Brevet FR3128063A1 — publié le 20230414

Un dispositif d’isolation (9) configuré pour être monté dans une cheminée de circulation de fluide d’une pile à combustible comprenant un empilement comprenant une pluralité de cellules alignées selon un axe d’empilement X et une pluralité de cheminées de circulation de fluide dans l’empilement, le dispositif d’isolation (9) comportant une ceinture (90) de forme périphérique configurée pour obturer la communication fluidique entre la cheminée de circulation et au moins une ouverture de circulation d’une cellule à isoler de l’empilement, la ceinture (90) étant déformable entre une première configuration, dite de repos, et une deuxième configuration, dite resserrée, dont la section est plus faible que dans la première configuration. Figure de l’abrégé : Figure 5 Dispositif d’isolation configuré pour être monté dans une cheminée de circulation de fluide d’une pile à combustible et procédé d’isolation La présente invention concerne le domaine de la réparation des piles à combustible, en particulier, embarquées dans un aéronef afin de fournir de l’énergie propulsive et non propulsive. Une pile à combustible permet de produire de l’énergie électrique à partir d’une réaction électrochimique entre différents fluides. De manière classique, une pile à combustible est alimentée en hydrogène et en oxygène qui réagissent dans la pile à combustible afin de générer de l’énergie électrique. Une pile à combustible comprend un empilement comprenant une pluralité de cellules alignées selon un axe d’empilement. L’empilement des cellules, désigné « Stack » en langue anglaise, permet la réaction électrochimique à partir des fluides. Chaque cellule comprend un électrolyte conducteur d’ions entouré de deux électrodes qui sont elles-mêmes entourées de plaques d’interconnexion. A titre d’exemple, dans le cas d’une pile à combustible du type à membrane d’échange de protons connu sous son abréviation anglaise PEMFC pour « Proton Exchange Membrane Fuel Cell », l’électrolyte se présente sous la forme d’une membrane polymère conductrice de protons et les électrodes se présentent sous la forme d’un milieu poreux porteur d’un catalyseur tel que du platine. L’ensemble électrolyte et électrodes est appelé Assemblage Membrane Electrode, connu sous son abréviation AME. Chaque AME est mis au contact de gaz réactifs sur ses deux faces opposées (par exemple de l’hydrogène et de l’oxygène éventuellement contenus dans l’air) grâce aux plaques d’interconnexion pour former une cellule. De manière connue, l’assemblage de deux plaques d’interconnexion, appartenant à deux cellules adjacentes, est appelé plaque bipolaire. Ainsi, une plaque bipolaire se retrouve intercalée entre la cathode d’un AME et l’anode de l’AME adjacent. Une plaque bipolaire alimente, d’une part un premier AME du côté anodique en combustible (hydrogène) et, d’autre part, un deuxième AME du côté cathodique en comburant (oxygène). De manière générale, chaque plaque bipolaire comporte un circuit interne de refroidissement dans lequel circule un fluide caloporteur servant à apporter de la chaleur ou extraire la chaleur produite par la réaction exothermique. Le courant généré par les cellules est récupéré aux deux extrémités de l’empilement par des plaques conductrices dites collecteurs. La puissance électrique délivrée par la pile à combustible est fonction du nombre de cellules (capacité de tension délivrée), de la surface active des cellules (capacité d’intensité délivrée) et des débits des fluides réactifs (importance de la réaction électrochimique qui produit le courant). L’ensemble de l’empilement de cellules est maintenu comprimé entre deux plaques dites terminales reliées par des tirants qui maintiennent l’ensemble et garantissent l’étanchéité de l’empilement. Cette étanchéité est assurée grâce à des joints intercalés entre les plaques bipolaires et les AME des cellules. Les plaques terminales sont classiquement massives car elles doivent appliquer une pression uniforme sur la surface des cellules et être stables dimensionnellement sous l’effet de la pression interne de la pile et des variations de température. Les fluides réactifs et caloporteur sont introduits et évacués au niveau des plaques terminales qui les distribuent dans des cheminées de circulation traversant l’empilement. Ces cheminées de circulation résultent de l’empilement d’ouvertures formées dans les cellules. A titre d’exemple, trois cheminées introduisent les fluides d’un côté de l’empilement (deux fluides réactif et un fluide caloporteur si nécessaire) pour transiter dans les cellules tandis que trois autres cheminées évacuent les fluides d’un autre côté de l’empilement. De manière connue, une pile à combustible comprend un empilement comprenant une pluralité de cellules alignées selon un axe d’empilement. Des tirants relient une portion extérieure des plaques terminales de manière périphérique afin d’appliquer un effort de compression constant sur l’empilement. Les plaques terminales comportent des conduites de circulation qui débouchent dans les cheminées de circulation de l’empilement. Lors de la réaction électrochimique dans la pile à combustible, les fluides réactifs se chargent avec des traces d’acide rentrant dans la composition des AME. Ces traces d’acide phosphorique sont présentes dans les cheminées de circulation correspondant aux sorties des deux circuits de fluides combustibles, en particulier, sous forme de vapeur d’eau dans le cas d’une pile à combustible haute température. Cet acide peut cristalliser, en particulier lors d’une étape de démarrage/arrêt de la pile à combustible pendant laquelle la température est inférieure à la température normale de fonctionnement, ce qui peut obturer les cheminées de circulation. Une telle obturation est susceptible d’entraîner des endommagements pouvant conduire à la création de points chauds avec un risque de perforation de l’AME. Outre une perte de rendement de la pile à combustible, la probabilité de risques de feu et de fuite est augmentée. En cas d’endommagement d’une ou plusieurs cellules, il est nécessaire d’isoler ces cellules de la circulation des fluides réactifs pour qu’elles ne soient plus productrices d’électricité ou n’autorisent plus de communications de fluides entre les réactifs. D’un point de vue électrique, ces cellules doivent être shuntées pour ne pas interrompre la génération électrique dans le Stack. Pour atteindre une cellule défectueuse, il faut descendre le long de chacune des cheminées pour intervenir individuellement sur chacune des ouvertures de circulation de la cellule défectueuse. Cette intervention est complexe compte tenu de la hauteur des cheminées (jusqu’à 300 mm) et de leur section (de 300 à 1000 mm²). On connait dans l’art antérieur une méthode pour réparer une cellule défectueuse au cours de laquelle un choc électrique est appliqué sur la cellule défectueuse de manière à percer la membrane. Les ouvertures de circulation sont obturées individuellement par une dépose de résine. Bien que séduisante en théorie, cette solution est complexe à mettre en œuvre. Un objectif de la présente invention est de permettre d’isoler une cellule défectueuse d’un empilement de manière pratique et rapide. PRESENTATION DE L’INVENTION L’invention concerne un dispositif d’isolation configuré pour être monté dans une cheminée de circulation de fluide d’une pile à combustible comprenant un empilement comprenant une pluralité de cellules alignées selon un axe d’empilement et une pluralité de cheminées de circulation de fluide dans l’empilement. Le dispositif d’isolation est remarquable en ce qu’il comporte une ceinture de forme périphérique configurée pour obturer la communication fluidique entre la cheminée de circulation et au moins une ouverture de circulation d’une cellule à isoler de l’empilement, la ceinture étant déformable entre une première configuration, dite de repos, et une deuxième configuration, dite resserrée, dont la section est plus faible que dans la première configuration. De manière préférée, un tel dispositif d’isolation peut être positionné de manière pratique à la position désirée dans une cheminée de circulation afin d’isoler une cellule de l’empilement. Une ceinture périphérique permet une obturation localisée tout en permettant une circulation du fluide à travers la ceinture pour alimenter les autres cellules. Son caractère déformable permet un positionnement pratique et rapide sans risque d’endommagement de la surface intérieure de la cheminée de circulation. La ceinture permet d’obturer de manière pratique et simultanée une pluralité d’ouvertures de circulation d’une cellule. De manière préférée, dans la première configuration, la section de la ceinture est sensiblement analogue à la section de la cheminée de circulation dans laquelle le dispositif d’isolation est configuré pour être monté. Ainsi, la ceinture épouse de manière naturelle, sans contrainte excessive ni déformation la surface intérieure de la cheminée de circulation, ce qui permet d’obturer la cellule de manière pratique et sans risque d’endommagement au voisinage. Selon un aspect, le dispositif d’isolation comporte un organe de ressort configuré pour contraindre la ceinture dans la première configuration. Ainsi, la ceinture se déploie de manière automatique lorsque l’opérateur ne contraint pas la ceinture. Cela est particulièrement avantageux lorsque la cellule à isoler est éloignée de l’ouverture d’accès de la cheminée de circulation et que l’on souhaite manipuler le dispositif d’isolation de manière aisée. De manière préférée, l’organe de ressort se présente sous la forme d’une lame de ressort dont la conception est simple. Une lame de ressort peut être positionnée sur la surface intérieure de la ceinture afin d’éviter d’être en contact avec la surface intérieure de la cheminée. De manière préférée, le dispositif d’isolation comporte un organe d’indexation configuré pour assurer un positionnement précis du dispositif d’isolation dans la cheminée de circulation, en particulier, en regard d’une ouverture d’une ou plusieurs ouvertures de circulation de la cellule à isoler. De manière préférée, une cellule comporte deux joints d’étanchéité de part et d’autre des ouvertures de circulation, l’organe d’indexation est configuré pour coopérer avec les joints d’étanchéité. Cela est particulièrement avantageux pour assurer un positionnement précis lorsque la cellule à isoler est éloignée de l’ouverture d’accès de la cheminée de circulation. De manière préférée, l’organe d’indexation se présente sous la forme d’une languette périphérique s’étendant en saillie depuis la surface extérieure de la ceinture. Ainsi, l’organe d’indexation permet une coopération par complémentarité de formes avec les joints d’étanchéité. De préférence, le dispositif d’isolation comporte une pluralité d’organes de guidage configurés pour coopérer avec une surface intérieure de la cheminée de circulation. De préférence, la cheminée de circulation possédant une section définissant une pluralité de coins, les organes de guidage sont configurés pour coopérer avec les coins de la cheminée de circulation. Ainsi, la ceinture est positionnée angulairement de manière précise dans la cheminée, ce qui assure une étanchéité optimale. L’invention concerne également un ensemble d’une pile à combustible comprenant un empilement comprenant une pluralité de cellules alignées selon un axe d’empilement et une pluralité de cheminées de circulation de fluide dans l’empilement et d’un dispositif d’isolation, tel que présenté précédemment, positionné dans la cheminée de circulation pour obturer la communication fluidique entre la cheminée de circulation et au moins une cellule à isoler de l’empilement. De manière préférée, l’empilement comporte une alternance de plaques bipolaires et d’assemblages membrane électrode définissant les cellules de l’empilement. Le dispositif d’isolation est positionné dans la cheminée de circulation de manière à obturer la communication fluidique entre la cheminée de circulation et une plaque bipolaire à isoler. Ainsi, l’alimentation en fluide de la plaque bipolaire est stoppée. De préférence, le dispositif d’isolation possède une épaisseur, définie selon l’axe d’empilement en position montée, qui est supérieure à l’épaisseur d’une plaque bipolaire de manière à interdire toute circulation de fluide dans cette dernière. Selon un aspect préféré, des joints d’étanchéité étant intercalés entre les plaques bipolaires, les joints d’étanchéité s’étendent en saillie dans la cheminée de circulation de manière à participer à l’obturation étanche de la plaque bipolaire. De préférence, l’organe d’indexation coopère avec les joints d’étanchéité pour assurer une isolation étanche. Ainsi, le positionnement du dispositif d’isolation est précis pour isoler de manière étanche une plaque bipolaire. L’invention concerne également un procédé d’isolation d’une cellule d’une pile à combustible comprenant un empilement comprenant une pluralité de cellules alignées selon un axe d’empilement et une pluralité de cheminées de circulation de fluide dans l’empilement, le procédé comprenant les étapes consistant à : Déformer le dispositif d’isolation, tel que présenté précédemment, de la première configuration à la deuxième configuration, de manière à réduire sa section afin qu’elle soit inférieure à la section de la cheminée de circulation, Déplacer ledit dispositif d’isolation selon la deuxième configuration dans la cheminée de circulation de manière à l’aligner avec au moins une ouverture de circulation de la cellule à isoler et Relâcher la contrainte pour déformer le dispositif d’isolation de la deuxième configuration à la première configuration de manière à plaquer la ceinture contre une surface intérieure de la cheminée de circulation afin d’obturer la communication fluidique entre la cheminée de circulation et l’ouverture de circulation de la cellule défectueuse. De préférence, le procédé d’isolation comprend une étape consistant à connecter électriquement la cellule à isoler à une autre cellule de l’empilement, de préférence, une cellule adjacente. Ainsi, la cellule défectueuse est isolée électriquement pour permettre à l’empilement de fournir une tension électrique. PRESENTATION DES FIGURES L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d’exemple, et se référant aux figures suivantes, données à titre d’exemples non limitatifs, dans lesquelles des références identiques sont données à des objets semblables. La est une représentation schématique d’une pile à combustible selon l’invention. La est une première représentation schématique en coupe d’une cheminée de circulation de fluide avec un dispositif d’isolation. La est une deuxième représentation schématique en coupe d’une cheminée de circulation de fluide avec un dispositif d’isolation. La est une troisième représentation schématique en coupe d’une cheminée de circulation de fluide avec un dispositif d’isolation. La est une première représentation schématique d’un dispositif d’isolation. La est une deuxième représentation schématique d’un dispositif d’isolation. Il faut noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour mettre en œuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant. Dispositif d’isolation (9) configuré pour être monté dans une cheminée de circulation de fluide (20) d’une pile à combustible (1) comprenant un empilement (2) comprenant une pluralité de cellules alignées selon un axe d’empilement X et une pluralité de cheminées de circulation de fluide (20) dans l’empilement (2), le dispositif d’isolation (9) comportant une ceinture (90) de forme périphérique configurée pour obturer la communication fluidique entre la cheminée de circulation (20) et au moins une ouverture de circulation d’une cellule à isoler de l’empilement (2), la ceinture (90) étant déformable entre une première configuration, dite de repos, et une deuxième configuration, dite resserrée, dont la section est plus faible que dans la première configuration. Dispositif d’isolation (9) selon la revendication 1, dans lequel, dans la première configuration, la section de la ceinture (90) est sensiblement analogue à la section de la cheminée de circulation (20) dans laquelle le dispositif d’isolation (9) est configuré pour être monté. Dispositif d’isolation (9) selon l’une des revendications 1 à 2, dans lequel le dispositif d’isolation (9) comporte un organe de ressort (91) configuré pour contraindre la ceinture (90) dans la première configuration. Dispositif d’isolation (9) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel le dispositif d’isolation (9) comporte un organe d’indexation (92) configuré pour assurer un positionnement précis du dispositif d’isolation (9) dans la cheminée de circulation (20) Dispositif d’isolation (9) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel le dispositif d’isolation (9) comporte une pluralité d’organes de guidage (93) configurés pour coopérer avec une surface intérieure de la cheminée de circulation (20). Dispositif d’isolation (9) selon la revendication 5, dans lequel, la cheminée de circulation (20) possédant une section définissant une pluralité de coins, les organes de guidage (93) sont configurés pour coopérer avec les coins de la cheminée de circulation (20). Ensemble d’une pile à combustible (1) comprenant un empilement (2) comprenant une pluralité de cellules alignées selon un axe d’empilement X et une pluralité de cheminées de circulation de fluide (20) dans l’empilement (2) et d’un dispositif d’isolation (9), selon l’une des revendications 1 à 6, positionné dans la cheminée de circulation (20) pour obturer la communication fluidique entre la cheminée de circulation (20) et au moins une cellule à isoler de l’empilement (2) Ensemble selon la revendication 7, dans lequel, l’empilement (2) comportant une alternance de plaques bipolaires (21) et d’assemblages membrane électrode (22) définissant les cellules de l’empilement (2), le dispositif d’isolation (9) est positionné dans la cheminée de circulation (20) de manière à obturer la communication fluidique entre la cheminée de circulation (20) et une plaque bipolaire à isoler (21a). Ensemble selon la revendication 8, dans lequel, des joints d’étanchéité (23) étant intercalés entre les plaques bipolaires (21), les joints d’étanchéité (23) s’étendent en saillie dans la cheminée de circulation (20). Ensemble selon les revendications 4 et 9, dans lequel, l’organe d’indexation (92) coopère avec les joints d’étanchéité (23) pour assurer une isolation étanche. Procédé d’isolation d’une cellule d’une pile à combustible (1) comprenant un empilement (2) comprenant une pluralité de cellules alignées selon un axe d’empilement X et une pluralité de cheminées de circulation de fluide (20) dans l’empilement (2), le procédé comprenant les étapes consistant à : Déformer le dispositif d’isolation (9) selon l’une des revendications 1 à 6, de la première configuration à la deuxième configuration, de manière à réduire sa section afin qu’elle soit inférieure à la section de la cheminée de circulation (20), Déplacer ledit dispositif d’isolation (9) selon la deuxième configuration dans la cheminée de circulation (20) de manière à l’aligner avec au moins une ouverture de circulation de la cellule à isoler et Relâcher la contrainte pour déformer le dispositif d’isolation (9) de la deuxième configuration à la première configuration de manière à plaquer la ceinture (90) contre une surface intérieure de la cheminée de circulation (20) afin d’obturer la communication fluidique entre la cheminée de circulation (20) et l’ouverture de circulation de la cellule défectueuse. Procédé d’isolation selon la revendication 11 comprenant une étape consistant à connecter électriquement la cellule à isoler à une autre cellule de l’empilement (2), de préférence, une cellule adjacente.