Brevet FR2091842A1 — publié le 19710121

La présente invention concerne un dispositif assurant à la fois la circulation d'un liquide et celle d'un gaz, et permettant en outre la régulation de la pression dudit gaz. L'invention a également pour objet une pile à combustible associée à un dispositif précité ou à plusieurs dispositifs de ce type, pour assurer une bonne circulation de l'électrolyte et régulariser la pression des gaz d'alimentation de la pile (par exemple de l'hydrogène dans une pile à oxygène et hydrogène). Le dispositif selon l'invention est caractérisé par le fait qu'il comprend une enceinte rigide, une membrane souple imperméable au gaz et au liquide délimitant dans ladite enceinte un premier et un second compartiment ledit premier compartiment étant relié à un conduit d'entrée et à un conduit de sortie de liquide, chaque conduit étant muni d'un clapet antiretour, des moyens tel qu'un ressort pour exercer sur ladite membrane une force tendant à augmenter le volume dudit premier compartiment, ledit deuxième compartiment étant relié à un conduit d'entrée et à un conduit de sortie de gaz, le conduit d'entrée de gaz étant associé à une soupape comprenant un ressort qui tend à la maintenir sur son siège et fermer ainsi l'arrivée du gaz dans ledit deuxième compurtiment, la soupas cem portant une tiga s'étendant au voisinage de ladite membrane de manière que, lorsque le volume dudit premier compartiment augmente, la membrane pousse ladite tige et permette l'arrivée du gaz. Dans un mode de réalisation spécialement adapté aux piles à combustibles le dispositif est remarquable en ce qu'il est ccnstitué par un empilage de plaques et de cadres, dans lesquels sont aménagés des orifices destinés au passage du liquide (électrolyte), du gaz (hydrogène), les clapets antiretour étant constitués par des pastilles en matériau élastomère insérées entre deux cadres voisins au droit des orifices correspondant à l'entrée et à la sortie dudit liquide. L'invention sera bien comprise à l'exposé qui va suivre, en référence au dessin ci-annexé dans lequel - la figure 1 est un schéma de principe du dispositif - la figure 2 est une vue partielle en COUPe trensversole ou dispositif selon un mode préféré de réalisation adaptaD e a une pile à - la figure 3 est une vue agrandie d'une partis du dispositif de la figure 2. - la figure 4 est une vue partielle en élévatrn d'un cadre muni de clapets. - la figure 5 représente une variant de rËa isation d'un clapet. La figure 1 est un schéma expliquant le principe du fonctionnement du dispos sitif selon l'invention. Le dispositif comprend une chambre rigide 10, séparée en deux compartiments Il et 12 par une membrane souple 13. Un ressort 14, placé dans le compartiment 11, tend à pousser la membrane 13 de manière à agrandir le volume du compartiment Il Le compartiment 11 est destiné à la circulation d'un liquide ; le liquide arrive par une canalisation d'entrée 15 et quitte le compartiment par une canalisation de sortie 16. Des clapets antiretour, 17 et 18, sont respectivement disposés sur les canalisations 15 et 16. Le compartiment 12 est destiné à la circulation d'un gaz, avec régulation de sa pression de sortie. Le gaz pénètre dans le compartiment 12 par une canalisation d'entrée 20, par l'intermédiaire d'un organe 30, comprenant une soupape 31 coopérant avec un ressort 32 tendant à appliquer la soupape sur son siège et fermer l'arrivée du gaz ; la soupape 31 est munie d'una tige 33 s'étendant jusqu'au voisinage de la membrane 13. Le gaz sort du compartiment 12 par un conduit 40. Le fonctionnement du dispositif est le suivant Le ressort 14 du compartiment à liquide repousse la membrane 13 lorsque la pression du gaz baisse dans le compaItilnent à gaz. Elle vient pousser la tige de soupape. e gaz comprimé pénètre slors dans le compartiment à gaz en se détendant. Il fait croitre la pression et repousse la membrane. Le liquide est chassé à travers la canalisation 16 et son clapet 18. Au cycle suivant le liquide est aspiré par le clapet 17. Le fonctionnement est cyclique et fluctuant de par l'inertie du liquide. Le dispositif trouve une application intéressante en tant qu'annexe de certains types de piles à combustibles, du fait - de son rible régulateur de pression de gaz (il pourra servir à régler la pression de l'hydrogène d'une pile à combustible et remplacer un détendeur) - de son rôle de distributeur de liquide (il pourra assurer la circulation de l'électrolyte, remplaçant ainsi une pompe classique) - et de la forme de l'appareil qui peut être un parallélépipède ayant deux faces opposées de grande surface et ayant une faible épaisseur, permettant d'etre associé à une batterie de pile à cosrbustible. - que le domaine favorable du fonctionnement de cet appareil se situe aux basses pressions, donc bien adapté aux piles. - que le fonctionnement se produit Ir oluctz ions périodiques qui peuvent éga- lement être un facteur favorable. Dans les figures 2 st 3 on a rsprsssenté nartiellement un dispositif de réalisation du dispositif selon l'invention applicable à une batterie de pile à combustible. Les chambres sont constituées par un empilage de plaques et de cadres. assemblés par des tirants non représentés, et qui peuvent être commun à ceux de la batterie de pile, si celle-ci est formée d'un empilement. Les conduits de liquide sont obtenus en perçant les plaques et les cadres on peut placer plusieurs conduits d'arrivée et plusieurs conduits de sortie, tant pour le liquide que pour le gaz. Dans l'exemple des figures 2 et 3, les compartiments sont réalisés au moyen de deux plaques (par exemple en métal de préférence inoxydable) 51 et 52, entre lesquelles est disposée la membrane 13, par l'intermédiaire d'entretoises 53 et 54 ayant la forme de cadres, et de joints 55 et 57, également en forme de cadre. Les clapets tels que 17 et 18 sont disposés à l'intérieur du dispositif. Le clapet 17 est représenté dans la figure 3. il comprend une languette 58 (de ma tériau élastomère, tel que le néoprène) placée dans un cadre 59 muni d'encoches 60 (voir figure 4). La languette est maintenue par sa partie supérieure entre l'entretoise 53 qui porte une rainure pour l'écoulement du liquide et un autre cadre 62. La languette peut avoir, en variante, la forme représentée dans la figure 5. Utilisé comme auxiliaire d'une batterie de piles à combustibles, le dispositif selon les figures 2 à 4 est de grande surface et de la dimension des électrodes des piles. L'épaisseur du dispositif (distance entre les plaques 51 et 52) peut être réduite à quelques millimètres. Le cadre siège des clapets et les entretoises sont de préférence des tôles d'acier inoxydable ou des feuilles de matière plastique ou caoutchoutée. Les joints sont avantageusement mais non limitativement en néoprène. Le ressort 14 est, de préférence, une plaque à contacts souples multiples, travaillant à l'extension. On pourrait en variante utiliser un ressort travaillant à la compression et placé dans le compartiment 12. On disposera, si nécessaire, de plusieurs clapets d'arrivée et de sortie de liquide. L'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté. On peut, sans sortir du cadre de l'invention, apporter certaines modifications de détail et remplacer certains moyens par des moyens équivalents. EVENDICATIONS 1/ Dispositif assurant la circulation simuit3née d'un- liquide et d'un gaz et permettant en outre, la régulation de la pression dudit gaz, caractérise p- le fait qu'il comprend une enceinte rigide, une membrane souple imperméable au gaz et au liquide délimitant dans ladite enceinte un premier et un second compartiment, ledit premier compartiment étant relié à un conduit d'entrée et à un conduit de sortie de liquide, chaque conduit étant muni d'un clapet antiretour, des moyens, tel qu'un ressort pour exercer sur ladite membrane une force tendant à augmenter le volume dudit premier compartiment, ledit deuxième compartiment étant relié à un conduit d'entrée et à un conduit de sortie du gaz, le conduit d'entrée de gaz étant associé à une soupape comprenant un ressort qui tend à la maintenir sur son siège et fermer ainsi l'arrivée du gaz dans ledit deuxième compartiment, la soupape comportant une tige s'étendant au voisinage de ladite membrane de manière que, lorsque le volume dudit premier compartiment augmente, la membrane pousse ladite tige et permette l'arrivée du gaz. 2/ Dispositif selon la revendication 1 caractérisée par le fait qu'il est constitué par un empilage de plaques et de cadres dans lesquels sont aménagés des orifices pour le passage du liquide, les clapets antiretour étant constitués par des pastilles en matériau élastomère insérées entre deux cadres voisins au droit des orifices correspofiçsnt à l'entrée et à la sortie dudit liquide. 3/ Dispositif selon la revendication 2 caractérisé par le fait que lesdites pastilles sont placées dans des encoches pratiquées dans l'un des cadres précités. 4/ Dispositif selon la revendication 2 caractérisé par le fait que ledit matériau élastomère est du néoprène. 5/ Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le ressort associé à la membrane comprend au moins une plaque ondulée élastique. 6/ Pile à combustible du type à électrolyte liquide, alimentée par au moins un gaz, caractérisée par le fait qu'elle est associée à un dispositif du type mentionné dans l'une des revendications 1 à g. 7/ Pile à combustible selon la revendication 6 caractérisée par le fait que le gaz est l'hydrogène alimentant la pile et que le liquide est l'électrolyte de la pile.