CA3062028A1 - Installation d'assemblage de membranes pour pile a combustible - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une Installation (1) pour l'assemblage de membranes pour pile à combustible comprenant : -un premier poste (A1) de stockage de membranes électrodes, un deuxième poste (A2) de stockage de membranes renfort, un poste -d'empilement des membranes des premier (A1) et deuxième (A2) postes de stockage, et un poste (P) de pressage et de chauffage d'un assemblage de membranes, -des moyens de convoyage et de manipulation (B1, B2) des membranes des premier (A1) et deuxième (A2) postes de stockage, d'un empilement du poste d'empilement et d'un assemblage de membranes du poste de pressage et de chauffage.
Description
INSTALLATION D'ASSEMBLAGE DE MEMBRANES POUR PILE A
COMBUSTIBLE
DOMAINE
[001] La présente invention concerne le domaine des dispositifs d'assemblage membrane / électrodes pour pile à combustible.
CONTEXTE
COMBUSTIBLE
DOMAINE
[001] La présente invention concerne le domaine des dispositifs d'assemblage membrane / électrodes pour pile à combustible.
CONTEXTE
[002] Les piles à combustible à membrane d'échange de protons, dites PEMFC correspondant à l'acronyme anglais de proton exchange membrane fuel cells ou polymer electrolyte membrane fuel cells , présentent des propriétés de compacité particulièrement intéressantes.
Chaque cellule comprend une membrane électrolyte polymère permettant seulement le passage de protons et non le passage des électrons. La membrane est mise en contact avec une anode sur une première face et avec une cathode sur une deuxième face pour former un assemblage membrane/électrodes dit AME.
Chaque cellule comprend une membrane électrolyte polymère permettant seulement le passage de protons et non le passage des électrons. La membrane est mise en contact avec une anode sur une première face et avec une cathode sur une deuxième face pour former un assemblage membrane/électrodes dit AME.
[003] L'assemblage précité est généralement réalisé par superposition successive des différentes membranes et électrodes avec une interposition de membranes de renfort permettant de supporter l'assemblage. Toutefois, pour assurer un bon positionnement des différents éléments entre eux, il est impératif de garantir un positionnement optimal de la membrane électrolyte polymère avec la membrane de renfort. Une solution évidente serait d'utiliser un appareil robotisé qui serait apte à réaliser successivement l'assemblage des différents éléments entre eux. Toutefois, aucun des dispositifs ou installations automatisés actuels ne s'avèrent satisfaisants en terme de compacité et de rapidité d'assemblage.
RESUME DE L'INVENTION
RESUME DE L'INVENTION
[004] Le présent document concerne ainsi une installation pour l'assemblage de membranes pour pile à combustible comprenant :
- un premier poste de stockage de membranes électrodes, un deuxième poste de stockage de membranes renfort, un poste d'empilement des membranes des premier et deuxième postes de stockage, et un poste de pressage et de chauffage d'un assemblage de membranes, - des moyens de convoyage et de manipulation des membranes des premier et deuxième postes de stockage, d'un empilement du poste d'empilement et d'un assemblage de membranes du poste de pressage et de chauffage, et optionnellement, - des moyens de commande des moyens de convoyage et de manipulation configurés pour que le départ d'un empilement du poste d'empilement vers le poste de pressage et de chauffage soit suivi d'une nouvelle étape d'empilement sur le poste d'empilement.
- un premier poste de stockage de membranes électrodes, un deuxième poste de stockage de membranes renfort, un poste d'empilement des membranes des premier et deuxième postes de stockage, et un poste de pressage et de chauffage d'un assemblage de membranes, - des moyens de convoyage et de manipulation des membranes des premier et deuxième postes de stockage, d'un empilement du poste d'empilement et d'un assemblage de membranes du poste de pressage et de chauffage, et optionnellement, - des moyens de commande des moyens de convoyage et de manipulation configurés pour que le départ d'un empilement du poste d'empilement vers le poste de pressage et de chauffage soit suivi d'une nouvelle étape d'empilement sur le poste d'empilement.
[005] Dans l'installation, les membranes électrodes sont agencées dans un premier poste de stockage et les secondes membranes renfort sont agencées dans un deuxième poste de stockage indépendant du premier poste. Un poste d'empilement également indépendant des premier et deuxième postes de stockage permet de réaliser l'empilement de membranes des premier et deuxième postes. Avantageusement, lorsqu'un empilement est obtenu sur le poste d'empilement, l'ensemble ainsi réalisé
est déplacé au niveau du poste de pressage et de chauffage.
est déplacé au niveau du poste de pressage et de chauffage.
[006] L'utilisation de plusieurs postes disjoints permet de garantir un stockage et un positionnement des membranes dans une position connue prédéterminée et réalisant un centrage et un positionnement adéquat des membranes dans leur poste. Il est ainsi possible de réaliser un empilement de manière précise des membranes électrodes et membranes de renfort sur le poste d'empilement, ce qui serait difficilement réalisable avec un seul et uniquet poste comprenant les différentes membranes du fait de leurs dimensions (encombrement différent) respectives différentes. Notons également que les postes ne sont pas limités au stockage des seules membranes indiquées de sorte qu'il doit être compris que les postes de stockage doivent permettre un stockage de la membrane citée tout en pouvant le cas échéant permettre le stockage d'une autre membrane. Ainsi, le second poste peut permettre le stockage d'une membrane renfort à
laquelle est fixée une autre membrane de sorte que le second poste est bien un poste de stockage de membranes renfort mais pas uniquement de membranes renfort.
laquelle est fixée une autre membrane de sorte que le second poste est bien un poste de stockage de membranes renfort mais pas uniquement de membranes renfort.
[007] De plus, il doit être compris que les postes ont vocation à permettre un stockage desdites membranes concernées sans que ces postes, selon la définition donnée précédemment de l'installation, comprennent nécessairement lesdites membranes.
[008] Selon une autre caractéristique, les moyens de convoyage et de manipulation comprennent au moins un premier et un second manipulateurs comprenant des moyens de prise et de pose de membranes, le premier bras étant configuré pour déplacer une membrane électrode du premier poste de stockage vers le poste d'empilement et le second bras étant configuré pour déplacer une ou plusieurs membranes du deuxième poste de stockage vers le poste de pressage et de chauffage.
[009] Ainsi, à chaque poste de stockage, comprenant un type de membrane donné, est associé un manipulateur dédié de déplacement des membranes vers le poste d'empilement, ce qui permet d'optimiser les réglages des moyens de prise et de pose pour chaque type de membrane du fait notamment des épaisseurs différentes des membranes électrodes et des membranes renfort et des rigidités/souplesses différentes des membranes.
[010] Ceci est plus particulièrement adapté, lorsque les moyens de prise et de pose des premier et second manipulateurs comprennent des moyens de préhension à aspiration, la dépression appliquée à la surface d'une membrane étant prédéterminée pour chacun des manipulateur en fonction de la membrane à saisir.
[011] Selon une autre caractéristique de l'installation, le premier manipulateur comprend une pluralité de ventouses à soufflets reliées à des moyens de fourniture d'une dépression. Quant au second manipulateur, il peut comprendre un cadre rigide comportant une face plane de préhension comportant une pluralité de perforations reliées à des moyens de fourniture d'une dépression.
[012] Dans une configuration particulière de l'installation, le premier manipulateur est articulé pour pouvoir effectuer un premier déplacement d'une membrane électrode depuis le premier poste de stockage jusque sur un plateau du poste d'empilement avec un retournement de la membrane électrode et pour pouvoir effectuer un second déplacement d'une membrane électrode depuis le premier poste de stockage jusque sur le plateau du poste d'empilement sans retournement de la membrane électrode.
[013] Chaque membrane électrode peut comprendre une première couche et une seconde couche distinctes l'une de l'autre. La première couche peut être une couche de diffusion formée d'un tissu de carbone sur laquelle est déposée la seconde couche catalytique comprenant un liant incorporant un catalyseur tel que du platine. Cette configuration de l'articulation du premier manipulateur des membranes électrodes autorise la réalisation d'un empilement d'une électrode puis d'une membrane renfort et la réalisation d'un empilement d'une membrane renfort puis d'une membrane électrode, avec la seconde couche agencée en vis-à-vis de la membrane renfort, et ceci en utilisant un premier poste comprenant un empilement, de préférence vertical, de membranes électrodes les unes au-dessus des autres d'une manière identique, avec les premières couches agencées vers le haut de manière à pouvoir être saisies par les moyens de prise et de pose du premier manipulateur, évitant une préhension sur la seconde couche des électrodes qui porte le catalyseur.
[014] Préférentiellement, le poste d'empilement comprend un plateau pourvu d'une échancrure dimensionnée pour recevoir une partie du premier bras manipulateur portant une électrode tandis que celle-ci affleure une surface supérieure du plateau.
[015] Selon une autre caractéristique de l'installation, les moyens de convoyage et de manipulation comprennent un troisième manipulateur 5 comprenant des moyens de prise et de pose d'une membrane de support stockée dans un troisième poste de stockage, ce troisième manipulateur étant configuré pour amener la membrane de support depuis le troisième poste de stockage vers le poste de pressage et de chauffage. La membrane support peut être bloquée dans un cadre métallique manipulable par les moyens de prise et de pose du troisième manipulateur.
[016] Les moyens de prise et de pose du troisième manipulateur peuvent comprendre des moyens de préhension magnétiques tels que des électroaimants dont l'aimantation est pilotée par les moyens de commande.
[017] Egalement, le poste de pressage et de chauffage peut être intercalé
selon une direction donnée entre un rail longitudinal de déplacement du troisième manipulateur et le poste d'empilement, ladite direction longitudinale du rail étant perpendiculaire à ladite direction donnée.
selon une direction donnée entre un rail longitudinal de déplacement du troisième manipulateur et le poste d'empilement, ladite direction longitudinale du rail étant perpendiculaire à ladite direction donnée.
[018] Le poste d'empilement peut être agencé selon la direction longitudinale entre le premier poste de stockage et le deuxième poste de stockage.
[019] L'installation peut comprendre un quatrième poste de stockage de feuilles intercalaires et un quatrième manipulateur de feuilles intercalaires configuré pour déplacer une feuille intercalaire du premier poste de stockage vers ledit quatrième poste de stockage. Ces feuilles intercalaires peuvent être intercalées entre deux membranes électrodes du premier poste de stockage. Une feuille intercalaire assure en premier lieu une fonction de protection de la seconde couche active en limitant les frottements de la seconde couche d'une électrode avec une première couche d'une électrode adjacente, lorsque les électrodes sont toutes positionnées de la même façon, avec la première couche ou couche de diffusion orientée vers le haut et apte à être saisie par les moyens de préhension. De plus, l'utilisation d'une feuille intercalaire présentant une surface lisse, au moins plus lisse que la seconde couche de l'électrode, évite que la préhension par aspiration n'induise une préhension de deux électrodes simultanément, ce qui pourrait être le cas en l'absence de feuille intercalaire.
[020] Selon une autre caractéristique, l'installation comprend un poste de découpe, de préférence par des moyens laser, d'un contour au travers de l'assemblage de membranes après pressage et chauffage à l'aide du poste de pressage et de chauffage.
[021] De préférence, le premier poste de stockage et le deuxième poste de stockage comprennent chacun un magasin de stockage et des moyens de positionnement dans une position prédéterminée des membranes du poste associé. Ainsi, le positionnement dans l'espace de chacune des membranes du premier poste et du deuxième poste est réalisé au niveau d'un référentiel de chacun des postes de stockage et évite ainsi d'avoir à effectuer une détermination active, par des moyens optiques par exemple, dans l'espace des positions des membranes au niveau du poste d'empilement.
[022] Préférentiellement, chaque magasin est guidé à déplacement rectiligne selon une direction donnée, de préférence verticale, sur un bâti fixe et comprend des moyens d'amortissement et de rappel du magasin dans une position prédéterminée en l'absence de force exercée sur le magasin, selon ladite direction, par un manipulateur de préhension d'une membrane du magasin considéré, ce qui permet de faciliter la préhension de chaque membrane par un manipulateur en évitant que le contact du manipulateur avec la membrane supérieure de l'empilement de membranes du magasin n'induise des contraintes excessives sur le manipulateur et sur la membrane que l'on vient saisir.
[023] Avantageusement, le poste d'empilement comprend des moyens de solidarisation d'un empilement réalisé au niveau du poste d'empilement.
Cela permet de solidariser les membranes empilées dans une position prédéterminée sur le poste d'empilement avant de les déplacer vers le poste de pressage et de chauffage.
Cela permet de solidariser les membranes empilées dans une position prédéterminée sur le poste d'empilement avant de les déplacer vers le poste de pressage et de chauffage.
[024] Dans une première utilisation possible de l'installation, celle-ci est telle que:
- le premier poste de stockage comprend un empilement selon une direction verticale de membranes électrodes ayant de préférence une couche de diffusion qui est agencée vers le haut, - le deuxième poste de stockage comprend un empilement d'une alternance de premières membranes renfort comprenant une ouverture et de secondes membranes renfort comprenant une ouverture, chaque seconde membrane renfort étant solidaire d'une membrane électrolyte polymère qui obture son ouverture et qui est agencée en vis-à-vis d'une première membrane renfort, la membrane électrolyte polymère étant dimensionnée de manière à ce que son bord externe soit inscrit entre les bords internes et externes des première et seconde membranes de renfort, - le troisième poste de stockage comprend un empilement de membranes support comportant un bord externe et un bord interne délimitant une ouverture de la membrane support, cette ouverture étant dimensionnée de manière à ce que la membrane électrolyte polymère puisse s'inscrire dans ladite ouverture et à ce que la première membrane renfort et la seconde membrane renfort puissent recouvrir tout le bord interne de la membrane support.
- le premier poste de stockage comprend un empilement selon une direction verticale de membranes électrodes ayant de préférence une couche de diffusion qui est agencée vers le haut, - le deuxième poste de stockage comprend un empilement d'une alternance de premières membranes renfort comprenant une ouverture et de secondes membranes renfort comprenant une ouverture, chaque seconde membrane renfort étant solidaire d'une membrane électrolyte polymère qui obture son ouverture et qui est agencée en vis-à-vis d'une première membrane renfort, la membrane électrolyte polymère étant dimensionnée de manière à ce que son bord externe soit inscrit entre les bords internes et externes des première et seconde membranes de renfort, - le troisième poste de stockage comprend un empilement de membranes support comportant un bord externe et un bord interne délimitant une ouverture de la membrane support, cette ouverture étant dimensionnée de manière à ce que la membrane électrolyte polymère puisse s'inscrire dans ladite ouverture et à ce que la première membrane renfort et la seconde membrane renfort puissent recouvrir tout le bord interne de la membrane support.
[025] Dans une seconde utilisation possible de l'installation, celle-ci est telle que:
- le premier poste de stockage comprend un empilement selon une direction verticale de membranes électrodes ayant de préférence une couche de diffusion qui est agencée vers le haut, - le deuxième poste de stockage comprend un empilement de membranes renfort comprenant chacune une ouverture, - le troisième poste de stockage comprend un empilement de membranes support chacune formée par une membrane électrolyte polymère.
- le premier poste de stockage comprend un empilement selon une direction verticale de membranes électrodes ayant de préférence une couche de diffusion qui est agencée vers le haut, - le deuxième poste de stockage comprend un empilement de membranes renfort comprenant chacune une ouverture, - le troisième poste de stockage comprend un empilement de membranes support chacune formée par une membrane électrolyte polymère.
[026] La membrane support peut être supportée par un cadre, par exemple métallique. Ce cadre assure une mise en tension de la membrane support afin d'assurer sa planéité sans déformation.
[027] Le présent document concerne un plateau de chauffage et de refroidissement destiné à être utilisé dans un poste de pressage et de chauffage tel que décrit précédemment. Le plateau peut comprendre intérieurement au moins un cordon chauffant et un circuit de liquide de refroidissement.
[028] L'utilisation d'un tel plateau permet de réaliser un chauffage rapide du plateau et un refroidissement rapide du fait l'intégration d'un circuit de liquide.
[029] Selon une autre caractéristique, le cordon chauffant et le circuit de liquide de refroidissement sont chacun agencés sensiblement dans un plan, ces plans étant différents, c'est-à-dire distinct, l'un de l'autre et parallèles entre eux et à des première et seconde faces du plateau, de sorte à avoir successivement une première face du plateau, le cordon chauffant, le circuit de refroidissement puis la seconde face du plateau.
[030] De préférence, on agencera le plan du cordon chauffant au plus proche d'une surface du plateau de manière à pouvoir la mettre en contact avec un élément à chauffer.
[031] Selon une autre caractéristique, la première face comprend au moins un sillon logeant ledit cordon chauffant et dans lequel le circuit de refroidissement comprend au moins un canal de circulation de liquide de refroidissement.
[032] Afin de permettre une bonne répartition du froid et du chaud, chacun du ou des canaux de refroidissement et du ou des sillons sont du type à
serpentin.
serpentin.
[033] Le plateau peut comprendre au moins une première plaque réalisée dans un matériau thermiquement conducteur, cette première plaque comprenant sur une première face formant la première face du plateau ledit au moins un sillon et sur une seconde face opposée au moins une rainure obturée par une seconde plaque de manière à former un canal de circulation de liquide de refroidissement.
[034] La première plaque peut être formée de deux épaisseurs assemblées l'une à l'autre avec un ciment thermoconducteur pour favoriser les flux thermiques de l'une à l'autre des deux épaisseurs, une première épaisseur intégrant le cordon chauffant et une seconde épaisseur intégrant le circuit de refroidissement.
[035] De préférence, au moins l'un dudit au moins un sillon et dudit au moins un canal débouche sur un flanc de ladite première plaque ou du plateau.
[036] Selon une autre caractéristique, la première plaque est réalisée dans un matériau, par exemple métallique, ayant un coefficient de conduction thermique d'au moins 100 W/m/K et un module d'Young d'au moins 100 GPa. Une telle combinaison permet d'avoir un excellent compromis pour un matériau présentant de bonnes propriétés de conduction thermique (performance en chauffe et refroidissement), de bonnes propriétés mécaniques lui permettant de supporter les efforts de compression tout en autorisant une fabrication simple par usinage du circuit de refroidissement.
[037] Un bon exemple de matériau est le cuivre qui présente un coefficient de conductivité thermique de 390 W/m/K et un module d'Young de 124 GPa.
Le laiton conviendrait également puisqu'il présente un coefficient de conductivité thermique de 120 W/m/K et un module d'Young de 100 à 130 GPa.
Le laiton conviendrait également puisqu'il présente un coefficient de conductivité thermique de 120 W/m/K et un module d'Young de 100 à 130 GPa.
[038] De préférence, le cordon chauffant est du type résistif et comprend deux extrémités libres reliées à des moyens d'alimentation électrique.
[039] Les cordons chauffants peuvent être matés extérieurement par un fil de nickel.
[040] Selon une autre caractéristique, le circuit de refroidissement comprend au moins deux parties fluidiquement indépendantes et agencées côte à côte et s'étendant dans un même plan.
[041] Egalement, chaque partie de circuit peut être du type à serpentin comprenant une entrée et une sortie, la distance le long du circuit de l'entrée du circuit au centre de la plaque étant inférieure à la distance de la sortie du circuit au centre de la plaque.
[042] Le présent document concerne également un ensemble comprenant un plateau et une plaque de compression réalisée dans un matériau 5 thermiquement conducteur, cette plaque de compression étant appliquée sur la première face du plateau et étant dimensionnée de manière à ce que les masses de matière de part et d'autre d'un plan médian du cordon chauffant soient sensiblement identiques, afin de limiter les effets de cintrage de la première plaque.
10 [043] En outre, est encore concerné une presse pour fabriquer un assemblage membrane/électrodes pour pile à combustible comprenant un piston comportant à une extrémité libre un plateau du type décrit ci-dessus ou un ensemble tel qu'évoqué précédemment.
[044] Egalement, la presse peut comprendre un support statique en vis-à-vis du piston, le support portant un plateau du type décrit précédemment ou un ensemble tel qu'évoqué précédemment.
[045] Par ailleurs, il est également décrit une presse hydraulique pour fabriquer un assemblage membrane/électrodes pour pile à combustible comprenant un piston comprenant à une extrémité un plateau de chauffage et de refroidissement sur lequel est appliqué une plaque de compression amovible destinée à venir en contact avec un assemblage membranes/électrodes.
[046] Une telle presse permet d'adapter la zone de chauffage et de refroidissement aux dimensions de l'assemblage membrane/électrodes que l'on souhaite réaliser, en changeant uniquement la plaque de compression, ce qui s'avère simple et rapide à effectuer. La plaque de compression est réalisée dans un matériau bon conducteur thermique. Elle peut avoir les mêmes propriétés de transfert caloriques et de résistance mécanique que le plateau de chauffage et de refroidissement. Elle peut être réalisée dans un matériau identique à celui de la plaque de chauffage et de refroidissement.
[047] L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
- la figure 1 est une illustration schématique d'un premier assemblage électrode-membrane électrolyte polymère-électrode destiné à être réalisé avec une installation selon l'invention ;
- la figure 2 est une illustration schématique d'un second assemblage électrode-membrane électrolyte polymère-électrode destiné à être réalisé avec une installation selon l'invention ;
- la figure 3 est vue schématique en perspective de l'installation selon l'invention ;
- la figure 4 est une autre vue schématique en perspective de l'installation selon l'invention ;
- la figure 5 est une représentation schématique de l'installation selon l'invention ;
- la figure 6 est une vue schématique en perspective de face de plusieurs postes de l'installation selon l'invention, notamment d'un poste d'empilement et de deux postes de stockage de membranes agencés de part et d'autre dudit poste d'empilement ;
- les figures 7 et 8 sont des vues schématique en perspective similaire à
la figure 6 et selon deux angles de vue différents ;
- la figure 9 est une vue schématique en perspective du poste d'empilement et des moyens de solidarisation d'un empilement ;
- la figure 10 est une vue schématique en perspective et isolée des moyens de solidarisation ;
- la figure 11 est une vue schématique en perspective d'un premier poste de stockage de membranes électrodes ;
- la figure 12 est une vue schématique en perspective d'un premier manipulateur des membranes électrodes ;
- la figure 13 est une vue schématique en perspective du premier poste et d'un manipulateur d'intercalaires ;
- la figure 14 est une vue schématique en perspective d'un deuxième poste de stockage de membranes renfort ;
- la figure 15 est une vue schématique en perspective d'un deuxième manipulateur de membranes renfort ;
- la figure 16 est une vue schématique en perspective d'un troisième manipulateur monté sur un rail longitudinal de déplacement ;
- la figure 17 est une vue schématique en perspective isolée du troisième manipulateur de la figure 16 ;
- les figures 18 à 21 représentent les étapes de réalisation d'un premier empilement de membranes ;
- les figures 22 à 24 représentent les étapes de réalisation d'un second empilement de membranes ;
- la figure 25 est une illustration d'un mode d'empilement de membranes aux fins d'obtention de l'assemblage représenté en figure 1 ;
- la figure 26 est une illustration schématique des contours des éléments de la figure 25;
- la figure 27 est une illustration d'un mode d'empilement de membranes aux fins d'obtention de l'assemblage représenté en figure 2 ;
- la figure 28 est une vue schématique en coupe d'un plateau de chauffage et de refroidissement selon l'invention ;
- la figure 29 est une vue schématique d'une première réalisation d'un circuit de refroidissement pour un plateau de chauffage et de refroidissement ;
- les figures 30 et 31 sont des vues schématiques d'une seconde réalisation d'un circuit de refroidissement pour un plateau de chauffage et de refroidissement ;
- la figure 32 est une vue schématique en coupe des moyens de chauffage pour un plateau de chauffage et de refroidissement ;
- les figure 33 à 36 représentent une première réalisation d'une presse comprenant un plateau de chauffage et de refroidissement ;
- les figures 37 à 39 représentent une seconde réalisation d'une presse comprenant un plateau de chauffage et de refroidissement.
DESCRIPTION DETAILLEE
[048] On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente un assemblage membrane électrolyte polymère/électrodes dit AME, destiné à être obtenu 10 avec l'installation décrite en référence aux figures 3 et suivantes, et comprenant les éléments successifs du bas vers le haut :
- une première électrode 12 ou électrode inférieure apte à former une anode dans une pile à combustible, - une première membrane 14 ou membrane inférieure de renfort comprenant un bord interne 14b délimitant une ouverture 14a obturée inférieurement par la première électrode 12, le bord externe 12a de la première électrode 12 étant en contact avec le bord interne 14b de la première membrane renfort 14, - une membrane électrolyte polymère 16 assurant une conduction protonique, - une seconde membrane 18 ou membrane supérieure de renfort comprenant un bord interne 18b délimitant une ouverture 18a, - une seconde électrode 20 ou électrode supérieure apte à former une cathode dans une pile à combustible et obturant supérieurement l'ouverture 18a de la membrane 18 supérieure de renfort, le bord externe 20a de la seconde électrode 20 étant en contact avec le bord interne 18b de la seconde membrane renfort 18.
[049] Chaque membrane électrode 12, 20 comprend une première couche et une seconde couche distinctes l'une de l'autre. La première couche est une couche de diffusion formée d'un tissu de carbone sur laquelle est déposée la seconde couche catalytique comprenant un liant incorporant un catalyseur tel que du platine. Dans l'agencement représenté, la seconde couche catalytique est agencée au contact de la membrane électrolyte polymère 16.
[050] On comprend que sur la figure 1, les différentes couches précitées sont en contact les unes avec les autres et que les espacements entre lesdites couches n'existent pas dans un assemblage réel. Ainsi, l'assemblage membrane/électrodes est dépourvu d'espaces ou cavités à
l'intérieur de celui-ci. En pratique, la première électrode 12 et la seconde électrode 20 sont chacune en contact avec la membrane électrolyte polymère 16. Comme cela est bien visible sur cette figure, la membrane électrolyte polymère 16 présente un bord externe 16a qui est appliqué :
- supérieurement sur le bord interne 14b de la première membrane renfort 14 de manière à obturer supérieurement son ouverture 14a, - inférieurement sur le bord interne 18b de la seconde membrane renfort 18 de manière à obturer supérieurement son ouverture 18a.
[051] Ainsi, la membrane électrolyte polymère 16 est intégralement logée entre les première 14 et seconde 18 membranes renfort et réalise ainsi un isolement de la membrane électrolyte polymère d'avec les passages de liquide de refroidissement et de gaz purs. Ce type de montage est connu sous le nom anglais de anti-wicking . Plus précisément, l'assemblage présenté en figure 1 comprend une découpe périphérique 22 à contour fermé
formant un contour externe de l'assemblage 10 membrane électrolyte ¨
électrodes ¨ membranes renfort. L'assemblage 10 comprend également des orifices 24 entre ladite découpe périphérique 22 et le bord externe 16a de la membrane électrolyte polymère 16, ces orifices 24 étant destinés au passage de liquide de refroidissement et de gaz purs (H2 et 02). Autrement dit, ces orifices 24 sont formés dans une zone périphérique entourant la membrane électrolyte polymère 16 et les première 12 et seconde 20 électrodes.
5 [052] La figure 2 représente un second assemblage 11 pouvant être réalisé
avec l'installation décrite ci-après. L'empilement des différentes membranes est identique à ce qui a été décrit en référence à la figure 1. Toutefois, l'assemblage représenté sur cette figure ne réalise pas de fonction anti-wicking c'est-à-dire dans laquelle la membrane électrolyte polymère n'est 10 pas confinée entre les première 14 et seconde 18 membrane renforts comme expliqué en référence à la figure 1 mais s'étend partout entre la première membrane renfort 14 et la seconde membrane renfort 18. En pratique, seule la membrane électrolyte polymère 16 diffère par rapport à l'assemblage 10 décrit en référence à la figure 1.
15 [053] On se réfère maintenant aux figures 3 à 8 qui représentent une installation selon l'invention, la figure 8 étant une représentation graphique de l'installation représentée aux figures 3 à 7. Les différentes unités de l'installation seront maintenant décrites les unes à la suite des autres et positionnées les unes relativement aux autres selon trois directions perpendiculaires de l'espace deux à deux perpendiculaires, à savoir deux directions horizontales dont l'une est une direction longitudinale L et l'autre une direction transverse T, et une direction verticale Z.
[054] L'installation 1 représentée aux figures 3, 4 et 5 comprend :
- un premier poste A1 de stockage de membranes électrodes 12, 20, - un deuxième poste A2 de stockage de membranes renfort, - un troisième poste A3 de stockage de membranes support, - un quatrième poste A4 de stockage de feuilles intercalaires intercalées entre deux membranes électrodes 12, 20 successives du premier poste A1 de stockage de membranes électrodes 12, 20, - un cinquième poste A5 de stockage d'un assemblage final membrane électrolyte polymère ¨ membrane électrodes ¨ membranes renfort tel que décrit en référence aux figures 1 et 2, - un sixième poste A6 de stockage ou de récupération des déchets de membranes, - un poste d'empilement C ou poste de réception des membranes des premier A1 et deuxième A2 postes de stockage, - un poste de pressage et de chauffage P d'un assemblage de membranes, - un poste de découpe D d'un assemblage 10, 11 tel que décrit en référence aux figures 1 et 2, - des moyens de convoyage et de manipulation des membranes du premier poste A1, du second poste A2 et du troisième poste A3, d'un empilement du poste d'empilement C, d'un assemblage du poste P de pressage et de chauffage et du poste de découpe D.
[055] Les moyens de convoyage et de manipulation comprennent une pluralité de manipulateurs au nombre de cinq dans la réalisation représentée aux figures. Chaque manipulateur comprend des moyens de prise et de pose d'une membrane ou d'une pluralité de membranes solidaires les unes des autres.
[056] Un premier manipulateur B1 est configuré pour permettre un déplacement d'une membrane électrode depuis le premier poste de stockage A1 jusqu'au poste d'empilement C. Un second manipulateur B2 est configuré pour permettre un déplacement d'une membrane renfort 14, 18 depuis le deuxième poste de stockage A2 jusqu'au poste d'empilement C.
Un troisième manipulateur B3 est configuré pour permettre un déplacement d'une membrane support depuis le troisième poste de stockage A3 jusqu'au poste P de pressage et de chauffage. Un quatrième manipulateur B4 est configuré pour permettre un déplacement d'une feuille intercalaire depuis le premier poste de stockage A1 jusque vers le quatrième poste de stockage de feuilles intercalaires. Un cinquième manipulateur B5 est configuré pour permettre un déplacement d'un assemblage final depuis le poste de découpe D vers le cinquième poste A5 de stockage des assemblages 10, 11 et le déplacement des déchets de membranes du poste de découpe D vers le sixième poste A6 de stockage.
[057] L'installation 1 comprend également des moyens de solidarisation E
d'un empilement réalisé au niveau du poste d'empilement C.
[058] Le poste P de pressage et de chauffage comprend deux presses P13 P2 agencées côte à côte en direction longitudinale. Les presses Pi et P2 comprennent chacune un piston P P agencé à déplacement en direction - la, - 2a vertical en vis-à-vis d'un support de presse Plia, P2b, les pistons et support de presse étant portés par un bâti Pic, P2c de presse. La première presse Pi permet d'assurer un pressage, un chauffage et un refroidissement contrôlés de la zone Z1 d'empilement électrode inférieure ¨ membrane électrolyte polymère ¨ électrode supérieure, cette zone Z1 étant représentée sur les figures 1 et 2. Cette zone Z1 comprend l'intégralité des électrodes et de préférence uniquement celles-ci. La seconde presse P2 permet d'assurer un pressage, un chauffage et un refroidissement contrôlés d'une zone Z2 d'empilement de membranes qui est annulaire et entoure les électrodes.
Cette zone Z2 étant représentée sur les figures 1 et 2. Cette zone Z1 comprend l'intégralité des électrodes et de préférence uniquement celles-ci.
[059] Le bâti Ric de la presse P1 porte des moyens de solidarisation des membranes comprenant dans le cas présent des poinçons Pid chauffants destinés à être appliqués sur les membranes.
[060] Comme cela est bien visible sur les figures, le poste d'empilement C
est disposé longitudinalement entre le premier poste de stockage A1 et le second poste de stockage A2. Le poste P de pressage et de chauffage est ici agencé dans la direction transverse T entre le poste d'empilement C et un rail longitudinal 33 permettant le déplacement longitudinal du troisième manipulateur B3. On comprendra ultérieurement l'intérêt de cet agencement en relation avec un support Pib de la presse Pi qui est accessible dans les deux sens de la direction transverse afin de permettre l'amenée d'un ensemble de membranes depuis le poste d'empilement C dans un premier sens de la direction transverse T sur le support Pib de la presse Pi et d'une membrane support par le manipulateur B3, en fin de déplacement, dans le second sens de la direction transverse T, permettant ainsi de disposer d'une installation 1 de dimensions réduites.
[061] Le poste P de pressage et de chauffage est agencé longitudinalement entre le poste de découpe D et le troisième poste A3 de stockage, ce dernier poste A3 étant agencé transversalement en vis-à-vis du second poste A2 de stockage. Egalement, le poste d'empilement C est intercalé
longitudinalement entre le premier poste A1 de stockage et le second poste A2 de stockage.
[062] Le poste E de découpe d'un assemblage 10, 11 tel que décrit en référence aux figures 1 et 2, peut comprendre des moyens laser confinés à
l'intérieur d'une hotte d'aspiration des fumées générées par la découpe périphérique 22 et des orifices 24.
[063] On se réfère maintenant aux figures 6 à 8 qui représentent une vue schématique en perspective du poste d'empilement C, du premier poste A1 de stockage, du second poste A2 de stockage et du quatrième poste A4 de stockage. Le poste d'empilement C comprend un plateau Ci comprenant une ouverture C2 ayant plus précisément la forme d'une échancrure en U dont la fonction apparaitra clairement ultérieurement dans la description effectuée en relation avec les figures 21 à 24 montrant la réalisation d'un premier empilement selon l'invention. Sur ces figures 6 à 8, sont ainsi bien visibles le premier manipulateur B1, le second manipulateur B2 ainsi que le quatrième manipulateur B4.
[064] Les figures 9 et 10 représentent de manière isolée le poste d'empilement C comprenant le plateau Ci d'empilement et les moyens de solidarisation E. Le plateau Ci et lesdits moyens de solidarisation E sont portés par un bâti 30 fixe. Les moyens de solidarisation E comprennent des poinçons chauffants El, par exemple quatre, permettant la soudure des membranes empilées sur le poste d'empilement C, ces moyens de solidarisation E sont portés par une embase 32 solidaire d'un coulisseau 34 déplaçable en translation par rapport au bâti 30 de support en regard du plateau C1 d'empilement. Pour réaliser la solidarisation, les poinçons chauffants E1 sont déplacés jusqu'à venir en contact avec l'empilement de membranes positionné sur le poste d'empilement C. On comprend que les poinçons E1 réalisent un appui et un chauffage de l'empilement sur la plaque C1. La solidarisation est réalisée entre une membrane renfort 14, 18 et une membrane électrode 12, 20. En pratique, celle-ci est réalisé en périphérie immédiate de l'ouverture 14a, 18a d'une membrane renfort 14, 18, de préférence au niveau des quatre coins de l'ouverture 14a, 18a qui a une forme rectangulaire.
[065] Les figures 11 et 12 représentent le premier poste de stockage A1 de membranes électrodes 12, 20 et le premier manipulateur B1 des membranes électrodes 12, 20. Le premier poste de stockage A1 comprend un magasin de stockage 36 par empilement de membranes électrodes 12, 20 comprenant un plateau 38 destiné à recevoir un empilement de membranes électrodes 12, 20. Le bord du plateau 38 est pourvu de moyens de positionnement 40 des membranes électrodes dans une position prédéterminée. Ces moyens de positionnement 40 sont formés par des rebords positionnés au format des électrodes 12, 20. Le magasin 36 d'électrodes 12, 20 est guidé à déplacement selon une direction donnée verticale Z sur un bâti fixe 42 portant des moyens d'amortissement et de rappel 44 du magasin dans une position prédéterminée en l'absence de force d'appui exercée sur le magasin selon ladite direction par le premier manipulateur B1. Pour cela, une tige verticale 46 de liaison relie rigidement à son extrémité supérieure le plateau 38 du magasin 36 et est articulée à
rotation à son extrémité inférieure à une première extrémité 48 d'un levier 50 dont une seconde extrémité 52 opposée porte un contrepoids 54. La première extrémité 48 et la seconde extrémité 52 du levier 50 sont séparées par un pivot 55 solidaire d'un plateau fixe 42. Comme on peut le remarquer sur la figure 14, la tige 46 de liaison traverse le plateau fixe 36 et est guidée à translation verticale dans une ouverture de celui-ci. Ainsi, le plateau 42 fixe est intercalé entre le magasin 36 et le levier 50.
[066] De préférence, le magasin 36 est également relié au plateau fixe 42 par des moyens 56 additionnels de guidage à translation verticale du 5 magasin permettant de rattraper les erreurs de guidage à translation verticale résultant du coulissement de la tige 46 dans l'ouverture du plateau fixe 42.
[067] Le premier bras B1 manipulateur comprend avantageusement une première articulation 58 et une seconde articulation 60 à rotation reliées l'une 10 à l'autre par un segment 62 de liaison. Les deux articulations 58, 60 sont ici articulées à rotation selon des axes parallèles l'un à l'autre et s'étendant dans une direction transverse T. La première articulation 58 est montée sur le bâti 64 de l'installation et sur une première extrémité du segment 62 de manière à les articuler relativement l'un à l'autre autour d'un premier axe de rotation.
15 La deuxième articulation 58 est montée sur la seconde extrémité du segment et sur une extrémité d'un support 66 allongée dans une direction parallèle aux axes de rotation et portant des moyens de prise et de pose d'une membrane. Ces moyens de prise et de pose 68 comprennent des moyens de préhension à aspiration comportant avantageusement dans le cas du 20 premier poste des ventouses alignées selon une direction transverse T et reliées à des moyens de fourniture d'une dépression.
[068] En fonctionnement, le premier manipulateur B1 est apte à se déplacer entre une position de prise d'une membrane électrode 12, 20 dans le magasin électrode 36 et une position de pose d'une membrane électrode 12, 20 sur le plateau du poste d'empilement C. Avantageusement, une position de pose correspond à une position dans laquelle la membrane électrode 12, 20 est agencée en contact avec le plateau Ci ou une autre membrane comme cela apparaitra ultérieurement, les moyens de préhension 68 étant maintenus à l'état actif afin de garantir un maintien de l'électrode. En pratique, le premier manipulateur B1 comprend une première position de pose et une seconde position de pose d'une membrane électrode 12, 20 sur le plateau C1 du poste d'empilement C. Dans la seconde position de pose, le premier manipulateur B1 effectue un déplacement d'une membrane électrode 12 depuis le premier poste de stockage A1 jusque sur le plateau C1 du poste d'empilement C sans retournement de la membrane électrode 12. Dans la première position de pose, le premier manipulateur B1 effectue un second déplacement d'une membrane électrode 20 depuis le premier poste A1 de stockage jusque sur le plateau Ci du poste d'empilement C avec un retournement de la membrane électrode 20. Dans cette première position, le support 66 allongé des ventouses est logé dans l'échancrure C2 du plateau Ci d'empilement comme représenté en figure 22 et ainsi que cela apparaitra plus clairement en relation avec la description du fonctionnement de l'installation effectuée en référence aux figures 21 à 27. Egalement, ce type de mouvement du premier manipulateur B1 autorise un simple empilement des membranes électrodes 12, 20 de la même manière dans le premier poste de stockage A1, avec leur première face orientée vers le haut afin qu'elle serve de face de préhension tout en autorisant une orientation de la seconde face portant le catalyseur vers le bas ou vers le haut au niveau du poste d'empilement.
[069] La figure 13 représente le quatrième manipulateur B4 comprenant un segment 70 portant à une extrémité des moyens de prise et de pose 72 d'une feuille intercalaire, ces moyens comprenant également des ventouses 72 reliées à des moyens de fourniture d'une dépression. Le segment 70 du quatrième manipulateur B4 est articulé à rotation à son extrémité opposée aux ventouses 72 sur un support 74 déplaçable à translation verticalement par rapport au bâti 76 de l'installation. Le quatrième manipulateur B4 permet ainsi en fonctionnement une préhension d'une feuille intercalaire et son amenée jusqu'au quatrième poste de stockage A4 de membranes intercalaires.
[070] La figure 14 représente le deuxième poste de stockage A2 de membranes renfort 14, 18 qui est en tout point similaire au premier poste de stockage A1 décrit en référence à la figure 11. Il ne sera pas de nouveau décrit. Le deuxième manipulateur B2, visible en figure 15, comprend également deux articulations 58, 60 en rotation ayant des axes parallèles l'un à l'autre. A la différence du premier manipulateur B1, le second manipulateur B2 comprend un moyen 78 de déplacement à translation tel qu'un rail coulissant selon la direction transverse. Egalement, la seconde articulation 60 à rotation porte des moyens de prise et de pose comprenant des moyens de préhension à aspiration qui sont, dans le cas présent, formés d'un cadre rigide 80 comportant une face plane de préhension comportant une pluralité
de perforations reliées à des moyens de fourniture d'une dépression. A la différence du premier manipulateur B1, le deuxième manipulateur B2 est configuré pour effectuer un mouvement de déplacement d'une membrane ou d'un ensemble de plusieurs membranes solidaires les unes des autres depuis le deuxième poste A2 jusque sur le plateau Ci du poste d'empilement C sans retournement de la membrane ou dudit ensemble de membranes.
[071] Les figures 16 et 17 représentent le troisième manipulateur B3 comprenant un rail 82 de translation transverse lui-même monté à translation sur le rail 33 longitudinal. Le rail transverse 82 portant un rail vertical 84 solidaire d'un support 85 s'étendant en direction transverse. De cette manière, le troisième bras B3 peut se déplacer dans les trois directions longitudinale X, transverse T et vertical Z de l'espace. Le support 85 du troisième bras B3 porte des moyens de prise et de pose 86 magnétiques comportant des électroaimants actionnés par des moyens de commande de l'installation. Ces moyens de prise et de pose sont aptes à venir saisir un cadre métallique du troisième poste de stockage A3 pour l'amener sous la première presse Pi.
[072] Le cinquième manipulateur B5 est représenté en figure 5 et comprend des moyens de prise et de pose comprenant des moyens de préhension par aspiration et des moyens de préhension magnétiques permettant le déplacement d'un cadre métallique, afin de permettre un stockage des assemblages membrane électrolyte polymère ¨ électrodes au niveau du cinquième poste de stockage et des cadres métalliques au niveau du sixième poste.
[073] L'installation 1 selon l'invention est avantageusement utilisable de manière à permettre la production d'un assemblage 10 conforme à la figure 1 ou d'un assemblage 11 conforme à la figure 2, selon le mode d'approvisionnement des deuxième et troisième postes comme cela a été.
[074] Afin de réaliser l'assemblage 10 décrit en référence à la figure 1, le premier poste de stockage, le second poste de stockage et le troisième poste de stockage sont approvisionnés de la manière suivante :
- le premier poste de stockage A1 comprend un empilement selon une direction verticale de membranes électrodes 12, 20 dont la première couche de diffusion est agencée vers le haut, - le deuxième poste de stockage A2 comprend une alternance de premières membranes renfort 14 comprenant une ouverture 14a et de secondes membranes renfort 18 comprenant une ouverture 18a, chaque seconde membrane renfort 18 étant solidaire d'une membrane électrolyte polymère 16 qui obture son ouverture et qui est agencée en vis-à-vis d'une première membrane renfort 12, la membrane électrolyte polymère 16 étant dimensionnée de manière à ce que son bord externe 16a soit inscrit entre les bords internes 14b, 18b et externes des première 14 et seconde 18 membranes de renfort, - le troisième poste de stockage A3 comprend des membranes support 26 comportant un bord externe 26a et un bord interne 26b délimitant une ouverture 26c de la membrane 26, cette ouverture 26c étant dimensionnée de manière à ce que la membrane électrolyte polymère 16 puisse s'inscrire dans ladite ouverture 26c et à ce que la première membrane renfort 14 et la seconde membrane renfort 18 puissent recouvrir tout le bord interne 26b de la membrane support 26 (figures 25 et 26), chaque membrane support 26 pouvant être serrée par son bord externe 26a entre deux parties 28a, 28b, formant un cadre 28 de maintien de la membrane support 26 et permettant sa manipulation par les moyens de préhension magnétiques 86 du troisième manipulateur B3, au moins l'une des parties 28a, 28b étant métallique, les deux parties 28a, 28b pouvant être métalliques.
[075] Comme représenté aux figures 18 à 24, le premier manipulateur B1 est actionné de manière à venir saisir une première électrode 12 par sa couche de diffusion puis à effectuer un positionnement du premier bras B1 manipulateur dans sa première position de pose sur le poste d'empilement C, la seconde couche de la première électrode 12 étant tournée vers le haut.
Dans un second temps, le second manipulateur B2 déplace une première membrane renfort 14 seule depuis le deuxième poste de stockage A2 jusque sur le poste d'empilement C de manière à ce que l'ouverture 14a de la première membrane renfort 14 soit obturée inférieurement par la première électrode 12. Dans une troisième étape, on effectue une solidarisation de la première membrane électrode 12 et de la première membrane renfort 14 à
l'aide des moyens de solidarisation E agencés au niveau du poste d'empilement C. On notera que les moyens de préhension à aspiration du premier bras B1 et du second manipulateur B2 sont maintenus actifs pendant l'étape de solidarisation de sorte que chaque membrane est solidaire de son manipulateur. Dans une quatrième étape, on effectue un déplacement de l'ensemble ainsi formée, du poste d'empilement C jusque sur le support de presse Pib, à l'aide du second manipulateur B2, les moyens de préhension à
aspiration du premier manipulateur B1 étant rendus inactifs tandis que les moyens de préhension à aspiration du second manipulateur B2 sont maintenus à l'état actif de manière à permettre le déplacement de l'ensemble des deux membranes. Dans une cinquième étape, une membrane support 26 enfermée dans un cadre métallique 28 est amenée, au moyen du troisième manipulateur B3, sur l'ensemble formée de la première électrode 12 et de la première membrane renfort 14, le bord interne 26b de la membrane support 26 étant appliqué sur le bord externe 14c de la première membrane renfort 14. Dans une sixième étape, on effectue un prélèvement à l'aide du deuxième manipulateur B2 d'un ensemble d'une seconde membrane renfort 18 et d'une membrane électrolyte polymère 16, ces membranes 16, 18 ayant été préalablement solidarisées l'une à l'autre. Cet ensemble est déplacé sur le plateau Ci du poste d'empilement C dans une septième étape et une seconde électrode 20 est amenée, dans une huitième 5 étape, du premier poste de stockage A1 jusqu'au poste d'empilement C à
l'aide du premier manipulateur B1 de manière à ce qu'elle obture supérieurement l'ouverture 18a du second renfort 18, le premier manipulateur B1 étant dans sa seconde position de pose. On notera que les moyens de préhension à aspiration du premier bras B1 et du second 10 manipulateur B2 sont maintenus actifs pendant l'étape de solidarisation.
Dans une neuvième étape, on effectue une solidarisation de la seconde membrane électrode 20 et de la seconde membrane renfort 18 à l'aide des moyens de solidarisation E agencés au niveau du poste d'empilement C.
Dans une dixième étape, on effectue un déplacement de l'ensemble ainsi 15 formée du poste d'empilement jusque sous la presse P1 de manière à ce que le bord externe de la seconde membrane renfort 18 recouvre tout le bord interne de la membrane support. Cette étape est réalisée à l'aide du second manipulateur B2, les moyens de préhension à aspiration du premier manipulateur B1 étant rendus inactifs tandis que les moyens de préhension 20 à aspiration du second manipulateur B2 sont maintenus à l'état actif de manière à permettre le déplacement de l'ensemble des membranes.
L'ensemble ainsi formé est représenté aux figures 25 et 26. Dans une onzième étape, on effectue une opération de pressage, de chauffage et de refroidissement contrôlés de la zone Z1 (représentée en hachures pointillés 25 sur la figure 26) afin de solidariser les membranes électrodes 12, 20 avec les membranes renfort 14, 18 et éviter tout mouvement relatif des membranes les unes par rapport aux autres. La onzième étape de compression et de chauffage des électrodes peut être suivie d'une étape de solidarisation des membranes renfort 14, 18 par les poinçons chauffants Pid par exemple en une pluralité de localisations 88, par exemple quatre, situées à la périphérie des membranes renforts 14, 18 (figures 25 et 26). Cette étape peut également être initiée en fin de cycle de compression et de chauffage et se terminer simultanément ou après celle-ci. Autrement dit, l'étape de solidarisation par poinçons chauffants Pid précède l'étape de chauffage et de compression de la zone annulaire Z2. Cette étape de solidarisation évite que la membrane de renfort inférieure 14 ne flambe et ne se replie sur elle-même conduisant à la formation d'une double épaisseur de membrane renfort 14 induisant une mise au rebut de l'assemblage 10 pour non-conformité. Dans une douzième étape, le troisième manipulateur B3 déplace l'assemblage 10 sur le support P2b de la presse P2 et on effectue une opération de pressage, de chauffage et de refroidissement contrôlés de la zone Z2 (représentée en hachures en traits pleins sur la figure 26). Dans une treizième étape, l'assemblage est déplacé au niveau du poste de découpe afin de réaliser le bord périphérique 22 et les orifices 24 puis on effectue une collecte des assemblages 10 au niveau du cinquième poste A5 et des cadres métalliques 28 ainsi que des restes de membranes au niveau du sixième poste A6.
[076] On notera qu'il est possible de réaliser l'assemblage précitée avec la membrane électrolyte polymère solidaire de la première membrane renfort.
Dans ce cas, on veillera à ce que la solidarisation de la première membrane renfort 14 et de la première électrode 12 avant dépose sur le support Pib de la presse P1 se fasse par contact des poinçons chauffants E1 avec l'électrode 12 directement et non pas avec la membrane électrolyte polymère 16 pour éviter tout endommagement thermique de celle-ci.
[077] Afin de réaliser l'assemblage 11 décrit en référence à la figure 2, le premier poste de stockage, le second poste de stockage et le troisième poste de stockage sont approvisionner de la manière suivante :
- le premier poste de stockage A1 comprend un empilement selon une direction verticale de membranes électrodes 12, 20 dont une couche de diffusion est agencée vers le haut, - le deuxième poste de stockage A2 comprend un empilement de membranes renfort 14, 18 comprenant chacune une ouverture, - le troisième poste de stockage A3 comprend un empilement de membranes support 12 chacune formée par une membrane électrolyte polymère 16 dont le bord externe 16a est serré entre deux parties 29a, 29b d'un support, de préférence métallique (figure 27), formant un cadre de maintien de la membrane électrolyte polymère 16 et permettant sa manipulation par les moyens de préhension magnétiques 86 du troisième manipulateur B3. On notera que seules deux parties opposées du bord externe de la membrane support ou membrane électrolyte polymère peuvent être serrées entre lesdites deux parties du cadre. Lorsque la membrane électrolyte polymère a une forme rectangulaire, lesdites deux parties peuvent être deux parties rectilignes opposées, par exemple celles des deux parties dudit bord ayant les dimensions les plus petites.
[078] Les mêmes étapes une à treize que celles décrites précédemment sont effectuées, seule la membrane électrolyte polymère 16 servant de membrane de support de l'assemblage et sa manipulation par l'intermédiaire du cadre de la première presse Pi vers la seconde presse P2 et ultérieurement. Bien évidemment, la sixième étape décrite précédemment diffère ici puisque le deuxième manipulateur effectue uniquement alors un prélèvement d'une seconde membrane renfort 18 et non d'un ensemble formé d'une seconde membrane renfort 18 et d'une électrode polymère 16 puisque l'approvisionnement du second poste A2 de stockage est différent.
[079] On remarquera que l'utilisation d'un support 66 allongé pour le premier bras permet de limiter la dimension de l'échancrure C2 en U réalisée sur le plateau C1.
[080] Afin d'optimiser la vitesse d'exécution d'un assemblage AME, l'installation comprend des moyens M de commande des moyens de convoyage et de manipulation (figure 5), ces moyens de commande étant configurés pour que le départ d'un empilement du poste d'empilement C vers le poste P de pressage et de chauffage soit suivi d'une nouvelle étape d'empilement sur le poste d'empilement C. Ainsi, comme indiqué
précédemment, les moyens de commande sont configurés pour :
- assurer la réalisation d'un premier empilement sur le poste d'empilement puis son déplacement au niveau d'un poste de pressage et de chauffage, - assurer la réalisation d'un second empilement sur le poste d'empilement puis son déplacement au niveau dudit poste de pressage et de chauffage, et - le pressage et le chauffage dudit premier et second empilements.
[081] La figure 28 représente un plateau de chauffage et de refroidissement 26' comprenant un circuit 28' d'écoulement d'un liquide de refroidissement et un cordon 30' de chauffage formé dans l'épaisseur du plateau 26'. Le terme plateau dans l'expression plateau de chauffage et de refroidissement se réfère ici à un élément sensiblement parallélépipédique présentant au moins une première et une seconde dimensions perpendiculaires l'une à
l'autre qui sont plus grande qu'une troisième dimension perpendiculaire aux première et seconde dimensions.
[082] Ce plateau 26' comprend une première plaque 32' et une seconde plaque 34' appliquées l'une sur l'autre. La première plaque 32' porte le circuit 28' de refroidissement et le cordon chauffant 30'. Cette première plaque 32' comprend une première face 36' comprenant au moins un sillon 38' logeant un cordon chauffant 30', le sillon 38' étant formé de manière à s'étendre sur ladite première face 36' et de manière à comprendre une première extrémité
débouchant sur un flanc 40' de la première plaque 32'. Cette première plaque 32' comprend également au moins une rainure 42' formée sur une seconde face 44' opposée à la première face 36'. Cette rainure 42' débouche, de préférence sur un flanc 40' de la première plaque 32'. La ou les rainures 42' sont obturées par la seconde plaque 34'. On comprend que la première face 36' de la première plaque 32' forme une première face du plateau 26' dont la seconde face 46' opposée est formée par la face de la seconde plaque 34' opposée à la première plaque 32'.
[083] Comme cela est bien visible sur la figure 28, le cordon de chauffage 30 est agencé au plus près de la première face 36' du plateau 26' de manière à réaliser une transmission optimale de chaleur à une plaque de compression destinée à venir s'appliquer sur cette première face 36'. Le cordon chauffant 30' peut être maté dans le sillon 38' au moyen d'un fil de nickel par exemple. De plus, le cordon chauffant 30' s'étend dans un premier plan Ai' et le canal de refroidissement s'étend dans un second plan A2' lesquels sont parallèles entre eux et aux première 36' et seconde face 46' du plateau 26'. Le canal 28' de refroidissement est intercalé entre le cordon chauffant 30' formé dans la première face 36' du plateau 26' et la seconde face 46' du plateau 26'.
[084] Afin de réaliser une bonne conduction thermique de chaleur du cordon chauffant 30' et du froid du circuit de refroidissement, la première plaque 32' est avantageusement réalisée dans un matériau bon conducteur thermique et capable de supporter d'importants efforts de compression. Ainsi, la première plaque 32' est avantageusement réalisée dans un matériau, par exemple métallique, ayant un coefficient de conduction thermique d'au moins 100 W/m/K et un module d'Young d'au moins 100 GPa. Un bon exemple de matériau est le cuivre qui présente un coefficient de conductivité thermique de 390 W/m/K et un module d'Young de 124 GPa. Le laiton conviendrait également puisqu'il présente un coefficient de conductivité thermique de 120 W/m/K et un module d'Young de 100 à 130 GPa.
[085] Chaque cordon chauffant 30' est de préférence du type résistif, les extrémités de chaque cordon 30' étant reliées à des moyens d'alimentation électrique. Egalement, des capteurs de température peuvent être prévus dans la première plaque 32' et s'étendre dans la première plaque 32', depuis l'entrée d'un sillon 38' de la première plaque.
[086] Comme représenté en figure 29, dans une première réalisation d'un plateau 47' la première plaque 32' peut comprendre une première rainure 48' et une seconde rainure 50' formées sur la seconde face de 44' la première plaque 32' et formant des canaux indépendants de circulation de liquide de refroidissement, chaque canal 48', 50' comprenant une entrée 48a', 50a' et une sortie entrée 48b', 50b' de liquide dans le plateau. La première plaque 32' pourrait encore comprendre quatre canaux fluidiquement indépendants.
Afin de permettre une bonne répartition du froid et du chaud, chacun du ou 5 des canaux de refroidissement et du ou des sillons sont du type à
serpentin.
Pour obtenir un bon transfert des frigories dans la première plaque 32', il est souhaitable que la distance le long d'un canal 48', 50' depuis l'entrée 48a', 50a' de chacun des canaux 48', 50' jusqu'au centre de la première plaque 32' soit inférieure à la distance le long du canal depuis la sortie 48b', 50b' de 10 chacun des canaux 48', 50' jusqu'au centre du plateau 26'. Ainsi, on favorise une circulation du liquide vers le centre puis dans le reste de la première plaque 32', ce qui permet une meilleure uniformisation de la chaleur de la plaque 32.
[087] Notons également que la première plaque 32' pourrait être formée par 15 l'association, c'est-à-dire la juxtaposition bord à bord de deux demi-plaques, chacune comprenant un circuit de refroidissement comme décrit précédemment.
[088] La figure 30 représente une forme possible d'un cordon de chauffage 30' destiné à être utilisé avec un circuit de refroidissement décrit 20 précédemment, tel que celui représenté en figure 29 par exemple. Le cordon 30' est ici agencé sous la forme de deux spirales 30a', 30b' imbriquées l'une à l'intérieur de l'autre, les extrémités internes des deux spirales étant reliées l'une à l'autre.
[089] Les figures 31 et 32 représentent une seconde réalisation d'un plateau 25 52' comprenant deux parties 54', 56' en L définissant entre elles une portion centrale 58' distincte. Chacune des deux parties 54', 56' en L comprend un canal 59' de refroidissement comme décrit précédemment, la portion centrale étant dépourvue de canal de refroidissement et étant réalisée en un matériau thermiquement isolant. Les canaux 59' des parties 54', 56' sont 30 configurés de manière à permettre un écoulement du liquide de refroidissement autour de la portion centrale puis ensuite vers l'extérieur.
[090] Dans cette réalisation, un seul cordon de chauffage pourrait être utilisé (non représenté), celui-ci s'entourant autour de la portion centrale 58' à la manière d'une spirale. La portion centrale 58' est également dépourvue de tout moyen de chauffage.
[091] On comprend aisément que la forme des canaux de refroidissement est plus critique que celle des cordons de chauffage du fait du temps plus important nécessaire à la réduction de la température d'un nombre de degré
donné en utilisant l'écoulement d'un liquide que le temps nécessaire à
l'augmentation de la température du même nombre de degré en utilisant un cordon de chauffage du type résistif.
[092] Les figures 33 à 36 représentent la première presse hydraulique P1 permettant un pressage, un chauffage et un refroidissement contrôlés de l'assemblage 10 de la figure 1. Cette première presse P1 permet d'assurer un chauffage et un refroidissement de la zone Z1 d'empilement électrode inférieure - membrane électrolyte polymère - électrode supérieure. Cette première presse Pi est destinée à être utilisée avec un plateau 47' selon la première réalisation représentée aux figures 29 et 30. Cette zone Z1 comprend l'intégralité des électrodes et de préférence uniquement celles-ci.
[093] Les figures 37 à 39 représentent la seconde presse hydraulique P2 permettant le chauffage et le pressage de l'assemblage de la figure 1 dans une zone Z2 annulaire périphérique entourant l'électrode inférieure ou première électrode 12 et l'électrode supérieure ou seconde électrode 20.
Cette zone Z2 annulaire débute intérieurement à proximité immédiate des bords externes de la première électrode 12 et de la seconde électrode 20.
Cette seconde presse P2 est destinée à être utilisée avec un plateau 52' selon la seconde réalisation représentée aux figures 31 et 32.
[094] En référence aux figures 33 à 36, la première presse P1 comprend un piston 58' comprenant un répartiteur de pression 60' qui porte une couche 62' d'isolant thermique afin de limiter la conduction thermique. Un plateau 47' tel que décrit en référence aux figures 29 et 30 est appliqué sur la couche isolante 62' la seconde face du plateau 47' venant en contact avec la couche isolante 62'. Une plaque 64' ou semelle de compression est appliquée sur la première face du plateau 47'.
[095] La première presse P1 comprend un support statique 66' agencé en vis-à-vis du piston 58' qui porte successivement une couche de matériau 68' thermiquement isolant, un plateau 47' tel que décrit en référence aux figures 31 et 32 et une plaque 70' ou semelle de compression. Le plateau 47' est positionné de manière à ce que sa première face soit en contact avec la semelle 68' de compression et que sa seconde face soit en contact avec la couche isolante 68'.
[096] La plaque 64', 70' ou semelle de compression suit les mêmes critères de sélection que le matériau de la première plaque 32' comme cela a été
décrit précédemment.
[097] La seconde presse P2 représentée aux figures 37 à 39 présente un montage tout à fait identique à ce qui été décrit en référence à la première pression. Cette seconde presse comprend ainsi un piston 58 comportant une couche isolante 62', un plateau 52' et une plaque de compression 64' de forme annulaire et un support statique 66' portant une couche isolante 68', un plateau 52' et une plaque de compression 70'.
[098] Les presses P1 et P2 telles que décrites précédemment ainsi que les plateaux de chauffage et de refroidissement sont bien évidemment applicables à un assemblage ne réalisant pas de fonction " anti-wicking "
c'est-à-dire dans laquelle la membrane électrolyte polymère n'est pas confinée entre les première et seconde membranes renforts mais s'étend partout entre la première membrane renfort et la seconde membrane renfort.
Un tel assemblage est représenté en figure 2.
10 [043] En outre, est encore concerné une presse pour fabriquer un assemblage membrane/électrodes pour pile à combustible comprenant un piston comportant à une extrémité libre un plateau du type décrit ci-dessus ou un ensemble tel qu'évoqué précédemment.
[044] Egalement, la presse peut comprendre un support statique en vis-à-vis du piston, le support portant un plateau du type décrit précédemment ou un ensemble tel qu'évoqué précédemment.
[045] Par ailleurs, il est également décrit une presse hydraulique pour fabriquer un assemblage membrane/électrodes pour pile à combustible comprenant un piston comprenant à une extrémité un plateau de chauffage et de refroidissement sur lequel est appliqué une plaque de compression amovible destinée à venir en contact avec un assemblage membranes/électrodes.
[046] Une telle presse permet d'adapter la zone de chauffage et de refroidissement aux dimensions de l'assemblage membrane/électrodes que l'on souhaite réaliser, en changeant uniquement la plaque de compression, ce qui s'avère simple et rapide à effectuer. La plaque de compression est réalisée dans un matériau bon conducteur thermique. Elle peut avoir les mêmes propriétés de transfert caloriques et de résistance mécanique que le plateau de chauffage et de refroidissement. Elle peut être réalisée dans un matériau identique à celui de la plaque de chauffage et de refroidissement.
[047] L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
- la figure 1 est une illustration schématique d'un premier assemblage électrode-membrane électrolyte polymère-électrode destiné à être réalisé avec une installation selon l'invention ;
- la figure 2 est une illustration schématique d'un second assemblage électrode-membrane électrolyte polymère-électrode destiné à être réalisé avec une installation selon l'invention ;
- la figure 3 est vue schématique en perspective de l'installation selon l'invention ;
- la figure 4 est une autre vue schématique en perspective de l'installation selon l'invention ;
- la figure 5 est une représentation schématique de l'installation selon l'invention ;
- la figure 6 est une vue schématique en perspective de face de plusieurs postes de l'installation selon l'invention, notamment d'un poste d'empilement et de deux postes de stockage de membranes agencés de part et d'autre dudit poste d'empilement ;
- les figures 7 et 8 sont des vues schématique en perspective similaire à
la figure 6 et selon deux angles de vue différents ;
- la figure 9 est une vue schématique en perspective du poste d'empilement et des moyens de solidarisation d'un empilement ;
- la figure 10 est une vue schématique en perspective et isolée des moyens de solidarisation ;
- la figure 11 est une vue schématique en perspective d'un premier poste de stockage de membranes électrodes ;
- la figure 12 est une vue schématique en perspective d'un premier manipulateur des membranes électrodes ;
- la figure 13 est une vue schématique en perspective du premier poste et d'un manipulateur d'intercalaires ;
- la figure 14 est une vue schématique en perspective d'un deuxième poste de stockage de membranes renfort ;
- la figure 15 est une vue schématique en perspective d'un deuxième manipulateur de membranes renfort ;
- la figure 16 est une vue schématique en perspective d'un troisième manipulateur monté sur un rail longitudinal de déplacement ;
- la figure 17 est une vue schématique en perspective isolée du troisième manipulateur de la figure 16 ;
- les figures 18 à 21 représentent les étapes de réalisation d'un premier empilement de membranes ;
- les figures 22 à 24 représentent les étapes de réalisation d'un second empilement de membranes ;
- la figure 25 est une illustration d'un mode d'empilement de membranes aux fins d'obtention de l'assemblage représenté en figure 1 ;
- la figure 26 est une illustration schématique des contours des éléments de la figure 25;
- la figure 27 est une illustration d'un mode d'empilement de membranes aux fins d'obtention de l'assemblage représenté en figure 2 ;
- la figure 28 est une vue schématique en coupe d'un plateau de chauffage et de refroidissement selon l'invention ;
- la figure 29 est une vue schématique d'une première réalisation d'un circuit de refroidissement pour un plateau de chauffage et de refroidissement ;
- les figures 30 et 31 sont des vues schématiques d'une seconde réalisation d'un circuit de refroidissement pour un plateau de chauffage et de refroidissement ;
- la figure 32 est une vue schématique en coupe des moyens de chauffage pour un plateau de chauffage et de refroidissement ;
- les figure 33 à 36 représentent une première réalisation d'une presse comprenant un plateau de chauffage et de refroidissement ;
- les figures 37 à 39 représentent une seconde réalisation d'une presse comprenant un plateau de chauffage et de refroidissement.
DESCRIPTION DETAILLEE
[048] On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente un assemblage membrane électrolyte polymère/électrodes dit AME, destiné à être obtenu 10 avec l'installation décrite en référence aux figures 3 et suivantes, et comprenant les éléments successifs du bas vers le haut :
- une première électrode 12 ou électrode inférieure apte à former une anode dans une pile à combustible, - une première membrane 14 ou membrane inférieure de renfort comprenant un bord interne 14b délimitant une ouverture 14a obturée inférieurement par la première électrode 12, le bord externe 12a de la première électrode 12 étant en contact avec le bord interne 14b de la première membrane renfort 14, - une membrane électrolyte polymère 16 assurant une conduction protonique, - une seconde membrane 18 ou membrane supérieure de renfort comprenant un bord interne 18b délimitant une ouverture 18a, - une seconde électrode 20 ou électrode supérieure apte à former une cathode dans une pile à combustible et obturant supérieurement l'ouverture 18a de la membrane 18 supérieure de renfort, le bord externe 20a de la seconde électrode 20 étant en contact avec le bord interne 18b de la seconde membrane renfort 18.
[049] Chaque membrane électrode 12, 20 comprend une première couche et une seconde couche distinctes l'une de l'autre. La première couche est une couche de diffusion formée d'un tissu de carbone sur laquelle est déposée la seconde couche catalytique comprenant un liant incorporant un catalyseur tel que du platine. Dans l'agencement représenté, la seconde couche catalytique est agencée au contact de la membrane électrolyte polymère 16.
[050] On comprend que sur la figure 1, les différentes couches précitées sont en contact les unes avec les autres et que les espacements entre lesdites couches n'existent pas dans un assemblage réel. Ainsi, l'assemblage membrane/électrodes est dépourvu d'espaces ou cavités à
l'intérieur de celui-ci. En pratique, la première électrode 12 et la seconde électrode 20 sont chacune en contact avec la membrane électrolyte polymère 16. Comme cela est bien visible sur cette figure, la membrane électrolyte polymère 16 présente un bord externe 16a qui est appliqué :
- supérieurement sur le bord interne 14b de la première membrane renfort 14 de manière à obturer supérieurement son ouverture 14a, - inférieurement sur le bord interne 18b de la seconde membrane renfort 18 de manière à obturer supérieurement son ouverture 18a.
[051] Ainsi, la membrane électrolyte polymère 16 est intégralement logée entre les première 14 et seconde 18 membranes renfort et réalise ainsi un isolement de la membrane électrolyte polymère d'avec les passages de liquide de refroidissement et de gaz purs. Ce type de montage est connu sous le nom anglais de anti-wicking . Plus précisément, l'assemblage présenté en figure 1 comprend une découpe périphérique 22 à contour fermé
formant un contour externe de l'assemblage 10 membrane électrolyte ¨
électrodes ¨ membranes renfort. L'assemblage 10 comprend également des orifices 24 entre ladite découpe périphérique 22 et le bord externe 16a de la membrane électrolyte polymère 16, ces orifices 24 étant destinés au passage de liquide de refroidissement et de gaz purs (H2 et 02). Autrement dit, ces orifices 24 sont formés dans une zone périphérique entourant la membrane électrolyte polymère 16 et les première 12 et seconde 20 électrodes.
5 [052] La figure 2 représente un second assemblage 11 pouvant être réalisé
avec l'installation décrite ci-après. L'empilement des différentes membranes est identique à ce qui a été décrit en référence à la figure 1. Toutefois, l'assemblage représenté sur cette figure ne réalise pas de fonction anti-wicking c'est-à-dire dans laquelle la membrane électrolyte polymère n'est 10 pas confinée entre les première 14 et seconde 18 membrane renforts comme expliqué en référence à la figure 1 mais s'étend partout entre la première membrane renfort 14 et la seconde membrane renfort 18. En pratique, seule la membrane électrolyte polymère 16 diffère par rapport à l'assemblage 10 décrit en référence à la figure 1.
15 [053] On se réfère maintenant aux figures 3 à 8 qui représentent une installation selon l'invention, la figure 8 étant une représentation graphique de l'installation représentée aux figures 3 à 7. Les différentes unités de l'installation seront maintenant décrites les unes à la suite des autres et positionnées les unes relativement aux autres selon trois directions perpendiculaires de l'espace deux à deux perpendiculaires, à savoir deux directions horizontales dont l'une est une direction longitudinale L et l'autre une direction transverse T, et une direction verticale Z.
[054] L'installation 1 représentée aux figures 3, 4 et 5 comprend :
- un premier poste A1 de stockage de membranes électrodes 12, 20, - un deuxième poste A2 de stockage de membranes renfort, - un troisième poste A3 de stockage de membranes support, - un quatrième poste A4 de stockage de feuilles intercalaires intercalées entre deux membranes électrodes 12, 20 successives du premier poste A1 de stockage de membranes électrodes 12, 20, - un cinquième poste A5 de stockage d'un assemblage final membrane électrolyte polymère ¨ membrane électrodes ¨ membranes renfort tel que décrit en référence aux figures 1 et 2, - un sixième poste A6 de stockage ou de récupération des déchets de membranes, - un poste d'empilement C ou poste de réception des membranes des premier A1 et deuxième A2 postes de stockage, - un poste de pressage et de chauffage P d'un assemblage de membranes, - un poste de découpe D d'un assemblage 10, 11 tel que décrit en référence aux figures 1 et 2, - des moyens de convoyage et de manipulation des membranes du premier poste A1, du second poste A2 et du troisième poste A3, d'un empilement du poste d'empilement C, d'un assemblage du poste P de pressage et de chauffage et du poste de découpe D.
[055] Les moyens de convoyage et de manipulation comprennent une pluralité de manipulateurs au nombre de cinq dans la réalisation représentée aux figures. Chaque manipulateur comprend des moyens de prise et de pose d'une membrane ou d'une pluralité de membranes solidaires les unes des autres.
[056] Un premier manipulateur B1 est configuré pour permettre un déplacement d'une membrane électrode depuis le premier poste de stockage A1 jusqu'au poste d'empilement C. Un second manipulateur B2 est configuré pour permettre un déplacement d'une membrane renfort 14, 18 depuis le deuxième poste de stockage A2 jusqu'au poste d'empilement C.
Un troisième manipulateur B3 est configuré pour permettre un déplacement d'une membrane support depuis le troisième poste de stockage A3 jusqu'au poste P de pressage et de chauffage. Un quatrième manipulateur B4 est configuré pour permettre un déplacement d'une feuille intercalaire depuis le premier poste de stockage A1 jusque vers le quatrième poste de stockage de feuilles intercalaires. Un cinquième manipulateur B5 est configuré pour permettre un déplacement d'un assemblage final depuis le poste de découpe D vers le cinquième poste A5 de stockage des assemblages 10, 11 et le déplacement des déchets de membranes du poste de découpe D vers le sixième poste A6 de stockage.
[057] L'installation 1 comprend également des moyens de solidarisation E
d'un empilement réalisé au niveau du poste d'empilement C.
[058] Le poste P de pressage et de chauffage comprend deux presses P13 P2 agencées côte à côte en direction longitudinale. Les presses Pi et P2 comprennent chacune un piston P P agencé à déplacement en direction - la, - 2a vertical en vis-à-vis d'un support de presse Plia, P2b, les pistons et support de presse étant portés par un bâti Pic, P2c de presse. La première presse Pi permet d'assurer un pressage, un chauffage et un refroidissement contrôlés de la zone Z1 d'empilement électrode inférieure ¨ membrane électrolyte polymère ¨ électrode supérieure, cette zone Z1 étant représentée sur les figures 1 et 2. Cette zone Z1 comprend l'intégralité des électrodes et de préférence uniquement celles-ci. La seconde presse P2 permet d'assurer un pressage, un chauffage et un refroidissement contrôlés d'une zone Z2 d'empilement de membranes qui est annulaire et entoure les électrodes.
Cette zone Z2 étant représentée sur les figures 1 et 2. Cette zone Z1 comprend l'intégralité des électrodes et de préférence uniquement celles-ci.
[059] Le bâti Ric de la presse P1 porte des moyens de solidarisation des membranes comprenant dans le cas présent des poinçons Pid chauffants destinés à être appliqués sur les membranes.
[060] Comme cela est bien visible sur les figures, le poste d'empilement C
est disposé longitudinalement entre le premier poste de stockage A1 et le second poste de stockage A2. Le poste P de pressage et de chauffage est ici agencé dans la direction transverse T entre le poste d'empilement C et un rail longitudinal 33 permettant le déplacement longitudinal du troisième manipulateur B3. On comprendra ultérieurement l'intérêt de cet agencement en relation avec un support Pib de la presse Pi qui est accessible dans les deux sens de la direction transverse afin de permettre l'amenée d'un ensemble de membranes depuis le poste d'empilement C dans un premier sens de la direction transverse T sur le support Pib de la presse Pi et d'une membrane support par le manipulateur B3, en fin de déplacement, dans le second sens de la direction transverse T, permettant ainsi de disposer d'une installation 1 de dimensions réduites.
[061] Le poste P de pressage et de chauffage est agencé longitudinalement entre le poste de découpe D et le troisième poste A3 de stockage, ce dernier poste A3 étant agencé transversalement en vis-à-vis du second poste A2 de stockage. Egalement, le poste d'empilement C est intercalé
longitudinalement entre le premier poste A1 de stockage et le second poste A2 de stockage.
[062] Le poste E de découpe d'un assemblage 10, 11 tel que décrit en référence aux figures 1 et 2, peut comprendre des moyens laser confinés à
l'intérieur d'une hotte d'aspiration des fumées générées par la découpe périphérique 22 et des orifices 24.
[063] On se réfère maintenant aux figures 6 à 8 qui représentent une vue schématique en perspective du poste d'empilement C, du premier poste A1 de stockage, du second poste A2 de stockage et du quatrième poste A4 de stockage. Le poste d'empilement C comprend un plateau Ci comprenant une ouverture C2 ayant plus précisément la forme d'une échancrure en U dont la fonction apparaitra clairement ultérieurement dans la description effectuée en relation avec les figures 21 à 24 montrant la réalisation d'un premier empilement selon l'invention. Sur ces figures 6 à 8, sont ainsi bien visibles le premier manipulateur B1, le second manipulateur B2 ainsi que le quatrième manipulateur B4.
[064] Les figures 9 et 10 représentent de manière isolée le poste d'empilement C comprenant le plateau Ci d'empilement et les moyens de solidarisation E. Le plateau Ci et lesdits moyens de solidarisation E sont portés par un bâti 30 fixe. Les moyens de solidarisation E comprennent des poinçons chauffants El, par exemple quatre, permettant la soudure des membranes empilées sur le poste d'empilement C, ces moyens de solidarisation E sont portés par une embase 32 solidaire d'un coulisseau 34 déplaçable en translation par rapport au bâti 30 de support en regard du plateau C1 d'empilement. Pour réaliser la solidarisation, les poinçons chauffants E1 sont déplacés jusqu'à venir en contact avec l'empilement de membranes positionné sur le poste d'empilement C. On comprend que les poinçons E1 réalisent un appui et un chauffage de l'empilement sur la plaque C1. La solidarisation est réalisée entre une membrane renfort 14, 18 et une membrane électrode 12, 20. En pratique, celle-ci est réalisé en périphérie immédiate de l'ouverture 14a, 18a d'une membrane renfort 14, 18, de préférence au niveau des quatre coins de l'ouverture 14a, 18a qui a une forme rectangulaire.
[065] Les figures 11 et 12 représentent le premier poste de stockage A1 de membranes électrodes 12, 20 et le premier manipulateur B1 des membranes électrodes 12, 20. Le premier poste de stockage A1 comprend un magasin de stockage 36 par empilement de membranes électrodes 12, 20 comprenant un plateau 38 destiné à recevoir un empilement de membranes électrodes 12, 20. Le bord du plateau 38 est pourvu de moyens de positionnement 40 des membranes électrodes dans une position prédéterminée. Ces moyens de positionnement 40 sont formés par des rebords positionnés au format des électrodes 12, 20. Le magasin 36 d'électrodes 12, 20 est guidé à déplacement selon une direction donnée verticale Z sur un bâti fixe 42 portant des moyens d'amortissement et de rappel 44 du magasin dans une position prédéterminée en l'absence de force d'appui exercée sur le magasin selon ladite direction par le premier manipulateur B1. Pour cela, une tige verticale 46 de liaison relie rigidement à son extrémité supérieure le plateau 38 du magasin 36 et est articulée à
rotation à son extrémité inférieure à une première extrémité 48 d'un levier 50 dont une seconde extrémité 52 opposée porte un contrepoids 54. La première extrémité 48 et la seconde extrémité 52 du levier 50 sont séparées par un pivot 55 solidaire d'un plateau fixe 42. Comme on peut le remarquer sur la figure 14, la tige 46 de liaison traverse le plateau fixe 36 et est guidée à translation verticale dans une ouverture de celui-ci. Ainsi, le plateau 42 fixe est intercalé entre le magasin 36 et le levier 50.
[066] De préférence, le magasin 36 est également relié au plateau fixe 42 par des moyens 56 additionnels de guidage à translation verticale du 5 magasin permettant de rattraper les erreurs de guidage à translation verticale résultant du coulissement de la tige 46 dans l'ouverture du plateau fixe 42.
[067] Le premier bras B1 manipulateur comprend avantageusement une première articulation 58 et une seconde articulation 60 à rotation reliées l'une 10 à l'autre par un segment 62 de liaison. Les deux articulations 58, 60 sont ici articulées à rotation selon des axes parallèles l'un à l'autre et s'étendant dans une direction transverse T. La première articulation 58 est montée sur le bâti 64 de l'installation et sur une première extrémité du segment 62 de manière à les articuler relativement l'un à l'autre autour d'un premier axe de rotation.
15 La deuxième articulation 58 est montée sur la seconde extrémité du segment et sur une extrémité d'un support 66 allongée dans une direction parallèle aux axes de rotation et portant des moyens de prise et de pose d'une membrane. Ces moyens de prise et de pose 68 comprennent des moyens de préhension à aspiration comportant avantageusement dans le cas du 20 premier poste des ventouses alignées selon une direction transverse T et reliées à des moyens de fourniture d'une dépression.
[068] En fonctionnement, le premier manipulateur B1 est apte à se déplacer entre une position de prise d'une membrane électrode 12, 20 dans le magasin électrode 36 et une position de pose d'une membrane électrode 12, 20 sur le plateau du poste d'empilement C. Avantageusement, une position de pose correspond à une position dans laquelle la membrane électrode 12, 20 est agencée en contact avec le plateau Ci ou une autre membrane comme cela apparaitra ultérieurement, les moyens de préhension 68 étant maintenus à l'état actif afin de garantir un maintien de l'électrode. En pratique, le premier manipulateur B1 comprend une première position de pose et une seconde position de pose d'une membrane électrode 12, 20 sur le plateau C1 du poste d'empilement C. Dans la seconde position de pose, le premier manipulateur B1 effectue un déplacement d'une membrane électrode 12 depuis le premier poste de stockage A1 jusque sur le plateau C1 du poste d'empilement C sans retournement de la membrane électrode 12. Dans la première position de pose, le premier manipulateur B1 effectue un second déplacement d'une membrane électrode 20 depuis le premier poste A1 de stockage jusque sur le plateau Ci du poste d'empilement C avec un retournement de la membrane électrode 20. Dans cette première position, le support 66 allongé des ventouses est logé dans l'échancrure C2 du plateau Ci d'empilement comme représenté en figure 22 et ainsi que cela apparaitra plus clairement en relation avec la description du fonctionnement de l'installation effectuée en référence aux figures 21 à 27. Egalement, ce type de mouvement du premier manipulateur B1 autorise un simple empilement des membranes électrodes 12, 20 de la même manière dans le premier poste de stockage A1, avec leur première face orientée vers le haut afin qu'elle serve de face de préhension tout en autorisant une orientation de la seconde face portant le catalyseur vers le bas ou vers le haut au niveau du poste d'empilement.
[069] La figure 13 représente le quatrième manipulateur B4 comprenant un segment 70 portant à une extrémité des moyens de prise et de pose 72 d'une feuille intercalaire, ces moyens comprenant également des ventouses 72 reliées à des moyens de fourniture d'une dépression. Le segment 70 du quatrième manipulateur B4 est articulé à rotation à son extrémité opposée aux ventouses 72 sur un support 74 déplaçable à translation verticalement par rapport au bâti 76 de l'installation. Le quatrième manipulateur B4 permet ainsi en fonctionnement une préhension d'une feuille intercalaire et son amenée jusqu'au quatrième poste de stockage A4 de membranes intercalaires.
[070] La figure 14 représente le deuxième poste de stockage A2 de membranes renfort 14, 18 qui est en tout point similaire au premier poste de stockage A1 décrit en référence à la figure 11. Il ne sera pas de nouveau décrit. Le deuxième manipulateur B2, visible en figure 15, comprend également deux articulations 58, 60 en rotation ayant des axes parallèles l'un à l'autre. A la différence du premier manipulateur B1, le second manipulateur B2 comprend un moyen 78 de déplacement à translation tel qu'un rail coulissant selon la direction transverse. Egalement, la seconde articulation 60 à rotation porte des moyens de prise et de pose comprenant des moyens de préhension à aspiration qui sont, dans le cas présent, formés d'un cadre rigide 80 comportant une face plane de préhension comportant une pluralité
de perforations reliées à des moyens de fourniture d'une dépression. A la différence du premier manipulateur B1, le deuxième manipulateur B2 est configuré pour effectuer un mouvement de déplacement d'une membrane ou d'un ensemble de plusieurs membranes solidaires les unes des autres depuis le deuxième poste A2 jusque sur le plateau Ci du poste d'empilement C sans retournement de la membrane ou dudit ensemble de membranes.
[071] Les figures 16 et 17 représentent le troisième manipulateur B3 comprenant un rail 82 de translation transverse lui-même monté à translation sur le rail 33 longitudinal. Le rail transverse 82 portant un rail vertical 84 solidaire d'un support 85 s'étendant en direction transverse. De cette manière, le troisième bras B3 peut se déplacer dans les trois directions longitudinale X, transverse T et vertical Z de l'espace. Le support 85 du troisième bras B3 porte des moyens de prise et de pose 86 magnétiques comportant des électroaimants actionnés par des moyens de commande de l'installation. Ces moyens de prise et de pose sont aptes à venir saisir un cadre métallique du troisième poste de stockage A3 pour l'amener sous la première presse Pi.
[072] Le cinquième manipulateur B5 est représenté en figure 5 et comprend des moyens de prise et de pose comprenant des moyens de préhension par aspiration et des moyens de préhension magnétiques permettant le déplacement d'un cadre métallique, afin de permettre un stockage des assemblages membrane électrolyte polymère ¨ électrodes au niveau du cinquième poste de stockage et des cadres métalliques au niveau du sixième poste.
[073] L'installation 1 selon l'invention est avantageusement utilisable de manière à permettre la production d'un assemblage 10 conforme à la figure 1 ou d'un assemblage 11 conforme à la figure 2, selon le mode d'approvisionnement des deuxième et troisième postes comme cela a été.
[074] Afin de réaliser l'assemblage 10 décrit en référence à la figure 1, le premier poste de stockage, le second poste de stockage et le troisième poste de stockage sont approvisionnés de la manière suivante :
- le premier poste de stockage A1 comprend un empilement selon une direction verticale de membranes électrodes 12, 20 dont la première couche de diffusion est agencée vers le haut, - le deuxième poste de stockage A2 comprend une alternance de premières membranes renfort 14 comprenant une ouverture 14a et de secondes membranes renfort 18 comprenant une ouverture 18a, chaque seconde membrane renfort 18 étant solidaire d'une membrane électrolyte polymère 16 qui obture son ouverture et qui est agencée en vis-à-vis d'une première membrane renfort 12, la membrane électrolyte polymère 16 étant dimensionnée de manière à ce que son bord externe 16a soit inscrit entre les bords internes 14b, 18b et externes des première 14 et seconde 18 membranes de renfort, - le troisième poste de stockage A3 comprend des membranes support 26 comportant un bord externe 26a et un bord interne 26b délimitant une ouverture 26c de la membrane 26, cette ouverture 26c étant dimensionnée de manière à ce que la membrane électrolyte polymère 16 puisse s'inscrire dans ladite ouverture 26c et à ce que la première membrane renfort 14 et la seconde membrane renfort 18 puissent recouvrir tout le bord interne 26b de la membrane support 26 (figures 25 et 26), chaque membrane support 26 pouvant être serrée par son bord externe 26a entre deux parties 28a, 28b, formant un cadre 28 de maintien de la membrane support 26 et permettant sa manipulation par les moyens de préhension magnétiques 86 du troisième manipulateur B3, au moins l'une des parties 28a, 28b étant métallique, les deux parties 28a, 28b pouvant être métalliques.
[075] Comme représenté aux figures 18 à 24, le premier manipulateur B1 est actionné de manière à venir saisir une première électrode 12 par sa couche de diffusion puis à effectuer un positionnement du premier bras B1 manipulateur dans sa première position de pose sur le poste d'empilement C, la seconde couche de la première électrode 12 étant tournée vers le haut.
Dans un second temps, le second manipulateur B2 déplace une première membrane renfort 14 seule depuis le deuxième poste de stockage A2 jusque sur le poste d'empilement C de manière à ce que l'ouverture 14a de la première membrane renfort 14 soit obturée inférieurement par la première électrode 12. Dans une troisième étape, on effectue une solidarisation de la première membrane électrode 12 et de la première membrane renfort 14 à
l'aide des moyens de solidarisation E agencés au niveau du poste d'empilement C. On notera que les moyens de préhension à aspiration du premier bras B1 et du second manipulateur B2 sont maintenus actifs pendant l'étape de solidarisation de sorte que chaque membrane est solidaire de son manipulateur. Dans une quatrième étape, on effectue un déplacement de l'ensemble ainsi formée, du poste d'empilement C jusque sur le support de presse Pib, à l'aide du second manipulateur B2, les moyens de préhension à
aspiration du premier manipulateur B1 étant rendus inactifs tandis que les moyens de préhension à aspiration du second manipulateur B2 sont maintenus à l'état actif de manière à permettre le déplacement de l'ensemble des deux membranes. Dans une cinquième étape, une membrane support 26 enfermée dans un cadre métallique 28 est amenée, au moyen du troisième manipulateur B3, sur l'ensemble formée de la première électrode 12 et de la première membrane renfort 14, le bord interne 26b de la membrane support 26 étant appliqué sur le bord externe 14c de la première membrane renfort 14. Dans une sixième étape, on effectue un prélèvement à l'aide du deuxième manipulateur B2 d'un ensemble d'une seconde membrane renfort 18 et d'une membrane électrolyte polymère 16, ces membranes 16, 18 ayant été préalablement solidarisées l'une à l'autre. Cet ensemble est déplacé sur le plateau Ci du poste d'empilement C dans une septième étape et une seconde électrode 20 est amenée, dans une huitième 5 étape, du premier poste de stockage A1 jusqu'au poste d'empilement C à
l'aide du premier manipulateur B1 de manière à ce qu'elle obture supérieurement l'ouverture 18a du second renfort 18, le premier manipulateur B1 étant dans sa seconde position de pose. On notera que les moyens de préhension à aspiration du premier bras B1 et du second 10 manipulateur B2 sont maintenus actifs pendant l'étape de solidarisation.
Dans une neuvième étape, on effectue une solidarisation de la seconde membrane électrode 20 et de la seconde membrane renfort 18 à l'aide des moyens de solidarisation E agencés au niveau du poste d'empilement C.
Dans une dixième étape, on effectue un déplacement de l'ensemble ainsi 15 formée du poste d'empilement jusque sous la presse P1 de manière à ce que le bord externe de la seconde membrane renfort 18 recouvre tout le bord interne de la membrane support. Cette étape est réalisée à l'aide du second manipulateur B2, les moyens de préhension à aspiration du premier manipulateur B1 étant rendus inactifs tandis que les moyens de préhension 20 à aspiration du second manipulateur B2 sont maintenus à l'état actif de manière à permettre le déplacement de l'ensemble des membranes.
L'ensemble ainsi formé est représenté aux figures 25 et 26. Dans une onzième étape, on effectue une opération de pressage, de chauffage et de refroidissement contrôlés de la zone Z1 (représentée en hachures pointillés 25 sur la figure 26) afin de solidariser les membranes électrodes 12, 20 avec les membranes renfort 14, 18 et éviter tout mouvement relatif des membranes les unes par rapport aux autres. La onzième étape de compression et de chauffage des électrodes peut être suivie d'une étape de solidarisation des membranes renfort 14, 18 par les poinçons chauffants Pid par exemple en une pluralité de localisations 88, par exemple quatre, situées à la périphérie des membranes renforts 14, 18 (figures 25 et 26). Cette étape peut également être initiée en fin de cycle de compression et de chauffage et se terminer simultanément ou après celle-ci. Autrement dit, l'étape de solidarisation par poinçons chauffants Pid précède l'étape de chauffage et de compression de la zone annulaire Z2. Cette étape de solidarisation évite que la membrane de renfort inférieure 14 ne flambe et ne se replie sur elle-même conduisant à la formation d'une double épaisseur de membrane renfort 14 induisant une mise au rebut de l'assemblage 10 pour non-conformité. Dans une douzième étape, le troisième manipulateur B3 déplace l'assemblage 10 sur le support P2b de la presse P2 et on effectue une opération de pressage, de chauffage et de refroidissement contrôlés de la zone Z2 (représentée en hachures en traits pleins sur la figure 26). Dans une treizième étape, l'assemblage est déplacé au niveau du poste de découpe afin de réaliser le bord périphérique 22 et les orifices 24 puis on effectue une collecte des assemblages 10 au niveau du cinquième poste A5 et des cadres métalliques 28 ainsi que des restes de membranes au niveau du sixième poste A6.
[076] On notera qu'il est possible de réaliser l'assemblage précitée avec la membrane électrolyte polymère solidaire de la première membrane renfort.
Dans ce cas, on veillera à ce que la solidarisation de la première membrane renfort 14 et de la première électrode 12 avant dépose sur le support Pib de la presse P1 se fasse par contact des poinçons chauffants E1 avec l'électrode 12 directement et non pas avec la membrane électrolyte polymère 16 pour éviter tout endommagement thermique de celle-ci.
[077] Afin de réaliser l'assemblage 11 décrit en référence à la figure 2, le premier poste de stockage, le second poste de stockage et le troisième poste de stockage sont approvisionner de la manière suivante :
- le premier poste de stockage A1 comprend un empilement selon une direction verticale de membranes électrodes 12, 20 dont une couche de diffusion est agencée vers le haut, - le deuxième poste de stockage A2 comprend un empilement de membranes renfort 14, 18 comprenant chacune une ouverture, - le troisième poste de stockage A3 comprend un empilement de membranes support 12 chacune formée par une membrane électrolyte polymère 16 dont le bord externe 16a est serré entre deux parties 29a, 29b d'un support, de préférence métallique (figure 27), formant un cadre de maintien de la membrane électrolyte polymère 16 et permettant sa manipulation par les moyens de préhension magnétiques 86 du troisième manipulateur B3. On notera que seules deux parties opposées du bord externe de la membrane support ou membrane électrolyte polymère peuvent être serrées entre lesdites deux parties du cadre. Lorsque la membrane électrolyte polymère a une forme rectangulaire, lesdites deux parties peuvent être deux parties rectilignes opposées, par exemple celles des deux parties dudit bord ayant les dimensions les plus petites.
[078] Les mêmes étapes une à treize que celles décrites précédemment sont effectuées, seule la membrane électrolyte polymère 16 servant de membrane de support de l'assemblage et sa manipulation par l'intermédiaire du cadre de la première presse Pi vers la seconde presse P2 et ultérieurement. Bien évidemment, la sixième étape décrite précédemment diffère ici puisque le deuxième manipulateur effectue uniquement alors un prélèvement d'une seconde membrane renfort 18 et non d'un ensemble formé d'une seconde membrane renfort 18 et d'une électrode polymère 16 puisque l'approvisionnement du second poste A2 de stockage est différent.
[079] On remarquera que l'utilisation d'un support 66 allongé pour le premier bras permet de limiter la dimension de l'échancrure C2 en U réalisée sur le plateau C1.
[080] Afin d'optimiser la vitesse d'exécution d'un assemblage AME, l'installation comprend des moyens M de commande des moyens de convoyage et de manipulation (figure 5), ces moyens de commande étant configurés pour que le départ d'un empilement du poste d'empilement C vers le poste P de pressage et de chauffage soit suivi d'une nouvelle étape d'empilement sur le poste d'empilement C. Ainsi, comme indiqué
précédemment, les moyens de commande sont configurés pour :
- assurer la réalisation d'un premier empilement sur le poste d'empilement puis son déplacement au niveau d'un poste de pressage et de chauffage, - assurer la réalisation d'un second empilement sur le poste d'empilement puis son déplacement au niveau dudit poste de pressage et de chauffage, et - le pressage et le chauffage dudit premier et second empilements.
[081] La figure 28 représente un plateau de chauffage et de refroidissement 26' comprenant un circuit 28' d'écoulement d'un liquide de refroidissement et un cordon 30' de chauffage formé dans l'épaisseur du plateau 26'. Le terme plateau dans l'expression plateau de chauffage et de refroidissement se réfère ici à un élément sensiblement parallélépipédique présentant au moins une première et une seconde dimensions perpendiculaires l'une à
l'autre qui sont plus grande qu'une troisième dimension perpendiculaire aux première et seconde dimensions.
[082] Ce plateau 26' comprend une première plaque 32' et une seconde plaque 34' appliquées l'une sur l'autre. La première plaque 32' porte le circuit 28' de refroidissement et le cordon chauffant 30'. Cette première plaque 32' comprend une première face 36' comprenant au moins un sillon 38' logeant un cordon chauffant 30', le sillon 38' étant formé de manière à s'étendre sur ladite première face 36' et de manière à comprendre une première extrémité
débouchant sur un flanc 40' de la première plaque 32'. Cette première plaque 32' comprend également au moins une rainure 42' formée sur une seconde face 44' opposée à la première face 36'. Cette rainure 42' débouche, de préférence sur un flanc 40' de la première plaque 32'. La ou les rainures 42' sont obturées par la seconde plaque 34'. On comprend que la première face 36' de la première plaque 32' forme une première face du plateau 26' dont la seconde face 46' opposée est formée par la face de la seconde plaque 34' opposée à la première plaque 32'.
[083] Comme cela est bien visible sur la figure 28, le cordon de chauffage 30 est agencé au plus près de la première face 36' du plateau 26' de manière à réaliser une transmission optimale de chaleur à une plaque de compression destinée à venir s'appliquer sur cette première face 36'. Le cordon chauffant 30' peut être maté dans le sillon 38' au moyen d'un fil de nickel par exemple. De plus, le cordon chauffant 30' s'étend dans un premier plan Ai' et le canal de refroidissement s'étend dans un second plan A2' lesquels sont parallèles entre eux et aux première 36' et seconde face 46' du plateau 26'. Le canal 28' de refroidissement est intercalé entre le cordon chauffant 30' formé dans la première face 36' du plateau 26' et la seconde face 46' du plateau 26'.
[084] Afin de réaliser une bonne conduction thermique de chaleur du cordon chauffant 30' et du froid du circuit de refroidissement, la première plaque 32' est avantageusement réalisée dans un matériau bon conducteur thermique et capable de supporter d'importants efforts de compression. Ainsi, la première plaque 32' est avantageusement réalisée dans un matériau, par exemple métallique, ayant un coefficient de conduction thermique d'au moins 100 W/m/K et un module d'Young d'au moins 100 GPa. Un bon exemple de matériau est le cuivre qui présente un coefficient de conductivité thermique de 390 W/m/K et un module d'Young de 124 GPa. Le laiton conviendrait également puisqu'il présente un coefficient de conductivité thermique de 120 W/m/K et un module d'Young de 100 à 130 GPa.
[085] Chaque cordon chauffant 30' est de préférence du type résistif, les extrémités de chaque cordon 30' étant reliées à des moyens d'alimentation électrique. Egalement, des capteurs de température peuvent être prévus dans la première plaque 32' et s'étendre dans la première plaque 32', depuis l'entrée d'un sillon 38' de la première plaque.
[086] Comme représenté en figure 29, dans une première réalisation d'un plateau 47' la première plaque 32' peut comprendre une première rainure 48' et une seconde rainure 50' formées sur la seconde face de 44' la première plaque 32' et formant des canaux indépendants de circulation de liquide de refroidissement, chaque canal 48', 50' comprenant une entrée 48a', 50a' et une sortie entrée 48b', 50b' de liquide dans le plateau. La première plaque 32' pourrait encore comprendre quatre canaux fluidiquement indépendants.
Afin de permettre une bonne répartition du froid et du chaud, chacun du ou 5 des canaux de refroidissement et du ou des sillons sont du type à
serpentin.
Pour obtenir un bon transfert des frigories dans la première plaque 32', il est souhaitable que la distance le long d'un canal 48', 50' depuis l'entrée 48a', 50a' de chacun des canaux 48', 50' jusqu'au centre de la première plaque 32' soit inférieure à la distance le long du canal depuis la sortie 48b', 50b' de 10 chacun des canaux 48', 50' jusqu'au centre du plateau 26'. Ainsi, on favorise une circulation du liquide vers le centre puis dans le reste de la première plaque 32', ce qui permet une meilleure uniformisation de la chaleur de la plaque 32.
[087] Notons également que la première plaque 32' pourrait être formée par 15 l'association, c'est-à-dire la juxtaposition bord à bord de deux demi-plaques, chacune comprenant un circuit de refroidissement comme décrit précédemment.
[088] La figure 30 représente une forme possible d'un cordon de chauffage 30' destiné à être utilisé avec un circuit de refroidissement décrit 20 précédemment, tel que celui représenté en figure 29 par exemple. Le cordon 30' est ici agencé sous la forme de deux spirales 30a', 30b' imbriquées l'une à l'intérieur de l'autre, les extrémités internes des deux spirales étant reliées l'une à l'autre.
[089] Les figures 31 et 32 représentent une seconde réalisation d'un plateau 25 52' comprenant deux parties 54', 56' en L définissant entre elles une portion centrale 58' distincte. Chacune des deux parties 54', 56' en L comprend un canal 59' de refroidissement comme décrit précédemment, la portion centrale étant dépourvue de canal de refroidissement et étant réalisée en un matériau thermiquement isolant. Les canaux 59' des parties 54', 56' sont 30 configurés de manière à permettre un écoulement du liquide de refroidissement autour de la portion centrale puis ensuite vers l'extérieur.
[090] Dans cette réalisation, un seul cordon de chauffage pourrait être utilisé (non représenté), celui-ci s'entourant autour de la portion centrale 58' à la manière d'une spirale. La portion centrale 58' est également dépourvue de tout moyen de chauffage.
[091] On comprend aisément que la forme des canaux de refroidissement est plus critique que celle des cordons de chauffage du fait du temps plus important nécessaire à la réduction de la température d'un nombre de degré
donné en utilisant l'écoulement d'un liquide que le temps nécessaire à
l'augmentation de la température du même nombre de degré en utilisant un cordon de chauffage du type résistif.
[092] Les figures 33 à 36 représentent la première presse hydraulique P1 permettant un pressage, un chauffage et un refroidissement contrôlés de l'assemblage 10 de la figure 1. Cette première presse P1 permet d'assurer un chauffage et un refroidissement de la zone Z1 d'empilement électrode inférieure - membrane électrolyte polymère - électrode supérieure. Cette première presse Pi est destinée à être utilisée avec un plateau 47' selon la première réalisation représentée aux figures 29 et 30. Cette zone Z1 comprend l'intégralité des électrodes et de préférence uniquement celles-ci.
[093] Les figures 37 à 39 représentent la seconde presse hydraulique P2 permettant le chauffage et le pressage de l'assemblage de la figure 1 dans une zone Z2 annulaire périphérique entourant l'électrode inférieure ou première électrode 12 et l'électrode supérieure ou seconde électrode 20.
Cette zone Z2 annulaire débute intérieurement à proximité immédiate des bords externes de la première électrode 12 et de la seconde électrode 20.
Cette seconde presse P2 est destinée à être utilisée avec un plateau 52' selon la seconde réalisation représentée aux figures 31 et 32.
[094] En référence aux figures 33 à 36, la première presse P1 comprend un piston 58' comprenant un répartiteur de pression 60' qui porte une couche 62' d'isolant thermique afin de limiter la conduction thermique. Un plateau 47' tel que décrit en référence aux figures 29 et 30 est appliqué sur la couche isolante 62' la seconde face du plateau 47' venant en contact avec la couche isolante 62'. Une plaque 64' ou semelle de compression est appliquée sur la première face du plateau 47'.
[095] La première presse P1 comprend un support statique 66' agencé en vis-à-vis du piston 58' qui porte successivement une couche de matériau 68' thermiquement isolant, un plateau 47' tel que décrit en référence aux figures 31 et 32 et une plaque 70' ou semelle de compression. Le plateau 47' est positionné de manière à ce que sa première face soit en contact avec la semelle 68' de compression et que sa seconde face soit en contact avec la couche isolante 68'.
[096] La plaque 64', 70' ou semelle de compression suit les mêmes critères de sélection que le matériau de la première plaque 32' comme cela a été
décrit précédemment.
[097] La seconde presse P2 représentée aux figures 37 à 39 présente un montage tout à fait identique à ce qui été décrit en référence à la première pression. Cette seconde presse comprend ainsi un piston 58 comportant une couche isolante 62', un plateau 52' et une plaque de compression 64' de forme annulaire et un support statique 66' portant une couche isolante 68', un plateau 52' et une plaque de compression 70'.
[098] Les presses P1 et P2 telles que décrites précédemment ainsi que les plateaux de chauffage et de refroidissement sont bien évidemment applicables à un assemblage ne réalisant pas de fonction " anti-wicking "
c'est-à-dire dans laquelle la membrane électrolyte polymère n'est pas confinée entre les première et seconde membranes renforts mais s'étend partout entre la première membrane renfort et la seconde membrane renfort.
Un tel assemblage est représenté en figure 2.
Claims (20)
1. Installation (1) pour l'assemblage de membranes pour pile à
combustible comprenant :
- un premier poste (A1) de stockage de membranes électrodes (12, 20), un deuxième poste (A2) de stockage de membranes renfort, un poste d'empilement (C) des membranes des premier (A1) et deuxième (A2) postes de stockage, et un poste (P) de pressage et de chauffage d'un assemblage de membranes, - des moyens de convoyage et de manipulation (B1, B2) des membranes des premier (A1) et deuxième (A2) postes de stockage, d'un empilement du poste d'empilement (C) et d'un assemblage de membranes du poste (P) de pressage et de chauffage.
combustible comprenant :
- un premier poste (A1) de stockage de membranes électrodes (12, 20), un deuxième poste (A2) de stockage de membranes renfort, un poste d'empilement (C) des membranes des premier (A1) et deuxième (A2) postes de stockage, et un poste (P) de pressage et de chauffage d'un assemblage de membranes, - des moyens de convoyage et de manipulation (B1, B2) des membranes des premier (A1) et deuxième (A2) postes de stockage, d'un empilement du poste d'empilement (C) et d'un assemblage de membranes du poste (P) de pressage et de chauffage.
2. Installation (1) selon la revendication 1, dans laquelle les moyens de convoyage et de manipulation comprennent au moins un premier (B1) et un second (B2) manipulateurs comprenant des moyens de prise et de pose de membranes, le premier bras (B1) étant configuré pour déplacer une membrane électrode (12, 20) du premier poste (A1) de stockage vers le poste d'empilement (C) et le second bras (B2) étant configuré pour déplacer une ou plusieurs membranes du deuxième poste de stockage (A2) vers le poste (P) de pressage et de chauffage.
3. Installation (1) selon la revendication 2, dans laquelle les moyens de prise et de pose des premier (B1) et second (B2) manipulateurs comprennent des moyens de préhension à aspiration.
4. Installation selon la revendication 2 ou 3, dans laquelle les moyens de préhension à aspiration du premier manipulateur (B1) comprennent une pluralité de ventouses à soufflets reliées à des moyens de fourniture d'une dépression.
5. Installation selon l'une des revendications 2 à 4, dans laquelle les moyens de préhension à aspiration du second manipulateur (B2) comprennent un cadre (80) rigide comportant sur une face plane de préhension comportant une pluralité de perforations reliées à des moyens de fourniture d'une dépression.
6. Installation selon l'une des revendications 2 à 4, dans laquelle le premier manipulateur (B1) est articulé pour pouvoir effectuer un premier déplacement d'une membrane électrode (12) depuis le premier poste de stockage (A1) jusque sur un plateau (C1) du poste d'empilement (C) avec un retournement de la membrane électrode (12) et pour pouvoir effectuer un second déplacement d'une membrane électrode (20) depuis le premier poste de stockage (A1) jusque sur le plateau (C1) du poste d'empilement (C) sans retournement de la membrane électrode (20).
7. Installation selon l'une des revendications 2 à 6, dans laquelle le poste d'empilement (C) comprend un plateau pourvu d'une échancrure dimensionnée pour recevoir une partie du premier manipulateur portant une électrode (12) tandis que celle-ci affleure une surface supérieure du plateau (C1).
8. Installation selon l'une des revendications 1 à 7, dans laquelle les moyens de convoyage et de manipulation comprennent un troisième manipulateur (B3) comprenant des moyens de prise et de pose d'une membrane de support (14) stockée dans un troisième poste de stockage (A3), ce troisième manipulateur (B3) étant configuré pour amener la membrane de support (14) depuis le troisième poste de stockage (A3) vers le poste (P) de pressage et de chauffage.
9. Installation selon la revendication 8, dans laquelle les moyens de prise et de pose du troisième manipulateur (B3) comprennent des moyens préhension magnétiques tels que des électroaimants dont l'aimantation est pilotée par les moyens de commande.
1 O. Installation selon la revendication 8 ou 9, dans laquelle le poste de pressage et de chauffage est intercalé selon une direction donnée entre un rail longitudinal (33) de déplacement du troisième manipulateur (B3) et le poste d'empilement (C), ladite direction longitudinale (L) du rail (33) étant perpendiculaire à ladite direction donnée.
11. Installation selon la revendication 10, dans laquelle le poste d'empilement (C) est agencé selon la direction longitudinale (L) entre le premier poste de stockage (A1) et le deuxième poste de stockage (A2).
12. Installation selon l'une des revendications précédentes, comprenant un quatrième poste de stockage (A4) de feuilles intercalaires et un quatrième manipulateur de feuilles intercalaires configuré pour déplacer une feuille intercalaire du premier poste de stockage (A1) vers ledit quatrième poste de stockage (A4).
13. Installation selon l'une des revendications précédentes, comprenant un poste de découpe(D), de préférence par des moyens laser, d'un contour au travers de l'assemblage de membranes après pressage et chauffage à l'aide du poste (P) de pressage et de chauffage.
14. Installation selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le premier poste (A1) de stockage et le deuxième poste (A1) de stockage comprennent chacun un magasin (36) de stockage et des moyens de positionnement dans une position prédéterminée des membranes du poste associé.
15. Installation selon la revendication 14, dans laquelle chaque magasin (36) est guidé à déplacement rectiligne, de préférence verticalement, selon une direction donnée sur un bâti fixe et comprend des moyens d'amortissement (44) et de rappel du magasin dans une position prédéterminée en l'absence de force exercée sur le magasin, selon ladite direction, par un manipulateur de préhension d'une membrane du magasin considéré.
16. Installation selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle elle comprend des moyens de solidarisation (E) d'un empilement réalisé au niveau du poste d'empilement (C).
17. Installation selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle :
- le premier poste de stockage (Ai) comprend un empilement selon une direction verticale de membranes électrodes ayant de préférence une couche de diffusion qui est agencée vers le haut, - le deuxième poste de stockage (A2) comprend une alternance de premières membranes renfort (14) comprenant une ouverture (14a) et de secondes membranes renfort (20) comprenant une ouverture (18a), chaque seconde membrane renfort (20) étant solidaire d'une membrane électrolyte polymère (16) qui obture son ouverture (18a) et qui est agencée en vis-à-vis d'une première membrane renfort (14), la membrane électrolyte polymère (16) étant dimensionnée de manière à ce que son bord externe (14c) soit inscrit entre les bords internes (14b, 18b) et externes des première (14) et seconde (18) membranes de renfort, - le troisième poste de stockage comprend des membranes support (26) comportant un bord externe (26a) et un bord interne (26b) délimitant une ouverture (26c) de la membrane support (26), cette ouverture (26c) étant dimensionnée de manière à ce que la membrane électrolyte polymère (16) puisse s'inscrire dans ladite ouverture (26c) et à ce que la première membrane renfort (14) et la seconde membrane renfort (18) puissent recouvrir tout le bord interne (26b) de la membrane support (26).
- le premier poste de stockage (Ai) comprend un empilement selon une direction verticale de membranes électrodes ayant de préférence une couche de diffusion qui est agencée vers le haut, - le deuxième poste de stockage (A2) comprend une alternance de premières membranes renfort (14) comprenant une ouverture (14a) et de secondes membranes renfort (20) comprenant une ouverture (18a), chaque seconde membrane renfort (20) étant solidaire d'une membrane électrolyte polymère (16) qui obture son ouverture (18a) et qui est agencée en vis-à-vis d'une première membrane renfort (14), la membrane électrolyte polymère (16) étant dimensionnée de manière à ce que son bord externe (14c) soit inscrit entre les bords internes (14b, 18b) et externes des première (14) et seconde (18) membranes de renfort, - le troisième poste de stockage comprend des membranes support (26) comportant un bord externe (26a) et un bord interne (26b) délimitant une ouverture (26c) de la membrane support (26), cette ouverture (26c) étant dimensionnée de manière à ce que la membrane électrolyte polymère (16) puisse s'inscrire dans ladite ouverture (26c) et à ce que la première membrane renfort (14) et la seconde membrane renfort (18) puissent recouvrir tout le bord interne (26b) de la membrane support (26).
18. Installation selon l'une des revendications 1 à 16, dans laquelle :
- le premier poste de stockage (A1) comprend un empilement selon une direction verticale de membranes électrodes ayant de préférence une couche de diffusion qui est agencée vers le haut, - le deuxième poste de stockage (A2) comprend une pluralité de membranes renfort (14, 18) comprenant chacune une ouverture (14a, 18a), - le troisième poste de stockage (A3) comprend un empilement de membranes support (26) chacune formée par une membrane électrolyte polymère (16).
- le premier poste de stockage (A1) comprend un empilement selon une direction verticale de membranes électrodes ayant de préférence une couche de diffusion qui est agencée vers le haut, - le deuxième poste de stockage (A2) comprend une pluralité de membranes renfort (14, 18) comprenant chacune une ouverture (14a, 18a), - le troisième poste de stockage (A3) comprend un empilement de membranes support (26) chacune formée par une membrane électrolyte polymère (16).
19. Installation selon la revendication 17 ou 18, dans laquelle la membrane support (26) est supportée par un cadre (28a, 28b), par exemple métallique.
20. Installation selon l'une des revendications 1 à 19, comprenant des moyens de commande des moyens de convoyage et de manipulation configurés pour que le départ d'un empilement du poste d'empilement (C) vers le poste (P) de pressage et de chauffage soit suivi d'une nouvelle étape d'empilement sur le poste d'empilement (C).
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