Brevet FR3128061A1 — publié le 20230414

Une pile à combustible (1) comprenant un empilement (2) comprenant une pluralité de cellules et une pluralité de cheminées de circulation de fluide, deux plaques terminales (3) et une pluralité d’organes de traction, au moins une plaque terminale (3) comporte un dispositif principal (5) comportant au moins une ouverture d’accès (51) alignée avec une cheminée de circulation et au moins un organe de traction principal (T1) configuré pour appliquer une compression principale à un corps principal de manière à plaquer le corps principal (50) contre l’empilement (2) au niveau de la cheminée de circulation et un dispositif auxiliaire (6) configuré pour plaquer un corps auxiliaire contre l’empilement (2), la compression auxiliaire étant appliquée à distance de la cheminée de circulation de l’empilement (2), le dispositif principal (5) étant monté de manière amovible par rapport au dispositif auxiliaire (6). Figure de l’abrégé : Figure 2 Pile à combustible comprenant une plaque terminale comprenant un dispositif principal et un dispositif auxiliaire, procédé d’accès à une cheminée d’une pile à combustible 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. En référence à la , il est représenté une pile à combustible 101 comprenant un empilement 102 comprenant une pluralité de cellules alignées selon un axe d’empilement X. Des tirants 104 relient une portion extérieure des plaques terminales 103 de manière périphérique afin d’appliquer un effort de compression constant sur l’empilement 102. Les plaques terminales 103 comportent des conduites de circulation 130 qui débouchent dans les cheminées de circulation de l’empilement 102. Lors de la réaction électrochimique dans la pile à combustible 101, 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 Afin d’éviter un dysfonctionnement de la pile à combustible 101, les cheminées de circulation de l’empilement 102 doivent être inspectées et nettoyées. En pratique, il est nécessaire de retirer les plaques terminales 103 pour accéder aux cheminées de l’empilement 102, de nettoyer les cheminées et de replacer les plaques terminales 103. Le retrait des plaques terminales 103 entraine une perte de pression qui déstructure irrémédiablement l’empilement 102 des cellules en entrainant une perte globale d’étanchéité, une pollution des membranes par du fluide caloporteur et un désalignement des cellules de l’empilement 102. Autrement dit, un nettoyage des cheminées peut entrainer des désavantages importants qui excluent toute remise en service de la pile à combustible 101. Une solution immédiate serait d’inspecter les cheminées par les conduites de circulation 130 formées dans les plaques terminales 103 mais ces conduites de circulation 130 possèdent généralement un diamètre plus faible que le diamètre des cheminées, ce qui empêche une inspection/nettoyage optimal. De plus, les conduites de circulation 130 formées dans les plaques terminales 103 peuvent être coudées ( ), ce qui rend impossible le passage d’outils pour l’inspection ou le nettoyage, par exemple, un endoscope ou une pipette avec de la résine. Un objectif de la présente invention est de permettre d’inspecter et de nettoyer une cheminée de circulation d’un empilement de manière pratique et rapide sans détériorer la structure de l’empilement. PRESENTATION DE L’INVENTION L’invention concerne 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, deux plaques terminales placées aux extrémités de l’empilement selon l’axe d’empilement X, et une pluralité d’organes de traction reliant les plaques terminales entre elles afin de comprimer l’empilement. La pile à combustible est remarquable en ce qu’au moins une plaque terminale comporte : un dispositif principal comprenant un corps principal comportant au moins une ouverture d’accès alignée avec une cheminée de circulation et au moins un organe de traction principal configuré pour appliquer une compression principale au corps principal de manière à plaquer le corps principal contre l’empilement au niveau de la cheminée de circulation de l’empilement et un dispositif auxiliaire comprenant un corps auxiliaire et au moins un organe de traction auxiliaire configuré pour appliquer une compression auxiliaire au corps auxiliaire de manière à plaquer le corps auxiliaire contre l’empilement, la compression auxiliaire étant appliquée à distance de la cheminée de circulation de l’empilement, le dispositif principal étant monté de manière amovible par rapport au dispositif auxiliaire. Grâce à l’invention, la plaque terminale est configurée pour appliquer deux compressions distinctes et indépendantes. Le dispositif principal peut être enlevé de manière amovible afin de dégager l’accès aux cheminées de circulation. De manière avantageuse, le dispositif auxiliaire permet d’assurer une compression suffisante évitant de déstructurer l’empilement. Une perte d’étanchéité, d’alignement ou une pollution de l’empilement sont avantageusement évitées. Etant donné que la compression auxiliaire est réalisée à distance de la cheminée de circulation, le dispositif auxiliaire ne gêne pas l’accès à la cheminée de circulation, ce qui permet un nettoyage pratique de cette dernière. De préférence, chaque plaque terminale comporte un dispositif principal et un dispositif auxiliaire. Les plaques terminales possèdent de manière avantageuse une structure identique pour assurer une compression homogène. Les organes de traction principale sont montés entre des dispositifs principaux opposés. Les organes de traction auxiliaire sont montés entre des dispositifs auxiliaires opposés. De manière préférée, l’empilement comportant une partie centrale et une partie périphérique dans laquelle sont formées les cheminées de circulation, le corps auxiliaire est configuré pour appliquer la compression auxiliaire majoritairement sur la partie centrale de l’empilement. Ainsi, la compression auxiliaire est appliquée à distance des cheminées de circulation. Selon un aspect de l’invention, le corps auxiliaire comporte une partie centrale et au moins une languette s’étendant en saillie par rapport à la partie centrale, l’organe de traction auxiliaire étant monté dans la languette. La languette permet de réaliser une traction sans traverser l’empilement, de manière extérieure à cette dernière. L’organe de traction auxiliaire exerce un effort sur la languette sans exercer d’effort sur le dispositif principal. De préférence, l’empilement comportant une partie centrale et une partie périphérique dans laquelle sont formées les cheminées de circulation, le corps principal est configuré pour appliquer la compression principale majoritairement sur la partie périphérique de l’empilement. Ainsi, la compression principale permet d’exercer une contrainte directement sur les cheminées de circulation. De préférence, le corps principal comporte une empreinte configurée pour coopérer par complémentarité de formes avec le corps auxiliaire de manière à ce que la plaque terminale applique un effort plan réparti. De manière préférée, la compression principale est supérieure à la compression auxiliaire afin d’assurer une compression uniforme élevée. De préférence, le corps principal est périphérique afin d’appliquer un effort sur les cheminées de circulation. Selon un aspect, le corps principal recouvre partiellement le corps auxiliaire afin d’appliquer un effort complémentaire à l’empilement sur des parties distinctes. Selon un autre aspect, le corps principal recouvre entièrement le corps auxiliaire Selon un aspect de l’invention, le corps auxiliaire comprend des mailles configurées pour appliquer la compression auxiliaire sur l’empilement, les mailles définissant des ouvertures à travers lesquelles les cheminées de circulation sont accessibles. Ainsi, le corps auxiliaire permet d’exercer un effort de compression qui est réparti sur l’empilement tout en assurant l’accessibilité aux cheminées de circulation à travers les mailles. De préférence, l’ouverture d’accès possède une section inférieure à celle de la cheminée de circulation. Ainsi, le corps principal peut exercer un effort de compression principal sur toute la périphérie de la cheminée de circulation. De manière préférée, l’organe de traction auxiliaire se présente sous la forme d’une lame de ressort configurée pour générer la compression auxiliaire. L’utilisation d’une pluralité de lames de ressort permet d’exercer une pluralité d’efforts de compression indépendants et répartis. De préférence, la plaque terminale est configurée pour ne plus engendrer de tension dans les organes de traction auxiliaire lors de la compression réalisée par les organes de traction principale. Les organes de traction auxiliaire sont configurés pour être amovibles lorsque le dispositif principal est en place. Selon un aspect de l’invention, le corps auxiliaire comporte au moins une gouttière sur laquelle est montée la lame de ressort. Les lames de ressorts peuvent être montées/démontées de manière pratique sans outil. Les lames de ressort peuvent s’accommoder à la mise en pression de l’empilement et être retirées une fois le dispositif principal monté. L’invention concerne également un procédé d’accès à au moins une cheminée de circulation d’un empilement d’une pile à combustible telle que présentée précédemment, les plaques terminales comprimant l’empilement, au moins une plaque terminale comprenant un dispositif principal appliquant une compression principale plaquant le corps principal contre l’empilement au niveau de la cheminée de circulation de l’empilement et un dispositif auxiliaire appliquant une compression auxiliaire plaquant le corps auxiliaire contre l’empilement à distance de la cheminée de circulation de l’empilement, procédé comprenant une étape consistant à : Retirer le dispositif principal afin d’arrêter la compression principale de manière à découvrir un accès à la cheminée de circulation, le dispositif auxiliaire maintenant la compression auxiliaire. La compression auxiliaire est appliquée en périphérie des cheminées de circulation et à distance de celles-ci, ce qui permet d’éviter une déstructuration de l’empilement sans gêner l’accès aux cheminées de circulation. De manière préférée, le procédé comporte une étape d’inspection de la cheminée de circulation suite au retrait du dispositif principal, en particulier, afin de réaliser un nettoyage ou une réparation. L’invention concerne également un procédé comprenant, préalablement à l’étape de retrait, une étape consistant à : Mettre en place un organe de traction auxiliaire pour appliquer une compression auxiliaire plaquant le corps auxiliaire du dispositif auxiliaire contre l’empilement à distance de la cheminée de circulation de l’empilement. De préférence, l’organe de traction auxiliaire est monté entre deux dispositifs auxiliaires appartenant à des plaques terminales opposées. De manière avantageuse, l’organe de traction auxiliaire n’est mis en place que lors d’une opération de maintenance, ce qui permet de limiter la masse et le coût de la pile à combustion lors de son fonctionnement usuel. Un même organe de traction auxiliaire peut avantageusement être utilisé pour différentes piles à combustible. 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’art antérieur. La est une représentation schématique d’une pile à combustible selon une première forme de réalisation. La est une représentation schématique d’une partie rapprochée d’une portion d’une plaque terminale comprenant un dispositif principal et un dispositif auxiliaire. La est une représentation schématique de la sans le dispositif principal. La est une représentation schématique de la sans le dispositif auxiliaire. La est une représentation schématique des cheminées de circulation de fluide formées dans un empilement. La est une représentation schématique d’une pile à combustible selon une deuxième forme de réalisation. La est une représentation schématique de la sans les dispositifs principaux. La est une représentation schématique de la sans les plaques collectrices et l’empilement. La est une représentation schématique d’une plaque terminale selon la deuxième forme de réalisation vue de dessous. 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. 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), deux plaques terminales (3) placées aux extrémités de l’empilement (2) selon l’axe d’empilement X, et une pluralité d’organes de traction reliant les plaques terminales (3) entre elles afin de comprimer l’empilement (2), pile à combustible (1) caractérisée en ce qu’au moins une plaque terminale (3) comporte : un dispositif principal (5) comprenant un corps principal (50) comportant au moins une ouverture d’accès (51) alignée avec une cheminée de circulation (20) et au moins un organe de traction principal (T1) configuré pour appliquer une compression principale au corps principal (50) de manière à plaquer le corps principal (50) contre l’empilement (2) au niveau de la cheminée de circulation (20) de l’empilement (2) et un dispositif auxiliaire (6) comprenant un corps auxiliaire (60) et au moins un organe de traction auxiliaire (T2) configuré pour appliquer une compression auxiliaire au corps auxiliaire (60) de manière à plaquer le corps auxiliaire (60) contre l’empilement (2), la compression auxiliaire étant appliquée à distance de la cheminée de circulation (20) de l’empilement (2), le dispositif principal (5) étant monté de manière amovible par rapport au dispositif auxiliaire (6). Pile à combustible (1) selon la revendication 1 dans laquelle, l’empilement (2) comportant une partie centrale et une partie périphérique dans laquelle sont formées les cheminées de circulation (20), le corps auxiliaire (60) est configuré pour appliquer la compression auxiliaire majoritairement sur la partie centrale de l’empilement (2). Pile à combustible (1) selon la revendication 2 dans laquelle, le corps auxiliaire (60) comporte une partie centrale et au moins une languette (61) s’étendant en saillie par rapport à la partie centrale, l’organe de traction auxiliaire (T2) étant monté dans la languette (61). Pile à combustible (1) selon l’une des revendications 1 à 3 dans laquelle, l’empilement (2) comportant une partie centrale et une partie périphérique dans laquelle sont formées les cheminées de circulation (20), le corps principal (50) est configuré pour appliquer la compression principale majoritairement sur la partie périphérique de l’empilement (2). Pile à combustible (1) selon la revendication 4, dans laquelle, le corps principal (5) est périphérique. Pile à combustible (1) selon l’une des revendications 3 à 5 dans laquelle, le corps auxiliaire (60) comprend des mailles configurées pour appliquer la compression auxiliaire sur l’empilement (2), les mailles définissant des ouvertures à travers lesquelles les cheminées de circulation (20) sont accessibles. Pile à combustible (1) selon l’une des revendications 1 à 6, dans laquelle l’ouverture d’accès (51) possède une section inférieure à celle de la cheminée de circulation (20). Pile à combustible (1) selon l’une des revendications 1 à 7 dans laquelle l’organe de traction auxiliaire (T2) se présente sous la forme d’une lame de ressort (7) configurée pour générer la compression auxiliaire. Pile à combustible (1) selon la revendication 8 dans laquelle le corps auxiliaire (60) comporte au moins une gouttière (63) sur laquelle est montée la lame de ressort (7). Procédé d’accès à au moins une cheminée de circulation (20) d’un empilement (2) d’une pile à combustible (1) selon l’une des revendications 1 à 9, les plaques terminales (3) comprimant l’empilement (2), au moins une plaque terminale (3) comprenant un dispositif principal (5) appliquant une compression principale plaquant le corps principal (50) contre l’empilement (2) au niveau de la cheminée de circulation (20) de l’empilement (2) et un dispositif auxiliaire (6) appliquant une compression auxiliaire plaquant le corps auxiliaire (60) contre l’empilement (2) à distance de la cheminée de circulation (20) de l’empilement (2), procédé comprenant une étape consistant à : Retirer le dispositif principal (5) afin d’arrêter la compression principale de manière à découvrir un accès à la cheminée de circulation (20), le dispositif auxiliaire (6) maintenant la compression auxiliaire.