Brevet FR2055739A1 — publié le 19710430

On connaît déjà des Diles dites a comaustibles qui sont basées sur la mise en oeuvre d'un combustible et d'un comburants tous les deux en phase nazeuse, le combustible et le comburant étant introduits dans deux chambres séparées par une membrane échangeuse dtions à a travers laquelle diffusent les ions du combus- tible et du comburant pour nroduire, entre les deux faces de la membrane, une force électromotrice. On a déjà proposé et il eSt de pratique constante de prévoir dans l'une ou les deux chambres un catalyseur qui active la décom- position ioninue des naz combustible et comburant et, de ce fait, le rendement de la pile. A ce Jour, le problème peut etre considéré comme résolu si on alimente la pile avec des gaz purs, hydrogène et oxygène par exemple. Par contre l'utilisation de carburants industriels (casoil, etc.) présente divers inconvénients. Le premier ré- sulte d'une désactivation, par les poussières et autres corps étrangers, des catalyseurs, ce qui se tradtlit par une baisse de rendement de la pile.Le second résulte d'un dessèchement proores- sif de la membrane échanceuse d'ions; on a en- effet cons-taté qu'un bon rend@ment ne pouvait être obtenu qu'avec une membrane présentant une certaine teneur en électrolyte liquide. Or du fait de la réaction et du transfert dotions, la membrane au contact de laquelle circulent les gaz tend à se dessécher. Enfin et sllrtout les catalyseurs habituellement mis en oeuvre ne produisent qu'une ionisation qui', relativement, s'avère très in'suffisant'e"nour assurer un rendement volumétrique acceptable nour la pile. La présente invention a nour objet un perfectionnement aux piles à combustibles en phase gazeuse caractérise en ce que l'on munit les entrées des dites biles de filtres humidificateurs et en ce que l'on monte dans les chambres, situées de part et d'autre de la membrane échangeuse d'ions, des sources raoio-actives assurant une activation de l'ionisation. Avec le perfectionnement conforme à l'invention, on accroit notablement le rendement, c'est- -dire le débit, par unité de surface de la paroi échangeuse d'ions, de la pile â combustible gazeux. Selon une autre caractéristique, on améliore la mise en contact des gaz ionises avec la membrane échanneuse, en montant dans les deux chambres des parois formant chicanes pour dévier les gaz et les amener au contact de la dite membrane. Selon une autre caractéristique encore de la présente invention, les sources radio-actives, telles que des sources au radio-cobalt,sont montées sur les arêtes des chicanes se trouvant au voisinage immédiat de la paroi échangeuse d'ions. melon une autre caractéristique encore de l'invention la membrane échangeuse d'ions est 'une membrane très minces d'une épaisseur inférieure à 0,1 mm,en cellulose régénérée ou-analogue. Elle est de préference maintenue par un grillage mé-tallique conducteur. D-autres caractéristiques'de' la présente invention apparaitront à la lecture de la description faite ci-après avec référence au dessin ci-annexe quia est une' coupe longitudinale schématique de la pite à combustible conforme à l'invention certaines épaisseurs étant exagérées pour' permettre. une meilleure' représen- tation. Dans ce dessin,. I désigne,d'une.manière générale, l'encein- te de la pile à combustible qui est séparée en deux chambres 2 et 3 par une membrane échangeuse d'ions 4, par exemple. une membrane en celluloss regénérée. de 0,1 inin d'épaisseur. Cette membrane est maintenue par des grillages métalliques conducteurs 5. L'enceinte 1 est de plus entourée par une chemise 6 dans laquelle peut circuler de l'air' chaud'maintenu"par exemple à 1500C,temp'ér.'ature réglable. La chambre 2 est la chambre à comburant et elle'reçoit celui-ci, dans le présent cas de l'air atmosphérique surpressé,par une canalisation 7 sur laquelle sont montés un surpresseur 8 et un filtre humidificateur 9. A l'autre extrémité de cette chambre est montée une canalisation de sortie 10 pour l'air appauvri en oxygène La chambre 3 est la chambre à combustible et elle reçoit celui-ci, sous forme gazeuse, par exemple du gaz de ville,par une canalisation 11 sur laquelle est monté un filtre humidificateur 12. A l'autre extrémité de cette chambre est montée une canalisation de sortie 13 pour le combustible en excès et la vapeur d'eau produite au cours de la réaction. Sur les deux faces de la membrane 5 sont déposées, par exaF ple par métallisation sous vide,par sehoopage ou autre procédé connu, des couches métalliques conductrices 14 et 15 par exemple en cuivre ou en zinc ayant par exemple une épaisseur de 40 microns. Entre celles-ci et les grillages métalliques conducteurs 5 sont maintenues des couches de catalyseur 16 et 17 par exemple en noir de platine. Les parois de fond 18 et de couvercle 19 de l'enceinte 1 portent des parois 20 dirigées vers l'intérieur et prolongées jus qutà une faible distance de la paroi de manière à obliger les gaz à passer, comme représenté par les flèches, au voisinage immédiat de la membrane 5 et des couches qu'elle porte. Les arêtes de ces parois sont constituées Frar des tubes 21 contenant des sources radio-actives, par exemple du radio-cobalt 60, qui ont pour but d activer l'ionisation des gaz combustible et comburant. Des barres conductrices 22 traversent, par des joints iso lants étanches 23, la double paroi de ltenceinte pour venir au contact des couches conductrices 5-14 et 5-15 respectivement et former les barres de prélèvement du courantç Elles sont interconnectées de chaque cuité sur les bornes 24 de la pile Dans le mode de réalisation ci-dessus décrit, le combustible de la pile est constitué par du gaz de ville mais il peut être constitué par tout autre aaz combustible tel que du gaz naturel, du gaz de haut fourneau, etc. ou par un combustible liquide gazéifié tel que de l'alcool, de l'essence, du fuel-oil, du gazoil, du mazout, etc, Ce mode de réalisation ne constituant qutun exemple est susceptible de recevoir de nombreuses modifications sans sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1.- Une pile à combustible en phase gazeuse caractérisée en ce que ses entrées pour les gaz combustible et comburant respectivement sont munies de filtres humidificateurs et en ce que dans les chambres situées de part et d'autre de la membrane échangeuse d'ions, sont montées des sources radio-actives assurant une activation de l'ionisation. 20- Une pile à combustible en phase gazeuse selon la revendication 1 caractérisée en ce que dans les deux chambres sont montées des parois formant chicanes qui dévient les gaz pour les amener au contact de la membrane échangeuse d'ions. 30" Une pile à combustible en phase gazeuse selon les revendications 1 et 2 caractérisée en ce que les sources radio-actives, notamment an radio-cobalt sont montées sur les aretes des chicanes se trouvant au voisinage immédiat de la paroi échangeuse di ions 4. - Une pile à combustible en phase gazeuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que la membrane échangeuse d'ions est une membrane très mince, d'une épaisseur inférieure à 0,1 mm,en cellulose régénérée ou analogue. 5.- Une pile à combustible en phase gazeuse selon la revendication 4 caractérisée en ce que la membrane échangeuse d' ions est maintenue sur ses deux faces par un grillage métallique conducteur 6.- Une pile à combustible en phase gazeuse selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que la membrane est revetee par métallisation sous vide ou analogue d'une couche de quelques dizaines de microns d'épaisseur d'un métal conducteur