FR3143880A1 - Fuel cell and its manufacturing process - Google Patents
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Abstract
Pile à combustible et son procédé de fabrication Pile à combustible (1), comprenant : des plaques (10, 30, 50, 70) empilées, chaque plaque comprenant un bord d’échange respectif pour former une face d’échange (5) ; un collecteur extérieur, fluidiquement connecté à la face d’échange ; et un joint de collecteur (90), encadrant la face d’échange (5) pour assurer une étanchéité de la connexion fluidique. Pour que le joint de collecteur ait une forme mieux maîtrisée et soit plus facile à appliquer, chaque plaque comprend une encoche de centrage respective, adjacente au bord d’échange, pour former une rainure de centrage (6) bordant la face d’échange. Le joint de collecteur comprend une portion de joint longitudinale (91) formée dans la rainure de centrage et assurant l’étanchéité de la connexion fluidique. Figure pour l'abrégé : Figure 2Fuel cell and its manufacturing method Fuel cell (1), comprising: stacked plates (10, 30, 50, 70), each plate comprising a respective exchange edge to form an exchange face (5); an external collector, fluidly connected to the exchange face; and a collector seal (90), framing the exchange face (5) to ensure tightness of the fluid connection. So that the collector gasket has a better controlled shape and is easier to apply, each plate includes a respective centering notch, adjacent to the exchange edge, to form a centering groove (6) bordering the exchange face. The collector seal comprises a longitudinal seal portion (91) formed in the centering groove and ensuring the sealing of the fluid connection. Figure for abstract: Figure 2
Description
La présente invention concerne une pile à combustible et un procédé pour fabriquer une telle pile à combustible.The present invention relates to a fuel cell and a method for manufacturing such a fuel cell.
US2001055708A1 décrit une pile à combustible comprenant un empilement horizontal de composants de cellules électrochimiques, incluant notamment des plaques de champ fluidique anodiques et cathodiques, des supports anodiques et cathodiques, des catalyseurs anodiques et cathodiques, et des membranes d’échange de protons. L’empilement est alimenté en gaz réactif, tel que de l’oxygène ou de l’hydrogène, par un collecteur, positionné sur le dessus de l’empilement. Un système d’étanchéité est interposé entre le collecteur et l’empilement. Alors que les bords des composants sont à des positions irrégulières, c’est-à-dire en saillie ou en retrait les uns par rapport aux autres, le système d’étanchéité comprend une première partie formant des ponts de silicone réticulé à basse température, qui épouse la forme des bords en saillie et en retrait, pour former une surface plane et régulière. Le système d’étanchéité comprend une deuxième partie, formée par une couche de silicone moussé, qui est interposée entre la surface plane et régulière de la première partie et la surface inférieure du collecteur, en s’étendant sur tout le périmètre du collecteur.US2001055708A1 describes a fuel cell comprising a horizontal stack of electrochemical cell components, including in particular anodic and cathode fluid field plates, anodic and cathode supports, anodic and cathode catalysts, and proton exchange membranes. The stack is supplied with reactive gas, such as oxygen or hydrogen, by a collector, positioned on top of the stack. A sealing system is interposed between the collector and the stack. While the edges of the components are in irregular positions, that is to say protruding or recessed relative to each other, the sealing system comprises a first part forming bridges of crosslinked silicone at low temperature, which follows the shape of the protruding and recessed edges, to form a flat and regular surface. The sealing system comprises a second part, formed by a layer of foamed silicone, which is interposed between the flat and regular surface of the first part and the lower surface of the collector, extending over the entire perimeter of the collector.
Cependant, en pratique, la nécessité d’utiliser du silicone peu visqueux afin que le silicone puisse parfaitement épouser les irrégularités de l’empilement et former des ponts peut impliquer que le silicone s’étale en largeur, de sorte que le joint ainsi formé, bien que relativement plat en surface, est en général relativement étalé en largeur et de forme imprécise. L’étalement du joint en largeur est susceptible d’obturer accidentellement une partie de la face d’échange entre l’empilement et le collecteur, réduisant ainsi l’efficacité de la pile à combustible.However, in practice, the need to use low viscosity silicone so that the silicone can perfectly match the irregularities of the stack and form bridges may imply that the silicone spreads in width, so that the joint thus formed, although relatively flat on the surface, is generally relatively spread out in width and of imprecise shape. Spreading the joint widthwise is likely to accidentally block part of the exchange face between the stack and the collector, thus reducing the efficiency of the fuel cell.
L’invention vise à résoudre les inconvénients de l’art antérieur, en proposant une nouvelle pile à combustible dont le joint de collecteur a une forme mieux maîtrisée dans laquelle l’application du joint de collecteur est facilitée.The invention aims to resolve the drawbacks of the prior art, by proposing a new fuel cell whose collector seal has a better controlled shape in which the application of the collector seal is facilitated.
L’invention a pour objet une pile à combustible, comprenant :The subject of the invention is a fuel cell, comprising:
- un empilement, comprenant des plaques, les plaques de l’empilement comprenant des plaques de champ d’écoulement et des plaques membrane-électrode et étant empilées suivant une direction d’empilement pour constituer des cellules électrochimiques, chaque plaque étant orientée perpendiculairement à la direction d’empilement en étant disposée à plat contre la plaque adjacente, chaque plaque comprenant un bord d’échange respectif, les bords d’échange étant parallèles entre eux et formant ensemble une face d’échange appartenant à l’empilement, la face d’échange s’étendant parallèlement à la direction d’empilement ;- a stack, comprising plates, the plates of the stack comprising flow field plates and membrane-electrode plates and being stacked in a stacking direction to constitute electrochemical cells, each plate being oriented perpendicular to the direction of stacking by being arranged flat against the adjacent plate, each plate comprising a respective exchange edge, the exchange edges being parallel to each other and together forming an exchange face belonging to the stack, the face of the exchange extending parallel to the stacking direction;
- un collecteur extérieur, qui est fluidiquement connecté à l’empilement en étant rapporté contre l’empilement de façon à recouvrir la face d’échange, pour un échange d’un fluide opérationnel entre le collecteur extérieur et l’empilement par l’intermédiaire de la face d’échange ; et- an external collector, which is fluidly connected to the stack by being attached against the stack so as to cover the exchange face, for an exchange of an operational fluid between the external collector and the stack via of the exchange face; And
- un joint de collecteur, qui encadre la face d’échange et qui est interposé entre l’empilement et le collecteur extérieur, pour assurer une étanchéité de la connexion fluidique entre le collecteur extérieur et l’empilement.- a collector seal, which frames the exchange face and which is interposed between the stack and the external collector, to ensure tightness of the fluid connection between the external collector and the stack.
Selon l’invention :According to the invention:
- chaque plaque comprend une encoche de centrage respective, adjacente au bord d’échange, les encoches de centrage formant ensemble une rainure de centrage appartenant à l’empilement, la rainure de centrage bordant la face d’échange et s’étendant parallèlement à la direction d’empilement ; et- each plate comprises a respective centering notch, adjacent to the exchange edge, the centering notches together forming a centering groove belonging to the stack, the centering groove bordering the exchange face and extending parallel to the stacking direction; And
- le joint de collecteur comprend une portion de joint longitudinale, qui est parallèle à la direction d’empilement, qui est formée dans la rainure de centrage, de sorte que la portion de joint longitudinale est interposée entre l’empilement et le collecteur extérieur pour assurer l’étanchéité de la connexion fluidique entre le collecteur extérieur et l’empilement.- the collector seal comprises a longitudinal seal portion, which is parallel to the stacking direction, which is formed in the centering groove, so that the longitudinal seal portion is interposed between the stack and the outer collector for ensure the tightness of the fluid connection between the external collector and the stack.
Une idée à la base de l’invention est de prévoir de former le joint de collecteur dans la rainure de centrage, de sorte que le joint de collecteur, reçu à l’intérieur de la rainure de centrage, a une faible tendance à déborder latéralement lors de sa formation, en particulier, même si le matériau utilisé pour former le joint de collecteur présente une très faible viscosité. La forme du joint de collecteur étant bien maîtrisée, il est plus aisé de former un joint qui épouse les encoches de centrage des plaques, même si certaines encoches sont en retrait ou en saillie les unes par rapport aux autres. L’étanchéité au fluide opérationnel est donc plus facile à assurer.An idea underlying the invention is to provide for forming the collector seal in the centering groove, so that the collector seal, received inside the centering groove, has a low tendency to overflow laterally. during its formation, in particular, even if the material used to form the collector seal has a very low viscosity. The shape of the collector joint being well controlled, it is easier to form a joint which fits the centering notches of the plates, even if certain notches are recessed or project from each other. Sealing against the operating fluid is therefore easier to ensure.
Un autre avantage est que certaines encoches de centrage peuvent être utilisées pour assurer un centrage de la plaque pendant la fabrication de l’empilement. Autrement dit, au cours de l’empilement des plaques pour former l’empilement et alors que le joint de collecteur n’est pas encore formé, on peut installer temporairement un rail de centrage qui coopère mécaniquement avec certaines encoches de centrage et sert ainsi de gabarit pour assurer que les plaques correspondantes sont correctement positionnées, transversalement par rapport à la direction d’empilement. Le rail de centrage est orienté parallèlement à la direction d’empilement. Lors de son empilement, au moins certaines plaques, dont l’encoche de centrage coopère mécaniquement avec le rail, sont guidées en coulissement suivant la direction d’empilement le long du rail de centrage. Pour les autres plaques, le rail peut traverser l’encoche de centrage suivant la direction d’empilement. Une fois l’empilement des plaques achevé, on retire le rail de centrage, de sorte que les encoches de centrage sont laissées libres pour la formation du joint de collecteur en leur sein. Les encoches de centrage cumulent donc à la fois une fonction de centrage des plaques et de réception de la portion de joint longitudinale.Another advantage is that certain centering notches can be used to ensure centering of the plate during the manufacture of the stack. In other words, during the stacking of the plates to form the stack and while the collector joint is not yet formed, a centering rail can be temporarily installed which cooperates mechanically with certain centering notches and thus serves as a template to ensure that the corresponding plates are correctly positioned, transversely to the stacking direction. The centering rail is oriented parallel to the stacking direction. When stacked, at least certain plates, whose centering notch cooperates mechanically with the rail, are guided to slide in the stacking direction along the centering rail. For other plates, the rail can pass through the centering notch following the stacking direction. Once the stacking of the plates is complete, the centering rail is removed, so that the centering notches are left free for the formation of the collector seal within them. The centering notches therefore combine both the function of centering the plates and receiving the longitudinal joint portion.
De préférence, au moins l’une des plaques de champ d’écoulement forme des orifices d’échange, formés au bord d’échange de la plaque de champ d’écoulement, pour déboucher en surface de la face d’échange et être recouverts par le collecteur extérieur, l’échange de fluide opérationnel entre le collecteur extérieur et l’empilement étant effectué par l’intermédiaire des orifices d’échange.Preferably, at least one of the flow field plates forms exchange orifices, formed at the exchange edge of the flow field plate, to open onto the surface of the exchange face and be covered by the external collector, the exchange of operational fluid between the external collector and the stack being carried out via the exchange orifices.
De préférence, les plaques de l’empilement comprennent un bord secondaire respectif, parallèle au bord d’échange et étant relié au bord d’échange par l’encoche de centrage.Preferably, the plates of the stack comprise a respective secondary edge, parallel to the exchange edge and being connected to the exchange edge by the centering notch.
De préférence, pour au moins l’une des plaques de l’empilement, le bord d’échange est en saillie vers l’extérieur de l’empilement par rapport au bord secondaire.Preferably, for at least one of the plates of the stack, the exchange edge projects towards the outside of the stack relative to the secondary edge.
De préférence, pour au moins l’une des plaques membrane-électrode, le bord secondaire de la plaque membrane-électrode est en saillie vers l’extérieur de l’empilement, par rapport au bord secondaire des plaques de champ d’écoulement adjacentes.Preferably, for at least one of the membrane-electrode plates, the secondary edge of the membrane-electrode plate projects towards the outside of the stack, relative to the secondary edge of the adjacent flow field plates.
De préférence, les plaques de champ d’écoulement comprennent des plaques de champ d’écoulement primaires et des plaques de champ d’écoulement secondaires. De préférence, au moins l’une des plaques de champ d’écoulement primaires est adjacente à l’une des plaques de champ d’écoulement secondaires pour former, avec ladite plaque de champ d’écoulement secondaire, une plaque bipolaire. De préférence, pour au moins l’une des plaques bipolaires, le bord d’échange de la plaque de champ d’écoulement primaire et le bord d’échange de la plaque de champ d’écoulement secondaire sont en affleurement mutuel. De préférence, pour au moins l’une des plaques bipolaires, l’encoche de centrage de la plaque de champ d’écoulement primaire est en retrait vers l’intérieur de l’empilement par rapport à l’encoche de centrage de la plaque de champ d’écoulement secondaire.Preferably, the flow field plates include primary flow field plates and secondary flow field plates. Preferably, at least one of the primary flow field plates is adjacent to one of the secondary flow field plates to form, with said secondary flow field plate, a bipolar plate. Preferably, for at least one of the bipolar plates, the exchange edge of the primary flow field plate and the exchange edge of the secondary flow field plate are flush with each other. Preferably, for at least one of the bipolar plates, the centering notch of the primary flow field plate is set back towards the inside of the stack relative to the centering notch of the plate. secondary flow field.
De préférence, l’encoche de centrage d’au moins l’une des plaques membrane-électrode est en affleurement ou en retrait vers l’intérieur de l’empilement, par rapport à l’encoche de centrage de la plaque de champ d’écoulement secondaire adjacente, et en saillie vers l’extérieur de l’empilement, par rapport à l’encoche de centrage de la plaque de champ d’écoulement primaire adjacente.Preferably, the centering notch of at least one of the membrane-electrode plates is flush with or set back towards the inside of the stack, relative to the centering notch of the field plate. adjacent secondary flow, and projecting towards the outside of the stack, relative to the centering notch of the adjacent primary flow field plate.
De préférence, pour au moins l’une des plaques membrane-électrode, le bord d’échange de la plaque membrane-électrode est en saillie vers l’extérieur de l’empilement, par rapport au bord d’échange des plaques de champ d’écoulement adjacentes.Preferably, for at least one of the membrane-electrode plates, the exchange edge of the membrane-electrode plate projects towards the outside of the stack, relative to the exchange edge of the field plates d adjacent flow.
De préférence, l’empilement comprend en outre des joints périphériques, chaque joint périphérique étant interposé entre l’une des plaques de champ d’écoulement et l’une des plaques membrane-électrode suivant la direction d’empilement. De préférence, chaque joint périphérique comprend: une portion de bord d’échange, qui est interposée entre le bord d’échange de la plaque de champ d’écoulement et le bord d’échange de la plaque membrane-électrode suivant la direction d’empilement, en étant en affleurement avec le bord d’échange de ladite plaque de champ d’écoulement ou en retrait vers l’intérieur de l’empilement par rapport au bord d’échange de ladite plaque de champ d’écoulement ; et une portion en creux, qui est interposée entre l’encoche de centrage de la plaque de champ d’écoulement et l’encoche de centrage de la plaque membrane-électrode suivant la direction d’empilement, la portion en creux étant en retrait vers l’intérieur de l’empilement par rapport à l’encoche de centrage de la plaque membrane-électrode et étant en affleurement ou en retrait vers l’intérieur de l’empilement par rapport à l’encoche de centrage de la plaque de champ d’écoulement.Preferably, the stack further comprises peripheral seals, each peripheral seal being interposed between one of the flow field plates and one of the membrane-electrode plates in the stacking direction. Preferably, each peripheral joint comprises: an exchange edge portion, which is interposed between the exchange edge of the flow field plate and the exchange edge of the membrane-electrode plate in the direction of stack, being flush with the exchange edge of said flow field plate or set back towards the inside of the stack relative to the exchange edge of said flow field plate; and a recessed portion, which is interposed between the centering notch of the flow field plate and the centering notch of the membrane-electrode plate in the stacking direction, the recessed portion being recessed towards inside the stack relative to the centering notch of the membrane-electrode plate and being flush with or set back towards the inside of the stack relative to the centering notch of the field plate d 'flow.
De préférence, pour au moins l’une des plaques de l’empilement, l’encoche de centrage présente un profil en forme d’arc de cercle, en projection dans un plan de projection qui est orthogonal à la direction d’empilement.Preferably, for at least one of the plates of the stack, the centering notch has a profile in the shape of an arc of a circle, projected in a projection plane which is orthogonal to the stacking direction.
De préférence, les plaques de l’empilement comprennent une plaque terminale, terminant l’empilement suivant la direction d’empilement.Preferably, the plates of the stack comprise an end plate, terminating the stack in the stacking direction.
De préférence, une rainure transversale est ménagée dans le bord d’échange de la plaque terminale, la rainure transversale étant reliée à la rainure de centrage en débouchant dans l’encoche de centrage de la plaque terminale. De préférence, le joint de collecteur comprend une portion de joint transversale, qui est perpendiculaire à la direction d’empilement, qui est formée dans la rainure transversale et qui est jointe à la portion de joint longitudinale, de sorte que la portion de joint transversale est interposée entre la plaque terminale et le collecteur extérieur pour assurer l’étanchéité fluidique de la connexion fluidique entre le collecteur extérieur et l’empilement.Preferably, a transverse groove is provided in the exchange edge of the end plate, the transverse groove being connected to the centering groove by opening into the centering notch of the end plate. Preferably, the collector joint comprises a transverse joint portion, which is perpendicular to the stacking direction, which is formed in the transverse groove and which is joined to the longitudinal joint portion, so that the transverse joint portion is interposed between the end plate and the outer collector to ensure fluid tightness of the fluid connection between the outer collector and the stack.
L’invention a également pour objet un procédé, pour fabriquer la pile à combustible telle que définie ci-avant. Le procédé comprend :The invention also relates to a method for manufacturing the fuel cell as defined above. The process includes:
- alors que les plaques de l’empilement ne sont pas encore empilées et que le joint de collecteur n’est pas encore formé, installation d’un rail de centrage, qui est parallèle à la direction d’empilement et qui est apte à être reçu dans l’encoche de centrage respective des plaques ;- while the plates of the stack are not yet stacked and the collector joint is not yet formed, installation of a centering rail, which is parallel to the stacking direction and which is capable of being received in the respective centering notch of the plates;
- empilement successif des plaques pour former l’empilement alors que le rail de centrage est installé, en guidant les plaques par coopération mécanique d’au moins l’une des encoches de centrage avec le rail de centrage, de sorte que le rail de centrage assure un centrage des plaques transversalement par rapport à la direction d’empilement ;- successive stacking of the plates to form the stack while the centering rail is installed, by guiding the plates by mechanical cooperation of at least one of the centering notches with the centering rail, so that the centering rail ensures centering of the plates transversely in relation to the stacking direction;
- retrait du rail de centrage, une fois que l’empilement est achevé, en déplaçant le rail de centrage à l’écart de l’empilement, transversalement par rapport à la direction d’empilement ;- removal of the centering rail, once the stacking is completed, by moving the centering rail away from the stacking, transversely to the stacking direction;
- mise en place du joint de collecteur, avec la portion de joint longitudinale formée dans la rainure de centrage, une fois que l’empilement a été achevé et que le rail de centrage a été retiré ; et- installation of the collector seal, with the longitudinal seal portion formed in the centering groove, once the stacking has been completed and the centering rail has been removed; And
- connexion fluidique du collecteur extérieur à l’empilement, une fois que le joint de collecteur a été mis en place, en rapportant le collecteur extérieur contre l’empilement de façon à recouvrir la face d’échange, avec interposition du joint de collecteur, y compris de la portion de joint longitudinale, entre l’empilement et le collecteur extérieur, pour assurer l’étanchéité de la connexion fluidique entre le collecteur extérieur et l’empilement.- fluid connection of the external collector to the stack, once the collector seal has been put in place, by bringing the external collector against the stack so as to cover the exchange face, with the interposition of the collector seal, including the longitudinal joint portion, between the stack and the outer collector, to ensure the sealing of the fluid connection between the outer collector and the stack.
De préférence, l’installation du rail de centrage comprend une fixation du rail de centrage sur une plaque d’appui appartenant à la pile à combustible. De préférence, l’empilement successif des plaques comprend l’empilement de l’une des plaques contre la plaque d’appui parallèlement à la direction d’empilement. De préférence, le retrait du rail de centrage comprend une séparation du rail de centrage de la plaque d’appui.Preferably, the installation of the centering rail comprises fixing the centering rail on a support plate belonging to the fuel cell. Preferably, the successive stacking of the plates comprises the stacking of one of the plates against the support plate parallel to the stacking direction. Preferably, removal of the centering rail includes separating the centering rail from the backing plate.
De préférence, la mise en place du joint de collecteur comprend :Preferably, installing the collector gasket includes:
- application d’un premier cordon, en élastomère dans un état non réticulé, dans la rainure de centrage, pour former la portion de joint longitudinale ; et- application of a first bead, made of elastomer in a non-crosslinked state, in the centering groove, to form the longitudinal joint portion; And
- réticulation in-situ de l’élastomère non-réticulé du premier cordon, alors que le premier cordon a été appliqué.- in-situ crosslinking of the non-crosslinked elastomer of the first bead, while the first bead has been applied.
De préférence, la mise en place du joint de collecteur comprend en outre, une fois que le premier cordon a été appliqué : application d’un deuxième cordon, en élastomère dans un état non-réticulé sur le premier cordon, de sorte que le deuxième cordon soit en saillie vers l’extérieur de l’empilement, par rapport à la face d’échange, l’élastomère du deuxième cordon ayant une viscosité plus élevée, au moment où le deuxième cordon est appliqué que la viscosité de l’élastomère du premier cordon, lorsque le premier cordon est appliqué.Preferably, the installation of the collector joint further comprises, once the first bead has been applied: application of a second bead, made of elastomer in a non-crosslinked state on the first bead, so that the second bead bead is projecting towards the outside of the stack, relative to the exchange face, the elastomer of the second bead having a higher viscosity, at the moment when the second bead is applied, than the viscosity of the elastomer of the first bead, when the first bead is applied.
L’invention et d’autres avantages de celle-ci apparaîtront à la lumière de la description qui suit de modes de réalisation conformes à son principe, faite en référence aux figures annexées dans lesquelles :The invention and other advantages thereof will appear in the light of the following description of embodiments conforming to its principle, made with reference to the appended figures in which:
Les figures 1 à 3 montrent une pile à combustible 1 selon un mode de réalisation de l’invention. La pile à combustible 1 comprend un empilement 2, représenté plus en détails sur les figures 4 à 6. L’empilement 2 comprend des plaques de champ d’écoulement primaire 10, des plaques de champ d’écoulement secondaires 30, des plaques membrane-électrode 50 et, de préférence, des plaques terminales 70 et des joints périphériques 80. La pile 1 comprend aussi un collecteur extérieur 100, visible sur la
Pour la fabrication de la pile 1, et notamment le centrage des différentes plaques 10, 30, 50 et 70 on utilise un gabarit périphérique de centrage 130 montré sur les figures 7 à 9, incluant des rails de centrage 131, qui est au moins en partie retiré une fois l’empilement 2 achevé.For the manufacture of the stack 1, and in particular the centering of the different plates 10, 30, 50 and 70, a peripheral centering template 130 shown in Figures 7 to 9, including centering rails 131, is used, which is at least in part removed once stack 2 is completed.
On définit une direction d’empilement Z2, selon laquelle les plaques 10, 30, 50 et 70 ainsi que les joints 80 sont empilés pour constituer l’empilement 2. La direction Z2 est perpendiculaire aux plaques 10, 30, 50 et 70 et fixe par rapport à l’empilement 2.A stacking direction Z2 is defined, according to which the plates 10, 30, 50 and 70 as well as the joints 80 are stacked to constitute the stack 2. The direction Z2 is perpendicular to the plates 10, 30, 50 and 70 and fixed compared to stack 2.
Comme montré sur les figures 1 à 3, les plaques d’appui 111 et 112 sont disposées de part et d’autre de l’empilement 2 suivant la direction Z2. Les ressorts 114 sont interposés, suivant la direction Z2, entre l’empilement 2 et la plaque d’appui 112. La plaque d’appui 111 vient en appui contre l’empilement suivant la direction Z2. L’empilement 2 vient en appui contre les ressorts 114, qui sont répartis sur la surface de la plaque d’appui 112. Les ressorts 114, interposés entre la plaque d’appui 112 et l’empilement 2, viennent en appui contre la plaque 112 suivant la direction Z2. Les tirants 113, qui sont chacun parallèles à la direction Z2, sont répartis autour de l’empilement 2, en reliant entre elles les plaques d’appui 111 et 112, de façon à les maintenir en position l’une par rapport à l’autre suivant la direction Z2 et ainsi de maintenir l’empilement 2 en compression suivant la direction Z2 sous l’action des ressorts 114. Les ressorts 114 autorisent avantageusement des variations dimensionnelles de l’empilement 2 suivant la direction Z2, qui peuvent se produire durant l’utilisation de la pile, notamment sous l’effet de contraintes thermiques. Dans le présent exemple, on prévoit six tirants 113 et huit ressorts 114, toutefois un nombre différent de ces éléments peut être prévu. En variante, un autre type de système de compression peut être prévu. Par exemple, le système de compression pourrait, en alternative, comprendre des plaques d’appui, de part et d’autre de l’empilement, l’ensemble de l’empilement et des plaques d’appui étant reçu dans un carter, et des ressorts étant interposés entre une face du carter et au moins l’une des plaques d’appui pour comprimer l’empilement. Le principe d’un tel système de compression alternatif est par exemple décrit dans le document WO2007/080472. D’autres systèmes de compression sont décrits dans le document US20090162728 ou, sans ressorts, dans le document US20100261088, ou encore dans le document EP1597786.As shown in Figures 1 to 3, the support plates 111 and 112 are arranged on either side of the stack 2 in the direction Z2. The springs 114 are interposed, in the direction Z2, between the stack 2 and the support plate 112. The support plate 111 comes to bear against the stack in the direction Z2. The stack 2 comes to bear against the springs 114, which are distributed over the surface of the support plate 112. The springs 114, interposed between the support plate 112 and the stack 2, come to bear against the plate 112 following direction Z2. The tie rods 113, which are each parallel to the direction Z2, are distributed around the stack 2, connecting the support plates 111 and 112 together, so as to maintain them in position relative to each other. other in the direction Z2 and thus maintain the stack 2 in compression in the direction Z2 under the action of the springs 114. The springs 114 advantageously allow dimensional variations of the stack 2 in the direction Z2, which can occur during the use of the battery, particularly under the effect of thermal stress. In the present example, six tie rods 113 and eight springs 114 are provided, however a different number of these elements can be provided. Alternatively, another type of compression system can be provided. For example, the compression system could, alternatively, comprise support plates, on either side of the stack, the entire stack and the support plates being received in a casing, and springs being interposed between one face of the casing and at least one of the support plates to compress the stack. The principle of such an alternative compression system is for example described in document WO2007/080472. Other compression systems are described in document US20090162728 or, without springs, in document US20100261088, or even in document EP1597786.
Chaque plaque 10, 30, 50 et 70 est de forme plane, suivant un plan respectif, perpendiculairement à la direction Z2. Les plaques 10, 30, 50 et 70 sont parallèles entre elles et aux plaques 111 et 112. Comme mieux visible sur les figures 3 et 4, chaque plaque 10, 30, 50 ou 70 est disposée à plat contre la plaque adjacente, c’est-à-dire contre la plaque immédiatement suivante. Etant ainsi disposée à plat, la plaque 10, 30, 50 ou 70 est superposée, bord à bord, avec la plaque adjacente, éventuellement avec interposition de l’un des joints 80 entre les deux plaques adjacentes. Plus précisément, chaque joint périphérique 80 est interposé entre l’une des plaques membrane-électrode 50, et l’une des plaques de champ d’écoulement 10 ou 30. Chaque joint périphérique 80 s’étend à plat entre les plaques concernées, suivant un plan perpendiculaire à la direction d’empilement Z2. Dans l’exemple illustré, les plaques de champ d’écoulement 10 et 30 adjacentes sont superposées sans interposition d’un joint périphérique 80 entre elles.Each plate 10, 30, 50 and 70 is of planar shape, following a respective plane, perpendicular to the direction Z2. The plates 10, 30, 50 and 70 are parallel to each other and to the plates 111 and 112. As better visible in Figures 3 and 4, each plate 10, 30, 50 or 70 is arranged flat against the adjacent plate, it i.e. against the immediately following plate. Being thus arranged flat, the plate 10, 30, 50 or 70 is superimposed, edge to edge, with the adjacent plate, possibly with the interposition of one of the joints 80 between the two adjacent plates. More precisely, each peripheral seal 80 is interposed between one of the membrane-electrode plates 50, and one of the flow field plates 10 or 30. Each peripheral seal 80 extends flat between the plates concerned, according to a plane perpendicular to the stacking direction Z2. In the example illustrated, the adjacent flow field plates 10 and 30 are superimposed without the interposition of a peripheral seal 80 between them.
Les différentes plaques de l’empilement 2 sont disposées dans un ordre précis suivant la direction d’empilement Z2, pour former des groupes de plaques adjacentes, chaque groupe de plaques adjacentes formant une cellule électrochimique respective. Chaque cellule électrochimique de l’empilement 2 comprend, dans cet ordre suivant la direction Z2, une plaque de champ d’écoulement secondaire 30, un joint périphérique 80 éventuel, une plaque membrane-électrode 50, un autre joint périphérique 80 éventuel, et une plaque de champ d’écoulement primaire 10. Pour le fonctionnement des cellules électrochimiques, l’empilement 2 est conçu pour être alimenté avec des fluides opérationnels, incluant un fluide réactif cathodique, comprenant par exemple du dihydrogène, un fluide réactif anodique, comprenant par exemple du dioxygène éventuellement contenu dans de l’air, ainsi que, si besoin, un fluide de refroidissement. Au sein de chaque cellule électrochimique, le fluide réactif cathodique réagit avec le fluide réactif anodique pour produire de l’électricité. Le fluide de refroidissement sert quant à lui à refroidir l’empilement 2. On prévoit aussi d’évacuer ces fluides opérationnels et/ou les produits issus de la réaction de ces fluides opérationnels après leur passage dans l’empilement 2.The different plates of stack 2 are arranged in a precise order following the stacking direction Z2, to form groups of adjacent plates, each group of adjacent plates forming a respective electrochemical cell. Each electrochemical cell of the stack 2 comprises, in this order following the direction Z2, a secondary flow field plate 30, a possible peripheral seal 80, a membrane-electrode plate 50, another possible peripheral seal 80, and a primary flow field plate 10. For the operation of the electrochemical cells, the stack 2 is designed to be supplied with operational fluids, including a cathodic reactive fluid, comprising for example dihydrogen, an anodic reactive fluid, comprising for example oxygen possibly contained in air, as well as, if necessary, a cooling fluid. Within each electrochemical cell, the cathodic reactive fluid reacts with the anodic reactive fluid to produce electricity. The cooling fluid is used to cool stack 2. It is also planned to evacuate these operational fluids and/or the products resulting from the reaction of these operational fluids after their passage into stack 2.
Dans le présent exemple, par souci de simplification, on a représenté seulement neuf cellules électrochimiques. Toutefois, en pratique, la pile à combustible 1 peut présenter un nombre de cellules plus élevé, par exemple entre cinquante et cinq-cents.In the present example, for the sake of simplification, only nine electrochemical cells have been represented. However, in practice, the fuel cell 1 may have a higher number of cells, for example between fifty and five hundred.
Chaque plaque 10, 30, 50 et 70 présente un périmètre extérieur 3, qui s’étend suivant un plan orthogonal à la direction Z2. Chaque plaque 10, 30, 50 et 70 s’étend exclusivement à l’intérieur de son périmètre extérieur 3. Ici chaque périmètre extérieur 3 est de forme générale rectangulaire. On prévoit avantageusement que le périmètre extérieur 3 de chaque plaque du même type de l’empilement 2 est de même forme, ou de forme proche, et est superposé suivant la direction d’empilement Z2 avec le périmètre extérieur 3 de toutes les autres plaques du même type, c’est-à-dire avec alignement suivant la direction Z2. Par exemple, toutes les plaques membrane-électrode 50 présentent un périmètre extérieur 3 identique et superposé suivant la direction d’empilement Z2 avec le périmètre extérieur 3 des autres plaques membrane-électrode 50. Par exemple, toutes les plaques de champ d’écoulement primaire 10 présentent un périmètre extérieur 3 identique et superposé suivant la direction d’empilement Z2 avec le périmètre extérieur 3 des autres plaques de champ d’écoulement primaire 10, le périmètre 3 des plaques 10 pouvant être différent de celui des plaques 50, et ainsi de suite. On prévoit notamment que le périmètre extérieur 3 de plaques d’un premier type est, pour tout ou partie, en retrait vers l’intérieur de l’empilement 2 ou en saillie vers l’extérieur de l’empilement 2, par rapport au périmètre extérieur des plaques d’un autre type. Par exemple, on prévoit que le périmètre extérieur 3 des plaques membrane-électrodes 50 est en débord vers l’extérieur de l’empilement 2 par rapport au périmètre extérieur 3 des plaques de champ d’écoulement 10.Each plate 10, 30, 50 and 70 has an external perimeter 3, which extends along a plane orthogonal to the direction Z2. Each plate 10, 30, 50 and 70 extends exclusively within its outer perimeter 3. Here each outer perimeter 3 is of generally rectangular shape. It is advantageously provided that the outer perimeter 3 of each plate of the same type of the stack 2 is of the same shape, or of similar shape, and is superimposed in the stacking direction Z2 with the outer perimeter 3 of all the other plates of the stack. same type, that is to say with alignment following direction Z2. For example, all the membrane-electrode plates 50 have an identical outer perimeter 3 and superimposed along the stacking direction Z2 with the outer perimeter 3 of the other membrane-electrode plates 50. For example, all the primary flow field plates 10 have an identical outer perimeter 3 and superimposed along the stacking direction Z2 with the outer perimeter 3 of the other primary flow field plates 10, the perimeter 3 of the plates 10 being able to be different from that of the plates 50, and so following. It is envisaged in particular that the outer perimeter 3 of plates of a first type is, for all or part, set back towards the inside of the stack 2 or projects towards the outside of the stack 2, relative to the perimeter exterior of plates of another type. For example, it is expected that the outer perimeter 3 of the membrane-electrode plates 50 projects outwards from the stack 2 in relation to the outer perimeter 3 of the flow field plates 10.
La réunion des périmètres extérieurs 3 de toutes les plaques 10, 30, 50 et 70 de l’empilement forme différents côtés 4 de l’empilement 2, parallèles à la direction Z2, ici quatre côtés 4, puisque les périmètres extérieurs 3 des plaques de l’empilement 2 présentent une forme générale rectangulaire. Certaines parties du périmètre extérieur 3 des plaques 10, 30, 50 et 70 étant en retrait ou en débord, les côtés 4 sont irréguliers, les périmètres 3 en retrait formant des sillons transversaux, perpendiculaires à la direction d’empilement Z2, les périmètres 3 en débord formant des crêtes, perpendiculaires à la direction d’empilement Z2 et parallèles aux sillons.The union of the exterior perimeters 3 of all the plates 10, 30, 50 and 70 of the stack forms different sides 4 of the stack 2, parallel to the direction Z2, here four sides 4, since the exterior perimeters 3 of the plates the stack 2 has a generally rectangular shape. Certain parts of the outer perimeter 3 of the plates 10, 30, 50 and 70 being recessed or overhanging, the sides 4 are irregular, the recessed perimeters 3 forming transverse furrows, perpendicular to the stacking direction Z2, the perimeters 3 overhanging forming ridges, perpendicular to the stacking direction Z2 and parallel to the furrows.
Comme mieux visible sur les figures 2 et 3, au moins l’un des côtés 4 de l’empilement 2 forme au moins une face d’échange 5, au moins une rainure de centrage 6 et au moins une face secondaire 7. Par exemple, au moins l’un des côtés 4 de l’empilement 2 forme une seule face d’échange 5, deux rainures de centrage 6 et deux faces secondaires 7. La présente description et les dessins montrent un seul des côtés 4 de l’empilement 2 pourvu de tels éléments. Toutefois, on prévoir préférentiellement qu’un ou plusieurs autres côtés 4 comporte de tels éléments, ou comporte pour le moins des rainures de centrage 6. Typiquement, deux côtés 4 opposés de l’empilement 2 seront munis de tels éléments, pour former une entrée et une sortie pour un même fluide opérationnel donné. On peut aussi prévoir, dans un côté 4, deux faces d’échange 5 disposées côte à côte selon la direction tangentielle de ladite face qui est perpendiculaire à la direction d’empilement Z2, avec dans ce cas, par exemple, trois ou quatre rainures de centrage 6 et deux ou trois faces secondaires 7.As better visible in Figures 2 and 3, at least one of the sides 4 of the stack 2 forms at least one exchange face 5, at least one centering groove 6 and at least one secondary face 7. For example , at least one of the sides 4 of the stack 2 forms a single exchange face 5, two centering grooves 6 and two secondary faces 7. The present description and the drawings show only one of the sides 4 of the stack 2 provided with such elements. However, it is preferentially provided that one or more other sides 4 comprise such elements, or at least comprise centering grooves 6. Typically, two opposite sides 4 of the stack 2 will be provided with such elements, to form an entrance and an output for the same given operational fluid. It is also possible to provide, in one side 4, two exchange faces 5 arranged side by side in the tangential direction of said face which is perpendicular to the stacking direction Z2, with in this case, for example, three or four grooves centering 6 and two or three secondary faces 7.
En plus de ladite au moins une face d’échange 5, l’empilement peut comporter, de manière connue, une ou plusieurs galeries internes, ou collecteurs interne, chaque galerie interne étant formée d’orifices superposés aménagés dans l’empilement de plaques, pour la circulation et la distribution d’un ou plusieurs autres des fluides opérationnels.In addition to said at least one exchange face 5, the stack may comprise, in known manner, one or more internal galleries, or internal collectors, each internal gallery being formed of superimposed orifices arranged in the stack of plates, for the circulation and distribution of one or more other operational fluids.
Pour chaque face d’échange 5, on définit une direction normale Y2, perpendiculaire à la face 5 et à la direction Z2 et dirigée vers l’extérieur de l’empilement 2, et une direction tangentielle X2, parallèle à la face d’échange 5 et perpendiculaire à la direction Z2.For each exchange face 5, a normal direction Y2 is defined, perpendicular to the face 5 and to the direction Z2 and directed towards the outside of the stack 2, and a tangential direction X2, parallel to the exchange face 5 and perpendicular to the direction Z2.
De préférence, la face d’échange 5, les rainures 6 et les faces secondaires 7 s’étendent d’une extrémité à l’autre de l’empilement 2 suivant la direction Z2, et sont parallèles à la direction Z2.Preferably, the exchange face 5, the grooves 6 and the secondary faces 7 extend from one end to the other of the stack 2 in the direction Z2, and are parallel to the direction Z2.
Chaque rainure de centrage 6 s’étend parallèlement à la direction Z2, est ménagée en creux dans l’empilement 2, de façon à être ouverte suivant la direction normale Y2. La face d’échange 5 est disposée entre les deux rainures 6, en étant délimitée par les rainures 6 suivant la direction tangentielle X2. Chaque rainure 6 est disposée entre la face d’échange 5 et l’une des faces secondaires 7. Suivant la direction tangentielle X2, la face secondaire 7 est préférentiellement délimitée par la rainure 6 et s’étend par exemple jusqu’à une extrémité du côté 4. De préférence, la face d’échange 5 et la ou les faces secondaires 7 sont parallèles entre elles et parallèles à la direction tangentielle X2.Each centering groove 6 extends parallel to the direction Z2, is hollowed out in the stack 2, so as to be open in the normal direction Y2. The exchange face 5 is arranged between the two grooves 6, being delimited by the grooves 6 in the tangential direction X2. Each groove 6 is arranged between the exchange face 5 and one of the secondary faces 7. Along the tangential direction X2, the secondary face 7 is preferably delimited by the groove 6 and extends for example to one end of the side 4. Preferably, the exchange face 5 and the secondary face(s) 7 are parallel to each other and parallel to the tangential direction X2.
Sur le même côté 4 que celui portant la face d’échange 5, l’empilement comprend aussi préférentiellement une ou plusieurs rainures transversales 8, ici deux rainures transversales 8. Chaque rainure transversale 8 est ménagée en creux dans l’empilement 2, de façon à être ouverte suivant la direction normale Y2. Chaque rainure transversale 8 relie les deux rainures de centrage 6 ensemble. Pour cela, chaque rainure transversale 8 s’étend de préférence perpendiculairement à la direction Z2, en particulier parallèlement à la direction X2. La face d’échange 5 est disposée entre les deux rainures 8, en étant délimitée par les rainures 8 suivant la direction d’empilement Z2. Ensemble, les rainures 6 et 8 encadrent la face d’échange 5 selon un contour fermé.On the same side 4 as that carrying the exchange face 5, the stack also preferably comprises one or more transverse grooves 8, here two transverse grooves 8. Each transverse groove 8 is formed hollow in the stack 2, so as to to be opened in the normal direction Y2. Each transverse groove 8 connects the two centering grooves 6 together. For this, each transverse groove 8 preferably extends perpendicular to the direction Z2, in particular parallel to the direction X2. The exchange face 5 is arranged between the two grooves 8, being delimited by the grooves 8 in the stacking direction Z2. Together, grooves 6 and 8 frame the exchange face 5 according to a closed contour.
Comme visible sur la
Le joint de collecteur 90 encadre la face d’échange 5. Pour cela, le joint de collecteur 90 comprend deux portions de joint longitudinales 91 et deux portions de joint transversales 92. Chaque portion de joint longitudinale 91, également visible en coupe sur la
De préférence, chaque portion de joint longitudinale 91 comble entièrement la section de la rainure 6 qu’elle occupe, sur une portion de la rainure 6 qui longe la face 5, la portion 91 épousant la forme du fond de la rainure 6. De même, de préférence, chaque portion de joint transversale 92 comble entièrement la section de la rainure 8 qu’elle occupe, sur une portion de la rainure 8 qui longe la face 5, la portion 92 épousant la forme du fond de la rainure 8. Comme visible sur la
La face d’échange 5 est configurée pour permettre un échange d’au moins un fluide opérationnel, de préférence d’un seul fluide opérationnel, avec le collecteur extérieur 100. A cette fin, le collecteur extérieur 100 est fluidiquement connecté à l’empilement 2, en étant en particulier connecté avec la face d’échange 5, de préférence exclusivement avec la face 5. Pour être fluidiquement connecté à l’empilement 2, le collecteur 100 est rapporté contre l’empilement 2 de façon à recouvrir la face d’échange 5, comme montré sur la
Par « échange », on entend soit une admission de fluide opérationnel au sein de l’empilement 2 via la face d’échange 5, le fluide opérationnel étant alors fourni par le collecteur extérieur 100, soit une évacuation de fluide opérationnel depuis l’intérieur de l’empilement 2 via la face d’échange 5, le fluide opérationnel étant alors collecté par le collecteur extérieur 100. Au niveau de la face 5, l’échange de fluide opérationnel est effectué parallèlement à la direction normale Y2.By “exchange”, we mean either an admission of operational fluid within the stack 2 via the exchange face 5, the operational fluid then being supplied by the external collector 100, or an evacuation of operational fluid from the interior of the stack 2 via the exchange face 5, the operational fluid then being collected by the external collector 100. At the level of face 5, the exchange of operational fluid is carried out parallel to the normal direction Y2.
En pratique, comme montré sur la
Le collecteur 100 peut également, de préférence, comprendre un système de fixation 102, qui est solidaire du connecteur 101 et par l’intermédiaire duquel le collecteur 100 peut être fixé à la pile 1 et/ou à l’empilement 2. Ici, le système de fixation 102 est conçu pour être fixé à la pile 1 en étant fixé aux plaques 111 et 112. De préférence, le système de fixation 102 comprend une embase 103, par l’intermédiaire de laquelle le système de fixation est fixé à un bord de fixation 115, appartenant à la plaque 111. De préférence, l’embase 103 est rapportée contre le bord de fixation 115 parallèlement à la direction normale Y2, le bord de fixation 115 étant parallèle et/ou dans le prolongement de la face d’échange 5, suivant la direction Z2.The collector 100 can also, preferably, comprise a fixing system 102, which is integral with the connector 101 and via which the collector 100 can be fixed to the battery 1 and/or to the stack 2. Here, the fixing system 102 is designed to be fixed to the pile 1 by being fixed to the plates 111 and 112. Preferably, the fixing system 102 comprises a base 103, via which the fixing system is fixed to an edge fixing edge 115, belonging to the plate 111. Preferably, the base 103 is attached against the fixing edge 115 parallel to the normal direction Y2, the fixing edge 115 being parallel and/or in the extension of the face of exchange 5, following direction Z2.
De préférence, le système de fixation 102 comprend une embase 104, par l’intermédiaire de laquelle le système de fixation est fixé à un bord de fixation 116, appartenant à la plaque 112. De préférence, l’embase 104 est rapportée contre le bord de fixation 116 parallèlement à la direction normale Y2, le bord de fixation 116 étant parallèle et/ou dans le prolongement de la face d’échange 5, suivant la direction Z2. Le connecteur 101 est maintenu plaqué en sens opposé de la direction Y2 contre la face 5 par les embases 103 et 104. De préférence, au moins l’une des embases 103 ou 104 est autorisée à débattre suivant la direction Z2 par rapport à l’autre embase et/ou par rapport au connecteur 101, pour autoriser une variation dimensionnelle de l’empilement 2 suivant la direction Z2 durant l’utilisation.Preferably, the fixing system 102 comprises a base 104, via which the fixing system is fixed to a fixing edge 116, belonging to the plate 112. Preferably, the base 104 is attached against the edge fixing edge 116 parallel to the normal direction Y2, the fixing edge 116 being parallel and/or in the extension of the exchange face 5, in the direction Z2. The connector 101 is held pressed in the opposite direction of the direction Y2 against the face 5 by the bases 103 and 104. Preferably, at least one of the bases 103 or 104 is authorized to move in the direction Z2 relative to the another base and/or in relation to the connector 101, to allow a dimensional variation of the stack 2 in the direction Z2 during use.
Une au moins des embases du système de fixation tel que décrit ci-dessus pourrait être fixée à un bord de fixation appartenant à l’une ou l’autre des plaques terminale 70 telles que décrites ci-après.At least one of the bases of the fixing system as described above could be fixed to a fixing edge belonging to one or the other of the end plates 70 as described below.
De préférence, l’empilement 2 comprend exactement deux plaques terminales 70, qui sont prévues aux extrémités de l’empilement 2, de part et d’autre, suivant la direction d’empilement Z2. Autrement dit, chaque plaque terminale 70 termine l’empilement suivant la direction Z2. Cela n’exclut pas que d’autres plaques bordent l’empilement 2 de part et d’autre en bordant les plaques 70. Les plaques terminales 70 sont prévues pour recevoir les efforts appliqués sur l’empilement 2 par le système de compression. Dans le présent exemple, l’empilement 2 est en appui contre la plaque d’appui 111 par l’intermédiaire de l’une de ces deux plaques terminales 70, en sens opposé de la direction Z2 et l’empilement 2 est en appui contre les ressorts 114 par l’intermédiaire de l’autre de ces deux plaques terminales 70. De préférence, les plaques terminales 70 sont électriquement isolantes, comportent un revêtement électriquement isolant, ou comportent au moins une portion, en contact avec l’empilement, qui est électriquement isolante, en considération des courants électriques en jeu au sein de l’empilement 2. On peut avantageusement prévoir que la plaque 111 ainsi que la plaque terminales 70 en appui contre la plaque d’appui 111, sont traversées, suivant la direction Z2, par des passages pour du fluide opérationnel, pour alimenter l’empilement 2 et/ou pour évacuer du fluide opérationnel depuis l’empilement 2. Ainsi, si des connexions supplémentaires pour du fluide opérationnel peuvent être effectuées via la plaque terminale 70, outre celles effectuées à l’aide de la ou les faces d’échanges 5 et le ou les collecteurs extérieurs 100.Preferably, the stack 2 comprises exactly two end plates 70, which are provided at the ends of the stack 2, on either side, in the stacking direction Z2. In other words, each end plate 70 completes the stack in direction Z2. This does not exclude other plates bordering the stack 2 on either side by bordering the plates 70. The end plates 70 are designed to receive the forces applied to the stack 2 by the compression system. In the present example, the stack 2 is supported against the support plate 111 via one of these two end plates 70, in the opposite direction to the direction Z2 and the stack 2 is supported against the springs 114 via the other of these two end plates 70. Preferably, the end plates 70 are electrically insulating, comprise an electrically insulating coating, or comprise at least one portion, in contact with the stack, which is electrically insulating, taking into consideration the electrical currents in play within the stack 2. It can advantageously be provided that the plate 111 as well as the terminal plate 70 bearing against the support plate 111, are crossed, in the direction Z2 , by passages for operational fluid, to supply the stack 2 and/or to evacuate operational fluid from the stack 2. Thus, if additional connections for operational fluid can be made via the end plate 70, in addition to those carried out using the exchange face(s) 5 and the external collector(s) 100.
De préférence, chaque plaque membrane-électrode 50 est constituée par un assemblage membrane-électrode, et comprend, dans certaines modes de réalisation, un cadre extérieur, formant le périmètre extérieur 3 de la plaque 50. Le cadre extérieur est préférentiellement électriquement isolant, en considération des courants électriques en jeu au sein de l’empilement 2. La plaque membrane électrode 50 comprend aussi une membrane, entourée par le cadre, permettant un échange de protons d’une face à l’autre de la plaque 50. La membrane est recouverte, sur une face, ici la face dirigée suivant la direction Z2, par une couche de catalyseur cathodique, elle-même recouverte par une couche de diffusion des gaz cathodique. La membrane est recouverte, sur une autre face, ici la face dirigée en sens opposé de la direction Z2, par une couche de catalyseur anodique, elle-même recouverte par une couche de diffusion des gaz anodique. La membrane de chaque plaque 50 est le siège des réactions électrochimiques impliquant le fluide réactif anodique, apporté sur la face portant le catalyseur anodique, et le fluide cathodique, apporté sur la face portant le catalyseur cathodique, produisant une différence de potentiel électrique de part et d’autre de la membrane, et, in fine, l’électricité de la pile à combustible. En variante, le périmètre extérieur 3 de la plaque 50 est formé par la membrane elle-même, et la plaque 50 est dépourvue de cadre.Preferably, each membrane-electrode plate 50 is constituted by a membrane-electrode assembly, and comprises, in certain embodiments, an outer frame, forming the outer perimeter 3 of the plate 50. The outer frame is preferably electrically insulating, in consideration of the electric currents in play within the stack 2. The electrode membrane plate 50 also includes a membrane, surrounded by the frame, allowing an exchange of protons from one face to the other of the plate 50. The membrane is covered, on one face, here the face directed in the direction Z2, by a layer of cathode catalyst, itself covered by a cathodic gas diffusion layer. The membrane is covered, on another face, here the face directed in the opposite direction to the Z2 direction, by a layer of anodic catalyst, itself covered by an anodic gas diffusion layer. The membrane of each plate 50 is the seat of electrochemical reactions involving the anodic reactive fluid, brought to the face carrying the anodic catalyst, and the cathode fluid, brought to the face carrying the cathode catalyst, producing a difference in electric potential on both sides. on the other hand from the membrane, and, ultimately, the electricity from the fuel cell. Alternatively, the outer perimeter 3 of the plate 50 is formed by the membrane itself, and the plate 50 has no frame.
De préférence, pour la fabrication de la pile 1, chaque plaque membrane-électrode 50 est préassemblée avant d’être ajoutée à l’empilement 2, c’est-à-dire que les composants précités de la plaque 50 sont déjà fixés les uns aux autres lors de l’ajout de la plaque 50 à l’empilement 2.Preferably, for the manufacture of the battery 1, each membrane-electrode plate 50 is preassembled before being added to the stack 2, that is to say that the aforementioned components of the plate 50 are already fixed to each other. to the others when adding plate 50 to stack 2.
De préférence, chaque plaque de champ découlement 10 et 30 est électriquement conductrice, en considération des courants électriques en jeu au sein de l’empilement 2. Sur l’une de ses faces, chaque plaque 10 et 30 forme un champ d’écoulement, c’est-à-dire une pluralité de canaux traversant l’empilement 2, transversalement par rapport à la direction d’empilement Z2, pour guider, au sein de chaque canal, une circulation de fluide opérationnel. Les canaux des plaques 10 et 30 sont formés le long de la couche de diffusion des gaz de la plaque 50 adjacente à cette plaque 10 ou 30, pour que le fluide opérationnel circulant dans les canaux soit mis en contact avec la couche de diffusion des gaz et assure la réaction électrochimique auprès de la plaque 50 adjacente.Preferably, each flow field plate 10 and 30 is electrically conductive, taking into consideration the electrical currents in play within the stack 2. On one of its faces, each plate 10 and 30 forms a flow field, that is to say a plurality of channels crossing the stack 2, transversely with respect to the stacking direction Z2, to guide, within each channel, a circulation of operational fluid. The channels of the plates 10 and 30 are formed along the gas diffusion layer of the plate 50 adjacent to this plate 10 or 30, so that the operational fluid circulating in the channels is brought into contact with the gas diffusion layer and ensures the electrochemical reaction near the adjacent plate 50.
Toutes les plaques de champ d’écoulement primaire 10 sont dédiées à guider la circulation d’un premier fluide opérationnel, par exemple le fluide réactif cathodique, et ont leurs canaux faisant face à la couche de diffusion des gaz correspondante de la plaque 50 qui est adjacente à cette plaque 10. Ici, il s’agit de la couche de diffusion cathodique de ladite plaque 50. En ce sens, les plaques de champ découlement primaire 10 peuvent être qualifiées de plaques polaires, ici cathodiques. Dans l’exemple, les canaux des plaques de champ d’écoulement primaire 10 font face à la plaque 50, qui est adjacente à la plaque 10, en sens opposé de la direction Z2. Par exemple, les canaux de la plaque de champ d’écoulement primaire 10 sont dirigés, de façon générale, parallèlement à la direction Y2. Par réaction électrochimique au sein de la plaque 50 adjacente, chaque plaque de champ d’écoulement primaire 10, électriquement conductrice, est portée à un potentiel électrique cathodique pour la cellule électrochimique considérée. Le joint périphérique 80, interposé entre la plaque 10 et la plaque 50 adjacente, assure l’étanchéité entre ces deux plaques 10 et 50 pour empêcher le premier fluide opérationnel de s’échapper de l’empilement au niveau des périmètres extérieurs 3 desdites plaques 10 et 50. Pour cela, le joint 80 forme avantageusement un contour fermé qui s’étend le long des périmètres 3, en affleurement ou éventuellement légèrement en retrait vers l’intérieur par rapport aux périmètres 3.All the primary flow field plates 10 are dedicated to guiding the circulation of a first operational fluid, for example the cathodic reactive fluid, and have their channels facing the corresponding gas diffusion layer of the plate 50 which is adjacent to this plate 10. Here, it is the cathodic diffusion layer of said plate 50. In this sense, the primary flow field plates 10 can be described as polar plates, here cathodic. In the example, the channels of the primary flow field plates 10 face the plate 50, which is adjacent to the plate 10, in the opposite direction from the Z2 direction. For example, the channels of the primary flow field plate 10 are directed, generally, parallel to the direction Y2. By electrochemical reaction within the adjacent plate 50, each primary flow field plate 10, electrically conductive, is brought to a cathodic electric potential for the electrochemical cell considered. The peripheral seal 80, interposed between the plate 10 and the adjacent plate 50, ensures sealing between these two plates 10 and 50 to prevent the first operational fluid from escaping from the stack at the level of the external perimeters 3 of said plates 10 and 50. For this, the seal 80 advantageously forms a closed contour which extends along the perimeters 3, flush with or possibly slightly set back towards the inside relative to the perimeters 3.
Toutes les plaques de champ d’écoulement secondaire 30 sont dédiées à guider la circulation d’un deuxième fluide opérationnel, par exemple le fluide réactif anodique et ont leurs canaux faisant face à la couche de diffusion des gaz correspondante d’une autre plaque 50, qui est adjacente à cette plaque 30. Ici, il s’agit de la couche de diffusion anodique de ladite plaque 50. Les plaques 10 et 30, adjacentes entre elles, séparent donc deux plaques 50, auxquelles elles sont respectivement adjacentes. Les plaques de champ d’écoulement secondaire 30 peuvent être qualifiées de plaques polaires, ici anodiques. Dans l’exemple, les canaux des plaques de champ d’écoulement secondaire 30 font face à la plaque 50, qui est adjacente à la plaque 30, suivant la direction Z2. Dans l’exemple, les canaux de la plaque 30 et sont dirigés, de façon générale, soit parallèlement à la direction Y2, soit parallèlement à la direction X2. Par réaction électrochimique au sein de la plaque 50 adjacente, chaque plaque 30, électriquement conductrice, est portée à un potentiel électrique anodique pour la cellule électrochimique considérée. Le joint périphérique 80, interposé entre la plaque 30 et la plaque 50 adjacente, assure l’étanchéité entre ces deux plaques 30 et 50 pour empêcher le deuxième fluide opérationnel de s’échapper de l’empilement au niveau des périmètres extérieurs 3 desdites plaques 30 et 50. Pour cela, le joint 80 forme avantageusement un contour fermé qui s’étend le long des périmètres 3.All the secondary flow field plates 30 are dedicated to guiding the circulation of a second operational fluid, for example the anodic reactive fluid and have their channels facing the corresponding gas diffusion layer of another plate 50, which is adjacent to this plate 30. Here, it is the anodic diffusion layer of said plate 50. The plates 10 and 30, adjacent to each other, therefore separate two plates 50, to which they are respectively adjacent. The secondary flow field plates 30 can be described as polar plates, here anodic. In the example, the channels of the secondary flow field plates 30 face the plate 50, which is adjacent to the plate 30, in the direction Z2. In the example, the channels of plate 30 and are directed, generally, either parallel to direction Y2, or parallel to direction X2. By electrochemical reaction within the adjacent plate 50, each plate 30, electrically conductive, is brought to an anodic electric potential for the electrochemical cell considered. The peripheral seal 80, interposed between the plate 30 and the adjacent plate 50, ensures sealing between these two plates 30 and 50 to prevent the second operational fluid from escaping from the stack at the level of the outer perimeters 3 of said plates 30 and 50. For this, the seal 80 advantageously forms a closed contour which extends along the perimeters 3.
Autrement dit, les canaux des plaques de champ d’écoulement 10 et 30 d’une même cellule électrochimique sont séparées par l’une des plaques membrane-électrode 50, les canaux des plaques de champ d’écoulement 10 et 30 faisant face à cette plaque membrane-électrode 50 en étant entourés par les joints périphériques 80. D’une cellule électrochimique à la cellule électrochimique adjacente, les canaux de la plaque 10 de la première cellule électrochimique tournent le dos aux canaux de la plaque 30 de la deuxième cellule électrochimique. Les plaques de champ d’écoulement 10 et 30 adjacentes, appartenant à deux cellules voisines, constituent ensemble une plaque bipolaire. Par conduction électrique entre ces deux plaques 10 et 30 adjacentes, les deux plaques polaires sont au même potentiel électrique.In other words, the channels of the flow field plates 10 and 30 of the same electrochemical cell are separated by one of the membrane-electrode plates 50, the channels of the flow field plates 10 and 30 facing this membrane-electrode plate 50 being surrounded by the peripheral seals 80. From one electrochemical cell to the adjacent electrochemical cell, the channels of the plate 10 of the first electrochemical cell turn their backs to the channels of the plate 30 of the second electrochemical cell . The adjacent flow field plates 10 and 30, belonging to two neighboring cells, together constitute a bipolar plate. By electrical conduction between these two adjacent plates 10 and 30, the two polar plates are at the same electric potential.
On peut avantageusement prévoir que, entre les plaques de champ d’écoulement 10 et 30 adjacentes, c’est-à-dire, au sein de la plaque bipolaire, un autre champ de circulation est formé par les plaques 10 et 30. Cet autre champ de circulation comprend des canaux, délimités par les plaques 10 et 30, pour conduire la circulation d’un troisième fluide opérationnel entre les plaques de champ découlement 10 et 30, à savoir du fluide de refroidissement, et ainsi refroidir l’empilement 2 durant son utilisation.It can advantageously be provided that, between the adjacent flow field plates 10 and 30, that is to say, within the bipolar plate, another circulation field is formed by the plates 10 and 30. This other circulation field comprises channels, delimited by the plates 10 and 30, to conduct the circulation of a third operational fluid between the flow field plates 10 and 30, namely cooling fluid, and thus cool the stack 2 during its use.
Dans le présent exemple, on prévoit que les plaques bipolaires de l’empilement sont constituées par deux plaques 10 et 30 distinctes et rapportées l’une sur l’autre. Par exemple, chaque plaque 10 et 30 est constituée par une tôle métallique, qui forme les champs de circulation préférentiellement par emboutissage de la tôle. Alternativement, tout ou partie des plaques 10 ou 30 peut être formée par une plaque usinée, en métal, en graphite ou autre matériau électriquement conducteur. De préférence, pour chaque plaque bipolaire, les deux plaques de champ d’écoulement 10 et 30 sont préassemblées, c’est-à-dire déjà fixées l’une à l’autre avant leur ajout à l’empilement 2. Par exemple, les plaques de champ d’écoulement 10 et 30 d’une même plaque bipolaire sont préassemblées en étant soudées ou brasées l’une avec l’autre.In the present example, it is envisaged that the bipolar plates of the stack are constituted by two distinct plates 10 and 30 and placed one on top of the other. For example, each plate 10 and 30 is made up of a metal sheet, which forms the circulation fields preferably by stamping the sheet. Alternatively, all or part of the plates 10 or 30 can be formed by a machined plate, made of metal, graphite or other electrically conductive material. Preferably, for each bipolar plate, the two flow field plates 10 and 30 are preassembled, that is to say already fixed to one another before their addition to the stack 2. For example, the flow field plates 10 and 30 of the same bipolar plate are preassembled by being welded or brazed with each other.
De préférence, pour la fabrication de la pile 1, chaque joint 80 est préassemblé avec l’une des plaques 10, 30 ou 50. De préférence, avant ajout à l’empilement 2, chaque plaque bipolaire porte deux joints 80, l’un formé sur la plaque 30 en saillie suivant la direction Z2, l’autre formé sur la plaque 10 en saillie en sens opposé. Alternativement, on peut prévoir que chaque plaque membrane-électrode 50 porte deux joints 80, l’un formé en saillie suivant la direction Z2 pour être interposé entre la plaque 50 et la plaque de champ d’écoulement 10 adjacente, l’autre formé en saillie en sens opposé pour être interposé entre la plaque membrane-électrode 50 et la plaque de champ d’écoulement 30 adjacente de l’autre côté de la plaque membrane-électrode 50. De préférence, chaque joint 80 est surmoulé, coulé ou imprimé directement sur la plaque 10, 30 ou 50 qui le porte, ce qui facilite ensuite l’assemblage. Cependant, l’utilisation d’un joint libre est possible.Preferably, for the manufacture of stack 1, each joint 80 is preassembled with one of the plates 10, 30 or 50. Preferably, before addition to stack 2, each bipolar plate carries two joints 80, one formed on the plate 30 projecting in the direction Z2, the other formed on the plate 10 projecting in the opposite direction. Alternatively, it can be provided that each membrane-electrode plate 50 carries two seals 80, one formed projecting in the direction Z2 to be interposed between the plate 50 and the adjacent flow field plate 10, the other formed in projecting in the opposite direction to be interposed between the membrane-electrode plate 50 and the flow field plate 30 adjacent to the other side of the membrane-electrode plate 50. Preferably, each joint 80 is overmolded, cast or printed directly on the plate 10, 30 or 50 which carries it, which then facilitates assembly. However, the use of a free joint is possible.
Par ailleurs, on peut prévoir un collage de la plaque 50 à l’une ou l’autres des plaques de champ découlement 10 et 30, ou aux deux plaques de champ découlement 10 et 30, par exemple par simple adhésivage ou collage double face.Furthermore, it is possible to provide bonding of the plate 50 to one or the other of the flow field plates 10 and 30, or to the two flow field plates 10 and 30, for example by simple adhesive or double-sided bonding.
A leur périmètre extérieur 3 respectif, chaque plaque 10, 30, 50 et 70 présente plusieurs bords, parmi lesquels au moins un bord d’échange et au moins un bord secondaire, et plusieurs encoches de centrage, formés au périmètre extérieur 3 de ladite plaque. Autrement dit, le bord d’échange, le bord secondaire et l’encoche de centrage appartiennent au périmètre 3 de la plaque concernée et en constituent une partie. Le bord d’échange est destiné à être recouvert par l’étendue du collecteur 100, en étant donc à l’intérieur du contour fermé du joint 90. L’encoche de centrage est destinée à assurer successivement une première fonction, à savoir assurer le guidage et le centrage la plaque 10, 30, 50 ou 70 qui le porte par coopération avec l’un des rails 131, ou pour le moins être traversée par le rail 131, lors de l’ajout de ladite plaque à l’empilement 2, et une deuxième fonction, à savoir loger la portion de joint longitudinale 91 du joint 90 une fois l’empilement 2 achevé, pour l’étanchéité avec le collecteur 100.At their respective outer perimeter 3, each plate 10, 30, 50 and 70 has several edges, including at least one exchange edge and at least one secondary edge, and several centering notches, formed at the outer perimeter 3 of said plate . In other words, the exchange edge, the secondary edge and the centering notch belong to perimeter 3 of the plate concerned and constitute a part of it. The exchange edge is intended to be covered by the extent of the collector 100, therefore being inside the closed contour of the seal 90. The centering notch is intended to successively ensure a first function, namely ensuring the guiding and centering the plate 10, 30, 50 or 70 which carries it by cooperation with one of the rails 131, or at least being crossed by the rail 131, when adding said plate to the stack 2 , and a second function, namely housing the longitudinal seal portion 91 of the seal 90 once the stack 2 is completed, for sealing with the collector 100.
Comme montré plus en détails sur la
On prévoit préférentiellement que, pour chaque plaque, l’encoche de centrage est adjacente au bord d’échange et au bord secondaire, c’est-à-dire est à l’extrémité du bord d’échange et à l’extrémité du bord secondaire, pour relier ensemble ledit bord d’échange et ledit bord secondaire. Autrement dit, on prévoit avantageusement que chaque encoche de centrage est située entre l’un des bords d’échange et l’un des bords secondaires de la plaque considérée. Ici, chaque plaque de l’empilement 2 comprend seulement deux encoches de centrage, seulement un bord d’échange et seulement deux secondaires. On prévoit avantageusement que le bord d’échange est parallèle à la direction tangentielle X2. On prévoit avantageusement que les bords secondaires adjacents à ce bord d’échange sont parallèles à la direction tangentielle X2. On prévoit que les encoches de centrage adjacentes à ce bord d’échange sont formées en creux par rapport au bord d’échange, en sens opposé de la direction Y2, ou s’ouvrant suivant la direction Y2.It is preferably provided that, for each plate, the centering notch is adjacent to the exchange edge and to the secondary edge, that is to say it is at the end of the exchange edge and at the end of the edge secondary, to connect said exchange edge and said secondary edge together. In other words, it is advantageously provided that each centering notch is located between one of the exchange edges and one of the secondary edges of the plate considered. Here, each plate of stack 2 includes only two centering notches, only one exchange edge and only two secondaries. It is advantageously provided that the exchange edge is parallel to the tangential direction X2. It is advantageously provided that the secondary edges adjacent to this exchange edge are parallel to the tangential direction X2. It is expected that the centering notches adjacent to this exchange edge are formed hollow relative to the exchange edge, in the opposite direction to direction Y2, or opening in direction Y2.
Durant la fabrication, chaque rail 131 s’étend parallèlement à la direction Z2. Chaque encoche de centrage 12, 32, 52 et 72 est en correspondance avec le rail 131 suivant la direction X2, et s’engage à cheval sur le rail 131 ou autour du rail 131 selon la direction Y2, de telle sorte que le rail 131 est au moins partiellement reçu dans chacune des encoches 12, 32, 52 et 72, comme montré sur les figures 5 et 7-9. Pour pouvoir coopérer à coulissement suivant la direction Z2 avec le rail 131 durant la fabrication, au moins certaines des encoches de centrage 12, 32, 52 et 72, à savoir ici les encoches de centrage 32, 52 et 71, sont des « encoches de centrage avec contact » qui présentent une forme complémentaire à celle du rail 131, pour épouser la forme du rail 131, ou pour le moins pour être en contact avec le rail 131 pour centrer la plaque concernée suivant les directions X2 et/ou Y2 par rapport au rail 131. De préférence, d’autres encoches de centrage, à savoir ici les encoches 12, sont des « encoches de centrage sans contact » qui permettent le passage du rail 131, qui sont seulement traversées par le rail 131 lors de la fabrication, et qui n’ont pas besoin d’être complémentaire avec le rail 131, mais seulement d’être suffisamment en retrait et/ou suffisamment larges pour être traversées par le rail 131, en restant à distance du rail 131. Les encoches de centrage 12, 32, 52 et 72 sont également conformées pour permettre un retrait du rail 131, en éloignant le rail de l’empilement 2 suivant la direction Y2, une fois l’empilement 2 achevé.During manufacturing, each rail 131 extends parallel to the direction Z2. Each centering notch 12, 32, 52 and 72 is in correspondence with the rail 131 in direction X2, and engages astride rail 131 or around rail 131 in direction Y2, such that rail 131 is at least partially received in each of the notches 12, 32, 52 and 72, as shown in Figures 5 and 7-9. To be able to cooperate in sliding in the direction Z2 with the rail 131 during manufacturing, at least some of the centering notches 12, 32, 52 and 72, namely here the centering notches 32, 52 and 71, are “centering notches.” centering with contact" which have a shape complementary to that of the rail 131, to match the shape of the rail 131, or at least to be in contact with the rail 131 to center the plate concerned in the directions X2 and/or Y2 relative to to the rail 131. Preferably, other centering notches, namely here the notches 12, are “contactless centering notches” which allow the passage of the rail 131, which are only crossed by the rail 131 during manufacturing , and which do not need to be complementary with the rail 131, but only to be sufficiently recessed and/or wide enough to be crossed by the rail 131, while remaining at a distance from the rail 131. The centering notches 12, 32, 52 and 72 are also shaped to allow removal of the rail 131, by moving the rail away from the stack 2 in the direction Y2, once the stack 2 is completed.
Dans le présent exemple, comme visible aux figures 5 et 7-9, le rail 131 présente une forme cylindrique à base circulaire, centrée sur un axe parallèle à la direction Z2. De préférence, comme bien visible sur les figures 5 et 6, pour chaque plaque, l’encoche de centrage 12, 32, 52 ou 72 présente un profil en forme d’arc de cercle, en projection dans un plan de projection P2 qui est orthogonal à la direction d’empilement Z2. Le plan P2 est parallèle au plan dans lequel sont dessinées les figures 5 et 6. Par « profil », on entend le bord de l’encoche. Autrement dit, on préfère que les encoches de centrage soient arrondies, ce qui permet aux encoches de servir à la fois au centrage des plaques au cours de la fabrication de la pile 1 et à la fois à recevoir la portion de joint longitudinale 91 du joint 90. Toutefois, d’autres profils pourraient être prévus, par exemple en « U, » en « V »,.… Dans le cas où le rail 131 présente une autre forme que celle prévue ici, une autre forme, correspondante, peut être prévue pour les encoches de centrage. Dans l’exemple, le profil du bord de l’encoche de centrage avec contact est de même nature que le profil en section du rail 131, de manière à autoriser un contact selon un segment de ce profil de bord d’encoche ayant une certaine longueur. On pourrait cependant prévoir que le profil du bord de l’encoche de centrage avec contact et le profil en section du rail 131 soit prévus pour n’assurer que des contacts ponctuels, de préférence suffisamment de points de contacts ponctuels pour que le contact entre le bord de l’encoche de centrage avec contact et le rail 131 détermine précisément la position relative de l’encoche par rapport au rail selon les deux directions transversales X2 et Y2.In the present example, as visible in Figures 5 and 7-9, the rail 131 has a cylindrical shape with a circular base, centered on an axis parallel to the direction Z2. Preferably, as clearly visible in Figures 5 and 6, for each plate, the centering notch 12, 32, 52 or 72 has a profile in the form of an arc of a circle, projected into a projection plane P2 which is orthogonal to the stacking direction Z2. The plane P2 is parallel to the plane in which Figures 5 and 6 are drawn. By “profile”, we mean the edge of the notch. In other words, it is preferred that the centering notches are rounded, which allows the notches to be used both for centering the plates during the manufacture of the stack 1 and both for receiving the longitudinal joint portion 91 of the joint. 90. However, other profiles could be provided, for example "U", "V", etc. In the case where the rail 131 has a shape other than that provided here, another corresponding shape can be intended for centering notches. In the example, the profile of the edge of the centering notch with contact is of the same nature as the sectional profile of the rail 131, so as to authorize contact along a segment of this notch edge profile having a certain length. However, it could be envisaged that the profile of the edge of the centering notch with contact and the sectional profile of the rail 131 be provided to ensure only point contacts, preferably enough point contact points so that the contact between the edge of the centering notch with contact and the rail 131 precisely determines the relative position of the notch relative to the rail in the two transverse directions X2 and Y2.
Comme visible sur la
Dans l’exemple, la portion en creux 82 présente un profil en forme d’arc de cercle, en projection dans le plan de projection P2, ou, plus généralement, un profil de la même forme ou correspondant à celui des encoches de centrage 12, 52 ou 72 adjacentes appartenant respectivement aux plaques 10, 50 ou 70, telles que décrites ci-dessus.In the example, the recessed portion 82 has a profile in the shape of an arc of a circle, projected into the projection plane P2, or, more generally, a profile of the same shape or corresponding to that of the centering notches 12 , 52 or 72 adjacent respectively belonging to the plates 10, 50 or 70, as described above.
Les bords d’échange 11, 31, 51 et 71 successifs des plaques 10, 30, 50 ou 70 sont superposés suivant la direction Z2. Pour ce cas particulier, le terme « superposés » a une signification spéciale, en ce que ce terme n’exclut pas, éventuellement, que certains bords d’échange puissent être en retrait et d’autres en saillie suivant la direction Y2, tel que décrit à titre préférentiel ci-après. Toutefois, « superposés » indique que dans l’ensemble, les bords d’échange s’étendent suivant un même plan perpendiculaire à la direction Y2. Hormis pour ce cas particulier et quelques autres décrits ci-après, le terme « superposé » est utilisé avec sa signification habituelle.The successive exchange edges 11, 31, 51 and 71 of the plates 10, 30, 50 or 70 are superimposed in the direction Z2. For this particular case, the term “superimposed” has a special meaning, in that this term does not exclude, possibly, that certain exchange edges may be recessed and others protrude in the direction Y2, such that described preferentially below. However, “superimposed” indicates that overall, the exchange edges extend along the same plane perpendicular to the direction Y2. Except for this particular case and a few others described below, the term “superimposed” is used with its usual meaning.
Les bords d’échange forment ensemble la face d’échange 5, ou l’une des faces d’échange. La face d’échange 5 est donc une face qui n’est pas nécessairement plane, pouvant donc notamment présenter des sillons correspondants aux bords d’échange en retrait. Si les joints 80 sont prévus, la portion de bord d’échange 81 appartient aussi à cette face d’échange 5. De préférence, les bords d’échange 11, 31, 51 et 71 superposés suivant la direction Z2 sont parallèles entre eux. De préférence, les bords d’échange 11 des plaques d’écoulement primaire 10, qui sont superposés suivant la direction Z2, sont agencés dans un même plan parallèle à la direction Z2 et sont agencés dans la même position suivant la direction tangentielle X2, voire, sont de même longueur suivant la direction X2. De préférence, les bords d’échange 31 des plaques d’écoulement secondaires 30, qui sont superposés suivant la direction Z2, sont agencés dans un même plan parallèle à la direction Z2 et sont agencés dans la même position suivant la direction tangentielle X2, voire, de même longueur suivant la direction X2. De préférence, les bords d’échange 51 des plaques membrane-électrode 50, qui sont superposés suivant la direction Z2, sont agencés dans un même plan parallèle à la direction Z2 et sont agencés dans la même position suivant la direction tangentielle X2, voire, sont de même longueur suivant la direction X2. De préférence, les bords d’échange 71 de plaques terminales 70, qui sont superposés suivant la direction Z2, sont agencés dans un même plan parallèle à la direction Z2 et sont agencés dans la même position suivant la direction tangentielle X2, voire, sont de même longueur suivant la direction X2.The exchange edges together form exchange face 5, or one of the exchange faces. The exchange face 5 is therefore a face which is not necessarily flat, and can therefore in particular present grooves corresponding to the recessed exchange edges. If the joints 80 are provided, the exchange edge portion 81 also belongs to this exchange face 5. Preferably, the exchange edges 11, 31, 51 and 71 superimposed in the direction Z2 are parallel to each other. Preferably, the exchange edges 11 of the primary flow plates 10, which are superimposed in the direction Z2, are arranged in the same plane parallel to the direction Z2 and are arranged in the same position in the tangential direction X2, or even , are of the same length in the direction X2. Preferably, the exchange edges 31 of the secondary flow plates 30, which are superimposed in the direction Z2, are arranged in the same plane parallel to the direction Z2 and are arranged in the same position in the tangential direction X2, or even , of the same length following direction X2. Preferably, the exchange edges 51 of the membrane-electrode plates 50, which are superimposed in the direction Z2, are arranged in the same plane parallel to the direction Z2 and are arranged in the same position in the tangential direction X2, or even, are of the same length in the direction X2. Preferably, the exchange edges 71 of end plates 70, which are superimposed in the direction Z2, are arranged in the same plane parallel to the direction Z2 and are arranged in the same position in the tangential direction X2, or even, are of same length following direction X2.
Les bords secondaires 13, 33, 53 et 73 successifs des plaques, sont superposés suivant la direction Z2. Pour ce cas également « superposé » revêt une signification particulière, en ce que ce terme n’exclut pas que, éventuellement, certains bords secondaires sont en retrait et d’autres en saillie suivant la direction Y2, tel que décrit ci-dessous. Toutefois, « superposés » signifie que, dans l’ensemble, les bords secondaires s’étendent suivant un même plan perpendiculaire à la direction Y2. Les bords secondaires forment ensemble l’une des faces secondaires 7. Si les joints 80 sont prévus, la portion de bord secondaire 83 appartient aussi à cette face secondaire. De préférence, les bords secondaires 13, 33, 53 et 73 superposés suivant la direction Z2 sont parallèles entre eux. De préférence, les bords secondaires 13 des plaques d’écoulement primaire 10, qui sont superposés suivant la direction Z2, sont agencés dans un même plan parallèle à la direction Z2 et sont agencés dans la même position suivant la direction tangentielle X2, voire, sont de même longueur suivant la direction X2. De préférence, les bords secondaires 33 des plaques d’écoulement secondaires 30, superposés suivant la direction Z2, sont agencés dans un même plan parallèle à la direction Z2 et sont agencés dans la même position suivant la direction tangentielle X2, voire, sont de même longueur suivant la direction X2. De préférence, les bords secondaires 53 des plaques membrane-électrode 50, superposés suivant la direction Z2, sont agencés dans un même plan parallèle à la direction Z2 et sont agencés dans la même position suivant la direction tangentielle X2, voire, sont de même longueur suivant la direction X2. De préférence, les bords secondaires 73 des plaques terminales 70, superposés suivant la direction Z2, sont agencés dans un même plan parallèle à la direction Z2 et sont agencés dans la même position suivant la direction tangentielle X2, voire, sont de même longueur suivant la direction X2.The successive secondary edges 13, 33, 53 and 73 of the plates are superimposed in the direction Z2. For this case also “superimposed” has a particular meaning, in that this term does not exclude that, possibly, certain secondary edges are recessed and others project in the direction Y2, as described below. However, “superimposed” means that, overall, the secondary edges extend along the same plane perpendicular to the direction Y2. The secondary edges together form one of the secondary faces 7. If the joints 80 are provided, the secondary edge portion 83 also belongs to this secondary face. Preferably, the secondary edges 13, 33, 53 and 73 superposed in the direction Z2 are parallel to each other. Preferably, the secondary edges 13 of the primary flow plates 10, which are superimposed in the direction Z2, are arranged in the same plane parallel to the direction Z2 and are arranged in the same position in the tangential direction X2, or even, are of the same length following direction X2. Preferably, the secondary edges 33 of the secondary flow plates 30, superimposed in the direction Z2, are arranged in the same plane parallel to the direction Z2 and are arranged in the same position in the tangential direction length following direction X2. Preferably, the secondary edges 53 of the membrane-electrode plates 50, superimposed in the direction Z2, are arranged in the same plane parallel to the direction Z2 and are arranged in the same position in the tangential direction X2, or even, are of the same length following direction X2. Preferably, the secondary edges 73 of the end plates 70, superimposed in the direction Z2, are arranged in the same plane parallel to the direction Z2 and are arranged in the same position in the tangential direction direction X2.
Les encoches de centrage 12, 32, 52 et 72 successives des plaques, sont superposées suivant la direction Z2. Ici encore, « superposées » revêt une signification particulière, en ce que ce terme n’exclut pas que, éventuellement, certaines encoches de centrage puissent être en retrait et d’autres en saillie suivant la direction Y2, tel que décrit ci-dessous à titre préférentiel. « Superposées » indique néanmoins que, dans l’ensemble, les encoches de centrage sont alignées suivant un même axe parallèle à l’axe Z2. Les encoches de centrage forment ensemble l’une des rainures de centrage 6. Si les joints 80 sont prévus, la portion en creux 82 appartient aussi à cette rainure de centrage. De préférence, les encoches 12 des plaques d’écoulement primaire, superposées suivant la direction Z2, sont identiques et sont agencées dans la même position suivant les directions X2 et Y2. De préférence, les encoches 32 des plaques d’écoulement secondaire 30, superposées suivant la direction Z2 sont identiques et sont agencées dans la même position suivant les directions X2 et Y2. De préférence, les encoches 52 des plaques membrane-électrode 50, superposées suivant la direction Z2, sont identiques et sont agencées dans la même position suivant les directions X2 et Y2. De préférence, les encoches 72 des plaques terminales 70, superposées suivant la direction Z2 sont identiques et sont agencées dans la même position suivant les directions X2 et Y2.The successive centering notches 12, 32, 52 and 72 of the plates are superimposed in the direction Z2. Here again, “superimposed” has a particular meaning, in that this term does not exclude the possibility that, possibly, certain centering notches may be recessed and others protrude in the direction Y2, as described below at preferential title. “Superimposed” nevertheless indicates that, overall, the centering notches are aligned along the same axis parallel to the Z2 axis. The centering notches together form one of the centering grooves 6. If the joints 80 are provided, the recessed portion 82 also belongs to this centering groove. Preferably, the notches 12 of the primary flow plates, superimposed in the direction Z2, are identical and are arranged in the same position in the directions X2 and Y2. Preferably, the notches 32 of the secondary flow plates 30, superimposed in the direction Z2, are identical and are arranged in the same position in the directions X2 and Y2. Preferably, the notches 52 of the membrane-electrode plates 50, superimposed in the direction Z2, are identical and are arranged in the same position in the directions X2 and Y2. Preferably, the notches 72 of the end plates 70, superimposed in the direction Z2, are identical and are arranged in the same position in the directions X2 and Y2.
On prévoit avantageusement qu’au moins certaines des plaques d’écoulement 10 et 30 forment des orifices d’échange 19. Chaque orifice 19 débouche sur l’un des bords d’échange 11 et/ou 31 suivant la direction normale Y2, c’est-à-dire que les orifices 19 débouchent en surface de la face d’échange 5 formée par ces bords d’échange 11 et 31. Les orifices 19 débouchent ainsi à l’intérieur du collecteur 100, en particulier à l’intérieur du connecteur 101, et sont recouverts par le collecteur 100, en particulier par le connecteur 101, et encadrés par le joint 90. De préférence, chaque bord 11 et/ou 31 comprend une rangée d’orifices 19, la dite rangée étant parallèle à la direction X2, de sorte l’ensemble formé par l’empilement des bords 11, 31 présente un quadrillage d’orifices 19 qui s’étend suivant les directions X2 et Z2 sur tout ou l’essentiel de la face d’échange 5.Advantageously, at least some of the flow plates 10 and 30 form exchange orifices 19. Each orifice 19 opens onto one of the exchange edges 11 and/or 31 in the normal direction Y2, i.e. that is to say that the orifices 19 open onto the surface of the exchange face 5 formed by these exchange edges 11 and 31. The orifices 19 thus open into the interior of the collector 100, in particular inside the connector 101, and are covered by the collector 100, in particular by the connector 101, and framed by the seal 90. Preferably, each edge 11 and/or 31 comprises a row of orifices 19, said row being parallel to the direction X2, so that the assembly formed by the stacking of edges 11, 31 has a grid of orifices 19 which extends along directions
Les orifices d’échange 19 sont prévus pour mettre en communication fluidique le collecteur extérieur 100 avec les champs de circulation de fluide opérationnel réactif des plaques 10, ou avec les champs de circulation de fluide opérationnel réactif des plaques 30, ou avec les champs de circulation de fluide opérationnel de refroidissement formés entre les plaques 10 et 30 adjacentes. A cette fin, chaque orifice d’échange 19 conduit à un ou plusieurs des canaux du champ de circulation concerné. Sur l’empilement hors de la ou des faces d’échange 5, on ne prévoit avantageusement pas d’orifice d’échange 19. L’échange de fluide opérationnel entre le collecteur extérieur 100 et l’empilement 2 est donc effectué par l’intermédiaire des orifices d’échange 19 portés par la face 5 à laquelle le collecteur 100 est connecté. Dans le présent exemple, les orifices d’échange 19 sont formés exclusivement par les plaques 10, sur le bord d’échange 11 respectif de celles-ci. Pour une face d’échange 5 donnée, correspondant à un collecteur extérieur 100 donné, tous les orifices 19 débouchant dans cette face d’échange communiquent exclusivement avec les champs de circulation d’un même fluide opérationnel pour toutes les cellules électrochimiques couvertes par cette face d’échange 5.The exchange orifices 19 are provided to put the external collector 100 in fluid communication with the reactive operational fluid circulation fields of the plates 10, or with the reactive operational fluid circulation fields of the plates 30, or with the circulation fields of operational cooling fluid formed between the adjacent plates 10 and 30. To this end, each exchange orifice 19 leads to one or more of the channels of the circulation field concerned. On the stack outside the exchange face(s) 5, an exchange orifice 19 is advantageously not provided. The exchange of operational fluid between the external collector 100 and the stack 2 is therefore carried out by the intermediate of the exchange orifices 19 carried by the face 5 to which the collector 100 is connected. In the present example, the exchange orifices 19 are formed exclusively by the plates 10, on the respective exchange edge 11 thereof. For a given exchange face 5, corresponding to a given external collector 100, all the orifices 19 opening into this exchange face communicate exclusively with the circulation fields of the same operational fluid for all the electrochemical cells covered by this face exchange 5.
De préférence, comme visible sur les figures 2 et 3, les rainures transversales 8 sont chacune formée sur le bord d’échange 71 respectif de l’une des plaques terminales 70. Dès lors pour chacune de ces plaques terminales 70, la rainure transversale 8 relie entre elles les encoches de centrage 72 de la plaque terminale 70 considérée, de façon à déboucher dans chacune de ces encoches de centrage 72 de la plaque terminale 70 considérée, pour ainsi relier les rainures de centrage 6.Preferably, as visible in Figures 2 and 3, the transverse grooves 8 are each formed on the respective exchange edge 71 of one of the end plates 70. Therefore for each of these end plates 70, the transverse groove 8 connects together the centering notches 72 of the end plate 70 considered, so as to open into each of these centering notches 72 of the end plate 70 considered, to thus connect the centering grooves 6.
De préférence, pour au moins l’une des plaques de l’empilement 2, et de préférence, pour toutes les plaques de l’empilement 2, le bord d’échange 11, 31, 51 ou 71 de la plaque concernée est légèrement en saillie vers l’extérieur de l’empilement 2, c’est-à-dire dans la direction Y2, par rapport aux bords secondaires 13, 33, 53 ou 73 adjacents. Ainsi, sur la
De préférence, pour au moins l’une des plaques membrane électrode 50, et de préférence, pour toutes les plaques membrane-électrode 50 de l’empilement 2, les bords d’échange 51 de la plaque membrane-électrode 50 est en saillie vers l’extérieur de l’empilement 2, c’est-à-dire suivant la direction Y2, par rapport aux bords d’échange 11 et 31 des plaques de champ d’écoulement 10 et 30 adjacentes. De préférence, pour au moins l’une des plaques membrane électrode 50, et de préférence, pour toutes les plaques membrane-électrode 50 de l’empilement 2, les bords secondaires 53 de la plaque membrane-électrode 50 est en saillie vers l’extérieur de l’empilement 2, c’est-à-dire suivant la direction Y2, par rapport aux bords secondaires 13 et 33 des plaques de champ d’écoulement 10 et 30 adjacentes. Ces dispositions permettent avantageusement de réduire le risque de court-circuit entre les bords 11 et 31 et entre les bords 13 et 33 de ces plaques 10 et 30, en améliorant leur séparation par les bords 51 et 53, électriquement isolants. Ainsi, sur la
De préférence, pour au moins l’une des plaques bipolaires, et de préférence pour toutes, le bord d’échange 11 de la plaque de champ d’écoulement primaire 10 et le bord d’échange 31 de la plaque de champ d’écoulement secondaire 30 sont en affleurement mutuel, c’est-à-dire sont au même niveau suivant la direction Y2. De préférence, de même, les bords secondaires 13 de la plaque de champ d’écoulement primaire 10 et les bords secondaires 33 de la plaque de champ d’écoulement secondaire 30 sont en affleurement mutuel, c’est-à-dire sont au même niveau suivant la direction Y2.Preferably, for at least one of the bipolar plates, and preferably for all, the exchange edge 11 of the primary flow field plate 10 and the exchange edge 31 of the flow field plate secondary 30 are in mutual flush, that is to say they are at the same level in direction Y2. Preferably, likewise, the secondary edges 13 of the primary flow field plate 10 and the secondary edges 33 of the secondary flow field plate 30 are flush with each other, i.e. are at the same level following direction Y2.
De préférence, pour au moins l’une des plaques bipolaires, et de préférence pour toutes, l’encoche de centrage 12 de la plaque de champ d’écoulement primaire 10 est en retrait vers l’intérieur de l’empilement 2, c’est-à-dire, en sens opposé de la direction Y2, par rapport à l’encoche de centrage 32 de la plaque de champ d’écoulement secondaire 30. L’encoche de centrage 32 de la plaque de champ d’écoulement secondaire 30 peut aussi, en outre, être de plus petite taille, suivant les directions X2 et Y2, que l’encoche de centrage 12 de la plaque de champ d’écoulement primaire 10. Ainsi, lors de la fabrication de la pile 1, pour chaque plaque bipolaire, c’est l’encoche de centrage 32 de la plaque de champ d’écoulement secondaire 30 qui vient en appui transversal sur le rail de centrage 131 pour assurer le positionnement transversal de la plaque bipolaire, pouvant donc être qualifiée d’encoche de centrage avec contact, alors que l’encoche de centrage 12 reste distante du rail de centrage 131 en étant traversée par le rail 131 suivant la direction Z2, pouvant donc être qualifiée d’encoche de centrage avec contact. Cela est notamment possible lorsque la plaque bipolaire est constituée des plaques 10 et 30 préassemblées et ajoutées à l’empilement ensemble, ou encore lorsque l’empilement est réalisé par empilement de cellules électrochimiques préassemblées. Ainsi, sur la
De préférence, l’encoche de centrage 52 d’au moins l’une des plaques membrane-électrode 50, ou de toutes les plaques membrane-électrode 50, est en affleurement par rapport à l’encoche de centrage 32 de la plaque de champ d’écoulement secondaire 30 adjacente. L’encoche de centrage 52 d’au moins l’une des plaques membrane-électrode 50, ou de toutes les plaques membrane-électrode 50, peut aussi, en outre, être de la même taille, suivant les directions X2 et Y2, que l’encoche de centrage 32 de la plaque de champ d’écoulement secondaire 30 adjacente. Ainsi, lors de la fabrication de la pile 2, l’encoche de centrage 52 vient en appui sur le rail de centrage 131 pour assurer le positionnement transversal de la plaque 50, lorsque la plaque 50 est ajoutée à l’empilement 2, et peut donc aussi être qualifiée d’encoche de centrage avec contact.Preferably, the centering notch 52 of at least one of the membrane-electrode plates 50, or all of the membrane-electrode plates 50, is flush with the centering notch 32 of the field plate secondary flow 30 adjacent. The centering notch 52 of at least one of the membrane-electrode plates 50, or of all the membrane-electrode plates 50, can also, in addition, be of the same size, along the directions X2 and Y2, as the centering notch 32 of the adjacent secondary flow field plate 30. Thus, during the manufacture of the stack 2, the centering notch 52 comes to bear on the centering rail 131 to ensure the transverse positioning of the plate 50, when the plate 50 is added to the stack 2, and can therefore also be qualified as a centering notch with contact.
En variante, on peut prévoir que l’encoche de centrage 52 d’au moins l’une des plaques membrane-électrode 50, ou de toutes les plaques membrane-électrode 50, soit légèrement en retrait vers l’intérieur de l’empilement 2 par rapport à l’encoche de centrage 32 de la plaque de champ d’écoulement secondaire 30 adjacente, et peut donc dans ce cas être qualifiée d’encoche de centrage sans contact. De préférence, l’encoche de centrage 52 est alors en saillie vers l’extérieur de l’empilement 2 par rapport à l’encoche de centrage 12 de la plaque de champ d’écoulement primaire 10 adjacente. Dans ce cas, on peut aussi prévoir que l’encoche de centrage 52 a une taille intermédiaire, selon les directions X2 et Y2 entre celles des encoches 12 et 32. Dans ce cas, pour assurer le centrage de la plaque 50 lors de l’empilement, on prévoit par exemple que la plaque membrane-électrode 50 est préassemblée avec une autre plaque qui dispose d’une encoche de centrage avec contact, ici par exemple la plaque de champ d’écoulement secondaire 30 adjacente. Pour l’alignement de la plaque membrane-électrode 50 avec cette autre plaque aux fins de son pré-assemblage, ou pour l’empilement de la plaque membrane-électrode 50 sans pré-assemblage, on peut prévoir d’assurer le centrage de la plaque membrane-électrode 50 par exemple par un alignement optique ou par des formes géométriques de pré-alignement entre les deux plaques adjacentes.Alternatively, it can be provided that the centering notch 52 of at least one of the membrane-electrode plates 50, or of all the membrane-electrode plates 50, is slightly set back towards the inside of the stack 2 relative to the centering notch 32 of the adjacent secondary flow field plate 30, and can therefore in this case be described as a non-contact centering notch. Preferably, the centering notch 52 then projects outwards from the stack 2 relative to the centering notch 12 of the adjacent primary flow field plate 10. In this case, it can also be provided that the centering notch 52 has an intermediate size, in the directions X2 and Y2 between those of the notches 12 and 32. In this case, to ensure the centering of the plate 50 during the stacking, it is envisaged for example that the membrane-electrode plate 50 is preassembled with another plate which has a centering notch with contact, here for example the adjacent secondary flow field plate 30. For the alignment of the membrane-electrode plate 50 with this other plate for the purposes of its pre-assembly, or for the stacking of the membrane-electrode plate 50 without pre-assembly, provision can be made to ensure the centering of the membrane-electrode plate 50 for example by optical alignment or by geometric pre-alignment shapes between the two adjacent plates.
De préférence, comme montré sur la
De préférence, pour au moins l’un des joints périphériques 80, sinon pour tous les joints périphériques 80, la portion de bord d’échange 81 est en affleurement suivant la direction Y2, avec le bord d’échange 11 ou 31 de la plaque 10 ou 30 contre laquelle le joint 80 est formé. On pourrait alternativement prévoir que la portion de bord d’échange 81 est légèrement en retrait en sens opposé de la direction Y2, ou légèrement en saillie suivant la direction Y2, par rapport au bord d’échange 11 ou 31 de la plaque 10 ou 30 contre laquelle le joint 80 est formé. De préférence, pour au moins l’un des joints 80, sinon pour tous les joints 80, la portion de bord d’échange 81 est en en retrait, en sens opposé de la direction Y2, vis-à-vis du bord d’échange 51 de la plaque 50 contre laquelle le joint 80 est formé. Autrement dit, le bord 51 est avantageusement en saillie suivant la direction Y2 par rapport à la portion 81.Preferably, for at least one of the peripheral joints 80, if not for all the peripheral joints 80, the exchange edge portion 81 is flush in the direction Y2, with the exchange edge 11 or 31 of the plate 10 or 30 against which the seal 80 is formed. Alternatively, it could be provided that the exchange edge portion 81 is slightly set back in the opposite direction from direction Y2, or slightly projects in direction Y2, relative to the exchange edge 11 or 31 of the plate 10 or 30. against which the seal 80 is formed. Preferably, for at least one of the joints 80, if not for all the joints 80, the exchange edge portion 81 is set back, in the opposite direction from the direction Y2, with respect to the edge of exchange 51 of the plate 50 against which the joint 80 is formed. In other words, the edge 51 advantageously projects in the direction Y2 relative to the portion 81.
De préférence, pour au moins l’un des joints périphériques 80, sinon pour tous les joints périphériques 80, la portion de bord secondaire 83 est en affleurement suivant la direction Y2, avec le bord secondaire 13 ou 33 de la plaque 10 ou 30 contre laquelle le joint 80 est formé. On pourrait alternativement prévoir que la portion de bord secondaire 83 est légèrement en retrait en sens opposé de la direction Y2, ou légèrement en saillie suivant la direction Y2, par rapport au bord secondaire 13 ou 33 de la plaque 10 ou 30 contre laquelle le joint 80 est formé. De préférence, pour au moins l’un des joints 80, sinon pour tous les joints 80, la portion de bord secondaire 83 est en en retrait, en sens opposé de la direction Y2, vis-à-vis du bord secondaire 53 de la plaque 50 contre laquelle le joint 80 est formé. Autrement dit, le bord 53 est avantageusement en saillie suivant la direction Y2 par rapport à la portion 83.Preferably, for at least one of the peripheral joints 80, if not for all the peripheral joints 80, the secondary edge portion 83 is flush in the direction Y2, with the secondary edge 13 or 33 of the plate 10 or 30 against which the joint 80 is formed. It could alternatively be provided that the secondary edge portion 83 is slightly set back in the opposite direction from the direction Y2, or slightly projects in the direction Y2, relative to the secondary edge 13 or 33 of the plate 10 or 30 against which the joint 80 is formed. Preferably, for at least one of the joints 80, if not for all the joints 80, the secondary edge portion 83 is set back, in the opposite direction from the direction Y2, with respect to the secondary edge 53 of the plate 50 against which the seal 80 is formed. In other words, the edge 53 advantageously projects in the direction Y2 relative to the portion 83.
De préférence, pour au moins l’un des joints périphériques 80 interposé entre une plaque 10 et une plaque 50, sinon pour tous ces joints 80 interposés entre une plaque 10 et une plaque 50, la portion en creux 82 est en affleurement suivant la direction Y2, avec l’encoche 12 de cette plaque 10 contre laquelle le joint 80 est formé. De préférence, cette même portion en creux 82 est en retrait suivant la direction Y2, vis-à-vis de l’encoche 52 de la plaque 50 contre laquelle le joint 80 est formé. Cela peut impliquer que la taille de la portion en creux 82 est plus grande que la taille de l’encoche 52. Pendant la fabrication, la portion en creux 82 peut ainsi être traversée par le rail 131 sans le toucher.Preferably, for at least one of the peripheral joints 80 interposed between a plate 10 and a plate 50, otherwise for all these joints 80 interposed between a plate 10 and a plate 50, the recessed portion 82 is flush in the direction Y2, with the notch 12 of this plate 10 against which the joint 80 is formed. Preferably, this same recessed portion 82 is recessed in the direction Y2, opposite the notch 52 of the plate 50 against which the seal 80 is formed. This may imply that the size of the recessed portion 82 is larger than the size of the notch 52. During manufacturing, the recessed portion 82 can thus be crossed by the rail 131 without touching it.
De préférence, pour au moins l’un des joints périphériques 80 interposé entre une plaque 30 et une plaque 50, sinon pour tous ces joints périphériques 80 interposés entre une plaque 30 et une plaque 50, la portion en creux 82 est en retrait suivant la direction Y2, vis-à-vis des encoches 32 et 52 des plaques 30 et 50 entre lesquelles le joint périphérique 80 est interposé. Cela peut impliquer que la taille de la portion en creux 82 est plus grande que la taille des encoches 32 et 52. Pendant la fabrication, la portion en creux 82 du joint périphérique 80 peut ainsi être traversée par le rail 131 sans le toucher.Preferably, for at least one of the peripheral joints 80 interposed between a plate 30 and a plate 50, otherwise for all these peripheral joints 80 interposed between a plate 30 and a plate 50, the recessed portion 82 is recessed along the direction Y2, opposite the notches 32 and 52 of the plates 30 and 50 between which the peripheral seal 80 is interposed. This may imply that the size of the recessed portion 82 is larger than the size of the notches 32 and 52. During manufacturing, the recessed portion 82 of the peripheral joint 80 can thus be crossed by the rail 131 without touching it.
De préférence, pour au moins l’une des plaques terminales 70, et de préférence pour les deux plaques 70, le bord d’échange 71, le bord secondaire 73 et l’encoche 72 sont disposés de la même façon que le bord d’échange 31, le bord secondaire 33 et l’encoche 32 de la plaque 30. Autrement dit, hormis au niveau de la rainure 8, le bord d’échange 71, le bord secondaire 73 et l’encoche 72 ont la même forme et la même disposition que ceux de la plaque 30. De préférence, une épaisseur de la plaque 70, mesurée au niveau de son périmètre 3 parallèlement aux épaisseurs E10 et E30, est supérieure aux épaisseurs E10 et E30.Preferably, for at least one of the end plates 70, and preferably for the two plates 70, the exchange edge 71, the secondary edge 73 and the notch 72 are arranged in the same way as the edge of exchange 31, the secondary edge 33 and the notch 32 of the plate 30. In other words, except at the level of the groove 8, the exchange edge 71, the secondary edge 73 and the notch 72 have the same shape and the same arrangement as those of the plate 30. Preferably, a thickness of the plate 70, measured at its perimeter 3 parallel to the thicknesses E10 and E30, is greater than the thicknesses E10 and E30.
Comme montré sur les figures 2 et 6, la portion longitudinale 91 du joint 90, en sens opposé de la direction Y2, épouse et comble la forme des différentes encoches 12, 32, 52 et 72 et des portions en creux 82. En particulier, les encoches 32 et 52, qui sont en saillie par rapport aux autres, sont avantageusement encapsulées par la portion 91 du joint 90. Autrement dit, du joint 90 est interposé suivant la direction Z2 entre le périmètre 3 respectif des plaques 30 et 50 successives, au niveau des encoches 32 et 52, en étant reçu dans les encoches 12 et les portions en creux 82. Grâce à ces dispositions, non seulement une étanchéité optimale de la connexion fluidique entre le collecteur 100 et la face 5 est assurée, mais aussi le risque d’arc électrique au sein de la rainure 6 est réduit.As shown in Figures 2 and 6, the longitudinal portion 91 of the joint 90, in the opposite direction to the direction Y2, matches and fills the shape of the different notches 12, 32, 52 and 72 and the recessed portions 82. In particular, the notches 32 and 52, which project relative to the others, are advantageously encapsulated by the portion 91 of the joint 90. In other words, the joint 90 is interposed in the direction Z2 between the respective perimeter 3 of the successive plates 30 and 50, at the level of the notches 32 and 52, being received in the notches 12 and the recessed portions 82. Thanks to these arrangements, not only optimal sealing of the fluid connection between the collector 100 and the face 5 is ensured, but also the risk of electric arc within groove 6 is reduced.
De plus, le joint 90 fait saillie, suivant la direction Y2, par-delà les bords d’échange 11, 31, 51 et 71. De préférence, le joint 90 est ainsi en saillie sur tout son périmètre, c’est-à-dire pour les portions de joint 91 et 92.In addition, the seal 90 projects, in the direction Y2, beyond the exchange edges 11, 31, 51 and 71. Preferably, the seal 90 thus projects over its entire perimeter, that is to say i.e. for joint portions 91 and 92.
Pour fabriquer la pile à combustible 1, on peut mettre en œuvre un procédé tel que défini ci-après, et tel qu’illustré aux figures 7 à 9.To manufacture the fuel cell 1, it is possible to implement a process as defined below, and as illustrated in Figures 7 to 9.
Comme montré sur la
Le gabarit de centrage 130 est rapporté en périphérie de l’empilement 2, c’est-à-dire sur l’extérieur de l’empilement 2, contre le côté 4 de l’empilement 2 portant les rainures 6. Pour être fixé à la plaque 111, le gabarit 130 est rapporté en étant déplacé jusqu’à entrer en contact avec la plaque 111 parallèlement à la direction Y2, ou pour le moins avec un mouvement ayant une composante selon la direction Y2.The centering template 130 is attached to the periphery of the stack 2, that is to say on the outside of the stack 2, against the side 4 of the stack 2 carrying the grooves 6. To be fixed to the plate 111, the template 130 is reported by being moved until it comes into contact with the plate 111 parallel to the direction Y2, or at least with a movement having a component in the direction Y2.
Pour être fixé à la plaque 111, on prévoit avantageusement que l’embase 132 est rapportée contre le bord de fixation 115 de la plaque 111, c’est-à-dire avantageusement le même bord de fixation 115 que celui qui servira plus tard à fixer le collecteur 100. De préférence, l’embase 132 est fixée au bord de fixation 115 par vissage. Des trous taraudés ménagés dans le bord 115 peuvent être utilisés pour le vissage du gabarit 130 et, plus tard, pour le vissage du collecteur 100.To be fixed to the plate 111, it is advantageously provided that the base 132 is attached against the fixing edge 115 of the plate 111, that is to say advantageously the same fixing edge 115 as that which will later be used to fix the collector 100. Preferably, the base 132 is fixed to the fixing edge 115 by screwing. Tapped holes provided in the edge 115 can be used for screwing the template 130 and, later, for screwing the collector 100.
Lorsque le gabarit 130 est installé, les rails 131 font saillie suivant la direction Z2 à partir de l’embase 132, en étant répartis dans un plan perpendiculaire à la direction X2.When the template 130 is installed, the rails 131 protrude in the direction Z2 from the base 132, being distributed in a plane perpendicular to the direction X2.
A ce stade, on peut prévoir des gabarits périphériques de centrage additionnels, disposés en regard d’autres côtés 4 de l’empilement 2, si ces autres côtés 4 présentent des rainures de centrage correspondantes. On peut enfin prévoir des moyens de centrage internes à l’empilement 2, comme des tiges parallèles à la direction Z2 et traversant l’empilement 2 par l’intérieur, à partir de la plaque 111.At this stage, additional peripheral centering templates can be provided, arranged facing other sides 4 of the stack 2, if these other sides 4 have corresponding centering grooves. Finally, we can provide centering means internal to the stack 2, such as rods parallel to the direction Z2 and crossing the stack 2 from the inside, from the plate 111.
Une fois que le ou les gabarits 130 sont installés, on procède à l’empilement des plaques 10, 30, 50 et 70 et des joints 80 pour former l’empilement 2, alors que le joint 90 n’est toujours pas formé. Pour effectuer l’empilement, on fait coulisser chaque plaque parallèlement à la direction Z2, le long des rails 131, l’encoche de centrage correspondante de chaque plaque recevant le rail 131. Autrement dit, le rail 131 a pour fonction de guider la plaque par l’intermédiaire de l’encoche de centrage correspondante. Comme indiqué ci-avant, de préférence, certaines plaques sont empilées individuellement, par exemple les plaques 50 et 70, alors que d’autres plaques, à savoir par exemple les plaques 10 et 30, sont préassemblées par paires avant leur empilement. De préférence, chaque joints 80 est préassemblé avec l’une des plaques, de préférence l’une des plaques 10 et 30, avant d’être ajouté à l’empilement 2. En pratique, hormis éventuellement aux extrémités de l’empilement 2, on ajoute à l’empilement 2 une plaque bipolaire complète, incluant deux plaques 10 et 30 adjacentes préassemblées et deux joints 80 formés respectivement sur les plaques 10 et 30.Once the template(s) 130 are installed, the plates 10, 30, 50 and 70 and the joints 80 are stacked to form stack 2, while the joint 90 is still not formed. To carry out the stacking, each plate is slid parallel to the direction Z2, along the rails 131, the corresponding centering notch of each plate receiving the rail 131. In other words, the rail 131 has the function of guiding the plate via the corresponding centering notch. As indicated above, preferably, certain plates are stacked individually, for example plates 50 and 70, while other plates, namely for example plates 10 and 30, are preassembled in pairs before stacking. Preferably, each joint 80 is pre-assembled with one of the plates, preferably one of the plates 10 and 30, before being added to the stack 2. In practice, except possibly at the ends of the stack 2, a complete bipolar plate is added to stack 2, including two pre-assembled adjacent plates 10 and 30 and two joints 80 formed respectively on plates 10 and 30.
Pour chaque plaque, ou chaque ensemble préassemblé comprenant plusieurs plaques, au moins l’une des encoches de centrage coopère mécaniquement avec le rail 131 pour guider le coulissement suivant Z2 et centrer cet ensemble préassemblé ou plaque suivant les directions X2 et Y2, alors que les autres encoches de centrage, en retrait par rapport au rail 131 suivant la direction Y2, sont seulement traversées par le rail 131 suivant la direction Z2. Dans le présent exemple, seules les encoches 32, 52 et 72, respectivement des plaques d’écoulement secondaire 30, des plaques membrane-électrode 50 et des plaques terminales, sont des encoches de centrage avec contact qui coopèrent mécaniquement avec le rail 131, alors que les encoches 12 et les portions en creux 82, respectivement des plaques de champ d’écoulement primaire 10 et des joints périphériques 80, plus en retrait, sont à distances du rail 131 en étant seulement traversées par le rail 131 suivant la direction Z2, et sont donc sont des encoches de centrage sans contact. La coopération des rails 131 avec les encoches de centrage assure que, une fois l’empilement 2 achevé, chaque plaque de l’empilement 2 est correctement positionnée contre la plaque adjacente, notamment suivant les directions X2 et Y2.For each plate, or each pre-assembled assembly comprising several plates, at least one of the centering notches cooperates mechanically with the rail 131 to guide the sliding along Z2 and center this pre-assembled assembly or plate in the directions X2 and Y2, while the other centering notches, set back from rail 131 in direction Y2, are only crossed by rail 131 in direction Z2. In the present example, only the notches 32, 52 and 72, respectively of the secondary flow plates 30, of the membrane-electrode plates 50 and of the end plates, are centering notches with contact which cooperate mechanically with the rail 131, then that the notches 12 and the recessed portions 82, respectively of the primary flow field plates 10 and the peripheral joints 80, further back, are at distances from the rail 131 being only crossed by the rail 131 in the direction Z2, and are therefore non-contact centering notches. The cooperation of the rails 131 with the centering notches ensures that, once stack 2 is completed, each plate of stack 2 is correctly positioned against the adjacent plate, in particular along directions X2 and Y2.
Pour effectuer l’empilement, comme montré sur la
On empile ensuite une plaque de champ d’écoulement 30, en guidant la plaque 30 suivant la direction Z2 par coopération des rails 131 avec les encoches 32, jusqu’à ce que la plaque 50 vienne en appui contre les éléments déjà assemblés en sens opposé de la direction Z2.A flow field plate 30 is then stacked, guiding the plate 30 in the direction Z2 by cooperation of the rails 131 with the notches 32, until the plate 50 comes to bear against the elements already assembled in the opposite direction. from direction Z2.
On empile ensuite l’une des plaques 50, en guidant la plaque 50 suivant la direction Z2 par coopération des rails 131 avec les encoches 52, jusqu’à ce que la plaque 50 vienne en appui contre la plaque de champ d’écoulement 30 déjà assemblée. On empile ensuite un ensemble bipolaire préassemblé comportant une plaque 10, portant un joint 80 tourné en direction de la plaque 50 déjà empilée, une plaque 30 fixée à la plaque 10 suivant la direction Z2, et un deuxième joint 80 formé sur la plaque 30 suivant la direction Z2. Cet ensemble préassemblé est guidé par les rails 131 par coopération desdits rails avec les encoches 32. On empile ensuite une autre plaque 50, et ainsi de suite, en faisant se succéder alternativement un ensemble bipolaire préassemblé et une plaque 50. Une fois la dernière plaque 50 empilée, on ajoute une dernière plaque de champ d’écoulement 10, sur laquelle un autre collecteur de courant et joint d’étanchéité éventuels sont empilés. La deuxième plaque terminale 70 est ensuite empilée.We then stack one of the plates 50, guiding the plate 50 in the direction Z2 by cooperation of the rails 131 with the notches 52, until the plate 50 comes to bear against the flow field plate 30 already assembly. A pre-assembled bipolar assembly is then stacked comprising a plate 10, carrying a joint 80 facing towards the plate 50 already stacked, a plate 30 fixed to the plate 10 in the direction Z2, and a second joint 80 formed on the plate 30 following direction Z2. This preassembled assembly is guided by the rails 131 by cooperation of said rails with the notches 32. Another plate 50 is then stacked, and so on, alternating between a preassembled bipolar assembly and a plate 50. Once the last plate 50 stacked, a final flow field plate 10 is added, on which another current collector and possible seal are stacked. The second end plate 70 is then stacked.
L’empilement 2 est alors achevé, et est maintenu centré à l’aide des rails 131, toujours en place.Stack 2 is then completed, and is kept centered using rails 131, still in place.
Une fois que l’empilement 2 est achevé et alors que le joint 90 n’est toujours pas en place, on installe les tirants 113 sur la plaque d’appui 111. Ensuite, on installe les ressorts 114 et la plaque d’appui 112, de sorte que les ressorts 114 soient interposés suivant la direction Z2 entre la plaque d’appui 112 et la plaque 70 au sommet de l’empilement 2. L’installation de la plaque d’appui 112 inclut préférentiellement d’enfiler la plaque d’appui 112 sur les tirants 113.Once the stack 2 is completed and while the seal 90 is still not in place, the tie rods 113 are installed on the support plate 111. Then, the springs 114 and the support plate 112 are installed. , so that the springs 114 are interposed in the direction Z2 between the support plate 112 and the plate 70 at the top of the stack 2. The installation of the support plate 112 preferably includes threading the plate support 112 on the tie rods 113.
De préférence, la plaque d’appui 112 porte une embase de fixation 134, qui est fixée sur le bord de fixation 116 de la plaque d’appui 112, préférentiellement par vissage, de façon similaire à l’embase de fixation 132, fixée sur le bord de fixation 115 de la plaque d’appui 111. L’embase 134, qui appartient au gabarit 130 et étant initialement séparée du gabarit 130, est configurée pour être enfilée sur les rails 131, afin d’être guidée en coulissement par les rails suivant la direction Z2. Pour installer la plaque d’appui 112, on enfile avantageusement la plaque sur les tirants 113, de préférence avec enfilement de l’embase 134 sur les rails 131, suivant la direction Z2, avec interposition des ressorts 114 entre la plaque 112 et la plaque 70 au sommet de l’empilement 2Preferably, the support plate 112 carries a fixing base 134, which is fixed on the fixing edge 116 of the support plate 112, preferably by screwing, in a manner similar to the fixing base 132, fixed on the fixing edge 115 of the support plate 111. The base 134, which belongs to the template 130 and being initially separated from the template 130, is configured to be slipped onto the rails 131, in order to be guided in sliding by the rails following direction Z2. To install the support plate 112, the plate is advantageously slipped onto the tie rods 113, preferably with the base 134 threaded onto the rails 131, in the direction Z2, with the springs 114 interposed between the plate 112 and the plate. 70 at the top of stack 2
Une fois que l’empilement 2 est disposé entre les deux plaques d’appui 111 et 112, et alors que le gabarit 130, notamment les rails 131 sont toujours en place, on met l’empilement 2 en compression à l’aide des tirants 113, par exemple en serrant des écrous aux extrémités des tirants 113 pour rapprocher les plaques d’appui 111 et 112 l’une de l’autre suivant la direction Z2. Un montage avec presse est également possible suivi d’un serrage au couple des écrous des tirants.Once the stack 2 is placed between the two support plates 111 and 112, and while the template 130, in particular the rails 131, are still in place, the stack 2 is placed in compression using the tie rods. 113, for example by tightening nuts at the ends of the tie rods 113 to bring the support plates 111 and 112 closer to each other in the direction Z2. Assembly with a press is also possible followed by torque tightening of the tie rod nuts.
Une fois que l’empilement 2 est en compression entre les plaques 111 et 112 et avant de former le joint 90, on retire les rails 131, par exemple en retirant le gabarit 130 dans son ensemble. Pour cela, on désolidarise avantageusement les embases 132 et 134 des plaques 111 et 112 pour séparer les rails 131 des plaques 111 et 112. Ensuite, on éloigne le gabarit 130 de l’empilement 2 transversalement par rapport à la direction Z2, c’est-à-dire, selon un mouvement qui comprend une composante selon Y2 par rapport à l’empilement 2. Notamment, le rail 131 est extrait de la rainure de centrage 6 en étant déplacé transversalement par rapport à la direction Z2, notamment suivant la direction Y2 par rapport à l’empilement 2. Le retrait des rails 131 est donc particulièrement aisé. On aboutit alors à la configuration de la
Une fois que les rails 131 ont été retirés, on met en place le joint de collecteur 90, notamment avec les portions 91 dans les rainures 6 et les portions 92 dans les rainures 8. De préférence, on forme le joint 90 in situ, en coulant, en injectant ou en surmoulant le joint 90 à l’état liquide ou pâteux dans les rainures 6 et 8, puis en durcissant le joint 90. Pour former le joint 90 alors qu’il est à l’état liquide ou pâteux, on préfère que la pile 1 soit orientée de sorte que la direction Y2 soit dirigée vers le haut, pour que la gravité contribue à ce que le matériau liquide ou pâteux soit reçu dans les rainures 6 et 8 sans déborder et en épousant les contours intérieurs des rainures 6 et 8.Once the rails 131 have been removed, the collector seal 90 is put in place, in particular with the portions 91 in the grooves 6 and the portions 92 in the grooves 8. Preferably, the seal 90 is formed in situ, in flowing, by injecting or overmolding the seal 90 in the liquid or pasty state in the grooves 6 and 8, then by hardening the seal 90. To form the seal 90 while it is in the liquid or pasty state, we prefers that the stack 1 is oriented so that the direction Y2 is directed upwards, so that gravity contributes to the liquid or pasty material being received in the grooves 6 and 8 without overflowing and matching the interior contours of the grooves 6 and 8.
Pour former le joint 90, de préférence, comme montré sur la
Une fois que le premier cordon 95 est appliqué, on le fait durcir in situ. Dans le cas d’un silicone, le durcissement peut être obtenu par exemple par réticulation à température ambiante du silicone. Le premier cordon 95 forme alors une base appartenant au futur joint 90, qui comble et épouse les rainures 6 et 8 sur tout le périmètre du joint 90.Once the first bead 95 is applied, it is hardened in situ. In the case of a silicone, hardening can be obtained for example by crosslinking the silicone at room temperature. The first bead 95 then forms a base belonging to the future joint 90, which fills and matches the grooves 6 and 8 over the entire perimeter of the joint 90.
Une fois que le premier cordon 95 a été appliqué on applique un deuxième cordon 96 d’un deuxième matériau à l’état liquide ou pâteux, par-dessus le premier cordon 95. On peut prévoir d’appliquer le deuxième cordon 96 alors que le premier cordon 95 n’est que partiellement durci, afin d’assurer une bonne cohésion entre les cordons 95 et 96. Le deuxième cordon 96 recouvre le premier cordon sur toute la périphérie du joint 90, constitué par les cordons 95 et 96. Le deuxième cordon 96 est formé de façon être en saillie par rapport aux rainures 6 et 8, sur tout le périmètre du joint 90.Once the first bead 95 has been applied, a second bead 96 of a second material in the liquid or pasty state is applied over the first bead 95. It is possible to plan to apply the second bead 96 while the first cord 95 is only partially hardened, in order to ensure good cohesion between the cords 95 and 96. The second cord 96 covers the first cord over the entire periphery of the joint 90, constituted by the cords 95 and 96. The second cord 96 is formed so as to project from the grooves 6 and 8, over the entire perimeter of the joint 90.
Le deuxième cordon 96 est avantageusement fait d’un second matériau, différent du premier au moins par sa viscosité, la viscosité étant comparée lorsque les matériaux sont à l’état non durci. On choisit avantageusement que le deuxième matériau pour former le deuxième cordon 96, à l’état liquide ou pâteux, est plus visqueux que le premier matériau pour former le premier cordon 95 lorsque le premier matériau est lui-même à l’état liquide ou pâteux. Cela permet avantageusement que le deuxième cordon 96, appliqué à l’état liquide ou pâteux, conserve une forme en relief par-dessus le premier cordon 95, même lorsque le deuxième matériau n’est pas encore durci. Cela permet avantageusement que le deuxième cordon 96, et même le joint 90 en général, soit formé sans moule. De préférence, le deuxième matériau est également à base de silicone, ou d’un autre élastomère approprié. Une fois le deuxième cordon 96 appliqué, on le fait durcir in situ, par exemple par réticulation du silicone à température ambiante. On aboutit alors à la configuration de la
Même si le procédé de formation du joint 90 exposé ci-avant est préféré, on peut prévoir, en variante, de former le joint 90 en une seule coulée de matériau, ou de former le joint 90 selon d’autres procédés appropriés.Even if the method of forming the joint 90 described above is preferred, it is possible, as a variant, to form the joint 90 in a single casting of material, or to form the joint 90 according to other appropriate processes.
Une fois que le joint 90 est formé, on effectue la connexion fluidique du collecteur extérieur 100 avec la face d’échange 5. Pour cela, on rapport le collecteur 100, en particulier le connecteur 101 contre la face d’échange, en approchant le connecteur 101 de l’empilement parallèlement à la direction Y2. Pour le moins, le mouvement d’approche du connecteur 101 a une composante suivant la direction Y2. On fait correspondre le connecteur 101 au joint 90, afin que le connecteur 101 soit en contact d’étanchéité sur tout le périmètre du joint 90. En particulier, le collecteur 100 vient en appui d’étanchéité sur le joint 90 par l’intermédiaire du cordon 96. On fixe en fin le collecteur extérieur 100 à l’aide du système de fixation 102, en particulier en vissant l’embase 103 au bord de fixation 115 et en fixant l’embase 104 au bord de fixation 116. On aboutit alors à la configuration de la
Toute caractéristique décrite ci-avant pour l’un des modes de réalisation ou variante peut être mise en œuvre pour les autres modes de réalisation ou variantes décrits ci-avant, pour autant que techniquement possible.Any characteristic described above for one of the embodiments or variants can be implemented for the other embodiments or variants described above, as far as technically possible.
Claims (15)
- un empilement (2), comprenant des plaques (10, 30, 50, 70), les plaques (10, 30, 50, 70) de l’empilement (2) comprenant des plaques de champ d’écoulement (10, 30) et des plaques membrane-électrode (50) et étant empilées suivant une direction d’empilement (Z2) pour constituer des cellules électrochimiques, chaque plaque (10, 30, 50, 70) étant orientée perpendiculairement à la direction d’empilement (Z2) en étant disposée à plat contre la plaque (10, 30, 50, 70) adjacente, chaque plaque (10, 30, 50, 70) comprenant un bord d’échange (11, 31, 51, 71) respectif, les bords d’échange (11, 31, 51, 71) étant parallèles entre eux et formant ensemble une face d’échange (5) appartenant à l’empilement (2), la face d’échange (5) s’étendant parallèlement à la direction d’empilement (Z2) ;
- un collecteur extérieur (100), qui est fluidiquement connecté à l’empilement (2) en étant rapporté contre l’empilement (2) de façon à recouvrir la face d’échange (5), pour un échange d’un fluide opérationnel entre le collecteur extérieur (100) et l’empilement (2) par l’intermédiaire de la face d’échange (5) ; et
- un joint de collecteur (90), qui encadre la face d’échange (5) et qui est interposé entre l’empilement (2) et le collecteur extérieur (100), pour assurer une étanchéité de la connexion fluidique entre le collecteur extérieur (100) et l’empilement (2) ;
- chaque plaque (10, 30, 50, 70) comprend une encoche de centrage (12, 32, 52, 72) respective, adjacente au bord d’échange (11, 31, 51, 71), les encoches de centrage (12, 32, 52, 72) formant ensemble une rainure de centrage (6) appartenant à l’empilement (2), la rainure de centrage (6) bordant la face d’échange (5) et s’étendant parallèlement à la direction d’empilement (Z2) ; et
- le joint de collecteur (90) comprend une portion de joint longitudinale (91), qui est parallèle à la direction d’empilement (Z2), qui est formée dans la rainure de centrage (6), de sorte que la portion de joint longitudinale (91) est interposée entre l’empilement (2) et le collecteur extérieur (100) pour assurer l’étanchéité de la connexion fluidique entre le collecteur extérieur (100) et l’empilement (2).
- a stack (2), comprising plates (10, 30, 50, 70), the plates (10, 30, 50, 70) of the stack (2) comprising flow field plates (10, 30) and membrane-electrode plates (50) and being stacked in a stacking direction (Z2) to form electrochemical cells, each plate (10, 30, 50, 70) being oriented perpendicular to the stacking direction (Z2) by being arranged flat against the adjacent plate (10, 30, 50, 70), each plate (10, 30, 50, 70) comprising a respective exchange edge (11, 31, 51, 71), the edges d exchange (11, 31, 51, 71) being parallel to each other and together forming an exchange face (5) belonging to the stack (2), the exchange face (5) extending parallel to the direction stacking (Z2);
- an external collector (100), which is fluidly connected to the stack (2) by being attached against the stack (2) so as to cover the exchange face (5), for an exchange of an operational fluid between the external collector (100) and the stack (2) via the exchange face (5); And
- a collector seal (90), which frames the exchange face (5) and which is interposed between the stack (2) and the external collector (100), to ensure sealing of the fluid connection between the external collector ( 100) and the stack (2);
- each plate (10, 30, 50, 70) comprises a respective centering notch (12, 32, 52, 72), adjacent to the exchange edge (11, 31, 51, 71), the centering notches (12, 32, 52, 72) together forming a centering groove (6) belonging to the stack (2), the centering groove (6) bordering the exchange face (5) and extending parallel to the direction of stacking (Z2); And
- the collector seal (90) comprises a longitudinal seal portion (91), which is parallel to the stacking direction (Z2), which is formed in the centering groove (6), so that the longitudinal seal portion (91) is interposed between the stack (2) and the outer collector (100) to ensure the sealing of the fluid connection between the outer collector (100) and the stack (2).
- les plaques de champ d’écoulement (10, 30) comprennent des plaques de champ d’écoulement primaires (10) et des plaques de champ d’écoulement secondaires (30) ;
- au moins l’une des plaques de champ d’écoulement primaires (10) est adjacente à l’une des plaques de champ d’écoulement secondaires (30) pour former, avec ladite plaque de champ d’écoulement secondaire (30), une plaque bipolaire ; et
- pour au moins l’une des plaques bipolaires :
- le bord d’échange (11) de la plaque de champ d’écoulement primaire (10) et le bord d’échange (31) de la plaque de champ d’écoulement secondaire (30) sont en affleurement mutuel, et
- l’encoche de centrage (12) de la plaque de champ d’écoulement primaire (10) est en retrait vers l’intérieur de l’empilement (2) par rapport à l’encoche de centrage (32) de la plaque de champ d’écoulement secondaire (30).
- the flow field plates (10, 30) include primary flow field plates (10) and secondary flow field plates (30);
- at least one of the primary flow field plates (10) is adjacent to one of the secondary flow field plates (30) to form, with said secondary flow field plate (30), a bipolar plate; And
- for at least one of the bipolar plates:
- the exchange edge (11) of the primary flow field plate (10) and the exchange edge (31) of the secondary flow field plate (30) are flush with each other, and
- the centering notch (12) of the primary flow field plate (10) is set back towards the inside of the stack (2) relative to the centering notch (32) of the field plate secondary flow (30).
- une portion de bord d’échange (81), qui est interposée entre le bord d’échange (11, 31) de la plaque de champ d’écoulement (10, 30) et le bord d’échange (51) de la plaque membrane-électrode (50) suivant la direction d’empilement (Z2), en étant en affleurement avec le bord d’échange (11, 31) de ladite plaque de champ d’écoulement (10, 30) ou en retrait vers l’intérieur de l’empilement (2) par rapport au bord d’échange (11, 31) de ladite plaque de champ d’écoulement (10, 30) ; et
- une portion en creux (82), qui est interposée entre l’encoche de centrage (12, 32) de la plaque de champ d’écoulement (10, 30) et l’encoche de centrage (52) de la plaque membrane-électrode (50) suivant la direction d’empilement (Z2), la portion en creux (82) étant en retrait vers l’intérieur de l’empilement (2) par rapport à l’encoche de centrage (52) de la plaque membrane-électrode (50) et étant en affleurement ou en retrait vers l’intérieur de l’empilement (2) par rapport à l’encoche de centrage (12, 32) de la plaque de champ d’écoulement (10, 30).
- an exchange edge portion (81), which is interposed between the exchange edge (11, 31) of the flow field plate (10, 30) and the exchange edge (51) of the plate membrane-electrode (50) following the stacking direction (Z2), being flush with the exchange edge (11, 31) of said flow field plate (10, 30) or recessed towards the interior of the stack (2) relative to the exchange edge (11, 31) of said flow field plate (10, 30); And
- a recessed portion (82), which is interposed between the centering notch (12, 32) of the flow field plate (10, 30) and the centering notch (52) of the membrane-electrode plate (50) following the stacking direction (Z2), the recessed portion (82) being set back towards the inside of the stack (2) relative to the centering notch (52) of the membrane plate- electrode (50) and being flush with or set back towards the inside of the stack (2) relative to the centering notch (12, 32) of the flow field plate (10, 30).
- les plaques (10, 30, 50, 70) de l’empilement (2) comprennent une plaque terminale (70), terminant l’empilement (2) suivant la direction d’empilement (Z2) ;
- une rainure transversale (8) est ménagée dans le bord d’échange (71) de la plaque terminale (70), la rainure transversale (8) étant reliée à la rainure de centrage (6) en débouchant dans l’encoche de centrage (72) de la plaque terminale (70) ; et
- le joint de collecteur (90) comprend une portion de joint transversale (92), qui est perpendiculaire à la direction d’empilement (Z2), qui est formée dans la rainure transversale (8) et qui est jointe à la portion de joint longitudinale (91), de sorte que la portion de joint transversale (92) est interposée entre la plaque terminale (70) et le collecteur extérieur (100) pour assurer l’étanchéité fluidique de la connexion fluidique entre le collecteur extérieur (100) et l’empilement (2).
- the plates (10, 30, 50, 70) of the stack (2) comprise an end plate (70), terminating the stack (2) in the stacking direction (Z2);
- a transverse groove (8) is provided in the exchange edge (71) of the end plate (70), the transverse groove (8) being connected to the centering groove (6) by opening into the centering notch ( 72) of the end plate (70); And
- the collector joint (90) comprises a transverse joint portion (92), which is perpendicular to the stacking direction (Z2), which is formed in the transverse groove (8) and which is joined to the longitudinal joint portion (91), so that the transverse seal portion (92) is interposed between the end plate (70) and the outer collector (100) to ensure fluid tightness of the fluid connection between the outer collector (100) and the stack (2).
- alors que les plaques (10, 30, 50, 70) de l’empilement (2) ne sont pas encore empilées et que le joint de collecteur (90) n’est pas encore formé, installation d’un rail de centrage (131), qui est parallèle à la direction d’empilement (Z2) et qui est apte à être reçu dans l’encoche de centrage (12, 32, 52, 72) respective des plaques (10, 30, 50, 70) ;
- empilement successif des plaques (10, 30, 50, 70) pour former l’empilement (2) alors que le rail de centrage (131) est installé, en guidant les plaques (10, 30, 50, 70) par coopération mécanique d’au moins l’une des encoches de centrage (12, 32, 52, 72) avec le rail de centrage (131), de sorte que le rail de centrage (131) assure un centrage des plaques (10, 30, 50, 70) transversalement par rapport à la direction d’empilement (Z2) ;
- retrait du rail de centrage (131), une fois que l’empilement (2) est achevé, en déplaçant le rail de centrage (131) à l’écart de l’empilement (2), transversalement par rapport à la direction d’empilement (Z2) ;
- mise en place du joint de collecteur (90), avec la portion de joint longitudinale (91) formée dans la rainure de centrage (6), une fois que l’empilement (2) a été achevé et que le rail de centrage (131) a été retiré ; et
- connexion fluidique du collecteur extérieur (100) à l’empilement (2), une fois que le joint de collecteur (90) a été mis en place, en rapportant le collecteur extérieur (100) contre l’empilement (2) de façon à recouvrir la face d’échange (5), avec interposition du joint de collecteur (90), y compris de la portion de joint longitudinale (91), entre l’empilement (2) et le collecteur extérieur (100), pour assurer l’étanchéité de la connexion fluidique entre le collecteur extérieur (100) et l’empilement (2).
- while the plates (10, 30, 50, 70) of the stack (2) are not yet stacked and the collector joint (90) is not yet formed, installation of a centering rail (131 ), which is parallel to the stacking direction (Z2) and which is capable of being received in the respective centering notch (12, 32, 52, 72) of the plates (10, 30, 50, 70);
- successive stacking of the plates (10, 30, 50, 70) to form the stack (2) while the centering rail (131) is installed, guiding the plates (10, 30, 50, 70) by mechanical cooperation d 'at least one of the centering notches (12, 32, 52, 72) with the centering rail (131), so that the centering rail (131) ensures centering of the plates (10, 30, 50, 70) transversely with respect to the stacking direction (Z2);
- removal of the centering rail (131), once the stack (2) is completed, by moving the centering rail (131) away from the stack (2), transversely to the direction of stacking (Z2);
- installation of the collector seal (90), with the longitudinal seal portion (91) formed in the centering groove (6), once the stack (2) has been completed and the centering rail (131 ) has been removed ; And
- fluid connection of the outer collector (100) to the stack (2), once the collector seal (90) has been put in place, by bringing the outer collector (100) against the stack (2) so as to cover the exchange face (5), with the interposition of the collector seal (90), including the longitudinal seal portion (91), between the stack (2) and the external collector (100), to ensure the sealing of the fluid connection between the external collector (100) and the stack (2).
- l’installation du rail de centrage (131) comprend une fixation du rail de centrage (131) sur une plaque d’appui (111) appartenant à la pile à combustible (1) ;
- l’empilement successif des plaques (10, 30, 50, 70) comprend l’empilement de l’une des plaques (10, 30, 50, 70) contre la plaque d’appui (111) parallèlement à la direction d’empilement (Z2) ; et
- le retrait du rail de centrage (131) comprend une séparation du rail de centrage (131) de la plaque d’appui (111).
- the installation of the centering rail (131) comprises fixing the centering rail (131) on a support plate (111) belonging to the fuel cell (1);
- the successive stacking of the plates (10, 30, 50, 70) comprises the stacking of one of the plates (10, 30, 50, 70) against the support plate (111) parallel to the stacking direction (Z2); And
- removing the centering rail (131) includes separating the centering rail (131) from the backing plate (111).
- application d’un premier cordon (95), en élastomère dans un état non réticulé, dans la rainure de centrage (6), pour former la portion de joint longitudinale (91) ; et
- réticulation in-situ de l’élastomère non-réticulé du premier cordon (95), alors que le premier cordon (95) a été appliqué.
- application of a first bead (95), made of elastomer in a non-crosslinked state, in the centering groove (6), to form the longitudinal joint portion (91); And
- in-situ crosslinking of the non-crosslinked elastomer of the first bead (95), while the first bead (95) has been applied.
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