Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
WO 2023/285751 1
PCT/FR2022/051358
SYSTEME DE SERRAGE POUR MODULE ELECTROCHIMIQUE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE ET ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
La présente invention se rapporte à un système de serrage pour module
électrochimique, destiné à appliquer un effort de compression à un empilement
de
cellules notamment pendant sa manipulation.
Un dispositif électrochimique peut être mis en oeuvre pour l'électrolyse à
haute température et comporter un empilement de cellules d'électrolyseur à
oxyde solide
ou SOEC (solid oxide electrolyzer cell en terminologie anglo-saxonne) ou en
tant que pile
à combustible et comporter un empilement de cellules à combustible à oxyde
solide ou
SOFC (Solid oxide fuel cell en terminologie anglo-saxonne).
Un tel dispositif comporte un module ou stack comprenant un empilement de
cellules électrochimiques enserrées entre deux plaques de serrage. Les
cellules sont
connectées électriquement en série.
Chaque cellule électrochimique comporte un électrolyte entre deux
électrodes. Des plaques d'interconnexion sont interposées entre les cellules
et assurent la
connexion électrique entre les cellules. En outre les plaques d'interconnexion
assurent
l'alimentation en gaz des cellules et la collecte des gaz produits au niveau
de chaque
cellule. Le document EP3183379 décrit un exemple de plaque d'interconnexion ou
connecteur assurant la connexion électrique et la distribution des gaz au sein
des cellules.
L'interconnecteur comporte trois plaques de faible épaisseur, une des plaques
dite
plaque intermédiaire disposée entre les deux autres plaques, dites plaques
d'extrémité,
permet la distribution des gaz au sein des chambres à 02 et à H2.
L'une des plaques d'extrémité forme un cadre délimitant une fenêtre sur la
plaque intermédiaire et recevant une cellule qui est alors en contact avec la
plaque
intermédiaire. Le courant électrique passe de bas en haut ou de haut en bas à
travers les
cellules et les zones des interconnecteurs, qui sont alignées verticalement
avec les
cellules.
CA 03225824 2024- 1- 12
WO 2023/285751 2
PCT/FR2022/051358
En fonctionnement, l'anode et la cathode sont le siège de réactions
électrochimiques, tandis que l'électrolyte permet le transport d'ions de la
cathode vers
l'anode, ou inversement suivant que le dispositif électrochimique fonctionne
en mode
électrolyseur ou en mode pile à combustible.
Ainsi en mode électrolyseur, le compartiment cathodique permet un apport
de vapeur d'eau et une évacuation des produits de réduction de l'eau,
notamment de
l'hydrogène, tandis que le compartiment anodique assure, via un gaz drainant,
l'évacuation du dioxygène produit de l'oxydation des ions 02- migrant de la
cathode vers
l'anode.
Le mécanisme d'électrolyse (mode SOEC ) de la vapeur d'eau par une
cellule électrochimique élémentaire est décrit ci-dessous. Au cours de cette
électrolyse, la
cellule électrochimique élémentaire est alimentée par un courant circulant de
la cathode
vers l'anode. La vapeur d'eau distribuée par le compartiment cathodique est
alors réduite
sous l'effet du courant selon la demi-réaction suivante :
2 H20 + 4 e- 2 H2 + 2 02-.
Le dihydrogène produit lors de cette réaction est alors évacué, tandis que les
ions 02- produits lors de cette réduction migrent de la cathode vers l'anode,
via
l'électrolyte, où ils sont oxydés en dioxygène selon la demi-réaction :
2 02- 02+ 4e-.
Le dioxygène ainsi formé est quant à lui évacué par le gaz drainant circulant
dans le compartiment anodique.
L'électrolyse de la vapeur d'eau répond à la réaction suivante :
2 H20 2 H2 + 02.
En mode pile à combustible ( SOFC ), de l'air est injecté dans le
compartiment cathodique qui se dissocie en ions 02-. Ces derniers migrent vers
l'anode et
réagissent avec du dihydrogène circulant dans le compartiment anodique pour
former de
l'eau. En variante, la pile à combustible est alimentée en CH4 et en air.
Le fonctionnement en mode pile à combustible permet la production d'un
courant électrique.
CA 03225824 2024- 1- 12
WO 2023/285751 3
PCT/FR2022/051358
Ces systèmes peuvent fonctionner à des températures comprises entre 600 C
et 1000 C.
Les plaques de serrage exercent un effort de serrage sur l'empilement afin
d'assurer un bon contact électrique entre les plaques d'interconnexion et les
cellules et
une étanchéité de l'empilement. Des tirants relient les plaques de serrage.
Le développement des systèmes industriels intégrant des électrolyseurs haute
température passe par un accroissement du volume de gaz traité (en SOEC ou
SOFC).
Pour ce faire, l'augmentation de la surface et nombre des cellules et du
nombre de
plaques d'interconnecteur est nécessaire. Un accroissement significatif du
nombre de
plaques et de la hauteur des empilements pose de nombreuses difficultés
techniques.
Pour pallier ces difficultés et réaliser des empilements de plus grandes
dimensions, il a été
envisagé de réaliser des assemblages comportant plusieurs modules constitués
d'un
nombre réduit de cellules et de plaques d'interconnexion.
Par exemple, pour réaliser un assemblage de 75 cellules, trois modules de 25
cellules chacun sont réalisés puis superposés. Chaque module est réalisé de
manière
séparée. Or l'application d'un effort de compression doit être maintenue sur
les cellules
et interconnecteurs au cours de l'ensemble de phases de fabrication.
Un scellement en vitrocéramique sur le contour latéral des cellules est
réalisé
pour chaque module. Ce scellement se fait sous température de l'ordre de 800
C.
Pendant ce scellement un effort de compression est appliqué. Pendant les
phases de
manutention, cet effort doit être maintenu.
Ensuite lorsque les modules sont superposés pour réaliser l'assemblage final,
un nouveau scellement est réalisé en appliquant une température élevée.
A la fin de ce scellement, l'effort de compression sur l'assemblage final est
maintenu par l'intermédiaire de plaques de serrage situées aux extrémités de
l'assemblage et reliées par des tirants.
Lors des phases de scellement, le maintien en pression est réalisé au moyen
d'une presse et non au moyen de tirants, car ceux-ci seraient soudés au niveau
des
filetages par l'application de la température élevée. En outre la mise en
oeuvre de tirants
sur les empilements présenterait un encombrement trop important.
CA 03225824 2024- 1- 12
WO 2023/285751 4
PCT/FR2022/051358
EXPOSÉ DE L'INVENTION
C'est par conséquent un but de la présente invention d'offrir des moyens
permettant d'assurer le maintien de l'application d'un effort de compression à
un
empilement de cellules électrochimiques et de plaques d'interconnexion, ne
présentant
pas les inconvénients ci-dessus, et notamment ne gênant ni la superposition
des modules
ni la mise en place du système de compression finale.
Le but énoncé ci-dessus est atteint par un système de serrage comportant un
jeu de dispositifs de serrage, chaque dispositif de serrage comportant une
colonnette
s'étendant entre les plaques de rigidification et étant fixées à celle-ci de
sorte que les
faces extérieures des plaques de rigidification restent planes et permettent
de réaliser
des plaques de rigidification et des modules électrochimiques facilement
empilables. En
outre, les colonnettes restent dans l'espace délimité entre les plaques ce qui
rend le
dispositif compact.
En d'autres termes, l'invention offre des moyens de serrage provisoire d'un
empilement de cellules et d'interconnecteurs qui n'augmentent pas
l'encombrement de
l'empilement.
Très avantageusement, les dispositifs de serrage sont tels qu'ils permettent
de
mettre en oeuvre deux plaques de rigidification identiques.
De préférence, les plaques de rigidification sont carrées ou rectangulaires et
de un à trois dispositifs de serrage par côté sont prévus.
Dans un exemple de réalisation, les colonnettes sont rigides.
Dans un autre exemple de réalisation, les colonnettes sont formées par des
câbles fixés l'un à l'autre.
La présente demande a alors pour objet un système de serrage pour un
module comportant un empilement de cellules électrochimiques et
d'interconnecteurs
dans une direction longitudinale, et une premier plaque de rigidification et
une deuxième
plaque de rigidification de part et d'autres de l'empilement, ledit système de
serrage
étant destiné à exercer un effort de compression sur ledit empilement dans la
direction
longitudinale, chaque première et deuxième plaques de rigidification
comportant n trous
CA 03225824 2024- 1- 12
WO 2023/285751
PCT/FR2022/051358
orthogonaux aux plaques de rigidification et répartis le long des bords des
plaques de
rigidification, n étant un entier au moins égal à 2, ledit système de serrage
comportant n
dispositifs de serrage, chaque dispositif de serrage comportant une colonnette
configurée
pour relier mécaniquement la première et la deuxième plaques de
rigidification, chaque
5 colonnette s'étendant dans l'espace entre les première et deuxième
plaques de
rigidification, chaque dispositif de serrage comportant également des premiers
moyens
pénétrant dans chacune des première et deuxième plaques de rigidification et
fixant la
colonnette auxdites première et deuxième plaques de rigidification et des
deuxièmes
moyens d'ajustement pour ajuster la tension appliquée à la colonnette.
Dans un exemple de réalisation, les premiers moyens comportent, au niveau
de chacune des plaques de rigidification, un logement pour une tête de
colonnette,
configuré pour permettre un montage d'une tête de colonnette dans le logement
par
déplacement latéral de la colonnette.
En particulier, les premiers moyens peuvent comporter au moins un premier
élément fileté configuré pour être vissé dans un trou d'une des plaques de
rigidification.
La colonnette peut comporter, à une première extrémité longitudinale, une
tête coopérant avec le premier élément fileté et, à une deuxième extrémité
longitudinale,
une tête destinée à être reliée à la deuxième plaque de rigidification, et
dans lequel les
deuxièmes moyens d'ajustement sont formés par la coopération du premier
élément
fileté avec la première plaque de rigidification.
Le premier élément fileté peut comporter un logement pour une tête de
colonnette, configuré pour permettre un montage d'une tête de colonnette dans
le
logement par déplacement latéral de la colonnette.
De plus, les premiers moyens peuvent comporter un deuxième élément fileté
configuré pour être vissé dans un troude la deuxième plaque de rigidification,
et le
deuxième élément fileté peut comporter un logement pour une tête de
colonnette,
configuré pour permettre un montage d'une tête de colonnette dans le logement
par
déplacement latéral de la colonnette.
Avantageusement, les logements et les têtes sont configurés pour ménager
entre eux un jeu latéral.
CA 03225824 2024- 1- 12
WO 2023/285751 6
PCT/FR2022/051358
Le dispositif de serrage peut comporter au moins un écrou configuré pour
être monté avec un jeu latéral dans un trou de la deuxième plaque de
rigidification et être
immobilisé en translation dans la direction axiale au moins dans un sens
opposé à celui
dans lequel le deuxième élément fileté est vissé dans le trou.
Dns un autre exemple de réalisation, chaque colonnette comporte deux
câbles, chacun configuré pour être fixé par une première extrémité au moins en
translation dans la direction axiale aux première et deuxième plaques de
rigidification et
comportant à une deuxième extrémité des moyens de connexion des câbles entre
eux,
formant les moyens d'ajustement. Les premiers moyens peuvent comporter un
deuxième
élément fileté configuré pour être vissé dans un trou de la deuxième plaque de
rigidification, la première extrémité d'un câble étant soudée dans le premier
élément
fileté et la première extrémité de l'autre câble étant soudée dans le deuxième
élément
fileté.
Par exemple, les moyens d'ajustement comportent un écrou monté libre en
rotation sur la deuxième extrémité de l'un des câbles et un pion fileté monté
sur la
deuxième extrémité de l'autre câble.
Selon une caractéristique additionnelle, au moins un dispositif de serrage
comporte une jauge de déformation configurée pour fournir la tension appliquée
à la
colonnette.
Un autre objet de la présente demande est un module comportant un
empilement de cellules électrochimiques et d'interconnecteurs et une première
et une
deuxième plaques de rigidification de part et d'autre de l'empilement et un
système de
serrage selon l'invention, les première et deuxième plaques de rigidification
comportant
des trous pour le montage des dispositif de serrage disposés le long des bords
des
plaques de rigidification.
Les trous de la deuxième plaque de rigidification peuvent déboucher
latéralement dans les bords de la deuxième plaque de rigidification, lesdits
trous
comportant un épaulement formant une face d'appui pour une tête de colonnette.
Par exemple, l'écrou comporte une collerette en appui contre une zone de la
face extérieure de la deuxième plaque de rigidification, et ladite zone
comporte un
CA 03225824 2024- 1- 12
WO 2023/285751 7
PCT/FR2022/051358
lamage de sorte que la collerette ne fasse pas saillie d'un plan principal de
ladite face
extérieure.
Un autre objet de la présente demande est un procédé de mise en
compression d'un empilement de cellules électrochimiques et d'interconnecteurs
au
moyen d'un système de serrage selon l'invention, comportant:
a) la fourniture d'un empilement de cellules électrochimiques et
d'interconnecteurs et
des première et deuxième plaques de rigidification de part et d'autre de
l'empilement,
lesdites plaques comportant chacune n trous orthogonaux aux première et
deuxième
plaques de rigidification et répartis le long des bords des plaques de
rigidification,
b) le montage d'un premier élément fileté dans un trou de la première plaque
de
rigidification pour chaque dispositif de montage,
c) montage de la colonnette entre ledit premier élément et la deuxième plaque,
d) mise en tension de ladite colonnette.
Lors de l'étape d), la mise sous tension peut être obtenue par vissage du
premier élément filetée dans le trou.
Lors de l'étape c), un deuxième élément fileté peut être monté dans un trou
de la deuxième plaque de rigidification et dans lequel lors de l'étape d), la
mise en tension
est obtenue par vissage du premier élément dans le trou et/ou vissage du
deuxième
élément dans le trou.
Un autre objet de la présente demande est un procédé de mise en
compression d'un empilement de cellules électrochimiques et d'interconnecteurs
au
moyen d'un système de serrage selon l'invention, comportant:
a) fourniture d'un empilement de cellules électrochimiques et
d'interconnecteurs et de
première et deuxième plaques de rigidification de part et d'autre de
l'empilement,
lesdites plaques comportant chacune n trous orthogonaux aux première et
deuxième
plaques de rigidification et répartis le long des bords des première et
deuxième plaques
de rigidification,
b) montage d'un premier élément fileté dans un trou d'une première plaque de
rigidification pour chaque dispositif de montage,
CA 03225824 2024- 1- 12
WO 2023/285751 8
PCT/FR2022/051358
c) montage d'un deuxième élément fileté dans un trou de la deuxième plaque de
rigidification pour chaque dispositif de montage,
d) connexion desdits câbles et mise en tension desdits câbles.
Un autre objet de la présente demande est un procédé de fabrication d'un
assemblage électrochimique constituant un réacteur d'électrolyse ou de co-
électrolyse
SOEC ou une pile à combustible SOFC, comportant une superposition de p
modules, p
étant un entier au moins égal à 2, comportant :
a') Fourniture d'un empilement de cellules électrochimiques et
d'interconnecteurs et de
première et deuxième plaques de rigidifications de part et d'autre de
l'empilement,
lesdites plaques comportant chacune n trous orthogonaux aux première et
deuxième
plaques de rigidification et répartis le long des bords des plaques de
rigidification,
b') Mise en place dudit empilement et des première et deuxième plaques de
rigidification
dans une presse,
c') Application d'un effort de compression axial donné,
d') Réalisation d'un scellement entre les cellules et les interconnecteurs
e') Mise en place du système de serrage en appliquant le procédé selon
l'invention,
f) répétition des étapes a') à e') pour fabriquer p modules,
g') superposition des modules
h') mise en place desdits modules superposés dans une presse
i') application d'un effort de compression axial aux modules superposés,
j') retrait de systèmes de serrage de tous les modules,
k') réalisation d'un scellement entre les modules,
I') montage d'un système de maintien en compression desdits modules,
m') retrait de la presse.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise sur la base de la description qui va
suivre et des dessins en annexe sur lesquels:
Figure 1 est une représentation schématique d'une vue en perspective d'un
exemple d'un assemblage électrochimique selon l'invention.
CA 03225824 2024- 1- 12
WO 2023/285751 9
PCT/FR2022/051358
Figure 2 est une vue en perspective d'un module électrochimique mettant en
oeuvre un système de serrage selon un exemple de réalisation selon
l'invention.
Figure 3 est une vue en perspective d'un élément filetée d'un dispositif de
serrage mis en oeuvre dans le module de la figure 2.
Figure 4 est une vue de côté de l'élément fileté de la figure 3.
Figure 5A est une vue de détail d'un dispositif de serrage de la figure 2 en
phase de montage.
Figure 5B représente le dispositif de serrage de la figure 2 en phase
d'ajustement de la tension.
Figure 6 est une vue en perspective d'un détail d'un module selon une
variante de réalisation du système de serrage de la figure 2.
Figure 7A est une vue en coupe au niveau d'un écrou monté dans la deuxième
plaque de rigidification dans une première position.
Figure 7B est une vue en coupe au niveau de l'écrou monté dans la deuxième
plaque de rigidification dans une deuxième position.
Figure 8 est une vue en perspective d'un module électrochimique mettant en
oeuvre un système de serrage selon un autre exemple de réalisation selon
l'invention.
Figure 9 est une vue de détail de la figure 8 selon un premier point de vue.
Figure 10 est une vue de détail de la figure 8 selon un premier point de vue.
Figure 11 est une vue en perspective d'une partie d'un module
électrochimique mettant en oeuvre un système de serrage selon un autre exemple
de
réalisation selon l'invention.
Figure 12A est une vue de détail d'un dispositif de serrage de la figure 11.
Figure 12B est une vue en coupe longitudinale du dispositif de serrage de la
figure 12A.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Sur la figure 1, on peut voir une vue de côté d'un exemple d'assemblage de
cellules électrochimiques et d'interconnecteurs électriques et fluidiques,
dans lequel les
cellules et les interconnecteurs sont répartis en plusieurs modules Ml, M2,
M3, trois dans
CA 03225824 2024- 1- 12
WO 2023/285751 10
PCT/FR2022/051358
l'exemple représenté. Chaque module comporte un empilement de cellules
électrochimiques et d'interconnecteurs, chaque cellule étant disposée entre
deux
interconnecteurs. Chaque cellule électrochimique comporte un électrolyte entre
deux
électrodes. Deux plaques de rigidifications P1, P2 sont prévues aux extrémités
de
l'empilement et permettent l'application d'un effort de compression à
l'empilement de
cellules et d'interconnecteurs. Les plaques de rigidification P1, P2 assurent
également la
connexion électrique avec les empilements situés au-dessus et au-dessous et la
connexion fluidique.
L'assemblage électrochimique comporte deux plaques d'extrémités PE1, PE2
formant des connecteurs électriques et fluidiques pour amener ou collecter le
courant
électrique de l'assemblage électrochimique vers l'extérieur et pour amener,
collecter et
faire circuler les gaz de l'assemblage électrochimique vers l'extérieur. En
outre, des tirants
T relient les deux plaques d'extrémité PE1, PE2 et assurent l'application d'un
effort de
compression à l'ensemble des modules pendant le fonctionnement du dispositif.
Sur la figure 2, on peut voir un module M1 seul comportant un système de
serrage Si selon un exemple de réalisation. Le système de serrage est destiné
à assurer
l'application d'un effort de compression à l'empilement de cellules et
d'interconnecteurs
de manière provisoire, notamment pendant les phases de manipulation du module
et de
réalisation de l'assemblage final. Le système de serrage Si n'est pas destiné
à être utilisé
pendant les phases de fabrication requérant des températures élevées, par
exemple lors
de la réalisation de joints en verre ou en vitrocéramique entre les cellules
et les
interconnecteurs. Lors de ces phases, le maintien de l'effort de compression
est obtenu
au moyen d'une presse.
Le système de serrage Si est configure pour coopérer avec les plaques de
rigidification P1 et P2.
Les deux plaques P1, P2 sont dans cet exemple identiques ou similaires, seule
la plaque P1 sera décrite en détail.
La première plaque P1 comporte une face intérieure 2 destinée à être en
contact avec l'empilement de cellules et d'interconnecteurs. La première
plaque P1
comporte des trous taraudés (non visibles) s'étendant selon une direction de
l'épaisseur
CA 03225824 2024- 1- 12
WO 2023/285751 11
PCT/FR2022/051358
de la plaque P1. Dans cet exemple les trous traversent la plaque P1. Les trous
sont
répartis sur tout le contour de la plaque P1. Dans l'exemple représenté, la
plaque P1 a
une forme sensiblement carrée et elle comporte des oreilles 6 s'étendant
latéralement
vers l'extérieur, dans chacune d'elle un trou taraudé est formé.
La plaque P2 comporte le même nombre de trous taraudés 5 que la plaque
P1, qui ont la même disposition de sorte que, lorsque les plaques P1 et P2
sont disposées
de part et d'autre de l'empilement chaque trou taraudé d'une plaque est
sensiblement en
regard d'un trou taraudé de l'autre plaque en considérant une direction
verticale.
Le nombre de trous par côté n'est pas limitatif et est choisi en fonction des
dimensions des plaques de rigidification.
La mise en oeuvre d'oreilles permet de réduire la masse des plaques de
rigidification.
Le système de serrage comporte un jeu de plusieurs dispositifs de serrage
destinés à être répartis autour de l'empilement afin d'assurer l'application
d'un effort de
compression équilibré.
Chaque dispositif de serrage comporte un premier élément 8 configure pour
coopérer par vissage avec un trou taraudé de la plaque P1, un deuxième élément
10
configure pour coopérer par vissage avec un trou taraudé 5 de la plaque P2 et
une
colonnette 12 configurée pour relier mécaniquement de manière rigide le
premier
élément 8 et le deuxième élément 10 et assurer l'application d'un effort de
traction entre
le premier et le deuxième élément.
Dans cet exemple le premier élément 8 et le deuxième élément 10 sont
identiques ou similaires, seul le premier élément 8 sera décrit en détail.
Le premier élément, représenté seul sur la figure 3, comporte une platine 14
munie sur une première face d'un pion fileté 15 configure pour être vissé dans
un trou
taraudé de la plaque P1. La platine 14 comporte, sur une deuxième face opposée
à la
première face, deux mâchoires 16 délimitant entre elles un logement pour une
extrémité
de la colonnette et formant butée axiale pour celle-ci. La direction axiale
est à considérer
dans la direction de l'empilement et s'étend orthogonalement aux deux plaques
de
rigidification P1, P2.
CA 03225824 2024- 1- 12
WO 2023/285751 12
PCT/FR2022/051358
Sur la figure 4 on peut voir, vu de côté, le premier élément fileté, chaque
mâchoire comporte une partie de butée 18 s'étendant parallèlement à et à
distance de la
platine et une partie de connexion 20 reliant la partie de butée 18 à la
platine. Les deux
parties de butée 18 des deux mâchoires comportent des bords latéraux en regard
et
ménageant entre elle un passage pour la colonnette. Avantageusement les bords
latéraux
comportent chacune un évidement 22, les deux évidements délimitant un logement
pour
la colonnette.
De préférence le premier élément 8 a, vu de dessus, une forme hexagonale
permettant son vissage dans un trou de la plaque P1 au moyen d'une clé plate
standard.
En outre la forme hexagonale est plus pratique pour la réalisation du passage
21. En
variante, le premier élément 8 présente une forme polygonale comportant entre
3 et n
côtés, par exemple 10. Une forme polygonale présente l'avantage de pouvoir
mettre en
place le dispositif de serrage dans un environnement présentant peu d'espace
pour la
mise en place de l'outil; et en outre elle permet de disposer facilement les
passages
parallèlement l'un par rapport à l'autre pour le montage de la colonnette,
comme cela
sera expliqué ci-dessous.
La colonnette 12 comporte une tige 24 munie à chacune de ses extrémités
longitudinales d'une tête 26 en forme de disque d'axe confondu avec celui de
la tige, et
de diamètre supérieur à celui de la tige de sorte à se relier à la tige 24 par
un épaulement
28.
La largeur L du passage 21 entre les mâchoires est supérieure au diamètre de
la tige et est inférieure au diamètre de la tête.
De manière très avantageuse, la distance entre les parties de connexion des
deux mâchoires est choisie supérieure au diamètre de la tête de la colonnette.
Ainsi le jeu prévu entre la tête et les parties de connexion et entre la tige
et le
logement délimité par les évidements 22 dans les parties de butée permettent
avantageusement de compenser les défauts de planéité, d'orientation et de
coaxialité
entre les deux plaques de rigidification. Ainsi un léger désaxage de deux
trous taraudés
peut être compensé par les déplacements latéraux de la colonnette dans les
premier et
deuxième éléments.
CA 03225824 2024- 1- 12
WO 2023/285751 13
PCT/FR2022/051358
Le montage et le fonctionnement du système de serrage Si va maintenant
être décrit.
Le premier élément 8 est vissé dans un trou taraudé de la plaque Pl, le
deuxième élément 10 est vissé dans le trou taraudé en regard de la plaque P2.
Le premier
et/ou le deuxième élément n'est ou ne sont pas vissés à fond dans les trous
taraudés.
Dans l'exemple représenté le deuxième élément 10 n'est pas vissé à fond.
Les premier et deuxième éléments sont orientés de sorte que les passages 21
soient parallèles, permettant le montage des têtes de la colonnette dans le
premier et le
deuxième élément simultanément (figure 5A).
La colonnette 12 est ensuite montée dans le premier 8 et deuxième élément
10 en faisant glisser chaque tête entre la platine et les parties de butée et
la tige dans le
passage.
Lors d'une étape suivante, le premier et/ou le deuxième élément est ou sont
vissé(s) davantage, les têtes viennent alors en butée contre les parties de
butée, les
colonnettes sont alors mises en en traction, ce qui assure un effort de
compression à
l'empilement. Dans l'exemple représenté, c'est le deuxième élément qui est
vissé
davantage (figure 5B). L'effort de compression appliqué est de l'ordre de 1 kN
à quelques
kN.
La longueur de la tige 24 est choisie en fonction de la hauteur de
l'empilement
et du nombre d'interconnecteurs, de sorte qu'elle puisse exercer en
coopération avec les
premier 8 et deuxième 10 éléments un effort de compression entre les deux
plaques de
rigidification.
Tous les dispositifs de serrage Si sont montés de la même manière entre les
deux plaques P1 et P2 et tout autour de l'empilement assurant l'application
d'un effort de
compression équilibré sur toute la section de l'empilement. De préférence
entre 4 et 12
dispositifs de serrage sont montés entre les deux plaques, i.e. entre un
dispositif de
serrage par côté et trois dispositifs de serrage par côté.
Les dispositifs de serrage sont mis en place par exemple après l'étape de
réalisation des joints en verre ou vitrocéramique entre les cellules et les
interconnecteurs.
Lors de cette étape, l'effort de compression est appliqué à l'empilement au
moyen d'une
CA 03225824 2024- 1- 12
WO 2023/285751 14
PCT/FR2022/051358
presse. Cette étape requiert une température élevée. Lorsque cette étape est
terminée et
que la température a baissé et avant que la presse ne cesse d'exercer un
effort de
compression, les dispositifs de serrage sont mis en place de sorte à maintenir
un effort de
compression appliquée par la presse, après que celle-ci aura relâché son
effort. Ensuite la
presse est commandée pour relâcher l'effort de compression. Le module peut
alors être
manipulé tout en maintenant l'effort de compression.
Plusieurs modules sont fabriqués, puis ils sont empilés de sorte à former un
assemblage (figure 1). Un élément de contact électrique (non représenté) peut
être
agencé entre deux plaques de rigidification de deux empilements successifs.
Des plaques
d'extrémité PE1, PE2 sont mises en place.
Un scellement est à réaliser entre les modules. Pour cela l'assemblage est
disposé dans une presse, qui est actionnée de sorte à appliquer un effort de
compression
à l'assemblage. Ensuite, les dispositifs de serrage sont retirés. L'étape de
scellement a
lieu. Ensuite les tirants sont mis en place entre les plaques d'extrémité PE1,
PE2.
Le maintien de la compression pendant toute la fabrication des empilements
puis de l'assemblage assure une protection des scellements et un maintien des
contacts
électriques entre cellules et interconnecteurs.
D'une part les dispositifs de serrage permettent de maintenir l'application
d'un effort de compression sur les empilements entre les phases sous presse.
D'autre
part, ils permettent de superposer les empilements sans qu'il y ait de gêne
entre eux,
contrairement à ce qui se passerait avec ces tirants traversant les plaques et
de boulons
en appui sur les faces extérieures des plaques de rigidification. En outre,
les dispositifs de
serrage Si permettent un montage relativement rapide et simple.
Ces dispositifs de montage présentent l'avantage d'utiliser des plaques de
rigidification identiques ou similaires.
Les dispositifs de serrage sont de préférence réalisés dans un acier à haute
résistance afin de résister aux contraintes et déformation imposées. De
manière
préférentielle, le matériau des dispositifs d'assemblage présente un module
d'Young
supérieur à 10 GPa et une limite d'élasticité supérieure à dix fois la
contrainte maximale
présente dans les tirants de l'assemblage final lorsqu'ils sont chargés.
CA 03225824 2024- 1- 12
WO 2023/285751 15
PCT/FR2022/051358
Par exemple les dispositifs de serrage sont réalisés en acier inox X4CrNiMo 16-
05-01.
Par exemple les tiges des colonnettes ont un diamètre compris entre
1 mm et 20 mm, préférentiellement égal à 8 mm. De préférence, le nombre de
colonnettes et leur diamètre sont choisis de manière à ce que l'ensemble des
colonnettes
soit sensiblement plus rigide que l'empilement. Le rapport de la raideur de
l'ensemble des
colonnettes sur la raideur de l'empilement est avantageusement compris en 1 et
1000 et
préférentiellement de l'ordre de 50.
Dans un exemple de réalisation, le système de serrage comporte plusieurs
jeux de colonnettes de longueurs différentes permettant de s'adapter à des
empilements
de différentes hauteurs, les premiers et deuxièmes éléments filetés pouvant
être utilisés
pour différentes longueurs de colonnettes.
La variation de hauteur entre deux empilements peut être en partie
compensée par le niveau de vissage des premiers et deuxième éléments dans les
trous
taraudés des plaques P1 et P2.
Un système de serrage pour réaliser un assemblage complet comportant trois
modules comprend au moins trois jeux de dispositifs de serrage, puisque chaque
module
est équipé de dispositifs de serrage, notamment lorsque les trois empilements
sont
superposés.
Dans un exemple de réalisation, tout ou partie des colonnettes 12 est équipé
d'une jauge de déformation calibrée permettant de contrôler les efforts
appliqués lors de
leur mise en tension. Par exemple, les colonnettes présentent un perçage
diamétral dans
lequel est placée la jauge. Une partie seulement des colonnettes peut être
équipée de
jauges de déformation, en couplant la mesure de la déformation à une mesure du
couple
de serrage sur les premiers et deuxième éléments il est possible de répéter le
serrage sur
les autres dispositifs de serrage sans utiliser des jauges de déformation.
Sur les figures 6, 7A et 7B, on peut voir une variante de réalisation d'un
empilement de la figure 1 présentant une tolérance au désaxement entre les
trous des
plaques de rigidification sensiblement augmentée.
CA 03225824 2024- 1- 12
WO 2023/285751 16
PCT/FR2022/051358
Le système de serrage S2 comporte un premier élément fileté 8 identique ou
similaire au premier élément du système de serrage Si et configuré pour être
vissé
directement dans un trou taraudé de la plaque Pl. Le système de serrage S2
comporte
également un deuxième élément fileté 10 identique ou similaire au deuxième
élément du
système de serrage Si. Le système de serrage S2 comporte également un écrou 30
configuré pour être monté avec un jeu transversal dans un trou 5' de la plaque
de
rigidification P2. Le deuxième élément fileté 10' est configuré pour être
vissé dans l'écrou
30, il est similaire au deuxième élément 10. L'écrou 30 comporte une embase 32
destiné
à venir en appui sur la face extérieure de la plaque de rigidification P2 de
sorte à
immobiliser axialement l'écrou 30 contre la plaque de rigidification P2.
Avantageusement,
la face extérieure de la plaque de rigidification P2 est structurée pour que
l'écrou 30 ne
fasse pas saillie de la face extérieure et ainsi ne gêne pas la mise en place
d'un autre
module. Dans l'exemple représenté, un lamage 34 est réalisé dans l'oreille, le
lamage
ayant une profondeur au moins égale à l'épaisseur de l'embase 32 de l'écrou.
Comme on peut le voir sur les figures 7A et 7B, l'écrou 30 est libre de se
déplacer latéralement dans le trou 5' de la plaque de rigidification P2' afin
de compenser
le désalignement entre les trous 5' des deux plaques de rigidification.
La mise en place des dispositifs de serrage est sensiblement identique à celle
des dispositifs du système de serrage Si. Le premier élément est vissé dans un
trou de la
plaque de rigidification P1, l'écrou 30 est mis en place dans le trou 5' de la
plaque de
rigidification P2, le deuxième élément 10' est vissé dans l'écrou 30
partiellement. Les
têtes de colonnettes 12 sont glissées dans les logements des premier et
deuxième
éléments 8, 10'. Ensuite le premier élément 8 et/ou le deuxième élément 10'
sont vissés
davantage pour mettre en tension la colonnette 12. Cette mise en place est
répétée pour
tous les dispositifs de serrage.
Dans cette variante, soit les trous dans la plaques P2' ont un diamètre plus
grand que le diamètre des trous de la plaque P1, soit la partie filetée du
deuxième
élément a un diamètre plus petit que celui du premier élément.
Sur les figures 8 à 10, on peut voir un autre exemple de réalisation d'un
empilement selon l'invention.
CA 03225824 2024- 1- 12
WO 2023/285751 17
PCT/FR2022/051358
Le système de serrage S3 comporte un premier élément fileté et une
colonnette. Une des têtes de la colonnette coopère avec le premier élément
fileté et
l'autre tête coopère directement avec la plaque de rigidification P2".
La plaque de rigidification P2" comporte des logements 36 pour chaque tête
formée par un trou traversant la plaque et débouchant latéralement vers
l'extérieur du
bord de la plaque de rigidification P2". Chaque logement 36 est traversant et
comporte
une première portion 36.1 d'une première largeur et une deuxième portion 36.2
d'une
deuxième largeur plus grande que la première largeur, délimitant entre eux un
épaulement 38 formant butée axiale pour la tête de la colonnette.
La profondeur de la deuxième portion 36.2 est avantageusement suffisante
pour que la tête ne fasse pas saillie de la plaque de rigidification P2".
La mise en place des dispositifs de serrage va maintenant être décrite.
Le premier élément 8 est partiellement vissé dans le trou et est orienté de
sorte à permettre le montage des têtes de colonnette dans le logement du
premier
élément et le logement de la plaque de rigidification P2", la tête reçue dans
le logement
36 est en appui sur l'épaulement 38. Le premier élément 8 est ensuite
davantage vissé
dans le trou de la plaque de rigidification P1 de sorte à mettre en tension la
colonnette.
Cette opération est répétée pour chacun des dispositifs de serrage.
Cet exemple de réalisation présente l'avantage de simplifier le montage et de
le rendre plus rapide puisqu'il ne requiert le vissage que d'un élément
fileté. En outre, le
module présente une hauteur réduite.
Sur les figures 11, 12A et 12B; on peut voir un autre exemple de réalisation
dans lequel les dispositifs de serrage.
Le système de serrage S4 comporte des dispositifs de serrage comportant un
premier câble Cl fixé à la plaque de rigidification P1 et un deuxième câble C2
fixé à la
plaque de rigidification P2 et un dispositif de connexion des câbles et de
mise en tension
de ceux-ci. Les câbles Cl et C2 sont de préférence de même diamètre. Les deux
câbles Cl,
C2 une fois assemblés remplissent la fonction de colonnette.
Le premier câble Cl est muni à une extrémité C1.1 d'un élément fileté 40
configuré pour se visser dans un trou de la plaque de rigidification Pl.
L'extrémité C1.1 est
CA 03225824 2024- 1- 12
WO 2023/285751 18
PCT/FR2022/051358
soudée sur l'élément fileté 40. Le premier câble Cl est muni à son autre
extrémité C1.2
d'un embout fileté 42, par exemple sertie sur l'extrémité C1.2 du câble.
Le deuxième câble C2 est muni à une extrémité C2.1 d'un élément fileté 44
configuré pour se visser dans un trou de la plaque de rigidification P2.
L'extrémité C2.1 est
soudée sur l'élément fileté 44.
Le deuxième câble C2 est muni à son autre extrémité C2.2 d'un écrou 46,
monté mobile en rotation autour du câble C2 et en translation le long du câble
C2 de
sorte à pouvoir être vissé sur l'embout 42 porté par le câble Cl. Par exemple,
le câble C2
est introduit dans l'écrou 46 et une bague 48 est sertie sur l'extrémité C2.2
du câble C2
pour limiter la translation de l'écrou sur le câble C2. En variante, l'écrou
46 est fixé en
rotation sur le câble C2 et le câble C2 est monté libre en rotation dans
l'élément fileté 44.
Chaque élément fileté 40, 44 comporte une portion filetée 44.1 pour coopérer
avec un trou d'une plaque de rigidification Pl, P2 et une portion de serrage
44.2
permettant le serrage des éléments 40, 44 dans les trous, les portions de
serrage sont
avantageusement de forme polygonale, de préférence hexagonale.
En variante, les câbles sont montés sur les plaques comme dans l'exemple de
la figure 8.
La mise en place des dispositifs de serrage va maintenant être décrite.
L'élément fileté 40 est vissé dans un trou 8 de la plaque de rigidification
Pl,
l'élément fileté 44 est vissé dans un trou 10 de la plaque de rigidification
P2. L'écrou 46
est vissé sur l'embout 42 jusqu'à mettre sous tension les câbles Cl et C2.
Les câbles Cl et C2 sont choisis de sorte à présenter une raideur suffisante.
De
manière similaire aux systèmes de serrage à colonnettes rigides, de
préférence, le
nombre de dispositifs de serrage à câble et le diamètre des câbles sont
choisis de manière
à ce que l'ensemble des dispositifs de serrage soit sensiblement plus rigide
que
l'empilement. Le rapport de la raideur de l'ensemble des dispositifs de
serrage sur la
raideur de l'empilement est avantageusement compris en 1 et 1000 et
préférentiellement
de l'ordre de 50.
CA 03225824 2024- 1- 12
WO 2023/285751 19
PCT/FR2022/051358
Le système de serrage selon l'invention permet de maintenir des empilements
en compression tout en évitant d'avoir des éléments en saillies des faces
extérieures des
plaques de rigidification ce qui simplifie la superposition des empilements.
CA 03225824 2024- 1- 12
