WO2015083076A1 - Joint d'etancheite pour dispositif electrochimique, procede de fabrication et d'assemblage du joint et ce dispositif - Google Patents

Joint d'etancheite pour dispositif electrochimique, procede de fabrication et d'assemblage du joint et ce dispositif Download PDF

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Stéphane DI IORIO
Bruno ORESIC
Julien Petit
Magali Reytier
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Definitions

  • the present invention relates to a seal for use in an electrochemical device, a method of manufacturing and assembling the seal in this device and such a device.
  • the invention applies in particular to devices forming solid oxide fuel plies ("SOFC” for short for “Soiid Oxide Fuei Cell”) and solid-oxide high-temperature steam electrolyzers ( "SOEC” abbreviated to angiais, for “Soiid Oxide Electroiyser Celi", these solid oxide electrolyzers being generically known electrolyzers in angiais under the abbreviations "HTE” or “HTSE” respectively for "High Temperature Eiectrolysis” or "High Temperature Steam Electrolysis "and French EHT or EVHT).
  • SOFC solid oxide fuel plies
  • SOEC solid-oxide high-temperature steam electrolyzers
  • HTE High Temperature Eiectrolysis
  • HTSE High Temperature Steam Electrolysis
  • the electrochemical devices of the "SOEC” and “SOFC” type require high-quality sealing in the different chambers that compose them in order to be efficient. If the seals are of good quality, then all the gas sent is used by the "SOEC” devices and all the gases produced are recovered for the "SOEC", and it is furthermore avoided for these devices to mix the gases used or produced which would strongly penalize the performance and durability of these devices.
  • These electrochemical devices usually comprise:
  • At least one cell consisting of a hydrogen electrode-electrolyte-oxygen electrode assembly and defining two chambers
  • first seals sealing between your two chambers of each celSuie
  • second seals sealing between the supplied gas inlet and outlet
  • third seals sealing the device with the outside.
  • the water molecule is dissociated in hydrogen at the hydrogen electrode (cathode). Its O 2 ions migrate through the electrolyte to recombine on the oxygen electrode side (anode). in oxygen, the or each "SOEC" cell thus produces dihydrogen by dissociating molecules of water.
  • a sealant may be considered satisfactory when .97% of the hydrogen produced is recovered at the outlet of the device, good when this recovery rate is 99% and excellent when this level is greater than 99, 9%.
  • the quality of a seal can be assessed by considering its resistance to overpressure.
  • a Tightness resistant to 50 mbar (or 5000 Pa) is suitable, it is good when it resists 200 mbar (or 20000. Pa) and excellent at 500 mbar (or 50000 Pa).
  • the duration of this resistance is also an important parameter, it being specified that a tightness that can withstand only a few minutes is of little value, the durations targeted being of the order of several thousand hours.
  • a seal for "SOEC” or “SOFC” devices can be achieved by means of compressive seals, ie which, in order to perform their sealing function, must be subjected to compression forces that deform these seals, which setting themselves up establish the connection.
  • This deformation of the joints can be reversible (elastic rubber seal for low temperatures) or irreversible (e.g. plastic deformation of metallic materials).
  • These compressive seals are most often dense, which may in this case be polymeric or metallic, or porous, such as for example mica seals, the compressive force making it possible in this latter case to fill the open internal pores of the porous material to avoid leaks in its thickness.
  • metal-type compressive seals do not guarantee electrical insulation between metal interconnectors, and especially that they require very high load levels to be effective.
  • porous electrical insulating compressive joints such as mica seals
  • they have the disadvantage of requiring compressive stresses greater than those tolerated by the "SOFC” and "SOEC” stacks to obtain satisfactory seals and are not too tight in their thickness.
  • the mica seals pose the problem of the expansion coefficients of the materials in contact which must be as close as possible.
  • the measuring unit 14 includes an attachment means in the form of a clip 26, for attaching the measuring unit 14 to a diaper 28 of the infant 12,
  • NFC field of communication
  • the display unit 18 includes a display screen 36 on which the vital signs are measured by the measuring unit. in the event that data transmission between the measuring and display units 14 and 16 is interrupted, an audible alarm signal is activated. This can occur if, for example, the measuring unit 14 and receiver 18 are moved apart more than a distance. it is to be appreciated, that the invention is not limited to any specific embodiment or
  • document US-A1 -2009 / 0311570 discloses a composite seal for an electrochemical device consisting of a mica sealed by glass deposited on contact. Disadvantages of this composite seal reside in the leaks observed in the thickness. mica, in the difficulty of controlling the amount of glass to be deposited because the height between the metal surfaces subjected to dimensional changes conditions the spreading of the glass, and in the behavior of the glass on the rnsca which is generally weak .
  • NFC visible field, visible light, infrared light, and high frequency sounds waves. NFC is used to facilitate Bluetooth ® or VVIFi for achieving data transmission.
  • An apparatus as claimed in any one of claims 1 to 10 wherein the display unit includes a display screen on which the vital signs are measured.
  • the display unit is in the form of a conventional device which is in a position of proximity to the measuring unit. .
  • Apparatus for monitoring vital signs of an infant or baby according to the invention as described or described.
  • An apparatus for monitoring vital signs of an infant or baby in the following drawing. An apparatus for monitoring vital signs of an infant or baby. then of cfrconferentieis) or polygonal edges (for example squares), by way of example and not limitation.
  • this transverse partitioning through the support means by the sealing means which bears on these two opposite faces makes it possible to seal gas leaks in the thickness of the seal, to control the quantity deposited glass material by managing its overflows, positioning this material exactly where it is needed and, ultimately, creating an excellent metal / glass / metal material quality. Thanks to this watertight partitioning of the support means, it is. it is possible to produce the latter in a non-watertight material such as a porous material, as will be explained hereinafter.
  • this structure of the joints according to the invention allows a great simplicity in their implementation within the electrochemical device and advantageously require a single constituent providing a satisfactory étanochéification, which is said glass-type material whose expansion coefficient is very close to that of metal scopes which has the advantage of not penalizing the sealing obtained by thermal cycling.
  • this watertight partition makes it possible to eliminate the gas leaks in the wafer of the material of the support means, and to prevent that oxidation of the adjacent metal scopes can create a short circuit in the device because the thickness glass or glass-ceramic material is important.
  • the support means may comprise a one-piece frame made of a porous material which is machined so as to define surfaces pierced through the frame forming at least one through channel of predetermined geometry receiving the means of sealing, said at least one channel filled with sealing means forming at least one watertight wall extending continuously from one of said main faces to the other.
  • the or each channel thus machined makes it possible to precisely position an optimal configuration (ie exactly. It would be a good idea to have a filament with the filaments while the friends are constructed with a fabric of yarn spun with synthetic fibers.
  • Gold panels inserts of woven flotation filaments could also be used to enhance the performance of traditional PFD's or flotation garments by replacing the non-breathing, low-stretch solid sheet flotation foam.
  • the woven flotation filaments can be suspended within a sandwich of overlaying fabrics that provide abrasion, weather protection and enhanced stability to the flotation filament weave.
  • Flotation filaments woven into a panel or sheet can also be laminated to backing fabrics by use of adhesives to polymer membranes such as Teflon, PU, EPP. Laminated to such membranes, the textile would be locked into place and made waterproof and breathable.
  • Flotation filaments woven into a textile may also be laminated by use of adhesive films or heat to other textile fibers such as nylon, Kevlar, and Lycra providing additional stability, abrasion and weather resistance to flotation textile filament.
  • the textile filament flotation can also be laminated into a composite material similar to neoprene sheet goods for use in the manufacture of items like wetsuits and dry suits.
  • the additionally laminated fabrics or films would provide additional heat retention, abrasion resistance, support and UV protection to flotation textile filament from the marine environment.
  • the flotation of filaments can be formed into textile sheets or rolls by traditional weaving techniques as they are used when they are woven into textiles.
  • the flotation filaments can be interlocked by the shapes of the flotation filaments to be interlocked by the nesting profile of the flotation filament.
  • the flotation filaments can be further connected by intersecting yams or gold filaments via pass through orifices or molded holes or cut into the flotation filaments. Individual flotation filaments can be twisted together to create flotation yarns, which in turn can be woven into a flotation fabric.
  • the flotation filaments can also be formed into flotation filament links.
  • Thesis tongues formed dudiî cadre that can be formed on either side of said at least one channel to connect the latter to the rest of the frame or to another said cana! adjacent, each tab having a volume less than that of said at least one channel.
  • peripheral direction is meant in the present description a direction surrounding said inner peripheral edge of the frame in the form of one or more straight lines (eg, in the form of dashes and / or dotted lines), curves and / or or broken, seen in section in a plane internal to the frame parallel to its main faces (ie seen in a median horizontal plane inside the frame).
  • these tongues are constituted by parts of the uncut part that maintain this part in a single piece, thus avoiding assembly of a plurality of blocks whose precise positioning them relative to each other would be impossible. These tongues are judiciously positioned to allow both the mechanical strength of the frame and the mnnimisation leaks gas within it.
  • said tongues are angularly radially offset on either side of said at least one channel, for example according to a staggered arrangement, so as to maximize the length of the gas path distributed by interconnectors formed by said ports and / or the pressure drops for these gases through said porous material of said frame.
  • radius is meant in the present description a direction within the frame passing substantially through the center of the frame and perpendicular to the axis of symmetry of the frame.
  • said at least one bulkhead extends continuously in said circumferential direction (as seen in a horizontal plane internal to the frame). Said tabs extending on either side of said at least one channel respectively to said outer peripheral edge and to said inner peripheral edge.
  • a seal according to the invention may advantageously comprise at least two so-called watertight bulkheads concentric which are connected two by two to each other by said radiated tongues.
  • said at least one watertight partition extends discontinuously in said at least one peripheral direction (seen in an internal horizontal plane), forming a plurality of partitioning portions which can be connected two by two to each other in this peripheral direction by said tongues.
  • a seal according to the invention may advantageously comprise:
  • baffled partitions formed each of said plurality of partitioning portions housed in said channels passing through said frame that? are machined according to curvilinear geometries, straight (for example in the aforementioned dashes), corrugated and / or in the form of broken lines and which are filled with the sealing means, or alternatively
  • said sealing means is based on glass or glass-ceramic (Le comprising predominantly by weight or exclusively a payload of glass), and said support means consists of a machined sheet a porous material forming said frame and selected from the group consisting of porous ceramics and porous minerals, preferably mica. It should be noted that, thanks to the partitioning of the frame according to the present invention, it is not necessary that this frame be sealed, which allows the use of porous materials in general, such as;
  • porous ceramics for example Macor which is a porous alumina.
  • one advantage of porous ceramics is that they are easily machinable, and generally less expensive when they are not 100% dense. or
  • inorganic porous materials such as mica, which comprises, in a known manner, the group of aluminosilicate minerals having a lamellar structure (mica is relatively stable in temperature, is an easy to machine, inexpensive and electrically insulating support) and which exists under a large number of compounds among which the most common-are bioliles (eg of formula , Fuchsites (Le. Biotites rich in iron), Lepidolltes (eg, of formula Muscovites (eg of formula and Phfogopites (eg of formula
  • a deposit of the sealing means such as a glass paste (also called “slip"), on said main faces and in said at least one channel for obtaining a blank of the joint before assembly,
  • An electrochemical device of the solid oxide fuel cell (“SOFC”) type or high temperature solid oxide water vapor electrolyser (“SOEC”) according to the invention comprises:
  • At least one cell which comprises a hydrogen electrode-electrolyte-oxygen electrode assembly and which delimits two chambers
  • interconnectors which distribute in said at least one cell an electric current and gases such as water vapor, dioxygen, dihydrogen and optionally a carrier gas and which, in the case of several said cells, provide the junction between these, and
  • this device is characterized in that at least one of these seals is as defined above in connection with the present invention.
  • all of the joints are electrically insulating, these seals comprising first seals ensuring the seal between the chambers of said at least one cell, second seals sealing between respective inlet gas and gas feedthroughs. Release and third seals providing the sealing of said at least one cell with the external atmosphere, lesdlts second and third joints being according to the invention as defined above.
  • Figure 1 is a partial schematic cross half-section (in a vertical plane) of a device éîectrochimlque "SOEC" or ">> SOFC showing an example of a typical location of seals according to the invention in that device,
  • FIG. 2 is a partial schematic view in transverse half-section showing a first phase of the preparation of a composite gasket according to the invention, for example included in the device of FIG. 1 and mounted in contact with two interconnectors,
  • FIG. 3 is a partial schematic view in transverse half-section showing a subsequent phase of the preparation of the seal of FIG. 2 in contact with the two infonnectors,
  • FIG. 4 is a diagrammatic view in horizontal section of a joint according to said second embodiment of the invention, in a cutting plane internal to the joint which is parallel to the main faces of the latter,
  • Figures 5 and 8 are each a photograph of a half of a joint according to said first embodiment of the invention, showing in Figure 5 the filling of a circular channel of the support frame by the sealing means and to Figure 8 the filling of another adjacent channel, Figure 7 eet a photograph Same as Figure 8 but further illustrating schematically by an arrow the interest of the tongues of the frame angularly offset for the path of the gas through the seal.
  • FIGS. 8, 9, 10 and 11 are diagrammatic views in horizontal section of different variants of a joint according to said second embodiment of the invention, in a sectional plane internal to the joint which is parallel to the main faces of the latter. ,
  • FIG. 12 is a schematic view in horizontal section of a variant of a seal according to said first embodiment of the invention, in a sectional plane internal to the joint which is parallel to the main faces of the latter
  • FIG. 13 is a graph showing a current-voltage curve (IV) of a test on a "SOEC" device with a 120 ⁇ 1.20 mm 2 cell equipped with a gasket according to FIG. 2 with a mica frame filled with glass
  • FIG. 14 is a graph showing the mass flow rates of dihydrogen produced and recovered as a function of time by this mica / glass seal of FIG. 12, under an overpressure of 500 mfoar (50000 Pa) for the "SOEC" cell, and
  • FIG. 15 is a horizontal cross-sectional photograph of the interior of a seal similar to that of FIG. 12, after disassembly of the "SOEC" cell following its operation to illustrate the barrier effect of the dioxygen and dihydrogen gases of the two glass partitions of this joint.
  • the electrochemical device 1 partially illustrated in the example of Figure 1 comprises;
  • metallic interconnectors 7, 8, 9, 10, 11, 12 which bring the current and distribute the gases (eg water vapor, oxygen, dihydrogen, and possibly a carrier gas such as nitrogen or air ) to the electrodes and which ensure the junction between two adjacent cells 2, and
  • gases eg water vapor, oxygen, dihydrogen, and possibly a carrier gas such as nitrogen or air
  • first seals 13 ensuring the seal between the two, chambers 5 and 6 of each cell 2, the second seals 14 sealing between the inlet and outlet gas feeds and the third seals 15 sealing the device with the outside.
  • a seal 20 according to the invention is produced by depositing a sealing means 21, advantageously consisting of a glass paste, on the two parallel main faces 22 and 23 of a monobloc frame 24. electrical insulation in sheet form . by Mica example (the faces 22 e! 23 of the frame 24 are interconnected by an outer peripheral edge 22a and an inner peripheral edge 23a). According to the invention, this sheet 24 is previously machined so as to pierce therein one or more opening (s) through) 25), 28 of predetermined geometry (s) ⁇ "which open on these two faces 22 and 23.
  • the glass 21 thus deposited fills the openings 25, 26 of the frame 24 to form sealed glass partitions 27 bearing on the interconnects 28 and 29, such as those mentioned above with reference to the device 1 of Figure 1.
  • tabs 33 made of uncut portions (visible in white dash) of a frame seal 34 according to the invention make it possible to hold frame 34 in one piece. If the blank (shown in white by openings 35, 36 of rectangular section filled with sealing glass 37, 38) was continuous, there would indeed be in this embodiment six pieces to be assembled instead of one and their precise positioning relative to each other would be smpossibie
  • the tongues 33 are judiciously positioned to allow both its mechanical strength of the frame 34 and the minimization of gas leakage within it, and these tongues 33 generate a discontinuity of the watertight bulkheads 37, 38 filling the apertures 35, 38 in the peripheral direction and / or transverse of the seal 30 Incorporating this frame 34.
  • each tongue 33 may be the seat of a gas leak in the thickness of the frame 34, which has been demonstrated by its Applicant to In fact, this figure 15 shows that the smaller the tab, the smaller the passage section for the gases and the smaller the leakage of these gases. But it should be noted that the tongues 33 must not be too small (ie not too thin or too narrow) not to break during the manipulation of the frame 34.
  • the geometry shown in Figure 4 is an example embodiment for minimizing the width of each tab 33 to minimize leakage in the seal 30. As illustrated in the photographs of FIGS.
  • a seal frame according to the invention is pierced according to at least one continuous or discontinuous line in the peripheral direction (eg, circumferential), and preferably in multiple lines forming channels which Once filled with glass (in white) define as many watertight partitions to completely prevent the passage of gases (see Figure 6).
  • the tabs that connect the channels to each other are positioned angularly offset (staggered), so as to maximize the length of the gas path in the frame (see the arrow in Figure 7 schematically illustrating the winding course gas through these tabs) and increase the losses of charge within the joint.
  • a seal 40 with a frame 44 made according to the example of FIG. 8 with staggered tabs 43 formed between impervious partition portions 47, 48 discontinuous in the peripheral direction presents gas sealing results much better than those of a frame 50 seal 54 made according to Figure 9 with tabs 53 radially aligned between the sealed portion portions 57, 58 also discontinuous.
  • a frame 64 of a seal 60 As illustrated in FIG. 10, it is possible to provide alternatively in a frame 64 of a seal 60 according to the invention several rows of generally concentric channels which are each in non-straight lines (eg broken or corrugated) with tongues 63 of connection to increase the size of the watertight bulkheads 67, 68 filling these channels and to control the mechanical strength of the frame 64.
  • non-straight lines eg broken or corrugated
  • the sealing means used using a robot and a pneumatic syringe in the form of a glass paste are advantageously deposited by example of type G018 which is a mixture of commercial glass powder (eg, a Schott G018-311 type glass powder mixed with an ethanol solvent and a terpineol type binder).
  • the glass paste is prepared in the laboratory from this commercial glass powder . and it is deposited on solid parts of the frame between two holes which, on the one hand, allows the glass to overflow into the openings or channels of the frame in a controlled overflow and secondly; facilitates the deposit and allows manipulation of the frame after this deposit.
  • the glass is not deposited elsewhere since it could overflow into the gas supply zones of the electrochemical device stack. As it is easy to handle, it is easy to weigh the frame before and after the deposition of the glass paste, which makes it easy and precise to know the quantity of glass thus deposited.
  • This quantity of deposited glass which corresponds to the quantity necessary to fill the openings or channels of the support frame, is calculated as accurately as possible.
  • the volume of the openings or channels to be filled is calculated and the exact quantity of glass required is deposited. this filling.
  • the spacing tolerances between interconnectors are of the order of 50 pm.
  • an uncertainty of 50 ⁇ m in height over a glass height of 100 ⁇ m is very important since it is 50%, which generates overflows at undesired locations.
  • the grooves of the invention as the volume of glass deposited in these grooves is important, these 50 pm will lead to only a few% of glass in excess.
  • the present invention makes the variations in height on the walls much less critical. rib chains.
  • the Applicant has also carried out comparative tests not in accordance with the invention with parts cut in a mica frame not in a through manner, but hollow in this context (ie, transversely blind). These comparative tests gave for the "control" seal thus obtained filling these recessed parts with significantly less good experimental results, namely a maximum pressure resistance of only 0.2 bar (ie 20000 Pa) and no resistance to pressure. thermal cycles.
  • the electrical insulating frame e, g. a mica sheet (for example with the trade name Thermiculite 866® from the company Flexitallic) with a sheet thickness of between 0.1 mm and several mm.
  • this framework can be constituted of n 'any other electrically insulating material usinante;
  • the glass paste is, for example, a mixture of Sehott glass powder G018-31 1, an ethanol-type solvent and a terpynol-type binder
  • the glass is deposited on the frame by means of a robot on the zones between two grooves for the first face and that after drying for a few hours, the glass is deposited on the second face ;
  • a frame -support allows alternating barriers consisting of a glass partition and a glass-mica composite.
  • these successive barriers have a positive effect on i'êtanchéInstitutbericht gas, in that they allow the loss of one without leakage barrier at all seal
  • FIG. 12 illustrates a test according to the invention carried out on a "SOEC" device with a 120 ⁇ 120 mm 2 cell, which consisted in imposing a current on a "SOEC” device comprising this cell, which was provided with a 80 seal according to the invention frame 84 incorporating a glass bulkhead 87 and tabs 83.
  • the excellent seal obtained made it possible to send 100% of the gases sent to the cell.
  • the current / voltage curve visible in FIG. 13 was obtained. It should be noted that if a part of the sent gas did not reach the cell, then the IV curve would not be linear, contrary to the figure 13.
  • the two chambers H 2 and O 2 are well sealed with respect to each other, since the hydrogen passes the first glass barrier in the retaining tongue but does not pass the second barrier (if a leak of dihydrogen had existed, the mica would have been entirely colored, the dihydrogen diffusing very easily ⁇ .

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Abstract

La présente invention concerne un joint d'étanchéité (20) utilisable pour être monté au contact de deux portées métalliques (28 et 29) d'un dispositif électrochimique en particulier de type pile à combustible à oxyde solide (« SOFC») ou électrolyseur de vapeur d'eau a haute température à oxyde solide (« SOEC »). Ce joint comprend; - un moyen d'étanchéification (21) du joint comprenant au moins un matériau de type verre, et - un moyen de support (24) électriquement isolant qui supporte le moyen d'étanchéification et qui présente deux faces principales (22 et 23) parallèles, un bord périphérique externe (22a) et un bord périphérique interne (23a), le joint étant apte à être monté contre ces portées par ces faces principales, lesquelles sont recouvertes du moyen d'étanchéification Selon l'invention, le moyen d'étanchéification cloisonne le moyen de support entre ces bords interne et externe en s'étendant continûment de Tune des faces principales â l'autre à travers le moyen de support, de sorte que le moyen d'étanchéification relie directement ces portées l'une à l'autre.

Description

JOINT D'ETANCHEITE POUR DISPOSITIF ELECTROCHIM.IQUE, PROCEDE DE FABRICATION ET D'ASSEMBLAGE DU JOINT ET CE
DISPOSITIF.
La présente invention concerne un joint d'éîanchéïtë utilisable dans un dispositif étectrochimique, un procédé de fabrication et d'assemblage du joint dans ce dispositif et un tel dispositif. L'invention s'applique notamment à des dispositifs formant des plies à combustibles à oxydes solides (« SOFC » en abrégé en anglais, pour « Soiid Oxide Fueî Cell ») et des électroiyseurs de vapeur d'eau à haute température à oxydes solides (« SOEC » en abrégé en angiais, pour « Soiid Oxide Electroiyser Celi », ces électroiyseurs à oxydes solides étant des électroiyseurs connus de manière générique en angiais sous les abréviations « HTE » ou « HTSE » respectivement pour « High Température Eiectrolysis » ou « High Température Steam Electrolysis » et en français EHT ou EVHT).
De manière connue, les dispositifs éiectrochimiques de type « SOEC » et « SOFC » requièrent pour être performants des étanchéités de haute qualité au sein des différentes chambres qui les composent. Si les étanchéités sont de bonne qualité, alors la totalité du gaz envoyé est utilisée par les dispositifs « SOEC » et la totalité des gaz produits est récupérée pour les « SOEC », et l'on évite en outre pour ces dispositifs de mélanger les gaz utilisés ou produits ce qui pénaliserait fortement ia performance et la durabiîité de ces dispositifs.
Ces dispositifs éiectrochimiques comprennent usuellement :
- au moins une cellule constituée d'un assemblage électrode à hydrogène-éiectroiyte-électrode à oxygène et définissant deux chambres,
- au moins deux éléments de contact électrique avec chaque cellule,
- au moins deux Interconnecteurs métalliques qui amènent ie courant et distribuent les gaz {e.g. vapeur d'eau, dioxygène, dihydrogène, d'ioxyde de carbone et éventuellement un gaz vecteur tei que du diazote ou de l'air) aux électrodes et qui assurent la jonction entre deux cellules adjacentes, et
- des joints d'étanchéité électriquement isolants pour éviter tout court-circuit, comprenant des premiers joints assurant l'étanchéité entre tes deux chambres de chaque celSuie, des deuxièmes joints assurant l'étanchéité entre les amenées de gaz d'entrée et de sortie et des troisièmes joints assurant l'étanchéité du dispositif avec l'extérieur.
Dans un dispositif éiectrochimique de typé « SOEC », la molécule d'eau est dissociée en di hydrogène à l'électrode à hydrogène (cathode), Ses Ions O2 migrent à travers i'électrolyte pour se recombiner coté électrode à oxygène (anode) en dioxygène, La ou chaque cellule « SOEC » produit ainsi du dihydrogène en dissociant des molécules d'eau.
Dans un dispositif éiectrochimique de type « SOFC l'oxygène est réduit à l'électrode à oxygène (cathode), les ions O2" migrent à travers I'électrolyte. Une réaction d'oxydation a alors lieu a l'électrode à hydrogène (anode) et la ou chaque cellule « S.OFC » produit ainsi de l'électricité et de l'eau en combinant dihydrogène et dioxygène,
L'étanchéité des dispositifs « SOEC » et « SOFC » est ainsi un des points les plus critiques en fonctionnement. En effet, si une partie de l'hydrogène produit dans un dispositif « SOEC ». par exemple, s'écoule, en. partie vers l'extérieur du dispositif au lieu d'être totalement récupéré à cause d'un défaut d'étanchéité, 1e rendement du dispositif est réduit.
De plus, si les deux chambres d'une cellule d'un dispositif « SOEC » ou « SOFC » communiquent entre elles, alors le mélange des gaz qui a lieu conduit â une perte d'efficacité des dispositifs, à des points chauds et à une diminution de leur durée de vie.
Pour les dispositifs « SOEC »s On peut considérer qu'une étanchéfté est satisfaisante lorsque .97 % du dihydrogène produit est récupéré en sortie du dispositif, bonne lorsque ce taux de récupération est dé 99 % et excellente lorsque ce taux est supérieur à 99,9 %.
En plus du taux de récupération, la qualité d'une étanchéité peut être évaluée en considérant sa résistance aux surpressions. Une étanchéité résistant à 50 mbar (soit 5000 Pa) est convenable, elle est bonne lorsqu'elle résiste à 200 mbar (soit 20000. Pa) et excellente à 500 mbar (soit 50000 Pa). La durée de cette résistance est aussi un paramètre important étant précisé qu'une étanchéité qui ne résiste que quelques minutes n'a que peu d'intérêt, les durées visées étant de Tordre de plusieurs milliers d'heures.
I! est connu qu'une étanchéité pour des dispositifs « SOEC » ou « SOFC » peut être réalisée à l'aide de joints compressifs, i.e. qui pour réaliser leur fonction d 'étanchéité doivent être soumis à des forces de compression déformant ces joints, lesquels en se mettant en place établissent i'éfanchéiié. Cette déformation des joints peut être réversible Çe.g, joint polymère élastique pour les basses températures) ou irréversible (e.g. déformation plastique de matériaux métalliques). Ces joints compressifs sont le plus souvent denses, pouvant être clans ce cas polymériques ou métalliques, ou bien poreux comme par exemple des joints en mica, la force de compression permettant dans ce dernier cas de combler les porosités internes ouvertes du matériau poreux pour éviter les fuites dans son épaisseur.
Un inconvénient majeur des joints compressifs de type métalliques est qu'ils ne garantissent pas une Isolation électrique entre les interconnecteurs métalliques, et surtout qu'ils nécessitent des niveaux de charge très élevés pour être efficaces. Quant aux joints compressifs isolants électriques poreux tels que les joints en mica, ils présentent l'inconvénient de nécessiter des contraintes de compression supérieures à celles tolérées par les empilements « SOFC » et « SOEC » pour obtenir des étanchéités satisfaisantes et ne sont pas éîanches dans leur épaisseur. De plus, se pose avec ces joints en mica le problème des coefficients de dilatation des matériaux en contact qui doivent être aussi proches que possible.
11 est par ailleurs connu que Téianchéité peut être réalisée à L'aide de joints constitués de verre. Des verres spécialement développés poul¬ ies applications « SOEC » et « SOFC » sont notamment ceux de la famille G018 (commercialisés par Schott), mis en place et cristallisés à des températures supérieures aux températures de fonctionnement de The measuring unit 14 is In use arranged in contact with skin 24 of the infant 12 and measures body temperature and/or heart rate of the infant 12. It is to be appreciated, that the unit 14 could also, measure other vital signs.
The measuring unit 14 includes an attachment means in the form of a clip 26, for attaching the measuring unit 14 to a diaper 28 of the infant 12,
Transmission of data (not shown) between the measuring unit 14 and receiver 18 typically takes place by means of near field communication (NFC). NFC can alternatively be used to facilitate a system such as Bluetooth® for achieving the data transmission. It Is to be appreciated, that other data transmission means such as, for example, visible light, infrared light, and high frequency sounds waves could be used.
The display unit 18 Includes a display screen 36 on which the vital signs measured by the measuring unit 14 are displayed continuously. in the event that data transmission between the measuring and display units 14 and 16 is interrupted, an audible alarm signal is activated. This can occur if, for example, the measuring unit 14 and receiver 18 are moved apart more than a predetermined distance. it is to be appreciated, that the invention is not limited to any specific embodiment or configuration as hereinbefore generally described or specifically illustrated.
verre. Cette solution n'est cependant pas optimale, car la résistance aux surpressions de ces joints vitrocéramiques peut être insuffisante.
Pour apporter une solution aux problèmes précités de dimensionnement des joints en verre, on a cherché dans un passé récent à combiner dans un même joint composite une couche d'étanchéité en verre et un matériau compressif tel qu'un mica., afin de diminuer les contraintes de compression nécessaires et/ou d'améliorer les résultais obtenus par rapport à un joint constitué de cet unique matériau compressif.
On peut par exemple citer le document US-A1 -2009/0311570 qui divulgue un joint composite pour dispositif éiectrochimique constitué d'un mica étanchéifiê par du verre déposé â son contact Des inconvénients de ce joint composite résident dans les fuites observées dans l'épaisseur du mica, dans la difficulté de contrôler ia quantité de verre à déposer du fait que la hauteur entre les portées métalliques soumises à des variations dimensionnelles conditionne l'étalement du verre, et dans la tenue du verre sur ie rnsca qui est en général peu résistante.
On peut également citer ie document WO-A 1 -2005/024280 qui présente un joint composite où ie verre est infiltré dans un mica, ce qui améliore les propriétés d'un joint compressif en mica mais présente l'inconvénient de requérir un procédé complexe et très difficile à mettre en oeuvre en raison de la taille réduite des pores du mica qui rend problématique l'infiltration du verre dans les pores d'un mica déjà mis en forme.
On peut en outre citer ie document WO-A 1 -2013/144167 qui présente un joint composite constitué d'un noyau massif et continu en céramique recouvert de verre sur ses deux faces principales, et le document US-AÏ -2010/0068602 qui présente un joint composite verre/ plaque de support par exemple en mica dans lequel ie verre recouvre uniquement les deux faces principales de la plaque, laquelle est éventuellement usinée en surface sur ces deux faces. Un inconvénient de ce dernier joint est qu'il ne permet pas de bloquer les fuites de gaz dans son épaisseur.
On peut enfin citer le document WO-A2-2004/059761 qui présente un joint composite à divers constituants tels que dès fibres et de la said data to the display unit. An apparatus as claimed any one of the preceding claims, wherein transmission of data between the measuring and display units takes place by one or more selected from the group including: field communication (NFC) visible light, infrared light, and high frequency sounds waves. An apparatus as claimed In claim 9. wherein NFC is used to facilitate a system such as Bluetooth® or VVIFi for achieving the data transmission. An apparatus as claimed In any one of claims 1 to 10, wherein the display unit includes a display screen on which the vital signs measured by the measuring unit are displayed continuously. An apparatus as claimed in any one of ciaims 1 to 11 , wherein an audible or visual alarm included in the apparatus is automatically activated in the event thai data transmission between the measuring and display units Is interrupted. . An apparatus as claimed In any one of claims 1 to 12. the display unit is in the form of a conventional cellular telephone that is in use placed in ciose proximity to the measuring unit. . An apparatus as claimed in claim 13, wherein software enabling the cellular telephone to act as a display unit can be downloaded as an application. . An apparatus for monitoring vital signs of an infant or baby according to the invention substantially as hereinbefore described or exemplified. . An apparatus for monitoring vital signs of an infant or baby as specifically described with reference to or as illustrated In the accompanying drawing. . An apparatus for monitoring vital signs of an infant or baby including any new and Inventive Integer or combination of integers, substantially as herein described. alors de bords cfrconférentieis) ou polygonaux (par exemple carrés), à titre exempiaiif et non limitatif.
On notera que ce cloisonnement transversal de part en part du moyen de support par le moyen d'étanchéificaiion qui prend ainsi appui sur ces deux portées en regard permet d'étanchéifier [es fuites de gaz dans l'épaisseur du joint, de contrôler la quantité du matériau de type verre déposé en gérant ses débordements, de positionner ce matériau exactement là où il est nécessaire et, finalement, de créer une èianchéité métal/ matériau de type verre / métal d'exceiiente qualité. Grâce à ce cloisonnement étanche du moyen de support, il est. possible de réaliser ce dernier en un matériau non étanche tel qu'un matériau poreux, comme cela sera expliqué ci-après.
On notera également que cette structure des joints selon l'invention permet une grande simplicité dans leur mise en place au sein du dispositif éiecirochimique et requièrent avantageusement un seul constituant procurant une étaochéification satisfaisante, qui est ledit matériau de type verre dont le coefficient de dilatation est très proche de celui des portées métalliques ce qui présente l'avantage de ne pas pénaliser l'étanchéité obtenue par les cycles thermiques.
On notera en outre que ce cloisonnement étanche permet de supprimer les fuites de gaz dans la tranche du matériau du moyen de support, et d'empêcher qu'une oxydation des portées métalliques adjacentes puisse créer un court-circuit dans ie dispositif car l'épaisseur du matériau de type verre ou vitrocéramique est importante.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le moyen de support peut comprendre un cadre monobloc en un matériau poreux qui est usiné de sorte à définir des surfaces percées à travers le cadre formant au moins un canal traversant de géométrie prédéterminée recevant le moyen d'étanchéificaiion, ledit au moins un canal rempli du moyen d'étanchéificaiion formant au moins une cloison étanche s'étendant continûment de l'une desdites faces principales à l'autre.
On notera que le ou chaque canal ainsi usiné permet de positionner précisément seion une configuration optimale (i.e. exactement .aux example of this would be a jacket with the torso that is woven with flotation filaments while the amis are constructed with a fabric consisting of yarns spun with synthetic fibres. Panels or inserts of woven flotation filaments could also be used to enhance the performance of traditional style PFD's or flotation garments by replacing the non-breathing, low stretch solid sheet flotation foam. The woven flotation filaments can be suspended within a sandwich of overlaying fabrics that provide abrasion, weather protection and enhanced stability to the flotation filament weave.
[0054] Flotation filaments woven into a panel or sheet can also be laminated to backing fabrics by use of adhesives to polymer membranes such as Teflon, PU, PPE. Laminated to such membranes, the textile would be locked into place and made waterproof and breathable. Flotation filaments woven into a textile can also be laminated by use of adhesive films or heat to other woven fibre textiles such as Nylon, Kevlar, and Lycra providing additional stability, abrasion and weather resistance to flotation filament textile.
[0055] The flotation filament textile can also be laminated into a composite material similar to neoprene sheet goods for use in the manufacture of items like wetsuits and dry- suits. With the flotation filament textile providing flotation, insulation and stretch, additionally laminated fabrics or films would provide additional heat retention, abrasion resistance, support and UV protection to flotation filament textile from the marine environment.
[0056] The flotation filaments can be formed into textiles sheets or rolls by traditional weaving techniques as used with fibre spun yarns when they are woven into textiles. The flotation filaments can also be connected by interlocking profile shapes that allow the flotation filaments to be interlocked by the nesting profile of the flotation filament.
[0057] The flotation filaments can be further connected by intersecting filaments or yams via pass through slots or holes molded or cut into the flotation filaments. Individual flotation filaments can be twisted together to create flotation yarns, which in turn can be woven into a flotation fabric. The flotation filaments can also be formed into flotation filament links. These languettes constituées dudiî cadre pouvant être formées de part et d'autre dudit au moins un canal pour relier ce dernier au reste du cadre ou à un autre dit cana! adjacent, chaque languette présentant un volume inférieur à celui dudit au moins un canal.
Par « direction périphérique globalement concentrique », on entend dans la présente description une direction entourant ledit bord périphérique interne du cadre sous la formé d'une ou plusieurs lignes droites (e.g, sous forme de tirets et/ou de pointillés), Courbes et/ou brisées, vu en section dans un plan interne au cadre parallèle à ses faces principales {i.e. vu dans un plan horizontal médian à l'intérieur du cadre).
On notera que ces languettes sont constituées de parties du cadre non découpées qui permettent de maintenir ce cadre en une seule pièce, évitant ainsi l'assemblage de plusieurs blocs dont le positionnement précis les uns par rapport aux autres serait impossible. Ces languettes sont judicieusement positionnées pour permettre â la fois la tenue mécanique du cadre et la mlnimisation des fuites de gaz en son sein.
De préférence, iesdites languettes sont décalées angulalremeni radiaiement de part et d'autre dudit au moins un canal, par exemple suivant un arrangement en quinconce, de sorte à maximiser la longueur du parcours de gaz distribués par des interconnecteurs formés par iesdites portées ei/ou les pertes de charge pour ces gaz à travers ledit matériau poreux dudit cadre.
Par « radiaiement », on entend dans la présente description une direction au sein du cadre passant sensiblement par le centre du cadre et perpendiculaire à l'axe de symétrie de ce cadre.
Selon un' premier mode de réalisation de l'invention, ladite au moins une cloison étanche s'étend de manière continue dans ladite direction périphérique (vu dans un plan horizontal interne au cadre). Iesdites languettes s'étendant de part et d'autre dudit au moins un canal respectivement vers ledit bord périphérique externe et vers ledit bord périphérique Interne.
Conformément â ce premier mode, un joint selon l'invention peut avantageusement comprendre au moins deux dites cloisons étanches concentriques qui sont reliées deux à deux entre elles par des dites languettes radiâtes.
Selon un second mode de réalisation de l'invention, ladite au moins une cloison êîanche s'étend de manière discontinue dans ladite au moins une direction périphérique (vu dans un plan horizontal interne eu cadre) en formant une pluralité de portions de cloisonnement pouvant être reliées deux à deux entre elles dans cette direction périphérique par iesdites languettes.
Conformément à ce second mode, un joint selon l'invention peut avantageusement comprendre :
- au moins deux dites cloisons éianches formées chacune de ladite pluralité de portions de cloisonnement logées dans des dits canaux traversant ledit cadre qu? sont usinés suivant des géométries curvilignes, rectîitgnes (par exemple à l'Instar des tirets précités), ondulées ei/ou en forme de lignes brisées et qui sont remplis du moyen d'étanchéificatipn, ou bien en variante
- une multitude de dites cloisons étanches qui sont respectivement, formées d'une multitude de trous (par exemple à l'instar des pointillés précités) traversant ledit cadre par exemple cylindriques, qui forment des dits canaux usinés à intervalles réguliers entre ledit bord périphérique interne et ledit bord périphérique externe et qui sont remplis du moyen d'étanchéification,
En référence à ce second mode de l'invention, on notera que de nombreuses configurations de lignes peuvent être utilisées, en particulier tous motifs permettant de maximiser la longueur de parcours des gaz circulant dans l'épaisseur du cadre, voire des motifs de type tractais.
Selon une autre caractéristique préférentielle de l'invention, ledit moyen d'étanchéifscation est à base de verre ou de vitrocéramique (Le. comprenant majoritairement en poids ou exclusivement une paie de verre), et ledit moyen de support est constitué d'une feuille usinée en un matériau poreux formant ledit cadre et choisi dans le groupe constitué par les céramiques poreuses et les minéraux poreux, de préférence le mica. On notera que grâce au cloisonnement éf anche du cadre selon la présente invention, il n'est pas nécessaire que ce cadre soit étanche, ce qui permet l'utilisation de matériaux poreux en général, comme ;
- des céramiques poreuses (par exemple du Macor qui est une alumine poreuse). En effet, un avantage des céramiques poreuses est qu'elles sont facilement usinabies, et en général moins coûteuses quand elles ne sont pas denses à 100 %. ou
- des matériaux poreux minéraux tels que le mica, qui comprend de manière connue le groupe des minéraux aiumino-siiicatés ayant une structure lamellaire (le mica est relativement stable en température, est un support facile à usiner, peu cher et isolant électrique) et qui existe sous un grand nombre de composés parmi lesquels les plus communs -sont les bioliles (e.g. de formule
Figure imgf000013_0001
, les Fuchsites (Le. Biotites riche en fer),, les Lepidolltes (e.g, de formule
Figure imgf000013_0004
, les Muscovites (e.g. de formule
Figure imgf000013_0003
et les Phfogopites (e.g. de formule
Figure imgf000013_0002
Un procédé de fabrication et d'assemblage selon l'invention d'un joint tel que défini ci-dessus dans un dispositif èlectrochimique en particulier de type pile à combustible à oxyde solide (« SOFC ») ou électrolyseur de vapeur d'eau à haute température à oxyde solide (« SOEC »), comprend :
a) un usinage du moyen de support pour percer ledit au moins un canal entre ledit bord périphérique interne et ledit bord périphérique externe qui s'étend continûment de l'une desdites faces principales à l'autre à travers le moyen de support,
b) un dépôt du moyen d'étanchéiftcation, tel qu'une pâte de verre (encore appelée «. barbotine »), sur îesdites faces principales et dans ledit au moins un canal pour l'obtention d'une ébauche du joint avant assemblage,
c) un assemblage du joint au sein d'un empilement d'au moins une cellule du dispositif à une température comprise entre 600° C et 800° C el sous une pression appliquée de plusieurs kPa, pour faire fondre le moyen d'étanchésfscafion tout en te mettant en place.
On notera que l'utilisation selon l'invention d'une pièce unique formant chaque joint d'étanehéité permel une mise en place en une seule étape à Sa fois de presque tous les joints d'un étage de l'empilement lors du montage du dispositif électrochimique de l'invention.
Un dispositif électrochimique de type pile à combustible à oxyde solide (« SOFC ») ou électrolyseur de vapeur d'eau à haute température à oxyde solide {« SOEC ») selon l'invention comprend :
- au moins une cellule qui comprend un assemblage électrode à hydrogène-éfectrôiyte-électrode à oxygène et qui délimite deux chambres,
- au moins deux éléments de contact électrique avec ladite au moins une cellule respectivement positionnés en contact avec iesdites électrodes,
·· au moins deux portées métalliques formant des interconnecteurs qui distribuent dans ladite au moins une cellule un courant électrique et des gaz tels que de la vapeur d'eau, du dioxygène, du dihydrogène et éventuellement un gaz vecteur et qui, dans le cas de plusieurs dites cellules, assurent la jonction entre ces dernières, et
- des joints d'étanehéité qui sont chacun montés au contact d'une paire de dits Interconnecteurs,
et ce dispositif est caractérisé en ce qu'au moins l'un de ces joints est tel que défini ci-dessus en relation avec la présente invention.
Avantageusement, l'ensemble desdifs joints sont électriquement isolants, ces joints comprenant des premiers joints assurant l'étanchéité entre les chambres de ladite au moins une cellule, des deuxièmes joints assurant l'étanchéité entre des amenées respectives de gaz d'entrée et de gaz de sortie et des troisièmes joints assurant l'étanchéité de ladite au moins une cellule avec l'atmosphère l'extérieure, lesdlts deuxièmes et troisièmes joints étant selon l'invention telle que définie ci-dessus.
D'autres caractéristiques, avantages et détails de la présente invention réssortlront â la lecture de la description suivante de plusieurs exemples de réalisation de l'invention, donnés à titre illustratif et non limitatif, ladite description étant réalisée en référence avec tes dessins joints, parmi lesquels :
la figure 1 est une vue schématique partielle en demi-section transversale (dans un plan vertical) d'un dispositif éîectrochimlque « SOEÇ » ou « SOFC >> montrant un exemple d'emplacement typique de joints d'étanchéité selon l'invention dans ce dispositif,
la figure 2 est une vue schématique partielle en demi-section transversale montrant une première phase de ia préparation d'un joint composite selon l'invention par exemple inclue dans le dispositif de la figure 1 et monté au contact de deux Interconnecteurs,
la figure 3 est une vue schématique partielle en demi-section transversale montrant une phase ultérieure de la préparation du joint de la figure 2 au contact des deux inferconnecteurs,
ia figure 4 est une vue schématique en coupe horizontale d'un joint selon ledit second mode de l'invention, dans un plan de coupe interne au joint qui est parallèle aux faces principales de ce dernier,
les figures 5 et 8 sont chacune une photographie d'une moitié d'un joint selon ledit premier mode de l'invention, montrant à la figure 5 le remplissage d'un canal circulaire du cadre de support par le moyen d'étanchéification et à ia figure 8 le remplissage d'un autre canal adjacent, la figure 7 eet une photographie Identique à la figure 8 mais illustrant en outre schématiquement par une flèche l'intérêt des languettes du cadre décalées angulairement pour le parcours des gaz à travers le joint.
les figures 8, 9, 10 et 1 1 sont des vues schématiques en coupe horizontale de différentes variantes d'un joint selon ledit second mode de l'invention, dans un plan de coupe interne au joint qui est parallèle aux faces principales de ce dernier,
la figure 12 est une vue schématique en coupe horizontale d'une variante d'un joint selon ledit premier mode de l'invention, dans un plan de coupe interne au joint qui est parallèle aux faces principales de ce dernier, la figure 13 est un graphique montrant une courbe courant - tension (IV) d'un essai sur un dispositif « SOEC » avec une cellule de 120 x 1.20 mm2 équipée d'un joint selon la figure 2 à cadre en mica rempli de verre, la figure 14 est un graphique montrant les débits massiques de dihydrogène produit et récupéré en fonction du temps par ce joint mica/ verre de la figure 12, sous une surpression de 500 mfoar (50000 Pa) pour la ceiiuie « SOEC », et
la figure 15 est une photographie en coupe horizontale de l'intérieur d'un joint analogue à celui de la figure 12, après démontage de la cellule « SOEC » suite à son fonctionnement pour illustrer l'effet barrière aux gaz dioxygène et dihydrogène des deux cloisons de verre de ce joint.
Le dispositif ètectrochimique 1 illustré partiellement à l'exemple de la figure 1 comprend ;
- des cellules 2 constituées chacune d'un assemblage électrode à hydrogène-èlecfroiyte-électrode à oxygène (non Illustré),
- des éléments de contact électrique 3 et 4 avec chaque cellule 2 délimitant deux chambres 5 et 6 pour celle-ci,
- des .interconnecteurs métalliques 7, 8. 9. 10, 11, 12 qui amènent te courant et distribuent les gaz (e.g. vapeur d'eau, dioxygène, dihydrogène., et éventuellement un gaz vecteur tel que du diazote ou de l'air) aux électrodés et qui assurent la jonction entre deux ceiiuies 2 adjacentes, et
- des joints d'étanchéité 13, 14, 15 électriquement isolants pour éviter tout court-circuit, comprenant des premiers joints 13 assurant l'étanchéité entre les deux, chambres 5 et 6 de chaque cellule 2, des deuxièmes joints 14 assurant l'étanchéité entre les amenées de gaz d'entrée et de sortie et des troisièmes joints 15 assurant l'étanchéité du dispositif avec l'extérieur.
Comme visible aux figures 2 et 3, on réalise un joint 20 selon l'invention en déposant un moyen d'étanchéification 21 , avantageusement constitué d'une pâte de verre, sur les deux faces principales parallèles 22 et 23 d'un cadre monobloc 24 isolant électrique sous forme de feuille .par exemple en mica (les faces 22 e! 23 du cadre 24 sont reliées entre elles par un bord périphérique externe 22a et un bord périphérique interne 23a). Selon l'invention, cette feuille 24 est préalablement usinée de sorte à y percer une ou plusieurs ouverture(s) traversante^) 25, 28 de géométrie(s) prédéterminée^» qui débouchent sur ces deux faces 22 et 23. Le verre 21 ainsi déposé vient remplir les ouvertures 25, 26 du cadre 24 pour y former des cloisons étanches de verre 27 prenant appui sur les interconnecieurs 28 et 29, tels que ceux précités en référence au dispositif 1 de là figure 1.
Comme visible à fa figure 4, des languettes 33 constituées de parties non découpées (visibles en tirets blancs) d'un joint 30 à cadre 34 selon l'invention permettent de maintenir 1e cadre 34 en une .seule pièce. Si la découpe (représentée en blanc par des ouvertures 35, 36 de section rectangulaire remplies du verre d'étanchéificaiion 37, 38} était continue, il y aurait en effet dans cet exemple de réalisation six pièces à assembler au lieu d'une seule et leur positionnement précis les unes par rapport aux autres serait smpossibie. Les languettes 33 sont judicieusement positionnées pour permettre à fa fois Sa tenue mécanique du cadre 34 et la minimisation des fuites de gaz en son sein, et ces languettes 33 génèrent une discontinuité des cloisons étanches de verre 37, 38 remplissant les ouvertures 35, 38 dans la direction périphérique ét/ou transversale du joint 30 Incorporant ce cadre 34.
Comme le matériau préférentiellement utilisé pour ce cadre 34 (e,g. un mica) est poreux, chaque languette 33 peut être le siège d'une fuite •de gaz dans l'épaisseur du cadre 34, ce qu'a démontré Sa Demanderesse à la photographie de îa figure 15. En effet, cette figure 15 montre que plus la languette est petite, plus la section de passage pour les gaz sera petite et îa fuite de ces gaz d'autant plus petite. Mais il convient de noter que les languettes 33 ne doivent pas être trop petites (i.e. pas trop fines ni trop étroites} pour ne pas se casser lors des manipulations du cadre 34. Dans ce contexte, la géométrie présentée à la figure 4 est un exemple de réalisation permettant de minimiser la largeur de chaque languette 33 pour minimiser les fuites dans le joint 30. Comme illustré aux photographies des figures 5 à 7, un cadre pour joint selon l'invention est percé selon au minimum une ligne continue ou discontinue dans la direction périphérique (e.g, circonférentielie), et de préférence en de multiples lignes formant des canaux qui une fois remplis de verre (en blanc) définissent autant de cloisons étanches pour empêcher totalement le passage des gaz (voir figure 6). De plus, les languettes qui relient les canaux entre eux sont positionnées angufairement de manière décalée (Le. en quinconce), de manière a maximiser la longueur de parcours du gaz dans le cadre (voir la flèche de la figure 7 illustrant schématiquement le parcours sinueux du gaz à travers ces languettes) et â augmenter les pertes, de charge au sein du joint.
Ainsi et en référencé aux figures 8 et 9, un joint 40 à cadre 44. réalisé selon l'exemple de la figure 8 avec des languettes 43 en quinconce ménagées entre des portions de cloisonnement étanche 47, 48 discontinues dans la direction périphérique, présente des résultats d'étanchéité aux gaz bien meilleurs à ceux d'un joint 50 à cadre 54 réalisé selon la figure 9 avec des languettes 53 radiaiement alignées entre des portions de cloisonnement étanche 57, 58 également discontinues.
Comme illustré à la figure 10, on peut prévoir en variante dans un cadre 64 d'un joint 60 selon l'invention plusieurs rangées de canaux globalement concentriques qui sont chacun en lignes non droites (e.g. brisées ou ondulées) avec des languettes 63 de liaison, pour augmenter la taille des cloisons étanches 67, 68 remplissant ces canaux et contrôler la résistance mécanique du cadre 64.
Comme illustré à la figure 1 1 , au lieu d'avoir des lignes découpées on peut avoir un joint 70 à cadre 74 percé d'une multitude de trous transversaux 75 régulièrement espacés et par exemple de section circulaire, On remplit ces trous 75 de verre pour former autant de cloisons étanches 77 alignées par exemple suivant une multitude de rangées concentriques. Ces trous 75 présentent l'avantage d'être aisés à réaliser et à agencer sous forme de rangées régulières. La taille limite de chaque trou 75 est donnée par la capillarité du verre, qui doit remplir les trous 75 sans rester en surface. En référence à l'ensemble des modes et exemples de réalisation précités de l'invention, on dépose avantageusement le moyen d'étanchéification utilisé à l'aide d'un robot et d'une seringue pneumatique sous forme d'une pâte de verre par exemple de type GÛ18 qui est un mélange de poudre de verre commerciale (e.g, une poudre de verre de type Schott G018-311 mélangée à un solvant de type éthanol et à un liant de type terpinéol). On prépare la pâte de verre au laboratoire à partir de cette poudre de verre commercial., et on la dépose sur des parties pleines du cadre entre deux perçages ce qui, d'une part, permet au verre de déborder dans les ouvertures ou canaux du cadre selon un débordement contrôlé et, d'autre part; facilite le dépôt et permet fa manipulation du cadre après ce dépôt. On ne dépose pas le verre ailleurs, car il pourrait déborder dans les zones d'alimentation des gaz de l'empilement du dispositif éîectrochimique. Comme il est aisément manipulable, on peut facilement peser le cadre avant et après dépôt de la pâte de verre, ce qui permet de connaître facilement et précisément la quantité de verre ainsi déposée.
Cette quantité de verre déposée, qui correspond a la quantité nécessaire pour remplir les ouvertures ou canaux du cadre support, est calculée au plus juste, On calcule le volume des ouvertures ou canaux à remplir et l'on dépose la quantité exacte de verre nécessaire â ce remplissage.
Souvent, les tolérances sur les espacements entre interconnécteurs sont de l'ordre de 50 pm. Pour un cadre de mica sans trou, une incertitude de 50 pm de hauteur sur une hauteur de verre de 100 pm est très importante puisqu'elle est de 50 %, ce qui génère des débordements à des endroits non désirés. Avec les gorges de -l'invention, comme le volume de verre déposé dans ces gorges est important, ces 50 pm vont conduire à seulement quelques % de verre en trop, Ainsi, la présente invention rend beaucoup moins critiques les variations de hauteur sur les chaînes de côtes.
La Demanderesse a par ailleurs réalisé des essais comparatifs non conformes à l'invention avec des parties découpées dans un cadre en mica non pas de manière traversante, mais en creux dans ce cadre (i.e, transversalement borgnes). Ces essais .comparatifs ont donné pour le joint « témoin » ainsi obtenu remplissant ces parties en creux des résultats expérimentaux nettement moins bons, à savoir une résistance maximale à ia pression de 0,2 bars seulement (soit 20000 Pa) et pas de tenue aux cycles thermiques.
Pour fabriquer un joint selon l'invention, on peut par exemple mettre en oeuvre les étapes successives suivantes :
réalisation du cadre isolant électrique, e,g. une feuille de mica (par exemple de dénomination commerciale thermiculite 866® de la société Flexitallic) avec une épaisseur de feuille comprise entre 0,1 mm et plusieurs mm. En variante, ce cadre peut être constitué de n'importe quel autre matériau électriquement isolant usinante ;
réalisation des ouvertures traversantes d'une face principale à l'autre de la feuille par découpe à ia fraise, ou en variante par n'importe que! autre moyen donnant un bon état de surface comme par exemple au laser, à l'emporte pièce ou au cutter ;
assemblage du cadre, de la pâte de verre et de ia ceilule (ia pâte de verre est par exemple un mélange de poudre de verre Sehott G018-31 1 , d'un solvant de type éthanol et d'un liant de type tërpjnéol), étant précisé que le verre est déposé sur le cadre à l'aide d'un robot sur les zones comprises entre deux gorges pour ia première face et qu'après séchage à rais- libre pendant quelques heures, on dépose le verre sur la seconde face ;
montage du joint ainsi obtenu au sein de l'empilement du dispositif électrochimïque (voir figure 1 ) à une température de l'ordre de 900° C (cette température dépend du verre, choisi, la gamme de température à utiliser étant donnée par le fabricant de verre) pour faire fondre le verre et le mettre en place, A cet effet, une charge de quelques kPa est appliquée sur l'empilement indifféremment avant ou après la mise en température pour mettre en place les éléments de contact 3 et 4 de la figure 1 , Une faible part de cette charge sert à mettre le verre en place puisque, le verre étant peu rigide à ces températures, il n'offre qu'une très faible résistance à l'écrasement. La charge est maintenue pendant toute la suite de l'essai, puis f empilement est refroidi à sa température de fonctionnement- (par exemple 800'' C) pour permettre son fonctionnement.
On notera que l'utilisation d'un cadre selon une découpe déterminée permet d'obtenir de manière aisée un noyau supportant le moyen d'étanchèlfication à base de verre formant un joint selon l'invention., ce qui permet notamment de contrôler finement la hauteur de chaque cloison de verre en diminuant cette hauteur et, par conséquent, d'améliorer l'efficacité du joint en fermes d'étanchéitê aux gaz obtenue par rapport à celle obtenue avec des hauteurs de verre plus grandes.
De plus, l'utilisation d'un cadre -support selon l'invention permet une alternance de barrières constituées d'une cloison de verre puis d'un composite verre-mica. La Demanderesse a démontré que ces barrières successives ont une action positive sur i'êtanchéité aux gaz, en ce qu'elles permettent la perte d'une barrière sans perte d'étanchéitê au niveau de l'ensemble du joint
La figure 12 illustre un essai selon l'invention réalisé sur un dispositif « SOEC » avec une cellule de 120 x 120 mm2, qui a consisté à imposer un courant à un dispositif « SOEC » comportant cette cellule, laquelle était pourvue d'un joint 80 selon l'invention à cadre 84 intégrant une cloison étanche de verre 87 et des languettes 83. L'excellente étanchéité obtenue a permis de faire parvenir 100 % des gaz envoyés â la cellule. Ainsi, on a obtenu la courbe courant/tension visible à la figure 13. Il est à noter que si une partie du gaz envoyé ne parvenait pas à la cellule, alors la courbe IV ne serait pas linéaire, contrairement à ce que montre la figure 13.
On a calculé aisément la quantité théorique de dihydrogène (H2) produit en fonction du courant imposé, et l'on a mesuré la quantité de dihydrogène récupéré. Il s'avère que l'on a récupéré 100 % du dihydrogène produit même sous 500 mbar (soit 50000 Pa) de surpression, comme visible à la figure 14, On a réalisé cet essai sous plus de 200 mbars (soit plus de 20000 Pa) pendant plus de 400 heures de fonctionnement et l'on a maintenu {'étanchéité pendant cette durée sans qu'elle soit altérée. Les étanchéités obtenues étaient donc excellentes. De plus, ces étanchéités ont résisté à plus de 500 mbars (soit plus de 50000 Pa) de surpression pendant plusieurs heures. On a donc arrêté l'essai sans que ces 50000 Pa de surpression aient provoqué une perte d'étanchéité. Comme le montre la figure 14, on récupère 100 % du dihydrogène produit lors d'un essai IV sous 50000 Pa de surpression.
La Demanderesse a mis en évidence à la photographie de la figure 15 l'effet « barrière » du joint composite mica-verre selon cet exempte de l'invention lors du démontage de la cellule utilisée pour ce! essai. On voit en effet à cette figure 15 que :
- le dihydrogène colore le mica en gris/blanc. Ainsi, un mica bianc témoigne d'une atmosphère hydrogénée ; et que
- les deux chambres H2 et 02 sont bien étanches l'une par rapport à l'autre, puisque le dihydrogène passe la première barrière de verre dans la languette de maintien mais ne passe pas la deuxième barrière (si une fuite de dihydrogène avait existé, le mica aurait été entièrement coloré, le dihydrogène diffusant très facilement}.

Claims

REVENDICATIONS
1 ) Joint d'étanchéité (13, 14, 15, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80} utilisable pour être monté au contact de deux portées métalliques (7, 8, S, 10, 11 , 12, 28 et 29) d'un dispositif électrochimique (1 ) en particulier de type pile à combustible à oxyde solide {<< SOFC ») ou èfêctroiyseur de vapeur d'eau à haute température à oxyde solide (« SOEC »), le joint comprenant :
- un moyen d'étanchéification (21) du joint comprenant au moins un matériau de type verre ou vitrocéramlque, et
- un moyen de support (24, 34, 44, 54, 84, 74, 84} électriquement isolant qui supporte 1e moyen d'étanchéification et qui présente deux faces principales (22 et 23) parallèles, un bord périphérique externe (22a) et un bord périphérique interne (23a), je joint étant apte â être monté contre ces portées par ces faces principales, lesquelles sont recouvertes au moins partiellement du moyen d'étanchéification,
caractérisé en ce que le moyen d'étanchéification cloisonne le moyen de support entre ledit bord périphérique interne et ledit bord périphérique externe en s'étendanf continûment de l'une desdites faces principales â l'autre à travers le moyen de support, dé sorte que le moyen d'étanchéification relie directement ces portées l'une â l'autre.
2) Joint (13, 14, 15, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le moyen de support (24, 34, 44, 54, 64, 74, 84) comprend un cadre monobloc en un matériau poreux qui est usiné de sorte â définir des surfaces percées à travers le cadre formant au moins un canal traversant (25 et 28, 35 et 36) de géométrie prédéterminée recevant le moyen d'étanchéification (21), ledit au moins un canal rempli du moyen d'étanchéification formant au moins une cloison étanche (27, 37 et 38, 47 et 48, 57 et 58, 87 et 68, 77, 87) s'étendant continûment de l'une desdites faces principales (22) à l'autre (23). 3) Joint (13, 14, 15, 20, 30, 40, 50. 60, 70, 80) selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites surfaces dudit au moins un canal (25 et .28, 35 et 36) sont globalement perpendiculaires auxdiies faces principales {22 et 23) et s'étendent dans une direction périphérique globalement concentrique auxdifs bords périphériques interne (23a) et externe (22a), de manière continue ou discontinue le long de ladite direction périphérique, des languettes (33, 43, 53, 63, 83) constituées- dudit cadre (24, 34, 44 , 54, 64, 74, 84) étant formées de paît et d'autre dudit au moins un canal pour relier ce dernier au reste du cadre ou à un autre dit canal adjacent, chaque languette présentant un volume inférieur à celui dudit au moins un canal.
4) Joint (40, 60) selon la revendication 3, caractérisé en ce que fesdites languettes .(43, 63) sont décalées angulairement radialement de part et d'autre dudit au moins un canal (25, 26), par exemple suivant un arrangement en quinconce, de sorte â maximiser la longueur du parcours de gaz distribués par des interconnecteurs (28 et 28) formés par lesdites portées et/ou les pertes de charge pour ces gaz à travers ledit matériau poreux dudit cadre (44, 64).
5) Joint (80) selon la revendication 3 ou 4. caractérisé en ce que ladite au moins une cloison étanche (87) s'étend de manière continue dans ladite direction périphérique, lesdites languettes {83} s'ètendant de pari et d'autre dudit au moins un canal respectivement vers ledit bord périphérique externe (22a) et vers ledit bord périphérique interne (23a).
6) Joint (20) selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux dites cloisons étanches (27) concentriques qui sont reliées deux à deux entre elles par des dites languettes radiales (83).
7) Joint (30, 40, 50, 60, 70) selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que ladite au moins une cloison étanche (47 et 48, 57 et 58, 67 et 68, 77) s'étend de manière discontinue dans ladite au moins une direction périphérique en formant une pluralité de portions de cloisonnement (47 et 48, 57 et 58, 67 et 68, 77).
8) Joint (30, 40, 50, 60) selon ia revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux dites cloisons étanches (47 et 48, 57 et 58, 87 et 68) formées chacune dé ladite pluralité de portions de cloisonnement (47 et 48, 57 et 58, 67 et 68) logées dans des dits canaux traversant ledit cadre (34, 44, 54, 64) qui sont usinés suivant des géométries curvilignes, rectilignes, ondulées et/ou en forme de lignes brisées et qui sont remplis du moyen d'étanchéifîcation (21 )., ces portions de cloisonnement étant reliées deux à deux entre elles dans ia direction périphérique par lesdites languettes {33, 43, 53, 63).
9) Joint (70) selon ia revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend une multitude de dites cloisons étanches (77) qui sont respectivement formées d'une multitude de trous (75) traversant ledit cadre (74) par exemple cylindriques, qui forment des dits canaux (75) usinés à intervalles réguliers entre ledit bord périphérique interne (23a) et ledit bord périphérique externe (22a) et qui sont remplis du moyen d'étanchéifîcation (21).
10) Joint (13, 14, 15, 20, 30, 40, 50, 50, 70, 80) selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ie moyen d'étanchéificatton (21) est à base de verre ou de vitrocéramique, et en ce que ie moyen de support (24 , 34, 44, 54 , 64, 74, 84) est constitué d'une feuille usinée en un matériau poreux choisi dans le groupe constitué par les céramiques poreuses et tes minéraux poreux, de préférence le mica.
1 1) Procédé de fabrication et d'assemblage d'un joint (13, 14, 15, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80) selon une des revendications précédentes dans un dispositif électrochimlque (1 ) en particulier de type pile à combustible à oxyde solde (« SOFC ») ou électrolyseur de vapeur d'eau à haute température â oxyde solide .(<< SOEC ».), caractérisé en ce que le procédé comprend :
a) un usinage du moyen de support (24, 34, 44. 54, 64, 74, 84) pour percer ledit au moins un canal (25 et 26, 35 et 36) entre ledit bord périphérique interne (23a) et ledit bord périphérique externe (22a) qui s'étend continûment de l'une desdites faces principales (22) à l'autre (23) à travers le moyen de support,
b) un dépôt du moyen cféianchéificaiion (21), tel qu'une pâte de verre, sur lesdites faces principales et dans ledit au moins un canal pour l'obtention d'une ébauche du joint avant assemblage,
c) un assemblage du joint au sein d'un empilement d'au moins une cellule (2) du dispositif à une température comprise entre 800° C et 900º C et sous une pression appliquée de plusieurs kPa. pour faire fondre ie moyen d'étanchèifieation tout en 1e mettant en place.
12) Dispositif électrochimique (1) de type pile à combustible à oxyde solide (« SOFC ») ou électrolyseur de vapeur d'eau à haute température à oxyde solide («· SOEC »), le dispositif comprenant :
- au moins une cellule (2) qui comprend un assemblage électrode à hydrogène-éiectrolyte-électrode â oxygène et qui délimite deux chambres (5 et 6),
- au moins deux éléments de contact électrique (3 et 4) avec ladite au moins une cellule respectivement positionnés en contact avec lesdites électrodes,
- au moins deux portées métalliques (7, 8, 9, 10, 11, 12, 28 et 29) formant des interconnecteurs qui distribuent dans ladite au moins une cellule un courant électrique et des gaz tels que de la vapeur d'eau, du dioxygène, du dihydrogène et éventuellement un gaz vecteur et qui, dans le cas de plusieurs dites cellules, assurent la jonction entre ces dernières, et
- des joints d'étanchéité (13, 14, 15, 20, 30, 40, 60, 60. 70, 80) qui sont chacun montés- au contact d'une paire de dits interconnecteurs, caractérisé en ce qu'au moins l'un desdits joints est selon une des revendications 1 à 10,
13) Dispositif électrochimique (1 ) selon îa revendication 12, s caractérisé en ce que l'ensemble desdiis joints (13, 14, 15, 20, 30, 40, 50, 6.0, 70, 80) sont électriquement isolants et comprennent des premiers joints ( 13) assurant l'étanchéité entre les chambres de ladite au moins une cellule (2), des deuxièmes joints (14) assurant l'étanchéité entre des amenées respectives de gaz d'entrée et de gaz de sortie et des troisièmes joints (15) assurant l'étanchéité de ladite au moins une cellule avec l'atmosphère l'extérieure, lesdiîs deuxièmes et troisièmes joints étant selon une des revendications 1 à 10.
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