Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
CA 02503707 2005-04-26
WO 2004/040181 PCT/FR2003/050086
1
Structure de raccordement pour la connexion d'un
tronçon de circuit de fluide à une chambre, et cellule de
pile à combustible en comportant.
La prësente invention concerne les structures de
raccordement entre un tronçon de circuit de fluide et une
chambre délimitée sur au moins un côté par une tôle fine en
métal pourvue d'au moins un orifice d'accès à la chambre.
Ze raccordement d'une tubulure à une tôle fine
présente de nombreuses difficultés, tant au niveau de la
tenue mécanique que de l'étanchéité, en particulier avec
des tôles difficilement soudables telles que les aciers
alliés. Les difficultés sont encore plus grandes quand la
chambre présente un volume intérieur utile très réduit. Zes
problèmes sont encore accrus selon les fluides concernés,
agressifs ou oxydants, comme c'est le cas notamment dans
les cellules de piles à combustible.
La présente invention a pour objet de proposer une
structure de raccordement simple, compacte et fiable, y
compris avec des tôles de très faible épaisseur, inférieure
à 0,4 mm et avec des volumes de chambres très réduits.
Pour ce faire, selon l'invention, la structure de
raccordement comprend un élément tubulaire métallique ayant
une première extrémité sertie dans l' orifice de la tôle et
une deuxième extrémité connectable au tronçon du circuit
typiquement via un organe de raccordement, avantageusement
en matériau plastique, comportant un canal recevant au
moins la deuxième extrémité de ~1'ëlément tubulaire et
solidarisé de façon étanche à ce dernier.
Selon des caractéristiques plus particulières de
l'invention .
- l'élément et la tôle sont réalisés dans une même
nuance de métal, typiquement en acier inoxydable,
CA 02503707 2005-04-26
WO 2004/040181 PCT/FR2003/050086
2
- l'organe de raccordement comprend une chambre
interne connectable au tronçon du circuit.
Za présente invention concerne également une cellule
de pile à combustible où la tôle forme, par emboutissage,
une série de canaux parallèles et est accolée de façon
étanche à une membrane échangeuse de protons.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention
ressortiront de la description suivante de modes de
réalisation, donnés à titre illustratif mais nullement
limitatif, faite en relation avec les dessins annexés, sur
lesquels .
- la figure 1 est une vue schématique en perspective
d'une demi-cellule de pile à combustible montrant la
configuration de la tôle conformée emboutie ;
- la figure 2 est une vue schématique en coupe
agrandie d'une structure de raccordement selon l'invention,
et
- la figure 3 est une vue de dessus de deux cellules
adjacentes de pile à combustible pourvues de structures de
raccordement selon l'invention.
Sur la figure 1, on reconnaît une demi-cellule 1 de
pile à combustible en coupe transversale avec sa membrane
échangeuse de protons 2 contre laquelle est plaquée, avec
interposition d'un joint përiphérique 3, une tôle 4
emboutie pour constituer des ondulations 5 dont les sommets
intérieurs portent de façon étanche contre la membrane 2
pour définir ainsi des canaux parallèles 6 permettant la
circulation des gaz le long de la membrane, comme figuré
par les flèches, l'électricité produite étant acheminée par
le métal de la tôle, typiquement en acier inoxydable.
Pour réaliser des structures compactes, telles que
celle représentée sur la figure 3, la tôle 4, typiquement
en acier inoxydable, a une épaisseur inférieure à 0,5 mm,
typiquement inférieure à 0,4 mm. Les canaux 6 ont une
CA 02503707 2005-04-26
WO 2004/040181 PCT/FR2003/050086
3
hauteur (amplitude d'onde) inférieure à 5 mm, typiquement
inférieure à 2 mm. Les canaux latéraux de la tôle 4 sont
chacun pourvus, à une de leurs extrëmités, d'un orifice
d'accès 7 pour la connexion à un tronçon 8 de circuit de
fluide, typiquement de l'hydrogène d'une part et un mélange
gazeux contenant de l'oxygène d'autre part dans le cas des
piles à combustible.
Dans le mode de rëalisation représenté sur la figure
2, la structure de raccordement selon l'invention pour la
connexion du tronçon de circuit de fluide 8 à l' orifice 7
de la tôle 4, comprend un élément tubulaire métallique 9,
typiquement également en acier inoxydable, de diamètre hors
tout légèrement supërieur à celui de l'orifice 7 et
comportant une extrémité amincie 10 de faible extension
axiale (de l'ordre de deux fois l'épaisseur de la tôle 4)
et sensiblement de même diamètre que celui de l'orifice 7
pour être introduit dans ce dernier avec l'épaulement
arrière 11 venant porter contre la surface extérieure de la
tôle 4. Ensuite, l'extrémité en saillie de l'extrémité
amincie 10, d'épaisseur comprise entre 0,05 et 0,5 mm, de
préfêrence entre 0,1 et 0,3 mm, est sertie de façon étanche
dans le trou 7, solidarisant ainsi de façon étanche
l'élément tubulaire 9 à la tôle 4.
La structure de raccordement comprend en outre un
organe de raccordement 12, avantageusement en matériau
polymère moulé, de configuration générale allongée,
définissant une chambre interne tubulaire 13 ayant une
direction principale débouchant à une extrémité par un
orifice de raccordement de diamètre élargi 14 et, à l'autre
extrémité, avec un canal 15 s'étendant orthogonalement à la
chambre. Le diamètre intérieur du canal 15 est légèrement
supérieur au diamètre extérieur de l'élément tubulaire 9 et
celui-ci est inséré à force dans le canal 15 avec
application d'ultrasons qui provoquent une fusion totale ou
CA 02503707 2005-04-26
WO 2004/040181 PCT/FR2003/050086
4
partielle des bords du canal en solidarisant ainsi de façon
étanche l'élément tubulaire 9 à l'organe de raccordement 12
dont la face extérieure, dans laquelle débouche le canal
15, vient porter en appui sur la face extérieure de la
tôle 4. En configuration assemblée, la chambre 13 s'étend
parallèlement à la tôle 4, au-delà de cette dernière,
permettant ainsi une connexion aisée de l'orifice de
raccordement au tronçon de fluide 8.
Dans le mode de réalisation représenté, l'organe de
raccordement 12 comprend en outre un pion 16 parallèle au
canal 15 et qui vient se positionner dans un trou 17 formé
dans la zone périphérique plane de la tôle 4, le pion étant
déformé à chaud ou par bouterollage pour consolider le
positionnement et le maintien de l'organe 12 par rapport à
25 la tôle 4.
L'orifice de raccordement 14 peut être de forme et de
dimension adaptées pour permettre tout type de raccordement
étanche, avantageusement démontable, à une extrémité de
tubulure telle que le tronçon de circuit 8.
Quoi que l'invention ait étë décrite en relation avec
des modes de réalisation, elle ne s'en trouve pas limitée,
mais est susceptible de modifications et de variantes qui
apparaîtront à l'homme de l'art dans le cadre des
revendications ci-après.
