FR2893186A3

FR2893186A3 - Fuel cell, e.g. proton exchange membrane fuel cell, device for motor vehicle, has regulation unit in form of by-pass channels and making cooling system and purification system operate independently based on temperature of cooling water

Info

Publication number: FR2893186A3
Application number: FR0553366A
Authority: FR
Inventors: Robert Yu
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2005-11-07
Filing date: 2005-11-07
Publication date: 2007-05-11

Abstract

A device has a water circulation circuit (11) for directly connecting a fuel cell (2) to a cooling system (3) and a purification system (4). A pump (9) is mounted at an input of the fuel cell and circulates cooling water, where the water passes through the fuel cell, cooling system and purification system. A regulation unit is in the form of by-pass channels (14, 16) and regulates the operation of the fuel cell. The regulation unit makes the cooling system and purification system operate independently based on the temperature of the cooling water.

Description

-1- DISPOSITIF DE PILE À COMBUSTIBLE AVEC SYSTÈME DE REFROIDISSEMENT ET-1- FUEL CELL DEVICE WITH COOLING SYSTEM AND

SYSTÈME DE PURIFICATION D'EAU DESCRIPTION 10 DOMAINE TECHNIQUE WATER PURIFICATION SYSTEM DESCRIPTION 10 TECHNICAL FIELD

La présente invention concerne un dispositif de pile à combustible, du type comprenant une pile à combustible, destiné à un véhicule automobile. L'invention se rapporte plus particulièrement à un dispositif de pile à combustible équipé d'un système 15 de refroidissement de l'eau et d'un système de purification de l'eau. The present invention relates to a fuel cell device, of the type comprising a fuel cell, for a motor vehicle. The invention relates more particularly to a fuel cell device equipped with a water cooling system and a water purification system.

Une pile à combustible fournit notamment de l'énergie électrique nécessaire à la propulsion d'un véhicule automobile ou est utilisée comme une unité de puissance auxiliaire, connue sous la dénomination de Auxiliaire Power Unit . La pile à 20 combustible est embarquée à bord du véhicule. La pile à combustible peut comprendre un moyen pour générer, à partir d'un premier carburant, un deuxième carburant, qui est l'hydrogène. La pile à combustible comprend également un moyen pour générer de l'énergie électrique à partir d'une réaction électrochimique entre cet hydrogène produit et l'oxygène. 25 Une pile à combustible est constituée principalement de deux électrodes, une anode et une cathode, qui sont séparées par un électrolyte. Ce type de pile permet la conversion directe en énergie électrique de l'énergie produite par des réactions d'oxydoréductions. Une première réaction d'oxydation de l'hydrogène alimente l'anode en continu. Et une deuxième réaction de réduction de l'oxygène alimente la cathode en 30 continu. Par cette réaction électrochimique, la pile à combustible produit de l'eau et dégage de la chaleur. Sur un véhicule, la quantité de chaleur issue d'une pile à combustible est très importante. Pour pouvoir évacuer cette quantité importante de chaleur vers l'air5 -2- ambiant, il est nécessaire d'avoir un système de refroidissement fonctionnant à haute température. Ainsi, la pile à combustible doit être refroidie par un liquide de refroidissement à très faible conductivité électrique, afin de limiter les courants électriques de fuite. On utilise généralement de l'eau de refroidissement désionisée à haute pureté avec une boucle de refroidissement fermée. Lors du fonctionnement de la pile à combustible, la qualité de cette eau de refroidissement en circuit fermé se dégrade progressivement, donnant lieu à une augmentation de sa conductivité électrique. L'eau de refroidissement peut entrer en contact avec des gaz d'échappement se dissolvant dans l'eau, augmentant ainsi son acidité et sa conductivité électrique. Ces gaz peuvent être du CO2, de l'air extérieur entrant dans le vase d'expansion lors d'ouverture de sa soupape, des gaz actifs à compositions très variables en provenance de la cathode et de l'anode. La pile rejette également une partie de l'oxygène qui n'a pas réagi sous forme de gaz d'évacuation cathodique et elle rejette une partie de l'hydrogène qui n'a pas réagi sous forme de gaz d'évacuation anodique. L'eau de refroidissement entre également en contact avec des matériaux constituant la pile, qui peuvent se dissoudre dans l'eau, ou qui se dégradent dans le temps et larguent des anions, porteurs de charges électriques négatives. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE A fuel cell provides in particular electrical energy necessary for the propulsion of a motor vehicle or is used as an auxiliary power unit, known as Auxiliary Power Unit. The fuel cell is loaded on board the vehicle. The fuel cell may include means for generating, from a first fuel, a second fuel, which is hydrogen. The fuel cell also includes means for generating electrical energy from an electrochemical reaction between this product hydrogen and oxygen. A fuel cell consists mainly of two electrodes, anode and cathode, which are separated by an electrolyte. This type of cell allows the direct conversion into electrical energy of the energy produced by oxidation-reduction reactions. A first oxidation reaction of the hydrogen feeds the anode continuously. And a second oxygen reduction reaction feeds the cathode continuously. By this electrochemical reaction, the fuel cell produces water and gives off heat. On a vehicle, the amount of heat from a fuel cell is very important. In order to be able to evacuate this large quantity of heat towards the ambient air, it is necessary to have a cooling system operating at high temperature. Thus, the fuel cell must be cooled by a coolant with very low electrical conductivity, in order to limit the leakage electric currents. High purity deionized cooling water is generally used with a closed cooling loop. During operation of the fuel cell, the quality of this cooling water in a closed circuit gradually deteriorates, giving rise to an increase in its electrical conductivity. The cooling water can come into contact with the solvent-dissolving exhaust gas, increasing its acidity and electrical conductivity. These gases can be CO2, outside air entering the expansion vessel when opening its valve, active gases with very variable compositions from the cathode and the anode. The cell also rejects some of the unreacted oxygen in the form of cathodic evacuation gas and rejects some of the unreacted hydrogen as anodic evacuation gas. The cooling water also comes in contact with materials constituting the pile, which can dissolve in water, or which degrade over time and drop anions, carrying negative electric charges. STATE OF THE PRIOR ART

On connaît d'après le document DE- 100.37.416 un purificateur d'eau pour une pile à combustible couplé avec un capteur de mesure de la conductivité électrique. Le purificateur comprend un désioniseur, qui assure l'élimination des ions présents dans l'eau et qui est constitué de résines spécifiques. Le désioniseur fonctionne à des températures proches de la température ambiante. La pile est une pile à basse température. Cependant, la température de fonctionnement maximale d'un tel désioniseur est de 60 C, et les fabricants demandent de ne jamais dépasser le seuil de 60 C à 80 C. Ce système de purification d'eau nécessite que l'ensemble de la pile à combustible fonctionne à très faible température. Or, la plupart des piles actuellement sur le marché, de type PEMFC ( Proton Exchange Membrane Fuel Cell ), fonctionnent justement à -3 de telles températures, de l'ordre de 60 C à 80 C. Un tel système de purification est encore moins compatible avec la température de fonctionnement de ces structures de piles. Il est donc nécessaire de prendre des précautions particulières pour ne pas endommager le désioniseur. DE-100.37.416 discloses a water purifier for a fuel cell coupled with a sensor for measuring electrical conductivity. The purifier comprises a deionizer, which ensures the removal of ions present in the water and which consists of specific resins. The deionizer operates at temperatures near room temperature. The battery is a low temperature battery. However, the maximum operating temperature of such a deionizer is 60 C, and manufacturers ask never to exceed the threshold of 60 C to 80 C. This water purification system requires that the entire battery to fuel runs at very low temperatures. However, most of the batteries currently on the market, PEMFC type (Proton Exchange Membrane Fuel Cell), operate precisely at -3 such temperatures, of the order of 60 C to 80 C. Such a purification system is even less compatible with the operating temperature of these battery structures. It is therefore necessary to take special care not to damage the deionizer.

Le document JP- 02.183.966 décrit une pile à combustible présentant un système de refroidissement et un système de purification. Le système de refroidissement possède un circuit de refroidissement spécifique de la pile à combustible. Le système de purification possède un circuit de purification spécifique de l'eau produite par la pile à combustible. Avant passage dans le système de purification, l'eau produite par la pile à combustible passe par un premier étage de refroidissement, différent du système de refroidissement. Après passage dans le système de purification, l'eau produite par la pile à combustible est injectée dans le système de refroidissement. Après passage dans le système de refroidissement, une partie de l'eau retourne dans le circuit de refroidissement spécifique. Après passage dans le système de refroidissement, une autre partie de l'eau est injectée dans la pile à combustible. Le système de purification est ainsi protégé contre des températures d'eau trop élevées. Cette imbrication des systèmes de refroidissement et de purification permet d'augmenter la température de fonctionnement de la pile. Cependant, un échangeur de haute performance et une source froide à basse température sont nécessaires pour un fonctionnement correct en termes de températures à la fois pour la pile, pour la purification et pour le refroidissement. En raison de la complexité des moyens utilisés, un refroidissement à basse température de l'eau avant l'entrée du désioniseur est très difficile à réaliser sur un véhicule automobile. Il a en outre été constaté que l'évolution de la conductivité électrique du liquide de refroidissement reste lente, à l'échelle de la semaine, du mois, sauf s'il y a un disfonctionnement de la pile à combustible. En effet, si la pile est correctement conçue, la dégradation de matériaux ne se fait que très lentement et les fuites de gaz d'échappement doivent être très limitées. De plus, le système de purification est très efficace, chaque passage de l'eau dans le désioniseur permet de réduire sa conductivité électrique de 2 sm/s à 5 sm/s. JP-02.183.966 discloses a fuel cell having a cooling system and a purification system. The cooling system has a specific cooling circuit of the fuel cell. The purification system has a specific purification circuit of the water produced by the fuel cell. Before passing through the purification system, the water produced by the fuel cell passes through a first cooling stage, different from the cooling system. After passing through the purification system, the water produced by the fuel cell is injected into the cooling system. After passing through the cooling system, part of the water returns to the specific cooling circuit. After passing through the cooling system, another part of the water is injected into the fuel cell. The purification system is thus protected against excessively high water temperatures. This nesting of the cooling and purification systems makes it possible to increase the operating temperature of the cell. However, a high performance heat exchanger and a low temperature cold source are required for proper temperature operation for both the battery, the purification and the cooling. Due to the complexity of the means used, a low temperature cooling of the water before the entry of the deionizer is very difficult to achieve on a motor vehicle. It has also been found that the evolution of the electrical conductivity of the coolant remains slow, at the weekly scale, of the month, unless there is a malfunction of the fuel cell. Indeed, if the battery is properly designed, the degradation of materials is only very slowly and the exhaust gas leaks must be very limited. In addition, the purification system is very efficient, each passage of water in the deionizer can reduce its electrical conductivity from 2 sm / s to 5 sm / s.

EXPOSÉ DE L'INVENTIONSTATEMENT OF THE INVENTION

Un problème principal que se propose de résoudre l'invention consiste à mettre au point un dispositif de pile à combustible présentant simultanément un système de refroidissement d'eau et un système de purification d'eau de la pile. Un deuxième problème est d'obtenir un système de purification qui soit simple et à faibles coûts et qui permette d'utiliser une purification à basse température. Un autre problème encore est celui d'obtenir une pile à combustible qui soit refroidie de manière satisfaisante, de manière à rester pleinement efficace. A main problem to be solved by the invention is to develop a fuel cell device simultaneously having a water cooling system and a water purification system of the cell. A second problem is to obtain a purification system that is simple and low cost and that allows to use a low temperature purification. Still another problem is that of obtaining a fuel cell which is satisfactorily cooled so as to remain fully effective.

L'invention concerne donc un dispositif de pile à combustible, du type comprenant : - une pile à combustible, - un système de refroidissement à liquide de refroidissement pour la pile à 15 combustible, - un système de purification du liquide de refroidissement, et - une pompe de mise en circulation du liquide de refroidissement, le liquide de refroidissement passant par la pile à combustible, par le système de refroidissement, par le système de purification et par la pompe. 20 Conformément à un aspect de la présente invention, le dispositif de pile à combustible est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de régulation, destinés à faire fonctionner indépendamment le système de refroidissement et le système de purification, en fonction de la température du liquide de refroidissement. 25 Autrement dit, la température et le degré de pureté du liquide de refroidissement sont régulés grâce à des moyens, qui permettent à la fois le fonctionnement optimal de la pile à combustible et du système de purification. La purification se fait de manière discontinue, lorsque le liquide de refroidissement est au départ à basse température ou 30 lorsque le liquide de refroidissement est refroidi jusqu'à une température assez basse. Le dispositif de purification ne traite l'eau de refroidissement que lorsque le système est à basse température. Le dispositif de purification peut fonctionner en roulage avec une gestion thermique du circuit de refroidissement, permettant d'assurer -4- -5 un niveau de température acceptable par le système de purification. Le dispositif de purification peut fonctionner la nuit après l'arrêt prolongé de la pile à combustible et/ou lors de son démarrage à froid. Le système de refroidissement et le système de purification sont couplés directement sur un même circuit de circulation du liquide de refroidissement. Avec les moyens de régulation, le système de refroidissement peut fonctionner seul, sans le système de purification. Avec les moyens de régulation, le système de purification peut fonctionner seul, sans le système de refroidissement. Avec les moyens de régulation, le système de purification peut fonctionner simultanément avec le système de refroidissement. Avec les moyens de régulation, le système de purification et le système de refroidissement peuvent être déconnectés. Dans une première forme de réalisation, le système de refroidissement peut être disposé en série, en amont du système de purification. De manière avantageuse, les moyens de régulation peuvent comprendre une première dérivation, destinée à court-circuiter le système de refroidissement, notamment par grand froid. Lorsque la première dérivation est mise en connexion avec le reste du circuit, le refroidissement du liquide de refroidissement n'est plus réalisé, et la purification du liquide de refroidissement se fait lorsque le circuit est déjà complètement refroidi. Et lorsque la première dérivation n'est pas mise en connexion avec le reste du circuit, le liquide de refroidissement contenu dans le système de refroidissement peut aussi être purifié. Les moyens de régulation peuvent avantageusement aussi comprendre une deuxième dérivation, destinée à court-circuiter le système de purification. Lorsque la deuxième dérivation est mise en connexion avec le reste du circuit, la purification du liquide de refroidissement n'est plus réalisée. Lorsque la première et la deuxième dérivation sont mises en connexion avec le reste du circuit, le refroidissement et la purification du liquide de refroidissement ne se font plus. Cette situation survient par exemple, lors d'un démarrage à froid de la pile à combustible. Le système de refroidissement, le système de purification, la première dérivation et la deuxième dérivation peuvent être préférentiellement ouverts et fermés grâce à une première électrovanne. Cette électrovanne assure les ouvertures et fermetures des dérivations et les mises en communication et les déconnections pour un passage ou non du liquide de refroidissement vers les dispositifs de refroidissement et de purification. - 6 Les moyens de régulation peuvent comprendre une troisième dérivation, entre la première dérivation et la deuxième dérivation, ouverte et fermée grâce à une deuxième électrovanne. Dans une deuxième forme de réalisation, le système de refroidissement et le système de purification peuvent être disposés en parallèle. Ce système de refroidissement peut être connecté à l'extérieur de ce système de purification. Les moyens de régulation peuvent favorablement comprendre une dérivation, destinée à court-circuiter le système de refroidissement. Le système de refroidissement, le système de purification et la dérivation peuvent être de préférence ouverts et fermés grâce à une électrovanne. Dans une variante, le système de purification peut être ouvert et fermé grâce à une vanne. Et, le système de refroidissement et la dérivation peuvent être ouverts et fermés grâce à un thermostat. De manière préférentielle, le dispositif de pile à combustible peut comprendre un capteur de température et un capteur de conductivité électrique du liquide de refroidissement, installés en sortie de la pile à combustible. Le dispositif de pile à combustible peut de plus comprendre une unité de pilotage pour réguler le fonctionnement de la pompe, du système de refroidissement, de l'électrovanne, de la vanne et du thermostat, en fonction des informations reçues du capteur de température et du capteur de conductivité électrique. The invention thus relates to a fuel cell device of the type comprising: - a fuel cell, - a cooling liquid cooling system for the fuel cell, - a cooling liquid purification system, and - a coolant circulation pump, the coolant passing through the fuel cell, the cooling system, the purification system and the pump. According to one aspect of the present invention, the fuel cell device is characterized in that it comprises regulating means for independently operating the cooling system and the purification system as a function of the temperature of the fuel cell. cooling liquid. In other words, the temperature and degree of purity of the coolant are controlled by means which allow both the optimal operation of the fuel cell and the purification system. Purification is discontinuous, when the coolant is initially at a low temperature or when the coolant is cooled to a low temperature. The purification device only processes the cooling water when the system is at a low temperature. The purification device can operate in operation with a thermal management of the cooling circuit, to ensure a temperature level acceptable by the purification system. The purification device can operate at night after prolonged stopping of the fuel cell and / or during its cold start. The cooling system and the purification system are coupled directly to the same coolant circulation circuit. With the control means, the cooling system can operate alone, without the purification system. With the regulating means, the purification system can operate alone, without the cooling system. With the regulating means, the purification system can operate simultaneously with the cooling system. With the regulating means, the purification system and the cooling system can be disconnected. In a first embodiment, the cooling system can be arranged in series, upstream of the purification system. Advantageously, the regulating means may comprise a first bypass, intended to short-circuit the cooling system, especially in very cold weather. When the first branch is connected to the rest of the circuit, cooling of the coolant is no longer performed, and the purification of the coolant is done when the circuit is already completely cooled. And when the first branch is not connected to the rest of the circuit, the coolant contained in the cooling system can also be purified. The regulating means may advantageously also comprise a second bypass intended to bypass the purification system. When the second branch is connected to the rest of the circuit, the purification of the coolant is no longer performed. When the first and the second bypass are connected to the rest of the circuit, the cooling and the purification of the coolant no longer occur. This situation occurs, for example, during a cold start of the fuel cell. The cooling system, the purification system, the first bypass and the second bypass can be preferentially opened and closed by means of a first solenoid valve. This solenoid valve ensures the openings and closures of the branches and the communication and disconnections for a passage or not of the cooling liquid to the cooling and purification devices. The regulating means may comprise a third bypass, between the first bypass and the second bypass, open and closed by means of a second solenoid valve. In a second embodiment, the cooling system and the purification system may be arranged in parallel. This cooling system can be connected outside this purification system. The regulating means may favorably include a bypass for short-circuiting the cooling system. The cooling system, the purification system and the bypass can preferably be opened and closed by means of a solenoid valve. In a variant, the purification system can be opened and closed by means of a valve. And, the cooling system and the bypass can be opened and closed thanks to a thermostat. Preferably, the fuel cell device may comprise a temperature sensor and an electrical conductivity sensor of the coolant, installed at the outlet of the fuel cell. The fuel cell device may further comprise a control unit for regulating the operation of the pump, the cooling system, the solenoid valve, the valve and the thermostat, depending on the information received from the temperature sensor and the controller. electrical conductivity sensor.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

L'invention sera bien comprise et ses divers avantages et différentes caractéristiques ressortiront mieux lors de la description suivante, de l'exemple non limitatif de réalisation, en référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels : - la Figure 1 représente une vue en plan d'un dispositif de pile à combustible, selon une première forme de réalisation ; - les Figures 2, 3, 5 et 6 représentent des vues en plan du dispositif de pile à combustible de la Figure 1 dans différents modes de fonctionnement ; - la Figure 4 représente une vue en plan d'un dispositif de pile à combustible dans une variante de la première forme de réalisation ; -7- - la Figure 7 représente une vue en plan d'un dispositif de pile à combustible, selon une deuxième forme de réalisation ; et - la Figure 8 représente une vue en plan d'un dispositif de pile à combustible dans une variante de la deuxième forme de réalisation. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS The invention will be better understood and its various advantages and different characteristics will become more apparent in the following description of the nonlimiting example of embodiment, with reference to the accompanying schematic drawings, in which: - Figure 1 shows a plan view of a fuel cell device according to a first embodiment; Figures 2, 3, 5 and 6 show plan views of the fuel cell device of Figure 1 in different modes of operation; Figure 4 shows a plan view of a fuel cell device in a variation of the first embodiment; Figure 7 shows a plan view of a fuel cell device according to a second embodiment; and Figure 8 shows a plan view of a fuel cell device in a variation of the second embodiment. DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS

Comme l'illustrent les Figures, un dispositif de pile à combustible (1 et 20) est 10 destiné à être monté dans un véhicule automobile. Le dispositif (1) comprend une pile à combustible (2), un système de refroidissement (3) et un système de purification (4). La pile à combustible (2) est un système classique, par exemple de type PEMFC sous la forme d'un empilement de cellules (non représentées en détail). Le système de refroidissement (3) comprend un radiateur (6) et un ventilateur (7). 15 Le système de purification (4) comprend un désioniseur (8), sous la forme d'une cartouche de résine. A l'entrée de la pile à combustible (2) est montée une pompe de mise en circulation d'eau de refroidissement (9). A la sortie de la pile à combustible (2) est connecté un circuit fermé de circulation d'eau (11) retournant à l'entrée de la pile (2) en 20 passant par la pompe (9). Le système de refroidissement (3) de l'eau de refroidissement est monté sur le circuit de circulation (11) de l'eau avec son système de purification (4). Le circuit de circulation d'eau (11) permet de connecter directement la pile à combustible (2) au système de refroidissement (3) et au système de purification (4). A la sortie de la pile à combustible (2) et sur le circuit fermé de circulation d'eau 25 (11) est monté un capteur de température (12) suivi par un capteur de conductivité électrique (13). Dans une première forme de réalisation (voir Figures 1 à 6), le système de refroidissement (3) et le système de purification (4) sont disposés en série sur le circuit de circulation (11), le système de refroidissement (3) étant prévu en amont du système 30 de purification (4). L'eau sortant de la pile à combustible (2) peut ainsi passer tout d'abord le cas échéant par le système de refroidissement (3), puis le cas échéant par le système de purification (4).5 -8 Conformément à l'invention, des moyens de régulation du fonctionnement de la pile (2) se présentent sous la forme d'un premier conduit de dérivation ou dérivation (14), inséré dans le circuit fermé de circulation d'eau (11) et qui permet de court-circuiter le système de refroidissement (3). L'eau passe ainsi directement de la sortie de la pile à combustible (2) à l'entrée du système de purification (4). Conformément à l'invention, les moyens de régulation du fonctionnement de la pile (2) se présentent sous la forme d'un deuxième conduit de dérivation ou dérivation (16), inséré dans le circuit fermé de circulation d'eau (11), et qui permet de court-circuiter le système de purification (4). L'eau passe ainsi directement de la sortie du système de refroidissement (3) à l'entrée de la pile (2). La sortie du système de refroidissement (3), l'entrée du système de purification (4), la sortie de la première dérivation (14) et l'entrée de la deuxième dérivation (16) forment une intersection commune. Une électrovanne (17) est disposée à cette intersection. L'électrovanne (17) est à quatre voies et permet les ouvertures et fermetures de la sortie du système de refroidissement (3), de l'entrée du système de purification (4), de la sortie de la première dérivation (14) et de l'entrée de la deuxième dérivation (16). Une unité de commande ou de pilotage (18) permet de gérer le fonctionnement de la pompe (9), les différents positionnements de l'électrovanne (17) et la vitesse du ventilateur (7) du système de refroidissement (3), en fonction des signaux électriques reçus du capteur de température (12) et du de conductivité électrique (13). Dans un premier mode de fonctionnement (voir Figure 2) du dispositif selon l'invention (1), seul le système de purification (4) est utilisé. La purification se fait alors lorsque la pile (2) et le circuit (11) sont complètement refroidis, par exemple lorsque le véhicule est en arrêt. Le capteur de conductivité (13) mesure la conductivité électrique de l'eau du circuit (11) et la transmet à l'unité de pilotage (18), lors de chaque démarrage et pendant le fonctionnement de la pile (1). L'unité de pilotage (18) prend aussi en compte la valeur de conductivité avant l'arrêt du véhicule. L'unité de pilotage (18) décide si la purification est nécessaire selon cette valeur. Si cela est nécessaire, l'unité de pilotage (18) mesure la température de l'eau du circuit (11) par la sonde de température (12). Si la température est inférieure à la température maximale du désioniseur (8), l'unité de pilotage (18) commande la vanne (17), pour laisse passer l'eau de la première dérivation -9 (14) vers le désioniseur (8). L'unité de pilotage (18) fait ensuite démarrer la pompe (9). L'unité de pilotage (18) surveille en permanence la température du circuit (11). En cas d'arrivée d'eau très chaude venant de la pile (2), l'unité de pilotage (18) arrête la purification et passe en mode refroidissement, ou encore continue la purification en passant en mode refroidissement. Dans un deuxième mode de fonctionnement (voir Figure 3) du dispositif selon l'invention (1), les systèmes de purification (4) et de refroidissement (3) sont utilisés. La purification se fait alors lorsque la pile (2) et le circuit (11) sont à une température assez basse, par exemple lorsque la pile (2) est à faible puissance ou lorsque la pile est à l'arrêt. Si le capteur de conductivité (13) détecte un niveau élevé de la conductivité électrique de l'eau du circuit (11), et que le véhicule ne peut pas être arrêté, deux cas de figures sont possibles. Dans le premier cas de figure, le véhicule roule à faible vitesse, la puissance demandée à la pile (2) est faible et le dégagement de chaleur du dispositif (2) est limité. As illustrated in the Figures, a fuel cell device (1 and 20) is intended to be mounted in a motor vehicle. The device (1) comprises a fuel cell (2), a cooling system (3) and a purification system (4). The fuel cell (2) is a conventional system, for example of the PEMFC type in the form of a stack of cells (not shown in detail). The cooling system (3) comprises a radiator (6) and a fan (7). The purification system (4) comprises a deionizer (8) in the form of a resin cartridge. At the inlet of the fuel cell (2) is mounted a cooling water circulating pump (9). At the outlet of the fuel cell (2) is connected a closed circuit of water circulation (11) returning to the input of the battery (2) through the pump (9). The cooling system (3) of the cooling water is mounted on the circulation circuit (11) of the water with its purification system (4). The water circulation circuit (11) directly connects the fuel cell (2) to the cooling system (3) and the purification system (4). At the outlet of the fuel cell (2) and on the closed circuit water circulation (11) is mounted a temperature sensor (12) followed by an electrical conductivity sensor (13). In a first embodiment (see FIGS. 1 to 6), the cooling system (3) and the purification system (4) are arranged in series on the circulation circuit (11), the cooling system (3) being provided upstream of the purification system (4). The water leaving the fuel cell (2) can thus pass first, if necessary, through the cooling system (3), then, if necessary, through the purification system (4) .5 -8 In accordance with the of the invention, means for regulating the operation of the cell (2) are in the form of a first bypass or bypass duct (14), inserted in the closed circuit for circulating water (11) and which makes it possible to short circuit the cooling system (3). The water thus passes directly from the output of the fuel cell (2) to the inlet of the purification system (4). According to the invention, the means for regulating the operation of the cell (2) are in the form of a second bypass or bypass duct (16), inserted in the closed circuit for circulating water (11), and which makes it possible to bypass the purification system (4). The water passes directly from the output of the cooling system (3) to the input of the battery (2). The output of the cooling system (3), the inlet of the purification system (4), the outlet of the first branch (14) and the inlet of the second branch (16) form a common intersection. A solenoid valve (17) is disposed at this intersection. The solenoid valve (17) is four-way and allows the openings and closings of the outlet of the cooling system (3), the inlet of the purification system (4), the outlet of the first bypass (14) and from the input of the second branch (16). A control or control unit (18) makes it possible to manage the operation of the pump (9), the different positions of the solenoid valve (17) and the fan speed (7) of the cooling system (3), in function electrical signals received from the temperature sensor (12) and the electrical conductivity sensor (13). In a first mode of operation (see Figure 2) of the device according to the invention (1), only the purification system (4) is used. The purification is then done when the battery (2) and the circuit (11) are completely cooled, for example when the vehicle is off. The conductivity sensor (13) measures the electrical conductivity of the circuit water (11) and transmits it to the control unit (18) at each start and during operation of the battery (1). The control unit (18) also takes into account the conductivity value before stopping the vehicle. The control unit (18) decides whether the purification is necessary according to this value. If necessary, the control unit (18) measures the temperature of the circuit water (11) by the temperature sensor (12). If the temperature is lower than the maximum temperature of the deionizer (8), the control unit (18) controls the valve (17), to let water from the first bypass -9 (14) to the deionizer (8). ). The control unit (18) then starts the pump (9). The control unit (18) constantly monitors the temperature of the circuit (11). In the case of the arrival of very hot water from the stack (2), the control unit (18) stops the purification and goes into cooling mode, or further purification by passing into cooling mode. In a second operating mode (see FIG. 3) of the device according to the invention (1), the purification (4) and cooling (3) systems are used. The purification is then done when the battery (2) and the circuit (11) are at a low enough temperature, for example when the battery (2) is low power or when the battery is stopped. If the conductivity sensor (13) detects a high level of the electrical conductivity of the circuit water (11), and the vehicle can not be stopped, two situations are possible. In the first case, the vehicle is traveling at a low speed, the power demanded at the battery (2) is low and the release of heat from the device (2) is limited.

L'unité de pilotage (18) commande la vanne (17) pour laisser passer l'eau venant de la sortie du radiateur (6) vers le désioniseur (8). Selon la vitesse du véhicule, le ventilateur (7) peut être déclenché pour augmenter la capacité de refroidissement du radiateur (6). La pompe (9) ne doit pas tourner trop vite pour que le radiateur (6) refroidisse suffisamment l'eau avant l'entrée du désioniseur (8). Dans ces conditions, l'eau à la sortie du radiateur (6), peut être refroidie de 20 C à 50 C au dessous de sa température à l'entrée du radiateur (6), appelant son refroidissement par le radiateur, afin de permettre un bon fonctionnement de la purification du désioniseur (8). Dans le deuxième cas de figure, le véhicule roule à une vitesse élevée. Une partie de la puissance de roulage est fournie par la batterie pour que la pile (2) dégage le moins de puissance possible comme décrit ci-dessus. A forte vitesse du véhicule, le refroidissement créé par le radiateur (6) peut être élevé, le désioniseur (8) peut alors fonctionner très rapidement. Dans une variante de la première forme de réalisation (voir Figure 4), un troisième conduit de dérivation supplémentaire est inséré entre la première dérivation (14) et la deuxième dérivation (16). Cette troisième dérivation permet de court-circuiter la première électrovanne (17). Une deuxième électrovanne (19) à deux voies est montée sur cette troisième dérivation. L'eau passe ainsi directement de la première dérivation (14) à la deuxième dérivation (16), en passant le cas échéant par le système de - 10 - refroidissement (3) et/ou par le système de purification (4), en fonction de la position de la première électrovanne (17). Ce cas de figure va être utilisé lorsque le véhicule demande en continu à la pile (2) une forte puissance de traction, par exemple en cas de vitesse élevée ou sur une pente à forte déclivité. Pour son refroidissement efficace, la pile (2) exige un débit d'eau important passant par le système de refroidissement (4). Une partie du débit passe par la troisième dérivation avec l'électrovanne (19) et l'autre partie du débit passe, comme pour le deuxième mode de fonctionnement de la Figure 3, par le système de refroidissement (3) puis par le système de purification (4). Le mélange de l'eau froide sortant du système de purification (4) et d'eau à température plus élevée sortant de la pile (2) donne de l'eau tiède avant le passage par la pompe (9) et l'entrée dans la pile (2). Par rapport au deuxième mode de fonctionnement de la Figure 3, l'écart de température entre l'entrée et la sortie de la pile (2) est plus réduit et le débit d'eau dans la pile (2) augmente. Cette variante améliore l'efficacité de refroidissement de la pile (2), tout en conservant une faible température de l'eau à l'entrée du système de purification (4). Dans un troisième mode de fonctionnement (voir Figure 5) du dispositif selon l'invention (1), seul le système de refroidissement (3) est utilisé. La fonction de purification n'est pas utile, par exemple, lorsque la pile (2) atteint sa température optimale, nécessitant un refroidissement actif. Lorsque la conductivité électrique de l'eau de refroidissement mesurée par le capteur de conductivité (13) dans le circuit (11) est suffisamment faible, l'unité de pilotage (18) commande la vanne (17) pour laisser passer l'eau de la sortie du radiateur (6) vers la deuxième dérivation (16). The control unit (18) controls the valve (17) to let water from the radiator outlet (6) to the deionizer (8). Depending on the speed of the vehicle, the fan (7) can be triggered to increase the cooling capacity of the radiator (6). The pump (9) must not rotate too fast for the radiator (6) to sufficiently cool the water before the entry of the deionizer (8). Under these conditions, the water at the outlet of the radiator (6) can be cooled from 20 C to 50 C below its temperature at the inlet of the radiator (6), calling for its cooling by the radiator, to allow a good operation of the purification of the deionizer (8). In the second case, the vehicle is traveling at a high speed. Part of the driving power is supplied by the battery so that the battery (2) emits the least possible power as described above. At high speed of the vehicle, the cooling created by the radiator (6) can be high, the deionizer (8) can then operate very quickly. In a variant of the first embodiment (see FIG. 4), a third additional bypass duct is inserted between the first bypass (14) and the second bypass (16). This third bypass makes it possible to short-circuit the first solenoid valve (17). A second solenoid valve (19) with two channels is mounted on this third branch. The water thus passes directly from the first bypass (14) to the second bypass (16), possibly passing through the cooling system (3) and / or the purification system (4), depending on the position of the first solenoid valve (17). This case will be used when the vehicle continuously requests the pile (2) a high traction power, for example in case of high speed or on a steep slope. For efficient cooling, the battery (2) requires a large flow of water through the cooling system (4). Part of the flow passes through the third bypass with the solenoid valve (19) and the other part of the flow passes, as for the second mode of operation of Figure 3, by the cooling system (3) and then by the system of purification (4). The mixture of cold water leaving the purification system (4) and higher temperature water leaving the stack (2) gives warm water before the pump (9) passes through and the inlet the battery (2). Compared to the second operating mode of FIG. 3, the temperature difference between the inlet and the outlet of the stack (2) is smaller and the water flow rate in the stack (2) increases. This variant improves the cooling efficiency of the stack (2), while maintaining a low temperature of the water at the inlet of the purification system (4). In a third mode of operation (see Figure 5) of the device according to the invention (1), only the cooling system (3) is used. The purification function is not useful, for example, when the battery (2) reaches its optimum temperature, requiring active cooling. When the electrical conductivity of the cooling water measured by the conductivity sensor (13) in the circuit (11) is sufficiently low, the control unit (18) controls the valve (17) to allow the water to pass through. the radiator outlet (6) to the second branch (16).

Dans un quatrième mode de fonctionnement (voir Figure 6) du dispositif selon l'invention (1), ni le système de refroidissement (3), ni le système de purification (4) ne sont utilisés. La fonction de refroidissement n'est pas utile, par exemple, lors d'un démarrage à froid de la pile (2). Le radiateur (6) est court-circuité pour que la pile atteigne rapidement sa température optimale de fonctionnement. Et la fonction de purification n'est pas utile, par exemple lorsque la conductivité électrique de l'eau de refroidissement est suffisamment faible. Le désioniseur (8) est court-circuité jusqu'à ce que la conductivité atteigne une valeur supérieure seuil. L'unité de pilotage (18) -11- commande alors la vanne (17) pour laisser passer l'eau de la sortie de la pile (2) par la première dérivation (14), puis par la deuxième dérivation (16). Dans une deuxième forme de réalisation d'un dispositif de pile à combustible (20) et conformément à l'invention (voir Figure 7), le système de refroidissement (3) et le système de purification (4) sont disposés en parallèle sur le circuit (11). Le système de refroidissement (3) est connecté sur le circuit (11), en étant à l'extérieur par rapport au système de purification (4). Conformément à l'invention, des moyens de régulation du fonctionnement de la pile (2) se présentent sous la forme d'un conduit de dérivation (21), inséré sur le circuit fermé de circulation d'eau (11), et qui permet de court-circuiter le système de refroidissement (3). Une vanne à quatre voies (22) est disposée à l'intersection formée par le circuit (11) en sortie de pile (2), l'entrée du désioniseur (8) du système de purification (4), le conduit de dérivation (21) et l'entrée du radiateur (6) du système de refroidissement (3). La position de cette vanne (22) permet d'obtenir les quatre modes de fonctionnement du dispositif de pile à combustible (1) décrits ci-dessus. Dans une variante de la deuxième forme de réalisation (voir Figure 8) d'un dispositif de pile à combustible (20), un thermostat (23) positionné sur le circuit (11) en sortie de pile (2) régule seul le conduit de dérivation (21) et l'entrée du radiateur (6) du système de refroidissement (3). L'entrée du désioniseur (8) du système de purification (4) est régulée par une vanne traditionnelle à deux voies (24). La position du thermostat (23) et de la vanne (24) permet d'obtenir les quatre modes de fonctionnement du dispositif de pile à combustible (1) décrits ci-dessus. In a fourth mode of operation (see Figure 6) of the device according to the invention (1), neither the cooling system (3) nor the purification system (4) are used. The cooling function is not useful, for example, during a cold start of the battery (2). The radiator (6) is short-circuited so that the battery quickly reaches its optimum operating temperature. And the purification function is not useful, for example when the electrical conductivity of the cooling water is sufficiently low. The deionizer (8) is short-circuited until the conductivity reaches a threshold higher value. The control unit (18) then controls the valve (17) to let water from the outlet of the stack (2) through the first bypass (14), then through the second bypass (16). In a second embodiment of a fuel cell device (20) and according to the invention (see Figure 7), the cooling system (3) and the purification system (4) are arranged in parallel on the circuit (11). The cooling system (3) is connected to the circuit (11), being outside with respect to the purification system (4). According to the invention, means for regulating the operation of the cell (2) are in the form of a bypass duct (21), inserted on the closed circuit of water circulation (11), and which allows short circuit the cooling system (3). A four-way valve (22) is disposed at the intersection formed by the stack output circuit (11), the deionizer inlet (8) of the purification system (4), the bypass duct ( 21) and the radiator inlet (6) of the cooling system (3). The position of this valve (22) provides the four modes of operation of the fuel cell device (1) described above. In a variant of the second embodiment (see FIG. 8) of a fuel cell device (20), a thermostat (23) positioned on the circuit (11) at the cell outlet (2) regulates only the bypass (21) and the radiator inlet (6) of the cooling system (3). The inlet of the deionizer (8) of the purification system (4) is regulated by a traditional two-way valve (24). The position of the thermostat (23) and the valve (24) provides the four modes of operation of the fuel cell device (1) described above.

La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés. De nombreuses modifications peuvent être réalisées, sans pour autant sortir du cadre défini par la portée du jeu de revendications. Il est à noter que le liquide de refroidissement, présenté dans ce qui précède comme étant de l'eau, peut également être un mélange eau-glycol ou encore de l'eau mélangé avec d'autres produits anti-gel et anti-corrosion. Ce mélange ne peut alors être dilué avec de l'eau produit par la pile à combustible (2). Le principe de la purification discontinue selon l'invention peut aussi être appliqué à l'eau récupérée à la sortie de la pile (1) par le condenseur afin d'alimenter le réformeur ou pour humidifier les gaz activés avant l'entrée de la pile (1). En effet, l'eau - 12 - ainsi condensée peut être immédiatement réutilisée. En revanche, il existe un risque de dégradation de la pureté de cette eau, lors d'un arrêt prolongé de la pile (1). Dans ce cas, une purification de l'eau peut être faite, lors du redémarrage de la pile (1) et pendant que cette eau est encore froide, afin d'éliminer tout risque de dégradation du désioniseur (8), lié à son fonctionnement à température élevée. The present invention is not limited to the embodiments described and illustrated. Many modifications can be made, without departing from the scope defined by the scope of the set of claims. It should be noted that the coolant, presented in the foregoing as water, may also be a water-glycol mixture or water mixed with other anti-freeze and anti-corrosion products. This mixture can not be diluted with water produced by the fuel cell (2). The principle of discontinuous purification according to the invention can also be applied to the water recovered at the outlet of the stack (1) by the condenser in order to supply the reformer or to humidify the activated gases before the entry of the battery. (1). In fact, the water thus condensed can be immediately reused. On the other hand, there is a risk of degradation of the purity of this water, during a prolonged stopping of the battery (1). In this case, a purification of the water can be made during the restart of the battery (1) and while the water is still cold, to eliminate any risk of degradation of the deionizer (8), related to its operation at high temperature.

Claims

A fuel cell device, of the type comprising a fuel cell (2), a cooling liquid cooling system (3) for the fuel cell (2), a cooling liquid purification system (4) and a coolant circulation pump (9), the coolant passing through the fuel cell (2), the cooling system (3), the purification system (4) and the pump (9), characterized in that it comprises regulating means for independently operating the cooling system (3) and the purification system (4) as a function of the coolant temperature.

2. Device according to claim 1, characterized in that the cooling system (3) is arranged in series, upstream of the purification system (4).

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the regulating means comprise a first bypass (14) for short-circuiting the cooling system (3), and a second bypass (16), intended for short - circuit the purification system (4).

4. Device according to claim 3, characterized in that the cooling system (3), the purification system (4), the first bypass (14) and the second bypass (16) are opened and closed by means of a first solenoid valve (17).

5. Device according to claim 3 or 4, characterized in that the regulating means comprise a third branch, between the first branch (14) and the second branch (16), open and closed by a second solenoid valve (19). - 14 -

6. Device according to claim 1, characterized in that the cooling system (3) and the purification system (4) are arranged in parallel, said cooling system (3) being connected to the outside of said purification system ( 4).

7. Device according to claim 6, characterized in that the regulating means comprise a bypass (21) for short-circuiting the cooling system (3). 10

8. Device according to claim 7, characterized in that the cooling system (3), the purification system (4) and the bypass (21) are opened and closed by means of a solenoid valve (22).

9. Device according to claim 7, characterized in that the purification system (4) is opened and closed by means of a valve (24), and in that the cooling system (3) and the bypass (21) are open and closed thanks to a thermostat (23).

10. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a temperature sensor (12) and an electrical conductivity sensor (13), coolant, installed at the output of the fuel cell. (2) and a control unit (18) for regulating the operation of the pump (9), the cooling system (3), the solenoid valve, the valve and the thermostat, as a function of the information received from the sensor. temperature (12) and 25 of the electrical conductivity sensor (13).