieure.

Dans un mode de réalisation, le passage s'étend entre un 30 conduit de l'une des nappes et un conduit d'une autre nappe.

Avantageusement, on prévoit en outre au moins un passage d'eau interne entre deux conduits voisins de l'une au moins des nappes de conduits. Par exemple, les passages d'eau internes s'étendent chacun entre l'un des conduits de la nappe et un autre conduit situé immédiatement en dessous.

Selon une autre caractéristique de l'invention, les premier et deuxième tronçons sont agencés en spirale de manière généralement concentrique de sorte que le fluide réactif circule de manière centrifuge dans le premier tronçon et de manière centripète dans le deuxième tronçon.

D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention 10 apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 illustre un exemple d'agencement d'un canal de circulation de fluide réactif dans une plaque bipolaire pour pile à 15 combustible; - la figure 2 illustre un autre exemple d'agencement d'un canal de circulation d'une plaque bipolaire; - la figure 3 illustre un troisième exemple d'agencement de canaux de circulation de plaque bipolaire pour pile à combustible; -la figure 4 illustre un quatrième exemple d'agencement de canaux de circulation de plaque bipolaire pour pile à combustible; - la figure 5 illustre un exemple de positionnement d'un passage d'eau dans un canal de circulation de plaque bipolaire de pile à combustible; -la figure 6 est une vue de détail d'un canal de circulation de fluide réactif illustrant un exemple de positionnement des passages d'eau au sein du canal; - la figure 7 est une vue de détail d'un canal de circulation de fluide réactif illustrant un deuxième exemple de positionnement des 30 passages d'eau au sein du canal; et -la figure 8 illustre les différents régimes de circulation d'eau en fonction de la vitesse superficielle du liquide et de la vitesse superficielle du gaz.

En référence aux figures 1 à 4, on va décrire différents modes 5 de réalisation d'un canal de circulation de fluide réactif pour plaque bipolaire de pile à combustible.

Une plaque bipolaire de pile à combustible comprend en effet un certain nombre de nervures qui délimitent entre elles, conjointement avec une membrane échangeuse d'ions, un ou plusieurs 10 canaux dans le ou lesquels circule un fluide réactif.

Les figures 1 à 4 représentent différents agencements de canaux de distribution.

Sur la figure 1, un canal 1 formé sur une plaque bipolaire non représentée comprend un premier tronçon 2 et un second tronçon 3 circulant en parallèle et en spirale de manière généralement concentrique. 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 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 parallélépipédique, ici un profil carré.

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 25 façon centrifuge.

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 répartition homogène des réactifs sur une membrane accolée à la plaque.

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 en spirale mais selon un profil triangulaire.

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 s'étendant sur une face de la plaque bipolaire 5. Les différents canaux s'étendant essentiellement en spirale avec des profils triangulaires.

La plaque bipolaire carrée 5 peut être divisée en quatre zones sensiblement triangulaires 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 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.

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 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 10 de la plaque 5, puis après un coude à 90 au niveau d'un sommet supérieur droit 5b, 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.

Un second canal 12 est formé sur la zone triangulaire de droite de la plaque bipolaire 5. Le second canal 12 comprend un premier tronçon 13 et un second tronçon 14 s'enroulant en spirale dans le sens des aiguilles d'une montre dans la zone triangulaire de droite en partant sensiblement du 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 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.

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 sommet supérieur gauche 5a vers le sommet inférieur droit 5c, même si sur la figure 3 on note un léger décalage.

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 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 chaque canal, favorisant ainsi la circulation de fluides dans les canaux et limitant l'énergie nécessaire à apporter pour la circulation des fluides.

En outre, la prévision de portions de sortie et de portions d'entrée prolongeant les premier et second tronçons d'un canal, en 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.

On a prévu une alimentation centrale des canaux, les portions d'entrée 5, et une évacuation par les bords de la plaque, par une 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.

En variante, on pourrait aussi prévoir une plaque dissymétrique, avec d'un côté d'une diagonale des portions d'entrée 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.

Sur la figure 4, où les références aux éléments semblables à ceux des figures précédentes ont été reprises, une plaque bipolaire 5 20 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.

Les limites des zones carrées sont définies approximativement 25 par les médianes des côtés de la plaque bipolaire carrée. Un axe médian X (vertical sur la figure 4) constitue un axe de symétrie de la plaque bipolaire 5.

Des portions d'entrée des différents canaux, qui sont ici au 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 inférieur 19 de la plaque 5.

On va décrire par la suite l'agencement de canaux dans la zone carrée supérieure gauche de la plaque bipolaire 5.

Un premier canal 6 comprend un premier tronçon 7 s'étendant depuis le bord supérieur 10 de la plaque 5 par l'intermédiaire d'une portion d'entrée courte prolongeant le premier tronçon 7 dans l'alignement de ce dernier. Le premier tronçon 7 et un second tronçon 8 de premier 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 5a de la plaque bipolaire 5 vers son sommet inférieur droit 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 inférieur 19 sur la moitié de ce dernier avant de déboucher au milieu du bord inférieur 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 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. Le second tronçon 14 se termine vers le centre de la plaque bipolaire 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 5a 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 relativement à la portion de sortie 9 du premier canal 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.

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 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.

Le quatrième canal 18 comprend une portion d'entrée 22 qui chemine depuis le bord supérieur 10 jusqu'au bord inférieur 19 où il 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 déboucher au milieu de ce dernier.

Le côté droit de la plaque bipolaire est symétrique par rapport à l'axe médian.

On a prévu des agencements particuliers de canaux dans lesquels les canaux s'enroulent en spirale avec des profils 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.

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 de quadrilatère.

Les canaux décrits circulant en triangle présentent un profil 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 quadrilatères, comme des pentagones ou des hexagones par exemple, selon un profil général de la plaque.

Par ailleurs, on a prévu des entrées et des sorties regroupées sur des côtés de la plaque bipolaire. Bien entendu, on pourrait prévoir 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 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.

Comme indiqué précédemment, bien que dans le mode de réalisation présenté les portions d'entrée circulent au centre de la 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.

Selon les différents agencements décrits ci-dessus, en référence aux figures 1 à 4, la plaque bipolaire comprend un ou plusieurs canaux de circulation, chaque canal comprenant deux tronçons en communication et dans le prolongement l'un de l'autre et agencés sous la forme de spirales généralement concentriques, de sorte que le fluide réactif circulant dans le premier tronçon ait un trajet globalement centrifuge et le fluide réactif circulant dans le deuxième tronçon ait un trajet globalement centripète. Ces deux tronçons s'étendant de manière parallèle et à proximité l'un de l'autre.

Cet agencement améliore la répartition des réactifs sur la membrane accolée à la plaque.

Cependant, selon cet agencement, le fluide réactif qui circule dans les portions du canal les plus proches de l'entrée a une concentration en réactif élevée relativement au fluide circulant dans les portions de canal les plus proches de la sortie. De même, de manière consécutive, le fluide réactif circulant dans les portions de canal les plus proches de l'entrée a une concentration en eau faible, relativement au fluide réactif circulant dans les portions de canal les plus proches de la sortie. Cependant, grâce à l'agencement décrit précédemment, les portions de canal les plus riches en eau s'étendent à côté des portions de canal les plus pauvres en eau.

Dès lors, dans le but d'éviter tout risque d'engorgement, comme représenté sur la figure 5, des passages d'eau A et B sont prévus entre deux tronçons Ti et T2 de canal, de manière à permettre une circulation d'eau des portions de canal dans lesquelles circule un fluide ayant une concentration relativement élevée en eau vers les portions de canal dans lesquelles circule un fluide réactif ayant une concentration relativement faible en eau.

Dans le cas où les canaux sont chacun constitués d'une nappe de conduit, ces passages s'étendent de l'un des conduits de l'une des nappes vers l'un des conduits d'une nappe adjacente résultant de l'enroulement en spirale du canal.

En effet, comme représenté sur la figure 6, sur laquelle on a représenté quatre nappes N1, N2, N3 et N4 de quatre conduits Cl, C2, C3 et C4, alternativement riches en eau (nappes N1 et N3) et pauvres en eau (nappes N2 et N4), et sur laquelle les flèches F représentent des flux d'eau et les flèches F' correspondent à un flux de fluide réactif, on prévoit un passage d'eau entre deux conduits Cl et C4 de deux nappes adjacentes.

Ainsi, par exemple, en ce qui concerne une nappe N3 intermédiaire qui est bordée latéralement par deux nappes N2 et N4 pauvres en eau, on prévoit un passage d'eau de l'un des conduits, à savoir le conduit désigné par la référence Cl de cette nappe N3 vers un conduit C4 adjacent de l'une des nappes N2 pauvre en eau. De même, on prévoit un passage d'eau dans le conduit C4 de la nappe N3 vers un conduit Cl adjacent de l'autre nappe N4 pauvre en eau. De même, au sein de chaque nappe, on prévoit des passages d'eau additionnels, de manière à répartir la distribution d'eau entre les conduits de la nappe.

Ainsi, en ce qui concerne les nappes N2 et N4 pauvres en eau, des passages d'eau sont prévus pour engendrer une circulation transversale d'eau des conduits extérieurs Cl et C4, qui reçoivent de l'eau en provenance des nappes N1 et N3 riches en eau, vers les conduits intérieurs C2 et C3.

Au contraire, en ce qui concerne les nappes riches en eau, on prévoit des passages d'eau des conduits intérieurs, tels que C2 ou C3, vers les conduits extérieurs, tels que C4, à partir desquels de l'eau est prélevée.

Selon une autre variante, représentée sur la figure 7, pour laquelle les références aux éléments identiques à ceux de la figure 6 ont été reprises, les passages d'eau sont prévus de manière à engendrer un écoulement d'eau dans le sens de la gravité g.

En d'autres termes, selon cette variante, les passages d'eau sont créés entre les nappes N1 et N3 dans lesquelles circule un flux de réactif ayant une concentration élevée en eau, et les nappes N2 et N4, respectivement situées immédiatement en dessous, c'est-à-dire à une hauteur inférieure, dans lesquelles circule un flux de réactif ayant une concentration en eau relativement faible.

De même, au sein de chaque nappe, N1, N2, N3 et N4, des passages d'eau sont créés des conduits de circulation les plus hauts Cl vers les conduits de circulation les plus bas C4, afin d'obtenir une homogénéité de la concentration d'eau au sein de chaque nappe.

Comme on le conçoit, grâce à cet agencement, il est possible d'évacuer de l'eau en surplus dans un canal riche en eau vers un canal pauvre en eau.

Tel est en particulier le cas au niveau de la sortie de la plaque bipolaire au niveau de laquelle l'évacuation d'eau est prévue pour évacuer de l'eau au niveau de l'entrée du canal de circulation afin, d'une part, d'éviter tout risque d'engorgement et, d'autre part, maintenir un niveau d'humidité suffisant pour la membrane.

On a représenté sur la figure 8 une carte d'écoulement illustrant différents modes d'écoulement de liquide au sein de la plaque bipolaire,en fonction de la vitesse superficielle du liquide (VLS) et de la vitesse superficielle du flux de réactif (VGS). On distingue trois modes distincts d'écoulement, à savoir une zone d'écoulement stratifié (S), une zone d'écoulement annulaire (A) et une zone d'écoulement intermittent (I). Comme le montre la flèche F", il est possible, en agissant sur la vitesse du liquide (VLS), et donc en diminuant le débit de liquide, de régler le mode d'écoulement du liquide au sein de la plaque bipolaire, et en particulier de passer d'un mode d'écoulement intermittent à un mode d'écoulement stratifié.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1. Plaque bipolaire (5) pour pile à combustible, notamment pour pile à combustible du type à membrane échangeuse d'ions, comprenant au moins un canal de circulation (6) dans lequel un fluide réactif est destiné à circuler, le ou chaque canal comprenant des premier et deuxième tronçons (7, 8) en communication et agencés de sorte qu'un flux de fluide réactif à concentration élevée en réactif et à faible concentration en eau et un flux de fluide réactif à faible concentration en réactif et à concentration élevée en eau circulent respectivement dans les premier et deuxième tronçon au voisinage l'un de l'autre, caractérisée en ce qu'au moins un passage (A, B) est ménagé entre les premier et deuxième tronçons (7, 8) pour provoquer, en fonctionnement, un écoulement d'eau du tronçon dans lequel chemine le fluide réactif à faible concentration en réactif et à concentration élevée en eau vers le tronçon dans lequel chemine le fluide réactif à concentration élevée en réactif et à faible concentration en eau.

2. Plaque bipolaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque tronçon comporte une nappe (N1, N2, N3, N4) de conduits en parallèle.

3. Plaque bipolaire selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'un passage est prévu entre des nappes (N1, N2, N3, N4) de conduits adjacentes.

4. Plaque bipolaire selon la revendication 3, caractérisée en ce que pour chaque nappe (N1, N3) médiane de conduits dans laquelle circule un fluide réactif ayant une concentration élevée en eau et de part et d'autre de laquelle s'étendent deux nappes de conduits dans lesquelles circule un fluide réactif ayant une concentration relative faible en eau, la plaque est pourvue de deux passages (A, B) qui s'étendent chacun entre ladite nappe médiane et une nappe de conduits à faible concentration relative en eau.

5. Plaque bipolaire selon la revendication 3, caractérisé en ce que pour chaque nappe (N1, N3) médiane de conduits dans laquelle circule un fluide réactif ayant une concentration élevée en eau et de part et d'autre de laquelle s'étendent deux nappes (N2, N4) de conduits dans lesquelles circule un fluide réactif ayant une concentration relative faible en eau, la plaque est pourvue d'un passage (A, B) qui s'étend de ladite nappe médiane vers une nappe de conduits située à une hauteur inférieure.

6. Plaque bipolaire selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que le passage s'étend entre un conduit (Cl, C2, C3, C4) de l'une des nappes et un conduit d'une autre nappe.

7. Plaque bipolaire selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre au moins un passage d'eau interne entre deux conduits voisins (Cl, C2, C3, C4) de l'une au moins des nappes de conduits.

8. Plaque bipolaire selon la revendications 7, caractérisée en ce que les passages d'eau internes s'étendent chacun entre l'un des 20 conduits de la nappe et un autre conduit situé immédiatement en dessous.

9. Plaque bipolaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que les premier et deuxième tronçons (Tl, T2) sont agencés en spirale de manière généralement concentrique de sorte que le fluide réactif circule de manière centrifuge dans le premier tronçon et de manière centripète dans le deuxième tronçon.