Brevet FR3073091A1 (20190503)

REVENDICATIONS1. Module, destiné à former un motif élémentaire d'un réacteur d'électrolyse ou de co-électrolyse de type SOEC, comprenant: - une cellule (Cl) électrochimique élémentaire formée d'une cathode (2.1), d'une anode (4.1), et d'un électrolyte (3.1) intercalé entre la cathode et l'anode, - un premier (5.1) et un deuxième (5.2) dispositif formant chacun un interconnecteur électrique et fluidique, constitué chacun d'un composant en matériau conducteur électronique et étanche aux gaz; les premier et deuxième interconnecteurs étant agencés de part et d'autre de la cellule élémentaire; le premier interconnecteur (5.1) étant percé d'un conduit de récupération de l'hydrogène produit (59), débouchant à la périphérie de la cellule du côté de la cathode; le deuxième interconnecteur (5.2) étant percé d'un conduit de récupération de l'oxygène produit (57), débouchant à la périphérie de la cellule du côté de l'anode (4.1) de sorte à réaliser une distribution homogène de l'oxygène produit jusqu'au conduit de récupération; - un premier joint d'étanchéité (61) et isolant électrique, agencé à la périphérie de la cellule élémentaire et en appui à la fois contre le premier interconnecteur et contre le deuxième interconnecteur; - un deuxième joint d'étanchéité (63), agencé à la périphérie de l'anode de la cellule élémentaire et en appui à la fois contre le deuxième interconnecteur et contre l'électrolyte ; le deuxième joint d'étanchéité étant à base de verre et/ou de vitrocéramique ; - des moyens mécaniques d'assemblage (11) des interconnecteurs entre eux adaptés pour serrer par compression le premier joint d'étanchéité ; - au moins un élément de contact électrique (9, 10), agencé entre une des électrodes et l'un des interconnecteurs ; - un piston d'écrasement (20) constitué d'un composant en matériau conducteur électronique et étanche aux gaz, le piston étant monté coulissant à l'intérieur du premier interconnecteur, le piston étant adapté pour venir écraser le(s) élément(s) de contact électrique; l'effort de compression du piston étant ajusté lors de la montée en pression de la vapeur d'eau et de l'hydrogène produit à l'intérieur du module ; le piston d'écrasement étant percé d'un conduit d'amenée de la vapeur d'eau (50), débouchant sur la cellule du côté de la cathode (2.1) de sorte à réaliser une distribution homogène respectivement de la 27 vapeur d'eau amenée et de l'hydrogène produit, depuis le conduit d'amenée jusqu'au conduit de récupération et, - un soufflet d'étanchéité (30), assemblé par l'une de ses extrémités au piston et par l'autre de ses extrémités au premier interconnecteur ; le soufflet étant adapté à la fois 5 pour contenir la pression de la vapeur d'eau et de l'hydrogène produit à l'intérieur du module et pour se déformer selon la direction de déplacement du piston.\n<CLM>\1\tModule selon la revendication 1, le deuxième interconnecteur (5.2) étant percé d'un conduit d'amenée de gaz drainant (51), tel que l'air, sur la cellule du côté de l'anode de sorte à réaliser une distribution homogène respectivement du gaz drainant amené 10 et de l'oxygène produit, depuis le conduit d'amenée (51) jusqu'au conduit de récupération (57).\n<CLM>\1\tModule, destiné à former un motif élémentaire d'une pile à combustible de type SOFC, comprenant: - une cellule (Cl) électrochimique élémentaire formée d'une cathode (2), d'une 15 anode (4), et d'un électrolyte (3) intercalé entre la cathode et l'anode, - un premier (5.1) et un deuxième (5.2) dispositif formant chacun un interconnecteur électrique et fluidique, constitué chacun d'un composant en matériau conducteur électronique et étanche aux gaz ; les premier et deuxième interconnecteur étant agencés de part et d'autre de la cellule élémentaire ; le premier interconnecteur (5.1) étant 20 percé d'un conduit de récupération de l'eau produite (59), à la périphérie de la cellule du côté de l'anode; le deuxième interconnecteur (5.2) étant percé d'un conduit d'amenée (51) d'air ou d'oxygène, débouchant sur la cellule du côté de la cathode (2.1) et, d'un conduit de récupération du surplus d'air ou d'oxygène, débouchant à la périphérie de la cellule du côté de la cathode de sorte à réaliser une distribution homogène de l'air ou de l'oxygène, depuis 25 le conduit d'amenée jusqu'au conduit de récupération; - un premier joint d'étanchéité (61) et isolant électrique, agencé à la périphérie de la cellule élémentaire et en appui à la fois contre le premier interconnecteur et contre le deuxième interconnecteur; - un deuxième joint d'étanchéité (63), agencé à la périphérie de la cathode de la 30 cellule élémentaire et en appui à la fois contre le deuxième interconnecteur et contre l'électrolyte ; le deuxième joint d'étanchéité étant à base de verre et/ou de vitrocéramique ; 28 - des moyens mécaniques d'assemblage (11) des interconnecteurs entre eux adaptés pour serrer par compression le premier joint d'étanchéité ; - au moins un élément de contact électrique (9, 10), agencé entre une des électrodes et l'un des interconnecteurs ; 5 - un piston d'écrasement (20) constitué chacun d'un composant en matériau conducteur électronique et étanche aux gaz, le piston étant monté coulissant à l'intérieur du premier interconnecteur, le piston étant adapté pour venir écraser le(s) élément(s) de contact électrique; l'effort de compression du piston étant ajusté lors de la montée en pression du combustible et de l'eau produite à l'intérieur du module; le piston d'écrasement étant percé 10 d'un conduit d'amenée de combustible (50), débouchant sur la cellule du côté de l'anode (4.1) de sorte à réaliser une distribution homogène respectivement du combustible amené et de l'eau produite, depuis le conduit d'amenée jusqu'au conduit de récupération et, - un soufflet d'étanchéité (30), assemblé par l'une de ses extrémités au piston et par l'autre de ses extrémités au premier interconnecteur ; le soufflet étant adapté à la fois 15 pour contenir la pression du combustible et de l'eau produite à l'intérieur du module et pour se déformer selon la direction de déplacement du piston.\n<CLM>\1\tModule selon l'une des revendications précédentes, le premier joint d'étanchéité étant constitué d'une rondelle ou couronne en mica.\n<CLM>\1\tModule selon l'une des revendications précédentes, comprenant deux 20 éléments de contact électrique, de préférence des grilles métalliques (9, 10), dont l'un entre l'une (2.1) des électrodes et l'un des interconnecteurs (5.1) et l'autre (10) entre l'autre (4.1) des électrodes et l'autre des interconnecteurs (5.2).\n<CLM>\1\tModule selon l'une des revendications précédentes, le premier et/ ou le deuxième interconnecteur comprenant une première gorge (54) réalisée entre le premier 25 joint (61) et la cellule (Cl), le conduit d'amenée (50) du premier interconnecteur étant en communication avec la première gorge (54) de sorte à réaliser la distribution homogène de la vapeur d'eau amenée et de l'hydrogène produit ou du combustible amené et de l'eau produite, jusqu'au conduit de récupération du premier interconnecteur.\n<CLM>\1\tModule selon l'une des revendications précédentes, le deuxième 30 interconnecteur (5.2) comprenant une deuxième gorge (57) réalisée à l'intérieur d'une zone délimitée par le deuxième joint (63), le conduit d'amenée (51) du deuxième interconnecteur étant en communication avec la deuxième gorge (57) de sorte à réaliser la distribution 29 homogène de l'oxygène produit ou de l'air amené, jusqu'au conduit de récupération (57) du deuxième interconnecteur.\n<CLM>\1\tModule selon l'une des revendications précédentes, dans lequel : - les premier et deuxièmes interconnecteur sont percés chacun d'un conduit 5 supplémentaire d'amenée (52,\n<CLM>\1\tde vapeur d'eau ou de combustible ; les deux conduits supplémentaires d'amenée étant reliés entre eux par l'intermédiaire d'une tube de raccord (T) isolant électrique ; le conduit supplémentaire d'amené (52) du premier interconnecteur (5.1) étant relié au conduit d'amenée (50) percé dans le piston (20) par un tuyau (60) à l'extérieur du module; 10 - le premier joint (61) intègre en son sein un troisième joint d'étanchéité (64) à l'intérieur duquel est logé le tube de raccord (T).\n<CLM>\1\tModule selon l'une des revendications précédentes, la cellule électrochimique élémentaire (C1), les premier (5.1) et deuxième (5.2) interconnecteurs, les premier (61) et deuxième (63) joints d'étanchéité, le piston (20) et le soufflet (30) étant de 15 forme axisymétrique autour d'un axe central (X), les conduits d'amenée de gaz réactifs (50) (vapeur d'eau ou de combustible) et (51) (gaz drainant (51), tel que l'air, ou d'air ou oxygène) débouchant selon l'axe central (X).\n<CLM>\1\tModule selon l'une des revendications précédentes, le composant métallique du premier et/ou le deuxième interconnecteur et/ou le piston étant en acier 20 ferritique à environ 20% de chrome, de préférence en CROFER® 22APU ou le Fl8TNb, ou à base Nickel de type Inconel® 600 ou Haynes® 230®.\n<CLM>\1\tModule selon l'une des revendications précédentes, le soufflet étant en acier ferritique à environ 20% de chrome, de préférence à base d'Inconel® 625 ou Haynes® 230®. 25\n<CLM>\1\tProcédé de fonctionnement d'un module (M1) d'électrolyse ou de co- électrolyse EHT selon l'une des revendications 1 à 2 et 4 à 12, selon lequel : - on alimente les conduits d'amenée (50) du piston (20) en vapeur d'eau ou en mélange de vapeur d'eau et un autre gaz choisi parmi le dioxyde de carbone et le dioxyde d' azote; 30 - lors de la montée en pression au sein du réacteur, on ajuste l'effort de compression appliqué par le piston sur le ou les éléments de contact électrique ; 30 - on récupère l'hydrogène ou l'hydrogène et le monoxyde de carbone ou d'azote produit(s) par électrolyse ou co-électrolyse de la vapeur d'eau.\n<CLM>\1\tProcédé de fonctionnement selon la revendication 14, selon lequel on alimente les conduits d'amenée (51) du deuxième interconnecteur (5.2) en gaz drainant, tel 5 que l'air, la pression du gaz drainant amené étant sensiblement égale à celle de la vapeur d'eau ou du mélange de vapeur d'eau et de l'autre gaz et on récupère l'oxygène produit.\n<CLM>\1\tProcédé de fonctionnement d'un module (M1) de pile à combustible SOFC selon l'une des revendications 3 à 12, selon lequel : - on alimente les conduits d'amenée du piston en combustible, tel que 10 l'hydrogène ou du méthane; - on alimente les conduits d'amenée du deuxième interconnecteur en air ou oxygène, la pression du combustible et de l'air ou oxygène amenés étant sensiblement égale à celle de l'hydrogène ou du méthane; - lors de la montée en pression au sein de la pile, on ajuste l'effort de 15 compression appliqué par le piston sur le ou les éléments de contact électrique ; - on récupère le surplus de combustible, l'eau produite d'une part et le surplus d'air ou d'oxygène d'autre part, dans leur conduit de récupération respectif