CA1045501A - Procede et dispositif pour alimenter une pile a combustible en produit reactif fluide - Google Patents

Procede et dispositif pour alimenter une pile a combustible en produit reactif fluide

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Abstract

Procédé pour alimenter une pile à combustible en au moins un produit réactif fluide, comportant la mise en circulation de ce fluide suivant une boucle fermée sur laquelle la pile est interposée, l'introduction d'un appoint de fluide frais dans cette boucle fermée, le maintien à une valeur sensiblement constante de la pression du fluide à l'intérieur de la boucle fermée pendant toute la durée de fonctionnement de la pile, l'évacuation automatique d'une fraction du fluide circulant dans la boucle, pendant un premier intervalle de temps, l'interruption de cette évacuation de fluide pendant un second intervalle de temps. Les premier et second intervalles de temps se succèdent de façon répétitive, et pendant ledit premier intervalle de temps on maintient à une valeur prédéterminée sensiblement constante le débit de la fraction de fluide évacuée. Dispositif de mise en oeuvre de ce procédé.

Description

La présente invention a pour objet un pm csdé pour alimenter une pile à combustible en produit réactif fluide, tel que par exemple, mais non exclusivement,de l'hydrogène (H2), et propose un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé.

Il est connu d~alimenter une pile à combustible en faisant circuler au moins ùn des produits réactifs fluides nécessaires au fonctionnement de la pile, suivant une boucle fermée sur laquelle on interpose la pile à combusti-ble. On introduit dans cette boucle un appoint de fluide réactif frais et, simultanément, on évacue de la boucle, de facon continue, une fraction du fluide sortant de la pile, en fonction d'une grandeur représentative de l'éner-gie électrique délivrÉe par celle-ci. On maintient ainsi, au niveau des élec-trodes, des conditions sensiblement uniformes d'écoulement du fluide réactif, quelle que soit la puissance électrique fournie par la pile à combustible.

Les fluides réactifs utilisés contiennent dans des proportions plus ou moins grandes, des produits non consommables dans les réactions électrochi-miques qui se développent au niveau des électrodes de la pile à combustible.
Ces produits non réactifs, que l~on désigne dans ce qui suit par le terme dt"impuretés", sont généralement des produits fluides qui staccumulent au voi-sinage immédiat des électrodes et nuisent au bon fonctionnement de la pile. La quantité de produits réactifs consommés étant fonction de l'intensité du cou-rant électrique délivré par la pile, on constate que l'accroissement de la concentration d'impuretés dans la boucle d'alimentation est proportionnelle à
l~énergie électrique produite par la pile.

Pour empêcher cette augmentation du taux d'impuretés dans le fluide circulant dans la boucle d'alimentation on ajuste la valeur instantanée du débit de fluide extrait de cette boucle d'alimentation en fonction de la puis-sance électrique fournie par la pile. Il faut alors augmenter le débit du fluide frais introduit dans la boucle d'alimentation.

On arrive ainsi à conserver dans la boucle d'alimentation un taux d'impuretés à peu près constant et dépendant peu de l'énergie électrique débi-tée par la pile.
.

Les dispositifs antérieurs utilisent des organes adaptés à
contrôler avec précision les débits instantanés defluide réactif admis 10~55~1 et extrait de la boucle d'alimentation de la pile à combustible.
Ces organes sont relativement complexes et nécessitent un entre-tien qui constitue une contrainte pour l'utilisateur. De plus, la quantité de fluide frais qu'il faut introduire dans la boucle d'alimentation est jugée encore trop importante par rapport à
la consommation de fluide réactif dans la pile a combustible surtour lorsque celle-ci délivre une faible puissance électrique.
Le but de la présente invention est de proposer un procédé et un dispositif d'alimentation d'une pile à combustible en fluide réactif, pour lesquels les inconvénients indiques ci-dessus sont, sinon totalement elimines, du moins fortement réduits.
Le procéde, selon l'invention, qui sert à alimenter une pile à combustible en au moins un produit reactif fluide, com-porte: la mise en circulation de ce fluide suivant une boucle fermée sur laquelle la pile est interposée; l'introduction d'un appoint de fluide frais dans cettQ boucle fermée; le maintien à
une valeur sensiblement constante de la pression du fluide à
l'intérieur de la boucle fermée pendant toute la durée de f,onc-tionnement de la pile; l'évacuation automatique d'une fraction du fluide circulant dans la boucle, pendant un premier intervalle de temps; l'interruption de cette évacuation de fluide pendant un second intervelle de temps, lesdits premier et second intervalles de temps se succédant de fac,on répétitive. Il est caractérisé
en ce que pendant ledit premier intervalle de temps on maintient à une valeur prédeterminee sensiblement constante le debit de la fraction de fluide evacuee et en ce que l'on donne auxdits pre-mier et second intervalles de temps des valeurs telles que leur somme soit egale a une valeur predeterminee.
Le procéde selon l'invention permet de maintenir dans la boucle d'alimentation de la pile à combustible un taux très faible d'impuretes. De plus, les debits de fluide evacués sont ~_ .~

très faibles d'où une consommation minimale de fluide frais.
L'invention vise aussi un dispositif comportant: une canalisation de recirculation dont une extremite est connectee à
un orifice d'admission du fluide dans la pile, l'autre extremite etant reliee à un orifice d'evacuation de la pile, cette canalisa-tion de recirculation etant munie de moyens de mise en circula-tion de ce fluide; une canalisation d'introduction de fluide dont une extremite communique avec la canalisation de recircula-tion, l'autre extremite etant connectee à la source de fluide;
une canalisation d'echappement reliee à une de ses extremites à la canalisation de recirculation pour permettre l'extraction d'une fraction du fluide contenu dans la canalisation de recircula-tion; un organe regulateur de pression adapte à maintenir à une valeur sensiblement constante la pression du fluide à l'interieur de la canalisation de recirculation, et un organe d'interruption intermittente de l'ecoulement du fluide dans la canalisation d'e-vacuation, cet organe d'interruption ayant une première position permettant l'ecoulement du fluide dans la canalisation d'e-chappement et une deuxième position empêchant tout écoulement de fluide dans cette canalisation d'echappement. Il est caracterise en ce qu'il comporte un organe de commande adapte à
actionner sequentiellement ledit organe d'interruption auquel il est relie.
Tous les avantages de la presente invention apparaî-tront clairement à la lecture de la description suivante illus-tree par les figures annexees dans lesquelles:
- la figure 1 represente schematiquement un circuit d'alimentation d'une pile à combustible en un produit reactif, , - la figure 2 illustre schematiquement un mode de reali-sation du dispositif de commande de la vanne contrôlant l'eva-cuation d'une fraction du fluide contenu dans le circuit,d'ali-mentation, - 2a -~.~ ",~

`` 1045501 - la figure 3 montre le fonctionnement du dispositif illustré par la figure 4, et - les figures 4 à 8 représentent différentes variantes de réalisation du dispositif selon l'invention.

. - 2b --104S~iOl L'exemplc de réalisation considéré est appliqué à l'alimentation en un fluide réactif gazeux, tcl que de l'hydrogène (H2), d'une pile à combus-tible indiquée schematiquement par la reférence 1. L'energie électrique pro-duite par la pile est transmise à un circuit d'utilisation 2 relié aux bornes de la pile 1 par les conducteurs électriques 3 et 4.
, Le dispositif d'alimentation comporte une canalisation 5 de circu-lation de l'hydrogène en boucle fermée. La circulation de l'hydrogène, indi-quée par les flèches, est réalisée par une pompe 6. L'hydrogène pénètre dans la pile 1 par l'orifice d'entrée 7 et le fluide non consommé est évacué de la pile 1 par l'orifice de sortie B.

Un appoint d'hydrogène est introduit dans le circuit d'alimentation par une canalisation d'introduction 9 qui communique avec la canalisation de recirculation 5.
.

La pression P à l'intérieur de la canalisation 5 est maintenue sen-siblement constante et égale à une valeur prédéterminée. Ceci est obtenu en utilisant un régulateur de pression de tout type connu, qu'il n'est donc pas nécessaire de décrire en détail. Dans le mode de réalisation représenté par la figure 1 ce régulateur de pression, schématisé en 10, est placé en série avec la canalisation 9 de sorte que la pression de l'hydrogène introduit par la canalisation 9 soit égale à la pression P que l'on désire maintenir dans la canalisation 5. Dan~ ce cas le régulateur de pression 10 pourra être du type détendeur, c'est-à-dire régulera la pression de l'hydrogène en aval du régula-teur si l'on considère le sens d'écoulement de l'hydrogène dans la canalisa-tion 9.

Une fraction du débit de fluide circulant dans la canalisation 5 est évacuée par une canalisation d'échappement 11 qui comporte un organe régulateur de débit schématisé en 12 pour maintenir constant et à une valéur prédéterminée le débit de fluide qui peut être évacué par la canalisation ;1. L'écoulement de fluide dans la canalisation 11 est commandé par un organe d'interruption 3~ intermittente 13, tel qu'une vanne, ayant deux positions, la première permettant l'écoulement du fluide dans la canalisation 11, la seconde interrompant cet écoulement.

.

~04S5Q~
La vanne 13 est actionnee par un organe de commande 14 relie à un organe de mesure ou détecteur 15 capable dc délivrer un signal repr~sentatif d'une grandeur significat:ive du fonctionnement de la pile.

L'organe de commande 14 actionne la vanne 13 pour provoquer son ou-verture ou sa fermeture en fonction du signal délivré par le détecteur 15 Selon le mode préféré de réalisation illustré par les figures 1 et 2, le détecteur 15 fournit un signal représentatif de l~intensité du courant élec-trique I débité par la pile et l'organe de commande 14 est adapté à placer la vanne dans la première position (position d~ouverture) pendant un intervalle de temps t , puis dans la deuxième position tposition de fermeture) pendant un intervalle de temps tf~ t et tf étant tels que leur somme T = t + tf soit égale à une valeur constante choisie par l'utilisateur, comme il sera indiqué
plus loin, et que le rapport t /tf soit sensiblement proportionnel à l'intensitémoyenne du courant électrique I délivré par la pile pendant l'intervalle de temps t + tf - T, cette intensité moyenne étant définie par le quotient q/T, où q est la quantité d'électricité délivrée par la pile pendant l'intervalle de temps t ~ tf.
Le fonctionnement du dispositif selon l'invention est indiqué ci-dessous :
2~ On admet qu~ à l'instant initial t1 considéré la vanne 13 est fermée. La pile 1 est connectée à un circuit dlutilisation 2 et délivre un cou-rant électrique I sous une tension Y. Le débit d'hydrogène consommé dans la pile 1 pour produire le courant électrique I est désigné par q1. La pression P
du fluide dans la canalisation 5 étant maintenue constante, le débit q du fluide frais introduit dans la boucle est :
qe e ) q1 c étant la concentration en impuretés dans le fluide frais introduit dans la boucle d~alimentation. La pile 1 ne consommant que de l'hyd~ogène, la concen-tration moyenne d'impuretés dans le fluide circulant dant la canalisation 5 3n augmente linéairement en fonction du temps et proportionnellenent au courant électrique délivré par la pile.

Simultanément, le détecteur 15 délivre à l'organe de commande 14 un signal représentatifde l'intensitédu courant électrique I fourni par la pile 1.

1~)45SO~
L'organE de commande 14 élabore un signal de commande pour placer la vanne 13 dans sa position ouverte à l'instant t2 tel que t2 ~ t1 = tf.

Dès lors, une fraction du fluide circulant dans la canalisation 5 est évacuée, par la canalisation 11, à débit constant q . Le fluide frais étant introduit à pression constante dans la canalisation 5, le débit d'entrée q slajuste automatiquement et on a - qe -qs q1
3 1 1 f o rgane de commande 14 referme la vanne et le cycle décrit ci-dessus rEcommence.

On constate alors que la concentration moyenne en impuretés c dans m.
la canalisation 5 a une valeur sensiblement constante quellE que soitl'i~tensitédu courant I délivré par la pile.

La figure 2 représente schématiquement un exemple de réalisation de l'organe de commande 14 adapté à actionner l'organe 13, qui dans ce cas est une électrovanne, en fonction de l'intensitédu courant I débité par la pile 1 dans le circuit d'utilisatlon 2.

Le d~tecteur 15 utilisé est une résistance de valeur connue avec précision, placée en séris dans le circuit électrique de la pile 1.

La tension électrique u aux bornes de la résistance 15 est propor-tionnelle au courant I. Cette tension est appliquée à une première entrée dlun amplificateur-comparateur 16 composant les moyens de commande 14. Ces derniers comportent également un générateur 17 délivrant une tension v en dent de scie ayant une amplitude maximale Vm et une période T = t + tf.

La tension v produite par le générateur 17 est transmise à une seconde entrée de llamplificateur-comparateur 16 qui élaoore un signal de commande de l'électrovanne 13, comme indiqué ci-dessous en se référant à la figure 3.

Sur la figure 3, la tension v délivrée par le générateur 17 est représentée en trait continu. Le signal u provenant du détecteur 15 est .. , , 5 1~4550~
xeprésenté en trait interrompu et l'on a considéré pour la clarté de la figure que l'amplitude U de ce signal est constante et inférieure à Vm, autrement dit que la valeur du courant délivré par la plle est constante.

En régime de fonctionnement normal lorsque la différence u - v est positive, l'électro-vanne est ouverte. Lorsque la différence u- v est nulle (clest-à-dire à l'instant t1) l'amplificateur-comparateur 16 délivre un signal de commande qui ferme l'électro-vanne 13 et la maintient fermée jusqu'à l'ins-tant (t1 + tf) où l'amplificateur-comparateur 16 délivre un second signal de commande qui place à nouveau l'électro-vanne dans sa position d'ouverture.

Il est aisé de voir sur la figure 3 que :

1) si l'amplitude U du signal u varie (c'est-à-dire si l'intensité I
délivrée par la pile est modifiée) l'intervalle de temps t varie dans le même sens que la valeur de l'intensité I , 2) la somme t + tf = T est constante, et 3) le rappDrt t /tf est proportionnel à l'intensité du courant électrique délivré par la pile 1.

Dans la pratique le technicien choisira le rapport de la quantité de fluide extrait de ia boucle à celle introduite dans la boucle d'alimentation.
Connaissant le courant électrique que doit fournir la pile, il pourra déter-miner le débit du fluide introduit dans la canalisation 5. Puis, compte-tenu du taux d'impureté du fluide introduit dans la canalisation, il choisira un intervalle de temps T = t + tf d'autant plus court que la vitesse de la varia-tion de l'intensitédU courant délivré par la pile est élevée et un débit de fuite dlautant plus important que le volume du circuit d'alimentation, y com-pris l'espace inter-électrodes de la pile alimenté par ce circuit, est im-portant.
.
Les valeurs de ces différents facteurs pourront par exemple être optimisés par un essai de fonctionnement de la pile à combustible dans les condltions désirées.

1e~45501 A titre d'exemple, pour une pile à hydrogène d'une puissance nominale de 1KW, qui est prevue pour debiter un courant électrique d~intensité comprise entre 0 et 150 Ampères, on a réalisé le circuit d'alimentation en hydrogène desorte qus le débit de fuite soit égal à environ 2 % du débit de fluide frais, et que le temps T soit égal à environ 10 secondes.

En pratique, il sera possible de mndifisr le mode de réalisation il-lustré par les figures 1 et 2. Par ~xemple le régulateur de pression 10 pourra ~etre placé en série avec la canalisation 11, mais devra pour cela etre adapté
à maintenir constante la pression en aval du régulateur. Il pourra également 8tre placé en série avec la canalisatiDn 5.

Il sera également possible de supprimer le régulateur de pression 10 lorsque le fluide introduit dans la canalisation 5 est délivré par une source de fluide à pressiDn constante.

L'organe 12 pourra être un ajutage fixe ou réglable mais il pourra être aisémznt supprimé si l~on donne au diamètre intérieur de la canalisation 11 une valeur telle que, lorsque la vanne 13 est ouverte, le débit de fuite soit constant, autrement dit que la canalisation 11 remplisse elle-même le rôle d'ajutage, - Dans le cas où l'organe 12 est un ajutage réglable, il sera possible d~utiliser un élément de commande de cet ajutage en fonction d'une grandeur mesurée représentative du fonctionnement de la pile, telle que l'intensité du courant électrique I, la tension aux bornes de la pile, le débit de fluide pénétrant dans la pile, stc...

Les figures 4 à 3 rEprésentent partiellement différentes variantes de réalisation de l'invention. Sur ces figures Dn a utilisé les mêmes r~féren-ces pour désigner les mêmes éléments.

Dans le mode de réalisation de la figure 4 l'élément détecteur est COmpDSé dlun élément 15a adapté à produire un premier signal représentatif du débit de fluide pénétrant dans la pile, et d'un élÉment 15b adapté à produire un second signal représentatif du débit de fluide sortant de la pile. Ces sléments 15a et 15b seront par exemple des debit-mètres de tout type connu.

1~4550~
Les signaux delivrés par les él~ments 15a et 1Sb sont transmis à
l'entrée d'un amplificatrur differentiel 1~ qui sur sa horne de sortie délivre un signal rDprésentatif de la diffr~rrnce des signaux appliqués sur ces bornes d'entrée, c'est-à-dire représentatif du débit d'hydrogène consommé dans la pile 1.

Le signal produit par l'amplificateur différentiel 18 est appliqué
à l'entrée de l'amplificateur-comparateur 16 de l'organe de commande 14 de l'électro~vanne 13.

Selon la variante représent~e par la figure S,on utilise un seul ~0 ~élément 15a pour mesurer le débit de-fluide pén~trant dans la pile 1. Le signal fourni par cet élément est directement appliqué à une borne d'entrée de l'amplificateur-comparateur 16 de l'organe de commande 14 de l'électro-vanne 13.

~ ien entendu il sera également possible de placer un élément détec-teur du type de l'élément 15a à un autre endroit du circuit d'alimentation de la pile, par exemple à la sortie de la pile l ou sur la canalisation 9 d'intro-duction de l'hydrogène dans la canalisation 5.

. Dans la variante illustrée par la figure 6, la grandeur mesurée est la tension électrique aux bornes de la pile à combustible. Cette tension élec-trique est appliqu~e sur la borne d'entrée d'un amplificateur de commande pré-réglé 19 qui place l'zlectro-vanne 13 dans sa position d'ouverture lorsque la tension aux bornes de la pile atteint, en diminuant, une première valeur ajus-table prédéterminée et place llélectro-vanne 13 dans sa position de fermeture lorsque la tension électrique aux bornes de la pile atteint, en augmentant, une seconde valeur ajustable ~rédéterminée.

Dans le mode de réalisation représenté par la figure 7, le signal transmis à l'entrée da l'.amplificateur -comparateur 16 est dzlivré par un amplificateur correcteur 20. Celui-ci recoit sur ses bornes d'entrée un signal représentatif de la tension électrique aux bornes de la pile et un signal repré-3D sentatif du courant électrique débité par la pile et délivre un signal fonctionde la puissancr électrlque produite par la pile l.

1~34550~
D'autres modifications pourront 8tre apportées sans pour autant sortir du cadre de la présente invention.

Par exemple, la canalisation de fuite 11 pourra être raccordée à la canalisation 5 en un point situé entre la sortie de la pile et l'endroit où
est introduit l'hydrogène frais, ou entre l'entrée de la pile et l'endroit où
est introduit l'hydrogène frais. Il sera également possible d'utiliser une canalisation 11 communiquant simultanément avec la canalisation 5 en deux ou plusieurs points, un de ces points étant proche de l'entrée de la pile et l'autre de la sortie, comme le montre la figure 8.

L'argane de commande 14 pourra agir en fonction dlune ou plusieurs grandeurs mesurées représentatives de l'énErgie électrique fournie par la pile 1.

Dans la description qui précède on a indiqué l'utilisation du dis-positif selon l'invention pour alimenter une pile en un fluide réactif gazeux (hydrogène). 8ien entendu, un dispositif identique peut être utilisé pour chacun des fluides réactifs alimentant la pile à combustible. De plus, le dispositif selon l'invention est utilisable avec tous les réactifs fluides, qu'ils soient composés de liquides, de gaz, de gaz dissous dans un liquide, ou de gaz en émulsion avec un liquide.

La description qui précède se rapporte au cas où le courant élec-trique délivré par la pile est sensiblement constant ou varie lentement dans la période de temps T.

Lorsque les variations du courant électrique sont très rapides et d'amplitude notable, il sera possible d'adapter l'appareillage en interposant, entre le ou les détecteurs et l'élément de commande de la vanne 13, un circuit compensateur qui re~coit les signaux délivrés par ce ou ces détecteurs et déli-vre à sa sortie un ou des signaux représentatifs de la valeur intégrale, ou de la valeur moyenne du ou des signaux reSus, ce ou ces signaux de sortie étant transmis à l'élément de commande de la vanne 13.

Claims (26)

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:
1. Procédé pour alimenter une pile à combustible en au moins un produit réactif fluide, comportant la mise en circu-lation de ce fluide suivant une boucle fermée sur laquelle la pile est interposée, l'introduction d'un appoint de fluide frais dans cette boucle fermée, le maintien à une valeur sensiblement constante de la pression du fluide à l'intérieur de la boucle fermée pendant toute la durée de fonctionnement de la pile, l'é-vacuation automatique d'une fraction du fluide circulant dans la boucle, pendant un premier intervalle de temps, l'interruption ce cette évacuation de fluide pendant un second intervalle de temps, lesdits premier et second intervalles de temps se succé-dant de façon répétitive, caractérisé en ce que pendant ledit premier intervalle de temps on maintient à une valeur prédéter-minée sensiblement constante le débit de la faction de fluide évacuée et que l'on donne auxdits premier et second intervalles de temps des valeurs telles que leur somme soit égale à une valeur prédéterminée.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérise en ce qu'on mesure la valeur d'au moins une grandeur représen-tative de l'intensité du courant électrique fourni par la pile et en ce qu'on donne auxdits intervalles de temps des durées telles que le quotient de la durée dudit premier intervalle de temps par la durée dudit second intervalle de temps soit pro-portionnel à la valeur mesurée de ladite grandeur.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite grandeur mesurée est l'intensité du courant électri-que délivré par la pile.
4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite grandeur mesurée est le débit du fluide frais introduit dans la boucle fermée.
5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite grandeur mesurée est le débit de fluide pénétrant dans la pile.
6. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite grandeur mesurée est le débit de fluide sortant de la pile.
7. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite grandeur mesurée est la différence des débits de fluide pénétrant dans la pile et sortant de celle-ci.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on mesure la valeur d'au moins une grandeur représentative du fonctionnement de la pile et en ce que l'on commande l'évacuation de la fraction de fluide circulant dans la boucle et l'interruption de cette évacuation lorsque ladite grandeur atteint successivement deux valeurs limites prédéterminées.
9. Dispositif pour alimenter une pile à combustible en un produit réactif fluide délivré par une source produisant ce fluide, comportant une canalisation de recirculation dont une extrémité est connectée à un orifice d'admission du fluide dans la pile, l'autre extrémité étant reliée à un orifice d'évacuation de la pile, cette canalisation de recirculation étant munie de moyens de mise en circulation de ce fluide, une canalisation d'introduction de fluide dont une extrémité communique avec la canalisation de recirculation, l'autre extrémité étant connectée à la source de fluide, une canalisation d'échappement reliée à
une de ses extrémités à la canalisation de recirculation pour permettre l'extraction d'une fraction du fluide contenu dans la canalisation de recirculation, un organe régulateur de pression adapté à maintenir à une valeur sensiblement constante la pression du fluide à l'intérieur de la canalisation de recirculation, un organe d'interruption intermittente de l'écoulement du fluide dans la canalisation d'évacuation, cet organe d'interruption ayant une première position permettant l'écoulement du fluide dans la canalisation d'échappement et une deuxième position empêchant tout écoulement de fluide dans cette canalisation d'échappement, caractérisé en ce qu'il comporte un organe de commande adapté à
actionner sequentiellement ledit organe d'interruption auquel il est relié.
10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé
en ce qu'il comporte un organe régulateur de débit placé en série avec la canalisation d'échappement et adapté à maintenir sensible-ment constant le débit de fluide dans cette canalisation d'échappe-ment lorsque ledit organe d'interruption est dans sa première position.
11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé
en ce qu'il comporte un organe de mesure produisant un signal de mesure fonction de la valeur d'une grandeur représentative du cou-rant électrique débité par la pile, cet organe étant relié audit organe de commande, et en ce que ledit organe de commande est adapté à actionner ledit organe d'interruption en fonction de la valeur dudit signal de mesure.
12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé
en ce que ledit organe de commande comporte un générateur dé-livrant un signal de référence dont la période est déterminée, un circuit comparateur dont une borne d'entrée est reliée audit générateur et dont l'autre borne d'entrée est connectée audit organe de mesure, ledit circuit comparateur délivrant un premier signal de commande fonction des signaux appliqués sur ses bornes d'entrée pour placer ledit organe d'interruption dans ladite deuxième position, et un second signal de commande à la fin de chaque période dudit signal de référence pour placer ledit organe d'interruption dans ladite première position.
13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit générateur produit un signal en dent de scie et en ce que ledit circuit comparateur produit ledit premier signal de commande lorsque ledit signal de référence et ledit signal de mesure sont égaux.
14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé
en ce que ledit organe de mesure est constitué par une résistance de valeur connue avec précision placée en série avec le circuit électrique de la pile, ledit signal de mesure étant la tension électrique aux bornes de ladite résistance.
15. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé
en ce que ledit organe de mesure est un débit-mètre placé en série avec la canalisation de recirculation.
16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé
en ce que ledit débit-mètre est placé immédiatement en amont de l'orifice d'admission de la pile, en considérant le sens d'écoule-ment du fluide dans la canalisation de recirculation.
17. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé
en ce que ledit débit-mètre est placé immédiatement en aval de l'orifice d'évacuation de la pile, en considérant le sens d'écoulement du fluide dans la canalisation de recirculation.
18. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé
en ce que ledit organe de mesure comporte deux débit-mètres placés en série avec la canalisation de recirculation, le premier immé-diatement en amont de l'orifice d'admission de la pile, le second immédiatement en aval de l'orifice d'évacuation de la pile, en considérant le sens d'écoulement du fluide dans la canalisation de recirculation, et un circuit différentiel ayant deux bornes d'entrée connectées chacune à l'un desdits débit-mètres, ledit circuit différentiel délivrant ledit signal de mesure dont la valeur est égale à la différence des débits de fluide qui entrent et sortent de la pile et étant connecté audit circuit comparateur dudit organe de commande.
19. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que ledit organe de mesure est un débit-mètre placé en série avec la canalisation d'introduction.
20. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit organe de commande est constitué par un circuit étalonné dont les bornes d'entrée sont connectées aux bornes de la pile, ce circuit étalonné mettant ledit organe d'interruption dans sa première position lorsque la tension électrique aux bornes de la pile atteint en décroissant une première valeur-limite déterminée et mettant ledit organe d'interruption dans sa deuxième position lorsque la tension électrique aux bornes de la pile atteint en croissant une seconde valeur-limite déterminée.
21. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé
en ce que ledit organe régulateur de débit est constitué par un ajutage.
22. Dispositif selon la revendication 21, caractérisé
en ce que ledit ajutage est constitué par la canalisation d'échappement.
23. Dispositif selon la revendication 21, caractérisé en ce que ledit ajutage est réglable.
24. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé
en ce que ledit organe régulateur de pression est placé en série avec la canalisation d'introduction et est adapté à main-tenir sensiblement constante la pression du fluide en aval de son orifice de sortie, si l'on considère le sens d'écoulement du fluide dans l'organe régulateur de pression.
25. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé
en ce que ledit organe régulateur de pression est placé en série avec la canalisation d'échappement et est adapté à maintenir constante la pression du fluide en amont de son orifice d'entrée, si l'on considère le sens d'écoulement du fluide dans l'organe régulateur de pression.
26. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé
en ce que ledit régulateur de pression est placé en série avec la canalisation de recirculation et est adapté à maintenir sensi-blement constante la pression dans la totalité de la canalisation de recirculation.
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6023976A (ja) * 1983-07-18 1985-02-06 Hitachi Ltd 燃料電池差圧制御装置
JPS61233976A (ja) * 1985-04-10 1986-10-18 Fuji Electric Co Ltd 燃料電池設備
JPS61233977A (ja) * 1985-04-10 1986-10-18 Fuji Electric Co Ltd 燃料電池のガス置換方法
DE4425634C1 (de) * 1994-07-20 1995-10-26 Daimler Benz Ag Verfahren und Vorrichtung zum dosierten Zuführen von flüssigen Reaktanden zu einem Brennstoffzellensystem
DE19642754C2 (de) * 1996-10-16 2001-09-20 Forschungszentrum Juelich Gmbh Brennstoffzelle mit konvektionsgetriebenem Stofftransport
US6013385A (en) * 1997-07-25 2000-01-11 Emprise Corporation Fuel cell gas management system
US6780227B2 (en) * 2000-10-13 2004-08-24 Emprise Technology Associates Corp. Method of species exchange and an apparatus therefore
RU2191449C1 (ru) * 2001-07-09 2002-10-20 ЗАО Индепендент Пауэр Технолоджис Способ и устройство для удаления инертных примесей
US6830842B2 (en) * 2001-10-24 2004-12-14 General Motors Corporation Hydrogen purged motor for anode re-circulation blower
US6796332B1 (en) * 2003-04-04 2004-09-28 Texaco Inc Fluid balance control system for use in a fuel processor
JP2004349068A (ja) * 2003-05-21 2004-12-09 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
US7572531B2 (en) * 2004-05-18 2009-08-11 Gm Global Technology Operations, Inc. Fuel reformer system with improved water transfer
JP4780390B2 (ja) * 2005-12-15 2011-09-28 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム及び移動体
US20100136454A1 (en) * 2006-10-11 2010-06-03 Hans-Joerg Heidrich Fuel circuit of a fuel cell system

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1187697B (de) * 1961-08-05 1965-02-25 Siemens Ag Verfahren und Einrichtung zum Betrieb elektrisch parallel geschalteter Gaselektroden mit inertgashaltigen Reaktionsgasen
US3576677A (en) * 1967-05-23 1971-04-27 United Aircraft Corp Fuel cell process air control
US3580741A (en) * 1968-07-29 1971-05-25 Gen Electric Universal automatic sensing and actuating control system for fluid consuming power sources and the like
US3697325A (en) * 1969-08-21 1972-10-10 Isotopes Inc Purge control for fuel cell

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FR2325204B1 (fr) 1981-01-23

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