FR2788169A1 - Feeding a reactive gas to a fuel cell involves increasing and then reducing gas pressure in at least one reference region between gas inlet and outlet of cell - Google Patents
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Abstract
Description
i L'invention concerne un procédé d'alimentation enThe invention relates to a method for supplying
gaz réactif, de pile à combustible, destiné à assurer un ap- reactive gas, from fuel cell, intended to ensure an
port régulier de ce gaz, par exemple de l'air ou de l'hydrogène, dans la pile, indépendamment des fluctuations de fonctionnement de celle-ci; elle concerne également un regular carrying of this gas, for example air or hydrogen, in the cell, independently of the fluctuations in operation of the latter; it also concerns a
dispositif de mise en oeuvre de ce procédé. device for implementing this method.
Par exemple dans les piles à combustible actuelles dans lesquelles le comburant est de l'oxygène, celui-ci est For example in current fuel cells in which the oxidant is oxygen, this is
fourni soit par un courant d'oxygène pur, soit par un cou- supplied either by a stream of pure oxygen or by a flow
rant de gaz oxydant, généralement un courant de mélange ga- rant of oxidizing gas, generally a stream of mixing
zeux tel que de l'air.zeux like air.
Les dispositifs d'alimentation en air actuels ap- Current air supply devices
portent cet air dont l'oxygène est nécessaire au fonctionne- carry this air whose oxygen is necessary for the functioning-
ment côté cathode des cellules, au moyen d'une circulation continue qui doit être suffisamment importante pour assurer on the cathode side of the cells, by means of a continuous circulation which must be large enough to ensure
une sur-stoechiométrie d'un facteur d'au moins 1,5 dans cha- an over-stoichiometry of a factor of at least 1.5 in each
que cellule, et permettre l'évacuation de l'eau produite (et parfois introduite côté air pour le refroidissement, comme that cell, and allow the evacuation of the water produced (and sometimes introduced on the air side for cooling, as
dans la technique dite " avec poreux "). in the technique known as "with porous").
Cette circulation continue, sauf précautions par- This circulation continues, unless precautions are taken
ticulières, peut cependant être perturbée de différentes ma- can however be disturbed in different ways.
nières par des fluctuations difficilement maîtrisables du fonctionnement de la pile. En particulier: - Dans les piles à combustible, l'alimentation des différentes cellules est effectuée en parallèle; lorsque la circulation dans une cellule est légèrement entravée par exemple par un bouchon d'eau à l'entrée ou à la sortie, elle negated by fluctuations that are difficult to control in the operation of the battery. In particular: - In fuel cells, the supply of the various cells is carried out in parallel; when circulation in a cell is slightly hampered for example by a water plug at the entrance or at the exit, it
est insuffisamment alimentée, et il en résulte une détério- is insufficiently powered, resulting in deterioration
ration des performances et parfois l'endommagement de la performance ration and sometimes damage to the
cellule.cell.
- Dans le cas de la technique " avec poreux ", l'alimentation en gaz est effectuée à travers une couche de matériau conducteur et poreux; par suite de l'absence de - In the case of the "with porous" technique, the gas supply is carried out through a layer of conductive and porous material; due to the absence of
canaux de distribution de gaz, celui-ci est moins bien re- gas distribution channels, this one is less well
nouvelé dans certaines parties de la cellule, qui peuvent se trouver inertées par la présence de l'azote laissé là après la consommation de l'oxygène. Là encore, les performances de new in certain parts of the cell, which can be inerted by the presence of the nitrogen left there after the consumption of oxygen. Again, the performance of
la cellule se trouvent dégradées. Ces dégradations de per- the cell is degraded. These degradations of per-
formances doivent être détectées, ce qui entraîne la néces- formances must be detected, resulting in the need for
sité de surveiller individuellement la tension des cellules, to monitor the cell voltage individually,
afin de déclencher des purges au cas o la tension de cellu- in order to trigger purges in case the cell voltage
les devient inférieure à un seuil prédéterminé. the becomes below a predetermined threshold.
- La dernière partie du parcours du gaz pour par- - The last part of the gas journey to par-
venir à l'électrolyte se fait par diffusion dans une couche coming to the electrolyte is by diffusion in a layer
poreuse o s'entrecroisent l'eau produite et le gaz entrant. porous where the produced water and the incoming gas intersect.
Cette couche de diffusion est remplie de l'azote restant après consommation de l'oxygène correspondant, ce qui oblige l'oxygène neuf à se frayer un chemin en diffusant à travers cet azote. Comme cette zone de diffusion n'est pas située sur le parcours du gaz, il n'y a pas de circulation forcée du gaz à travers la couche; au contraire, un flux gazeux de This diffusion layer is filled with the nitrogen remaining after consumption of the corresponding oxygen, which forces the new oxygen to make its way by diffusing through this nitrogen. As this diffusion zone is not located on the gas path, there is no forced circulation of the gas through the layer; on the contrary, a gas flow of
vapeur d'eau s'écoule en sens inverse, et ralentit la diffu- water vapor flows in the opposite direction and slows down the diffusion
sion de l'oxygène.oxygen.
Un autre exemple de problème à résoudre est celui Another example of a problem to solve is that
concernant le circuit d'hydrogène de telles piles à combus- concerning the hydrogen circuit of such fuel cells-
tible, circuit dans lequel apparaît de l'azote provenant du circuit d'air par diffusion à travers la membrane; dans ce cas, le fonctionnement correct de la pile implique d'éviter l'accumulation d'azote par exemple sous forme de strate(s) tible, circuit in which nitrogen appears from the air circuit by diffusion through the membrane; in this case, the correct functioning of the battery involves avoiding the accumulation of nitrogen, for example in the form of stratum (s)
dans certaines régions du circuit.in certain regions of the circuit.
L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients, et concerne à cette fin un procédé d'alimentation en gaz réactif, de pile à combustible, selon lequel on introduit ce gaz réactif à une entrée de gaz de la pile et on évacue un The invention aims to remedy these drawbacks, and to this end relates to a process for supplying reactive gas to a fuel cell, according to which this reactive gas is introduced at a gas inlet of the cell and a
gaz résiduel à une sortie de gaz de la pile, procédé carac- residual gas at a gas outlet from the cell, charac-
térisé en ce que, de manière récurrente, successivement, on terrified in that, repeatedly, successively, we
augmente la pression de gaz dans au moins une région de ré- increases gas pressure in at least one pressure region
férence de la pile située entre l'entrée et la sortie jus- ference of the battery located between the inlet and outlet up to
qu'à une première valeur, et on diminue la pression de gaz that at a first value, and we decrease the gas pressure
dans la région de référence jusqu'à une deuxième valeur in- in the reference region up to a second in-
férieure à la première, de telle manière que l'on crée des turbulences de gaz pendant au moins une partie du transit et sur au moins une partie du trajet du gaz entre l'entrée et lower than the first, in such a way that gas turbulence is created during at least part of the transit and on at least part of the path of the gas between the inlet and
la sortie de la pile.the battery outlet.
Grâce au fait que l'on fait varier en permanence la pression dans la pile entre deux valeurs extrêmes, la Thanks to the fact that the pressure in the stack is continuously varied between two extreme values, the
circulation du gaz et l'alimentation sont assurées de ma- gas circulation and supply are guaranteed
nière dynamique, et 1'" effet poumon " ainsi créé assure un apport en gaz en tous les points des cellules entre les deux dynamic, and the "lung effect" thus created ensures a gas supply at all points of the cells between the two
accès de la pile, et empêche l'accumulation d'eau à l'état liquide dans certains endroits. Le procédé selon l'invention peut de plus présen- access to the battery, and prevents the accumulation of water in the liquid state in certain places. The process according to the invention can moreover present
ter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - on modifie la pression de gaz dans la pile entre ter one or more of the following characteristics: - the gas pressure in the cell is changed between
la pression d'alimentation à l'entrée de la pile et la pres- the supply pressure at the inlet of the battery and the pressure
sion de décharge à sa sortie;discharge ion at its exit;
- on augmente la pression de gaz dans la pile jus- - the gas pressure in the stack is increased up to
qu'à une valeur égale à ou très voisine de la pression d'alimentation à l'entrée de la pile; that at a value equal to or very close to the supply pressure at the inlet of the stack;
- on diminue la pression de gaz dans la pile jus- - the gas pressure in the stack is reduced to
qu'à une valeur égale à ou très voisine de la pression de décharge à la sortie de la pile; - on introduit dans la pile, à ladite entrée de that at a value equal to or very close to the discharge pressure at the outlet of the cell; - is introduced into the stack, at said entry of
gaz de celle-ci, un gaz oxydant, et on évacue à ladite sor- gas therefrom, an oxidizing gas, and evacuated to said outlet
tie de gaz de la pile, un gaz résiduel dans lequel la pro- gas from the battery, a residual gas in which the pro-
portion d'oxygène est pratiquement inexistante ou notable- portion of oxygen is practically nonexistent or noticeable-
ment réduite par rapport à la proportion d'oxygène dans le gaz oxydant à l'entrée de la pile; - on introduit dans la pile, à ladite entrée de gaz de celle-ci, un gaz constitué au moins d'hydrogène, et on évacue à ladite sortie de gaz de la pile, un gaz résiduel ment reduced compared to the proportion of oxygen in the oxidizing gas at the inlet of the cell; - A gas consisting of at least hydrogen is introduced into the cell, at said gas inlet thereof, and a residual gas is discharged at said gas outlet from the cell
contenant de l'hydrogène et de l'azote. containing hydrogen and nitrogen.
L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un moyen de modulation de la The invention also relates to a device for implementing the method defined above, characterized in that it comprises at least one means for modulating the
pression dans la pile, relié à un accès de celle-ci. pressure in the battery, connected to an access thereof.
Le dispositif selon l'invention peut de plus pré- The device according to the invention can moreover pre-
senter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - le moyen de modulation de la pression est une vanne; - le moyen de modulation de la pression est un compresseur dont la sortie est reliée à l'entrée de la pile et qui fonctionne en régime pulsé; - le dispositif comporte un moyen de perte de charge relié à l'un des accès de la pile; - le dispositif comporte en amont de la pile au moins un moyen pour maintenir approximativement constante la pression d'alimentation de la pile; - le dispositif comporte en aval de la pile au moins un moyen pour maintenir approximativement constante la pression de décharge de la pile; feel one or more of the following characteristics: - the pressure modulation means is a valve; - The pressure modulation means is a compressor whose output is connected to the input of the battery and which operates in pulsed mode; - The device comprises a pressure drop means connected to one of the accesses of the battery; - The device comprises upstream of the stack at least one means for keeping the supply pressure of the stack approximately constant; - The device comprises downstream of the stack at least one means for keeping the discharge pressure of the stack approximately constant;
- le moyen pour maintenir la pression approximati- - the means to maintain the approximate pressure
vement constante est une capacité;constant is a capacity;
- le moyen pour maintenir approximativement cons- - the means to maintain approximately
l0 tante la pression d'alimentation de la pile est un déten- l0 aunt the battery supply pressure is a detent
deur;deur;
- le moyen pour maintenir approximativement cons- - the means to maintain approximately
tante la pression de décharge de la pile est un déverseur; aunt the battery discharge pressure is an overload;
- la modulation de la pression dans la pile cor- - the modulation of the pressure in the pile cor-
respond à une variation de pression AP au moins égale à en- responds to a variation in pressure AP at least equal to
viron 0,1 bar.about 0.1 bar.
D'autres caractéristiques et avantages de Other features and benefits of
l'invention ressortiront de la description qui va suivre de the invention will emerge from the following description of
modes et de formes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins joints dans lesquels: - la figure 1 est un schéma montrant une partie embodiments and embodiments of the invention given by way of nonlimiting examples and illustrated by the accompanying drawings in which: - Figure 1 is a diagram showing a part
d'un circuit d'alimentation d'une pile à combustible permet- a fuel cell supply circuit allows
tant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, - la figure 2 est un schéma montrant une variante de partie de circuit d'alimentation permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, et both the implementation of the method according to the invention, FIG. 2 is a diagram showing a variant of part of the supply circuit allowing the implementation of the method according to the invention, and
- la figure 3 est un schéma montrant une autre va- - Figure 3 is a diagram showing another va-
riante de partie de circuit d'alimentation permettant la laughing part of the power circuit allowing the
mise en oeuvre du procédé selon l'invention. implementation of the method according to the invention.
Le procédé selon l'invention d'alimentation en gaz The process according to the invention for supplying gas
réactif, par exemple en air, de pile à combustible, est des- reagent, for example in air, from a fuel cell, is
tiné de manière classique à introduire le gaz à une entrée 11 de gaz d'une pile 1, et à évacuer à une sortie 12 de gaz de la pile un gaz résiduel ici dans lequel la proportion tiné in a conventional manner to introduce the gas at a gas inlet 11 of a battery 1, and to evacuate at a gas outlet 12 of the battery a residual gas here in which the proportion
d'oxygène est pratiquement inexistante ou notablement ré- of oxygen is practically non-existent or significantly
duite par rapport à la proportion d'oxygène dans le gaz par- pick with respect to the proportion of oxygen in the gas
venant à l'entrée 11, par suite de l'utilisation de la ma- coming to entrance 11, as a result of the use of the ma-
jeure partie de l'oxygène dans la réaction chimique généra- part of the oxygen in the general chemical reaction
trice d'énergie électrique et d'eau. electricity and water.
Selon l'invention, on introduit le gaz réactif à l'entrée 11 et on évacue le gaz résiduel à la sortie 12 de telle sorte que la pression de gaz dans la pile, successive- According to the invention, the reactive gas is introduced at the inlet 11 and the residual gas is discharged at the outlet 12 so that the gas pressure in the stack, successive-
ment, augmente jusqu'à une première valeur, et diminue jus- ment, increases to a first value, and decreases until
qu'a une deuxième valeur inférieure à la première, et on ré- has a second value lower than the first, and we re-
pète de manière récurrente le cycle d'augmentation et de di- repeatedly fars the cycle of increase and di-
minution de la pression dans la pile, à l'image d'une respi- decrease in pressure in the stack, like a breath
ration pulmonaire.pulmonary ration.
Plus précisément, la pression dans la pile, qu'il est possible de mesurer dans une (ou plusieurs) région(s) de More precisely, the pressure in the pile, which it is possible to measure in one (or more) region (s) of
celle-ci prise(s) comme référence(s), est modifiée en perma- this taken as reference (s), is modified in perma-
nence entre et de préférence pratiquement jusqu'à la pres- nence between and preferably practically until the pres-
sion d'alimentation à l'entrée 11 de la pile et la pression de décharge à la sortie 12, les pressions d'alimentation et de décharge étant maintenues approximativement constantes par exemple au moyen de capacités tampons amont 13 et aval supply pressure at inlet 11 of the battery and discharge pressure at outlet 12, supply and discharge pressures being kept approximately constant, for example by means of upstream and downstream buffer capacities 13
14, ou d'appareils détendeur et déverseur, respectivement. 14, or regulator and overflow devices, respectively.
Ainsi, la première valeur extrême dans la pile peut être rendue égale à ou voisine de la pression d'alimentation à Thus, the first extreme value in the stack can be made equal to or close to the supply pressure at
l'entrée 11, et la deuxième valeur extrême égale à ou voi- entry 11, and the second extreme value equal to or see
sine de la pression de décharge à la sortie 12. sine of discharge pressure at outlet 12.
Dans une première forme de réalisation (figure 1), le cadencement du cycle d'augmentation et de diminution de pression dans la région de référence est réalisé au moyen In a first embodiment (FIG. 1), the timing of the pressure increase and decrease cycle in the reference region is achieved by means
d'une vanne 15, par exemple une électrovanne que l'on com- a valve 15, for example a solenoid valve which is
mande électriquement, dont l'entrée est reliée à la sortie electrically controlled, the input of which is connected to the output
de la pile et dont la sortie est reliée à l'entrée de la ca- of the battery and whose output is connected to the input of the
pacité aval 14 ou de l'appareil déverseur. Lorsque l'on ferme la vanne 15, on provoque l'augmentation de la pression dans la pile 1, de préférence jusqu'à ce qu'elle atteigne la pression pratiquement constante d'alimentation à l'entrée downstream capacity 14 or of the spill device. When the valve 15 is closed, the pressure in the stack 1 is caused to increase, preferably until it reaches the practically constant inlet supply pressure.
11; lorsque l'on ouvre la vanne 15, on provoque la diminu- 11; when the valve 15 is opened, the reduction is caused
tion de la pression dans la pile de préférence jusqu'à ce tion of the pressure in the pile preferably until
qu'elle atteigne la pression pratiquement constante de dé- that it reaches the practically constant pressure of de-
charge; puis on recommence le cycle de modulation du débit charge; then we start the flow modulation cycle again
de la vanne donc de la pression dans la pile de manière ré- of the valve therefore of the pressure in the pile in a
currente; lors de la diminution de la pression dans la pile, la pression de gaz inerte dans les zones mal ventilées diminue; la remontée de pression qui suit s'effectue avec du gaz " neuf " qui irrigue alors toutes les parties de la pile; comme les échanges se font d'autant mieux que5 l'écoulement s'effectue en régime turbulent, les fermetures et les ouvertures de la vanne sont effectuées relativement brutalement. On notera qu'ici, le renouvellement du gaz dans les régions mal ventilées n'est plus assuré par diffusion, mais par des mouvements globaux de celui-ci: on fait chuter la pression dans la pile pour évacuer les gaz usagés et on common; when the pressure in the cell decreases, the pressure of inert gas in poorly ventilated areas decreases; the pressure rise which follows takes place with "new" gas which then irrigates all the parts of the stack; as the exchanges are all the better as the flow takes place in turbulent regime, the closings and openings of the valve are carried out relatively suddenly. It will be noted that here, the renewal of the gas in the poorly ventilated regions is no longer ensured by diffusion, but by global movements of this one: the pressure in the pile is dropped to evacuate the used gases and one
remplit la pile avec du gaz neuf à la manière d'une respira- fills the battery with fresh gas like a breath
tion pulmonaire.pulmonary tion.
Un autre avantage d'une commutation brutale est l'élimination de l'eau à l'état liquide des endroits o elle Another advantage of abrupt switching is the elimination of liquid water from the places where it
est surabondante, et son éjection hors de la pile. is overabundant, and its ejection out of the pile.
En variante (figure 2), on peut remplacer la vanne Alternatively (Figure 2), the valve can be replaced
de sortie 15 par une vanne d'entrée 16, par exemple égale- outlet 15 by an inlet valve 16, for example also
ment une électrovanne, dont l'entrée est reliée à la sortie de la capacité amont 13 et dont la sortie est reliée à l'entrée de la pile. Dans ce cas, lorsque l'on ouvre la vanne, on provoque l'augmentation de la pression dans la a solenoid valve, the input of which is connected to the output of the upstream capacitor 13 and the output of which is connected to the input of the battery. In this case, when the valve is opened, the pressure in the valve increases.
pile, et lorsque l'on ferme la vanne, on provoque la diminu- battery, and when you close the valve, it causes the decrease
tion de la pression dans la pile; on réalise ainsi le même type de modulation de la pression qu'avec le dispositif de the pressure in the pile; the same type of pressure modulation is thus carried out as with the
la figure 1.Figure 1.
On peut également mettre en oeuvre, en coordonnant leur fonctionnement, une vanne d'entrée 16 et une vanne de It is also possible to implement, by coordinating their operation, an inlet valve 16 and a
sortie 15; cette configuration (non représentée) qui ré- exit 15; this configuration (not shown) which
sulte de la combinaison des configurations des figures 1 et results from the combination of the configurations of Figures 1 and
2 permet de régler les vitesses d'augmentation et de diminu- 2 adjusts the speed of increase and decrease
tion de la pression dans la pile.pressure in the pile.
Il est également possible d'utiliser une seule vanne 15 ou 16 en sortie ou en entrée, et de ralentir l'augmentation ou la diminution de pression selon le cas, en insérant un moyen de perte de charge connu en soi légèrement en amont de l'entrée 11 ou légèrement en aval de la sortie It is also possible to use a single valve 15 or 16 at the outlet or at the inlet, and to slow down the increase or decrease in pressure as the case may be, by inserting a pressure drop means known per se slightly upstream of the 'entry 11 or slightly downstream of the exit
12, respectivement.12, respectively.
Dans une autre forme de réalisation (figure 3), on ne met pas en oeuvre de capacités tampons respectivement amont et aval comme sur les figures 1 et 2, mais on dispose un compresseur 17 en amont de la pile, et on relie la sortie du compresseur à l'entrée 11 de la pile 1. Pour obtenir la " respiration ", on commande le compresseur pour le faire fonctionner en régime pulsé aux pressions choisies et à la In another embodiment (FIG. 3), buffer capacities upstream and downstream are not used respectively as in FIGS. 1 and 2, but there is a compressor 17 upstream of the stack, and the output of the compressor at input 11 of battery 1. To obtain "breathing", the compressor is controlled to operate it in pulsed mode at the selected pressures and at the
cadence désirée, et si nécessaire on règle de plus les vi- desired cadence, and if necessary we adjust the speed
tesses d'augmentation et de diminution de pression, par exemple comme précédemment au moyen d'une vanne 15 ou d'un moyen de perte de charge, cette fois en aval de la sortie 12 de la pile dans la mesure o le compresseur 17 de modulation braids for increasing and decreasing pressure, for example as previously by means of a valve 15 or of a pressure drop means, this time downstream of the outlet 12 of the stack insofar as the compressor 17 of modulation
est en amont de l'entrée.is upstream of the entrance.
Le choix des caractéristiques de la respiration The choice of breathing characteristics
dépend d'un certain nombre de paramètres de la pile à com- depends on a number of parameters of the battery to be
bustible. Un rythme faible et de faible amplitude suffit à améliorer quelque peu les performances de la pile. Mais le bustible. A low rhythm and low amplitude is enough to somewhat improve the performance of the battery. But the
procédé n'est très efficace que si l'on s'assure de bien re- process is only very effective if you make sure
nouveler le gaz à un rythme supérieur à sa consommation. renew the gas at a rate higher than its consumption.
Si la différence des pressions dans une région de la pile prise comme région de référence, entre les deux valeurs extrêmes de pression, est AP, et si P est la pression à l'entrée 11 de la pile, R la constante des gaz parfaits, T la température absolue, F la constante de Faraday, I l'intensité du courant électrique, x0 la fraction molaire au contact de la zone de diffusion de la pile, et e l'épaisseur If the difference in pressures in a region of the stack taken as the reference region, between the two extreme values of pressure, is AP, and if P is the pressure at the inlet 11 of the stack, R the constant of ideal gases, T the absolute temperature, F the Faraday constant, I the intensity of the electric current, x0 the molar fraction in contact with the diffusion zone of the battery, and e the thickness
de la zone comprenant la couche poreuse et la zone de diffu- of the zone comprising the porous layer and the diffusion zone
sion de la pile, on renouvelle une fraction AP/P du gaz, et la fréquence de respiration f doit être au moins de l'ordre ion of the cell, a fraction AP / P of the gas is renewed, and the respiration frequency f must be at least of the order
de (P/AP) (R.T/P)(I/4F) (1/xo.e).from (P / AP) (R.T / P) (I / 4F) (1 / xo.e).
Pour AP/P = 1/3 (par exemple AP = 0,33 bar et P = 1 bar), on trouve, pour I = 3A/cm2 et une épaisseur de 2 mm, For AP / P = 1/3 (for example AP = 0.33 bar and P = 1 bar), we find, for I = 3A / cm2 and a thickness of 2 mm,
une fréquence optimale de 1,5 Hz.an optimal frequency of 1.5 Hz.
Cependant, comme le taux de renouvellement du gaz However, as the gas renewal rate
dans les parties mal ventilées de la pile n'est pas complè- in the poorly ventilated parts of the stack is not complete
tement nul, une fréquence assez notablement inférieure à la fréquence calculée par la formule ci-dessus (environ 20% de zero, a frequency quite significantly lower than the frequency calculated by the above formula (about 20% of
celle-ci) donne des résultats encore acceptables. this) gives still acceptable results.
En revanche, les fréquences encore plus faibles On the other hand, the frequencies even lower
agissent surtout par élimination de l'eau sous forme li- act mainly by elimination of water in the form li-
quide.what.
Il est donc nécessaire que l'amplitude de la res- It is therefore necessary that the amplitude of the res-
piration soit suffisante pour non seulement assurer l'élimination de l'eau à l'état liquide, mais également créer des turbulences de gaz dans la pile pendant au moins une partie du transit et sur au moins une partie du trajet du gaz entre l'entrée 11 et la sortie 12, et ainsi assurer que la fraction AP/P du gaz issue des parties mal ventilées piration is sufficient to not only ensure the elimination of water in the liquid state, but also create gas turbulence in the stack during at least part of the transit and on at least part of the path of the gas between the inlet 11 and outlet 12, thus ensuring that the AP / P fraction of the gas from the poorly ventilated parts
parvienne à des parties bien ventilées pour être bien éva- reach well ventilated areas to be well ventilated
cuée sans revenir près de son point de départ lors de without returning to its starting point when
l'augmentation de pression suivante. the next pressure increase.
En pratique, une différence de pression d'au moins In practice, a pressure difference of at least
0,1 bar est nécessaire.0.1 bar is required.
La forme de réalisation déjà mentionnée comportant une vanne près de chaque accès 11, 12 de la pile, à savoir une vanne 16 d'entrée et une vanne 15 de sortie, permet de contrôler avec précision le débit passant dans la pile en The embodiment already mentioned comprising a valve near each access 11, 12 of the stack, namely an inlet valve 16 and an outlet valve 15, makes it possible to precisely control the flow rate passing through the stack in
ouvrant à cadence appropriée successivement les deux vannes. opening the two valves successively at an appropriate rate.
Il est alors aisé de faire passer à travers la It is then easy to pass through the
pile un débit molaire égal à f(AP/R.T)V o f est la fré- pile a molar flow rate equal to f (AP / R.T) V o f is the
quence et V le volume interne du circuit d'air de la pile. quence and V the internal volume of the battery air circuit.
Par exemple, pour une pile de 30kw qui a un volume interne For example, for a 30kw battery that has an internal volume
de 24 litres, une fréquence de 2,2Hz suffit à assurer le dé- of 24 liters, a frequency of 2.2Hz is sufficient to ensure the de-
bit correspondant à un rapport stoechiométrique égal à 2 (soit environ 1, 1 moles/s) avec une amplitude de AP de 0,5 bit corresponding to a stoichiometric ratio equal to 2 (i.e. approximately 1.1 moles / s) with an amplitude of AP of 0.5
bar. La fréquence peut être diminuée par l'adjonction de vo- bar. The frequency can be reduced by adding vo-
lume supplémentaire; elle doit également être adaptée pour tenir compte de l'amplitude maximale autorisée pour AP entre additional lume; it must also be adapted to take into account the maximum amplitude authorized for AP between
les circuits d'air et d'hydrogène.the air and hydrogen circuits.
Par ailleurs, il est possible de faire varier la pression dans la pile en fonction du temps entre une valeur In addition, it is possible to vary the pressure in the stack as a function of time between a value
maximale inférieure à la pression à l'entrée 11 et une va- maximum below the pressure at inlet 11 and a
leur minimale supérieure à la pression à la sortie 12 de la pile. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux their minimum greater than the pressure at the outlet 12 of the stack. Of course, the invention is not limited to
modes et aux formes de réalisation ci-dessus décrits et re- modes and embodiments described above and
présentés, et on pourra en prévoir d'autres sans sortir de son cadre; notamment, l'invention peut être appliquée à tout autre gaz et par exemple à l'hydrogène du circuit d'hydrogène d'une pile à combustible, avec des modifications5 mineures du procédé et du dispositif décrits; dans ce cas, on introduit dans la pile 1, à l'entrée 11 de celle-ci, un presented, and we can plan others without going beyond its scope; in particular, the invention can be applied to any other gas and for example to hydrogen in the hydrogen circuit of a fuel cell, with minor modifications5 to the process and the device described; in this case, a stack 1 is introduced into the stack 1, at the inlet 11 thereof.
gaz constitué au moins d'hydrogène et pouvant être un mé- lange contenant également de l'azote, et on évacue à la sor- tie 12 un gaz résiduel contenant peu ou moins d'hydrogène10 et, par suite de la mise en oeuvre de l'invention, davantage d'azote. gas consisting of at least hydrogen and which may be a mixture also containing nitrogen, and a residual gas containing little or less hydrogen is discharged at outlet 12 and, as a result of the use of the invention, more nitrogen.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2825486A1 (en) * | 2001-05-30 | 2002-12-06 | Air Liquide | Pressure regulator for air/water mixture emerging from cathode compartment of fuel cell, comprises spring loaded piston which moves within sleeve to admit mixture when pressure exceeds atmospheric |
FR2826782A1 (en) * | 2001-06-27 | 2003-01-03 | Air Liquide | METHOD AND INSTALLATION FOR PURGING WATER INCLUDED IN THE HYDROGEN CIRCUIT OF A FUEL CELL-BASED ENERGY PRODUCTION ASSEMBLY |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR1170574A (en) * | 1956-05-18 | 1959-01-15 | Ruhrchemie Ag | Process for the direct conversion of chemical energy from combustible gases |
GB934416A (en) * | 1960-09-22 | 1963-08-21 | Central Electr Generat Board | Improvements in or relating to apparatus for effecting a gas/liquid reaction |
FR1432519A (en) * | 1963-09-10 | 1966-03-25 | Engelhard Ind Inc | Fuel cell |
US3268364A (en) * | 1962-01-29 | 1966-08-23 | Honeywell Inc | Fuel cell control system |
GB1215630A (en) * | 1967-02-23 | 1970-12-16 | Siemens Ag | Fuel cells employing gas diffusion electrodes and liquid electrolytes |
US4810595A (en) * | 1987-01-09 | 1989-03-07 | New Energy Development Organization | Molten carbonate fuel cell, and its operation control method |
EP0596367A1 (en) * | 1992-11-05 | 1994-05-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Fuel-cell battery and method for regulating the removal of inert gases from the battery |
-
1999
- 1999-01-05 FR FR9900021A patent/FR2788169B1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR1170574A (en) * | 1956-05-18 | 1959-01-15 | Ruhrchemie Ag | Process for the direct conversion of chemical energy from combustible gases |
GB934416A (en) * | 1960-09-22 | 1963-08-21 | Central Electr Generat Board | Improvements in or relating to apparatus for effecting a gas/liquid reaction |
US3268364A (en) * | 1962-01-29 | 1966-08-23 | Honeywell Inc | Fuel cell control system |
FR1432519A (en) * | 1963-09-10 | 1966-03-25 | Engelhard Ind Inc | Fuel cell |
GB1215630A (en) * | 1967-02-23 | 1970-12-16 | Siemens Ag | Fuel cells employing gas diffusion electrodes and liquid electrolytes |
US4810595A (en) * | 1987-01-09 | 1989-03-07 | New Energy Development Organization | Molten carbonate fuel cell, and its operation control method |
EP0596367A1 (en) * | 1992-11-05 | 1994-05-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Fuel-cell battery and method for regulating the removal of inert gases from the battery |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2825486A1 (en) * | 2001-05-30 | 2002-12-06 | Air Liquide | Pressure regulator for air/water mixture emerging from cathode compartment of fuel cell, comprises spring loaded piston which moves within sleeve to admit mixture when pressure exceeds atmospheric |
FR2826782A1 (en) * | 2001-06-27 | 2003-01-03 | Air Liquide | METHOD AND INSTALLATION FOR PURGING WATER INCLUDED IN THE HYDROGEN CIRCUIT OF A FUEL CELL-BASED ENERGY PRODUCTION ASSEMBLY |
WO2003005472A2 (en) * | 2001-06-27 | 2003-01-16 | L'air Liquide, Societe Anonyme A Directoire Et Conseil De Surveillance Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Method and installation for draining water contained in a hydrogen circuit of a fuel-cell power plant |
WO2003005472A3 (en) * | 2001-06-27 | 2004-02-19 | Air Liquide | Method and installation for draining water contained in a hydrogen circuit of a fuel-cell power plant |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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