Brevet FR2846397A1 — publié le 20040430

La présente invention concerne les structures de 5 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. Le raccordement d'une tubulure à une tôle fine présente de nombreuses difficultés, tant au niveau de la 10 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. Les problèmes sont encore accrus selon les fluides concernés, 15 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 20 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. 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, - la structure comprend un organe de raccordement, 30 avantageusement en matériau plastique, comportant un canal recevant l'élément tubulaire et solidarisé de façon étanche à ce dernier, et une chambre interne connectable au tronçon du circuit. La présente invention concerne également une cellule de pile à combustible o 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 demicellule 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, 15 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 20 pile à combustible en coupe transversale avec sa membrane échangeuse de protons 2 contre laquelle est plaquée, avec interposition d'un joint périphérique 3, une tôle 4 emboutie pour constituer des ondulations 5 dont les sommets intérieurs portent de façon étanche contre la membrane 2 25 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 30 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 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 extrémités, 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 5 gazeux contenant de l'oxygène d'autre part dans le cas des piles à combustible. Dans le mode de réalisation 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 10 de la tôle 4, comprend un élément tubulaire métallique 9, typiquement également en acier inoxydable, de diamètre hors tout légèrement supérieur 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) 15 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 20 préférence 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 25 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 30 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 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 5 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 10 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 15 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 8. Quoi que l'invention ait été 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. REVENDICATIONS 1. Structure de raccordement pour la connexion d'un 5 tronçon de circuit de fluide à 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, comprenant un élément tubulaire métallique (9) ayant une première extrémité (10) sertie dans l'orifice (7) et une deuxième extrémité 10 connectable au tronçon du circuit. 2. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'épaisseur de la tôle (4) est inférieure ou égale à 0,4 mm. 3. Structure selon l'une des revendications 15 précédentes, caractérisée en ce que la tôle (4) et l'élément tubulaire (9) sont réalisés dans une même nuance de métal. 4. Structure selon la revendication 3, caractérisée en ce que la tôle (4) et l'élément tubulaire (9) sont 20 réalisés en acier inoxydable. 5. Structure selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un organe de raccordement (12) comportant un canal (15) recevant l'élément tubulaire (9) et solidarisé de façon 25 étanche à ce dernier, et une chambre interne (13) connectable au tronçon du circuit. 6. Structure selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'organe de raccordement (12) est réalisé en matériau plastique. 7. Structure selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisée en ce que l'organe de raccordement (12) comprend une partie en saillie (16) solidarisée à la tôle (4). 8. Structure selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisée en ce que la chambre interne (13) a une direction principale s'étendant sensiblement parallèlement à la tôle (4). 9. Structure selon l'une des revendications précédentes, o la tôle forme, par emboutissage, une série de canaux parallèles (6) et est accolée de façon étanche à une membrane (2) pour constituer une cellule de pile à combustible, l'orifice (7) étant formé au voisinage de 10 l'extrémité d'un de ces canaux. 10. Cellule de pile à combustible pourvue d'au moins une paire de structures de raccordement selon l'une des revendications précédentes.