INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
PRESENTATION DE L’INVENTION L’invention concerne un collecteur pour une pile à combustible configurée pour être alimentée par un flux d’air et par un flux d’hydrogène, la pile à combustible comprenant au moins deux empilements, chaque empilement comprenant une pluralité de cellules électrochimiques, le collecteur s’étendant longitudinalement selon un axe de collecteur et verticalement selon un axe vertical, le collecteur définissant un corps comprenant une première face latérale configurée pour s’interfacer avec au moins un empilement et une deuxième face latérale configurée pour s’interfacer avec au moins un empilement, le collecteur comprenant une face de connexion comprenant : un premier connecteur d’hydrogène configuré pour alimenter l’au moins un empilement de la première face latérale, un premier connecteur d’air configuré pour alimenter l’au moins un empilement de la première face latérale.
Grâce à l’incention, un tel collecteur permet de répartir spatialement plusieurs empilements afin d’augmenter la compacité et réduire l’encombrement.
L’invention concerne également une pile à combustible comprenant un collecteur tel que présenté précédemment configuré pour être alimenté par le flux d’air et le flux d’hydrogène et au moins deux empilements reliés au collecteur, chaque empilement comprenant une pluralité de cellules électrochimiques.
Chacun des premier et second voiles 34, 26 comporte une périphérie interne reliée à la paroi annulaire 8b1 et une périphérie externe reliée à la bride 38, 28 correspondante qui s’étend radialement vers l’extérieur depuis cette périphérie externe.
Le premier voile 34 a une forme générale tronconique qui s’évase depuis sa périphérie interne jusqu’à sa périphérie externe du côté du second voile 26. Le premier voile 34 a donc une tronconicité inversée par rapport à celui de la .
Le second voile 26 a une forme générale tronconique qui s’évase depuis sa périphérie interne jusqu’à sa périphérie externe du côté opposé au premier voile 34. Le second voile 26 a donc une tronconicité classique similaire à celle de la .
Comme cela est visible aux figures 6 et 7, le premier voile 34 forme un angle α avec un plan P1 perpendiculaire à l’axe A et passant par la première bride 38. Cet angle α est compris entre 1 et 40°, et de préférence entre 1 et 30°, et est mesuré dans un autre plan P2 passant par l’axe A.
Dans l’exemple représenté, les angles α et β sont différents et en particulier inversés du fait de l’inversion de tronconicité.
On constate également dans l’exemple représenté que chacun des voiles 26, 34 a une épaisseur minimale E1 inférieure à une épaisseur minimale E2 de la paroi 8ba.
La paroi annulaire 8ba comprend une surface annulaire interne 8ba1 qui est reliée par un premier rayon de courbure R1 à une première surface 26a, 34a de chacun des voiles 26, 34, et une surface annulaire externe 8ba2 qui est reliée par un second rayon de courbure R2 à une seconde surface 26b, 34b de chacun des voiles 26, 34. Les rayons de courbure R1, R2 au niveau du premier voile 34 peuvent être différents. Les rayons de courbure R1, R2 au niveau du second voile 26 peuvent être différents.
L’arbre amont 8a comporte une paroi annulaire 8aa dont une extrémité longitudinale aval est reliée par un voile annulaire 22 à une bride annulaire 24. Ce voile 22 comporte une périphérie interne reliée à la paroi annulaire 8aa et une périphérie externe reliée à la bride 24 qui s’étend radialement vers l’extérieur depuis cette périphérie externe.
Le voile 22 de cet arbre amont 8a a une forme générale tronconique qui s’évase depuis sa périphérie interne jusqu’à sa périphérie externe du côté de l’arbre d’accouplement 8b. Ce voile 22 a donc une tronconicité classique.
Le voile 22 forme un angle β‘ avec le plan P3, qui peut être égal ou différent de l’angle β.
L’arbre amont 8a peut comprendre à son extrémité amont une denture 21 (en chevrons ou hélicoïdale) d’engrènement avec le solaire du réducteur 7.
La paroi annulaire 8aa comprend une surface annulaire interne 8aa1 qui est reliée par un premier rayon de courbure R3 à une première surface 24a du voile 22, et une surface annulaire externe 8aa2 qui est reliée par un second rayon de courbure R4 à une seconde surface 24b du voile 22. Les rayons de courbure R3, R4 peuvent être différents.
Les brides 24 et 28 sont appliquées axialement l’une contre l’autre et serrées entre elles par des moyens du type vis-écrou ou analogues, comme évoqué dans ce qui précède.
Les périphéries internes des voiles 26, 24, qui sont en regard axial l’un de l’autre, sont séparés l’un de l’autre d’une distance D3, et les périphéries externes en regard de ces voiles sont séparés l’un de l’autre d’une distance D4. Du fait de leurs tronconicités, D3 est ici supérieur à D4.
Par exemple, la cellule électronique 200 comprend en outre une couche supplémentaire 206 connectée à la première électrode 205 du côté opposé à la couche OTS 204 (en d'autres termes, la première électrode est interposée entre la couche supplémentaire et la couche intermédiaire). De préférence, la couche supplémentaire est constituée d'un matériau avec une conductivité supérieure ou égale à 20 S/µm, plus préférentiellement supérieure ou égale à 40 S/µm.
Par exemple, à la , la première électrode 205 forme une électrode de la cellule électronique 200 tandis que la résistance 202 forme une autre électrode de la cellule électronique 200.
La résistance 202 a, par exemple, une section transversale en L, c'est-à-dire que la résistance 202 a une partie horizontale 2020 et une partie verticale 2022. La résistance 202 est, par exemple, entourée d'une couche isolante non figurée. L'épaisseur de cette couche isolante est telle que la surface supérieure de la partie verticale 2022 de la résistance 202 est coplanaire avec la surface supérieure de la couche isolante. La résistance 202 a une section transversale en L, mais la forme de la résistance 202 peut s'adapter facilement dans une section transversale carrée ou dans toute autre forme (non figurée). La résistance 202 est connectée à la couche OTS 204, par exemple en contact avec la couche OTS 204.
Les cellules électroniques des figures 2 et 4 à 6 sont représentées dans l'espace suivant un système spatial orthogonal XYZ dans lequel l'axe Z est orthogonal à la face supérieure de la couche supplémentaire 206 de la cellule électronique.
Dans le mode de réalisation de la , la couche supérieure supplémentaire 206 s'étend horizontalement dans la direction X. dans l'exemple de la Figure 2A, la partie verticale 2022 de la résistance 202 et préférentiellement centrée par rapport à la cellule électronique 200 et s'étend verticalement dans la direction Y. Dans l'exemple de la Figure 2B, la partie verticale 2022 de la résistance 202 est préférentiellement centrée par rapport à la cellule électronique 200 et s'étend verticalement dans la direction X.
La différence entre les vues (A) et (B) de la est par conséquent l'orientation de la résistance en L. La vue (A) s'appelle architecture cellulaire “à paroi auto-alignée”, dans laquelle la largeur de la résistance 202 est égale à la largeur de la couche supplémentaire 206. Dans la vue (A), la résistance 202 et la couche supplémentaire 206 sont, par exemple, formées en utilisant la même couche de masquage et dans la même direction.
La vue (B) correspond à une utilisation de la “technologie de la paroi auto-alignée” d'une façon différente, en ce que la largeur de la résistance 202 n'est pas égale à la largeur de la couche supplémentaire 206. Dans la vue (B), la résistance 202, la couche OTS 204 et la première électrode 205 sont, par exemple, formées en utilisant la même couche de masquage que celle utilisée pour former la couche supplémentaire 206, mais orientée à la perpendiculaire de la direction de la couche supplémentaire 206. L'architecture de cellule électronique de la vue (B) permet d'intégrer une résistance 202 dans un dispositif OTS sans perte de surface au prix d'un masque supplémentaire non critique et de quelques étapes de procédé supplémentaires.
Dans les deux vues (A) et (B), l'interconnexion (non figurée) de la partie 2020 des résistances 202 est perpendiculaire à l'interconnexion des couches supplémentaires 206. En d'autres termes, si la couche supplémentaire 206 est organisée en colonnes, l'électrode inférieure est organisée en lignes.
À la , la partie verticale 2022 de la résistance 202 est préférentiellement centrée par rapport à la cellule électronique 200 et s'étend verticalement le long de la direction X. Alternativement, la partie verticale 2022 de la résistance 202 est préférentiellement centrée par rapport à la cellule électronique 200 et s'étend verticalement le long de la direction Y.
La première électrode 205 et la résistance 202 sont, par exemple, constituées du même matériau métallique, à savoir du tungstène. Alternativement, la première électrode 205 et la résistance 202 peuvent être constituées de deux matériaux métalliques différents. Par exemple, la résistance et/ou la première électrode est/sont en un matériau métallique (réfractaire), choisi de préférence dans le groupe constitué de : carbone (C), nitrure de carbone ((CN)n), titane (Ti), nitrure de titane (TiN), nitrure de titane-silicium (TiSiN), tungstène (W), nitrure de tungstène (W 2 N, WN, WN 2 ), nitrure de tungstène-carbone, nitrure de tungstène-silicium, tantale (Ta), nitrure de tantale (TaN), nitrure de tantale-silicium, tantale tungstène, ou toute combinaison ou alliage de ces matériaux.
La première électrode 205 est connectée à la couche supplémentaire 206. La première électrode 205 et la couche supplémentaire 206 sont, par exemple, en contact direct. La couche supplémentaire 206 est, par exemple, connectée à la première électrode 205 par un via conducteur plus petit que la première électrode 205 et constitué, par exemple, de tungstène.
La couche supplémentaire 206 a, par exemple, une largeur supérieure ou égale à l'une des dimensions de la première électrode 205.
La couche supplémentaire 206 est, par exemple, en cuivre.
La couche OTS 204 a pour propriété d'avoir une baisse significative de résistivité quand la tension appliquée entre la couche supplémentaire 206 et la résistance 202 dépasse une tension de seuil V TH . La diminution (ou l'augmentation) déclenchée par la tension appliquée entre le haut et le bas de la couche permet d'envisager la couche comme formant un commutateur entre une état "arrêt" et un état "marche". Si la tension appliquée à la couche OTS 204 est inférieure au seuil V TH de la couche OTS 204, la couche OTS 204 reste dans son état "arrêt" de forte résistivité. Dans cet état, seul passe un courant de fuite par la cellule électronique 200. Si une tension supérieure au seuil V TH est appliquée, la couche OTS layer 204 passe à l'état "marche" et fonctionne dans un état de relativement faible résistivité. À l'état "marche", le courant traverse la cellule électronique 200. La tension de seuil V TH de la couche OTS 204 est, par exemple, entre 0,5 V et 5 V inclus.
La couche OTS 204 est, par exemple, constituée d'un matériau chalcogénure, ex. germanium. Sinon, la couche OTS est constitué de n'importe quel autre matériau chalcogénure, choisi par exemple dans le groupe suivant : germanium (Ge), tellure (Te), sélénium (Se), arsenic (As) et toute combinaison ou alliage de ces matériaux. La couche OTS peut aussi, par exemple, être dopé, de préférence à l'antimoine (Sb), à l'indium (In) ou au silicium (Si).
On peut trouver d'autres exemples de matériaux ovoniques adaptés pour former une couche OTS 204 dans la demande de brevet européen n° EP09180927, précédemment déposée par le demandeur, dont le contenu est incorporé dans la présente en référence dans la mesure autorisée par la loi.
De manière préférentielle, dans un mode de réalisation illustré aux figures 8 à 11 et afin de fournir une ergonomie améliorée, le connecteur A comporte un enrouleur 7. Dans le mode de réalisation illustré à la , l’enrouleur 7 est configuré pour enrouler ou dérouler un élément filaire 8 et modifier la longueur du brin d’élément filaire 8 qui est saillant hors du connecteur A. L’élément filaire 8 possède une première extrémité 8a fixée à un tambour 9 de l’enrouleur 8 et une deuxième extrémité 8b qui est mobile par rapport au tambour 9. L’enrouleur 7 est monté fixement au corps 1 pour avoir un meilleur fonctionnement.
La portion de poignée 1b est creuse et le tambour 9 est fixé au corps 1 à l’intérieur de la portion de poignée 1b. Le tambour 9 est installé dans la portion de poignée 1b. Lors de la préhension de la portion de poignée 1b pour déplacer le connecteur A, l’enrouleur 7 ne représente pas une gêne et il ne gêne pas l’actionnement du doigt 2. Cette configuration permet d’avoir un fonctionnement du connecteur A qui est proche du fonctionnement des connecteurs de l’art antérieur. L’installation de l’enrouleur 7 avec le connecteur A a pour effet d’augmenter le poids du connecteur A. Cependant, lorsque le connecteur A est fixé à un point d’ancrage, le poids de l’enrouleur 7 est supporté par le point d’ancrage ce qui permet de soulager l’utilisateur.
La première extrémité 8a de l’élément filaire 8 est fixée au tambour 9 pour enrouler ou dérouler l’élément filaire 8 et former un élément filaire 8 à longueur variable. La deuxième extrémité 8b est destinée à se fixer directement ou indirectement à un harnais d’encordement. Au fur et à mesure que l’utilisateur se déplace par rapport à son point d’ancrage, la longueur effective d’élément filaire 8 est ajustée par le tambour 9 ce qui permet d’ajuster au mieux la longueur de l’élément filaire 8 et de détecter plus rapidement une chute de l’utilisateur en détectant plus rapidement une évolution rapide de la vitesse de rotation du tambour 9.
Le poids du tambour 9 et de la portion non-active d’élément filaire 8 est appliqué sur le connecteur A qui est destiné à se fixer au point d’ancrage. Lorsque le connecteur A est fixé au point d’ancrage, l’utilisateur ne subit pas le poids du tambour 9 et d’une partie de l’élément filaire 8 ce qui lui permet d’avoir une masse à déplacer plus faible que dans la configuration de l’art antérieur.
Le corps 1 définit une portion de poignée 1b qui est destinée à accepter une préhension à une main. La section de la portion de poignée 1b est adaptée à la taille d’une main dans sa largeur et dans son épaisseur, c’est-à-dire selon les deux directions perpendiculaires à la direction longitudinale qui relie la portion de crochet 1a à la portion de poignée 1b. La portion de poignée 1b s’étend depuis la portion de crochet 1a selon une direction qui correspond sensiblement à une extraction d’un élément hors de la portion de crochet 1a en passant par l’ouverture. De manière préférentielle, la portion de poignée 1b s’étend depuis la deuxième extrémité 2b du doigt 2 jusqu’à l’extrémité du corps 1 opposée lorsque le doigt 2 est dans la position fermée.
La portion de poignée 1b et la portion de crochet 1a sont montées immobiles l’une par rapport à l’autre. Cela permet de faciliter la manipulation de la portion de crochet 1a au moyen de la portion de poignée 1b.
Le connecteur A possède une ouverture de section importante afin de faciliter l’accrochage et la séparation avec les multiples points d’ancrage que l’utilisateur peut choisir tout au long de sa période de travail. Par exemple, l’ouverture possède une largeur qui est supérieure ou égale à la largeur de la portion de poignée 1b.
De manière préférentielle, la première extrémité 8a de l’élément filaire 8 est indissociable du connecteur A.
Dans un mode de réalisation particulier illustré aux différentes figures, le doigt 2 est monté mobile dans un plan de déplacement, par exemple le doigt 2 coulisse dans un plan, et le tambour 9 est monté mobile en rotation autour d’un premier axe de rotation 10 perpendiculaire à ce plan de déplacement. Ce montage permet d’avoir un tambour 9 dont le diamètre représente sensiblement la largeur de la portion de poignée 1b et qui est compatible avec une préhension d’une main adulte tout en apte à utiliser un élément filaire 8 qui est une sangle. En d’autres termes, ce montage permet de limiter le diamètre du tambour 9 ce qui permet de maintenir une largeur acceptable pour la portion de poignée 1b. Il est avantageux d’utiliser un élément filaire 8 qui est une sangle ce qui permet d’adapter la largeur de la sangle avec l’épaisseur du tambour 9.
Avantageusement, le tambour 9 est monté mobile en rotation autour d’un arbre de rotation 10 monté fixement au corps 1. Ce mode de réalisation permet d’améliorer la compacité de la portion de poignée 1b.
Préférentiellement, le connecteur A comporte un ressort 11 ayant une première extrémité fixée au corps 1 et une deuxième extrémité fixée à l’enrouleur 7 pour s’opposer à une rotation du tambour 9 correspondant à un déroulement de l’élément filaire 8. Ce mode de réalisation est plus intéressant pour fournir un effort maitrisé du ressort 11. Dans l’exemple illustré aux figures 8 et 9, le ressort 11 est fixé à un arbre de rotation 12 qui n’est pas circulaire. Une autre configuration est possible. Le ressort 11 est un ressort en torsion qui prend appui sur l’arbre de rotation 12. Le ressort 11 applique une force destinée à s’opposer à un déroulement de l’élément filaire 8 et qui réalise l’enroulement de l’élément filaire 8 lorsque l’élément filaire 8 n’est pas sollicité.
Dans un mode de réalisation avantageux qui permet de limiter l’épaisseur et/ou la largeur de la portion de poignée 1b, l’enrouleur 7 comporte un tambour 9 monté rotatif et une roue rotative 13 qui sont liés fonctionnellement pour tourner ensemble dans la cavité délimitée par la portion de poignée 1b. L’élément filaire 8 est fixé au tambour 9 et le ressort 11 a la deuxième extrémité fixée à la roue rotative 13. Le tambour 8 et la roue rotative 13 sont disposés l’un derrière l’autre entre la portion de crochet 1a et la fente de sortie de l’élément filaire 8. Un effort appliqué sur l’élément filaire 8 pour dérouler l’élément filaire 8 fait tourner le tambour 9 et fait tourner la roue rotative 13. En l’absence de sollicitation sur l’élément filaire 8, le ressort 11 fait tourner la roue rotative 13 ce qui fait tourner le tambour 9 pour enrouler l’élément filaire 8. La roue rotative 13 est traversée par l’arbre de rotation 12 et tourne autour de l’arbre de rotation 12.
La roue rotative 13 et le tambour 9 représentent deux fonctions distinctes de l’enrouleur 7. Le tambour 9 réalise le stockage de l’élément filaire 8 tandis que la roue rotative 13 assure la gestion de l’effort d’enroulement de l’élément filaire 8 en l’absence de sollicitation pour le déroulement. En dissociant ces deux fonctions sur deux éléments rotatifs distincts, il devient possible de réduire l’encombrement selon la direction représentée par l’axe de rotation 10, c’est-à-dire selon le sens de l’épaisseur. Dans les dispositifs de l’art antérieur, les deux fonctions sont installées autour d’un même arbre de rotation l’une derrière l’autre selon l’axe de rotation ce qui implique la formation d’un enrouleur plus épais ce qui complique sa préhension à une main.
De manière particulièrement avantageuse, lorsque le doigt 2 est mobile dans un plan de déplacement, la roue rotative 13 et le tambour 9 sont chacun montés rotatifs autour d’axes de rotation qui sont parallèles à une direction perpendiculaire audit plan de déplacement du doigt 2. Cette configuration permet une bonne adaptation entre la forme de la portion de poignée 1b et l’actionnement du doigt 2, et plus particulièrement dans la configuration illustrée aux figures 1 à 6. Il est avantageux que l’enrouleur 7 soit disposé près de la gâchette 3 et de la commande de manière à avoir une poignée compacte qui permet de tenir le connecteur A à une main et de pouvoir actionner la gâchette 3 et la commande 4 pour ouvrir le connecteur 2. Avantageusement, le doigt 2 est séparé de l’enrouleur par le jeu d’engrenages qui relie mécaniquement la gâchette 3 et le doigt 2.
Préférentiellement, la roue rotative 13 et le tambour 9 sont respectivement une roue dentée et un tambour denté engrenés ensemble. L’utilisation de deux éléments dentés permet d’avoir un accouplement efficace entre la roue rotative 13 et le tambour 9. Dans les modes de réalisation illustrés, les dents sont conformées pour autoriser un engrenage entre le tambour 9 et la roue rotative 13. Cependant, un autre type d’accouplement est possible, par exemple par une courroie ou une chaine. Les dents peuvent avoir une forme différente et elles peuvent être remplacées par un autre système.
Dans un mode de réalisation particulier, le tambour 9 possède un bloqueur 14 configuré pour détecter une vitesse de rotation du tambour 9 et bloquer la rotation du tambour 9 lorsque la vitesse détectée atteint une vitesse seuil de déroulement de l’élément filaire 8. Le bloqueur 14 possède au moins un bras 15 qui se déplace sous l’effet d’une force centrifuge, par exemple qui se déplace à pivotement. Le bras 15 est associé à un ressort additionnel qui s’oppose à la force centrifuge. Lorsque la vitesse de rotation se rapproche de la vitesse seuil, l’effort centripète appliqué par le ressort additionnel est compensé par la force centrifuge. Lorsque la vitesse seuil est atteinte, le bras 15 s’écarte et vient en contact d’un obstacle qui bloque la rotation du tambour 9. Le bras 15 bloque la rotation du tambour 9. Le bloqueur 14 est configuré pour bloquer la rotation du tambour 9 dans le sens du déroulement de l’élément filaire 8. La vitesse seuil est choisie de manière à représenter la vitesse d’une chute de l’utilisateur. Le blocage du tambour 9 permet d’éviter que l’utilisateur atteigne une vitesse trop importante et que la longueur de l’élément filaire 8 soit trop importante.
Chaque espaceur 6 présente une structure configurée pour s’installer de manière démontable sur une cellule 3, préférentiellement par clipsage ou par collage. Selon un mode de réalisation, la structure de l’espaceur 6 est ajustée (par exemple, par une déformation élastique) à la forme de la cellule 3 pour être montée serrée sur celle-ci, de sorte que les contacts entre ladite structure et ladite cellule sont des contacts étanches au fluide. Selon une variante de réalisation, les espaceurs 6 sont fixés de manière indémontable sur les cellules 3, par exemple par collage.
Ces espaceurs 6 définissent également une portion du circuit de circulation du fluide caloporteur. Ainsi, la présence des espaceurs 6 au contact des grandes faces transversales 31 des cellules 3 permet un refroidissement desdites grandes faces par le circuit de circulation du fluide caloporteur.
Avantageusement, les espaceurs 6 présentent une conductivité thermique relativement faible, de manière à jouer un rôle d’isolant thermique entre les cellules 3. De manière préférentielle, les espaceurs 6 sont réalisés en un matériau présentant une conductivité thermique d’au plus 0,4 W.m −1 .K −1 , de préférence d’une conductivité thermique d’au plus 0,2 W.m −1 .K −1 . Le matériau utilisé peut être un polymère ou un matériau composite à base polymère, tel qu’un polyamide ignifugé, ou un matériau de la famille des silicates, de préférence en silicate de calcium renforcé par des fibres.
Lorsque les cellules 3 sont installées en configuration d’usage dans un logement, la zone d’appui 60 vient non seulement en appui contre la grande face transversale 31 de la cellule 3 contre laquelle l’espaceur 6 est installé (ci-après nommée la grande face transversale « avant »), mais vient également en appui contre la grande face transversale de la cellule adjacente (ci-après, la grande face transversale « arrière »). La zone d’appui 60 est ainsi prise en sandwich entre les grandes faces transversales 31 adjacentes des cellules 3. Selon un mode préféré de réalisation, les contacts entre la zone d’appui 60 et les grandes faces transversales 30 avant et arrière des cellules 3 adjacentes sont des contacts étanches au fluide.