FR2899022A1 - Power module for e.g. propelling of motor vehicle, has two catalytic burners provided in thermal contact with reactor and steam generator, respectively, where one of burners is supplied with gas from other burner, reformate and fuel - Google Patents

Power module for e.g. propelling of motor vehicle, has two catalytic burners provided in thermal contact with reactor and steam generator, respectively, where one of burners is supplied with gas from other burner, reformate and fuel Download PDF

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Abstract

The module (1) has a proton exchange membrane type fuel cell (12) supplied with oxygen and hydrogen rich gases and generating electrical energy. A reforming reactor (6) supplies hydrocarbon fuel, water vapor or oxygen rich gas, and produces a reformate. A hydrogen separating membrane (6`) is coupled to the reactor and produces the gas that is more rich in hydrogen than the reformate and flue gas. Catalytic burners (24, 27) are provided in thermal contact with the reactor and a steam generator, respectively. The burner (27) is supplied with the gas from the burner (24), reformate and the fuel. An independent claim is also included for a method for implementing a power module.

Description

Dispositif et procédé de mise en température lors du démarrage d'un Device and temperature control method when starting a

système de pile à combustible embarqué sur un véhicule automobile La présente invention concerne un dispositif et un procédé de mise en température lors du démarrage d'un système de pile à combustible embarqué sur un véhicule automobile. embedded fuel cell system in a motor vehicle The present invention relates to a device and a temperature control method when starting an on-board fuel cell system on a motor vehicle. Les piles à combustible sont utilisées pour fournir de l'énergie soit pour des applications stationnaires, soit dans le domaine aéronautique ou automobile. Fuel cells are used to provide power either for stationary applications is in the aerospace or automotive field. Le développement de ces piles en vue de leur intégration dans des véhicules automobiles met en lumière de nouvelles contraintes. The development of these batteries for incorporation in motor vehicles highlights new constraints. En particulier, les piles à combustible nécessitent de l'hydrogène ou un gaz riche en hydrogène, et de l'oxygène. In particular, fuel cells require hydrogen or a hydrogen-rich gas, and oxygen. L'oxygène provient généralement de l'air ambiant. Oxygen usually comes from the ambient air. En ce qui concerne l'hydrogène, il peut être produit dans le véhicule lui-même à l'aide d'un dispositif de reformage appelé reformeur. With regard to hydrogen, it may be produced in the vehicle itself by means of a reforming device called a reformer. Les reformeurs permettent de produire un gaz riche en hydrogène appelé reformat, à partir d'un carburant hydrocarboné conventionnel. The reformer can produce a hydrogen-rich gas called reformate from a conventional hydrocarbon fuel. On distingue différents types de reformeurs selon la réaction chimique qu'ils mettent en oeuvre pour produire l'hydrogène. There are different types of reformers as the chemical reaction they employ to produce hydrogen. Il y a ainsi les reformeurs à oxydation partielle qui produisent un reformat riche en hydrogène et en monoxyde de carbone à partir d'un mélange de carburant hydrocarboné et d'oxygène. There is thus the partial oxidation reformer that produce a hydrogen-rich reformate and carbon monoxide from a mixture of hydrocarbon fuel and oxygen. La réaction d'oxydation partielle intervient très rapidement et dégage de la chaleur (réaction exothermique). The partial oxidation reaction occurs very quickly and gives off heat (exothermic reaction). Les vapo-reformeurs produisent également un reformat riche en hydrogène et en monoxyde de carbone, mais à partir d'un mélange de carburant hydrocarboné et d'eau. The vapo-reformer also produce a hydrogen-rich reformate and carbon monoxide, but from a mixture of hydrocarbon fuel and water. Contrairement à la réaction d'oxydation partielle, la réaction de vaporeformage est plus lente et consomme de l'énergie thermique (réaction endothermique). Contrary to the partial oxidation reaction, steam reforming reaction is slower and consumes thermal energy (endothermic reaction). Toutefois, elle présente un rendement chimique en hydrogène plus élevé puisque l'hydrogène produit provient à la fois du carburant et des molécules d'eau. However, it has a higher chemical yield of hydrogen because hydrogen produced comes from both fuel and water molecules. Enfin, les reformeurs autothermes combinent les réactions d'oxydation partielle et de vapo-reformage pour obtenir une réaction globale athermique. Finally, autothermes reformers combine partial oxidation and steam reforming reactions to obtain an athermal overall reaction. Les vapo-reformeurs permettent donc d'obtenir le rendement en hydrogène le plus élevé, mais ils ont besoin d'un apport important d'énergie thermique puisque la température optimale de la réaction de vapo-reformage est de l'ordre ou supérieure à 800 C. The Spray-reformers therefore allow to obtain the yield of the highest hydrogen, but they need a large supply of thermal energy since the optimum temperature of the steam reforming reaction is around or above 800 C.

De plus, pour des véhicules équipés de système de pile à combustible, il est nécessaire de pouvoir démarrer rapidement, même lorsque la température des différents éléments du système de pile à combustible est relativement basse. In addition, for vehicles equipped with fuel cell system, it is necessary to be able to start quickly, even when the temperature of the various components of the fuel cell system is relatively low. Les basses températures ne sont pas adaptées au fonctionnement des piles à combustible, que ce soit pour des questions de rendement ou de pollution par exemple. Low temperatures are not suitable for the operation of fuel cells, whether for reasons of efficiency or pollution, for example. Il est donc nécessaire, lors des démarrages, d'amener le système de pile à combustible à une température suffisamment élevée pour lui permettre de fonctionner correctement. It is therefore necessary, when starting, bring the fuel cell system to a temperature high enough to enable it to function properly. Cette étape de mise à température doit être la plus rapide possible, compte tenu du cahier des charges des véhicules équipés d'une pile à combustible. This tempering step should be as rapid as possible, given the specifications of vehicles with fuel cell. On a déjà imaginé diverses solutions pour résoudre les difficultés rencontrées pendant la phase de démarrage à froid d'une pile à combustible. We have already devised various solutions to the difficulties encountered during the cold-start phase a fuel cell. Le brevet CA 2 436 868 propose d'utiliser une résistance électrique pour mettre à température le catalyseur. The patent CA 2,436,868 proposes to use an electric resistor to make the catalyst temperature. Cependant, cette solution consomme beaucoup d'énergie et est peu rentable pour un véhicule automobile. However, this solution is energy intensive and uneconomical for a motor vehicle. La demande de brevet WO 03/031325 concerne un reformeur comprenant une membrane. Patent application WO 03/031325 relates to a reformer comprising a membrane. La membrane permet de récupérer l'hydrogène en excès dans le réacteur et de le faire réagir avec de l'air pour produire de l'énergie thermique fournie au réacteur. The membrane allows to recover the excess hydrogen in the reactor and react with air to generate the heat energy supplied to the reactor. Cependant, durant les périodes transitoires, un temps plus long est nécessaire pour produire en excès l'hydrogène, notamment lors de la phase de démarrage du système. However, during the transitional periods, a longer time is needed to produce excess hydrogen, especially during the system boot phase.

La demande de brevet WO 03/086962 propose un système de pile à combustible avec un reformeur autotherme suivi de deux modules de purification, fournissant l'hydrogène nécessaire au fonctionnement de la pile à combustible. Patent application WO 03/086962 proposes a fuel cell system with an autothermal reformer followed by two purification modules, providing the hydrogen needed to operate the fuel cell. La demande prévoit un brûleur pour les phases de démarrage. The application provides a burner for startup phases. Le brûleur permet la montée en température du reformeur et des modules de purification en y faisant passer des gaz chauds qui sont évacués avant d'atteindre la pile à combustible. The burner allows the increasing reformer temperature and purification modules by passing hot gases which are discharged before reaching the fuel cell. Cependant, un tel système de pile à combustible présente un rendement en hydrogène plus faible qu'un système équipé d'un vapo-reformeur. However, such a fuel cell system has a lower hydrogen yield a system with a vapo-reformer. De plus, les gaz issus du brûleur sont envoyés à l'échappement après avoir traversé le système de production d'hydrogène. In addition, the gases from the burner are sent to the exhaust after passing through the system of hydrogen production. Il suffit alors que leur combustion n'ait pas été complète pour que le système de pile à combustible rejette dans l'atmosphère des gaz polluants et dangereux pour la santé. Just as their combustion was not complete for the fuel cell system released into the atmosphere of pollutants and gases hazardous to health. La demande WO 2004/090075 propose un module comprenant une pile à combustible alimentée par un reformeur autotherme. WO 2004/090075 proposes a module comprising a fuel cell powered by an autothermal reformer. Le module comprend un brûleur associé à un échangeur thermique afin de fournir au reformeur des réactifs à température élevée. The module comprises a burner associated with a heat exchanger to provide the reformer at high temperature reactants. En particulier, le brûleur est alimenté par les gaz rejetés par la pile à combustible qui sont brûlés avant d'être envoyés à l'échappement. In particular, the burner is fed by exhaust gases from the fuel cell is combusted before being sent to exhaust. Pour la phase de démarrage, la demande prévoit une résistance électrique montée à l'entrée du brûleur pour augmenter la température des réactifs entrant dans le brûleur. In the starting phase, the application provides an electrical resistor connected to the inlet of the burner to increase the temperature of the reactants entering the combustor. Cependant, les gaz issus du brûleur ne sont pas forcément complètement brûlés et sont donc susceptibles d'être dangereux et polluants s'ils sont rejetés dans l'atmosphère. However, from the burner gas may not be completely burnt and are therefore likely to be dangerous and polluting if released into the atmosphere. De plus, le reformeur n'est pas un vapo-reformeur, donc le rendement en hydrogène est plus faible. In addition, the reformer is not a Spray-reformer, so the hydrogen yield is lower. Enfin, la résistance utilisée lors du démarrage ne sert qu'à chauffer les réactifs entrant dans le brûleur. Finally, the resistor used when starting only serves to heat the reactants entering the combustor. Le brûleur n'est pas chauffé pendant la phase de démarrage, ni le reformeur. The burner is not heated during the startup phase or the reformer. Le brûleur risque donc, pendant la phase de démarrage, de rejeter des gaz qui ne sont pas complètement brûlés en raison de sa température encore faible. The burner may therefore, during the startup phase, reject gas that are not completely burned because of its still low temperature. De plus, il faudra un certain temps pour que l'ensemble du système de pile à combustible atteigne sa température de fonctionnement. In addition, it will take some time for the entire fuel cell system reaches its operating temperature. La résistance électrique, bien que grande consommatrice d'énergie électrique, ne permet pas de faire monter la température de l'ensemble du système de pile à combustible. The electrical resistance, although a major consumer of electricity, does not raise the temperature of the entire fuel cell system. Le module reste donc peu performant et polluant durant la phase de démarrage. The module remains inefficient and polluting during the startup phase. Le brevet US 4 981 676 concerne un reformeur avec purification par membrane dont l'énergie thermique est également apportée par des brûleurs alimentés en carburant. U.S. Patent 4,981,676 relates to a membrane purification reformer with which the thermal energy is also provided with fuel powered burner. Le reformeur ne permet donc pas de produire de l'hydrogène de manière économique et peu polluante. The reformer therefore not possible to produce hydrogen economically and little pollution. La demande US 2002/0146604 propose un système de pile à combustible comprenant un reformeur autotherme pour alimenter la pile à combustible en hydrogène, et un brûleur catalytique qui permet de brûler les gaz issus de la pile à combustible. Application US 2002/0146604 proposes a fuel cell system comprising an autothermal reformer to supply the fuel cell with hydrogen and a catalytic burner that burns the gases from the fuel cell. Les gaz chauds produits par le brûleur permettent de vaporiser l'eau et le carburant fournis au reformeur, puis sont évacués à l'échappement. The hot gases produced by the burner used to vaporize water and fuel supplied to the reformer, and then are removed from the exhaust. Le module prévoit également un brûleur de démarrage. The module also provides a starting burner. Le brûleur de démarrage produit des gaz chauds qui sont mélangés aux réactifs du reformeur et qui permettent de faire monter la température du reformeur. The starting burner produces hot gases that are mixed with reactive reformer and that can raise the temperature of the reformer. Les gaz sont ensuite évacués vers le brûleur catalytique. The gases are then evacuated to the catalytic burner. Cependant, une fois le module en fonctionnement stationnaire, les gaz issus du brûleur catalytique sont évacués dans le système d'échappement sans être forcément complètement brûlés. However, once the module in stationary operation, the gases from the catalytic burner is discharged into the exhaust system without necessarily being completely burned. De plus, le système ne propose pas d'architecture pour un vapo-reformeur dont le rendement en hydrogène serait plus élevé. In addition, the system does not propose an architecture for Spray-reformer with a hydrogen yield would be higher. La demande US 2003/0093949 concerne une architecture de pile à combustible dans laquelle l'énergie thermique nécessaire au système est fournie par un brûleur à flamme. US application 2003/0093949 relates to a fuel cell architecture in which thermal energy required for the system is provided by a flame burner. Les gaz brûlés sont acheminés dans les différentes parties du module mais l'utilisation d'un brûleur comme unique source d'énergie thermique entraîne des pertes lors de l'acheminement des gaz brûlés. The exhaust gases are routed in different parts of the module but the use of a burner as the sole source of heat energy leads to losses in the flow of flue gas. De plus, le module ne garantit pas la combustion complète des gaz lors de leur échappement, ce qui augmente le caractère polluant du module. Moreover, the module does not guarantee the complete combustion of gas in their exhaust, increasing the polluting nature of the module. La demande US 2001/0047620 concerne un reformeur à deux étages pouvant être chacun alimenté, en plus du carburant, par de la vapeur d'eau et/ou de l'oxygène. US application 2001/0047620 relates to a two-stage reformer can each be fed, in addition to the fuel by the water vapor and / or oxygen. Le reformeur met ainsi en jeu une réaction d'oxydation partielle et/ou de vapo-reformage pour fonctionner à une température optimale. The reformer and involves a partial oxidation reaction and / or steam reforming to operate at an optimal temperature. Cependant, ce système ne permet d'optimiser que la température du reformeur. However, this system optimizes the reformer temperature. Ainsi, il est toujours nécessaire de chauffer les réactifs. So, it is always necessary to heat the reactants. De plus, la demande ne précise pas comment sont rejetés les hydrocarbures imbrûlés dans le reformeur. In addition, the request does not specify how are discharged unburned hydrocarbons in the reformer. Le système proposé ne permet donc pas de palier à l'ensemble des besoins énergétiques du système et ne garantit pas la combustion complète des gaz lors de leur échappement. The proposed system does not allow for bearing the overall system energy requirements and does not ensure complete combustion of gases during their escape. Le brevet US 5,938,800 concerne un reformeur membranaire en contact thermique avec un échangeur dans lequel circulent les gaz de rejet du reformeur ainsi que des gaz brûlés provenant d'un brûleur à flamme. U.S. Patent 5,938,800 relates to a membrane reformer in thermal contact with an exchanger in which circulates the reformer off-gas and flue gas from a flame burner. Le brevet propose de chauffer les réactifs du reformeur avec les gaz brûlés issus du brûleur à flamme. The patent proposes to heat the reactants of the reformer with the burnt gases from the burner flame. Cependant, le reformeur mettant en jeu une réaction d'oxydation partielle, le brûleur à flamme doit fournir en permanence de l'énergie thermique et consomme en permanence du carburant. However, the reformer involving a partial oxidation reaction, the flame burner must continuously provide thermal energy and consumes fuel constantly. De plus, le module ne garantit pas la combustion complète des gaz lors de leur échappement ce qui augmente le caractère polluant du module. Moreover, the module does not guarantee the complete combustion of exhaust gases when increasing the polluting nature of the module. L'invention vise à remédier aux inconvénients évoqués ci-dessus. The invention aims to overcome the drawbacks mentioned above. L'invention a pour objet un module de puissance qui comprend un système de pile à combustible et qui permette d'optimiser le fonctionnement du système de pile à combustible. The invention relates to a power module comprising a fuel cell system and which allows to optimize the operation of the fuel cell system. L'invention a également pour objet de diminuer la pollution dans les gaz d'échappement. The invention also relates to reduce pollution in the exhaust gas. L'invention a également pour objet de proposer un dispositif de démarrage qui permette d'atteindre rapidement la température de fonctionnement du module, tout en limitant les émissions polluantes. The invention also relates to provide a starting device that allows to quickly reach the module operating temperature while limiting emissions. L'invention propose ainsi un module de puissance selon un aspect de l'invention comprenant : -une pile à combustible alimentée en gaz riche en oxygène et en gaz riche en hydrogène, et capable de générer de l'énergie électrique, - un réacteur de reformage monté en amont de la pile à combustible et alimenté en carburant hydrocarboné et en vapeur d'eau ou en gaz riche en oxygène, et capable de produire un reformat, - une membrane de séparation d'hydrogène montée en aval et/ou couplée au réacteur de reformage, et capable de produire un gaz plus riche en hydrogène que le reformat et des gaz de rejet, - un premier brûleur catalytique en contact thermique avec le réacteur de reformage et pouvant être alimenté par des gaz de rejet issus de la membrane de séparation d'hydrogène ou par le reformat provenant du réacteur de reformage, - un brûleur à flamme alimenté en carburant et en gaz riche en oxygène, et capable de produire des gaz brûlés, - et en ce que le ré The invention thus provides a power module according to one aspect of the invention comprising: a fuel cell supplied with oxygen-rich gas and hydrogen-rich gas, and capable of generating electric power, - a reactor reforming upstream of the fuel cell and supplied with hydrocarbon fuel and water vapor or oxygen-rich gas, and capable of producing a reformate, - a membrane hydrogen separator connected downstream and / or coupled to reforming reactor, and capable of producing a hydrogen-rich gas than the reformate and exhaust gas, - a first catalytic burner in thermal contact with the reforming reactor and being fed with exhaust gas from the membrane separating hydrogen from the reformate or from the reforming reactor, - a flame burner supplied with fuel and oxygen-rich gas, and capable of producing exhaust gas, - and in that the re acteur de reformage est monté de manière à pouvoir être chauffé par les gaz brûlés issus du brûleur à flamme, et le premier brûleur catalytique est monté de manière à pouvoir être chauffé par la combustion du reformat et/ou des gaz de rejet. reforming actor is mounted so as to be heated by the flue gases from the burner flame, and the first catalytic burner is mounted so as to be heated by the combustion of reformate and / or waste gas. L'architecture de ce module permet d'amener le réacteur de reformage à sa température en limitant la consommation de carburant grâce à la mise en oeuvre d'une réaction d'oxydation partielle. The architecture of this module is used to bring the reforming reactor to operating temperature by limiting the fuel consumption due to the implementation of a partial oxidation reaction. Celle-ci est utilisée pendant les phases de démarrage afin d'accélérer la montée en température du module, tandis qu'en fonctionnement stationnaire, le réacteur de reformage met plutôt en oeuvre une réaction de vapo- reformage dont le rendement en hydrogène est plus élevé. It is used during start-up in order to accelerate the module temperature rise, while in steady-state operation, the reforming reactor rather implements a reforming reaction cans etc. in which the hydrogen yield is higher . On adapte donc le fonctionnement du réacteur de reformage en fonction des besoins du module. therefore adapts the operation of the reforming reactor according to the needs of the module. Ce mode de réalisation permet également une montée en température plus rapide de l'ensemble du module durant les phases de démarrage, grâce à l'utilisation du reformat produit par la réaction d'oxydation partielle. This embodiment also allows a faster rise in temperature of the entire module during start-up, through the use of the reformate produced by the partial oxidation reaction. En effet, le reformat est réutilisé directement dans le premier brûleur catalytique afin d'y être brûlé et afin de produire également de l'énergie thermique. Indeed, the reformate is reused directly in the first catalytic burner to be burned and to also produce thermal energy. La montée en température du module et plus particulièrement du réacteur de reformage est donc accélérée, ce qui permet de mettre en oeuvre plus rapidement une réaction de vapo-reformage. The module temperature rise and in particular of the reforming reactor is accelerated, which allows to implement quickly a steam reforming reaction. De plus, la combustion du reformat dans le premier brûleur permet également de diminuer la toxicité du reformat. In addition, the combustion of reformate in the first burner can also reduce the toxicity of reformate. En fonctionnement stationnaire, le reformat est traité par une membrane à séparation d'hydrogène qui fournit d'une part un gaz riche en hydrogène pour la pile à combustible et d'autre part des gaz de rejet. In stationary operation, the reformate is treated with a hydrogen separation membrane which provides on the one hand a hydrogen rich gas to the fuel cell and the other of the exhaust gas. Les gaz de rejet sont également valorisés en les faisant passer dans le premier brûleur catalytique. the exhaust gases are also valued by passing in the first catalytic burner. De cette façon, d'une part on réalise la combustion de ces gaz avant leur rejet dans l'atmosphère ce qui diminue leur toxicité, et d'autre part on fournit de l'énergie thermique au réacteur de reformage dont la réaction de vapo-reformage est endothermique. In this way, on the one hand is carried out the combustion of these gases before their discharge into the atmosphere which reduces their toxicity, and secondly it provides heat energy to the reforming reactor, the reaction cans etc. reforming is endothermic. Le dispositif propose ainsi une solution peu encombrante et peu consommatrice d'énergie qui permet de chauffer rapidement et efficacement le module de puissance. The device thus offers a space-saving solution and consumes little energy that can quickly and efficiently heat the power module. La mise en oeuvre d'une réaction d'oxydation partielle durant la phase de démarrage permet d'une part de chauffer le réacteur grâce au caractère exothermique de la réaction, et d'autre part de fournir des gaz dont la combustion produit également de l'énergie thermique. The implementation of a partial oxidation reaction during the starting phase the one hand allows to heat the reactor thanks to the exothermic character of the reaction, and secondly to provide combustion gas which also produces the 'thermal energy. L'utilisation de la réaction d'oxydation partielle plutôt que des gaz brûlés issus du brûleur à flamme permet également de réaliser une économie d'énergie électrique puisque le compresseur n'alimente plus le brûleur à flamme en gaz riche en oxygène. The use of the partial oxidation reaction rather than burnt from the flame burner gases also allows an electric energy saving since the compressor no longer supplied to the flame burner in the oxygen-rich gas.

Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le premier brûleur catalytique peut être alimenté par les gaz issus de la pile à combustible et/ou un gaz riche en oxygène et/ou du carburant. According to a preferred embodiment of the invention, the first catalytic burner can be supplied with the gases from the fuel cell and / or an oxygen-rich gas and / or fuel. En fonctionnement stationnaire, le réacteur de reformage est alimenté en vapeur d'eau et en carburant afin de fonctionner comme un vapo-reformeur. In stationary operation, the reforming reactor is fed with steam and fuel in order to function as a vapo-reformer. La réaction permet d'obtenir un meilleur rendement d'hydrogène mais est endothermique. The reaction provides a better performance but hydrogen is endothermic. On alimente alors le premier brûleur non seulement avec les gaz de rejet de la membrane mais aussi éventuellement avec les gaz anodiques issus de la pile à combustible et/ou avec du carburant et/ou avec du gaz riche en oxygène. Is then fed to the first burner not only with the membrane the exhaust gases but also possibly with the anode gas from the fuel cell and / or fuel and / or oxygen-rich gas. Le module de puissance fournit donc au vapo-refomeur l'énergie nécessaire à son fonctionnement optimal. The power module thus provides the Spray-refomeur the energy required for optimal functioning. Ainsi, lorsque les gaz de rejet et les gaz anodiques ne permettent pas de produire l'énergie thermique nécessaire au bon fonctionnement du vapo-reformeur, le système palie cette déficience par injection de carburant. So when the waste gas and the anode gas does not allow to produce thermal energy required to operate the Spray-reformer, the system overcomes this deficiency by injecting fuel. Le but recherché ici est d'optimiser le fonctionnement du vapo-reformeur afin d'obtenir le meilleur rendement de production d'hydrogène. The aim here is to optimize the operation of Spray-reformer to obtain the best efficiency of hydrogen production. On pourra par exemple obtenir un pourcentage molaire en hydrogène d'environ 40% dans le reformat humide, c'est-à-dire un pourcentage molaire d'environ 60% dans le reformat sec. May for example provide a molar percentage of hydrogen of about 40% in the wet reformate, that is to say a molar percentage of about 60% in the dry reformate. La concentration en hydrogène élevée obtenue par réaction de vapo-reformage permet d'utiliser efficacement une membrane de séparation d'hydrogène comme moyen de purification. The high hydrogen concentration obtained by steam reforming reaction can effectively use a membrane hydrogen separation as a purification means. En effet, les membranes de perméation fonctionnent d'autant mieux que la concentration en hydrogène en amont de la membrane est élevée. Indeed, the permeation membranes operate even better than the hydrogen concentration upstream of the membrane is high. D'autre part, le vapo-reformeur permet d'utiliser des liquides (eau, carburant) dont la montée en pression nécessite moins d'énergie que celle des gaz. On the other hand, the vapo-reformer enables the use of liquids (water, fuel) whose pressure rise requires less energy than that of gas. Cela est particulièrement avantageux lorsqu'on utilise une membrane de séparation d'hydrogène puisque une telle membrane nécessite une différence de pression, de part et d'autre, de l'ordre de 15 bars. This is particularly advantageous when using a hydrogen separation membrane such as a membrane requires a pressure difference on both sides, of the order of 15 bars. Enfin, l'utilisation d'une membrane sélectivement perméable à l'hydrogène permet d'alimenter la pile à combustible avec de l'hydrogène presque pur, ce qui entraîne une meilleure production d'énergie électrique par la pile à combustible. Finally, the use of a selectively hydrogen-permeable membrane is used for supplying the fuel cell with almost pure hydrogen, which results in improved power generation by the fuel cell. De plus, le module permet toujours de valoriser les gaz rejetés par la membrane ou par la pile à combustible puisqu'ils sont fournis au premier brûleur catalytique. In addition, the module still allows to enhance the gases from the membrane or by the fuel cell are provided as the first catalytic burner. On obtient donc d'une part une meilleure combustion des gaz avant leur rejet dans l'atmosphère, et d'autre part on produit de l'énergie thermique qui est fournie au réacteur de reformage. Is therefore obtained on the one hand a better combustion of the gases prior to discharge into the atmosphere, and secondly one thermal energy product that is supplied to the reforming reactor.

Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le module de puissance comprend également un générateur de vapeur et un deuxième brûleur catalytique. According to a preferred embodiment of the invention, the power module also includes a steam generator and a second catalytic burner. Le générateur de vapeur est monté en amont du réacteur de reformage, est alimenté en eau et est capable de produire de la vapeur d'eau. The steam generator is connected upstream of the reforming reactor is fed with water and is capable of producing water vapor. Le deuxième brûleur catalytique est en contact thermique avec le générateur de vapeur. The second catalytic burner is in thermal contact with the steam generator. Il peut être alimenté par des gaz issus du premier brûleur et/ou par le reformat issus du réacteur de reformage et éventuellement par du carburant, et est monté de manière à pouvoir être chauffé par la combustion du reformat et/ou des gaz de rejet. It can be powered by gas coming from the first burner and / or by the reformate from the reformer reactor and optionally with fuel, and is mounted so as to be heated by the combustion of reformate and / or waste gas.

Dans ce mode de réalisation, le module de puissance prévoit également la montée en température des réactifs du réacteur de reformage durant les phases de démarrage. In this embodiment, the power module also provides the temperature rise of the reactants of the reforming reactor during start-up phases. Ainsi, l'eau fournie est chauffée en vapeur d'eau par un deuxième réacteur catalytique qui est placé en aval du premier et dans lequel peuvent être brûlés les gaz issus du premier brûleur catalytique. Thus, the supplied water is heated into steam by a second catalytic reactor which is arranged downstream of the first and in which can be combusted gases from the first catalytic burner. Comme la température de fonctionnement nominal du deuxième brûleur est inférieure à celle du premier brûleur, les gaz issus du premier brûleur peuvent permettre de fournir une énergie thermique suffisante au deuxième brûleur. As the temperature of nominal operation of the second burner is smaller than the first burner, the gases from the first burner can be used to provide sufficient thermal energy to the second burner.

Cependant, pour accélérer la montée en température, il est également possible d'alimenter le deuxième brûleur avec du reformat produit par le réacteur de reformage. However, to accelerate the rise in temperature, it is also possible to feed the second burner with the reformate generated by the reforming reactor. Dans ce cas, le reformat produit est soit partagé entre le premier et le deuxième brûleur catalytique, soit acheminé vers l'un ou vers l'autre. In this case, the reformate product is to be shared between the first and second catalytic burner, to be routed to one or the other. Une autre solution pour faire monter en température le deuxième brûleur est l'injection de carburant dans ce dernier. Another solution to heat up the second burner is the fuel injection in the latter. Toutefois, le besoin énergétique du deuxième brûleur pendant les phases de démarrage est plus faible que celui du premier brûleur dans la mesure où le réacteur de reformage qui met en oeuvre une réaction d'oxydation partielle, ne consomme pas encore la vapeur d'eau. However, the energy requirement of the second burner during the start-up is lower than the first burner since the reforming reactor which employs a partial oxidation reaction, do not consume water vapor. En fonctionnement stationnaire, la composition et la température des gaz issus du premier brûleur peuvent être suffisantes pour vaporiser l'eau contenue dans le générateur de vapeur. In stationary operation, the composition and temperature of the gases from the first burner may be sufficient to vaporize the water contained in the steam generator. Dans ce cas, l'injection de carburant dans le deuxième brûleur n'est nécessaire que pour les phases transitoires, comme par exemple les phases d'accélération, ou éventuellement au début des phases de démarrage. In this case, fuel injection in the second burner is only necessary for the transient phases such as acceleration phases, or possibly in the early startup phases. L'utilisation de deux brûleurs au lieu d'un permet ainsi une gestion plus souple de l'énergie et de la combustion des gaz avant leur échappement. The use of two burners instead of one allows more flexible management of energy and combustion gases before they escape. Enfin, les gaz rejetés par le deuxième brûleur présentent une combustion plus complète que ceux issus du premier brûleur, ce qui diminue les émissions polluantes du module de puissance. Finally, the exhaust gases from the second burner have a more complete combustion than those from the first burner, which reduces emissions of the power module. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le module de puissance peut également comprendre une vanne montée entre la sortie du brûleur à flamme et l'entrée du premier brûleur catalytique. According to a preferred embodiment of the invention, the power module may also include a valve mounted between the outlet of the flame burner and the inlet of the first catalytic burner.

La vanne est commandée par un capteur de température du catalyseur monté dans le premier brûleur catalytique. The valve is controlled by a catalyst temperature sensor mounted in the first catalytic burner. Ce mode de réalisation permet de contrôler l'utilisation des gaz issus du brûleur à flamme durant la phase de démarrage. This embodiment can control the use of gases from the burner flame during the startup phase. Ainsi, lorsque le réacteur de reformage présente une température suffisante à la mise en oeuvre d'une réaction d'oxydation partielle, l'acheminement des gaz issus du brûleur à flamme peut être interrompu de manière à économiser le carburant. Thus, when the reforming reactor has a sufficient temperature to the implementation of a partial oxidation reaction, the flow of gases from the flame burner may be interrupted so as to conserve fuel. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le module de puissance peut également comprendre une vanne commandée à trois voies montée entre la sortie du réacteur de reformage et l'entrée des premier et deuxième brûleurs. According to another embodiment of the invention, the power module may also include a valve controlled three channels mounted between the outlet of the reforming reactor and the inlet of the first and second burners. La vanne est commandée par un capteur de température du catalyseur monté dans le premier brûleur catalytique. The valve is controlled by a catalyst temperature sensor mounted in the first catalytic burner.

Ce mode de réalisation permet de contrôler l'acheminement des gaz issus du réacteur de reformage dans le module de puissance. This embodiment makes it possible to control the routing of gas from the reforming reactor in the power module. Ainsi, il est possible de diriger les gaz vers le premier brûleur dans un premier temps puis, lorsque la température souhaitée du premier brûleur est atteinte, les gaz sont redirigés vers le deuxième brûleur. Thus, it is possible to direct the gas to the first burner in the first instance then, when the desired temperature is reached the first burner, the gases are redirected to the second burner. Cela permet plus de souplesse dans la stratégie de chauffage du module pendant les phases de démarrage. This allows more flexibility in module heating strategy during the startup phase. De plus, si l'énergie thermique libérée par la réaction d'oxydation partielle est suffisante pour chauffer le premier brûleur (en contact thermique avec le réacteur de reformage), il est alors possible d'acheminer directement le reformat vers le deuxième brûleur afin d'accélérer sa montée en température. In addition, if the thermal energy released by the partial oxidation reaction is sufficient to heat the first burner (in thermal contact with the reforming reactor), it is then possible to directly route the reformate to the second burner in order to accelerate the rise in temperature. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le module comprend une vanne commandée à trois voies montée entre la sortie du réacteur de reformage, l'entrée des premier et deuxième brûleurs et l'entrée de la membrane de séparation d'hydrogène. According to another embodiment of the invention, the module comprises a valve controlled three-way connected between the output of the reforming reactor, the inlet of the first and second burners and the inlet of the membrane hydrogen separation. La vanne est commandée par un capteur de température du catalyseur monté dans le premier brûleur catalytique. The valve is controlled by a catalyst temperature sensor mounted in the first catalytic burner. Ce mode de réalisation s'applique lorsque la membrane de séparation à hydrogène est montée en aval du réacteur de reformage. This embodiment applies when the hydrogen separation membrane is mounted downstream of the reforming reactor.

Dans ce cas, le reformat issu du réacteur peut être soit acheminé vers les brûleurs catalytiques durant la phase de démarrage, soit acheminé vers la membrane en fonctionnement stationnaire. In this case, the reformate from the reactor may be either fed to the catalytic burner during the startup phase, is routed to the membrane during stationary operation. La vanne permet donc de contrôler les différentes étapes de la stratégie de démarrage du module. The valve allows to control the various steps of the module startup strategy. En particulier, la vanne contrôle le moment à partir duquel on alimente la membrane en reformat, et donc le moment à partir duquel on alimente la pile à combustible en hydrogène. In particular, the valve controls the point at which it feeds the membrane in reformate, and thus the time from which is supplied the hydrogen fuel cell. Selon un autre mode de réalisation, le module de puissance comprend un échangeur thermique de surchauffe alimenté respectivement par la vapeur issue du générateur de vapeur et par les gaz brûlés issus du premier brûleur. According to another embodiment, the power module comprises a heat exchanger overheating supplied respectively by the steam from the steam generator and flue gases from the first burner. L'échangeur fournit respectivement de la vapeur d'eau surchauffée au réacteur de reformage et des gaz brûlés au deuxième brûleur. The exchanger respectively provides the superheated steam to the reforming reactor and burnt gases to the second burner. L'échangeur est monté de façon à pouvoir être chauffé par les gaz brûlés issus du premier brûleur. The heat exchanger is mounted so as to be heated by the flue gas from the first burner. L'utilisation du surchauffeur, en fonctionnement stationnaire, permet de transférer graduellement et plus efficacement l'énergie des gaz rejetés par le premier brûleur aux réactifs du réacteur de reformage. The use of superheater, in stationary operation, to transfer gradually and more efficiently the energy of exhaust gases from the first burner to the reactants of the reforming reactor. En effet, à la sortie du premier brûleur, les gaz traversent l'échangeur thermique de surchauffe dans lequel ils vont surchauffer le mélange de vapeur d'eau et de carburant jusqu'à une température proche de celle de fonctionnement du réacteur de reformage. Indeed, at the output of the first burner, the gases pass through the heat exchanger from overheating in which they will overheat the steam and fuel mixture to a temperature close to that of operation of the reforming reactor. Puis, le deuxième brûleur permet d'assurer la combustion complète des gaz et fournit cette énergie thermique au générateur de vapeur. Then, the second burner ensures complete combustion of the gas and provides the thermal energy to the steam generator. Les gaz sont utilisés ensuite par un turbocompresseur puis envoyés à l'échappement. The gases are then used by a turbocharger and sent to the exhaust. La récupération de l'énergie thermique des gaz rejetés par le premier brûleur est donc plus efficace et permet d'éviter de surchauffer la vapeur d'eau par un système supplémentaire. The recovery of thermal energy from exhaust gases from the first burner is more efficient and avoids overheating of water vapor by an additional system. De plus, l'alimentation en carburant de l'échangeur permet de fournir au réacteur de reformage un mélange homogène de vapeur d'eau et de carburant. In addition, the fuel supply of the heat exchanger allows to provide the reforming reactor a homogeneous mixture of steam and fuel. Cela est normalement rendu difficile en raison du caractère non miscible de l'eau et du carburant hydrocarboné. This is normally made difficult because the immiscible nature of water and hydrocarbon fuel. Or, l'injection de carburant liquide directement dans de la vapeur d'eau surchauffée permet d'une part la vaporisation du carburant et d'autre part son mélange à la vapeur d'eau. However, the liquid fuel injection directly into the superheated steam allows on one hand the vaporization of the fuel and on the other hand it is mixed with water vapor. Enfin, lors des phases de démarrage, les gaz chauds issus du premier brûleur permettent également la montée en température de l'échangeur, ce qui contribue au rendement du module 1 et à la diminution de gaz polluants. Finally, during the start-up, the hot gases from the first burner also allow the temperature rise of the heat exchanger, which contributes to the module 1 performance and lower pollutant gases.

Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le premier brûleur, éventuellement l'échangeur thermique de surchauffe, et le deuxième brûleur sont montés en série sur le circuit d'évacuation des gaz brûlés. According to a preferred embodiment of the invention, the first burner, optionally the heat exchanger from overheating, the second burner are mounted in series on the exhaust circuit of the burnt gases.

Cette disposition permet d'exploiter au mieux l'énergie thermique des gaz issus du brûleur à flamme durant les phases de démarrage. This arrangement enables to best exploit the thermal energy of gases from the burner flame during the startup phase. En effet, les gaz traversent d'abord le premier brûleur, puis l'échangeur thermique et enfin le deuxième brûleur, c'est-à-dire que l'énergie thermique est transmise en priorité aux éléments du module qui ont la température de fonctionnement la plus élevée. Indeed, the gases pass first through the first burner and the heat exchanger and finally the second burner, that is to say that the thermal energy is transmitted in priority to the module elements that have the operating temperature highest. En fonctionnement stationnaire, la température des réactifs (dans le cas présent : l'eau) est augmentée par le générateur de vapeur, puis par l'échangeur thermique de surchauffe pour atteindre la température optimale de fonctionnement du réacteur de reformage. In stationary operation, the temperature of the reactants (in this case: water) is increased by the steam generator and by the overheating heat exchanger to achieve the optimum operating temperature of the reforming reactor. C'est donc dans l'ordre inverse que le module est chauffé, de manière à ce que l'énergie thermique soit transmise principalement aux éléments qui ont la température de fonctionnement la plus élevée. It is thus in the reverse order that the module is heated, so that the heat energy is transmitted primarily to the elements the highest operating temperature. De plus, lorsque l'inertie thermique du premier réacteur est plus élevée que celle de l'échangeur et du deuxième brûleur, ces derniers peuvent être montés en température uniquement à partir des gaz chauds qui sortent du premier brûleur. In addition, when the thermal inertia of the first reactor is higher than that of the heat exchanger and the second burner, the latter can be mounted only in temperature from the hot gases leaving the first burner. Enfin, une fois le premier brûleur à température, la réaction d'oxydation partielle peut être mise en oeuvre dans le réacteur de reformage et le reformat produit peut être fourni au premier brûleur. Finally, once the first burner temperature, the partial oxidation reaction can be carried out in the reforming reactor and the reformate product can be supplied to the first burner. La disposition, en aval, de l'échangeur thermique de surchauffe et du deuxième brûleur permet également de faire monter en température ces éléments grâce aux gaz chauds issus du premier brûleur. The provision, downstream of the heat exchanger to overheat and the second burner also makes it possible to raise the temperature of these elements due to hot gases from the first burner. L'invention a également pour objet un procédé de mise en oeuvre d'un module de puissance comprenant une pile à combustible alimentée en gaz riche en hydrogène par un réacteur de reformage associé à une membrane de séparation d'hydrogène. The invention also relates to an implementation method of a power module comprising a fuel cell supplied with hydrogen rich gas by a reforming reactor associated with a hydrogen separation membrane. Selon le procédé : - dans une phase de démarrage, on fait monter la température du réacteur de reformage jusqu'à une première température au moyen d'une source de chaleur extérieure, puis - on fait monter la température du réacteur de reformage jusqu'à une deuxième température en réalisant une réaction d'oxydation partielle dans le réacteur de reformage. According to the method: - in a starting phase, is raised the reforming reactor temperature to a first temperature by means of an external heat source, and - is raised the reforming reactor temperature to a second temperature by performing a partial oxidation reaction in the reforming reactor. Le procédé permet de définir la stratégie de démarrage du module. The process sets the module startup strategy. Il précise en effet les étapes de montée en température du réacteur de reformage jusqu'à sa température de fonctionnement nominale à laquelle il pourra mettre en oeuvre une réaction de vaporeformage. It states in effect the steps of reforming reactor temperature rise to its nominal operating temperature to which it can implement a steam reforming reaction. Selon une mise en oeuvre préférée de l'invention, le module comprend également un premier et deuxième brûleur catalytique qui, lors de la phase de démarrage, sont chauffées d'abord par une source de chaleur extérieure, puis par combustion du reformat produit par la réaction d'oxydation partielle. According to a preferred embodiment of the invention, the module also includes first and second catalytic burner which in the starting phase, are heated by a first external heat source and then by combustion of the reformate produced by the partial oxidation reaction. Selon une mise en oeuvre préférée de l'invention, après la phase de démarrage : on alimente le réacteur de reformage avec un mélange de vapeur d'eau et de carburant sous pression de manière à obtenir à la sortie de la membrane, d'une part de l'hydrogène provenant du reformat produit par vapo-reformage et ayant traversé la membrane, et d'autre part des gaz n'ayant pas traversé la membrane ; According to a preferred implementation of the invention, after the starting phase is fed to the reforming reactor with a steam and fuel mixture under pressure so as to obtain at the outlet of the membrane, a part of the hydrogen from the reformate produced by steam reforming and passed through the membrane, and secondly the gases has not passed through the membrane; - on alimente la pile à combustible avec l'hydrogène ayant traversé la membrane, et - on alimente les premier et deuxième brûleurs avec les gaz n'ayant pas traversé la membrane. - it supplies the fuel cell with hydrogen passed through the membrane, and - the first and second burners is supplied with the gas not having passed through the membrane.

En d'autres termes, en fonctionnement stationnaire, le réacteur de reformage est alimenté en carburant et en vapeur d'eau de manière à mettre en oeuvre une réaction de vapo-reformage dont le rendement en hydrogène est supérieur à celui de la réaction d'oxydation partielle. In other words, during stationary operation, the reforming reactor is supplied with fuel and water vapor so as to implement a steam reforming reaction in which the hydrogen yield is higher than that of the reaction of partial oxidation. De plus, le reformat ainsi produit est enrichi en hydrogène par la membrane de séparation et est utilisé pour alimenter la pile à combustible, tandis que les gaz de rejet produits par la membrane sont valorisés dans les brûleurs catalytiques. In addition, the reformate thus produced is enriched in hydrogen by the separation membrane and is used to power the fuel cell, while discharge products by the membrane of the gas is recovered in the catalytic burner. Ainsi, le rendement du module est optimisé pour le fonctionnement de la pile à combustible et les gaz non-utilisés sont valorisés de manière à fournir l'énergie thermique nécessaire à la mise enoeuvre de la réaction de vapo-reformage. Thus, the efficiency of the module is optimized for the operation of the fuel cell and the non-used gases are recovered so as to provide the thermal energy required to enoeuvre formatting the steam reforming reaction. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée suivante de deux modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente schématiquement un module de puissance équipé d'un dispositif de mise en température selon un mode de réalisation de l'invention ; The invention will be better understood from consideration of the following detailed description of two embodiments given by way of nonlimiting examples and illustrated by the accompanying drawings in which: - Figure 1 schematically shows a power module equipped with a warming-up device according to an embodiment of the invention; - la figure 2 représente schématiquement un module de puissance équipé d'un dispositif de mise en température selon un deuxième mode de réalisation. - Figure 2 schematically shows a power module equipped with a tempering device according to a second embodiment. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un module de puissance 1 selon l'invention. Figure 1 schematically shows a power module 1 of the invention. Le module 1 comprend une pile à combustible 12 alimentée en gaz riche en oxygène par un groupe compresseur 18 et en gaz riche en hydrogène par un module comprenant un réacteur de reformage 6, un échangeur de surchauffe 3 et un générateur de vapeur 2. Le module 1 selon ce premier mode de réalisation présente une technologie couplée, c'est-à-dire que le réacteur de reformage 6 comprend une ou plusieurs membranes intégrées 6' perméables principalement à l'hydrogène. The module 1 comprises a fuel cell 12 supplied with oxygen-rich gas by a compressor unit 18 and hydrogen-rich gas by a module comprising a reforming reactor 6, an overheating exchanger 3 and a steam generator 2. The module 1 according to this first embodiment has a coupled technology, that is to say, the reforming reactor 6 comprises one or more incorporated membranes 6 'mainly permeable to hydrogen. Le générateur de vapeur 2 et le réacteur de reformage 6 sont en contact thermique avec deux réacteurs catalytiques 27, 24 dans lesquels sont brûlés les gaz de rejet de la membrane 6' de séparation d'hydrogène, et éventuellement du reformat, des gaz anodiques ou du carburant. The steam generator 2 and the reforming reactor 6 are in thermal contact with two catalytic reactors 27, 24 which are burned in the membrane of the exhaust gases 6 'hydrogen separation, and optionally reformate, anode gas or fuel. Un brûleur à flamme 40 est monté de manière à alimenter en gaz chauds le réacteur catalytique 24. Le module 1 comprend le générateur de vapeur 2 alimenté en eau liquide et fournissant de la vapeur d'eau. A flame burner 40 is mounted so as to supply hot gases the catalytic reactor 24. The module 1 includes the steam generator 2 supplied with liquid water and supplying the water vapor. Le générateur de vapeur 2 peut être par exemple un échangeur à plaques, un échangeur tubulaire ou un échangeur micro-structuré (c'est-à-dire comprenant des canaux dont le diamètre hydraulique varie de 200 microns à 3 millimètres). The steam generator 2 can be for example a plate heat exchanger, a tubular heat exchanger or a micro-structured exchanger (that is to say comprising channels whose hydraulic diameter is from 200 microns to 3 millimeters). L'utilisation d'échangeurs micro-structurés permet d'augmenter fortement les échanges thermiques entre le fluide qui parcourt les canaux et les canaux. The use of micro-structured exchangers can greatly increase the heat exchange between the fluid that runs through the channels and canals. La vapeur d'eau formée par le générateur 2 présente par exemple une température de l'ordre de 400 C et alimente l'échangeur thermique de surchauffe 3. L'échangeur thermique de surchauffe 3, par exemple à contre-courant, est relié au générateur de vapeur 2 par une conduite 4 et est alimenté également en carburant par une conduite 5. L'échangeur 3 peut être réalisé par exemple sous la forme d'un échangeur micro-structuré, d'un échangeur à plaques ou d'un échangeur tubulaire. The water vapor formed by the generator 2 for example has a temperature of about 400 C and supplied to the heat exchanger 3. The heat exchanger overheating overheating 3, for example against the current, is connected to steam generator 2 via a pipe 4 and is also supplied with fuel through a conduit 5. the heat exchanger 3 can be made for example in the form of a micro-structured exchanger, a plate heat exchanger or an exchanger tubular. La vapeur d'eau provenant de la conduite 4 est mélangée, dans l'échangeur 3, avec le carburant provenant de la conduite 5, ce carburant étant vaporisé au contact de la vapeur d'eau. Water vapor from line 4 is mixed in the heat exchanger 3, with the fuel from the conduit 5, the fuel being vaporized upon contact with water vapor. Le mélange de vapeur d'eau et de carburant est surchauffé par exemple jusqu'à une température de l'ordre de 600 à 800 C, puis est injecté vers le réacteur de reformage 6 par une conduite 7. Le réacteur de reformage 6 peut être un réacteur chimique à lit fixe, monolithique ou micro-structuré. The steam-fuel mixture is overheated, for example to a temperature of the order of 600 to 800 C, and then is injected into the reforming reactor 6 through line 7. The reforming reactor 6 can be a chemical reactor fixed bed or monolithic micro-structured. Il peut comprendre un vaporeformeur catalytique ou un réacteur de vapo-reformage assisté par plasma. It may comprise a catalytic steam reformer or a steam reforming reactor plasma assisted. Il est cependant également capable de mettre en oeuvre une réaction d'oxydation partielle lorsqu'il est alimenté par un mélange carburant/air au lieu du mélange carburant/vapeur d'eau. However, it is also able to implement a partial oxidation reaction when it is supplied with a fuel / air mixture instead of the fuel / steam.

En fonctionnement stationnaire, le réacteur de reformage 6 produit un reformat riche en hydrogène à partir du mélange de vapeur d'eau surchauffée et de carburant, acheminé par la conduite 7. Le reformat se trouve alors en contact avec une membrane 6' associée au réacteur 6. L'hydrogène contenu dans le reformat est alors séparé des autres gaz du reformat par la membrane 6'. In stationary operation, the reforming reactor 6 produces a hydrogen-rich reformate from the steam mixture superheated water and fuel, supplied via line 7. The reformate is then contacted with a membrane 6 'associated with the reactor 6. the hydrogen contained in the reformate is then separated from the other gas of the reformate by the membrane 6. On obtient donc d'une part un gaz très riche en hydrogène qui traverse la membrane 6', et d'autre part des gaz de rejets appauvris en hydrogène qui ne traversent pas la membrane 6'. Is therefore obtained on the one hand a hydrogen rich gas which passes through the membrane 6 ', and the other gas discharges depleted in hydrogen which does not pass through the membrane 6'. Les gaz de rejet, ou rétentat, sortent alors du réacteur de reformage 6 et sont acheminés par une conduite 8 vers le premier brûleur 24, tandis que le gaz riche en hydrogène, ou perméat, est acheminé de la sortie de la membrane 6' à la pile à combustible 12 grâce à une conduite 10. La membrane 6' permet également de purifier le reformat des gaz toxiques qu'il contient. the exhaust gases, or retentate, then exit the reforming reactor 6 and are conveyed via a pipe 8 to the first burner 24, while the hydrogen-rich gas, or permeate, is routed from the outlet of the membrane 6 'to the fuel cell 12 through a conduit 10. the membrane 6 'also allows to purify the reformate gas that contains toxic. Ainsi, le monoxyde de carbone qui est susceptible de détériorer la pile à combustible de type PEM 12, ne traverse pas la membrane 6' de séparation à hydrogène. Thus, carbon monoxide which is likely to deteriorate the battery 12 PEM fuel type, does not cross the membrane 6 'separating hydrogen. Il n'est donc pas nécessaire de placer de purificateur supplémentaire entre la membranaire 6' et la pile à combustible 12. La pile à combustible 12 est de préférence une pile de type PEM (Proton Exchange Membrane) comprenant un compartiment anodique 13 siège de la réaction d'oxydation de l'hydrogène, et un compartiment cathodique 14 siège de la réaction de réduction de l'oxygène. It is thus not necessary to place additional purifier between the membrane 6 'and the fuel cell 12. The fuel cell 12 is preferably a PEM cell (Proton Exchange Membrane) comprising an anode compartment 13 of the seat oxidation reaction of hydrogen, and a cathode compartment 14 seat of the reduction reaction of oxygen. La pile à combustible 12 est donc le siège d'une réaction d'oxydo-réduction au cours de laquelle de l'énergie électrique et de l'eau sont produites. The fuel cell 12 is the seat of a redox reaction in which electrical energy and water are produced. Le compartiment anodique 13 est alimenté en reformat riche en hydrogène par la conduite 10 reliée à la sortie de la membrane 6'. The anode compartment 13 is fed with hydrogen-rich reformate by the pipe 10 connected to the output of the membrane 6 '. Le compartiment cathodique 14 est alimenté en gaz riche en oxygène par une conduite 19 qui relie le compartiment cathodique 14 à la sortie du groupe de compression 18. The cathode compartment 14 is supplied with oxygen-rich gas through a conduit 19 which connects the cathode compartment 14 to the output of the compression unit 18.

Les gaz anodiques issus du compartiment anodique 13 sont renvoyés en entrée du compartiment anodique 13 par une conduite 17. En cas de purge du compartiment anodique 13, les gaz anodiques sont acheminés au premier brûleur 24 par une conduite 23 contrôlée par une vanne 16. The anode gas from the anode compartment 13 are returned to the input of the anode compartment 13 by a conduit 17. In case of purging the anode compartment 13, the anode gas are supplied to the first burner 24 through a line 23 controlled by a valve 16.

Le premier brûleur 24 est de préférence un brûleur catalytique mais peut également être un brûleur à flamme et est en contact thermique avec le réacteur de reformage 6. En fonctionnement stationnaire, il est alimenté en gaz de rejet par la conduite 8, en carburant par une conduite 31, en air comprimé provenant du groupe de compression 18 par une conduite 33 et en gaz anodiques par la conduite 23. Le premier brûleur 24 peut réaliser, simultanément ou pas, la combustion des gaz de rejet, du carburant, de l'air comprimé et des gaz anodiques contenant de l'hydrogène. The first burner 24 is preferably a catalytic burner, but may also be a flame burner and is in thermal contact with the reforming reactor 6. In stationary operation, it is supplied with exhaust gas via line 8, with fuel by a line 31, compressed air from the compression unit 18 through line 33 and anode gas via line 23. the first burner 24 can achieve, simultaneously or not, the combustion exhaust gas, fuel, air compressed and anode gas containing hydrogen. Le premier brûleur 24 permet ainsi de réaliser une première combustion des gaz de rejet jusqu'à une température par exemple de l'ordre de 750 à 850 C. Cette première combustion permet d'une part de réduire la toxicité des gaz produits par le module 1 avant leur rejet à l'échappement, et d'autre part de produire de l'énergie thermique pouvant être fournie au réacteur de reformage 6 en contact thermique avec le premier brûleur 24. The first burner 24 and allows a first combustion off-gases to a temperature for example of the order of 750 to 850 C. This first combustion allows on one hand to reduce the toxicity of the gases produced by the module 1 before being discharged to the exhaust, and secondly to produce heat energy can be supplied to the reforming reactor 6 in thermal contact with the first burner 24.

Les gaz brûlés issus du premier brûleur 24 sont évacués par une conduite 26 vers l'échangeur thermique de surchauffe 3. L'échangeur 3 est par exemple parcouru à contre-courant par les gaz brûlés issus du premier brûleur 24 qui cèdent de l'énergie thermique à la vapeur d'eau pour la surchauffer. The flue gas from the first burner 24 are discharged through a conduit 26 to the heat exchanger from overheating 3. The heat exchanger 3 is for example driven against the flow by the flue gas from the first burner 24 which yield energy heat the steam to overheat. Les gaz brûlés sont ensuite acheminés par une conduite 28 vers le deuxième brûleur 27. Le deuxième brûleur 27 est de préférence un brûleur catalytique, mais peut également être un brûleur à flamme, et est en contact thermique avec le générateur de vapeur 2. Il est alimenté, en fonctionnement stationnaire, en gaz brûlés issus de l'échangeur thermique 3 par la conduite 28 et en carburant par une conduite 29. Il permet d'une part de compléter la combustion des gaz de rejet et des gaz brûlés produits par le brûleur à flamme, et d'autre part de fournir de l'énergie thermique au générateur de vapeur 2. Le deuxième brûleur 27 n'a pas besoin d'être alimenté en air comprimé lorsque l'air comprimé injecté dans le premier brûleur 24 par la conduite 33 alimente en excès le premier brûleur 24. De plus, lorsque la gestion thermique est bien adaptée, la température et la composition des gaz brûlés injectés dans le deuxième brûleur 27 peuvent permettre, en The exhaust gases are then conveyed via a line 28 to the second burner 27. The second burner 27 is preferably a catalytic burner, but may also be a flame burner, which is in thermal contact with the steam generator 2. It is fed, during stationary operation, in flue gases from the heat exchanger 3 through conduit 28 and fuel through line 29. It allows on one hand to complete the combustion of waste gases and flue gases produced by the burner flame, and secondly to provide thermal energy to the steam generator 2. the second burner 27 does not need to be supplied with compressed air when the compressed air injected into the first burner 24 by the line 33 supplies excess in the first burner 24. in addition, when the thermal management is well adapted, temperature and composition of exhaust gases injected into the second burner 27 can allow, in régime stationnaire, de fournir l'énergie nécessaire au générateur de vapeur 2 tout en permettant de compléter la combustion des gaz de rejet sans injection supplémentaire de carburant. steady-state, provide the necessary energy to the steam generator 2 while allowing complete combustion of exhaust gas without additional fuel injection. On obtient ainsi en sortie du deuxième brûleur 27 des gaz dont la combustion a été complète, c'est-à-dire des gaz moins polluants. This produces the output of the second burner 27 gas whose combustion is complete, that is to say the least polluting gases. Les gaz brûlés issus du deuxième brûleur 27 sont alors acheminés par une conduite 30 vers le groupe de compression 18 avant leur rejet par l'échappement. Flue gases from the second burner 27 are then routed through line 30 to the compressor unit 18 before being discharged through the exhaust. Les gaz cathodiques, issus du compartiment cathodique 14 et composés d'eau et d'air, sont envoyés vers un refroidisseur-séparateur 20 via une conduite 21, puis sont acheminés par une conduite 22 jusqu'au groupe de compression 18. Le refroidisseur-séparateur 20 permet de récupérer l'eau, notamment produite par la pile à combustible 12, et contenue dans les gaz cathodiques. The cathode gas from the cathode 14, water and air compartment compounds, are sent to a cooler-separator 20 via duct 21 and then are channeled through a conduit 22 to the compression unit 18. The refroidisseur- separator 20 can recover water, especially produced by the fuel cell 12, and contained in the cathode gas. Cette eau est amenée par une conduite 37 vers le générateur de vapeur 2. This water is supplied via a line 37 to the steam generator 2.

Le refroidisseur-séparateur 20 permet, en récupérant l'eau contenue dans les gaz produits par la pile à combustible 12, de maintenir, si nécessaire, un bilan d'eau positif pour le module de puissance 1. The cooler-separator 20 makes it possible, while the water contained in the gas produced by the fuel cell 12 to maintain, if necessary, a positive water balance for the power module 1.

Le groupe de compression 18 comprend avantageusement un compresseur volumétrique entraîné par un moteur électrique, à titre de premier étage de compression, et un groupe turbocompresseur comprenant un compresseur relié par un arbre à une turbine, à titre de deuxième étage de compression. The compression unit 18 advantageously comprises a supercharger driven by an electric motor, as a first compression stage, and a turbocharger unit comprising a compressor connected by a shaft to a turbine, as the second compression stage. Le compresseur volumétrique est alimenté en air ambiant via une conduite 32. L'air ambiant subit une première compression puis est envoyé dans le compresseur du deuxième étage, entraîné via l'arbre commun, par la turbine. The supercharger is supplied with ambient air via a conduit 32. The ambient air undergoes an initial compression and then is sent into the second stage compressor, driven via the common shaft by the turbine. La turbine est alimentée, d'une part, par les gaz brûlés récupérés à la sortie du deuxième brûleur 27 et acheminés par la conduite 30 et, d'autre part, par les gaz cathodiques récupérés à la sortie du refroidisseur-séparateur 20 et acheminés par la conduite 22. A la sortie de la turbine, les gaz sont envoyés à l'échappement par une conduite 34. L'air comprimé par le groupe de compression 18 jusqu'à une pression comprise par exemple entre 2 et 4 bars, permet d'alimenter en oxygène le compartiment cathodique 14 de la pile à combustible 12 via la conduite 19, le premier brûleur 24 via la conduite 33 et le brûleur à flamme 40 via une conduite 41. Le module 1 comprend également le brûleur à flamme 40 qui alimente en gaz chauds les éléments du module. The turbine is fed on the one hand, by the flue-gas recovered at the outlet of the second burner 27 and conveyed through line 30 and, on the other hand, the cathode gas recovered at the outlet of the cooler-separator 20 and sent via line 22. at the outlet of the turbine, the gases are sent to the exhaust by a conduit 34. the air compressed by the compression unit 18 to a pressure of for example between 2 and 4 bars, allows supplying oxygen to the cathode compartment 14 of the fuel cell 12 via line 19, the first burner 24 via line 33 and the flame burner 40 via a conduit 41. the module 1 also includes the flame burner 40 which feeds hot gases of the module elements. Le brûleur 40 est alimenté en carburant et en air comprimé. The burner 40 is supplied with fuel and compressed air. L'air comprimé est produit par le groupe de compression 18 et est acheminé par une conduite 41 jusqu'au brûleur 40. Une vanne trois voies 42 est montée entre la sortie du groupe de compression 18 et les conduites 33 et 41, et est commandée par une unité de commande électronique (UCE) 43. L'unité 43 commande la vanne 42 selon les informations qui lui sont transmises par le capteur de température 44 qui mesure la température du premier brûleur catalytique 24. Le brûleur 40 fournit des gaz chauds qui sont acheminés au premier brûleur 24 par une conduite 45. Une vanne 46 est montée entre la sortie du brûleur 40 et la conduite 45 et est aussi commandée par l'unité 43. Le module 1 comprend également une vanne 50 qui est commandée par l'unité 43 et qui permet de fournir, via une conduite 51, un mélange de carburant et d'air au réacteur de reformage 6. Le mélange de carburant et d'air est produit par un mélangeur 52, par exemple un venturi, qui est alimenté en carbura The compressed air is produced by the compression unit 18 and is conveyed via a pipe 41 to the burner 40. A three-way valve 42 is connected between the output of the compression unit 18 and the conduits 33 and 41, and is controlled by an electronic control unit (ECU) 43. the unit 43 controls the valve 42 according to the information transmitted by the temperature sensor 44 which measures it the temperature of the first catalytic burner 24. the burner 40 provides hot gases are routed to the first burner 24 through a pipe 45. a valve 46 is mounted between the output of burner 40 and the conduit 45 and is also controlled by the unit 43. the unit 1 also comprises a valve 50 which is controlled by the unit 43 and allows to provide, via a conduit 51, a fuel air mixture to the reforming reactor 6. The fuel-air mixture is produced by a mixer 52, such as a venturi, which is supplied in carburetor nt par une conduite 53 et en air comprimé par une conduite 54. Le mélange de carburant et d'air permet de mettre en oeuvre une réaction d'oxydation partielle dans le réacteur de reformage 6 durant la deuxième étape de la phase de démarrage. nt through a conduit 53 and with compressed air by a pipe 54. The mixture of fuel and air allows to implement a partial oxidation reaction in the reforming reactor 6 during the second stage of the starting phase.

Lorsque le module 1 est démarré, la montée en température des différents éléments se fait selon deux étapes successives. When the module 1 is started, the temperature rise of the various components is done in two successive steps. Dans la première étape, le brûleur à flamme 40 est alimenté en carburant et en air. In the first step, the flame burner 40 is supplied with fuel and air. L'injection d'air comprimé dans le brûleur à flamme 40 permet de contrôler la température des gaz chauds qui en sortent. The injection of compressed air into the flame burner 40 can control the temperature of the hot gas coming out. En effet, afin d'éviter la formation d'oxydes d'azotes et afin de ménager les matériaux, il est préférable de maintenir la température des éléments 24, 3, 27 du module, en-dessous d'environ 900 C. L'ajout d'air en excès permet de diluer si nécessaire l'énergie thermique des gaz chauds de manière à ne pas atteindre une température trop élevée. Indeed, in order to avoid the formation of nitrogen oxides and to preserve the materials, it is preferable to maintain the temperature of elements 24, 3, 27 of the module, below about 900 C. The excess air dilutes adding if necessary the thermal energy of hot gases so as not to reach too high a temperature. Les gaz chauds sont acheminés d'abord vers le premier brûleur 24 par la conduite 45, puis vers l'échangeur thermique de surchauffe 3 par la conduite 26, puis vers le deuxième brûleur 27 par la conduite 27. Ils sont ensuite évacués vers le groupe de compression 18 par la conduite 30. Lorsque le premier brûleur 24 a atteint la température à partir de laquelle une réaction d'oxydation partielle peut être mise en œuvre dans le réacteur de reformage 6, la première étape de montée en température prend fin. The hot gases are routed first to the first burner 24 through line 45 and then to the overheating heat exchanger 3 through line 26 and then to the second burner 27 through line 27. They are then evacuated to the group compressor 18 via line 30. When the first burner 24 has reached the temperature at which a partial oxidation reaction may be carried out in the reforming reactor 6, the first temperature rise step ends. Cette température est comprise par exemple entre 200 et 400 C. Le brûleur à flamme 40 est alors arrêté, la vanne 46 est coupée et la vanne 42 redirige l'air comprimé vers le premier brûleur 24. This temperature is for example between 200 and 400 C. The flame burner 40 is then stopped, valve 46 is shut off and the valve 42 directs pressurized air to the first burner 24.

La deuxième étape de montée en température commence alors. The second temperature increase step begins. La vanne 50 fournit au réacteur de reformage 6 un mélange d'air et de carburant de manière à avoir une réaction d'oxydation partielle dans le réacteur 6. Le reformat produit est alors acheminé vers une vanne 47 qui le dirige soit à la fois au premier brûleur 24 via la conduite 8 et au deuxième brûleur 27 via une conduite 9, soit uniquement vers le premier brûleur 24. On peut noter cependant que le reformat ne traverse pas la membrane 6' car sa pression n'est pas suffisamment élevée. The valve 50 provides the reforming reactor 6 a mixture of air and fuel so as to have a partial oxidation reaction in the reactor 6. The product reformate is then supplied to a valve 47 which directs it either to both first burner 24 via line 8 and the second burner 27 via a conduit 9, either only to the first burner 24. it may be noted however that the reformate does not cross the membrane 6 'because its pressure is not sufficiently high. Durant cette deuxième étape, le reformat est brûlé, soit successivement soit simultanément, dans les brûleurs 24 et 27. On obtient ainsi de l'énergie thermique qui est transmise par conduction au réacteur de reformage 6 et au générateur de vapeur 2, sans qu'il soit nécessaire d'apporter du carburant supplémentaire. During this second stage, the reformate is burned, either sequentially or simultaneously, into the burners 24 and 27. This provides thermal energy which is transmitted by conduction to the reforming reactor 6 and the steam generator 2, without that it is necessary to make additional fuel. De cette façon, on augmente encore la vitesse de réchauffement du module 1, on économise le carburant et on limite les émissions polluantes. In this way, it further increases the warming speed module 1, saves fuel and limit emissions. Le réchauffement du module 1 est également renforcé par le caractère exothermique de la réaction d'oxydation partielle. Module 1 of the warming is also enhanced by the exothermic nature of the partial oxidation reaction. Enfin, le reformat transite dans les brûleurs 24 et 27 de manière à être complètement brûlé avant le rejet à l'échappement, c'est-à-dire de manière à être moins toxique. Finally, the reformate passes through the burners 24 and 27 so as to be completely burned before discharge to the exhaust, that is to say so as to be less toxic. Une fois que le brûleur 24 a atteint la température de fonctionnement nominale du réacteur 6, la vanne 50 est coupée et la phase de démarrage prend fin. Once the burner 24 has reached the nominal temperature of the reactor 6, the valve 50 is shut off and the starting phase is terminated. On réalise alors une montée en pression de la vapeur d'eau et du carburant qui sont fournis par la conduite 7 au réacteur de reformage 6, et une réaction de vapo-reformage peut alors être mise en oeuvre. It realizes a rise in pressure of the water vapor and fuel which are supplied via line 7 to the reforming reactor 6, and a steam reforming reaction can be carried out. Il est préférable de réaliser la montée en pression lorsque la membrane 6' est à sa température nominale. It is preferable to perform the pressure increase when the membrane 6 is at its nominal temperature. En effet, si l'hydrogène permée à travers la membrane 6' avant que celle-ci ne soit à sa température nominale, il y a un risque pour qu'elle se fissure. Indeed, if the hydrogen permeates through the membrane 6 'before the latter is at its nominal temperature, there is a risk for it to crack. L'hydrogène produit est alors acheminé vers le compartiment anodique 13 de la pile à combustible 12, via la conduite 10, tandis que les gaz de rejet sont acheminés soit vers les deux brûleurs catalytiques 24, 27, soit uniquement vers le premier brûleur catalytique 24, pour d'une part y être brûlés avant leur rejet à l'échappement, et d'autre part fournir de l'énergie thermique nécessaire à la réaction de vapo-reformage. The hydrogen produced is then fed to the anode compartment 13 of the fuel cell 12 via the pipe 10, while exhaust gases are routed either to the two catalytic burners 24, 27, or only to the first catalytic burner 24 for one hand be burnt before being discharged into the exhaust, and secondly to provide thermal energy required for the steam reforming reaction.

Sur la figure 2, un autre mode de réalisation est représenté dans lequel les éléments communs au premier mode de réalisation portent les mêmes références. In Figure 2, another embodiment is shown wherein the elements common to the first embodiment bear the same references. Dans ce mode de réalisation, la membrane 6' n'est pas couplée au réacteur de reformage 6 mais est montée en amont du réacteur 6. Une vanne 60 est alors montée entre le réacteur 6 et la membrane 6', et permet d'acheminer le reformat produit par le réacteur 6 soit vers la membrane 6' soit vers les brûleurs catalytiques 24 et 27 via les conduites 61 et 62. La vanne 60 est commandée par l'unité 43 et contrôle la fin de la phase de démarrage. In this embodiment, the membrane 6 'is not coupled to the reforming reactor 6 but is mounted upstream of the reactor 6. A valve 60 is then mounted between the reactor 6 and the membrane 6', and is used to route the reformate produced by the reactor 6 or to the membrane 6 'either to the catalytic burners 24 and 27 via lines 61 and 62. the valve 60 is controlled by the control unit 43 and the end of the starting phase. En effet, pendant la deuxième étape de la phase de démarrage, le réacteur 6 met en oeuvre une réaction d'oxydation partielle et le reformat produit est acheminé vers les brûleurs catalytiques 24, 27 via la vanne 60. Par contre, en fonctionnement stationnaire, la vanne 60 achemine le reformat produit par vapo-reformage, vers la membrane 6'. Indeed, during the second stage of the starting phase, the reactor 6 implements a partial oxidation reaction and the product reformate is fed to the catalytic burner 24, 27 via valve 60. By against, in stationary operation, the valve 60 routes the reformate produced by steam reforming, to the membrane 6 '. La membrane 6' fournit alors d'une part un gaz riche en hydrogène qui alimente le compartiment anodique 13, et d'autre part des gaz de rejet qui sont acheminés vers le premier brûleur 24 via la conduite 63 pour y être brûlés. The membrane 6 'then provides on one hand a hydrogen rich gas supplied to the anode compartment 13, and secondly the exhaust gas which are fed to the first burner 24 via line 63 to be burned therein. Le fonctionnement du reste du module 1 reste analogue au premier mode de réalisation. The operation of the rest of the module 1 remains similar to the first embodiment.

Selon une variante de l'invention, le carburant peut être vaporisé dans un échangeur thermique indépendant avant d'être injecté dans le surchauffeur. According to a variant of the invention, the fuel can be vaporized in a separate heat exchanger before being injected into the superheater. De même, selon une autre variante de l'invention, un purificateur ou plusieurs peuvent être placés à la suite du réacteur de reformage. Similarly, according to another variant of the invention, a purifier or more may be placed after the reforming reactor. Dans ce cas, la membrane de séparation d'hydrogène peut être placée à la suite des purificateurs, ou bien peut leur être associée. In this case, the hydrogen separation membrane can be placed following purifiers, or may be associated with them. Selon une autre variante, un troisième brûleur catalytique peut être associé à l'échangeur thermique de surchauffe. According to another variant, a third catalytic burner may be associated with the heat exchanger from overheating. Le module de puissance tel que décrit précédemment peut être utilisé au sein d'un véhicule automobile pour diverses applications. The power module as described above can be used in a motor vehicle for various applications.

Ainsi, selon la gamme de puissance délivrée par le module, on pourra envisager soit l'entraînement du véhicule, soit l'alimentation des équipements électriques du véhicule, soit enfin une prolongation d'autonomie du véhicule. Thus, according to the power range delivered by the module, may be considered to be driving the vehicle or power electrical equipment of the vehicle, or finally a vehicle autonomy extension.

Claims (12)

    REVENDICATIONS
  1. 1. Module de puissance (1) comprenant : - une pile à combustible (12) alimentée en gaz riche en oxygène et en gaz riche en hydrogène, et capable de générer de l'énergie électrique, - un réacteur de reformage (6) monté en amont de la pile à combustible (12) et alimenté en carburant hydrocarboné et en vapeur d'eau ou en gaz riche en oxygène, et capable de produire un reformat, - une membrane de séparation d'hydrogène (6') montée en aval et/ou couplée au réacteur de reformage (6), et capable de produire un gaz plus riche en hydrogène que le reformat et des gaz de rejet, caractérisé en ce que le module de puissance (1) comprend également : - un premier brûleur catalytique (24) en contact thermique avec le réacteur de reformage (6) et pouvant être alimenté par des gaz de rejet issus de la membrane de séparation d'hydrogène (6') ou par le reformat provenant du réacteur de reformage (6), - une source de chaleur extérieure (40) alimentée en carburant et en gaz r 1. A power module (1) comprising: - a fuel cell (12) fed with oxygen-rich gas and hydrogen-rich gas, and capable of generating electric power, - a reforming reactor (6) mounted upstream of the fuel cell (12) and supplied with hydrocarbon fuel and water vapor or oxygen-rich gas, and capable of producing a reformate, - a membrane hydrogen separation (6 ') mounted downstream and / or coupled to the reforming reactor (6), and capable of producing a hydrogen-rich gas than the reformate and discharge gas, characterized in that the power module (1) further comprises: - a first catalytic burner (24) in thermal contact with the reforming reactor (6) and being fed with exhaust gas from the membrane separation of hydrogen (6 ') or by the reformate from the reformer reactor (6), - an external heat source (40) supplied with fuel gas and r iche en oxygène, et capable de produire des gaz brûlés, - et en ce que le réacteur de reformage (6) est monté de manière à pouvoir être chauffé par les gaz brûlés issus de la source de chaleur extérieure (40), et le premier brûleur catalytique (24) est monté de manière à pouvoir être chauffé par la combustion du reformat et/ou des gaz de rejet. eference oxygen, and capable of producing exhaust gas, - and in that the reforming reactor (6) is mounted so as to be heated by the flue gases from the external heat source (40), and the first catalytic burner (24) is mounted so as to be heated by the combustion of reformate and / or waste gas.
  2. 2. Module de puissance (1) selon la revendication 1 dans lequel la source de chaleur extérieure (40) est un brûleur à flamme (40). 2. Power module (1) according to claim 1 wherein the external heat source (40) is a flame burner (40).
  3. 3. Module de puissance (1) selon la revendication 1 ou 2 dans lequel le premier brûleur catalytique (24) peut être alimenté par les gaz issus de la pile à combustible (12) et/ou un gaz riche en oxygène et/ou du carburant. 3. Power module (1) according to claim 1 or 2 wherein the first catalytic burner (24) can be supplied by gas from the fuel cell (12) and / or a gas rich in oxygen and / or fuel.
  4. 4. Module de puissance (1) selon l'une des revendications 1 à 3 comprenant également un générateur de vapeur (2) monté en amont du réacteur de reformage (6), alimenté en eau et capable de produire de la vapeur d'eau, et un deuxième brûleur catalytique (27) en contactthermique avec le générateur de vapeur (2) et pouvant être alimenté par des gaz issus du. 4. Power module (1) according to one of claims 1 to 3 further comprising a steam generator (2) connected upstream of the reforming reactor (6) supplied with water and capable of producing water vapor and a second catalytic burner (27) contactthermique with the steam generator (2) and being supplied with the gases from the. premier brûleur (24) et/ou par le reformat issus du réacteur de reformage (6) et éventuellement par du carburant, le deuxième brûleur catalytique (27) étant monté de manière à pouvoir être chauffé par la combustion du reformat et/ou des gaz de rejet. first burner (24) and / or by the reformate from the reformer reactor (6) and optionally with fuel, the second catalytic burner (27) being mounted so as to be heated by the combustion of reformate and / or gas rejection.
  5. 5. Module de puissance (1) selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel une vanne (46) est montée entre la sortie de la source de chaleur extérieure (40) et l'entrée du premier brûleur catalytique (24), la vanne (46) étant commandée par un capteur de température du catalyseur (44) monté dans le premier brûleur catalytique (24). 5. Power module (1) according to one of claims 1 to 4 wherein a valve (46) is mounted between the outlet of the external heat source (40) and the inlet of the first catalytic burner (24), the valve (46) being controlled by a catalyst temperature sensor (44) mounted in the first catalytic burner (24).
  6. 6. Module de puissance (1) selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel une vanne (47) commandée à trois voies est montée entre la sortie du réacteur de reformage (6) et l'entrée des premier et deuxième brûleurs (24, 27), la vanne (47) à trois voies étant commandée par un capteur de température du catalyseur (44) monté dans le premier brûleur catalytique (24). 6. A power module (1) according to one of claims 1 to 4 wherein a valve (47) controlled three-way is mounted between the outlet of the reforming reactor (6) and the input of the first and second burners ( 24, 27), the valve (47) three-way catalyst is controlled by a temperature sensor (44) mounted in the first catalytic burner (24).
  7. 7. Module de puissance (1) selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel une vanne (60) commandée à trois voies est montée entre la sortie du réacteur de reformage (6), l'entrée des premier et deuxième brûleurs (24, 27) et l'entrée de la membrane de séparation d'hydrogène (6'), la vanne à trois voies (60) étant commandée par un capteur de température du catalyseur (44) monté dans le premier brûleur catalytique (24). 7. Power module (1) according to one of claims 1 to 4 wherein a valve (60) controlled three-way is mounted between the outlet of the reforming reactor (6), the input of the first and second burners ( 24, 27) and the inlet of the membrane separation of hydrogen (6 '), the three-way valve (60) being controlled by a catalyst temperature sensor (44) mounted in the first catalytic burner (24) .
  8. 8. Module de puissance (1) selon l'une des revendications précédentes comprenant également un échangeur thermique de surchauffe (3) alimenté respectivement par la vapeur issue du générateur de vapeur (2) et par les gaz brûlés issus du premier brûleur (24), et fournissant respectivement de la vapeur d'eau surchauffée au réacteur de reformage (6) et des gaz brûlés au deuxième brûleur (27), l'échangeur thermique de surchauffe (2) étant monté de façon à pouvoir être chauffé par les gaz issus du premier brûleur (24). 8. Power module (1) according to one of the preceding claims further comprising a heat exchanger for superheating (3) respectively supplied by the steam from the steam generator (2) and the flue gases from the first burner (24) and respectively providing the superheated steam to the reforming reactor (6) and of the burnt gases to the second burner (27), the heat exchanger superheat (2) being mounted so as to be heated by the gases the first burner (24).
  9. 9. Module de puissance (1) selon la revendication 8 dans lequel le premier brûleur (24), l'échangeur thermique de surchauffe (3) et ledeuxième brûleur (27) sont montés en série sur le circuit d'évacuation des gaz brûlés. 9. A power module (1) according to claim 8 wherein the first burner (24), the heat exchanger superheat (3) and ledeuxième burner (27) are mounted in series on the exhaust circuit of the burnt gases.
  10. 10. Procédé de mise en oeuvre d'un module de puissance (1) comprenant une pile à combustible (12) alimentée en gaz riche en hydrogène par un réacteur de reformage (6) associé à une membrane de séparation d'hydrogène (6'), caractérisé en ce que : le module de puissance (1) comprend également un premier brûleur catalytique (24) en contact thermique avec le réacteur de reformage (6), dans lequel, dans une phase de démarrage : - on fait monter la température du premier brûleur (24) et du réacteur de reformage (6) jusqu'à une première température au moyen d'une source de chaleur extérieure (40), puis - on fait monter la température du réacteur de reformage (6) jusqu'à une deuxième température en réalisant une réaction d'oxydation partielle dans le réacteur de reformage (6), et on fait monter la température du premier brûleur catalytique (24) par combustion du reformat produit par le réacteur de reformage (6). 10. A method for implementing a power module (1) comprising a fuel cell (12) fed with hydrogen-rich gas by a reforming reactor (6) associated with a hydrogen-separation membrane (6 ' ), characterized in that: the power module (1) also comprises a first catalytic burner (24) in thermal contact with the reforming reactor (6), wherein in a starting phase - the temperature is increased the first burner (24) and the reforming reactor (6) to a first temperature by means of an external heat source (40) and - is raised the reforming reactor temperature (6) to a second temperature by performing a partial oxidation reaction in the reforming reactor (6), and raises the temperature of the first catalytic burner (24) by combustion of the reformate produced by the reforming reactor (6).
  11. 11. Procédé selon la revendication précédente dans lequel le module (1) comprend également un deuxième brûleur catalytique (27) qui, lors de la phase de démarrage, est chauffé d'abord par la source de chaleur extérieure (40), puis par combustion du reformat produit par la réaction d'oxydation partielle. 11. Method according to the preceding claim wherein the module (1) also comprises a second catalytic burner (27) which, during the starting phase, is first heated by the external heat source (40) and then by combustion the reformate produced by the partial oxidation reaction.
  12. 12. Procédé selon la revendication 11 dans lequel, après la phase de démarrage : - on alimente le réacteur de reformage (6) avec un mélange de vapeur d'eau et de carburant sous pression de manière à obtenir à la sortie de la membrane (6'), d'une part de l'hydrogène provenant du reformat produit par vapo-reformage et ayant traversé la membrane (6'), et d'autre part des gaz n'ayant pas traversé la membrane (6') ; 12. The method of claim 11 wherein after the start phase: - it supplies the reforming reactor (6) with a steam mixing and pressurized fuel so as to obtain at the outlet of the membrane ( 6 '), a part of the hydrogen from the reformate produced by steam reforming and having passed through the membrane (6'), and secondly the gases has not passed through the membrane (6 '); - on alimente la pile à combustible (12) avec l'hydrogène ayant traversé la membrane (6'), et - on alimente les premier et deuxième brûleurs (24, 27) avec les gaz n'ayant pas traversé la membrane (6'). - is fed to the fuel cell (12) with hydrogen passed through the membrane (6 '), and - the first and second burners is fed (24, 27) with the gas which has not passed through the membrane (6' ).
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