EP4406041A1 - Ensemble et procédé d'utilisation d'une pile à combustible à membrane d'échange et d'un dispositif de capture d'acide - Google Patents

Ensemble et procédé d'utilisation d'une pile à combustible à membrane d'échange et d'un dispositif de capture d'acide

Info

Publication number
EP4406041A1
EP4406041A1 EP22765171.8A EP22765171A EP4406041A1 EP 4406041 A1 EP4406041 A1 EP 4406041A1 EP 22765171 A EP22765171 A EP 22765171A EP 4406041 A1 EP4406041 A1 EP 4406041A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
acid
capture device
exhaust gases
assembly according
fuel cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22765171.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Sofyane ABBOU
Marion SCOHY
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Power Units SAS
Original Assignee
Safran Power Units SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran Power Units SAS filed Critical Safran Power Units SAS
Publication of EP4406041A1 publication Critical patent/EP4406041A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/38—Removing components of undefined structure
    • B01D53/40—Acidic components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/81—Solid phase processes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/30—Alkali metal compounds
    • B01D2251/304—Alkali metal compounds of sodium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/30—Alkali metal compounds
    • B01D2251/306—Alkali metal compounds of potassium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/40—Alkaline earth metal or magnesium compounds
    • B01D2251/404—Alkaline earth metal or magnesium compounds of calcium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/60—Inorganic bases or salts
    • B01D2251/604—Hydroxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/50—Carbon oxides
    • B01D2257/504—Carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/55—Compounds of silicon, phosphorus, germanium or arsenic
    • B01D2257/553—Compounds comprising hydrogen, e.g. silanes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/02—Other waste gases
    • B01D2258/0208—Other waste gases from fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to the field of fuel cells of the proton exchange membrane type known by its English abbreviation PEMFC for "Proton Exchange Membrane Fuel Cell”.
  • PEMFC Proton Exchange Membrane Fuel Cell
  • the invention relates in particular to a fuel cell intended to be on board an aircraft, in particular, to power electrical equipment participating in the propulsion of the aircraft.
  • a fuel cell 1 comprises an anode input Ea, a cathode input Ec, an anode output Sa and a cathode output Sc.
  • the anode input Ea receives for example dihydrogen while the cathode input Ec receives for example dioxygen in order to produce electricity at the terminals of the fuel cell 1 (not shown).
  • Exhaust gases are discharged through the anode outlet Sa and the cathode outlet Sc.
  • Such a fuel cell 1 generally comprises membrane electrode assemblies (MEA) comprising a solid polymer membrane which acts as the electrolyte.
  • MEA membrane electrode assemblies
  • the exhaust gases which are evacuated by the anodic outlet Sa and the cathodic outlet Sc, mainly contain oxygen, nitrogen, hydrogen and water vapour, but also traces of acid (a few ppm).
  • the exhaust gases For a high temperature fuel cell, that is to say operating at temperatures between 120°C and 200°C, the exhaust gases have high temperatures and are corrosive due to traces of acid, which which is very restrictive for the equipment located downstream (valves Va, Vc, sensors, etc.), which reduces their lifespan.
  • the invention aims to eliminate at least some of these disadvantages.
  • An assembly comprising a proton exchange membrane fuel cell comprising an anode inlet, a cathode inlet, an anode outlet and a cathode outlet, said outlets being configured to evacuate exhaust gases comprising acid.
  • the assembly is remarkable in that it comprises at least one acid capture device mounted at at least one of the outlets to extract at least a portion of the acid present in the exhaust gases and to evacuate the gases. deacidified exhaust.
  • an acid capture device is mounted at at least one of the outlets so as to extract the acid from the exhaust gases in order to avoid damaging downstream equipment such as a valve or a sensor.
  • the fuel cell is advantageously not modified, only an auxiliary acid capture device can be added in an exhaust line of the fuel cell.
  • the acid capture device is mounted at the cathode outlet to extract at least a portion of the acid present in the cathode exhaust gases. This is advantageous since the cathodic output is the source of the majority of acidic releases.
  • the assembly further comprises an acid capture device mounted at the anode outlet.
  • a first acid capture device is mounted at the anode outlet and a second acid capture device is mounted at the cathode outlet.
  • the acid capture device comprises at least one basic source configured to neutralize the acid present in the exhaust gases.
  • a basic source advantageously makes it possible to extract the acid by neutralizing it with a basic source, the addition of a base compensating for the acidity.
  • the basic source comprises at least one base in solid and porous form.
  • Such a basic source is simple to implement and advantageous for exhaust gases with a low water vapor content.
  • the basic source comprises one or more of the following bases: NaOH, KOH and Ca2.
  • bases are simple and convenient to handle.
  • the acid capture device comprises at least one regulating valve configured to control a passage or a bypass of the basic source.
  • the valve makes it possible to control the consumption of the basic source in a parsimonious manner.
  • the valve is controllable, in particular, according to an operating parameter of the fuel cell.
  • the regulation is advantageously automatic.
  • the acid capture device comprises at least one condensation chamber comprising a liquid into which the exhaust gases are injected so as to condense and dilute the acid.
  • a condensation chamber is advantageous since it makes it possible to optimally capture the water and acid present in the exhaust gases.
  • a condensation enclosure makes it possible to optimally cool the exhaust gases, which is advantageous for a high-temperature fuel cell.
  • the acid capture device comprises at least one cooling circuit configured to cool the liquid in the condensation enclosure in order to obtain optimum condensation over time.
  • the acid capture device comprises at least one circuit for sampling the gaseous phase of the condensation enclosure.
  • deacidified gases can be evacuated downstream.
  • the acid capture device comprises at least one heat exchanger configured to cool the deacidified exhaust gases. This is advantageous for a high temperature fuel cell.
  • a heat exchanger is mounted downstream of the basic source so as to avoid acid condensation which could damage the heat exchanger.
  • the acid capture device comprises at least one phase separator configured to recover the liquid phase comprising the acid and the water from the exhaust gases and to evacuate a deacidified gaseous phase.
  • the acid capture device includes at least one acid storage tank configured to collect the liquid phase.
  • the assembly includes a first acid capture device with a base source mounted at the anode outlet and a second acid capture device with a condensate tank mounted at the cathode outlet.
  • a first acid capture device with a base source mounted at the anode outlet
  • a second acid capture device with a condensate tank mounted at the cathode outlet.
  • the fuel cell comprises at least one membrane doped with acid, preferably with phosphoric acid
  • the invention relates to a fuel cell of the proton exchange membrane type known by its English abbreviation PEMFC for "Proton Exchange Membrane Fuel Cell”.
  • the invention will be presented for a high temperature fuel cell, that is to say operating at temperatures between 120° C. and 200° C., but the invention also applies to a low temperature fuel cell. operating at temperatures between 40°C and 100°C.
  • the invention relates in particular to a fuel cell intended to be on board an aircraft, in particular, to power electrical equipment participating in the propulsion of said aircraft.
  • the fuel cell 1 comprises an anode inlet Ea, a cathode inlet Ec, an anode outlet Sa of anode exhaust gas Ga and a cathode outlet Sc of cathode exhaust gas Gc.
  • the anode input Ea receives for example dihydrogen while the cathodic input Ec receives for example dioxygen in order to produce electricity at the terminals of the fuel cell 1 (not shown).
  • the fuel cell 1 comprises membrane electrode assemblies (MEA) comprising at least one membrane doped with acid, in particular with phosphoric acid, so as to improve the proton conductivity of the membrane, preferably, a solid polymer membrane which acts as an electrolyte.
  • the exhaust gases Ga, Gc, which are evacuated by the anode outlet Sa and the cathode outlet Sc mainly contain oxygen, nitrogen, hydrogen and water vapour, but also traces of acid (a few ppm).
  • the exhaust gases Ga, Gc are corrosive (pH of the order of 1, 5 to 2) and have high temperatures.
  • the quantity of phosphoric acid lost in the exhaust gases Ga, Gc can reach 30 mg/hour depending on the operating conditions.
  • Such a fuel cell 1 is known to those skilled in the art and will not be presented in detail.
  • the acid capture device 2 mounts at least one acid capture device 2 at one or more of the anode Sa and cathode Sc outputs of the fuel cell 1 to extract at least part of the acid present in the exhaust gases Ga, Gc.
  • the acid capture device 2 receives an exhaust gas Ga, Gc at the input and emits at the output a deacidified exhaust gas Ga*, Gc*.
  • the fuel cell 1 is not modified and the invention can be applied to fuel cells already in circulation.
  • an anode exhaust pipe Ca connects the anode outlet Sa to an anode exhaust valve Va.
  • a cathode exhaust pipe Cc connects the cathode outlet Sc to a cathode exhaust valve Vc. It goes without saying that other equipment could be mounted in the exhaust pipes Ca, Cc, for example sensors.
  • an acid capture device 2 is mounted at each output Sa, Sc but it goes without saying that only one output Sa, Sc could be provided with an acid capture device 2.
  • the cathode output Sc is connected to such an acid capture device 2 given that most of the acid discharges come from the cathode as explained previously.
  • the acid capture device 2 can implement various technologies, in particular, a basic source 20 (FIGS. 3-5), a condensation chamber 30 ( ) or a phase separator 41 ( ).
  • a basic source 20 FIGS. 3-5
  • a condensation chamber 30 FIG. 3
  • a phase separator 41 FIG. 3
  • the various embodiments of the acid capture device 2 will be presented in relation to the anode output Sa for the sake of conciseness, but they apply to one or the other.
  • the advantages linked to the use of a particular embodiment with the anode output Sa and/or the cathode output Sc will be presented individually.
  • the acid capture device 2 comprises a basic source 20 configured to neutralize the acid present in the exhaust gases Ga.
  • a basic source 20 inherently has a higher pH to 7, preferably greater than 11.
  • the basic source 20 comprises one or more of the following bases: NaOH, KOH and Ca(OH)2.
  • the basic source 20 comprises an enclosure in which the base or bases are stored in solid and porous form.
  • Such porosity advantageously allows the exhaust gases Ga to pass through the basic source 20 without disturbing the evacuation of the exhaust gases Ga.
  • the traces of acid are neutralized and trapped in the enclosure.
  • deacidified Ga* exhaust gases have a higher pH (ideally close to 7), which prevents damage to downstream equipment.
  • the acid capture device 2 comprises a pH indicator 21 configured to indicate the pH or the pH range of the deacidified exhaust gases Ga*.
  • a visual indicator in particular colorimetric, is used.
  • Such a pH indicator 21 is advantageous for indicating that the basic source 20 is consumed and must be replaced. A pH close to that of the acid indicates that it is necessary to replace the base contained in the basic source 20.
  • the quantity of phosphoric acid released in the exhaust gases Ga, Gc can reach 30 mg/hour.
  • the amount of base needed to neutralize this acid would therefore be in the order of 300 mg/hour; i.e. 30 kg for 100 hours of operation.
  • the acid capture device 2 comprises a regulating valve 22 comprising an inlet 221 connected to said anode outlet Sa, a first outlet 222 connected to an inlet of the basic source 20 and a second outlet 223 connected to an output of the basic source 20 so as to bypass it.
  • the first output 222 is connected to the anode exhaust pipe Ca upstream of the basic source 20 while the second output 223 is connected to the anode exhaust pipe Ca downstream of the basic source 20.
  • Such a control valve 22 makes it possible to regulate the use of the basic source 20 in order to control its consumption.
  • the regulation valve 22 makes it possible to use the basic source 20 mainly during the start-up/stop phases of the fuel cell 1 and to leave it at rest during a nominal operating phase of the fuel cell 1.
  • the regulation valve 22 is controllable, in particular, according to an operating parameter PAR of the fuel cell 1.
  • an operating parameter PAR is transmitted by the fuel cell 1 (or by an associated computer) to activate deacidification by the basic source 20.
  • an operating parameter PAR is transmitted by the fuel cell 1 (or by an associated computer) to bypass the basic source 20.
  • the basic source 20 is consumed sparingly.
  • a regulation valve 22 allowing a bypass of the basic source 20 makes it possible to target the neutralization of the acid during specific operating phases, that is to say, when the risk of crystallization of the acid is the greatest given the drop in temperature.
  • a regulation valve 22 allowing a bypass of the basic source 20 makes it possible to target the neutralization of the acid during specific operating phases, that is to say, when the risk of crystallization of the acid is the greatest given the drop in temperature.
  • a regulating valve 22 can be used in various embodiments of the capture device 2 so as to regulate the neutralization of the acid.
  • the acid capture device 2 comprises a heat exchanger 23 which is configured to cool the deacidified exhaust gases Ga* preferably to a temperature below 80° C., which preserves the downstream equipment.
  • the heat exchanger 23 is mounted downstream of the basic source 20 in order to avoid condensing acid which could damage the heat exchanger 23. Nevertheless, it goes without saying that the heat exchanger 23 could also be integrated into the basic source 20.
  • the heat exchanger 23 can implement different cooling technologies (forced convection, liquid cooling, etc.).
  • a basic source 20 is particularly suitable for the anode output Sa given that the proportion of water produced by the electrochemical reaction is negligible.
  • the use of a basic source 20, of simple and practical design, is advantageous for treating a reduced quantity of liquid which will consume the basic source 20 to a small extent.
  • the acid capture device 2 comprises a condensation chamber 30 comprising a liquid L, in particular water, into which the exhaust gases Ga from said outlet Sa are injected.
  • a condensation chamber 30 comprising a liquid L, in particular water, into which the exhaust gases Ga from said outlet Sa are injected.
  • the exhaust gases Ga are cooled during its injection into the liquid L, which makes it possible to condense the traces of acid but also the water present in the steam. Traces of acid can be optimally extracted by dilution in liquid L.
  • the acid capture device 2 comprises a cooling circuit (thickened line) configured to cool the liquid L of the condensation enclosure 30.
  • the cooling circuit comprises a heat exchanger 31 as well as a pump 32. Liquid L heated in the condensation enclosure 30 is thus cooled by the heat exchanger 31 and then reinjected into the condensation enclosure 30 by the pump 32.
  • the acid capture device 2 further comprises a sampling circuit 33 of the gaseous phase of the condensation enclosure 30 so as to recover the deacidified cooled gases Ga*.
  • the condensation enclosure 30 comprises an injector, immersed in the liquid, which comprises a diffuser 301, preferably cylindrical, allowing the diffusion by micro-leaks of the exhaust gases Ga into the liquid L, for example, through an alloy or a sintered ceramic.
  • the acid in particular phosphoric
  • the acid is very soluble in hot water, which makes it possible to trap it. Diffusion by micro-leaks increases the exchange surface and makes it possible to optimally cool the exhaust gases Ga.
  • This embodiment is particularly suitable for the cathodic outlet Sc whose cathodic exhaust gases Gc contain a large quantity of water vapour.
  • the water from the steam is condensed in the condensation enclosure 30, which increases the quantity of liquid L in the condensation enclosure 30 over time.
  • an overflow device 34 is provided, here a valve connected to a purge circuit CP, making it possible to evacuate liquid L from the condensation enclosure 30 when the level of liquid is too high.
  • the overflow device 34 is also connected to the cooling circuit.
  • the joint use of the cooling circuit and the overflow device 34 makes it possible to maintain a constant volume of water and regulated in temperature. For a fuel cell 1 having a power of 20 kW as presented above, it is estimated that 11 liters of liquid water per hour can be recovered at the cathode outlet Sc if all the water vapor produced by the electrochemical reaction is collected and condensed.
  • a first configuration of a fuel cell 1 in which the anode output Sa is associated with an acid capture device 2 comprising a basic source 20 in order to benefit from its small size and its simple design.
  • a basic source 20 is suitable given that the proportion of water produced by the electrochemical reaction is low as well as the quantity of acid discharges.
  • the basic source 20 can thus be used sparingly.
  • the cathode outlet Sc is associated with an acid capture device 2 comprising a condensation enclosure 30 in order to benefit from its high efficiency for collecting the water produced by the electrochemical reaction as well as the acid discharges which are more important on the cathodic side.
  • the acid capture device 2 comprises at least one phase separator 40 configured to recover the liquid phase comprising the traces of acid and the water and let the deacidified gaseous phase Ga* pass.
  • the phase separator 40 is in the form of a condenser.
  • the acid capture device 2 further comprises an acid storage tank 41 configured to collect the acid liquid phase from one or more phase separators 40.
  • the most acidic pH at the cathode outlet is of 4.5.
  • the phase separators 40 could also be connected to a purge circuit.
  • FIG. 1 there is shown a second configuration of a fuel cell 1 in which the anode outlet Sa and the cathode outlet Sc are both associated with phase separators 40 which are connected to an acid storage tank 41 which is common.
  • the exhaust gases Ga, Gc are treated so as to extract at least part of the acid discharged. This makes it possible to protect the equipment, located downstream of the fuel cell 1, which receives deacidified exhaust gases Ga*, Gc* and, preferably, cooled.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Un ensemble comprenant une pile à combustible à membrane d'échange de protons (1) comprenant une entrée anodique (Ea), une entrée cathodique (Ec), une sortie anodique (Sa) et une sortie cathodique (Sc), lesdites sorties (Sa, Sc) étant configurées pour évacuer des gaz d'échappement (Ga, Gc) comprenant de l'acide, ensemble comprenant au moins un dispositif de capture d'acide (2) monté à au moins une des sorties (Sa, Sc) pour extraire au moins une partie de l'acide présent dans les gaz d'échappement (Ga, Gc) et évacuer des gaz d'échappement désa-cidifiés (Ga*, Gc*).

Description

    Ensemble et procédé d’utilisation d’une pile à combustible à membrane d’échange et d’un dispositif de capture d’acide
  • La présente invention concerne le domaine des piles à combustible du type à membrane d’échange de protons connu sous son abréviation anglaise PEMFC pour « Proton Exchange Membrane Fuel Cell ». L’invention vise en particulier une pile à combustible destinée à être embarquée dans un aéronef, notamment, pour alimenter des équipements électriques participant à la propulsion de l’aéronef.
  • De manière connue, en référence à la , une pile à combustible 1 comporte une entrée anodique Ea, une entrée cathodique Ec, une sortie anodique Sa et une sortie cathodique Sc. L’entrée anodique Ea reçoit par exemple du dihydrogène tandis que l’entrée cathodique Ec reçoit par exemple du dioxygène afin de produire de l’électricité aux bornes de la pile à combustible 1 (non représentées). Des gaz d’échappement sont évacués par la sortie anodique Sa et la sortie cathodique Sc.
  • Une telle pile à combustible 1 comporte généralement des assemblages membrane électrodes (AME) comprenant une membrane polymère solide qui joue le rôle d’électrolyte. Pour améliorer la conductivité protonique de la membrane, il est connu de doper la membrane à l’acide, en particulier, à l’acide phosphorique.
  • Les gaz d’échappements, qui sont évacués par la sortie anodique Sa et la sortie cathodique Sc, contiennent majoritairement de l’oxygène, de l’azote, de l’hydrogène et de la vapeur d’eau mais également des traces d’acide (quelques ppm). Pour une pile à combustible haute température, c’est-à-dire fonctionnant à des températures comprises entre 120°C et 200°C, les gaz d’échappement possèdent des températures élevées et sont corrosifs du fait des traces d’acide, ce qui est très contraignant pour les équipements situés en aval (vannes Va, Vc, capteurs, etc), ce qui réduit leur durée de vie.
  • Des inconvénients supplémentaires apparaissent par ailleurs lors des phases de démarrage/arrêt de la pile à combustible 1. Lors de ces phases, la température de la pile à combustible est inférieure à la température de fonctionnement et l’acide résiduel présent dans les conduites d’échappement de la pile à combustible 1 peut cristalliser et obstruer la sortie anodique Sa et la sortie cathodique Sc, des conduites d’échappement Ca, Cc, ainsi que les équipements situés en aval de la pile à combustible 1. La cristallisation de l’acide peut ainsi entrainer la corrosion, le grippage ou l’obstruction de certaines conduites d’échappement Cc, Ca et des équipements aval, ce qui présente un inconvénient.
  • Une solution immédiate pour éliminer cet inconvénient consiste à proposer des membranes dépourvues de dopage acide. Une telle solution n’est néanmoins pas pertinente étant donné qu’elle pénalise la conductivité protonique. Une autre solution immédiate consiste à utiliser des membranes qui présentent une meilleure rétention de l’acide phosphorique mais il n’existe pas de solutions techniques matures et performantes à ce jour.
  • L’invention vise à éliminer au moins certains de ces inconvénients.
    •  PRESENTATION DE L’INVENTION
  • L’invention concerne un ensemble comprenant une pile à combustible à membrane d’échange de protons comprenant une entrée anodique, une entrée cathodique, une sortie anodique et une sortie cathodique, lesdites sorties étant configurées pour évacuer des gaz d’échappement comprenant de l’acide.
  • L’ensemble est remarquable par le fait qu’il comporte au moins un dispositif de capture d’acide monté à au moins une des sorties pour extraire au moins une partie de l’acide présent dans les gaz d’échappement et évacuer des gaz d’échappement désacidifiés.
  • De manière avantageuse, un dispositif de capture d’acide est monté à au moins une des sorties de manière à extraire l’acide des gaz d’échappement afin d’éviter l’endommagement d’équipements en aval tels qu’une vanne ou un capteur. Grâce à l’invention, la pile à combustible n’est avantageusement pas modifiée, seul un dispositif de capture d’acide auxiliaire peut être ajouté dans une conduite d’échappement de la pile à combustible.
  • De préférence, le dispositif de capture d’acide est monté à la sortie cathodique pour extraire au moins une partie de l’acide présent dans les gaz d’échappement cathodique. Cela est avantageux étant donné que la sortie cathodique est à l’origine de la majorité des rejets acides.
  • Selon un aspect de l’invention, l’ensemble comprend en outre un dispositif de capture d’acide monté à la sortie anodique. Autrement dit, un premier dispositif de capture d’acide est monté à la sortie anodique et un deuxième dispositif de capture d’acide est monté à la sortie cathodique. Ainsi, l’ensemble des rejets acides sont traités.
  • Selon un aspect de l’invention, le dispositif de capture d’acide comporte au moins une source basique configurée pour neutraliser l’acide présent dans les gaz d’échappement. Une source basique permet avantageusement d’extraire l’acide en le neutralisant par une source basique, l’ajout d’une base compensant l’acidité.
  • De manière préférée, la source basique comporte au moins une base sous forme solide et poreuse. Une telle source basique est simple à mettre en œuvre et avantageuse pour des gaz d’échappement peu chargés en vapeur d’eau.
  • De préférence, la source basique comporte une ou plusieurs des bases suivantes : NaOH, KOH et Ca2. De telles bases sont simples et pratiques à manipuler.
  • Selon un aspect de l’invention, le dispositif de capture d’acide comporte au moins une vanne de régulation configurée pour commander un passage ou un contournement de la source basique. Ainsi, la vanne permet de commander la consommation de la source basique de manière parcimonieuse.
  • De préférence, la vanne est commandable, en particulier, en fonction d’un paramètre de fonctionnement de la pile à combustible. Ainsi, la régulation est avantageusement automatique.
  • Selon un autre aspect de l’invention, le dispositif de capture d’acide comporte au moins une enceinte de condensation comprenant un liquide dans lequel sont injectés les gaz d’échappement de manière à condenser et diluer l’acide. Une telle enceinte de condensation est avantageuse étant donné qu’elle permet de capter de manière optimale l’eau et l’acide présents dans les gaz d’échappement. De plus, une telle enceinte de condensation permet de refroidir de manière optimale les gaz d’échappement, ce qui est avantageux pour une pile à combustible haute température.
  • De préférence, le dispositif de capture d’acide comporte au moins un circuit de refroidissement configuré pour refroidir le liquide de l’enceinte de condensation afin d’obtenir une condensation optimale au cours du temps.
  • De manière préférée, le dispositif de capture d’acide comporte au moins un circuit de prélèvement de la phase gazeuse de l’enceinte de condensation. Ainsi, des gaz désacidifiés peuvent être évacués vers l’aval.
  • Selon un aspect de l’invention, le dispositif de capture d’acide comporte au moins un échangeur de chaleur configuré pour refroidir les gaz d’échappement désacidifiés. Cela est avantageux pour une pile à combustible haute température.
  • De manière préférée, un échangeur de chaleur est monté en aval de la source basique de manière à éviter une condensation d’acide pouvant endommager l’échangeur de chaleur.
  • De préférence, le dispositif de capture d’acide comporte au moins un séparateur de phase configuré pour récupérer la phase liquide comprenant l’acide et l’eau des gaz d’échappement et d’évacuer une phase gazeuse désacidifiée.
  • De préférence, le dispositif de capture d’acide comporte au moins un réservoir de stockage d’acide configuré pour collecter la phase liquide.
  • De préférence, l’ensemble comprend un premier dispositif de capture d’acide avec une source basique montée à la sortie anodique et un deuxième dispositif de capture d’acide avec un réservoir de condensation monté à la sortie cathodique. L’utilisation de deux dispositifs de capture différents permet de s’adapter aux spécificités de chaque sortie de la pile à combustible.
  • De manière préférée, la pile à combustible comporte au moins une membrane dopée à l’acide, de préférence, à l’acide phosphorique
  • L’invention concerne également un procédé d’utilisation d’un ensemble tel que présenté précédemment, comprenant des étapes consistant à :
    • extraire au moins une partie de l’acide présent dans les gaz d’échappement d’au moins une des sorties de la pile à combustible et
    • évacuer des gaz d’échappement désacidifiés. 
     PRESENTATION DES FIGURES
  • L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d’exemple, et se référant aux figures suivantes, données à titre d’exemples non limitatifs, dans lesquelles des références identiques sont données à des objets semblables.
  • La est une représentation schématique d’une pile à combustible selon l’art antérieur.
  • La est une représentation schématique d’un ensemble d’une pile à combustible et de deux dispositifs de capture d’acide selon l’invention.
  • La est une représentation schématique d’une première forme de réalisation d’un dispositif de capture.
  • La est une représentation schématique d’une deuxième forme de réalisation d’un dispositif de capture.
  • La est une représentation schématique d’une troisième forme de réalisation d’un dispositif de capture.
  • La est une représentation schématique d’une quatrième forme de réalisation d’un dispositif de capture.
  • La est une représentation schématique d’une configuration d’une pile à combustible et deux dispositifs de capture.
  • La est une représentation schématique d’une cinquième forme de réalisation d’un dispositif de capture.
  • La est une représentation schématique d’une configuration d’une pile à combustible et deux dispositifs de capture selon la .
  • Il faut noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour mettre en œuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant.
    •  DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION
  • L’invention concerne une pile à combustible du type à membrane d’échange de protons connu sous son abréviation anglaise PEMFC pour « Proton Exchange Membrane Fuel Cell ».
  • L’invention va être présentée pour une pile à combustible haute température, c’est-à-dire fonctionnant à des températures comprises entre 120°C et 200°C, mais l’invention s’applique également à une pile à combustible basse température fonctionnant à des températures comprises entre 40°C et 100°C. L’invention vise en particulier une pile à combustible destinée à être embarquée dans un aéronef, notamment, pour alimenter des équipements électriques participant à la propulsion dudit aéronef.
  • De manière connue, la pile à combustible 1 comprend une entrée anodique Ea, une entrée cathodique Ec, une sortie anodique Sa de gaz d’échappement anodique Ga et une sortie cathodique Sc de gaz d’échappement cathodique Gc. L’entrée anodique Ea reçoit par exemple du dihydrogène tandis que l’entrée cathodique Ec reçoit par exemple du dioxygène afin de produire de l’électricité aux bornes de la pile à combustible 1 (non représentées). Dans cet exemple, la pile à combustible 1 comporte des assemblages membrane électrodes (AME) comprenant au moins une membrane dopée à l’acide, en particulier à l’acide phosphorique, de manière à améliorer la conductivité protonique de la membrane, de préférence, une membrane polymère solide qui joue le rôle d’électrolyte. Les gaz d’échappements Ga, Gc, qui sont évacués par la sortie anodique Sa et la sortie cathodique Sc, contiennent majoritairement de l’oxygène, de l’azote, de l’hydrogène et de la vapeur d’eau mais également des traces d’acide (quelques ppm).
  • Pour une pile à combustible à haute température, c’est-à-dire, fonctionnant à des températures comprises entre 120°C et 200°C, les gaz d’échappement Ga, Gc sont corrosifs (pH de l’ordre de 1,5 à 2) et possèdent des températures élevées. Au cours de tests réalisés pour une pile à combustible haute température ayant une puissance électrique de 20 kW, la quantité d’acide phosphorique perdue dans les gaz d’échappement Ga, Gc peut atteindre 30 mg/heure selon les conditions de fonctionnement. De manière intéressante, il a été observé que près de 90% des rejets d’acide sont réalisés au niveau de la sortie cathodique Sc. Une telle pile à combustible 1 est connue de l’homme du métier et ne sera pas présentée en détails.
  • Selon l’invention, il est proposé de monter au moins un dispositif de capture d’acide 2 à une ou plusieurs des sorties anodique Sa et cathodique Sc de la pile à combustible 1 pour extraire au moins une partie de l’acide présent dans les gaz d’échappement Ga, Gc. Autrement dit, le dispositif de capture d’acide 2 reçoit en entrée un gaz d’échappement Ga, Gc et émet en sortie un gaz d’échappement désacidifié Ga*, Gc*.
  • De manière avantageuse, la pile à combustible 1 n’est pas modifiée et l’invention peut s’appliquer à des piles à combustible déjà en circulation.
  • Dans cet exemple, en référence à la , une conduite d’échappement anodique Ca relie la sortie anodique Sa à une vanne d’échappement anodique Va. De manière analogue, une conduite d’échappement cathodique Cc relie la sortie cathodique Sc à une vanne d’échappement cathodique Vc. Il va de soi que d’autres équipements pourraient être montés dans les conduites d’échappement Ca, Cc, par exemple, des capteurs.
  • Dans cet exemple, en référence à la , un dispositif de capture d’acide 2 est monté à chaque sortie Sa, Sc mais il va de soi que seule une sortie Sa, Sc pourrait être pourvue d’un dispositif de capture d’acide 2. De préférence, la sortie cathodique Sc est reliée à un tel dispositif de capture d’acide 2 étant donné que la plupart des rejets acides sont issus de la cathode comme expliqué précédemment.
  • Comme cela sera présenté en détails par la suite, le dispositif de capture d’acide 2 peut mettre en œuvre diverses technologies, en particulier, une source basique 20 (Figures 3-5), une enceinte de condensation 30 ( ) ou un séparateur de phase 41 ( ). Les différentes technologies vont être présentées de manière indépendante mais il va de soi qu’elles pourraient être couplées au sein d’un même dispositif de capture d’acide 2.
  • Par la suite, les différentes formes de réalisation du dispositif de capture d’acide 2 vont être présentées en relation avec la sortie anodique Sa par souci de concision mais elles s’appliquent à l’une ou à l’autre. Les avantages liés à l’utilisation d’une forme de réalisation particulière avec la sortie anodique Sa et/ou la sortie cathodique Sc seront présentées de manière individuelle.
  • En référence à la , selon une première forme de réalisation, le dispositif de capture d’acide 2 comporte une source basique 20 configurée pour neutraliser l’acide présent dans les gaz d’échappement Ga. De manière connue, une source basique 20 possède par nature un pH supérieur à 7, de préférence, supérieur à 11. De préférence, la source basique 20 comporte une ou plusieurs des bases suivantes : NaOH, KOH et Ca(OH)2.
  • De préférence, la source basique 20 comporte une enceinte dans laquelle est stockée la ou les bases sous forme solide et poreuse. Une telle porosité permet avantageusement aux gaz d’échappement Ga de traverser la source basique 20 sans perturber l’évacuation des gaz échappement Ga. Au contact de la base ou des bases, les traces d’acide sont neutralisées et piégées dans l’enceinte. Ainsi, les gaz d’échappement désacidifiés Ga* possèdent un pH plus élevé (idéalement proche de 7), ce qui évite d’endommager les équipements en aval.
  • Selon une variante, en référence à la , le dispositif de capture d’acide 2 comporte un indicateur de pH 21 configuré pour indiquer le pH ou la gamme de pH des gaz d’échappement désacidifiés Ga*. De préférence, un indicateur visuel, en particulier colorimétrique, est utilisé. Un tel indicateur de pH 21 est avantageux pour indiquer que la source basique 20 est consommée et doit être remplacée. Un pH proche de celui de l’acide indique qu’il faut procéder au remplacement de la base contenue dans la source basique 20.
  • Pour une pile à combustible 1 ayant une puissance électrique de 20 kW, la quantité d’acide phosphorique rejetée dans les gaz d’échappement Ga, Gc peut atteindre 30 mg/heure. La quantité de base nécessaire à la neutralisation de cet acide serait donc de l’ordre de 300 mg/heure ; soit 30 kg pour 100 heures de fonctionnement.
  • Selon un aspect préféré, en référence à la représentant une deuxième forme de réalisation, le dispositif de capture d’acide 2 comporte une vanne de régulation 22 comprenant une entrée 221 reliée à ladite sortie anodique Sa, une première sortie 222 reliée à une entrée de la source basique 20 et une deuxième sortie 223 reliée à une sortie de la source basique 20 de manière à la contourner. La première sortie 222 est reliée à la conduite d’échappement anodique Ca en amont de la source basique 20 tandis que la deuxième sortie 223 est reliée à la conduite d’échappement anodique Ca en aval de la source basique 20.
  • Une telle vanne de régulation 22 permet de réguler l’utilisation de la source basique 20 afin de contrôler sa consommation. A titre d’exemple, la vanne de régulation 22 permet d’utiliser la source basique 20 principalement lors des phases de démarrage/d’arrêt de la pile à combustible 1 et de la laisser au repos lors d’une phase de fonctionnement nominal de la pile à combustible 1.
  • De manière préférée, la vanne de régulation 22 est commandable, en particulier, en fonction d’un paramètre de fonctionnement PAR de la pile à combustible 1. Par exemple, lors des phases de démarrage/d’arrêt de la pile à combustible 1, un paramètre de fonctionnement PAR est émis par la pile à combustible 1 (ou par un calculateur associé) pour activer une désacidification par la source basique 20. A l’inverse, lors d’une phase de fonctionnement nominal de la pile à combustible 1, un paramètre de fonctionnement PAR est émis par la pile à combustible 1 (ou par un calculateur associé) pour contourner la source basique 20. Ainsi, la source basique 20 est consommée avec parcimonie.
  • L’ajout d’une vanne de régulation 22 permettant un contournement de la source basique 20 permet de cibler la neutralisation de l’acide lors de phases de fonctionnement spécifiques, c’est-à-dire, lorsque le risque de cristallisation de l’acide est le plus grand compte tenu de la baisse de température. Ainsi, selon l’application, la puissance désirée, le profil de mission de l’aéronef et les contraintes masses/volumes, des opérations de remplacement régulières de la source basique 20 sont à prévoir.
  • Il va de soi qu’une vanne de régulation 22 peut être utilisée dans diverses formes de réalisation du dispositif de capture 2 de manière à réguler la neutralisation de l’acide.
  • En référence à la , selon une troisième forme de réalisation, le dispositif de capture d’acide 2 comporte un échangeur de chaleur 23 qui est configuré pour refroidir les gaz d’échappement désacidifiés Ga* de préférence à une température inférieure à 80°C, ce qui préserve les équipements en aval. De préférence, l’échangeur de chaleur 23 est monté en aval de la source basique 20 afin d’éviter de condenser de l’acide qui pourrait endommager l’échangeur de chaleur 23. Néanmoins, il va de soi que l’échangeur de chaleur 23 pourrait également être intégré à la source basique 20. L’échangeur de chaleur 23 peut mettre en œuvre différentes technologies de refroidissement (convection forcée, refroidissement liquide, etc.).
  • L’utilisation d’une source basique 20, selon l’une des trois premières formes de réalisation, est particulièrement adaptée à la sortie anodique Sa étant donné que la part d’eau produite par la réaction électrochimique est négligeable. L’utilisation d’une source basique 20, de conception simple et pratique, est avantageuse pour traiter une quantité de liquide réduite qui va consommer faiblement la source basique 20.
  • Selon une quatrième forme de réalisation, en référence à la , le dispositif de capture d’acide 2 comporte une enceinte de condensation 30 comprenant un liquide L, en particulier de l’eau, dans lequel sont injectés les gaz d’échappement Ga de ladite sortie Sa. Ainsi, les gaz d’échappement Ga sont refroidis lors de son injection dans le liquide L, ce qui permet de condenser les traces d’acide mais également l’eau présente dans la vapeur d’eau. Les traces d’acide peuvent être extraites de manière optimale par dilution dans le liquide L.
  • Comme illustré à la , le dispositif de capture d’acide 2 comporte un circuit de refroidissement (trait épaissi) configuré pour refroidir le liquide L de l’enceinte de condensation 30. Dans cet exemple, le circuit de refroidissement comporte un échangeur de chaleur 31 ainsi qu’une pompe 32. Du liquide L échauffé dans l’enceinte de condensation 30 est ainsi refroidi par l’échangeur de chaleur 31 puis réinjecté dans l’enceinte de condensation 30 par la pompe 32. Le dispositif de capture d’acide 2 comporte en outre un circuit prélèvement 33 de la phase gazeuse de l’enceinte de condensation 30 de manière à récupérer les gaz refroidis désacidifiés Ga*.
  • L’enceinte de condensation 30 comporte un injecteur, plongé dans le liquide, qui comprend un diffuseur 301, de préférence cylindrique, permettant la diffusion par micro-fuites des gaz d’échappement Ga dans le liquide L, par exemple, à travers un alliage ou une céramique frittée. De manière avantageuse, l’acide (notamment phosphorique) est très soluble dans l’eau chaude, ce qui permet de le piéger. Une diffusion par micro-fuites augmente la surface d’échange et permet de refroidir de manière optimale les gaz d’échappement Ga.
  • Cette forme de réalisation est particulièrement adaptée pour la sortie cathodique Sc dont les gaz d’échappement cathodique Gc comportent une grande quantité de vapeur d’eau. L’eau de la vapeur d’eau est condensée dans l’enceinte de condensation 30, ce qui augmente la quantité de liquide L dans l’enceinte de condensation 30 au cours du temps. A cet effet, il est prévu un dispositif de trop-plein 34, ici une vanne reliée à un circuit de purge CP, permettant d’évacuer du liquide L hors de l’enceinte de condensation 30 lorsque le niveau de liquide est trop élevé. Dans cet exemple, le dispositif de trop-plein 34 est également relié au circuit de refroidissement. L’utilisation conjointe du circuit de refroidissement et du dispositif de trop-plein 34 permet de conserver un volume d’eau constant et régulé en température. Pour une pile à combustible 1 ayant une puissance de 20 kW telle que présentée précédemment, on estime que 11 litres d’eau liquide par heure peuvent être récupérés au niveau de la sortie cathodique Sc si toute la vapeur d’eau produite par la réaction électrochimique est récupérée et condensée.
  • En référence à la , il est représenté une première configuration d’une pile à combustible 1 dans laquelle la sortie anodique Sa est associée à un dispositif de capture d’acide 2 comprenant une source basique 20 afin de bénéficier de son faible encombrement et de sa conception simple. Une telle source basique 20 est adaptée étant donné que la part d’eau produite par la réaction électrochimique est faible ainsi que la quantité de rejets d’acide. La source basique 20 peut ainsi être utilisée avec parcimonie. A l’inverse, la sortie cathodique Sc est associée à un dispositif de capture d’acide 2 comprenant une enceinte de condensation 30 afin de bénéficier de son rendement élevé pour collecter l’eau produite par la réaction électrochimique ainsi que les rejets d’acide qui sont plus importants du coté cathodique.
  • Selon une autre forme de réalisation, en référence à la , le dispositif de capture d’acide 2 comporte au moins un séparateur de phase 40 configuré pour récupérer la phase liquide comprenant les traces d’acide et l’eau et laisser passer la phase gazeuse désacidifiée Ga*. De manière préférée, le séparateur de phase 40 se présente sous la forme d’un condenseur.
  • De préférence, le dispositif de capture d’acide 2 comporte en outre un réservoir de stockage acide 41 configuré pour collecter la phase liquide acide issue d’un ou plusieurs séparateurs de phase 40. En pratique, le pH le plus acide en sortie cathodique est de 4,5. Il va de soi que les séparateurs de phase 40 pourraient également être connectés à un circuit de purge. En référence à la , il est représenté une deuxième configuration d’une pile à combustible 1 dans laquelle la sortie anodique Sa et la sortie cathodique Sc sont toutes les deux associées à des séparateurs de phase 40 qui sont reliés à un réservoir de stockage acide 41 qui est commun.
  • Grâce à l’invention, au cours du fonctionnement de la pile à combustible 1, les gaz d’échappement Ga, Gc sont traités de manière à extraire au moins une partie de l’acide rejeté. Cela permet de protéger les équipements, situés en aval de la pile à combustible 1, qui reçoivent des gaz d’échappement désacidifiés Ga*, Gc* et, de préférence, refroidis.
    •

Claims (15)

  1. Ensemble comprenant une pile à combustible à membrane d’échange de protons (1) comprenant une entrée anodique (Ea), une entrée cathodique (Ec), une sortie anodique (Sa) et une sortie cathodique (Sc), lesdites sorties (Sa, Sc) étant configurées pour évacuer des gaz d’échappement (Ga, Gc) comprenant de l’acide, ensemble caractérisé par le fait qu’il comporte au moins un dispositif de capture d’acide (2) monté à au moins une des sorties (Sa, Sc) pour extraire au moins une partie de l’acide présent dans les gaz d’échappement (Ga, Gc) et évacuer des gaz d’échappement désacidifiés (Ga*, Gc*).
  2. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de capture d’acide (2) est monté à la sortie cathodique (Sc) pour extraire au moins une partie de l’acide présent dans les gaz d’échappement cathodique (Gc).
  3. Ensemble selon la revendication 2, comprenant en outre un dispositif de capture d’acide (2) monté à la sortie anodique (Sa).
  4. Ensemble selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel le dispositif de capture d’acide (2) comporte au moins une source basique (20) configurée pour neutraliser l’acide présent dans les gaz d’échappement (Ga, Gc).
  5. Ensemble selon la revendication 4, dans lequel la source basique (20) comporte au moins une base sous forme solide et poreuse.
  6. Ensemble selon l’une des revendications 4 à 5, dans lequel la source basique (20) comporte une ou plusieurs des bases suivantes : NaOH, KOH et Ca(OH)2.
  7. Ensemble selon l’une des revendications 4 à 6, dans lequel le dispositif de capture d’acide (2) comporte au moins une vanne de régulation (22) configurée pour commander un passage ou un contournement de la source basique (20).
  8. Ensemble selon la revendication 7, dans lequel la vanne (22) est commandable, en particulier, en fonction d’un paramètre de fonctionnement (PAR) de la pile à combustible (1).
  9. Ensemble selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel le dispositif de capture d’acide (2) comporte au moins une enceinte de condensation (30) comprenant un liquide (L) dans lequel sont injectés les gaz d’échappement (Ga, Gc) de manière à condenser et diluer l’acide.
  10. Ensemble selon la revendication 9, dans lequel le dispositif de capture d’acide (2) comporte au moins un circuit de refroidissement configuré pour refroidir le liquide (L) de l’enceinte de condensation (30).
  11. Ensemble selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel le dispositif de capture d’acide (2) comporte au moins un échangeur de chaleur (23) configuré pour refroidir les gaz d’échappement désacidifiés (Ga*, Gc*).
  12. Ensemble selon l’une des revendications 1 à 11, dans lequel le dispositif de capture d’acide (2) comporte au moins un séparateur de phase (40) configuré pour récupérer la phase liquide comprenant l’acide et l’eau des gaz d’échappement (Ga, Gc) et d’évacuer une phase gazeuse désacidifiée.
  13. Ensemble selon la revendication 12, dans lequel le dispositif de capture d’acide (2) comporte au moins un réservoir de stockage d’acide (41) configuré pour collecter la phase liquide.
  14. Ensemble comprenant un premier dispositif de capture d’acide (2) selon la revendication 4 monté à la sortie anodique (Sa) et un deuxième dispositif de capture d’acide (2) selon la revendication 9 monté à la sortie cathodique (Sc).
  15. Procédé d’utilisation d’un ensemble selon l’une des revendications 1 à 14, comprenant des étapes consistant à :
    • extraire au moins une partie de l’acide présent dans les gaz d’échappement (Ga, Gc) d’au moins une des sorties (Sa, Sc) de la pile à combustible (1) et
    • évacuer des gaz d’échappement désacidifiés (Ga*, Gc*).
EP22765171.8A 2021-09-21 2022-09-07 Ensemble et procédé d'utilisation d'une pile à combustible à membrane d'échange et d'un dispositif de capture d'acide Pending EP4406041A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2109909A FR3127335B1 (fr) 2021-09-21 2021-09-21 Ensemble et procédé d’utilisation d’une pile à combustible à membrane d’échange et d’un dispositif de capture d’acide
PCT/EP2022/074777 WO2023046465A1 (fr) 2021-09-21 2022-09-07 Ensemble et procédé d'utilisation d'une pile à combustible à membrane d'échange et d'un dispositif de capture d'acide

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4406041A1 true EP4406041A1 (fr) 2024-07-31

Family

ID=78086580

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP22765171.8A Pending EP4406041A1 (fr) 2021-09-21 2022-09-07 Ensemble et procédé d'utilisation d'une pile à combustible à membrane d'échange et d'un dispositif de capture d'acide

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP4406041A1 (fr)
JP (1) JP2024536754A (fr)
KR (1) KR20240057409A (fr)
CN (1) CN117957681A (fr)
FR (1) FR3127335B1 (fr)
WO (1) WO2023046465A1 (fr)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2032234B1 (fr) * 2006-06-13 2011-08-10 Basf Se Élimination de dioxyde de carbone dans des fumées
FR2966054B1 (fr) * 2010-10-18 2015-02-27 Arkema France Capture d'oxydes de carbone
FR2989004B1 (fr) * 2012-04-10 2014-05-02 Total Sa Procede de traitement d'un flux gazeux par absorption

Also Published As

Publication number Publication date
CN117957681A (zh) 2024-04-30
WO2023046465A1 (fr) 2023-03-30
JP2024536754A (ja) 2024-10-08
KR20240057409A (ko) 2024-05-02
FR3127335B1 (fr) 2025-01-17
FR3127335A1 (fr) 2023-03-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2494643B1 (fr) Procedure de detection de l'etat d'etancheite d'une pile a combustible.
FR2952234A1 (fr) Procedure de detection de l'etat de permeabilite de la membrane polymere echangeuse d'ions d'une pile a combustible.
EP3198674B1 (fr) Systeme de pile a combustible securisee
WO2023046465A1 (fr) Ensemble et procédé d'utilisation d'une pile à combustible à membrane d'échange et d'un dispositif de capture d'acide
EP3560015B1 (fr) Système à pile à combustible, et procédé de pilotage associé
FR3110289A1 (fr) Méthode d’activation d’une pile à combustible
WO2014106699A1 (fr) Procede de production d'hydrogene purifie et dispositif permettant une telle production
FR3111477A1 (fr) Système de refroidissement d’une pile à combustible et pile à combustible équipée d’un tel système
FR3061361A1 (fr) Systeme electrochimique a pile a combustible comportant un dispositif de regulation de pression a detendeur
EP1482588A1 (fr) Module de puissance pour véhicule automobile comprenant une pile à combustible et procédé de mise hors gel d'une pile à combustible
FR3135354A1 (fr) Procédé de mise en œuvre d’une pile à combustible alimentée avec de l’ammoniac avec recyclage de dihydrogène et installation associée
EP4207399B1 (fr) Systeme electrochimique comportant un reacteur electrochimique, un dispositif de regulation thermique et un dispositif d'inertage
WO2014087107A2 (fr) Generateur de flamme comprenant un electrolyseur pour la production d'oxygene et d'hydrogene par electrolyse d'eau
FR3163666A1 (fr) Installation de production de dihydrogène et infrastructure associée
FR3061362A1 (fr) Systeme electrochimique a pile a combustible comportant un dispositif de regulation de pression a deverseur
EP3428318B1 (fr) Systeme electrochimique et procede d'electrolyse de l'eau
FR3152196A1 (fr) Procédé de démarrage d’une pile à combustible et système électrochimique comprenant une pile à combustible
WO2006035176A1 (fr) Dispositif de pile a combustible autonome en eau
Chikahisa et al. Study on Water Transport Phenomena Through Micro-Porous Layers in PEFC
FR2868212A1 (fr) Dispositif de gestion de l'eau d'un systeme pile a combustible
FR3128589A1 (fr) Système électrochimique et procédé de production d’hydrogène par électrolyse de l’eau découplée, comportant une étape de désoxygénation de l’électrolyte
FR2871947A1 (fr) Module de puissance pour vehicule automobile, comprenant une pile a combustible et procede de commande d'un tel module de puissance
FR2842948A1 (fr) Systeme de traction electrique pour vehicule automobile et procede de mise en oeuvre d'une pile a combustible
FR3036230A1 (fr) Pile a combustible a membrane d’echange de protons presentant une duree de vie accrue
FR3103061A1 (fr) système electrochimique a pile à combustible adapte a fonctionner en depression

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20240320

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)