FR2872631A1

FR2872631A1 - Bipolar plate assembly for use in fuel cell, has fluid connection structures with alternate assembling straps having beveled ends extending parallel to two plates and cooperating with alternate beveled cuts formed in outer sides of plates

Info

Publication number: FR2872631A1
Application number: FR0451375A
Authority: FR
Inventors: Frederic Barth; Pierre Charlat; Patrick Sanglan
Original assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2004-06-30
Filing date: 2004-06-30
Publication date: 2006-01-06
Anticipated expiration: 2024-06-30
Also published as: FR2872631B1

Abstract

The assembly has two plates (1A, 1B) coupled with each other at their inner sides defining gas circulation channels communicating with fluid connection structures (M, N). The structures have orthogonal tubular units (11) and alternate assembling straps (8M, 8N) with beveled ends extending parallel to the plates and cooperating with alternate beveled cuts formed in outer sides of the plates. An independent claim is also included for a fuel cell having bipolar plate assembly.

Description

La présente invention concerne les ensembles de plaques bipolaires pourThe present invention relates to bipolar plate assemblies for

piles à combustibles comprenant une paire de plaques formant collecteur de courant, destinées à être accolées par leurs faces intérieures, en enserrant entre elles une structure électrode-membrane-électrode (dite EME) avec ses couches fuel cells comprising a pair of current collector plates, intended to be contiguous to their inner faces, by sandwiching between them an electrode-membrane-electrode (EME) structure with its layers

s de diffusion de gaz par collecteur de courant (généralement désignées par l'acronyme GDL), chaque plaque définissant, sur sa face intérieure, des canaux de circulation de gaz. s of gas diffusion by current collector (generally designated by the acronym GDL), each plate defining, on its inner face, gas circulation channels.

La réalisation de ces ensembles multi-composants présente jusqu'à présent des difficultés d'assemblage mais aussi de désassemblage en cas de io nécessité de démontage d'une cellule de piles. The realization of these multi-component assemblies has until now difficulties of assembly but also of disassembly in case of io need to disassemble a cell of batteries.

La présente invention a pour objet de proposer un ensemble de plaques bipolaires de structure simple et permettant un montage et un démontage aisé. The present invention aims to provide a set of bipolar plates of simple structure and for easy assembly and disassembly.

Pour ce faire, selon une caractéristique de l'invention, le canal de circulation de gaz communique, à une extrémité de la plaque, avec une structure de raccordement de fluide participant au maintien en configuration accolée de deux plaques. To do this, according to one characteristic of the invention, the gas circulation channel communicates, at one end of the plate, with a fluid connection structure participating in the maintenance contiguous configuration of two plates.

Selon des caractéristiques plus particulières de l'invention: - la structure de raccordement comporte des pattes de montage et de raccordement alternées à extrémité biseautée, s'étendant parallèlement aux plaques et coopérant avec des découpes biseautées alternées formées dans les faces externes des plaques de la paire de plaques dans lesquelles débouchent les canaux, - la structure de raccordement comprend des éléments tubulaires de raccordement orthogonaux aux pattes de montage, la structure de raccordement est réalisée par moulage d'un élastomère thermoplastique, - chaque plaque est réalisée par moulage d'une composition à base de graphite. According to more particular features of the invention: the connection structure comprises alternating mounting and connecting tabs with beveled end, extending parallel to the plates and cooperating with alternating bevelled cuts formed in the external faces of the plates of the pair of plates in which the channels open, - the connection structure comprises tubular connecting elements orthogonal to the mounting lugs, the connecting structure is made by molding a thermoplastic elastomer, - each plate is made by molding a composition based on graphite.

La présente invention concerne également une pile à combustible 30 incorporant au moins un ensemble de plaques du type défini ci-dessus. The present invention also relates to a fuel cell incorporating at least one set of plates of the type defined above.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante d'un mode de réalisation, donné à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec les dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'un ensemble de deux plaques bipolaires accolées selon un mode de réalisation de l'invention, la figure 2 est une vue en perspective d'une plaque nue, - la figure 3 est une vue en plan d'une structure de raccordement et d'assemblage de plaques selon l'invention, - la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne de coupe IV - IV de la 10 figure 3, - la figure 5 est une vue schématique en coupe à plus grande échelle montrant l'assemblage d'une patte de montage et d'une plaque selon l'invention. Other features and advantages of the invention will emerge from the following description of an embodiment, given by way of illustration but not by way of limitation, with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a perspective view a set of two bipolar plates contiguous to one embodiment of the invention, Figure 2 is a perspective view of a bare plate, - Figure 3 is a plan view of a connection structure and 4 is a sectional view along section line IV - IV of FIG. 3; FIG. 5 is a diagrammatic view in section on a larger scale showing the assembly; FIG. a mounting bracket and a plate according to the invention.

Sur les figures 1 et 5, on reconnaît un ensemble de deux plaques bipolaires 1A 1B accolées l'une contre l'autre en enserrant entre leurs faces intérieures planes une structure membrane-électrode-membrane EME avec ses couches de diffusion de gaz GDL 2, l'étanchéité entre les plaques étant assurée par un joint périphérique 3. In FIGS. 1 and 5, there is a set of two bipolar plates 1A 1B contiguous to one another, enclosing between their flat inner faces a membrane-electrode-membrane structure EME with its GDL 2 gas diffusion layers, the sealing between the plates being provided by a peripheral seal 3.

Chaque plaque présente, sur la face externe, des nervures transversales 4 et, sur la face intérieure plane, des canaux longitudinaux intercommuniquants assurant sur une des faces de la structure EME, la distribution et l'évacuation du gaz concerné (contenant de l'hydrogène d'une part et contenant de l'oxygène d'autre part). Ces canaux, par exemple en forme de serpentin (non représenté) débouchent vers l'extérieur par deux orifices tels que 5 percés orthogonalement dans la plaque. Each plate has, on the outer face, transverse ribs 4 and, on the flat inner face, longitudinal intercommunicating channels providing on one side of the EME structure, the distribution and evacuation of the gas concerned (containing hydrogen on the one hand and containing oxygen on the other). These channels, for example in the form of a coil (not shown) open outwards by two orifices such as 5 drilled orthogonally in the plate.

Comme on le voit mieux sur les figures 2 et 5, chaque orifice 5 débouche dans un fonds biseauté 6 d'une découpe 7 se prolongeant jusqu'au bord de la plaque en formant un redan 8. Comme on le voit sur les figures 1 et 5, la paire de découpes 7 de la plaque supérieure sont décalées latéralement de la paire de découpes de la plaque inférieure de façon à recevoir des pattes de montage 8 et 9, également décodées latéralement et agencées en opposition d'une même structure de montage et de raccordement M ou N. 2872631 3 Chaque structure M ou N comporte donc deux telles pattes inversées 8 ou 9, pourvues chacune d'un canal central longitudinal 10 débouchant dans l'alésage étagé orthogonal d'un élément tubulaire de raccordement 11. As best seen in FIGS. 2 and 5, each orifice 5 opens into a beveled base 6 of a cutout 7 extending to the edge of the plate forming a step 8. As can be seen in FIGS. 5, the pair of cuts 7 of the upper plate are laterally offset from the pair of cuts of the lower plate so as to receive mounting tabs 8 and 9, also laterally decoded and arranged in opposition to the same mounting structure and Each M or N structure therefore comprises two such inverted tabs 8 or 9, each provided with a longitudinal central channel 10 opening into the orthogonal stepped bore of a tubular connection element 11.

Les deux éléments tubulaires 11 d'une structure de raccordement M ou N sont reliés l'une à l'autre par une cloison verticale 12. Avantageusement, les deux structures M, N sont reliées l'une à l'autre par un voile transversal 13. The two tubular elements 11 of a connecting structure M or N are connected to each other by a vertical partition 12. Advantageously, the two structures M, N are connected to one another by a transverse web 13.

Comme on le voit mieux sur les figures 4 et 5, chaque patte 8, 9 comporte une face d'extrémité biseautée 14 correspondant à la face biseautée 6 de la découpe 7 et dans laquelle débouche le canal 10 en regard de l'orifice 5 de la lo plaque associée. La face biseautée 14 se termine, vers l'arrière, par une nervure transversale 15 venant s'accrocher avec le redan 8 de la découpe lors de l'insertion des pattes 8 et 9 dans les découpes 7 des plaques accolées 1A, 1B assurant ainsi le verrouillage en position des structures de raccordement M, N sur les plaques et le maintien de celles-ci en configuration accolée. Cette is configuration accolée est assurée d'autre part, à l'extrémité opposée des plaques, par une simple agrafe en matériau plastique ou élastomère 16 clipsée dans une découpe 17 des plaques 1A 1B. As can be seen more clearly in FIGS. 4 and 5, each tab 8, 9 has a beveled end face 14 corresponding to the bevelled face 6 of the cutout 7 and into which the channel 10 faces the orifice 5 of FIG. the associated plate lo. The bevelled face 14 ends, towards the rear, by a transverse rib 15 coming to hook with the step 8 of the cutout during the insertion of the tabs 8 and 9 in the cuts 7 of the contiguous plates 1A, 1B thus ensuring locking in position the M, N connection structures on the plates and maintaining them in contiguous configuration. This contiguous configuration is provided on the other hand, at the opposite end of the plates, by a simple clip made of plastic material or elastomer 16 clipped in a cutout 17 of the plates 1A 1B.

Selon un aspect particulier de l'invention, chaque élément tubulaire 11 comporte une partie inférieure 18 de diamètre élargi et une partie supérieure 19 de plus petit diamètre de façon que, lors de l'empilement des ensembles de plaques pour constituer une pile, les parties tubulaires 19 d'un ensemble pénètrent à étanchéité dans les parties tubulaires 18 d'un étage adjacent assurant ainsi la continuité des lignes de raccordement de gaz. According to a particular aspect of the invention, each tubular element 11 comprises a lower portion 18 of enlarged diameter and an upper portion 19 of smaller diameter so that, during the stacking of the sets of plates to constitute a stack, the parts tubular 19 of an assembly penetrate sealing in the tubular portions 18 of an adjacent stage thus ensuring the continuity of the gas connection lines.

Les structures de raccordement M, N sont avantageusement réalisées par injection en élastomère thermoplastique IPE, notamment celui commercialisé sous l'appellation HYTRELTM. Les plaques bipolaires 1A et 1B sont réalisées par moulage de poudres à base de graphite. Connection structures M, N are advantageously made by injection of IPE thermoplastic elastomer, in particular that marketed under the name HYTRELTM. The bipolar plates 1A and 1B are produced by molding graphite-based powders.

On comprendra qu'avec l'agencement qui vient d'être décrit l'assemblage de deux plaques accolées et de leur structure de raccordement s'effectue très simplement par insertion/clipsage des pattes 8 et 9 dans les découpes 7 et la sécurisation de l'ensemble par mise en place, à l'autre extrémité, de l'agrafe 16. It will be understood that with the arrangement that has just been described the assembly of two contiguous plates and their connecting structure is very simply done by inserting / clipping the tabs 8 and 9 into the cutouts 7 and securing the together by placing the clip 16 at the other end.

A l'inverse, le démontage s'effectue très simplement en désengageant manuellement les pattes 8,9 des découpes 7 pour extraire la structure de raccordement M/N et en désengageant l'agrafe 16. Conversely, disassembly is carried out very simply by manually disengaging the tabs 8,9 of the blanks 7 to extract the M / N connection structure and disengaging the clip 16.

L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais est susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme du métier 5 dans le cadre des revendications ci-après. The invention is not limited to the embodiments described but is subject to modifications and variations that will occur to those skilled in the art within the scope of the following claims.

Claims

A set of bipolar fuel cell plates comprising a pair of plates (1A 1B) contiguous with their inner faces defining each of the gas flow channels communicating, at one end of the assembly, with a fluid connection structure unitary (M; N) participating in the maintenance contiguous configuration of the plates.

2. An assembly according to claim 1, characterized in that the connecting structure (M; N) has alternating mounting and connecting flanges (8, 9) with beveled end (14) extending parallel to the plates (1A). 1B) and cooperating with alternating bevelled cuts (7) formed in the outer faces of the plates of the pair and into which the gas-capping channels open.

3. An assembly according to claim 2, characterized in that the connecting structure (M; N) comprises tubular connecting elements (II) orthogonal to the mounting and connecting lugs (8, 9).

4. An assembly according to claim 3, characterized in that the connecting structure comprises two pairs (M, N) subsets of tabs (8, 9) / tubular elements (11).

5. Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting structure (M; N) is made by molding a thermoplastic elastomer.

6. Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that each plate (1A; 1B) is made by molding a graphite-based composition.

7. Fuel cell incorporating at least one assembly according to one of the preceding claims.