FR3038146A1 - Procede d’alimentation d’une pile a combustible a injection alternee et evacuation continue - Google Patents

Abstract

L'invention porte sur un procédé d'alimentation d'une pile à combustible (110, 210) en espèce réactive, la pile comportant un empilement de cellules électrochimiques réparties en N groupes distincts de cellules, N≥2, dans lequel : on effectue une pluralité d'étapes successives d'alimentation sélective des N groupes (A, B) de cellules, au cours desquelles on alimente un premier groupe de cellules, des lignes de distribution (130, 230) assurant la communication fluidique des groupes entre eux et étant agencés de manière à former un chemin fluidique, allant du premier groupe jusqu'à un dernier groupe formant l'extrémité du chemin fluidique, le dernier groupe étant différent à chaque étape d'alimentation. Au cours d'au moins l'une desdites étapes d'alimentation, le dernier groupe communique avec un dispositif d'évacuation (140, 240) adapté à permettre l'évacuation d'un fluide présent à l'intérieur de celui-ci.

Description

1 PROCEDE D'ALIMENTATION D'UNE PILE A COMBUSTIBLE A INJECTION ALTERNEE ET EVACUATION CONTINUE DOMAINE TECHNIQUE Le domaine de l'invention est celui des piles à combustible et plus particulièrement celui de la gestion de l'alimentation des piles à combustible en gaz carburant et/ou comburant. L'invention s'applique notamment à l'alimentation des cellules électrochimique en espèce réactive avec un rapport stoechiométrique approximativement égal à 1. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Une pile à combustible est formée d'un empilement de cellules électrochimiques, comportant chacune une anode et une cathode séparées électriquement l'une de l'autre par un électrolyte, dans lesquelles a lieu une réaction électrochimique entre deux réactifs qui sont introduits de manière continue. Dans le cas d'une pile à hydrogène, le combustible, l'hydrogène, est apporté au contact de l'anode, alors que le comburant, de l'oxygène par exemple contenu dans de l'air, est amené au contact de la cathode. La réaction est subdivisée en deux demi-réactions (une oxydation et une réduction), qui ont lieu l'une à l'interface anode/électrolyte et l'autre à l'interface cathode/électrolyte. Elle requiert la présence d'un conducteur ionique entre les deux électrodes, à savoir l'électrolyte, et un conducteur électronique formé par le circuit électrique externe. L'empilement de cellules est le lieu de la réaction électrochimique : les réactifs doivent y être apportés, les produits et les espèces non réactives doivent en être évacués, ainsi que la chaleur produite. En sortie de pile, deux configurations se rencontrent habituellement. Dans un premier cas correspondant à un fonctionnement dit en mode ouvert, les sorties d'anode et de cathode communiquent avec un conduit d'évacuation des fluides. Ainsi, lorsqu'on alimente la pile en sur-stoechiométrie (rapport entre la quantité de réactif injecté et la quantité de réactif consommé supérieur à 1), le gaz sortant présente un débit suffisant pour évacuer l'eau 3038146 2 produite par la réaction, qui peut ensuite être collectée à l'aide d'un séparateur de phase. Pour éviter de perdre le réactif non consommé, un dispositif de recirculation est habituellement prévu, qui réinjecte le réactif non consommé en entrée de pile. Cependant, du fait de la recirculation fluidique, les espèces non réactives, tel que l'azote à l'anode dans 5 le cas d'une alimentation en air à la cathode, voient leur concentration molaire augmenter progressivement, ce qui nécessite d'effectuer régulièrement une étape de purge de la cellule. Dans un deuxième cas correspondant à un fonctionnement dit en mode bouché (dead end, en anglais), la sortie de l'anode est obturée, ainsi que, le cas échéant, celle de la cathode, 10 et la pile est alimentée en réactifs avec un rapport stoechiométrique sensiblement égal à 1. Ainsi, la quantité d'hydrogène introduit à l'anode correspond à la quantité consommée lors de la réaction. Dans ce cas, les espèces non réactives et l'eau liquide produite ne sont pas évacuées, ce qui conduit à une augmentation progressive de leur concentration molaire dans la cellule. Il est alors nécessaire de procéder régulièrement à une étape de purge de 15 la cellule, pour en évacuer les espèces non réactives et l'eau liquide. La perméation d'azote et le passage d'eau produite au travers de l'électrolyte entre le côté cathode et le côté anode sont les principales raisons pour lesquelles l'un de ces deux modes de fonctionnement doit être appliqué à l'anode. La recirculation est le mode qui permet la meilleure homogénéisation du mélange gazeux à l'anode, et par conséquent le plus faible 20 taux de purge et de perte d'hydrogène. En revanche, il s'agit du mode le plus complexe à mettre en place et à piloter. La situation est similaire à la cathode lorsqu'elle est alimentée en oxygène sensiblement pur. La figure 1 illustre un exemple de procédé d'alimentation d'une pile à combustible tel que décrit dans le document W02012/152623, qui permet d'éviter l'utilisation d'une 25 recirculation tout en améliorant l'homogénéisation du mélange gazeux. Dans cet exemple, la pile 1 est divisée en deux groupes A et B de cellules alimentées sélectivement en espèce réactive, ici en hydrogène. Lors d'une première étape (phase 1), on alimente en hydrogène seulement un premier groupe de cellules, ici le groupe A, et pas le groupe B, et l'hydrogène non consommée 3038146 3 circule toutefois entre les deux groupes par l'intermédiaire d'un collecteur de sortie Cs commun aux cellules des deux groupes. Ainsi, apparaît un gradient de concentration molaire en espèce réactive le long du chemin fluidique, à partir d'une valeur maximale en entrée du groupe A (au niveau du collecteur d'entrée Ce-A) jusqu'à une valeur minimale en 5 sortie du groupe B (ici au niveau du collecteur d'entrée Ce-B). Les cellules du groupe B présentent donc une zone d'accumulation d'espèces non réactives et d'eau liquide (partie grisée sur la fig.1) située au niveau de l'extrémité du chemin fluidique. Lors d'une deuxième étape (phase 2), on inverse les alimentations des deux groupes, de manière à alimenter le groupe B et non pas le groupe A. Le réactif non consommé dans le 10 groupe B circule entre les deux groupes par l'intermédiaire du collecteur de sortie Cs commun. Ainsi, de manière similaire à la phase 1, les cellules du groupe B présentent une zone d'accumulation d'espèces non réactives et d'eau liquide située au niveau de l'extrémité du chemin fluidique, ici le collecteur d'entrée Ce-A du groupe A. L'alternance entre les deux étapes réalise un brassage, dans les cellules de la pile, des 15 espèces non réactives et des produits de la réaction, ce qui permet d'éviter que la zone d'accumulation ne stagne au niveau des mêmes cellules. Lors d'une troisième étape (phase 3), effectuée après une série d'alternances entre les deux étapes d'alimentation, les deux groupes A et B sont purgés. Pour cela, on alimente simultanément les deux groupes en gardant fermée une vanne de purge Vp reliant le 20 collecteur de sortie commun Cs à un orifice de sortie, puis en ouvrant la vanne Vp. Cette étape de purge permet d'évacuer les espèces non réactives et l'eau liquide qui s'accumulent dans les deux groupes au cours des étapes d'alimentation. Cependant, ce procédé d'alimentation nécessite d'être encore optimisé, notamment pour pouvoir effectuer des étapes d'alimentation plus longues et pour limiter la nécessité de 25 recourir à une étape de purge.

3038146 4 EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a pour objectif de remédier au moins en partie aux inconvénients de l'art antérieur, et plus particulièrement de proposer un procédé d'alimentation d'une pile à combustible en espèce réactive, la pile comportant un empilement de cellules 5 électrochimiques réparties en N groupes (A, B) distincts de cellules, N2, dans lequel : - on effectue une pluralité d'étapes successives d'alimentation sélective des N groupes de cellules en espèce réactive, au cours desquelles on alimente un premier groupe de cellules, l'espèce réactive non consommée dans le premier groupe circulant dans les autres groupes par l'intermédiaire de lignes de distribution assurant la communication fluidique des 10 groupes entre eux et étant agencés de manière à former, avec les N groupes, un chemin fluidique pour l'espèce réactive, allant du premier groupe alimenté jusqu'à un ou plusieurs derniers groupes formant l'extrémité du chemin fluidique, le ou les derniers groupes étant différents à chaque étape d'alimentation. Selon l'invention, au cours d'au moins l'une desdites étapes d'alimentation, le dernier 15 groupe, ou au moins l'un des derniers groupes, communique avec un dispositif d'évacuation adapté à permettre l'évacuation d'un fluide présent à l'intérieur de celui-ci. Certains aspects préférés mais non limitatifs de ce procédé d'alimentation sont les suivants : La pile peut comporter un orifice de sortie adapté à l'évacuation de fluide hors de la pile et 20 le dispositif d'évacuation comporter un conduit d'évacuation reliant le dernier groupe à l'orifice de sortie, le fluide évacué dans le conduit d'évacuation contenant une fraction d'espèce réactive, le dispositif d'évacuation étant adapté à limiter un débit d'espèce réactive dans le conduit d'évacuation à au plus 5% d'un débit en espèce réactive à l'entrée du premier groupe.

25 Lors d'une même étape d'alimentation, le dispositif d'évacuation peut bloquer puis autoriser l'évacuation du fluide présent à l'intérieur du dernier groupe.

3038146 5 Le dispositif d'évacuation peut être adapté à permettre, lors de chaque étape d'alimentation, l'évacuation d'un fluide présent à l'intérieur du dernier groupe correspondant. Lors des étapes d'alimentation successives, on peut collecter de l'eau liquide circulant dans 5 le chemin fluidique, par l'intermédiaire d'un séparateur de phase disposé entre deux groupes voisins suivant le chemin fluidique, de préférence disposé entre le premier groupe et un groupe adjacent. Les lignes de distribution fluidique peuvent être agencées vis-à-vis des groupes de sorte que le sens d'écoulement fluidique de l'espèce réactive dans un dernier groupe lors d'une 10 étape d'alimentation est identique au sens d'écoulement fluidique dans le même groupe lors de l'étape d'alimentation suivante. La pile peut comporter un orifice de sortie adapté à l'évacuation de fluide hors de la pile. On peut alors effectuer une pluralité d'étapes d'alimentation successives, puis effectuer une étape de purge des N groupes au cours de laquelle on alimente simultanément chacun 15 des groupes en espèce réactive, chaque groupe communiquant avec l'orifice de sortie. Les lignes de distribution fluidique peuvent être agencées vis-à-vis des groupes de sorte que le sens d'écoulement fluidique de l'espèce réactive dans un dernier groupe d'une étape d'alimentation est identique au sens d'écoulement fluidique dans le même groupe lors de l'étape de purge suivante.

20 Les lignes de distribution fluidique peuvent agencées vis-à-vis des groupes de sorte que le sens d'écoulement fluidique de l'espèce réactive dans chacun des N groupes lors d'une étape d'alimentation est identique au sens d'écoulement fluidique dans les mêmes groupes lors de l'étape de purge suivante. L'invention porte également sur une pile à combustible, comportant : 25 - un orifice d'entrée pour permettre l'alimentation de la pile en espèce réactive, et un orifice de sortie pour permettre l'évacuation de fluide hors de la pile ; 3038146 6 - un empilement de cellules électrochimiques réparties en N groupes distincts de cellules, N2, chaque groupe de cellules comportant un collecteur d'entrée pour amener l'espèce réactive dans les cellules du groupe ; - des lignes d'alimentation fluidique adaptées à alimenter sélectivement les N groupes de 5 cellules, reliant l'orifice d'entrée à chacun des collecteurs d'entrée, et comportant au moins un commutateur sélectif pour autoriser ou bloquer l'écoulement entre l'orifice d'entrée vers chacun des collecteurs d'entrée, - des lignes de distribution fluidique adaptées à assurer la communication fluidique des groupes entre eux et agencés de manière à former, avec les N groupes, un chemin fluidique 10 pour l'espèce réactive, allant d'un premier groupe destiné à être alimenté en espèce réactive jusqu'à un ou plusieurs derniers groupes formant l'extrémité du chemin fluidique. Selon l'invention, la pile comporte un dispositif d'évacuation reliant le dernier groupe, ou au moins l'un des derniers groupes, à l'orifice de sortie et adapté à permettre l'évacuation d'un fluide présent à l'intérieur de celui-ci.

15 Le dispositif d'évacuation peut comporter au moins un conduit d'évacuation reliant le dernier groupe à l'orifice de sortie, dont au moins une caractéristique dimensionnelle est adaptée pour limiter un débit d'espèce réactive dans le conduit d'évacuation à au plus 5% d'un débit en espèce réactive à l'entrée du premier groupe, et/ou comporte une vanne autorisant, bloquant ou limitant un débit de fluide dans le conduit d'évacuation.

20 La vanne peut présenter une ouverture commandable pour limiter un débit de fluide dans le conduit d'évacuation, l'ouverture étant commandée en fonction d'une valeur d'un paramètre représentatif d'un débit d'espèce réactive dans le conduit d'évacuation. Au moins un séparateur de phase adapté à collecter de l'eau liquide circulant dans les lignes de distribution fluidique peut être disposé entre deux groupes voisins suivant le chemin 25 fluidique, de préférence entre le premier groupe et le groupe adjacent. Les groupes de cellules peuvent comporter un collecteur de sortie commun permettant la communication fluidique des cellules de tous les groupes entre elles, les lignes de distribution fluidique étant formées du collecteur de sortie commun de sorte que le premier groupe est relié en série avec les autres groupes, ceux-ci étant fluidiquement 3038146 7 disposés en parallèle les uns aux autres formant ainsi plusieurs derniers groupes, le dispositif d'évacuation comportant au moins un conduit d'évacuation reliant le collecteur d'entrée d'un dernier groupe à l'orifice de sortie. Chacun des N groupes peut comporter un collecteur de sortie, ceux-ci étant distincts les 5 uns des autres, les lignes de distribution fluidique comportant des conduits de distribution reliant fluidiquement les groupes en série, du premier groupe jusqu'à un dernier groupe, le dispositif d'évacuation comportant au moins un conduit d'évacuation reliant le dernier groupe à l'orifice de sortie. Le dispositif d'évacuation peut comporter N conduits d'évacuation reliant chaque 10 collecteur de sortie à l'orifice de sortie et munis chacun d'une vanne de purge. Chaque groupe de cellules peut comporter un collecteur de sortie pour évacuer du fluide circulant dans les cellules, la pile comportant des lignes de purge reliant chacun des collecteurs de sortie à l'orifice de sortie et comprenant au moins un commutateur pour autoriser ou bloquer l'écoulement entre les collecteurs de sortie et l'orifice de sortie.

15 BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur 20 lesquels, outre la figure 1 déjà décrite précédemment : Les figures 2a à 2c sont des schémas de principe d'une pile à combustible comportant deux groupes de cellules selon un premier mode de réalisation, pour deux étapes successives d'alimentation (figures 2a et 2b) et une étape facultative de purge (figure 2c) ; Les figures 3a à 3c sont des schémas de principe d'une pile à combustible comportant deux 25 groupes de cellules selon un second mode de réalisation, pour deux étapes successives d'alimentation (figures 3a et 3b) et une étape facultative de purge (figure 3c) ; 3038146 8 Les figures 4a et 4b sont des vues schématiques en perspective de trois cellules appartenant à trois groupes distincts, comportant un collecteur de sortie commun aux trois groupes (figure 4a) ou des collecteurs de sortie distincts aux trois groupes (figure 4b).

5 EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Sur les figures et dans la suite de la description, les mêmes références représentent des éléments identiques ou similaires. On décrira différents modes de réalisation et variantes en référence à une pile à combustible dont au moins le côté anode et/ou le côté cathode des cellules 10 électrochimiques est alimenté en espèce réactive avec un rapport stoechiométrique de l'ordre de 1, c'est-à-dire égal à 1% à 10% près. On considérera en particulier le côté anode d'une pile à hydrogène alimenté en hydrogène avec un rapport stoechiométrique de l'ordre de 1, dont le côté cathode est alimenté en air atmosphérique. L'invention s'applique néanmoins au côté cathode alimenté en oxygène sensiblement pur avec un rapport 15 stoechiométrique de l'ordre de 1. L'invention s'applique à tout type de pile à combustible, en particulier à celles fonctionnant à basse température, c'est-à-dire à une température inférieure à 200°C. Les figures 2a à 2c illustrent une pile à combustible 110 à deux groupes de cellules selon un premier mode de réalisation, pour deux étapes successives d'alimentation (figures 2a et 20 2b) et une étape facultative de purge (figure 2c). Sur la figure 2a, une pile à combustible 110 est représentée schématiquement qui comporte un empilement de cellules électrochimiques réparties en deux groupes distincts A, B de cellules électrochimiques. Les cellules sont de préférence identiques les unes aux autres. Les cellules des différents groupes du même empilement peuvent être disposées 25 de manière imbriquées, de sorte qu'une cellule d'un groupe est adjacente à une cellule d'un autre groupe. La pile 110 comporte un orifice d'entrée 11 permettant l'alimentation des cellules en espèce réactive et un orifice de sortie 12 permettant l'évacuation de fluide hors de la pile.

3038146 9 Dans cet exemple, l'anode des cellules est alimentée en hydrogène et la cathode en air atmosphérique contenant de l'oxygène. Le fluide comportant l'espèce réactive injecté au niveau de l'orifice d'entrée est appelé fluide d'alimentation et présente en entrée de pile un rapport stoechiométrique de l'ordre de 1, c'est-à-dire que la quantité de réactif injecté 5 correspond sensiblement à la quantité de réactif consommé. Cet orifice d'entrée 11 de la pile est relié, c'est-à-dire fluidiquement connecté, au collecteur d'entrée Ce-A, Ce-B de chacun des groupes par l'intermédiaire de lignes d'alimentation fluidique 120 adaptées à alimenter sélectivement les deux groupes de cellules. En d'autres termes, une communication fluidique est possible entre l'orifice d'entrée 11 et chaque 10 collecteur d'entrée Ce-A, Ce-B des groupes. Par alimentation sélective, on entend que les lignes d'alimentation 120 permettent d'alimenter directement l'un ou plusieurs des groupes en fluide d'alimentation, et non pas les autres, le ou les groupes alimentés étant différents d'une étape d'alimentation à l'autre. Par groupe de cellules alimenté, ou directement alimenté, on entend que le collecteur d'entrée du groupe alimenté est 15 fluidiquement relié à l'orifice d'entrée 11 et que du fluide d'alimentation est introduit dans le groupe considéré, sans traverser au préalable un autre groupe de cellules. Par ailleurs, par chemin fluidique, on entend le chemin de circulation fluidique parcouru par le fluide d'alimentation, à partir d'un premier groupe alimenté jusqu'à un ou plusieurs derniers groupes.

20 Ces lignes d'alimentation 120 comportent des conduits 121A, 121B reliant l'orifice d'entrée 11 aux différents collecteurs d'entrée Ce-A, Ce-B et comportent au moins un commutateur sélectif autorisant ou bloquant l'écoulement entre l'orifice d'entrée vers chacun des collecteurs d'entrée Ce-A, Ce-B. Dans cet exemple, deux vannes d'entrée 122A, 122B sont prévues entre l'orifice d'entrée 11 et les collecteurs d'entrée Ce-A, Ce-B.

25 La pile comporte également des lignes de distribution fluidique 130 adaptées à assurer la communication fluidique des groupes entre eux. Dans cet exemple, les lignes de distribution fluidique sont formées du collecteur de sortie Cs commun à chacun des groupes, de sorte que du fluide circulant dans un groupe peut s'écouler en direction du 3038146 10 deuxième. Sur la figure 2a, le collecteur de sortie commun est représenté par une ligne continue rejoignant les deux groupes. La pile comporte un dispositif d'évacuation 140 adapté à permettre l'évacuation continue d'un fluide présent dans le dernier groupe B, jusqu'à l'orifice de sortie 12. Dans cet 5 exemple, le dispositif d'évacuation relie chaque collecteur d'entrée Ce-A, Ce-B à l'orifice de sortie 12. Il comporte deux conduits d'évacuation 141A, 141B muni chacun d'une vanne 142A, 142B dont l'ouverture peut être commandée en fonction de la valeur d'un paramètre de contrôle, tel que, par exemple, le débit molaire de l'espèce réactive circulant dans le conduit d'évacuation.

10 De plus, la pile 110 comporte dans cet exemple des lignes de purge 150 reliant le collecteur de sortie commun Cs à l'orifice de sortie 12. Ces lignes de purge 150 comportent un conduit 151 muni d'une vanne de purge 152 reliant le collecteur de sortie Cs à l'orifice de sortie 12. Par ailleurs, un séparateur de phase 160 est prévu pour collecter de l'eau liquide au niveau du collecteur de sortie commun Cs.

15 Les différentes étapes d'alimentation et de purge sont maintenant décrites en référence aux figures 2a à 2c. En référence à la figure 2a, une première étape d'alimentation consiste à alimenter un premier groupe, ici le groupe A, et non pas l'autre groupe, ici le groupe B. Pour cela, la vanne d'entrée 122A est ouverte et la vanne d'entrée 122B est fermée, de sorte que le 20 fluide d'alimentation s'écoule de l'orifice d'entrée 11 jusqu'au collecteur d'entrée Ce-A du groupe A. Pour éviter que le fluide d'alimentation ne s'écoule dans le conduit 141A du dispositif d'évacuation, la vanne 142A est fermée. Le fluide d'alimentation circule donc dans les cellules électrochimiques du groupe A à partir du collecteur d'entrée Ce-A jusqu'au collecteur de sortie commun Cs, puis, la vanne de 25 purge 152 étant fermée, le fluide s'écoule dans le groupe B qui forme le dernier groupe du chemin fluidique. Ainsi, le groupe B n'est pas directement alimenté en fluide d'alimentation à partir de l'orifice d'entrée 11, mais reçoit le fluide par l'intermédiaire du premier groupe A.

3038146 11 Dans la mesure où le rapport de stoechiométrie en hydrogène est proche de 1 pour l'ensemble des groupes de la pile, ce rapport devient largement supérieur à 1 pour le groupe A, par exemple supérieur à 1,2, et très proche de 1 pour le groupe B, par exemple inférieur à 1,1. Ainsi, le débit du fluide en sortie du groupe A est relativement important, 5 par exemple de l'ordre de 50% du débit en entrée de pile, et permet d'évacuer, hors du groupe A, l'eau liquide et l'azote présents dans les cellules du groupe A. Dans le groupe B, le débit du fluide diminue jusqu'à l'extrémité du chemin fluidique, jusqu'à une valeur de l'ordre, par exemple, de 5% ou moins du débit en entrée de pile. Ainsi, le groupe B présente une zone d'accumulation de l'eau liquide et des espèces non réactives, sensiblement 10 localisée à l'extrémité du chemin fluidique. Cette zone d'accumulation concerne l'eau liquide produite et les espèces non réactives qui ont diffusées de la cathode à l'anode des cellules du groupe B, ainsi qu'au moins une partie de l'eau liquide produite et des espèces non réactives qui ont migrées du groupe A dans le groupe B par le débit de fluide en sortie du groupe A.

15 A mesure que la réaction électrochimique a lieu, cette zone d'accumulation présente un volume qui tend à augmenter. Pour diminuer voire éviter cette augmentation en volume, le dispositif d'évacuation 140 permet l'évacuation de fluide hors du groupe B jusqu'à l'orifice de sortie 12, par l'intermédiaire du conduit d'évacuation 141B qui relie la sortie du dernier groupe, ici le collecteur d'entrée Ce-B du groupe B, jusqu'à l'orifice de sortie 12, la 20 vanne 142B étant ouverte pour permettre l'évacuation de fluide hors du groupe B. Le fluide évacué comporte donc une concentration molaire élevée en espèces non réactives et en impuretés, et une faible concentration molaire en espèce réactive. Du côté de l'anode, le débit du fluide circulant dans le conduit d'évacuation est sensiblement égal à la somme des débits des espèces non réactives, l'azote essentiellement, ayant diffusé de la cathode à 25 l'anode au niveau de chacune des cellules des groupes A et B. Ainsi, lors de l'étape d'alimentation, en rendant possible l'évacuation continue du fluide présent dans le dernier groupe, le volume de la zone d'accumulation en bout de chemin fluidique reste sensiblement constant, voire croît plus lentement que dans l'exemple de l'art antérieur décrit précédemment. L'étape d'alimentation peut ainsi être réalisée sur une durée plus 3038146 12 longue, en minimisant l'impact de la zone d'accumulation sur les performances électrochimiques de la pile. En référence à la figure 2b, lors d'une seconde étape d'alimentation, le sens d'écoulement dans le chemin fluidique est inversé. Pour cela, la vanne d'entrée 122B est ouverte et la 5 vanne d'entrée 122A est fermée, de sorte que le groupe B est alimenté en fluide d'alimentation à partir de l'orifice d'entrée 11, sans que le groupe A soit alimenté. Pour éviter que l'hydrogène introduit ne soit évacué par le conduit d'évacuation 141B, la vanne 142B est fermée. Ainsi, le fluide d'alimentation est introduit dans le groupe B à partir du collecteur d'entrée Ce-B, et circule jusqu'au collecteur de sortie commun Cs, par lequel il 10 est introduit dans le groupe A. Le chemin fluidique s'étend ici du collecteur d'entrée Ce-B du groupe B jusqu'au collecteur d'entrée Ce-A du groupe A en passant par le collecteur de sortie commun Cs. De manière similaire à l'étape d'alimentation précédente, la concentration molaire en hydrogène présente un gradient négatif à partir d'une valeur maximale en entrée de 15 chemin fluidique jusqu'à une valeur minimale en sortie de chemin fluidique. Inversement, du fait du débit du fluide d'alimentation qui diminue le long du chemin fluidique, la concentration molaire en eau liquide produite et en espèces non réactives augmente. En effet, le rapport stoechiométrique étant largement supérieur à 1 dans le groupe B, par exemple supérieur à 1,2, et très proche de 1 dans le groupe A, par exemple inférieur à 1,1, 20 l'eau liquide et les espèces non réactives présentes dans le groupe B ont tendance à migrer en direction du groupe A sous l'effet du débit. Cependant, dans le groupe A, le débit en sortie est insuffisant et une zone d'accumulation en eau liquide et en espèces non réactives se forme, localisé essentiellement en bout de ligne, c'est-à-dire au niveau du collecteur d'entrée Ce-A du groupe A.

25 Pour éviter que le volume de la zone d'accumulation n'augmente à mesure que la réaction électrochimique a lieu, le dispositif d'évacuation permet l'évacuation de fluide à partir du groupe A en direction de l'orifice de sortie 12. Pour cela, la vanne d'évacuation 142A est ouverte, ce qui autorise du fluide à s'écouler à partir du collecteur d'entrée Ce-A du groupe A jusqu'à l'orifice de sortie 12 par l'intermédiaire d'un conduit d'évacuation 141A. Le fluide 3038146 13 évacué comporte donc une concentration molaire élevée en espèces non réactives et en impuretés, et une faible concentration molaire en espèce réactive. Du côté de l'anode, le débit du fluide circulant dans le conduit d'évacuation est sensiblement égal à la somme des débits des espèces non réactives, l'azote essentiellement, ayant diffusé de la cathode à 5 l'anode au niveau de chacune des cellules des groupes A et B. Ainsi, lors de cette seconde étape d'alimentation, en rendant possible l'évacuation continue du fluide présent dans le dernier groupe A, le volume de la zone d'accumulation en bout de ligne fluidique reste sensiblement constant, voire croît plus lentement que dans l'exemple de l'art antérieur décrit précédemment. L'étape d'alimentation peut ainsi être réalisée sur une durée plus 10 longue, en minimisant l'impact de la zone d'accumulation sur les performances électrochimiques de la pile. La réalisation de plusieurs étapes d'alimentation successives, au cours desquelles on alimente un premier groupe, celui-ci étant différent d'une étape d'alimentation à l'autre ainsi que le ou les derniers groupes, permet essentiellement de déplacer la zone 15 d'accumulation d'un groupe à l'autre, pour éviter que le même groupe présente localement un fonctionnement dégradé au cours du temps. De plus, cette alternance permet de localiser l'eau liquide produite entre les deux groupes, au niveau du collecteur de sortie commun Cs. En effet, lorsque le groupe A est alimenté, le débit du fluide d'alimentation est suffisant pour évacuer au moins en partie l'eau liquide 20 hors du groupe A, au niveau du collecteur de sortie commun Cs. Et lorsque le groupe B est alimenté, l'eau liquide présente dans le groupe B est au moins en partie évacuée par le fluide d'alimentation hors du groupe B. Par cette alternance des étapes d'alimentation, l'eau liquide présente dans les groupes A et B a tendance à se localiser entre les deux groupes, donc ici au niveau du collecteur de sortie commun Cs. Il est alors avantageux de 25 disposer un séparateur de phase 160 au niveau du collecteur de sortie commun Cs, permettant ainsi de collecter l'eau liquide produite lors de la réaction électrochimique. Ainsi, non seulement le taux de croissance du volume de la zone d'accumulation en espèces non réactives est réduit voire annulé par la présence du dispositif d'évacuation, mais il n'est plus nécessaire de purger aussi régulièrement la pile pour évacuer l'eau liquide. Les étapes 3038146 14 d'alimentation peuvent ainsi être plus longues et plus nombreuses entre deux étapes de purge. En référence à la figure 2c, une étape de purge est réalisée, entre deux étapes d'alimentation successives. Cette étape, facultative en particulier dans le cas où l'eau 5 liquide est collectée par le séparateur de phase 160 puis évacuée par l'intermédiaire de ce dernier, permet d'évacuer tout ou partie de l'eau liquide produite ainsi que les espèces non réactives, et les éventuelles impuretés. Pour effectuer l'étape de purge, les deux vannes d'entrée 122A et 122B sont ouvertes pour alimenter simultanément les deux groupes A et B tout en maintenant la vanne de purge 152 fermée, ce qui permet de provoquer la 10 migration des espèces à évacuer présentes dans chacun des groupes jusqu'au collecteur de sortie commun Cs. Puis la vanne de purge 152 est ouverte, ce qui provoque l'écoulement des fluides des groupes A et B jusqu'à l'orifice de sortie 12. Ainsi, la pile est purgée de tout ou partie de l'eau liquide et des espèces non réactives présentes dans les cellules électrochimiques.

15 Les figures 3a à 3c illustrent une pile à combustible à deux groupes de cellules selon un second mode de réalisation, pour deux étapes d'alimentation (figures 3a et 3b) et une étape facultative de purge (figure 3c). La pile à combustible 210 diffère essentiellement de la pile à combustible 110 selon le premier mode de réalisation en ce que les lignes de distribution 230 et le dispositif d'évacuation 240 sont agencés de sorte que le sens de 20 circulation du fluide d'alimentation dans les groupes puisse être co-courant d'un groupe à l'autre, c'est-à-dire identique. Dans cet exemple, chaque groupe de cellules comporte un collecteur d'entrée Ce-A, Ce-B et un collecteur de sortie Cs-A, Cs-B distincts. Des lignes d'alimentation 220 comportent des conduits 221A, 221B reliant l'orifice d'entrée 11 aux collecteurs d'entrée Ce-A, Ce-B et 25 comportent au moins un commutateur sélectif autorisant ou bloquant l'écoulement entre l'orifice d'entrée vers chacun des collecteurs d'entrée. Dans cet exemple, deux vannes d'entrée 222A, 222B sont prévues entre l'orifice d'entrée 11 et les collecteurs d'entrée Ce-A, Ce-B.

3038146 15 La pile 210 comporte également des lignes de distribution fluidique 230 adaptées à assurer la communication fluidique des groupes entre eux. Dans cet exemple, les collecteurs de sortie Cs-A, Cs-B étant distincts les uns des autres, les lignes de distribution fluidique comportent deux conduits de distribution 231A, 231B agencés pour relier le collecteur de 5 sortie Cs-B, Cs-A d'un groupe au collecteur d'entrée Ce-A, Ce-B du groupe voisin, et inversement, de sorte que du fluide circulant dans un groupe puisse s'écouler en direction du deuxième. Chaque conduit de distribution 231A, 231B est muni d'une vanne 232A, 232B autorisant ou bloquant l'écoulement fluidique dans le conduit. La pile comporte un dispositif d'évacuation 240 reliant au moins un dernier groupe du 10 chemin fluidique à l'orifice de sortie 12 et adapté à assurer l'évacuation continue de fluide présent dans ce groupe lorsqu'un autre groupe est alimenté. Dans cet exemple, le dispositif d'évacuation 240 relie le collecteur de sortie Cs-A du groupe A à l'orifice de sortie 12 par un conduit d'évacuation 241A ici muni d'une vanne 242A, ainsi que le collecteur de sortie Cs-B du groupe B à l'orifice de sortie 12 par un conduit d'évacuation 241B ici muni d'une 15 vanne 242B. De plus, dans cet exemple, un séparateur de phase 260 adapté à collecter de l'eau liquide est disposé entre les deux groupes, et relié à l'un des conduits de distribution 231B. Par ailleurs, comme il sera décrit plus loin, le dispositif d'évacuation est ici adapté à permettre la purge de la pile.

20 Les différentes étapes d'alimentation et de purge sont maintenant décrites en référence aux figures 3a à 3c. En référence à la figure 3a, une première étape d'alimentation consiste à alimenter un premier groupe, ici le groupe A, et non pas l'autre groupe B. Pour cela, la vanne d'entrée 222A est ouverte et les vannes d'entrée 222B et de distribution 232A sont fermées, de sorte 25 que le fluide d'alimentation s'écoule de l'orifice d'entrée 11 jusqu'au collecteur d'entrée Ce-A du groupe A. Le fluide d'alimentation circule donc dans les cellules électrochimiques du groupe A à partir du collecteur d'entrée Ce-A jusqu'au collecteur de sortie Cs-A, puis, la vanne d'évacuation 242A étant fermée et la vanne de distribution 232B étant ouverte, le fluide s'écoule dans 3038146 16 le conduit de distribution 231B puis du collecteur d'entrée Ce-B du groupe B en direction de son collecteur de sortie Cs-B. De manière similaire à ce qui a été décrit précédemment, le débit du fluide en sortie du groupe A est relativement important, par exemple de l'ordre de 50% du débit en entrée du 5 groupe A, et permet d'évacuer, hors du groupe A, l'eau liquide et l'azote présents dans les cellules du groupe A. Cependant, dans le groupe B, le débit du fluide diminue jusqu'à l'extrémité du chemin fluidique, où il est par exemple de l'ordre de 5%, ou moins, du débit en entrée du chemin fluidique. Ainsi, le groupe B comporte une zone d'accumulation de l'eau liquide et d'espèces non réactives, sensiblement localisée au niveau de l'extrémité du 10 groupe B. Pour éviter que cette zone d'accumulation augmente en volume, le dispositif d'évacuation 240 assure l'évacuation de fluide hors du groupe B jusqu'à l'orifice de sortie 12. Pour cela, la vanne 242B du conduit d'évacuation 241B est ouverte pour permettre le passage de fluide à partir de l'extrémité du chemin fluidique, donc du collecteur de sortie Cs-B du 15 groupe B. Le fluide évacué comporte donc une concentration molaire élevée en espèces non réactives et en impuretés, et une faible concentration molaire en espèce réactive. Du côté de l'anode, le débit du fluide circulant dans le conduit d'évacuation est sensiblement égal à la somme des débits des espèces non réactives, l'azote essentiellement, ayant diffusé de la cathode à l'anode au niveau de chacune des cellules des groupes A et B. Ainsi, lors de 20 l'étape d'alimentation, le volume de la zone d'accumulation en bout de ligne fluidique reste sensiblement constant, voire croît plus lentement que dans l'exemple de l'art antérieur décrit précédemment. L'étape d'alimentation peut ainsi être réalisée sur une durée plus longue, en minimisant l'impact de la zone d'accumulation sur les performances électrochimiques de la pile.

25 L'agencement des lignes de distribution fluidique 230 entre les deux groupes et du dispositif d'évacuation 240 permet d'obtenir, lors de cette étape d'alimentation, un écoulement co-courant du fluide dans les deux groupes, c'est-à-dire que le fluide circule dans chaque groupe dans le même sens, à partir du collecteur d'entrée Ce-A, Ce-B en direction du collecteur de sortie Cs-A, Cs-B.

3038146 17 En référence à la figure 3b, lors d'une seconde étape d'alimentation, le sens d'écoulement dans le chemin fluidique est inversé. Pour cela, la vanne d'entrée 222B est ouverte et les vannes d'entrée 222A et de distribution 232B sont fermées, de sorte que le groupe B est alimenté en fluide d'alimentation à partir de l'orifice d'entrée 11, sans que le groupe A ne 5 soit alimenté. Ainsi, le fluide d'alimentation est introduit dans le groupe B à partir du collecteur d'entrée Ce-B, et circule jusqu'à son collecteur de sortie Cs-B, puis rejoint le collecteur d'entrée Ce-A du groupe A par le conduit de distribution 231A. Le chemin fluidique s'étend ici à partir du collecteur d'entrée Ce-B du groupe B jusqu'au collecteur de sortie Cs-A du groupe A en 10 passant par le conduit de distribution 231A. De manière similaire à l'étape d'alimentation précédente, la concentration molaire en hydrogène présente un gradient négatif à partir d'une valeur maximale en entrée de chemin fluidique jusqu'à une valeur minimale en sortie de chemin fluidique. Inversement, le débit du fluide d'alimentation diminue le long du chemin fluidique et la concentration 15 molaire en eau liquide produite et en espèces non réactives augmente, de sorte qu'une zone d'accumulation en eau liquide et en espèces non réactives se forme, localisé essentiellement en bout de ligne, c'est-à-dire au niveau du collecteur de sortie Cs-A du groupe A. Pour éviter que le volume de la zone d'accumulation n'augmente à mesure que la réaction 20 électrochimique a lieu, le dispositif d'évacuation 240 permet d'évacuer du fluide à partir du groupe A en direction de l'orifice de sortie 12. Pour cela, la vanne d'évacuation 242A est ouverte, ce qui autorise du fluide à s'écouler à partir du collecteur de sortie Cs-A du groupe A jusqu'à l'orifice de sortie 12. Le fluide évacué comporte donc une concentration molaire élevée en espèces non réactives et en impuretés, et une faible concentration molaire en 25 espèce réactive. Du côté de l'anode, le débit du fluide circulant dans le conduit d'évacuation est sensiblement égal à la somme des débits des espèces non réactives, l'azote essentiellement, ayant diffusé de la cathode à l'anode au niveau de chacune des cellules des groupes A et B. Ainsi, lors de cette seconde étape d'alimentation, le volume de la zone d'accumulation en bout de ligne fluidique, au niveau du groupe A, reste 3038146 18 sensiblement constant, voire croît plus lentement que dans l'exemple de l'art antérieur décrit précédemment. L'étape d'alimentation peut ainsi être réalisée sur une durée plus longue, en minimisant l'impact de la zone d'accumulation sur les performances électrochimiques de la pile.

5 Il est alors possible de réaliser plusieurs étapes d'alimentation successives, au cours desquelles le premier groupe alimenté et le ou les derniers groupes sont différents d'une étape d'alimentation à l'autre. Cette alternance permet de déplacer la zone d'accumulation d'un groupe à l'autre, pour éviter que la même zone ou le même groupe ne présente un fonctionnement dégradé au cours du temps.

10 De plus, cette alternance permet de localiser l'eau liquide produite entre les deux groupes, au niveau des conduits de distribution 231A, 231B. Il est alors avantageux de disposer un séparateur de phase 260, 261 au niveau du collecteur de sortie de l'un des groupes, ou avantageusement au niveau de chaque collecteur de sortie des groupes A et B, comme illustré sur les figures 3a et 3b. Ainsi, non seulement le taux de croissance du volume de la 15 zone d'accumulation en espèces non réactives est réduit ou annulé par la présence du ou des dispositifs d'évacuation, mais il n'est plus nécessaire de purger aussi régulièrement la pile pour évacuer l'eau liquide. Les étapes d'alimentation peuvent ainsi être plus longues et plus nombreuses. L'agencement des lignes de distribution fluidique 230 entre les deux groupes et du 20 dispositif d'évacuation 240 permet d'obtenir, lors de cette étape d'alimentation, un écoulement co-courant du fluide dans les deux groupes, c'est-à-dire que le fluide circule dans chaque groupe à partir du collecteur d'entrée en direction du collecteur de sortie. De plus, d'une étape d'alimentation à l'autre, l'écoulement du fluide reste co-courant entre les deux groupes.

25 En référence à la figure 3c, une étape de purge peut être réalisée, entre deux étapes d'alimentation successives. Cette étape, facultative notamment dans le cas où l'eau liquide est collectée par les séparateurs de phase 260, 261 et évacuée par l'intermédiaire de ces derniers, permet d'évacuer tout ou partie de l'eau liquide produite et/ou les espèces non réactives et les éventuelles impuretés. Pour effectuer l'étape de purge, les deux vannes 3038146 19 222A et 222B sont ouvertes pour alimenter simultanément les deux groupes A et B, et les deux vannes de distribution 232A et 232B sont fermées, ce qui permet de provoquer la migration des espèces à évacuer présentes dans chacun des groupes jusqu'au collecteur de sortie respectif. Puis les vannes d'évacuation 242A et 242B, qui assurent ici la fonction de 5 vannes de purge, sont ouvertes, ce qui provoque l'écoulement des fluides des groupes A et B jusqu'à l'orifice de sortie 12. Ainsi, la pile est purgée de tout ou partie de l'eau liquide et des espèces non réactives présentes dans les cellules électrochimiques. Dans cet exemple, l'écoulement du fluide est co-courant dans les groupes quelles que soient les étapes d'alimentation et de purge, c'est-à-dire que le fluide s'écoule dans chaque 10 groupe dans le même sens, et sans changer de sens d'une étape à une autre, à partir du collecteur d'entrée jusqu'au collecteur de sortie. Il ne présente pas d'écoulement à contre-courant comme dans le premier mode de réalisation. Cela permet de limiter l'impact d'une chute de tension temporaire et locale sur les performances électrochimiques de la pile. En effet, en référence à la figure 2a, la concentration molaire minimale en espèce réactive 15 se situe en bout de ligne fluidique, donc au niveau du collecteur d'entrée Ce-B du dernier groupe non alimenté, ici le groupe B. Lors de l'étape d'alimentation suivante (figure 2b), on alimente le groupe B au niveau du collecteur d'entrée Ce-B, de sorte que le minimum de concentration molaire en hydrogène de l'étape précédente va migrer, de par le débit du fluide d'alimentation, tout le long du chemin fluidique. Cette concentration molaire 20 minimale en hydrogène génère localement une chute de la tension produite par la pile. De plus, lors de l'étape de purge (figure 2c), la concentration molaire minimale en hydrogène située au niveau du collecteur d'entrée Ce-A du groupe A à l'issue de l'étape d'alimentation précédente, va également migrer jusqu'au collecteur de sortie Cs-A du même groupe. Une chute de tension locale est donc présente le long du groupe A, bien que 25 plus courte que lors de l'alternance entre les étapes d'alimentation du fait qu'un seul groupe est traversé par ce minimum en concentration molaire. Dans le second mode de réalisation, en référence à la figure 3a, le minimum en concentration molaire en espèce réactive se situe en bout de ligne fluidique, ici au niveau du collecteur de sortie Cs-B du dernier groupe non alimenté, le groupe B. Ainsi, lors de 3038146 20 l'étape d'alimentation suivante (figure 3b), ce minimum en concentration molaire d'hydrogène ne va circuler que dans le groupe A et non pas dans le groupe B. La chute de tension locale est plus courte dans la mesure où elle ne parcourt pas l'ensemble du chemin fluidique, ce qui permet de limiter son impact sur les performances électrochimiques de la 5 pile. De plus, lors de l'étape de purge (figure 3c), le minimum en concentration molaire d'hydrogène se situe au niveau du collecteur de sortie Cs-A du groupe non alimenté (groupe A) lors de l'étape d'alimentation précédente. Aussi, lors de la purge, le minimum ne parcourt aucun groupe de cellules et est immédiatement évacué. La chute de tension est donc négligeable voire absente lors de cette étape.

10 En variante ou en complément aux modes de réalisation décrits précédemment, le ou les conduits du dispositif d'évacuation peut être dimensionné pour que sa perte de charge limite le débit de l'écoulement. Il peut également contenir un orifice calibré assurant au moins partiellement cette fonction. Ainsi, seule une fraction du fluide circulant dans le dernier groupe est évacuée, limitant ainsi le risque d'évacuer une quantité d'espèce 15 réactive importante. A titre d'exemple, les dimensions transversales et/ou longitudinales du conduit d'évacuation sont adaptées pour ne permettre qu'un débit inférieur ou égal à 5%, et de préférence inférieur à 1%, voire 0,5%, du débit en entrée de chemin fluidique. A titre d'exemple pour une pile de 20 kW, le débit d'hydrogène injecté en entrée est de l'ordre de 13 Nm3/h. Le débit de purge visé est donc compris entre 650 et 65 NL/h. Pour 20 une pression de pile de 1,5 bars absolus, le diamètre d'une conduite de purge de 20 cm de longueur est compris entre 0.2 mm et 1 mm (le diamètre d'orifice calibré équivalent est compris entre 0,05 et 0,3 mm. Ces valeurs sont à recalculer en fonction des débits et pressions de fonctionnement de la pile considérée. Cette variante peut permettre de ne pas utiliser de vanne d'évacuation, et de limiter tout 25 de même l'évacuation d'hydrogène lors de l'alimentation du groupe au niveau duquel est relié le conduit d'évacuation. Plus précisément, en référence à la figure 2a, lors de l'étape d'alimentation du groupe A, le conduit d'évacuation 141A correctement dimensionné, malgré l'absence de vanne d'évacuation 142A, permet de limiter l'écoulement d'hydrogène provenant de l'orifice d'entrée 11 en direction du collecteur d'entrée Ce-A du groupe A. Il 3038146 21 en va de même pour le dispositif d'évacuation 141B situé au niveau du collecteur d'entrée Ce-B du groupe B lors de l'étape d'alimentation illustrée sur la figure 2b. Pour le second mode de réalisation illustré sur les figures 3a et 3b, les vannes d'évacuation 242A et 242B peuvent être supprimées lorsqu'une étape de purge n'est pas prévue. Elles restent 5 nécessaires lorsqu'elles assurent la fonction supplémentaire de vannes de purge. Par ailleurs, l'ouverture de la vanne d'entrée pour alimenter le premier groupe, et l'ouverture de la vanne d'évacuation correspondante peuvent être simultanées ou non. L'équipement de commutation entre les vannes d'entrée peut ainsi être couplé à celui des vannes d'évacuation (électriquement ou mécaniquement), d'autant plus lorsque leur 10 commutation est synchronisée. L'ouverture de la vanne d'évacuation peut ainsi être retardée pour attendre la formation de la zone d'accumulation, et ainsi s'assurer que le fluide évacué présente une forte concentration molaire en espèces non réactives. En pratique, ces lignes de gaz supplémentaires décrites en référence aux premier et second modes de réalisation peuvent être simplement mises en oeuvre dans le système pile à 15 combustible, à l'extérieur de l'empilement de cellules proprement dit. Elles peuvent également être facilement intégrées dans l'empilement de cellules, notamment dans l'épaisseur des plaques terminales. Cela est d'autant plus facilement réalisable lorsque ces lignes supplémentaires sont d'un faible diamètre, voire lorsqu'elles sont dépourvues de vanne.

20 La pile à combustible, décrite précédemment avec deux groupes de cellules, peut comprendre un plus grand nombre de groupes de cellules. Les groupes peuvent alors être alimentés sélectivement, par exemple de manière cyclique, comme décrit dans le brevet FR2975227. Ainsi, en référence à la figure 4a, dans le cas d'une pile comportant trois groupes de cellules 25 A, B, C dont le collecteur de sortie est commun à chaque groupe, le fluide d'alimentation introduit dans le collecteur d'entrée Ce-A du premier groupe A rejoint le collecteur de sortie commun Cs et peut ensuite s'écouler simultanément dans les deux groupes suivants, à partir du collecteur de sortie commun Cs en direction du collecteur d'entrée Ce-B, Ce-C de chacun des deux groupes B et C. Ainsi, le premier groupe alimenté A est relié en série 3038146 22 avec les deux groupes B et C suivants, appelés également derniers groupes, qui sont reliés l'un à l'autre en parallèle. On peut ainsi prévoir un dispositif d'évacuation (non représenté) pour au moins l'un des derniers groupes ou pour chacun des derniers groupes. Pour limiter la chute de tension décrite précédemment, il est avantageux que l'étape de 5 purge soit réalisée de manière à ce que le fluide s'écoule dans les groupes B et C, dans le même sens que le sens d'écoulement dans ces groupes lors de l'étape d'alimentation précédente. Ainsi, il y a une inversion du sens d'écoulement entre l'étape d'alimentation et l'étape de purge uniquement pour le groupe A et non pas pour les deux groupes B et C, ce qui conduit à une chute de tension locale plus faible qu'au niveau du groupe A, 10 permettant ainsi de limiter son impact sur les performances électrochimiques de la pile. En référence à la figure 4b, la pile comporte trois différents groupes de cellules dont les collecteurs de sortie Cs-A, Cs-B, Cs-C sont distincts. Dans cet exemple, le fluide d'alimentation est introduit dans le collecteur d'entrée Ce-A du groupe A puis rejoint son collecteur de sortie Cs-A, et s'écoule dans un conduit de distribution 331AB jusqu'au 15 collecteur d'entrée Ce-B du groupe B, puis jusqu'à son collecteur de sortie Cs-B, et s'écoule dans un conduit de distribution 331BC jusqu'au collecteur d'entrée Ce-C du groupe C, et enfin jusqu'au collecteur de sortie Cs-C. Ainsi, le sens d'écoulement dans les différents groupes est co-courant d'un groupe à l'autre, c'est-à-dire qu'il s'écoule du collecteur d'entrée vers le collecteur de sortie dans chaque groupe. Il est avantageux que le sens de 20 l'écoulement soit identique, d'une étape d'alimentation à l'autre, pour limiter la présence d'une chute de tension qui migre dans tous les groupes du chemin fluidique. De plus, lorsque l'étape de purge est effectuée de manière à ce que le sens d'écoulement de la purge soit identique au sens d'écoulement de l'étape d'alimentation précédente, on évite ainsi tout effet de chute de tension (comme décrit précédemment).

25 Des modes de réalisation particuliers viennent d'être décrits. Différentes variantes et modifications apparaîtront à l'homme du métier. Ainsi, on a décrit un dispositif d'évacuation adapté à relier, lors de chaque étape d'alimentation, le dernier groupe à l'orifice de sortie. En variante, tous les derniers groupes 3038146 23 ne sont pas nécessairement reliés à l'orifice de sortie par le dispositif d'évacuation, ce qui permet de simplifier les lignes fluidiques. Par ailleurs, la durée de chaque étape d'alimentation et la fréquence d'alternance entre les étapes peuvent dépendre de plusieurs critères, par exemple des paramètres de la pile 5 (courant délivré, température...) ; la détection d'un niveau de tension des groupes de cellules en fonction d'un seuil prédéfini et fixe ; la détection d'un niveau de tension des groupes de cellules en fonction d'un seuil prédéfini variant en fonction des paramètres de la pile (courant délivré, température...) ; la détection ou l'estimation de la quantité de polluant au sein de la pile... Les critères peuvent être différents pour chacune des étapes 10 d'alimentation.

Claims (17)

1. REVENDICATIONS1. Procédé d'alimentation d'une pile à combustible (110, 210) en espèce réactive, la pile comportant un empilement de cellules électrochimiques réparties en N groupes (A, B) distincts de cellules, I\12, dans lequel : on effectue une pluralité d'étapes successives d'alimentation sélective des N groupes (A, B) de cellules en espèce réactive, au cours desquelles on alimente un premier groupe de cellules, l'espèce réactive non consommée dans le premier groupe circulant dans les autres groupes par l'intermédiaire de lignes de distribution (130, 230) assurant la communication fluidique des groupes entre eux et étant agencés de manière à former, avec les N groupes, un chemin fluidique pour l'espèce réactive, allant du premier groupe alimenté jusqu'à un ou plusieurs derniers groupes formant l'extrémité du chemin fluidique, le ou les derniers groupes étant différents à chaque étape d'alimentation, caractérisé en ce que, au cours d'au moins l'une desdites étapes d'alimentation, le dernier groupe, ou au moins l'un des derniers groupes, communique avec un dispositif d'évacuation (140, 240) adapté à permettre l'évacuation d'un fluide présent à l'intérieur de celui-ci.
2. 2. Procédé d'alimentation selon la revendication 1, la pile comportant un orifice de sortie (12) adapté à l'évacuation de fluide hors de la pile et le dispositif d'évacuation (140, 240) comportant un conduit d'évacuation (141A, 141B ; 241A, 241B) reliant le dernier groupe à l'orifice de sortie, le fluide évacué dans le conduit d'évacuation contenant une fraction d'espèce réactive, le dispositif d'évacuation est adapté à limiter un débit d'espèce réactive dans le conduit d'évacuation à au plus 5% d'un débit en espèce réactive à l'entrée du premier groupe.
3. 3. Procédé d'alimentation selon la revendication 1 ou 2, dans lequel, lors d'une même étape d'alimentation, le dispositif d'évacuation (140, 240) bloque puis autorise l'évacuation du fluide présent à l'intérieur du dernier groupe. 3038146 25
4. 4. Procédé d'alimentation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le dispositif d'évacuation (140, 240) est adapté à permettre, lors de chaque étape d'alimentation, l'évacuation d'un fluide présent à l'intérieur du dernier groupe correspondant. 5
5. 5. Procédé d'alimentation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel, lors des étapes d'alimentation successives, on collecte de l'eau liquide circulant dans le chemin fluidique, par l'intermédiaire d'un séparateur de phase (160 ; 261, 262) disposé entre deux groupes voisins suivant le chemin fluidique, de préférence disposé entre le premier groupe et un groupe adjacent. 10
6. 6. Procédé d'alimentation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les lignes de distribution fluidique (130, 230) sont agencées vis-à-vis des groupes (A, B) de sorte que le sens d'écoulement fluidique de l'espèce réactive dans un dernier groupe lors d'une étape d'alimentation est identique au sens d'écoulement fluidique dans le même groupe lors de l'étape d'alimentation suivante. 15
7. 7. Procédé d'alimentation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel, la pile comportant un orifice de sortie (12) adapté à l'évacuation de fluide hors de la pile, on effectue une pluralité d'étapes d'alimentation successives, puis on effectue une étape de purge des N groupes au cours de laquelle on alimente simultanément chacun des groupes en espèce réactive, chaque groupe communiquant avec l'orifice de sortie (12). 20
8. 8. Procédé d'alimentation selon la revendication 7, dans lequel les lignes de distribution fluidique (130, 230) sont agencées vis-à-vis des groupes (A, B) de sorte que le sens d'écoulement fluidique de l'espèce réactive dans un dernier groupe d'une étape d'alimentation est identique au sens d'écoulement fluidique dans le même groupe lors de l'étape de purge suivante. 25
9. 9. Procédé d'alimentation selon la revendication 7 ou 8, dans lequel les lignes de distribution fluidique (130, 230) sont agencées vis-à-vis des groupes (A, B) de sorte que le sens d'écoulement fluidique de l'espèce réactive dans chacun des N groupes lors d'une 3038146 26 étape d'alimentation est identique au sens d'écoulement fluidique dans les mêmes groupes lors de l'étape de purge suivante.
10. 10. Pile à combustible (110, 210), comportant : un orifice d'entrée (11) pour permettre l'alimentation de la pile en espèce réactive, 5 et un orifice de sortie (12) pour permettre l'évacuation de fluide hors de la pile ; un empilement de cellules électrochimiques réparties en N groupes (A, B) distincts de cellules, I\12, chaque groupe de cellules comportant un collecteur d'entrée (Ce- A, Ce-B) pour amener l'espèce réactive dans les cellules du groupe ; des lignes d'alimentation fluidique (120, 220) adaptées à alimenter sélectivement les 10 N groupes de cellules, reliant l'orifice d'entrée (11) à chacun des collecteurs d'entrée (Ce-A, Ce-B), et comportant au moins un commutateur sélectif (122A, 122B ; 222A, 222B) pour autoriser ou bloquer l'écoulement entre l'orifice d'entrée vers chacun des collecteurs d'entrée, des lignes de distribution fluidique (130, 230) adaptées à assurer la communication 15 fluidique des groupes entre eux et agencés de manière à former, avec les N groupes, un chemin fluidique pour l'espèce réactive, allant d'un premier groupe destiné à être alimenté en espèce réactive jusqu'à un ou plusieurs derniers groupes formant l'extrémité du chemin fluidique ; caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif d'évacuation (140, 240) reliant le dernier 20 groupe, ou au moins l'un des derniers groupes, à l'orifice de sortie (12) et adapté à permettre l'évacuation d'un fluide présent à l'intérieur de celui-ci.
11. 11. Pile à combustible selon la revendication 10, dans laquelle le dispositif d'évacuation (140, 240) comporte au moins un conduit d'évacuation (141A, 141B ; 241A, 241B) reliant le dernier groupe à l'orifice de sortie (12), dont au moins une caractéristique 25 dimensionnelle est adaptée pour limiter un débit d'espèce réactive dans le conduit d'évacuation à au plus 5% d'un débit en espèce réactive à l'entrée du premier groupe, et/ou comporte une vanne (142A, 142B ; 242A, 242B) autorisant, bloquant ou limitant un débit de fluide dans le conduit d'évacuation. 3038146 27
12. 12. Pile à combustible selon la revendication 11, dans laquelle la vanne (142A, 142B ; 242A, 242B) présente une ouverture commandable pour limiter un débit de fluide dans le conduit d'évacuation (141A, 141B ; 241A, 241B), l'ouverture étant commandée en fonction d'une valeur d'un paramètre représentatif d'un débit d'espèce réactive dans le conduit 5 d'évacuation.
13. 13. Pile à combustible selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, dans laquelle au moins un séparateur de phase (160 ; 261, 262) adapté à collecter de l'eau liquide circulant dans les lignes de distribution fluidique (130, 230), est disposé entre deux groupes voisins suivant le chemin fluidique, de préférence entre le premier groupe et le groupe 10 adjacent.
14. 14. Pile à combustible selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, les groupes de cellules comportant un collecteur de sortie commun (Cs) permettant la communication fluidique des cellules de tous les groupes entre elles, les lignes de distribution fluidique (130) étant formées du collecteur de sortie commun de sorte que le premier groupe est 15 relié en série avec les autres groupes, ceux-ci étant fluidiquement disposés en parallèle les uns aux autres formant ainsi plusieurs derniers groupes, le dispositif d'évacuation (140) comportant au moins un conduit d'évacuation (141A, 141B) reliant le collecteur d'entrée d'un dernier groupe à l'orifice de sortie (12).
15. 15. Pile à combustible selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, dans laquelle 20 chacun des N groupes comporte un collecteur de sortie (Cs-A, Cs-B), ceux-ci étant distincts les uns des autres, les lignes de distribution fluidique (230) comportant des conduits de distribution (231A, 231B) reliant fluidiquement les groupes en série, du premier groupe jusqu'à un dernier groupe, le dispositif d'évacuation (240) comportant au moins un conduit d'évacuation (241A, 241B) reliant le dernier groupe à l'orifice de sortie (12). 25
16. 16. Pile à combustible selon la revendication 15, dans laquelle le dispositif d'évacuation (240) comporte N conduits d'évacuation (241A, 241B) reliant chaque collecteur de sortie (Cs-A, Cs-B) à l'orifice de sortie (12) et munis chacun d'une vanne de purge (242A, 242B). 3038146 28
17. 17. Pile à combustible selon l'une quelconque des revendications 10 à 16, chaque groupe de cellules comportant un collecteur de sortie (Cs ; Cs-A, Cs-B) pour évacuer du fluide circulant dans les cellules, la pile comportant des lignes de purge (150, 240) reliant chacun des collecteurs de sortie (Cs ; Cs-A, Cs-B) à l'orifice de sortie (12) et comprenant au moins 5 un commutateur (152 ; 242A, 242B) pour autoriser ou bloquer l'écoulement entre les collecteurs de sortie et l'orifice de sortie.