FR2867902A1 - Air supply system gas upgrading system for vehicle, has machines to compress/expand gas traversing them based on functioning rate of fuel cell system where gas is expanded to provide mechanical power to one machine acting as compressor - Google Patents

Air supply system gas upgrading system for vehicle, has machines to compress/expand gas traversing them based on functioning rate of fuel cell system where gas is expanded to provide mechanical power to one machine acting as compressor Download PDF

Info

Publication number
FR2867902A1
FR2867902A1 FR0450545A FR0450545A FR2867902A1 FR 2867902 A1 FR2867902 A1 FR 2867902A1 FR 0450545 A FR0450545 A FR 0450545A FR 0450545 A FR0450545 A FR 0450545A FR 2867902 A1 FR2867902 A1 FR 2867902A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
air supply
fuel cell
gas
supply means
compressor
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
Application number
FR0450545A
Other languages
French (fr)
Other versions
FR2867902B1 (en
Inventor
Emmanuel Devaud
Noc David Le
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.)
Renault SAS
Original Assignee
Renault 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 Renault SAS filed Critical Renault SAS
Priority to FR0450545A priority Critical patent/FR2867902B1/en
Publication of FR2867902A1 publication Critical patent/FR2867902A1/en
Application granted granted Critical
Publication of FR2867902B1 publication Critical patent/FR2867902B1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/70—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by 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
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • 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

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Apparatus has machines (5,6) that compress or expand gas which traverse them, where the machine (5) functions as a compressor and the machine (6) functions as a turbine according to the rate of functioning of a fuel cell system (2). The turbine (6) is supplied with gas via pipes (12,13,17), where the gas is expanded to provide mechanical power to the compressor via a mechanical connection (20). Independent claims are also included for: (a) a process for upgrading of the gas of an air supply system for a vehicle equipped with a fuel cell (b) a vehicle having a device for upgrading the gas of air supply system for a vehicle equipped with a fuel cell.

Description

Dispositif de valorisation des gaz d'un système d'alimentation d'air pourGas recovery device of an air supply system for

un véhicule équipé d'une pile à combustible   a vehicle equipped with a fuel cell

L'invention concerne les piles à combustible et en particulier un dispositif de valorisation des gaz d'un système d'alimentation d'air pour un véhicule équipé d'une pile IO combustible_ Les piles à combustible sont notamment utilisées pour fournir de l'énergie électrique nécessaire a la propulsion de véhicules automobiles. La pile à combustible est alors embarquée à bord du véhicules Les piles à cOmbustible utilisées pour fournir de l'énergie électrique à bord de véhicules automobiles sont généralement du type à électrolyte solide, notamment à électrolyte formé par une membrane en polymère. Une telle pile utilise notamment de l'hydrogêne (H2) et de l'oxygène.{02) en guise de combustible et de comburant respectivement.  The invention relates to fuel cells and in particular to a device for upgrading the gases of an air supply system for a vehicle equipped with a fuel cell. Fuel cells are notably used to supply energy. electrical equipment necessary for the propulsion of motor vehicles. The fuel cell is then on board the vehicle The fuel cells used to supply electrical energy in motor vehicles are generally of the solid electrolyte type, in particular with an electrolyte formed by a polymer membrane. Such a cell uses in particular hydrogen (H2) and oxygen (02) as fuel and oxidant respectively.

Un système pile combustible avec reformage destiné à générer la puissance électrique pour alimenter le moteur de traction d'un véhicule est équipé d'un groupe d'alimentation d'air de la pile proprement dite. Ce groupe d'alimentation d'air doit étre capable d'alimenter les différents composants avec des débits et des pressions définis. Ce système de compresseur embarqué dans le véhicule est destiné à alimenter en air comprimé le reformeur, le brûleur et le stack de la pile à combustible. Le groupe d'alimentation d'air de la pile à combustible est constitué d'une part d'un compresseur qui véhicule des fluides compressibles en transférant de l'énergie mécanique au fluide qui le traverse, et d'autre part d'une turbine qui récupère l'énergie contenue dans les gaz d'échappement en la transformant en énergie mécanique utilisée pour la compression, La pile à combustible est le seul générateur d'électricité du système. Cependant la totalité de cette énergie produite n'est pas utilisée par les applications, du type traction ou unité auxiliaire de puissance ( APU e), peur lesquelles de l'énergie électrique est produite. En effet, plusieurs équipements auxiliaires prélèvent une partie de cette puissance> pour leur propre fonctionnement. L'un des plus gros consommateurs d'énergie électrique du système est, par exemple, le système groupe d'alimentation en air de la pile à combustible, Par conséquent, afin de ne pas détériorer le rendement du système, il est indispensable de trouver une architecture de groupe de compression d'air qui minimise cette consommation électrique tout en fournissant au système pile à combustible de Fair comprimé à la pression de fonctionnement et ceci sur la plus grande plage de débit possible.  A reformed fuel cell system for generating electrical power to power the traction motor of a vehicle is equipped with an air supply unit of the battery itself. This air supply unit must be able to feed the various components with defined flow rates and pressures. This in-vehicle compressor system is designed to supply compressed air to the reformer, the burner and the stack of the fuel cell. The fuel supply unit of the fuel cell consists firstly of a compressor which conveys compressible fluids by transferring mechanical energy to the fluid passing through it, and secondly of a turbine which recovers the energy contained in the exhaust gas by converting it into mechanical energy used for compression. The fuel cell is the only generator of electricity in the system. However, the totality of this energy produced is not used by the applications of traction type or auxiliary power unit (APU e), for which electrical energy is produced. Indeed, several auxiliary equipment take some of this power> for their own operation. One of the largest consumers of electrical energy in the system is, for example, the fuel cell air supply system. Therefore, in order not to deteriorate system performance, it is essential to find an air compression group architecture that minimizes this power consumption while providing Fair's fuel cell system compressed to operating pressure over the widest possible flow range.

Le document WO-02/3.9514A2 propose l'architecture et le fonctionnement d'un système pile à combustible complet intégrant un système de compression d'air et de récupération d'énergie utilisant trois composants un compresseur et deux turbines, Dans te document US4976506, une partie de l'air comprimé est directement chauffée dans un brCiIeur intermédiaire afin d'augmenter la puissance disponible à la turbine. Ce procédé permet d'augmenter d'une part la pression dans le système et d'autre part la puissance débitée à la compression, La document US-3982962 présente une architecture de système pile à combustible intégrant un turbocompresseur et une turbine. Le turbocompresseur fournit l'air comprimé au système et est entraîné par la turbine qui détend les gaz d'échappement anodique. Une seconde turbine transforme l'énergie des gaz cathodiques en énergie électrique grâce à un alternateur.  WO-02 / 3.9514A2 discloses the architecture and operation of a complete fuel cell system incorporating an air compression and energy recovery system utilizing three components a compressor and two turbines, in US4976506 a portion of the compressed air is directly heated in an intermediate burner to increase the power available to the turbine. This method makes it possible to increase, on the one hand, the pressure in the system and, on the other hand, the power output during compression. US-3982962 discloses a fuel cell system architecture incorporating a turbocharger and a turbine. The turbocharger delivers the compressed air to the system and is driven by the turbine that expands the anode exhaust. A second turbine converts the energy of cathodic gases into electrical energy thanks to an alternator.

Le problème de eue architectures réside dans la consommation importante d'énergie électrique et dans la détérioration du rendement du système. De plus de telles architectures nécessitent un nombre de pièces important qui fait augmenter le volume et le coût dur système.  The problem with these architectures lies in the high consumption of electrical energy and in the deterioration of the efficiency of the system. In addition, such architectures require a large number of parts that increase the volume and the cost of the system.

L'objet de la pr.sente invention est de fournir un dispositif de valorisation des gaz d'un système d'alimentation d'air pour un véhicule équipé d'une pile à combustible amélioré_ La présent invention fournit un dispositif de valorisation ira des gaz d'un système d'alimentation d'air pour un véhicule équipé d'une plie à combustible, du type comprenant un système pile à combustible prévu pour fournir une puissance électrique audit véhicule, un système de compression d'air permettant de comprimer l'air nécessaire aux différents composants du système, Caractérisé en ce que ledit système d'elimnentation d'air dudit système pile à combustible comporte des moyens d'alimentation d'air compressant ou détendant les gaz qui les traversent en fonction du régime de fonctionnement de ladite pile à combustible, ri Un des avantages de la présente invention est qu'elle permet de récupérer l'énergie contenue dans les gaz d'échappement et de diminuer la consommation électrique nécessaire è la compression de l'air, Elle permet en outre d'optimiser les rendements de chaque machine.  The object of the present invention is to provide a device for upgrading the gases of an air supply system for a vehicle equipped with an improved fuel cell. The present invention provides a device for upgrading gases. an air supply system for a fuel cell equipped vehicle, of the type comprising a fuel cell system provided for supplying electric power to said vehicle, an air compression system for compressing the fuel cell; air required for the various components of the system, characterized in that said system for removing air from said fuel cell system comprises means for supplying air compressing or relaxing the gases passing therethrough according to the operating mode of said One of the advantages of the present invention is that it enables the energy contained in the exhaust gases to be recovered and the consumption of electricity to be reduced. It also makes it possible to optimize the efficiency of each machine.

Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - les moyens d'alimentation d'air compressant ou détendant les gaz qui les traversent comportent un moyen d'alimentation d'air fonctionnant comme une turbine ou comme un compresseur en fonction du régime de fonctionnement de 3o ladite pile à combustible; - les moyens d'alimentation d'air compressant ou détendant les gaz qui les traversent comportent au moine un moyen d'alimentation d'air fonctionnant comme un compresseur; - les deux moyens d'alimentation d'air sont couplés à un moteur électrique; - le circuit d'alimentation d'air de la pile à combustible comprend un ensemble de vannes déterminant le circuit à emprunter en fonction du régime de fonctionnement de ladite pile à combustible; - un calculateur détermine le circuit d'alimentation d'air en fonction du régime de fonctionnement de la pile à combustible; et lit le calculateur commande les deux moyens d'alimentation d'air et un ensemble de vannes en fonction du régime de fonctionnement de la pile à combustible, La présente invention s'applique en outre à un procédé de valorisation des gaz d'un système d'alimentation d'air pour un véhicule équipé d'une pile à combustible comprenant des moyens d'alimentation en air, un ensemble de vannes, un moteur électrique et un calculateur, le procédé opérant en déterminant le débit de fonctionnement de la pile à combustible; en utilisant le moyen d'alimentation d'air comme un compresseur et le moyen d'alimentation d'air comme une turbine peur détendre les gaz d'échappement en sortie de pile à combustible, pour un régime de fonctionnement de ladite pile à combustible à faible débit; et en utilisant les moyens d'alimentation d'air comme des compresseurs, pour un régime de fonctionnement de ladite pile A combustible à fort débit.  According to other characteristics of the invention: the air supply means compressing or relaxing the gases passing through them comprise an air supply means functioning as a turbine or as a compressor depending on the operating regime 3o said fuel cell; - The air supply means compressing or expanding the gas passing through them comprise at least one air supply means operating as a compressor; the two air supply means are coupled to an electric motor; - The fuel supply air circuit of the fuel cell comprises a set of valves determining the circuit to be taken according to the operating mode of said fuel cell; a calculator determines the air supply circuit as a function of the operating mode of the fuel cell; and reads the computer controls the two air supply means and a set of valves according to the operating mode of the fuel cell. The present invention is also applicable to a method of upgrading the gases of a system. for supplying air to a vehicle equipped with a fuel cell comprising air supply means, a set of valves, an electric motor and a computer, the method operating by determining the operating flow rate of the fuel cell. combustible; using the air supply means as a compressor and the air supply means such as a turbine can relax the exhaust gas at the fuel cell outlet, for an operating regime of said fuel cell to low flow; and using the air supply means such as compressors, for an operating mode of said high-rate fuel cell.

La présente invention s'applique en outre à un véhicule comprenant un tel dispositif de valorisation glas gaz d'un système d'alimentation d'air pour un véhicule équipé d'une pile à combustible ou utilisant un tel procédé.  The present invention is furthermore applicable to a vehicle comprising such a gas glas recovery device of an air supply system for a vehicle equipped with a fuel cell or using such a method.

La présente invention sera mieux comprise travers l'étude d'un mode de réalisation pris à titre d'exempte nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur leequels - la figure 1 est une vue schématique de l'installation fonctionnant à faible débit; - la figure 2 est une vue schématique de l'installation fonctionnant à fort débit Bien que pouvant s'appliquer de façon générale tous types de dispositifs à piles à combustible, l'invention sera plus particulièrement illustrée à titre d'exemple dans le cadre d'un véhicule automobile fonctionnant avec un système de traction à pile à combustible.  The present invention will be better understood through the study of an embodiment taken as non-limiting and illustrated by the accompanying drawings, on the equals - Figure 1 is a schematic view of the facility operating at low flow; FIG. 2 is a schematic view of the installation operating at a high flow rate. Although generally applicable to all types of fuel cell devices, the invention will be more particularly illustrated by way of example in the context of FIG. a motor vehicle operating with a fuel cell traction system.

Tel qu'elle est représentée sur la figure 1, l'installation de production d'électricité comprend i - un système pile à combustible 2 comprenant un reformeur de carburant permettant de transformer le carburant liquide en un reformât riche en hydrogène pour alimenter la pile celé anode et une pile t combustible proprement dite qui transforme l'hydrogène avec de l'air en une puissance électrique; un système d'alimentation d'air permettant de comprimer l'air nécessaire pour le fonctionnement du système et de valoriser l'énergie des gaz d'échappement - un ensemble de trois vannes trois votes 7, B permettant G de réguler les débits dans les différentes lignes fluides; - un calculateur 1 relié au système pile à combustible 2 et à l'ensemble des trois vannes trois voies 7, 8 et 9. Ce calculateur est en outre destiné commander l'ouverture des vannes trois voies 7, B et 9 en fonction des besoins du système pila à 25 combustible 2.  As shown in FIG. 1, the power generation installation comprises a fuel cell system 2 comprising a fuel reformer for converting the liquid fuel into a hydrogen-rich reformate to supply the stacked cell. anode and a fuel cell proper which converts hydrogen with air into electrical power; an air supply system for compressing the air necessary for the operation of the system and for enhancing the energy of the exhaust gases - a set of three three-way valves 7, B allowing G to regulate the flow rates in the various fluid lines; a calculator 1 connected to the fuel cell system 2 and to all three three-way valves 7, 8 and 9. This calculator is also intended to control the opening of the three-way valves 7, B and 9 as required of the pila fuel system 2.

Par ailleurs, pour des raisons de clarté et de lisibilité dés figures précédemment citées, les différents flux d'air comprimés sont représentés par des traits différents en fonction des configurations de fonctionnement. Le flux d'air traversant la machine 5 est représenté par un trait mixte fin et le flux d'air traversant la machine B est représenté par un trait pointillé fin. De plus les Organes commandés par le calculateur 1 sont reliés par des traits continus fins.  Moreover, for the sake of clarity and readability of the figures mentioned above, the different compressed air flows are represented by different lines depending on the operating configurations. The flow of air passing through the machine 5 is represented by a thin mixed line and the flow of air passing through the machine B is represented by a fine dotted line. In addition the organs controlled by the computer 1 are connected by fine continuous lines.

Le système d'alimentation d'air 3 doit fournir de Fair au système pile à combustible 2 à un débit, une pression et une température fixés en fonetion de la demande. Ce système d'air est composé de deux machines de compression 5 et 6 ou de détente suivant le régime de fonctionnement du système pile à combustible 2. Chaque machine 5 et 6 a une plage d'utilisation en débit comprise sensiblement entre un débit nul et la moitié du débit maximal de foneflonnement du système pile à combustible 2. L'architecture proposée est définie différemment selon la gamme de débit demandée par le système pile à combustible 2. Selon la gamme de débit, la commande des trois vannes 7, 8 et 9 permet d'utiliser avantageusement la machine 6 comme une turbine ou un compresseur.  The air supply system 3 is required to supply fuel cell system 2 at a rate, pressure and temperature that is demand-driven. This air system is composed of two compression machines 5 and 6 or expansion according to the operating mode of the fuel cell system 2. Each machine 5 and 6 has a range of use in a flow rate substantially between zero flow and the proposed architecture is defined differently according to the flow rate range required by the fuel cell system 2. Depending on the flow range, the control of the three valves 7, 8 and 9 can advantageously use the machine 6 as a turbine or a compressor.

Dans le te où le débit demandé par le système pile à combustible 2 est faible, par exemple pour une plage de débits comprise entre la valeur d'un débit nul et la valeur de la moitié du débit maximal du régime de fonctionnement de la pile à combustible 2, la machine 5 fonctionne comme un compresseur et la machine 6 fonctionne comme une turbine. L'air entrant dans le compresseur 5 est aspiré depuis l'extérieur du véhicule par une canalisation 11 et est comprimé pour alimenter le système pile combustible 2 à sa pression de fonctionnement par une canalisation 10. A la sortie du système pile à combustible, les gaz arrivent dans l'a turbine 6 par des canalisations 17, 13 et 12 et y sont détendue, ce qui permet de fournir de la puissance mécanique au compresseur 5, via une liaison mécanique 20. Le complément d'énergie nécessaire à l'entraînement en rotation du compresseur 5 est fourni par un moteur électrique 4, via la liaison mécanique 20. Les gaz détendus sont rejetée dans 3D l'atmosphère par des conduites d'échappement 14 et 16 en passant par la vanne trois voies 8 qui est pilotée par le calculateur 1 pour ce type de configuration, Dans ce premier mode de réalisation, la conduite 15 reliant la conduite 10 à ta vanne trois voies 8 est condamnée petit que les gaz détendus dans la turbine $ ne soient pas dirigés dans le flux d'air entrant dans le système pile à combustible 2, Cette architecture permet de récupérer l'énergie contenue dans les gaz d'échappement et de diminuer la consommation électrique nécessaire à la compression de l'air pour les bas débits. De plus, dans le cas d'une application automobile et sur un Cycle de roulage classique, la moyenne des débits d'air demandés par le système pile à combustible 2 est située dans une plage de valeurs allant sensiblement d'un débit nul à la ta moitié du débit maximal; soit une utilisation selon l'invention utilisée pour la configuration représentée sur la figure 1 avec récupération d'énergie par la turbine. La consommation moyenne du système d'alimentation en air 3 est diminuée du fait de cette récupération d'énergie à petits débits.  In the case where the rate required by the fuel cell system 2 is low, for example for a range of flow rates between the value of a zero flow rate and the value of half the maximum flow rate of the operating mode of the fuel cell. fuel 2, the machine 5 functions as a compressor and the machine 6 functions as a turbine. The air entering the compressor 5 is sucked from the outside of the vehicle by a pipe 11 and is compressed to supply the fuel cell system 2 with its operating pressure via a pipe 10. At the exit of the fuel cell system, the gas arrive in the turbine 6 by lines 17, 13 and 12 and are relaxed therein, which provides mechanical power to the compressor 5, via a mechanical link 20. The additional energy required for training in rotation of the compressor 5 is provided by an electric motor 4, via the mechanical connection 20. The expanded gases are discharged into the atmosphere via exhaust pipes 14 and 16 via the three-way valve 8 which is controlled by the computer 1 for this type of configuration, In this first embodiment, the pipe 15 connecting the pipe 10 to the three-way valve 8 is small condemned that the gas expanded in the turbine $ are not directed to the air flow entering the fuel cell system 2, this architecture makes it possible to recover the energy contained in the exhaust gases and to reduce the power consumption necessary for compressing the air at low flow rates. Moreover, in the case of an automotive application and on a conventional driving cycle, the average of the airflows required by the fuel cell system 2 is situated in a range of values ranging substantially from a zero flow to the half of the maximum flow; either a use according to the invention used for the configuration shown in Figure 1 with energy recovery by the turbine. The average consumption of the air supply system 3 is reduced because of this energy recovery at small flows.

Selon l'invention, dans le mode de réalisation Illustré sur la figure 2, sur laquelle tee organes identiques portent tee mêmes références, et dans le cas où le débit demandé par le système pile combustible est fort, par exemple pour une plage de débits comprise entre la valeur de la moitié du débit maximal et la valeur du débit maximal du régime de fonctionnement du système pile à combustible 2, la machine 5 fonctionne comme un compresseur et la machine 6 fonctionne aussi comme un compresseur. Dans ce cas de figure, le débit global demandé est séparé en deux pour être comprimé par deux compresseurs distincts 5 et 8. Les deux flux d'air comprimé sont ensuite mélangés dans la conduite 3O avant d'alimenter le système pile à combustible 2 à la pression demandée. A la sortie du système, les gaz sont évacués dans l'atmosphère par des conduites d'échappement 17 et 18 via la vanne trois voies 9. Dans ce 3 deuxième mode de réalisation, la conduite 13 reliant la vanne trois voies 9 à la vanne trois voies 7 est condamnée pour que les gaz d'échappement issus du Système pile à. combustible 2 ne salent pas dirigés dans le flux d'air entrant dans le compresseur 6.  According to the invention, in the embodiment illustrated in FIG. 2, on which identical members carry the same references, and in the case where the flow rate required by the fuel cell system is high, for example for a range of flow rates included between the value of half of the maximum flow rate and the value of the maximum flow rate of the operating system of the fuel cell system 2, the machine 5 functions as a compressor and the machine 6 also functions as a compressor. In this case, the requested overall flow rate is separated in two to be compressed by two separate compressors 5 and 8. The two compressed air streams are then mixed in line 30 before feeding the fuel cell system 2 to the requested pressure. At the outlet of the system, the gases are discharged into the atmosphere via exhaust pipes 17 and 18 via the three-way valve 9. In this third embodiment, the pipe 13 connecting the three-way valve 9 to the valve Three-way 7 is condemned so that the exhaust gases from the system pile up. fuel 2 do not salt directed into the airflow entering the compressor 6.

Cette architecture permet en outre d'optimiser le rendement do chaque Machine 5 et 6 En effet, le fait de séparer le flux d'air en deux dans la configuration de ta figure 2 pour des -grands débits permet d'atteindre des rendements plus élevés pour chaque machine car la plage d'utilisation est plus réduite. De Plus, seulement deux machines assurent le fonctionnement de trois machines, ce qui permet d'optimiser l'intégration des composants dans le véhicule et les coùte de fabrication.  This architecture also makes it possible to optimize the efficiency of each machine 5 and 6 Indeed, the fact of separating the air flow in two in the configuration of FIG. 2 for high flow rates makes it possible to reach higher yields. for each machine because the operating range is smaller. Moreover, only two machines operate three machines, which optimizes the integration of the components in the vehicle and the cost of manufacture.

Claims (9)

REVENDICATIONS 1. Dispositif de vralorï atian des gaz d'un système d'alimentation d'air pour un véhicule équipé d'une pile à combustible, du type comprenant un système pile à combustible (2) prévu pour fournir une puissance électrique audit véhicule, un io système de compression d'air (3) permettant de comprimer l'air nécessaire aux différents composants du système, caractérisé en ce que ledit système d'alimentation d'air (3) dudit système pile à combustible (2 comporte des moyens d'alimentation d'air (5, 8) compressant ou détendant les gaz qui les traversent en fonction du régime de fonctionnement de ladite pile à combustible (2),  A gas ventilation device for an air supply system for a vehicle equipped with a fuel cell, of the type comprising a fuel cell system (2) for providing electric power to said vehicle, a air compression system (3) for compressing the air required for the various components of the system, characterized in that said air supply system (3) of said fuel cell system (2 comprises means for an air supply (5, 8) compressing or relaxing the gases passing therethrough according to the operating mode of said fuel cell (2), 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'alimentation d'air (5,$) compressant ou détendant les gaz qui les traversent comportent un moyen d'alimentation d'air (6) fonctionnant comme une turbine ou comme tan compresseur en fonction du régime de fonctionnement de redite pile È combustible (2).2. Device according to claim 1, characterized in that said air supply means (5, $) compressing or relaxing the gas passing through them comprise an air supply means (6) functioning as a turbine or as a compressor according to the operating mode of redite fuel cell (2). 3. Dispositif selon rune des revendications I ou 2, caractérisé en ce que lesdits moyens d'alimentation d'air (5, 6) compressant ou détendant les gaz qui les traversent comportent au moins un moyen d'alimentation d'air (5) fonctionnant comme un compresseur_  3. Device according rune claims I or 2, characterized in that said air supply means (5, 6) compressing or expanding the gas passing through them comprise at least one air supply means (5) functioning as a compressor_ 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce quo les deux moyens d'alimentation d'air (5, 6) sont couplés à un moteur électrique (4). n4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the two air supply means (5, 6) are coupled to an electric motor (4). not 5.Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit d'alimentation d'air (3) de la plie à combustible (2) comprend un ensemble de vannes (7, 8, 9) s déterminant le circuit à emprunter en fonction du régime de fonctionnement de ladite pile à combustible (2).  5.Dispositif according to one of the preceding claims, characterized in that the air supply circuit (3) of the plaice fuel (2) comprises a set of valves (7, 8, 9) s determining the circuit to borrow according to the operating mode of said fuel cell (2). 6,Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un calculateur (1) détermine le circuit i d'alimentation d'air en fonction du régime de fonctionnement de la pile à combustible (2).  6, Device according to one of the preceding claims, characterized in that a computer (1) determines the air supply circuit i according to the operating mode of the fuel cell (2). 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit calculateur commande les deux moyens d'alimentation d'air (5, 6) et un ensemble de vannes (7; a. 9) en fonction du régime de fonctionnement de la pile combustible (2),  7. Device according to claim 5, characterized in that said computer controls the two air supply means (5, 6) and a set of valves (7; a 9) according to the operating mode of the battery. fuel (2), 8. Procédé de valorisation des gaz d'un système d'alimentation d'air pour un véhicule équipé d'une pile à combustible comprenant des moyens d'alimentation en air (5. 6), un ensemble de vannes (7, 8, 9j, un moteur électrique (4) et un calculateur (1), le procédé opérant: - en déterminant le débit de fonctionnement de fa pile à combustible (2) - en utilisant le moyen d'alimentation d'air (5) comme un compresseur et le moyen d'alimentation d'air (6) comme une turbine pour détendre les gaz d'échappement en sortie de pile à combustible (2), pour un régime de fonctionnement de ladite pile à combustible (2) à faible débit et e - en utilisant les moyens d'alimentation d'air (5. 6) comme des compresseurs, pour un régime de fonctionnement de ladite pire à combustible (2) fort débit,8. Process for recovering gases from an air supply system for a vehicle equipped with a fuel cell comprising air supply means (5. 6), a set of valves (7, 8, 9j, an electric motor (4) and a calculator (1), the method operating: - by determining the operating flow rate of the fuel cell (2) - by using the air supply means (5) as a compressor and the air supply means (6) as a turbine for relaxing the exhaust gas at the fuel cell outlet (2) for an operating speed of said low-flow fuel cell (2) and e - using the air supply means (5, 6) as compressors, for an operating mode of said high flow rate fuel eirp (2), 9. Véhicule comprenant un dispositif de valorisation des gaz d'un système d'alimentation d'air pour un véhicule équipé d'une pile à combustible selon l'une des revendications 1 à 6 ou utilisant un procédé selon la revendication 7.9. Vehicle comprising a gas recovery device of an air supply system for a vehicle equipped with a fuel cell according to one of claims 1 to 6 or using a method according to claim 7.
FR0450545A 2004-03-19 2004-03-19 GAS VALORIZATION DEVICE OF AN AIR SUPPLY SYSTEM FOR A VEHICLE EQUIPPED WITH A FUEL CELL Expired - Fee Related FR2867902B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0450545A FR2867902B1 (en) 2004-03-19 2004-03-19 GAS VALORIZATION DEVICE OF AN AIR SUPPLY SYSTEM FOR A VEHICLE EQUIPPED WITH A FUEL CELL

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0450545A FR2867902B1 (en) 2004-03-19 2004-03-19 GAS VALORIZATION DEVICE OF AN AIR SUPPLY SYSTEM FOR A VEHICLE EQUIPPED WITH A FUEL CELL

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR2867902A1 true FR2867902A1 (en) 2005-09-23
FR2867902B1 FR2867902B1 (en) 2008-10-03

Family

ID=34896793

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR0450545A Expired - Fee Related FR2867902B1 (en) 2004-03-19 2004-03-19 GAS VALORIZATION DEVICE OF AN AIR SUPPLY SYSTEM FOR A VEHICLE EQUIPPED WITH A FUEL CELL

Country Status (1)

Country Link
FR (1) FR2867902B1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1167240A (en) * 1997-08-18 1999-03-09 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Fuel cell power generating device equipped with multi-stage turbine compressor
JPH11288730A (en) * 1998-04-03 1999-10-19 Nissan Motor Co Ltd Compressor system for fuel cell
DE10042314A1 (en) * 2000-08-29 2002-03-28 Alstom Power Nv Gas turbine arrangement has fuel cell provided between compressor and turbine
US20020164515A1 (en) * 2001-05-04 2002-11-07 Oglesby Keith Andrew System and method for supplying air to a fuel cell for use in a vehicle
US6607854B1 (en) * 2000-11-13 2003-08-19 Honeywell International Inc. Three-wheel air turbocompressor for PEM fuel cell systems
US20040131911A1 (en) * 2001-02-21 2004-07-08 Lars Kaufmann Fuel cell system having a pressure swing adsorption unit

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1167240A (en) * 1997-08-18 1999-03-09 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Fuel cell power generating device equipped with multi-stage turbine compressor
JPH11288730A (en) * 1998-04-03 1999-10-19 Nissan Motor Co Ltd Compressor system for fuel cell
DE10042314A1 (en) * 2000-08-29 2002-03-28 Alstom Power Nv Gas turbine arrangement has fuel cell provided between compressor and turbine
US6607854B1 (en) * 2000-11-13 2003-08-19 Honeywell International Inc. Three-wheel air turbocompressor for PEM fuel cell systems
US20040131911A1 (en) * 2001-02-21 2004-07-08 Lars Kaufmann Fuel cell system having a pressure swing adsorption unit
US20020164515A1 (en) * 2001-05-04 2002-11-07 Oglesby Keith Andrew System and method for supplying air to a fuel cell for use in a vehicle

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1999, no. 08 30 June 1999 (1999-06-30) *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 2000, no. 01 31 January 2000 (2000-01-31) *

Also Published As

Publication number Publication date
FR2867902B1 (en) 2008-10-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FR2831919A1 (en) ASSEMBLY AND METHOD FOR SUPPLYING HYDROGEN-CONTAINING FUEL
EP3899351B1 (en) Gas expansion and fluid compression station
FR2867902A1 (en) Air supply system gas upgrading system for vehicle, has machines to compress/expand gas traversing them based on functioning rate of fuel cell system where gas is expanded to provide mechanical power to one machine acting as compressor
FR3033838A1 (en) ENERGY GENERATION SYSTEM COMPRISING A COMPRESSOR GENERATING A GAS STREAM EXCESS FOR AN ADDITION GAS TURBINE SYSTEM
EP1531125A1 (en) Hybrid, multifunctional marine propulsion plant
EP3271562A1 (en) System for producing energy or torque
FR2863106A1 (en) Electricity production installation for motor vehicle, has water system having condenser situated at outlet of fuel cell stack to recover water under form of liquid, and water injector to supply water to bearing of turbocompressor
EP1733447B1 (en) Device and method for cooling a electricity generating unit comprising a fuel cell
FR2868213A1 (en) Fuel cell system e.g. auxiliary power unit, gas management device for motor vehicle, has exchanger supplied with gaseous flow provided from cathode outlet of fuel cell and flow coming out from air compressor
FR2904476A1 (en) Power module for motor vehicle, has anodic evacuation circuit mounted in downstream of fuel cell and connecting outlet of anodic compartment and burner, and phase-splitter circuits mounted in upstream of burner and downstream of fuel cell
FR3101377A1 (en) THERMODYNAMIC ELECTRIC ENERGY PRODUCTION SYSTEM IMPLEMENTING SEVERAL TURBOMACHINES INCLUDING A COMMON RECOVERY
FR2863107A1 (en) Electricity production installation for motor vehicle, has two autonomous turbo compressors with respective compressors that supply compressed air to fuel reformer and fuel cell stack
FR2866984A1 (en) Air supply control device for auxiliary power unit type fuel cell system, has compressed air supply system permitting to compress air necessary for operation of fuel cell system and comprising main compression group
JP2000123853A (en) Fuel cell system
FR2861221A1 (en) Electricity generating system for motor vehicle, has compressor driven by turbine, where compressor and turbine form turbocompressor for internal combustion engine for supplying air to fuel cell system
FR2860923A1 (en) Electrical power generation installation for vehicle, has internal combustion engine with turbocharger that energetically supplies air compressor which provides air for operation of auxiliary electrical power generation system
FR2868212A1 (en) Fuel cell system water management device for motor vehicle, has exchanger designed to reduce temperature of cathode flow and in which anodic gases exchange thermal energy with gas provided from cathode
FR2880993A1 (en) Electricity producing installation for motor vehicle, has anode supplied with hydrogen by hydrogen reservoir and reforming device, and compressor coupled mechanically to primary turbine to compress air at pressure to increase air flow
EP1730806B1 (en) Method for controlling the exhaust gas pressure of a combustion cell in order to control the condensation capacity of said gas
FR2862435A1 (en) Electricity producing installation for motor vehicle, has compressors to compress air, and liquid water injectors to inject liquid water into air flow in upstream and downstream of compressors
EP1733446B1 (en) Device and method for cooling the power module of a fuel cell
FR2883102A1 (en) Electricity production installation for motor vehicle, has air compression system controlled by control unit managing supply of air to fuel cell, and including autonomous compression stages used over reduced operating ranges
FR2884356A1 (en) Fuel cell gas management device for motor vehicle, has heat exchanger exchanging heat energy with compressed air flow drawn from compressor, where compressed air flow is cooled in exchanger by water flow from liquid water recuperator
FR2862811A1 (en) Fuel cell cooling device for e.g. electric propulsion vehicle, has cooling circuit traversing cooling units disposed on cathodic and anodic outlet pipes of exhaust gas of fuel cell, and refrigerant circuit
WO2022233603A1 (en) Two-compression-stage electric gas compressor

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 12

ST Notification of lapse

Effective date: 20161130