FR2863778A1 - Generateur d'electricite pour vehicule automobile. - Google Patents
Generateur d'electricite pour vehicule automobile. Download PDFInfo
- Publication number
- FR2863778A1 FR2863778A1 FR0314611A FR0314611A FR2863778A1 FR 2863778 A1 FR2863778 A1 FR 2863778A1 FR 0314611 A FR0314611 A FR 0314611A FR 0314611 A FR0314611 A FR 0314611A FR 2863778 A1 FR2863778 A1 FR 2863778A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- anode
- cathode
- exchanger
- compressor
- condensers
- 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.)
- Granted
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
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
-
- 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
-
- 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
-
- 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
- H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
- H01M8/04022—Heating by combustion
-
- 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
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04111—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants using a compressor turbine assembly
-
- 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
-
- 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
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Générateur d'électricité destiné à un véhicule automobile, comportant- une pile à combustible (20) comportant des compartiments anodique (26) et cathodique (28),- un circuit d'alimentation en carburant (80,82,84,86,88,90,92,94,22) du compartiment anodique (26),- un circuit d'alimentation en air (36,40,38,50,24) du compartiment cathodique (28), un compresseur (36 ;38) et un échangeur (40;50) de refroidissement de l'air sortant du compresseur (36 ;38) étant insérés dans le circuit d'alimentation en air (36,40,38,50,24) en amont du compartiment cathodique (28),- des circuits d'évacuation des gaz anodique (96,100,76) et cathodique (102,104,46), au moins un des circuits d'évacuation incorporant un condenseur (100;104).Selon l'invention, l'échangeur (40;50) est inséré dans le circuit d'évacuation incorporant le condenseur (100;104), en aval du condenseur (100 ;104), de manière que le gaz sortant du condenseur (100 ;104) soit en relation d'échange thermique avec de l'air sortant du compresseur (100 ;104).
Description
L'invention concerne un générateur d'électricité destiné à un véhicule
automobile, comportant
- une pile à combustible comportant des compartiments anodique et cathodique, - un circuit d'alimentation en carburant dudit compartiment anodique, - un circuit d'alimentation en air dudit compartiment cathodique, un premier compresseur et un premier échangeur destiné à refroidir de l'air sortant dudit premier compresseur étant insérés dans ledit circuit d'alimentation en air en amont dudit compartiment cathodique, des circuits d'évacuation des gaz anodique et cathodique sortant desdits compartiments anodique et cathodique, respectivement, au moins un desdits circuits d'évacuation incorporant un condenseur.
Un tel générateur d'électricité, ou "module de puissance", est notamment utilisé dans un véhicule automobile pour alimenter les consommateurs électriques du véhicule, en particulier un moteur électrique de traction. Il permet la transformation d'un carburant embarqué dans le véhicule en puissance électrique.
La figure 1 représente une architecture simplifiée type d'un générateur d'électricité 10 selon la technique antérieure, monté dans un véhicule V. Le générateur représenté comporte une pile à combustible 20, par exemple de type PEMFC, alimentée en carburant et en air, source d'oxygène, par l'intermédiaire de canalisations 22 et 24, respectivement. La pile à combustible 20 comporte des compartiments anodique 26 et cathodique 28 refroidis au moyen d'un circuit de refroidissement de pile 30 comportant un radiateur 32 apte à évacuer vers l'extérieur l'énergie calorifique récupérée.
Le circuit d'alimentation en air du compartiment cathodique 28 comporte une canalisation 33 dans laquelle sont insérés un compresseur basse pression (BP) 36 et un compresseur haute pression (HP) 38 séparés par un échangeur de refroidissement 40, appelé Radiateur de l'Air de Suralimentation Basse Pression ou échangeur RAS BP. Les compresseurs BP 36 et HP 38 sont entraînés par un moteur 42 et une turbine 44, respectivement. Un échangeur de refroidissement supplémentaire 50, dit RAS HP , est prévu en aval du compresseur HP 38 pour refroidir l'air comprimé par le compresseur HP 38 et destiné à la pile à combustible 20.
Les échangeurs RAS HP 50 et RAS BP 40 sont intégrés dans un circuit de refroidissement d'air 52, comportant un radiateur 54 apte à évacuer vers l'extérieur l'énergie calorifique récupérée.
Le circuit d'alimentation en carburant du compartiment anodique 26 est 5 destiné à connecter le compartiment anodique 26 et une source de carburant, classiquement de l'hydrogène.
La source du carburant peut être un réservoir de stockage d'hydrogène. Cependant, pour accroître l'autonomie du véhicule V, on préfère généralement stocker un carburant primaire tel que de l'essence, du diesel, du naphta, de l'alcool, un ester, ou un hydrocarbure, et transformer ce carburant primaire en hydrogène en cas de besoin. Comme dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, le générateur 10 comporte alors un réacteur autothermal, dit ATR ou reformeur 60 , apte à transformer, en présence d'air et de vapeur d'eau, le carburant primaire en un reformât riche en hydrogène.
Le reformeur 60 est alimenté en air comprimé, depuis la sortie du compresseur HP 38, par l'intermédiaire d'une canalisation 62, alimenté en carburant primaire, depuis un réservoir 63, par l'intermédiaire d'une canalisation 64, et alimenté en eau sous forme de vapeur, depuis un réservoir 65 par l'intermédiaire d'une canalisation 66. Un échangeur 70 chauffé par un brûleur catalytique 72 est prévu pour chauffer les réactifs, c'est-à-dire le carburant primaire, l'eau et l'air, destinés au reformeur 60.
Le brûleur catalytique 72 est alimenté en air comprimé par le compresseur HP 38 par l'intermédiaire d'une canalisation 74, et en hydrogène résiduel, c'est-à-dire non consommé par la pile à combustible 20, par l'intermédiaire d'une canalisation 76.
Le circuit d'alimentation en carburant du compartiment anodique 26 comporte, entre le reformeur 60 et le compartiment anodique 26, une canalisation 80, dans laquelle sont insérés un échangeur HTS 82 (en anglais High Temperature Schift ), un purificateur HTS 84, un échangeur LTS 86 (en anglais Low Temperature Schift ), un purificateur LTS 88, un échangeur PrOx 90 (en anglais Preferential Oxidation ), un réacteur d'oxydation préférentielle PrOx 92, et un condenseur pré-anodique 94.
Le réacteur d'oxydation préférentielle PrOx 92 est alimenté en air comprimé sortant du compresseur HP 38 par l'intermédiaire d'une canalisation 95.
Les échangeurs HTS 82, LTS 86 et PrOx 90 sont refroidis par une circulation de l'eau pompée depuis le réservoir 65, leurs sorties respectives se rejoignant en la canalisation commune 66 connectée à l'entrée de l'échangeur 70.
Les gaz sortant des compartiments anodique 26 et cathodique 28 sont appelés ci-après gaz anodique et cathodique , respectivement.
Le circuit d'évacuation du gaz anodique comporte une canalisation 96 connectant une sortie du compartiment anodique 26 et l'entrée d'un condenseur anodique 100, la canalisation 76 connectant une sortie du condenseur anodique 100 et une entrée du brûleur 72, une canalisation 97 connectant une sortie du brûleur 72 et une entrée de l'échangeur 70, une canalisation 98 connectant une sortie de l'échangeur 70 et une entrée de la turbine 44, et une canalisation 99 connectant une sortie de la turbine 44 et l'extérieur du véhicule V. Le circuit d'évacuation du gaz cathodique comporte une canalisation 102 connectant une sortie du compartiment cathodique 28 et l'entrée d'un condenseur cathodique 104, une canalisation 105 connectant une sortie du condenseur cathodique 104 et une entrée de la turbine 44, et la canalisation 99 d'échappement vers l'extérieur.
Les condenseurs anodique 100, cathodique 104 et pré-anodique 94 sont refroidis au moyen d'un circuit de refroidissement de condenseurs, référencé 110, comportant un radiateur 112 apte à évacuer vers l'extérieur l'énergie calorifique récupérée. L'eau récupérée par ces condenseurs est envoyée, par l'intermédiaire de canalisations non représentées, vers le réservoir 65.
Les circuits de refroidissement 30, 52 et 110 de la pile à combustible 20, de l'air comprimé par les compresseurs 36 et 38 et des condenseurs 94, 100 et 104, respectivement, ont été représentés séparés les uns des autres pour la clarté du dessin. De préférence, ces trois circuits sont classiquement fusionnés en un unique circuit de refroidissement, appelé par la suite circuit de refroidissement du véhicule . Le nombre de radiateurs du circuit de refroidissement du véhicule n'est pas limitatif.
Le fonctionnement du générateur 10 de la figure 1 est le suivant.
De l'air extérieur, à environ 1 bar et 20 C, est aspiré et comprimé par le compresseur BP 36 à environ 2 à 3 bars. La température est alors d'environ 190 C.
L'air comprimé est ensuite refroidi à environ 70 C au moyen du circuit de refroidissement du véhicule, par l'intermédiaire de l'échangeur RAS BP 40. L'air refroidi est ensuite comprimé à nouveau, dans le compresseur HP 38, à une pression d'environ 4,5 bars. En sortie du compresseur HP 38, la température de l'air est d'environ 150 à 190 C.
Le refroidissement assuré par l'échangeur RAS BP 40 augmente avantageusement le taux de compression et réduit le travail mécanique requis pour 10 chaque compresseur.
L'air comprimé par le compresseur HP 38 alimente le brûleur 72, le reformeur 60 par l'intermédiaire de l'échangeur 70, et le compartiment cathodique 28 par l'intermédiaire de l'échangeur RAS HP 50.
L'échangeur RAS HP 50, refroidi par le circuit de refroidissement du véhicule, permet de baisser la température de l'air comprimé à une température adaptée au fonctionnement de la pile à combustible 20, classiquement à environ 110 C.
L'échangeur 70 du reformeur 60, chauffé par les gaz d'échappement du brûleur 72, réchauffe tous les réactifs destinés au reformeur 60 jusqu'à une température adaptée au reformage du carburant, typiquement de l'ordre de 500 C. Le reformât sortant du reformeur 60, riche en hydrogène, est ensuite refroidi à environ 400 C par l'échangeur HTS 82, puis à environ 200 C par l'échangeur LTS 86, puis enfin à environ 120 C par l'échangeur PrOx 90. Le reformât peut ainsi être efficacement purifié dans les purificateurs HTS 84 et LTS 88, puis oxydé préférentiellement dans le réacteur d'oxydation PrOx 92. Il traverse ensuite le condenseur préanodique 94 qui le refroidit à une température d'environ 80 à 110 C adaptée à son injection dans le compartiment anodique 26.
Dans la pile à combustible 20, l'hydrogène du reformât injecté est partiellement converti par une réaction électrochimique afin de fournir de l'électricité.
A la sortie du compartiment anodique 26, le gaz anodique a une température d'environ 90 à 120 C et une pression d'environ 3 bars. Il traverse le condenseur anodique 100 et s'y décharge d'une partie de sa vapeur d'eau. Le gaz anodique contient de l'hydrogène résiduel, non consommé dans la pile à combustible 20. Après avoir traversé le condenseur anodique 100, le gaz anodique est injecté dans le brûleur 72 de manière que ce dernier brûle cet hydrogène résiduel. Après combustion de l'hydrogène résiduel et refroidissement dans l'échangeur 70, le gaz anodique rejoint l'entrée de la turbine 44 par la canalisation 98.
A la sortie du compartiment cathodique 28, le gaz cathodique a une température d'environ 90 à 120 C et une pression d'environ 3 bars. II traverse le condenseur cathodique 104 et s'y décharge d'une partie de sa vapeur d'eau. A la sortie du condenseur cathodique 104, la température du gaz cathodique est d'environ 60 C, sa pression étant toujours d'environ 3 bars. Le gaz cathodique est alors envoyé à l'entrée de la turbine 44 par la canalisation 105.
Les gaz anodique et cathodique injectés en entrée de la turbine 44 s'y détendent, puis sont rejetés vers l'extérieur par la canalisation 99. La détente des gaz permet avantageusement une récupération d'énergie mécanique permettant d'entraîner, par exemple, le compresseur HP 38.
En fonctionnement, la pile à combustible 20 dégage une puissance calorifique d'environ 60 à 70 kW. Les condenseurs 94, 100 et 104 dégagent environ 30 à 40 kW et les échangeurs thermiques 40, 50, 82, 86 et 90 dégagent au total environ 10 kW. Le circuit de refroidissement du véhicule doit donc échanger avec le milieu extérieur une puissance calorifique de l'ordre de 100 à 120 kW, pour une puissance électrique brute de pile à combustible de 70 kWe.
L'évacuation d'une telle puissance implique des contraintes de dimensionnement, en particulier pour les radiateurs 54, 112 et 32, qui rendent difficile l'intégration du générateur 10 dans un véhicule automobile.
Le but de la présente invention est de fournir un générateur du type décrit en préambule offrant un encombrement réduit, de manière à faciliter son intégration dans le véhicule.
Selon l'invention, on atteint ce but au moyen d'un générateur d'électricité destiné à un véhicule automobile, comportant - une pile à combustible comportant des compartiments anodique et cathodique, un circuit d'alimentation en carburant dudit compartiment anodique, un circuit d'alimentation en air dudit compartiment cathodique, un premier compresseur et un premier échangeur destiné à refroidir de l'air sortant dudit premier compresseur étant insérés dans ledit circuit d'alimentation en air en amont dudit compartiment cathodique, - des circuits d'évacuation des gaz anodique et cathodique sortant desdits compartiments anodique et cathodique, respectivement, au moins un desdits circuits d'évacuation incorporant un condenseur.
Le générateur selon l'invention est remarquable en ce que ledit premier échangeur est inséré dans ledit circuit d'évacuation incorporant ledit condenseur, en aval dudit condenseur, de manière que le gaz sortant dudit condenseur soit en relation d'échange thermique avec de l'air sortant dudit premier compresseur.
Le gaz sortant du compresseur se refroidit lors de la traversée du premier échangeur, ce qui soulage le circuit de refroidissement du véhicule. La puissance thermique à évacuer vers l'extérieur par ce dernier est donc réduite. Le circuit de refroidissement peut donc être plus compact, ce qui facilite avantageusement l'intégration du générateur dans le véhicule.
Dans le premier échangeur, l'air comprimé provenant du compresseur est refroidi par le gaz anodique et/ou le gaz cathodique sortant du condenseur correspondant. Ces gaz ont une capacité de refroidissement élevée du fait de leur faible température et de leur haute teneur en humidité, proche de 100%. Le premier échangeur est donc particulièrement performant. Ses dimensions peuvent avantageusement être réduites.
Le réchauffement du gaz anodique permet aussi de limiter l'énergie calorifique à apporter par le brûleur pour amener les réactifs à une température convenant à leur injection dans le reformeur et/ou d'augmenter la récupération d'énergie mécanique dans la turbine. Le réchauffement du gaz cathodique permet également d'augmenter la récupération d'énergie mécanique dans la turbine. Avantageusement, le rendement énergétique du générateur en est amélioré.
De préférence, le générateur selon l'invention présente encore les 30 caractéristiques suivantes.
Lesdits circuits d'évacuation des gaz anodique et cathodique comportent des condenseurs anodique et cathodique, respectivement, ledit premier échangeur étant inséré dans chacun desdits circuits d'évacuation des gaz anodique et cathodique, en aval desdits condenseurs anodique et cathodique, de manière que des gaz sortant desdits condenseurs anodique et cathodique soient en relation d'échange thermique avec de l'air sortant dudit premier compresseur.
Ledit circuit d'alimentation en air dudit compartiment cathodique comportant un deuxième compresseur et un deuxième échangeur destiné à refroidir de l'air sortant dudit deuxième compresseur, insérés dans ledit circuit d'alimentation en air en série avec ledit premier compresseur et ledit premier échangeur et en amont dudit compartiment cathodique, lesdits circuits d'évacuation des gaz anodique et cathodique comportant des condenseurs anodique et cathodique, respectivement, lesdits premier et deuxième échangeurs sont insérés dans lesdits circuits d'évacuation des gaz anodique et cathodique, en aval desdits condenseurs anodique et cathodique, respectivement, de manière que des gaz sortant desdits condenseurs anodique et cathodique soient en relation d'échange thermique avec de l'air sortant desdits premier et deuxième compresseurs, respectivement.
Ledit premier échangeur et/ou, le cas échéant, ledit deuxième échangeur est en outre inséré dans un circuit de refroidissement comportant un radiateur apte à évacuer de la puissance thermique vers l'extérieur.
- Ledit circuit d'évacuation du gaz anodique est connecté à un brûleur de manière à 20 alimenter ledit brûleur avec ledit carburant non consommé dans ladite pile à combustible.
Ledit circuit d'évacuation du gaz cathodique et/ou du gaz anodique est connecté à une entrée d'une turbine.
- Le générateur comporte un reformeur connecté en amont dudit circuit 25 d'alimentation en carburant et apte à produire ledit carburant à partir d'un carburant primaire, d'oxygène et de vapeur d'eau.
L'invention concerne également un véhicule automobile comportant un générateur d'électricité selon l'invention.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront 30 à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel: - la figure 1, décrite en introduction représente schématiquement un générateur d'électricité selon la technique antérieure; les figures 2 à 7 représentent schématiquement différentes variantes du générateur selon l'invention.
Dans les différentes figures, des références identiques ont été utilisées pour décrire des organes identiques ou analogues.
Dans toutes les figures, les circuits d'alimentation en air de la pile à combustible, du brûleur, du réacteur d'oxydation préférentielle et du reformeur ont été représentés en trait interrompu. Le circuit d'alimentation en carburant de la pile à combustible a été représenté en trait épais. Le circuit d'alimentation en eau du reformeur a été représenté en trait mixte. Les circuits d'évacuation des gaz anodique et cathodique ont été représentés en trait pointillé.
La figure 1 ayant été décrite en introduction, on se reporte à présent à la figure 2.
A la différence du générateur 10 représenté sur la figure 1, l'échangeur RAS HP 50 du générateur selon l'invention représenté sur la figure 2 n'est plus inséré dans le circuit de refroidissement du véhicule, mais est inséré dans le circuit d'évacuation du gaz cathodique, en aval du condenseur cathodique. Avantageusement, le refroidissement, par le circuit d'évacuation du gaz cathodique, de l'air comprimé par le compresseur HP 38 permet de réduire la puissance de refroidissement requise du circuit de refroidissement du véhicule V d'environ 3 kW.
Le gaz cathodique entre à environ 60 C dans l'échangeur RAS HP 50 et en ressort à une température supérieure à 220 C. L'augmentation de la température du gaz cathodique à l'entrée de la turbine 44 qui en résulte permet avantageusement une récupération supplémentaire d'énergie dans la turbine 44 d'environ 1 kW.
L'air comprimé en provenance du compresseur HP 38 entre dans l'échangeur RAS HP 50 à environ 150 C - 200 C et en ressort à une température adaptée à la pile à combustible d'environ 80 - 120 C. Environ 3 kW sont transférés depuis le flux d'air vers le flux de gaz cathodique.
Comme représenté sur la figure 3, l'échangeur RAS HP 50 peut également être refroidi par une circulation de gaz anodique. Cette configuration permet d'augmenter les températures de l'hydrogène résiduel entrant dans le brûleur 72 et du gaz de combustion du brûleur 72 sortant de l'échangeur 70 et conduit jusqu'à la turbine 44. Comme expliqué ci-dessus, l'augmentation de la température du gaz à l'entrée de la turbine 44 permet avantageusement une récupération supplémentaire d'énergie dans la turbine 44 d'environ 1 kW. L'échangeur RAS HP 50 n'étant plus refroidi par le circuit de refroidissement du véhicule, la charge du circuit de refroidissement est réduite d'environ 3 kW thermiques.
Dans la variante de l'invention représentée sur la figure 4, le refroidissement de l'échangeur RAS HP 50 est assuré par du gaz cathodique sortant du condenseur cathodique 104 à environ 60 C, ce qui réduit la charge du circuit de refroidissement d'environ 3 kW. Le refroidissement de l'échangeur RAS BP 40 est assuré par du gaz anodique sortant du condenseur anodique 100 à environ 60 C, ce qui réduit la charge du circuit de refroidissement d'environ 7 kW. L'intégration, dans le circuit d'évacuation des gaz cathodique et anodique, de l'échangeur RAS HP 50 en aval du condenseur cathodique 104 et de l'échangeur RAS BP 40 en aval du condenseur anodique 100, respectivement, allège donc le circuit de refroidissement de 10 kW environ. Il en résulte un dimensionnement réduit de ce circuit et une intégration plus aisée dans le véhicule V. Le chauffage du gaz anodique entrant dans le brûleur 72 permet d'augmenter la température du gaz de combustion du brûleur catalytique 72 entrant dans la turbine 44, ce qui, avantageusement, augmente la récupération l'énergie mécanique au niveau de la turbine 44 de 1 à 2 kW. II en résulte une économie d'énergie électrique et une amélioration du rendement global du générateur 10.
Le générateur représenté sur la figure 5 diffère de celui représenté sur la figure 4 en ce que le refroidissement du gaz dans l'échangeur RAS BP 40, tri-corps, est assuré à la fois par le gaz anodique froid issu du condenseur anodique 100 et par le circuit de refroidissement du véhicule. Cette solution permet avantageusement d'alléger le circuit de refroidissement du véhicule d'une dizaine de kilowatts et d'augmenter la récupération l'énergie mécanique au niveau de la turbine de 1-2 kW.
La prise en charge partielle du refroidissement l'échangeur RAS BP 40 par le circuit de refroidissement du véhicule permet en outre d'assurer un refroidissement plus précis de l'air entre les deux compresseurs 36 et 38. II est ainsi possible de contrôler de manière optimale la température de l'air à l'entrée du 30 compresseur 38 quelles que soient les conditions de fonctionnement du générateur et en particulier lors des phases de fonctionnement transitoire.
Cette architecture est particulièrement adaptée lorsque l'énergie thermique à évacuer de l'air comprimé par le compresseur 36 est supérieure à l'énergie thermique pouvant être prise en charge par le gaz anodique sortant du condenseur anodique 100, le circuit de refroidissement du véhicule assurant l'évacuation complémentaire d'énergie.
La figure 6 représente une variante de l'invention dans laquelle l'échangeur RAS BP 40 est un échangeur tri-corps dans lequel l'air sortant du compresseur BP 36 est refroidi par les gaz anodique et cathodique sortant des condenseurs anodique 100 et cathodique 104 respectivement. La charge du circuit de refroidissement du véhicule en est réduite d'environ 10 kW. Comme expliqué ci-dessus, le chauffage des gaz anodique et cathodique permet en outre d'augmenter la récupération d'énergie mécanique par la turbine 44 de 1,5 - 2 kW grâce à l'augmentation de la température du gaz entrant dans la turbine 44.
L'invention n'est pas limitée à un générateur comportant deux compresseurs. La figure 7 représente une variante de l'invention ne comportant qu'un seul compresseur 36'. Un échangeur 50' est inséré entre le compresseur 36' et la pile à combustible 20. L'échangeur 50' est refroidi par du gaz cathodique sortant du condenseur cathodique 104, évitant ainsi l'utilisation du circuit de refroidissement du véhicule à cet effet. Du fait de l'augmentation de la température du gaz entrant dans la turbine 44, suite à sa traversée de l'échangeur RAS HP 50, le rendement du générateur 10 est amélioré.
En variante de l'architecture représentée sur la figure 7, l'échangeur 50' pourrait être refroidi par du gaz anodique sortant du condenseur anodique 100 et/ou du gaz cathodique sortant du condenseur cathodique 104, et/ou le circuit de refroidissement du véhicule V. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, fournis à titre d'exemples illustratifs et non 25 limitatifs.
En particulier, l'invention n'est pas limitée aux architectures représentées.
Le dispositif de reformage n'est pas indispensable pour la mise en oeuvre de l'invention, la pile à combustible pouvant par exemple être alimentée en hydrogène à partir d'un réservoir de stockage. L'invention n'est pas limitée à un type 30 de pile à combustible ou de reformeur.
Des combinaisons des différentes architectures décrites sont également envisagées.
Le choix d'une architecture dépend en particulier de la quantité de puissance développée dans les échangeurs RAS et de la puissance pouvant être acceptée par les gaz anodique et cathodique.
Claims (8)
1. Générateur d'électricité destiné à un véhicule automobile (V), comportant - une pile à combustible (20) comportant des compartiments anodique (26) et cathodique (28), - un circuit d'alimentation en carburant (80,82,84,86,88,90,92,94,22) dudit compartiment anodique (26), - un circuit d'alimentation en air (36,33,40,38,50,24) dudit compartiment cathodique (28), un premier compresseur (36;38) et un premier échangeur (40;50) destiné à refroidir de l'air sortant dudit premier compresseur (36;38) étant insérés dans ledit circuit d'alimentation en air (36,33,40, 38,50,24) en amont dudit compartiment cathodique (28), des circuits d'évacuation des gaz anodique (96,100,76,72,97,70,98,44,99) et cathodique (102,104,105,44,99) sortant desdits compartiments anodique (26) et cathodique (28), respectivement, au moins un desdits circuits d'évacuation incorporant un condenseur (100;104), caractérisé en ce que ledit premier échangeur (40;50) est inséré dans ledit circuit d'évacuation incorporant ledit condenseur (100;104), en aval dudit condenseur (100;104), de manière que le gaz sortant dudit condenseur (100;104) soit en relation d'échange thermique avec de l'air sortant dudit premier compresseur (100;104).
2. Générateur d'électricité selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits circuits d'évacuation des gaz anodique (96,100,76,72,97,70,98, 44,99) et cathodique (102,104,105,44,99) comportent des condenseurs anodique (100) et cathodique (104), respectivement, ledit premier échangeur (40;50) étant inséré dans chacun desdits circuits d'évacuation des gaz anodique (96,100,76,72,97,70,98,44,99) et cathodique (102,104,105, 44,99), en aval desdits condenseurs anodique (100) et cathodique (104), de manière que des gaz sortant desdits condenseurs anodique (100) et cathodique (104) soient en relation d'échange thermique avec de l'air sortant dudit premier compresseur (100;104).
3. Générateur d'électricité selon la revendication 1, ledit circuit d'alimentation en air (36,40,38,50,24) dudit compartiment cathodique (28) comportant un deuxième compresseur (38;36) et un deuxième échangeur (50; 40) destiné à refroidir de l'air sortant dudit deuxième compresseur (38; 36), insérés dans ledit circuit d'alimentation en air (24) en série avec ledit premier compresseur (38;36) et ledit premier échangeur (40;50) et en amont dudit compartiment cathodique (28), lesdits circuits d'évacuation des gaz anodique (96,100,76,72,97,70,98,44,99) et cathodique (102,104,105,44,99) comportant des condenseurs anodique (100) et cathodique (104), respectivement, caractérisé en ce que lesdits premier (100) et deuxième (104) échangeurs sont insérés dans lesdits circuits d'évacuation des gaz anodique (96,100,76,72,97,70,98,44,99) et cathodique (102,104,105,44,99), en aval desdits condenseurs anodique (100) et cathodique (104), respectivement, de manière que des gaz sortant desdits condenseurs anodique (100) et cathodique (104) soient en relation d'échange thermique avec de l'air sortant desdits premier (100) et deuxième compresseurs (104), respectivement.
4. Générateur d'électricité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit premier échangeur (40;50) et/ou, le cas échéant, ledit deuxième échangeur (50;40) est en outre inséré dans un circuit de refroidissement comportant un radiateur (54;112; 32) apte à évacuer de la puissance thermique vers l'extérieur.
5. Générateur d'électricité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit circuit d'évacuation du gaz anodique (96,100,76,72,97,70,98,44,99) est connecté à un brûleur (72) de manière à alimenter ledit brûleur (70) avec ledit carburant non consommé dans ladite pile à combustible (20).
6. Générateur d'électricité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit circuit d'évacuation du gaz cathodique (102,104,105,44,99) et/ou du gaz anodique (96,100,76,72,97,70, 98,44,99) est connecté à une entrée d'une turbine (44).
7. Générateur d'électricité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un reformeur (60) connecté en amont dudit circuit d'alimentation en carburant et apte à produire ledit carburant à partir d'un carburant primaire, d'oxygène et de vapeur d'eau.
8. Véhicule automobile comportant un générateur d'électricité (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0314611A FR2863778B1 (fr) | 2003-12-12 | 2003-12-12 | Generateur d'electricite pour vehicule automobile. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0314611A FR2863778B1 (fr) | 2003-12-12 | 2003-12-12 | Generateur d'electricite pour vehicule automobile. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2863778A1 true FR2863778A1 (fr) | 2005-06-17 |
| FR2863778B1 FR2863778B1 (fr) | 2006-03-03 |
Family
ID=34610625
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR0314611A Expired - Fee Related FR2863778B1 (fr) | 2003-12-12 | 2003-12-12 | Generateur d'electricite pour vehicule automobile. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2863778B1 (fr) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4137968A1 (de) * | 1991-11-19 | 1993-05-27 | Wolfgang Prof Dr Winkler | Verfahren und einrichtungen zur waermeauskopplung aus hochtemperaturbrennstoffzellen |
| EP0964466A1 (fr) * | 1998-06-03 | 1999-12-15 | Praxair Technology, Inc. | Procédé intégré, combinant une pile à combustile à électrolyte solide et un réacteur à transport d'ions |
| FR2805926A1 (fr) * | 2000-03-03 | 2001-09-07 | Renault | Dispositif de gestion thermique d'un vehicule equipe d'une pile a combustible |
| US20030138687A1 (en) * | 2001-03-21 | 2003-07-24 | Masatoshi Iio | Fuel cell system |
-
2003
- 2003-12-12 FR FR0314611A patent/FR2863778B1/fr not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4137968A1 (de) * | 1991-11-19 | 1993-05-27 | Wolfgang Prof Dr Winkler | Verfahren und einrichtungen zur waermeauskopplung aus hochtemperaturbrennstoffzellen |
| EP0964466A1 (fr) * | 1998-06-03 | 1999-12-15 | Praxair Technology, Inc. | Procédé intégré, combinant une pile à combustile à électrolyte solide et un réacteur à transport d'ions |
| FR2805926A1 (fr) * | 2000-03-03 | 2001-09-07 | Renault | Dispositif de gestion thermique d'un vehicule equipe d'une pile a combustible |
| US20030138687A1 (en) * | 2001-03-21 | 2003-07-24 | Masatoshi Iio | Fuel cell system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2863778B1 (fr) | 2006-03-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| BRPI0721785B1 (pt) | método para operação de uma célula de combustível e disposição de célula de combustível. | |
| EP3499626A1 (fr) | Systeme reversible de stockage et destockage d'electricite comprenant un convertisseur electrochimique (sofc/soec) couple a un systeme de stockage/destockage d'air comprime (caes) | |
| US20060292410A1 (en) | Fuel cell system for a vehicle | |
| FR3063181A1 (fr) | Procede pour demarrer un ensemble de pile a combustible, et ensemble correspondant | |
| EP1799614A1 (fr) | Generateur d'electricite pour vehicule automobile | |
| EP1733447B1 (fr) | Dispositif et procede de refroidissement d'un ensemble de generation d'electricite comprenant une pile a combustible. | |
| FR2863778A1 (fr) | Generateur d'electricite pour vehicule automobile. | |
| JP2008523552A (ja) | 燃料電池が装備された動力車両に搭載される電力を発生するためのシステムとそれに関連する方法 | |
| WO2006035176A1 (fr) | Dispositif de pile a combustible autonome en eau | |
| EP1733446B1 (fr) | Dispositif et procede de refroidissement d'un module de puissance d'une pile a combustible | |
| FR2886765A1 (fr) | Systeme de pile a combustible, et procede associe | |
| WO2005107001A2 (fr) | Agencement de piles a combustible | |
| FR2904476A1 (fr) | Systeme de pile a combustible avec reformeur | |
| WO2004059769A1 (fr) | Systeme de reformatage de carburant pour l’alimentation d’une pile a combustible de vehicule automobile et procede de mise en oeuvre | |
| FR2865854A1 (fr) | Procede de mise en temperature d'un generateur electrique a pile a combustible et generateur electrique mettant en oeuvre ce procede. | |
| FR2868605A1 (fr) | Dispositif et procede de refroidissement d'un module de puissance d'une pile a combustible | |
| JP4049526B2 (ja) | 燃料電池用改質装置の起動方法 | |
| EP1730806B1 (fr) | Procede de regulation de la pression d'un gaz d'echappement d'une pile a combustible de maniere a reguler l'aptitude a la condensation de ce gaz | |
| FR2863107A1 (fr) | Dispositif de gestion des alimentations en air d'un systeme pile a combustible | |
| WO2005096426A1 (fr) | Dispositif et procede de refroidissement d'un module de puissance d'une pile a combustible | |
| FR2887077A1 (fr) | Installation de production d'energie comportant une pile a combustible et comportant un echangeur de chaleur | |
| FR2868212A1 (fr) | Dispositif de gestion de l'eau d'un systeme pile a combustible | |
| EP3920287A1 (fr) | Dispositif hybride de generation de puissance | |
| FR2886766A1 (fr) | Systeme de pile a combustible perfectionne et procede de production d'eau associe | |
| FR2862435A1 (fr) | Dispositif d'humidification cathodique et de gestion thermique d'un systeme pile a combustible |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 13 |
|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20170831 |