Brevet FR2104636A1 — publié le 19720421

, La présente invention concerne un procédé pour récupérer d'éventuelles fuites d'électrolyte dan9 une pile à combustible, ainsi que des dispositifs pour la mise en oeuvre de ce procédé. De telles fuites peuvent être la conséquence d'un passage d'élec-5 trolyte dans un ou plusieurs des compartiments de la pile où s'écoule le gaz oxydant (tel que l'air), ou dans un ou plusieurs des compartiments de la pile parcouru par le gaz réducteur (tel que l'hydrogène), ce passage pouvant résulter soit de la perforation, souvent minime, de la couche d'étanchéité à l'élec-trolyte qui recouvre chaque électrode, soit d'une étanchéité défectueuse au 10 niveau des bords de l'une au moins des électrodes, soit encore d'une perfusion d'électrolyte à travers une ou plusieurs électrodes, due à tout autre phénomène. Il en résulte soit des pertes en électrolyte de la pile, dans le cas où l'on a prévu des moyens d'évacuation de ces fuites d'électrolyte à l'extérieur de la pile, sans cependant prévoir des dispositifs de récupération 15 de ces fuites, soit une alimentation défectueuse des électrodes en gaz, par l'accumulation d'électrolyte dans les espaces interélectrodes d'alimentation en gaz réducteur ou oxydant, si lron n'a pas prévu des moyens d'évacuation de ces fuites d'électrolyte à l'extérieur de la pile. L'objet de l'invention est de supprimer ces inconvénients et 20 d'assurer le fonctionnement continu et autonome d'une pile à combustible, en lui permettant de fonctionner indéfiniment avec la même quantité d'électrolyte, par récupération de 1'électrolyte ayant pu s'écouler dans les circuits de gaz de la pile,en évitant au cours de cette récupération toute déperdition ou mélange des gaz oxydant et réducteur. 25 Ces objectifs sont atteints, selor. .".'invention, par un procédé pour récupérer d'éventuelles fuites en électrolyte dans les compartiments d'une pile à combustible où circulent les gaz oxydant et réducteur, ce procédé étant caractérisé en ce que l'on effectue sur chacun des circuits des gaz oxydant et réducteur pris séparément une récupération de 1'électrolyte ayant pu s'écouler 30 dans chacun de ces circuits, en ce que l'on rassemble les quantités d'électrolyte ainsi récupérées à partir de l'un et l'autre de ces circuits, en maintenant séparés sans possibilité de mélange le gaz oxydant et le gaz réducteur et en ce que l'on recycle dans la pile 1'électrolyte ainsi rassemblé, en l'ajoutant au circuit principal d'électrolyte. 35 - la figure 1 représente schématiquement un premier mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, - la figure 2 illustre un second mode de réalisation de l'invention. Sur ces deux figures, les mêmes numéros de référence ont été utilisés pour désigner des éléments identiques. U.0 Lâ référence 1 désigne la pile à combustible dans laquelle on admet COPY 69 35819 2104636 \ par le conduit 2, de l'air qui ressort des compartiments à air de la pile par le conduit 3, cet air pouvant éventuellement être recyclé, au moins en partie avec un appoint de gaz frais. En 4 entre de l'hydrogène qui sort des compartiments à hydrogène 5 de la pile par la canalisation 5, puis est recyclé après refroidissement, tandis qu'un électrolyte, tel qu'une solution de potasse (KOH) entre dans la pile par le conduit 6 et sort de la pile en 7. A .sa sortie de la pil.e, l'électrolyte s'écoule par la canalisation 8 à travers un dispositif de refroidissement 9 avant d'être recueilli dans le 10 bac 10 d'où il est recyclé dans la pile par la pompe P munie du clapet anti-retour 12 , ce recyclage étant efféctué par l'intermédiaire de la canalisation 11 se raccordant au conduit 6. L'hydrogène sortant de la pile par la canalisation 5 peut entraîner un peu d'électrolyte qui, dans le dispositif selon l'invention, est 15 récupéré par passage dans une chambre 13 d'où cet électrolyte se sépare^ par j f gravité^, de l'hydrogène, ce dernier étant ensuite réintroduit dans la pile par le conduit 4. L'électrolyte récupéré se rassemble au fond de la chambre 13. D'une manière analogue l'air traversant la pile peut entraîner 20 de l'électrolyte, mais par suite de la disposition adoptée dans le mode de réalisation illustré où l'air traverse la pile de bas en haut, l'électrolyte entré dans le compartiment à air ruisselle le long des parois du conduit 2 et peut être recueilli dans le récipient 14 raccordé au conduit 2 à sa partie supérieure et muni d'un conduit 15 d'entrée d'air, 25 Bien enter\du, on pourrait également sans sortir du cadre de l'invention adopter une circulation de l'air de haut en bas. L'électrolyte recueilli dans le récipient 14 s'écoule par la canalisation 16 jusqu'à la chambre 17 qui peut être ouverte à l'atmosphère en 18 à sa partie supérieure et se rassemble à la partie inférieure de la chambre 30 17. " L1électrolyte récupéré dans les chambres 13 et 17 peut s'écouler par les orifices 19 et 20 situés à la base de ces deux chambres respectivement, à travers les canalisations 23a et 23b qui débouchent toutes deux dans une canalisation unique 23 de retour au bac à électrolyte 10. 35 L'ouverture des orifices 19 et 20 est commandée par des clapets 21 et 22 constituant des flotteurs qui sont soulevés par 1'électrolyte, permettant ainsi à celui-ci de s'écouler vers la canalisation 23. Les gaz contenus dans les chambres 13 et 17 ne peuvent s'échapper par les orifices 19 et 20 qui sont obturés par les flotteurs 21 et 23 lorsque les chambres 13 et 17 se vident, 40 les flotteurs; n'étant plus soulevés par le liquide^obturent les orifices 19 et2Q COPV 69 35819 3 2104636, t Ce dispositif permettant de supprimer les fuites d'électrolyte par entraînement gazeux. De ce fait, la pile n'a aucune, perte d'électrolyte, ce qui la rend autonome, lui permettant de fonctionnel" indéfiniment avec une quantité 5 constante d'électrolyte. Dans le mode de réalisation illustré par la figure 2, les deux réservoirs 13 et 17 sont remplacés par un réservoir unique 24, que des cloisons verticales 25 et 26 partagent en trois compartiments 27, 28 et 29, ces cloisons laissant une communication entre les trois compartiments à leur partie infé-10 rieure. Les compartiments 27 et 29 s'ouvrent à leur sommet par les orifices 30 et 31 respectivement. Les canalisations 5 et 16 débouchent à la paroi supérieure des compartiments latéraux 27 et 28, respectivement, du réservoir 24 et l'électro-15 lyte récupéré, en provenance de ces canalisations, monte dans chacun des compartiments du réservoir 24, à des niveaux respectifs qui sont fonction de la pression du gaz en contact avec 11électrolyte à la partie supérieure de chacun de ces compartiments du réservoir. Le compartiment central 29 du réservoir, dans lequel se rassemble 20 11électrolyte récupéré est muni d'un orifice de trop-plein 32 par lequel 1'électrolyte s'écoule vers le bac à électrolyte 10, par l'intermédiaire de la canalisation 33. On constate que dans le mode de réalisation illustré par la figure 2, c'est 1'électrolyte qui sert de séparation entre les phases gazeuses 25 contenues dans les trois compartiments du réservoir 24. Les deux dispositifs de récupération des fuites d'électrolyte illustrés par les figures 1 et 2 présentent l'avantage de ne nécessiter aucune, consommation d'énergie pour effectuer cette récupération. En effet, les chambres 13 et 17 (figure 1), ainsi que la chambre 24 (figure 2) sont placées 30 à un niveau inférieur à celui de la pile 1 et supérieur à celui du bac à électrolyte 10, ce qui permet à 1'électrolyte de s'écouler par simple gravité dans les canalisations. Une telle disposition, bien qu'avantageuse, n'est cependant pas absolumant impérative et il serait également possible de disposer lé bac 10 35 au même niveau que les chambres de récupération, ou même au-dessus de celles-ci en adaptant à la canalisation 23 (figure 1) ou à la canalisation 33 (figure 2) une pompe dont la consommation en énergie serait faible, étant donné le faible débit des fuites d'électrolyte que l'on récupéré. Il serait également possible, sans sortir du cadre de l'invention, 40 de supprimer le bac 10 dans le mode de réalisation selon la figure 2 en faisant COPY 69 35819 4 2104636 déboucher la canalisation 8' de recyclage de 1'électrolyte directement dans le compartiment 29, l'ensemble de 1'électrolyte étant alors recyclé dans la pilé à partir de ce compartiment, par l'intermédiaire de la pompe P qui serait alors reliée à ce compartiment de la chambre 24. COPY 69 35819 5 2104636 !LI Y_E îLÇ ï_Ç A_T_I_O_N_S 1.- Procédé pour récupérer d'éventuelles fuites d'électrolyte dans les compartiments d'une pile à combustible où circulent les gaz oxydant et réducteur, caractérisé en ce que l'on recueille sur chacun des circuits des gaz oxydant et réducteur pris séparément, 11électrolyte ayant pu s'écouler par gravité dans chacun de ces circuits à la base de la pile, en ce que l'on rassemble les quantités d'électrolyte ainsi récupérées à partir de l'un et l'autre de ces circuits, en maintenant séparés, sans possibilité de mélange, le gaz oxydant et le gaz-réducteur et en ce que l'on recycle dans la pile 1'électrolyte ainsi rassemblé, en l'ajoutant au circuit principal d'électrolyte. 2.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'un au moins des gaz s'écoule de bas en haut à travers la pile, caractérisé en ce que l'on récupère à la partie inférieure de la pile 1'électrolyte s'écoulant par gravité dans l'un au moins des compartiments de la pile qu'alimente ledit gaz. 3.- Dispositif pour recycler les fuites d'électrolyte dans une pile à combustible comportant des compartiments alimentés en un gaz oxydant, des compartiments alimentés en un gaz réducteur, des moyens d'alimentation de la pile en un électrolyte et des moyens de recyclage de cet électrolyte à sa sortie de la pile caractérisé en ce qu'il comporte des chambres de récupération d'électrolyte respectivement connectées à la base desdits compartiments de la pile alimentés en gaz oxydant et auxdits compartiments alimentés en gaz réducteur, lesdites chambres étant à leur partie inférieure connectées auxdits moyens de recyclage de 1'électrolyte et comportant chacune des moyens supprimant toute déperdition du gaz contenu dans la chambre. 4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte une chambre de récupération d'électrolyte à partir du gaz oxydant et une chambre de récupération d'électrolyte à partir du gaz réducteur, ces deux chambres étant entièrement séparées. 5.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que chacune desdites chambres comporte à sa partie inférieure un orifice d'écoulement de l'électroly-te, dont l'ouverture est commandée par un clapet constituant un flotteur adapté à être soulevé par 1'électrolyte. CCÊY 69 35819 6 2104636 6.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte une chambre de récupération d'électrolyte à partir du gaz oxydant et une chambre de récupération d'électrolyte à partir du gaz réducteur, ces deux chambres communiquant à leur partie inférieure avec un compartiment de séparation liquide, muni 5 d'un orifice d'évacuation de 1'électrolyte disposé à un niveau supérieur au niveau de communication de ce compartiment avec les deux chambres. 7.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la connexion desdites chambres de récupération auxdits moyens de recyclage de 1'électrolyte est réalisée par l'intermédiaire d'un bac de recyclage disposé à un niveau 10 inférieur à celui desdites chambres de récupération, permettant à 1'électrolyte récupéré de s'écouler par simple gravité vers ce bac de recyclage. 8.- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit compartiment de séparation liquide est directement connecté auxdits moyens de recyclage de 1'électrolyte. 15 9.- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit compartiment de séparation liquide est connecté auxdits moyens de recyclage de 1'électrolyte par l'intermédiaire d'un bac à électrolyte disposé à un niveau inférieur à celui dudit compartiment et auquel il est relié par une conduite de trop-plein.