FR2891404A1 - Fuel cell for use as electric source, has inlet collector whose effective fluid passage section varies progressively along longitudinal flow of fluid and with partition walls inclined for increasing and reducing fluid passage section - Google Patents

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Abstract

The cell has an inlet collector (20) whose effective fluid passage section varies progressively along a longitudinal flow of a fluid from a main orifice (22) till its opposite end. The collector has a partition wall (26) dividing a case (21) into an isolated volume and a useful volume. The wall is inclined for reducing the fluid passage section along the fluid flow in the collector. A partition wall (36) is placed in an outlet collector (30) and inclined in a direction inverse to that of the wall (26) for increasing the passage section along the fluid flow in the collector (30).

Description

Pile à combustible alimentée par un système de distributionFuel cell powered by a distribution system

de fluides L'invention concerne une pile à combustible, notamment utilisée comme source électrique à bord d'un véhicule automobile.  The invention relates to a fuel cell, in particular used as an electrical source on board a motor vehicle.

L'invention concerne plus particulièrement un système de distribution de fluide alimentant cette pile à combustible en réactifs.  The invention more particularly relates to a fluid distribution system supplying this fuel cell with reagents.

Une telle pile à combustible 10, dont un exemple est représenté figure 1, est généralement formée d'un empilement de io cellules 11 dont chacune est composée d'une cathode plane 12 et d'une anode plane 14, séparées par une membrane électrolytique 16, en matériau polymère dans les cas des piles PEMFC (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell) et en céramique dans le cas des SOFC (Solid Oxyd Fuel Cell). Les cellules 11 de l'empilement sont is séparées par des plaques 18 destinées à alimenter les électrodes en réactifs. Les cathodes planes 12 sont ainsi alimentées en comburant, qui peut être de l'air atmosphérique ou toute autre source d'oxygène tandis que les anodes planes 14 sont alimentées en carburant, qui est de l'hydrogène H2.  Such a fuel cell 10, an example of which is represented in FIG. 1, is generally formed of a stack of cells 11 each of which is composed of a planar cathode 12 and of a planar anode 14, separated by an electrolytic membrane 16 , of polymer material in the case of PEMFC (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell) and ceramic in the case of SOFC (Solid Oxyd Fuel Cell). The cells 11 of the stack are separated by plates 18 intended to supply the electrodes with reagents. The flat cathodes 12 are thus supplied with oxidant, which may be atmospheric air or any other source of oxygen while the flat anodes 14 are supplied with fuel, which is hydrogen H 2.

L'alimentation en hydrogène et oxygène de cette pile 10 est assurée par un système qui permet pour chaque réactif de distribuer, à partir d'une source unique, un fluide à des plaques alimentant des électrodes. Un tel système comporte: - des faisceaux de conduits parallèles 19 entre eux agencés dans des plaques 18 également parallèles entre elles et fournissant au moins un fluide aux électrodes; - au moins un collecteur 20 qui s'étend longitudinalement et qui comporte un orifice principal d'entrée 22 et une série d'orifices secondaires latéraux 24 reliés aux plaques 18 pour distribuer au moins un fluide dans les conduits 19; - et des moyens pour homogénéiser la répartition du fluide dans l'ensemble des plaques.  The hydrogen and oxygen supply of this cell 10 is ensured by a system which allows for each reagent to distribute, from a single source, a fluid to plates supplying electrodes. Such a system comprises: parallel bundles of conduits 19 arranged in plates 18 also parallel to each other and providing at least one fluid to the electrodes; at least one collector 20 which extends longitudinally and which comprises a main inlet orifice 22 and a series of lateral secondary orifices 24 connected to the plates 18 for distributing at least one fluid in the conduits 19; and means for homogenizing the distribution of the fluid in all the plates.

Le système est généralement équipé d'un collecteur de sortie (non représenté à la figure 1) du même type que le collecteur d'entrée 20 et qui recueille le fluide n'ayant pas réagi, mélangé aux fluides produits par la réaction, pour le diriger vers un point d'échappement unique.  The system is generally equipped with an outlet manifold (not shown in FIG. 1) of the same type as the inlet manifold 20 and which collects the unreacted fluid, mixed with the fluids produced by the reaction, for the point to a single escape point.

Il existe deux possibilités d'alimentation de l'empilement en fonction du sens d'écoulement du fluide dans un tel système de distribution.  There are two possibilities for supplying the stack according to the direction of flow of the fluid in such a distribution system.

Selon la première possibilité, les orifices principaux 22 io dans les collecteurs d'entrée 20 et de sortie 30 sont situés du même côté de l'empilement, de telle sorte que si le fluide s'écoule longitudinalement de gauche à droite dans le collecteur d'entrée 20 alors il s'écoule dans le sens inverse, de droite à gauche, dans le collecteur de sortie. Cette possibilité est appelée communé- is ment empilement en "U" ("U stack").  According to the first possibility, the main orifices 22 in the inlet and outlet manifolds 30 are situated on the same side of the stack, so that if the fluid flows longitudinally from left to right in the collector input 20 then it flows in the opposite direction, from right to left, into the output collector. This possibility is commonly referred to as "U stack".

Selon la seconde possibilité, les orifices principaux dans les collecteurs d'entrée 20 et de sortie sont situés de part et d'autre de l'empilement, de telle sorte que le fluide s'écoule longitudinalement de gauche à droite dans le collecteur d'entrée et également dans le collecteur de sortie. Cette possibilité est appelée communément empilement en "Z" ("Z stack").  According to the second possibility, the main orifices in the inlet and outlet manifolds 20 are situated on either side of the stack, so that the fluid flows longitudinally from left to right in the collector input and also in the output collector. This possibility is commonly called stacking in "Z" ("Z stack").

Il existe aussi des piles à combustible fonctionnant en mode dit "impasse" à l'anode 12. Dans une telle pile, le système de distribution anodique comporte alors un collecteur d'entrée du type décrit précédemment par lequel le carburant alimente les différentes anodes, mais il ne comporte pas collecteur de sortie du carburant.  There are also fuel cells operating in so-called "dead-end" mode at the anode 12. In such a stack, the anodic distribution system then comprises an inlet manifold of the type described above by which the fuel feeds the various anodes, but it does not have a fuel outlet manifold.

Avantageusement par rapport à un mode de fonctionnement traditionnel à l'anode, le mode de fonctionnement en "impasse" à l'anode permet de consommer sensiblement la totalité du carburant. Ainsi, il n'est pas nécessaire de prévoir un traitement du carburant non consommé.  Advantageously with respect to a traditional mode of operation at the anode, the mode of operation in "dead end" at the anode allows to consume substantially all the fuel. Thus, it is not necessary to provide a treatment of the fuel not consumed.

Toutes les cellules 11 d'une telle pile 10 sont, en général, reliées électriquement en série mais la distribution des fluides réactifs est effectuée en parallèle entre les cellules 11. La puissance électrique produite par la pile 10 est proportionnelle aux débits de comburant et de carburant. Il est donc nécessaire que toutes les cellules 11 soient alimentées de manière la plus homogène possible pour assurer un bon fonctionnement global de la pile 10.  All the cells 11 of such a cell 10 are, in general, electrically connected in series but the distribution of the reactive fluids is carried out in parallel between the cells 11. The electric power produced by the cell 10 is proportional to the flow rates of oxidizer and fuel. It is therefore necessary for all the cells 11 to be fed as homogeneously as possible in order to ensure overall good operation of the cell 10.

Dans un tel système de distribution de fluides dans les io piles à combustible, les collecteurs d'entrée et de sortie ont des sections constantes le long de l'empilement. Or, les pertes de charges systématiques "freinent" le flux, ce qui diminue progressivement le débit le long de l'écoulement dans le collecteur. Ainsi toutes les cellules 11 ne sont pas alimentées de is la même manière et cela a pour effet de réduire fortement le rendement global de l'empilement.  In such a fluid distribution system in the fuel cells, the inlet and outlet manifolds have constant sections along the stack. However, the systematic pressure losses "slow down" the flow, which gradually decreases the flow along the flow in the collector. Thus all the cells 11 are not powered in the same way and this has the effect of greatly reducing the overall efficiency of the stack.

Dans l'état actuel de la technique et dans les cas des piles à combustible utilisées dans l'automobile, la solution adoptée pour éviter la diminution progressive du débit du fluide et donc pour homogénéiser sa distribution consiste à surdimensionner les collecteurs de manière à rendre les pertes de charges négligeables. Cependant, la compacité et la légèreté sont des facteurs clés qu'il est impératif de respecter pour les applications automobiles.  In the current state of the art and in the case of fuel cells used in the automobile, the solution adopted to avoid the gradual decrease of the fluid flow and thus to homogenize its distribution is to oversize the collectors so as to make the negligible losses. However, compactness and lightness are key factors that must be respected for automotive applications.

Une autre solution, proposée dans le document US-A-2003/0104265, consiste à "réguler" le flux entrant dans les plaques en introduisant un "obstacle" cylindrique dans le collecteur d'entrée an amont des orifices secondaires de distribution. Cet élément provoque un rétrécissement local de la section de passage du flux. La dispersion et la répartition du flux, du au passage par ce rétrécissement, provoquent une distribution plus homogène du gaz à l'entrée des faisceaux.  Another solution, proposed in document US-A-2003/0104265, is to "regulate" the flow entering the plates by introducing a cylindrical "obstacle" into the inlet manifold upstream of the secondary distribution orifices. This element causes a local narrowing of the flow passage section. The dispersion and the distribution of the flow, due to the passage by this narrowing, cause a more homogeneous distribution of the gas at the entrance of the beams.

Cependant, l'incorporation d'un tel obstacle cylindrique a pour inconvénient d'augmenter considérablement les pertes de charges et de diminuer de fait le rendement global du système.  However, the incorporation of such a cylindrical obstacle has the disadvantage of considerably increasing the pressure drops and decreasing the overall efficiency of the system.

Pour remédier à ces problèmes, la présente invention propose une pile à combustible alimentée par un système de distribution de fluide du type décrit précédemment équipé de moyens pour homogénéiser la répartition du fluide dans l'ensemble des plaques, caractérisée en ce que la section efficace de passage du fluide dans le collecteur évolue io longitudinalement depuis l'orifice d'entrée jusqu'à son extrémité opposée.  To remedy these problems, the present invention proposes a fuel cell powered by a fluid distribution system of the type described above equipped with means for homogenizing the distribution of the fluid in all the plates, characterized in that the cross section of the Fluid passage in the manifold evolves longitudinally from the inlet port to its opposite end.

Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - le collecteur est un boîtier de section constante dans lequel est agencée une cloison faisant varier progressivement la is section de passage du collecteur; -le collecteur est un conduit formé longitudinalement dans l'empilement des cellules; - la pile à combustible comporte au moins un collecteur d'entrée et un collecteur de sortie, réalisés conformément aux enseignements de l'invention, qui sont reliés aux plaques de faisceaux, et qui sont agencés longitudinalement de part et d'autre de l'empilement; - les orifices principaux des deux collecteurs d'entrée et de sortie sont situés du même côté de l'empilement et la section de passage est progressivement décroissante d'amont en aval selon le sens d'écoulement du fluide dans le collecteur d'entrée et la section de passage du fluide est progressivement croissante d'amont en aval selon le sens d'écoulement du fluide dans le collecteur de sortie; - les orifices principaux des deux collecteurs d'entrée et de sortie sont situés de part et d'autre de l'empilement et la section de passage du fluide dans les deux collecteurs est progressivement croissante d'amont en aval selon le sens d'écoulement du fluide jusqu'à mi-longueur de l'empilement puis progressivement décroissante; - la rugosité des parois internes des collecteurs est déterminée en fonction des pertes de charges.  According to other characteristics of the invention: the collector is a constant section housing in which is arranged a partition gradually varying the passage section of the collector; the collector is a duct formed longitudinally in the stack of cells; the fuel cell comprises at least one inlet manifold and an outlet manifold, made in accordance with the teachings of the invention, which are connected to the bundle plates, and which are arranged longitudinally on either side of the stack; the main orifices of the two inlet and outlet manifolds are situated on the same side of the stack and the passage section is progressively decreasing from upstream to downstream according to the direction of flow of the fluid in the inlet manifold, and the fluid passage section is progressively increasing from upstream to downstream depending on the flow direction of the fluid in the outlet manifold; the main orifices of the two inlet and outlet manifolds are situated on either side of the stack and the section of passage of the fluid in the two manifolds is progressively increasing from upstream to downstream in the direction of flow fluid up to mid-length of the stack then gradually decreasing; the roughness of the internal walls of the collectors is determined as a function of the losses of charges.

s D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins en annexe dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'une pile io 10 selon l'art antérieur; - la figure 2A est une vue en perspective du système de distribution selon l'art antérieur et la figure 2B est une vue schématique en perspective de la pile 10 avec un collecteur comportant une cloison selon un premier mode de réalisation de is l'invention; - la figure 3 est vue en coupe d'un empilement d'une pile selon le premier mode de réalisation de l'invention pour la distribution dite en "U" ; - les figures 4A et 4B représentent des coupes d'un 20 empilement d'une pile dont la distribution est dite en "Z" selon le premier mode de réalisation de l'invention; - les figure 5A et 5B illustrent le mode opératoire de réalisation selon la deuxième réalisation de l'invention.  Other features and advantages will become apparent upon reading the detailed description which follows for the understanding of which reference will be made to the appended drawings in which: FIG. 1 is a diagrammatic sectional view of a stack; According to the prior art; FIG. 2A is a perspective view of the distribution system according to the prior art and FIG. 2B is a schematic perspective view of the stack with a collector comprising a partition according to a first embodiment of the invention; - Figure 3 is a sectional view of a stack of a battery according to the first embodiment of the invention for the so-called "U" distribution; FIGS. 4A and 4B show sections of a stack of a stack whose distribution is called "Z" according to the first embodiment of the invention; FIGS. 5A and 5B illustrate the embodiment procedure according to the second embodiment of the invention.

Dans la description qui va suivre des éléments identiques, 25 analogues ou ayant la même fonction seront désignés par les mêmes chiffres de référence.  In the following description, identical, like or like elements will be designated by the same reference numerals.

Dans la description et dans les revendications, on adoptera à titre non limitatif la terminologie verticale, longitudinale et transversale en référence au trièdre (L, V, T) des figures et l'orientation d'amont à aval selon le sens d'écoulement des flux en se référant aux flèches indiquant le sens d'écoulement dans les collecteurs.  In the description and in the claims, the vertical, longitudinal and transverse terminology will be adopted in a nonlimiting manner with reference to the trihedron (L, V, T) of the figures and the upstream to downstream orientation according to the direction of flow of the flow with reference to the arrows indicating the direction of flow in the manifolds.

Le système de distribution, représenté figure 2A, comporte un collecteur d'entrée 20, qui est un boîtier 21 de forme générale tubulaire d'orientation longitudinale dont la longueur est sensiblement égale à l'épaisseur de l'empilement de la pile à combustible 10. Le collecteur 20 comporte à son extrémité amont un orifice principal 22 par lequel un fluide est injecté à une certaine vitesse et des orifices latéraux 24, répartis régulièrement le long du collecteur 20, par lesquels le fluide s'écoule hors du collecteur 20. Chacun de ces orifices latéraux 24 est relié à une io plaque 18 comportant un faisceau de conduits parallèles 19 (non visibles sur la figure 2). Ainsi, le fluide circulant dans le collecteur 20 s'écoule dans les faisceaux de conduits 19 des plaques 18. Le fluide dit restant, n'ayant pas réagi, mélangé aux fluides produits par la réaction, est recueilli dans un collecteur de sortie 30 du is même type que le collecteur d'entrée 20 et qui permet de diriger le fluide vers un point d'échappement unique. Les collecteurs d'entrée 20 et de sortie 30 sont ici agencés symétriquement par rapport à l'axe passant par les centres des cellules 11 de l'empilement pour une meilleure répartition du fluide dans la pile à combustible 10. Chaque collecteur a une section rectangulaire sensiblement constante sur toute sa longueur.  The dispensing system, represented in FIG. 2A, comprises an inlet manifold 20, which is a casing 21 of generally tubular shape of longitudinal orientation whose length is substantially equal to the thickness of the stack of the fuel cell 10 The manifold 20 comprises at its upstream end a main orifice 22 through which a fluid is injected at a certain speed and lateral orifices 24, distributed regularly along the manifold 20, through which the fluid flows out of the manifold 20. Each these lateral orifices 24 is connected to a plate 18 having a bundle of parallel ducts 19 (not visible in FIG. 2). Thus, the fluid flowing in the manifold 20 flows into the duct bundles 19 of the plates 18. The fluid said to be unreacted, mixed with the fluids produced by the reaction, is collected in an outlet manifold 30 of the It is the same type as the inlet manifold 20 and which directs the fluid to a single exhaust point. The inlet manifolds 20 and outlet 30 are here arranged symmetrically with respect to the axis passing through the centers of the cells 11 of the stack for a better distribution of the fluid in the fuel cell 10. Each manifold has a rectangular section substantially constant throughout its length.

Comme on peut le voir à la figure 2B, le collecteur d'entrée 20 comporte une cloison 26 et le collecteur de sortie 30 comporte une cloison 36.  As can be seen in FIG. 2B, the inlet manifold 20 comprises a partition 26 and the outlet manifold 30 comprises a partition 36.

La cloison 26 situé dans le collecteur d'entrée 20 divise le boîtier 21 en deux volumes. On distingue sur la figure 3 un volume 28 isolé ou "mort" dans lequel le fluide ne circule pas, et un volume utile 29 dans lequel le fluide s'écoule. Pour le cas de l'écoulement dit en "U" et conformément aux enseignements de l'invention, la cloison 26 située dans le collecteur d'entrée 20 est inclinée de manière à réduire progressivement la section de passage le long de l'écoulement du fluide dans le collecteur d'entrée 20. De manière symétrique, la cloison 36 située dans le collecteur de sortie 30 est inclinée dans le sens inverse de celui de la cloison 26, comme le montre la figure 3, pour augmenter progressivement la section de passage le long de l'écoulement du fluide dans le collecteur de sortie 30.  The partition 26 located in the inlet manifold 20 divides the housing 21 into two volumes. FIG. 3 shows an isolated or "dead" volume 28 in which the fluid does not circulate, and a working volume 29 in which the fluid flows. For the case of the flow called "U" and in accordance with the teachings of the invention, the partition 26 located in the inlet manifold 20 is inclined so as to gradually reduce the passage section along the flow of the fluid in the inlet manifold 20. Symmetrically, the partition 36 located in the outlet manifold 30 is inclined in the opposite direction to that of the partition 26, as shown in Figure 3, to gradually increase the passage section along the flow of fluid in the outlet manifold 30.

Ainsi, le fluide injecté dans le collecteur d'entrée 20 est soumis à des pertes de charges d'autant plus élevées que la section de passage dans le collecteur d'entrée 20 diminue. Le débit du fluide dans le collecteur diminue le long de l'écoulement tandis que le débit dans les plaques est uniforme. Cette perte de io vitesse est compensée par l'agencement de la cloison 36 dans le collecteur de sortie 30. En effet, le fluide recueilli dans le collecteur de sortie 30 subit alors des pertes de charges d'autant plus faibles que la section de passage augmente. Le fluide est ainsi "freiné" progressivement dans le collecteur d'entrée 20, puis is "accéléré" progressivement dans le collecteur de sortie 30, de telle sorte que, passé un régime transitoire de mise en route, la circulation du fluide dans le système est plus homogène que dans le cas des collecteurs à section constante selon l'état de la technique.  Thus, the fluid injected into the inlet manifold 20 is subjected to losses of loads all the higher as the cross section in the inlet manifold 20 decreases. The flow rate of the fluid in the manifold decreases along the flow while the flow rate in the plates is uniform. This loss of speed is compensated by the arrangement of the partition 36 in the outlet manifold 30. In fact, the fluid collected in the outlet manifold 30 then undergoes losses of loads that are lower than the passage section. increases. The fluid is thus gradually "braked" in the inlet manifold 20, and is then "accelerated" gradually in the outlet manifold 30, so that, after a transient start-up regime, the circulation of the fluid in the system is more homogeneous than in the case of constant section collectors according to the state of the art.

Dans le cas de l'écoulement dit en "Z", représenté à la figure 4A, le collecteur d'entrée 20, les cloisons 26 et 36 situées dans les collecteurs d'entrée 20 et de sortie 30 sont inclinées dans le même sens, de manière à obtenir comme précédemment, une réduction progressive de la section efficace du boîtier 21 le long de l'écoulement dans le collecteur d'entrée 20 et une augmentation progressive de cette section dans le collecteur de sortie 30.  In the case of the so-called "Z" flow, represented in FIG. 4A, the inlet manifold 20, the partitions 26 and 36 located in the inlet and outlet manifolds 30 are inclined in the same direction, so as to obtain as previously, a progressive reduction of the effective section of the housing 21 along the flow in the inlet manifold 20 and a gradual increase of this section in the outlet manifold 30.

Pour ce type d'empilement, on peut utiliser des cloisons 46 et 56, représentées à la figure 4B, qui comportent deux pentes d'inclinaisons opposées de manière à réduire progressivement la section de passage le long du de l'écoulement du fluide jusqu'à mi-longueur du boîtier 21, puis de l'augmenter progressivement. Le fluide subit ainsi des pertes de charges variables tout au long de son écoulement dans l'ensemble du système de distribution de manière à homogénéiser globalement sa diffusion dans les plaques 18 de l'empilement.  For this type of stack, it is possible to use partitions 46 and 56, shown in FIG. 4B, which comprise two slopes of opposite inclinations so as to progressively reduce the passage section along the flow of the fluid up to mid-length of the housing 21, then increase gradually. The fluid thus undergoes variable losses of charge throughout its flow throughout the distribution system so as to homogenize globally its diffusion in the plates 18 of the stack.

Dans le cas des piles fonctionnant en "impasse" dans lesquelles il n'y a pas de collecteur de sortie, on peut fixer une cloison inclinée dans le collecteur d'entrée 20 orientée de telle sorte que la section de passage de fluide dans le boîtier 21 augmente le long de l'écoulement, de façon à compenser les pertes de charges et à rendre plus homogène la circulation du io fluide dans les différentes plaques 18.  In the case of "dead-end" batteries in which there is no outlet manifold, an inclined partition can be fixed in the inlet manifold 20 oriented such that the fluid passage section in the housing 21 increases along the flow, so as to compensate for loss of charge and to make more homogeneous circulation of the fluid in the various plates 18.

Pour les cloisons, on peut choisir des éléments plats ou pleins introduits dans le collecteur ayant des profils d'évolution linéaire ou parabolique, ou encore d'autres profils d'évolution plus spécifique ou d'inclinaison plus ou moins importante, de manière is à obtenir la variation voulue de la section de passage. Par ailleurs, toutes les cloisons peuvent être équipées de joints sur leurs bords afin d'assurer l'étanchéité du volume 28.  For the partitions, it is possible to choose flat or solid elements introduced into the collector having profiles of linear or parabolic evolution, or else other profiles of more specific evolution or of more or less important inclination, so as to obtain the desired variation of the passage section. Furthermore, all the partitions can be equipped with seals on their edges to ensure the tightness of the volume 28.

On peut aussi mettre en ceuvre l'invention sans faire appel à des cloisons séparatrices mais en utilisant d'autres techniques de fabrication des collecteurs à section évolutive.  It is also possible to implement the invention without using separating partitions but using other techniques for manufacturing commutators with an evolutionary section.

Une deuxième réalisation de la présente invention concerne plus particulièrement les systèmes de distributions à collecteurs dits internes, fréquemment utilisés dans les piles à combustible de manière à augmenter leur compacité.  A second embodiment of the present invention relates more particularly to so-called internal collector distribution systems, frequently used in fuel cells so as to increase their compactness.

Comme on peut le voir à la figure 5A, le boîtier 21 du collecteur 20 est formé dans l'empilement des cellules 1 1, percées chacune par une ouverture 38. Une fois les cellules 11 empilées, comme le montre la figure 5B, le collecteur interne d'entrée 20 comporte, comme pour le collecteur externe décrit précédemment, l'orifice principal 22 par lequel on injecte le fluide et le fluide restant est recueilli dans le collecteur interne de sortie 30. Des interstices entre les cellules 11 qui ont la fonction d'orifices latéraux 24 (non visibles sur la figure 5B) sont agencés de manière à n'alimenter que les électrodes de même nature électrique des cellules 11.  As can be seen in FIG. 5A, the housing 21 of the collector 20 is formed in the stack of cells 11, each pierced by an opening 38. Once the cells 11 have been stacked, as shown in FIG. 5B, the collector internal inlet 20 comprises, as for the external collector described above, the main orifice 22 through which the fluid is injected and the remaining fluid is collected in the internal outlet manifold 30. Interstices between the cells 11 which have the function lateral orifices 24 (not visible in FIG. 5B) are arranged in such a way as to feed only the electrodes of the same electrical nature of the cells 11.

Ce mode de réalisation de l'invention, résulte du fait que plusieurs ou toutes les cellules 11 comportent chacune une ouverture 38 de section différente de la cellule 11 qui la précède de manière que le collecteur d'entrée ou de sortie ainsi formé, a une section de passage du fluide qui varie progressivement le long de l'empilement.  This embodiment of the invention results from the fact that several or all the cells 11 each comprise an opening 38 of different section of the cell 11 which precedes it so that the inlet or outlet manifold thus formed, has a passage section of the fluid which varies progressively along the stack.

Ce mode de réalisation permet un gain de compacité car, io comme le montrent les figures 5A et 5B, on peut agencer les deux systèmes de distribution, anodique et cathodique, c'est-à-dire "percer" quatre collecteurs "tête-bêche", deux collecteurs opposés symétriquement pour la distribution anodique et les deux autres pour la distribution cathodique.  This embodiment allows a gain in compactness because, as shown in FIGS. 5A and 5B, the two distribution systems, anodic and cathodic, can be arranged, that is to say, "drill" four head-tail collectors. ", two symmetrically opposite collectors for the anodic distribution and the two others for the cathodic distribution.

is Pour les piles à combustible, il est fréquent de faire circuler trois fluides, deux fluides réactifs et un fluide de refroidissement. La présente invention peut être appliquée à chacun des trois circuits de distribution en fonction de la réalisation qui la mieux adaptée.  For fuel cells, it is common to circulate three fluids, two reactive fluids and a coolant. The present invention can be applied to each of the three distribution circuits depending on which embodiment is best suited.

Selon un autre mode de réalisation de l'invention (non représenté), les parois internes de collecteurs d'entrée et de sortie 20 et 30 comportent des éléments étrangers qui perturbent le flux et augmentent la résistance caractéristique des boîtiers. En augmentant progressivement le coefficient de frottement caractéristique le long de la conduite, on augmente progressive- ment les pertes de charges et on modifie la vitesse du flux.  According to another embodiment of the invention (not shown), the inner walls of inlet and outlet manifolds 20 and 30 comprise foreign elements which disturb the flow and increase the characteristic resistance of the housings. By progressively increasing the characteristic coefficient of friction along the pipe, the pressure drops are progressively increased and the speed of the flow is changed.

Ceci peut être obtenu, comme dans le document US-A-4.809.744, en ajoutant une grille en métal sur la paroi interne du boîtier 21, mais aussi par l'introduction de picots, grains ou autres éléments rugueux destinés à augmenter la rugosité des parois internes, tout en restreignant le diamètre de la conduite. io  This can be achieved, as in US-A-4,809,744, by adding a metal grid on the inner wall of the housing 21, but also by the introduction of pins, grains or other rough elements intended to increase the roughness internal walls, while restricting the diameter of the pipe. io

Selon l'application envisagée, ces éléments sont faciles à dimensionner et à introduire. On peut également introduire ou incruster ces éléments directement sur les cloisons séparatrices 26,36 décrites dans les modes de réalisation précédents ou bien les ajouter indépendamment par la suite. Il  Depending on the intended application, these elements are easy to size and introduce. These elements can also be introduced or embedded directly on the separating partitions 26, 36 described in the previous embodiments or they may be added independently thereafter. he

Claims (8)

REVENDICATIONS 1. Pile à combustible (10), alimentée par un système de distribution de fluide (carburant, comburant ou liquide de refroidissement), comportant: s - des faisceaux de conduits (19) parallèles entre eux agencés sous la forme de plaques (18) de faisceaux parallèles entre elles et qui fournissent au moins un fluide aux électrodes de même nature électrique; au moins un collecteur (20) qui s'étend longitudinalement et io qui comporte un orifice principal (22) et une série d'orifices secondaires latéraux (24) reliés aux plaques (18) de faisceaux pour distribuer au moins un fluide dans les conduits (19) de faisceaux; - et des moyens pour homogénéiser la répartition du fluide is dans l'ensemble du système caractérisée en ce que la section efficace de passage du fluide dans le collecteur (20) varie progressivement le long de l'écoulement longitudinal du fluide depuis l'orifice principal d'entrée (22) jusqu'à son extrémité opposée.  A fuel cell (10), powered by a fluid distribution system (fuel, oxidizer or coolant), comprising: s - parallel bundles of conduits (19) arranged in the form of plates (18) beams parallel to each other and which provide at least one fluid electrodes of the same electrical nature; at least one longitudinally extending manifold (20) which has a main port (22) and a series of lateral side ports (24) connected to the beam plates (18) for distributing at least one fluid in the conduits (19) beams; and means for homogenizing the distribution of the fluid is in the entire system characterized in that the effective cross section of the fluid in the manifold (20) varies gradually along the longitudinal flow of the fluid from the main orifice input (22) to its opposite end. 2. Pile à combustible (10) alimentée par un système de distribution de fluides selon la revendication 1, caractérisée en ce que le collecteur (20) est un boîtier (21) de section constante dans lequel est agencée une cloison (26) qui le divise en un volume "mort" (28), dans lequel le fluide ne circule pas et un volume utile (29) dans lequel circule le fluide, et dont la section de passage varie progressivement.  2. Fuel cell (10) fed by a fluid distribution system according to claim 1, characterized in that the collector (20) is a housing (21) of constant section in which is arranged a partition (26) which the divides into a "dead" volume (28), in which the fluid does not circulate and a working volume (29) in which the fluid circulates, and whose passage section varies gradually. 3. Pile à combustible (10) alimentée par un système de distribution de fluides selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un élément plein introduit dans le collecteur de manière à faire varier progressivement la section efficace de passage du fluide.  3. fuel cell (10) fed by a fluid distribution system according to claim 1, characterized in that it comprises a solid element introduced into the manifold so as to gradually vary the effective cross section of the fluid. 4. Pile à combustible (10) alimentée par un système de distribution de fluides selon la revendication 1, caractérisée en en ce que le collecteur (20) est un conduit formé longitudinalement dans l'empilement des cellules (11).  4. fuel cell (10) fed by a fluid distribution system according to claim 1, characterized in that the collector (20) is a duct formed longitudinally in the stack of cells (11). 5. Pile à combustible (10) alimentée par un système de distribution de fluides selon l'une quelconques revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un collecteur d'entrée (20) et un collecteur de sortie (30), réalisés conformément aux enseignements de l'invention, qui sont reliés aux plaques (18) de faisceaux, et qui agencés longitudinalement de part et d'autre de l'empilement.  Fuel cell (10) fed by a fluid distribution system according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises at least one inlet manifold (20) and one outlet manifold (30), realized in accordance with the teachings of the invention, which are connected to the plates (18) of beams, and which arranged longitudinally on either side of the stack. io  io 6. Pile à combustible (10) alimentée par un système de distribution de fluides selon la revendication 5, caractérisée en ce que les orifices principaux (22) et (32) des deux collecteurs d'entrée (20) et de sortie (30) sont situés du même côté de l'empilement et en ce que la section de passage est is progressivement décroissante d'amont en aval selon le sens d'écoulement du fluide dans le collecteur d'entrée (20) et la section de passage du fluide est progressivement croissante d'amont en aval selon le sens d'écoulement du fluide dans le collecteur de sortie (30).Fuel cell (10) fed by a fluid distribution system according to claim 5, characterized in that the main orifices (22) and (32) of the two inlet (20) and outlet (30) manifolds are located on the same side of the stack and in that the passage section is progressively decreasing from upstream to downstream according to the flow direction of the fluid in the inlet manifold (20) and the fluid passage section is progressively increasing from upstream to downstream according to the flow direction of the fluid in the outlet manifold (30). 7. Pile à combustible (10) alimentée par un système de distribution de fluides selon la revendication 5, caractérisée en ce que les orifices principaux (22) et (32) des deux collecteurs d'entrée (20) et de sortie (30) sont situés de part et d'autre de l'empilement et en ce que la section de passage du fluide dans les deux collecteurs est progressivement croissante d'amont en aval selon le sens d'écoulement du fluide jusqu'à mi-longueur de l'empilement puis progressivement décroissante.  Fuel cell (10) fed by a fluid distribution system according to claim 5, characterized in that the main orifices (22) and (32) of the two inlet (20) and outlet (30) manifolds are located on either side of the stack and in that the fluid passage section in the two collectors is progressively increasing from upstream to downstream depending on the direction of flow of the fluid to the half-length of the 'stacking then gradually decreasing. 8. Pile à combustible (10) alimentée par un système de distribution de fluides selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la rugosité des parois internes des collecteurs (20, 30) est déterminée en fonction des pertes de charges.  8. Fuel cell (10) fed by a fluid distribution system according to any one of the preceding claims, characterized in that the roughness of the internal walls of the collectors (20, 30) is determined as a function of the losses of charges.
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