FR2941093A1 - Electrical energy producing system for transport vehicle i.e. motor vehicle, has fuel gas supply circuit whose inner volume is larger than inner volume of combustive gas supply circuit - Google Patents

Electrical energy producing system for transport vehicle i.e. motor vehicle, has fuel gas supply circuit whose inner volume is larger than inner volume of combustive gas supply circuit Download PDF

Info

Publication number
FR2941093A1
FR2941093A1 FR0900886A FR0900886A FR2941093A1 FR 2941093 A1 FR2941093 A1 FR 2941093A1 FR 0900886 A FR0900886 A FR 0900886A FR 0900886 A FR0900886 A FR 0900886A FR 2941093 A1 FR2941093 A1 FR 2941093A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
supply circuit
gas supply
fuel gas
fuel
inner volume
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
FR0900886A
Other languages
French (fr)
Inventor
Gino Paganelli
Olivier Essinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Michelin Recherche et Technique SA Switzerland
Michelin Recherche et Technique SA France
Societe de Technologie Michelin SAS
Original Assignee
Michelin Recherche et Technique SA Switzerland
Michelin Recherche et Technique SA France
Societe de Technologie Michelin SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Michelin Recherche et Technique SA Switzerland, Michelin Recherche et Technique SA France, Societe de Technologie Michelin SAS filed Critical Michelin Recherche et Technique SA Switzerland
Priority to FR0900886A priority Critical patent/FR2941093A1/en
Publication of FR2941093A1 publication Critical patent/FR2941093A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04228—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during shut-down
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H01M8/04303—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during shut-down
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04097—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with recycling of the reactants
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

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

Abstract

The system has a fuel gas i.e. hydrogen, supply circuit (11) whose inner volume is larger than inner volume of a combustive gas i.e. pure oxygen, supply circuit (12). Pressure in the combustive gas supply circuit and pressure in the fuel gas supply circuit during normal operation, are in specific value that number of fuel gas moles available at the time of starting of extinction processes in the fuel gas supply circuit is equal to twice the number of residual oxygen moles in the combustive gas supply circuit, based on the inner volumes of the fuel and combustive gas supply circuits.

Description

D0.11A/\, DE L 'IN I TNT/ON D0.11A / \, FROM THE IN I TNT / ON

La présente invention se rapporte aux piles à combustibles, en particulier mais non exclusivement aux piles à combustible du type à électrolyte sous la forme d'une membra le polymère (c'est à dire de type PEFC pour Polymer Electrolyte Fuel Cell). The present invention relates to fuel cells, particularly but not exclusively to electrolyte type fuel cells in the form of a polymer membrane (ie PEFC type for Polymer Electrolyte Fuel Cell).

ETAT DE LA TECHNIQUE On sait que les piles à combustibles permettent la production directe d'énergie électrique par une réaction électrochimique d'oxydoréduction à partir d'hydrogène (le carburant) et d'oxygène (le comburant), sans passer par une conversion en énergie mécanique. Cette technologie semble prometteuse notamment pour des applications automobiles. Une pile à combustible comporte en général l'association en série d'éléments unitaires qui, chacun, sont constitués essentiellement d'une anode et d'une cathode séparées par une membrane polymère permettant le passage d'ions de l'anode à la cathode. STATE OF THE ART It is known that fuel cells allow the direct production of electrical energy by an electrochemical oxidation-reduction reaction from hydrogen (the fuel) and oxygen (the oxidant), without going through a conversion to mechanical energy. This technology seems promising especially for automotive applications. A fuel cell generally comprises the series combination of unitary elements, which each consist essentially of an anode and a cathode separated by a polymer membrane allowing the passage of ions from the anode to the cathode .

D'une làçon générale, l'extinction d'une pile est réalisée en prolongeant la réaction électrochimique normale de la pile jusqu'à l'écroulement de la tension dû à la consommation complète d'au moins un des gaz résiduel. Pour limiter les mécanismes de dégradation, notamment la corrosion du carbone généralement utilisé comme support pour le catalyseur des piles PEFC, il faut garantir que l'oxygène s'épuise avant l'hydrogène. Il faut donc assurer que la pile soit alimentée en hydrogène jusqu'à la fin de l'extinction. :25 Pour des raisons de sécurité, les piles à combustible sont en général équipées de vannes de couture en H2 et 02 qui restent fermées lors des arrêts. Dans ce cas, il n'est pas possiblc de prélever l'H2 dans le réservoir pendant la procédure d'extinction. La pile doit donc fonctionner avec uniquement l'hydrogène résiduel dans ses canaux, les tubulures, 30 les rése•voirs internes de déshumidification et autres éléments de la ligne d'alimentation P10-2243 -2- In general, the extinction of a battery is achieved by extending the normal electrochemical reaction of the battery until the collapse of the voltage due to the complete consumption of at least one of the residual gas. To limit the degradation mechanisms, in particular the corrosion of the carbon generally used as support for the PEFC battery catalyst, it must be ensured that the oxygen is depleted before the hydrogen. It must therefore be ensured that the battery is supplied with hydrogen until the end of extinction. : 25 For safety reasons, fuel cells are usually equipped with H2 and 02 seam valves which remain closed during stops. In this case, it is not possible to take the H2 in the tank during the shutdown procedure. The cell must therefore operate with only residual hydrogen in its channels, tubings, internal dehumidification networks, and other elements of the supply line P10-2243 -2-

allant de la vanne de sécurité jusque la pile à combustible proprement dite, ces éléments étant désignés dans la suite en général comme le circuit d'alimentation de la pile à combustible. ranging from the safety valve to the fuel cell itself, these elements being hereinafter generally referred to as the fuel cell supply circuit.

Compte tenu de la relation stoechiométrique de la réaction électrochimique, la consommation de gaz est deux fois plus importante coté hydrogène, c'est-à-dire côté anode. En l'absence de disposition particulière, l'hydrogène vient donc normalement à manquer avant l'oxygène, surtout si les volumes de gaz aux conditions normales naturellement disponibles pour l'extinction dans les circuits d'alimentation anode et cathode sont sensiblement égaux. Given the stoichiometric relationship of the electrochemical reaction, the gas consumption is twice as high on the hydrogen side, that is to say on the anode side. In the absence of any particular arrangement, the hydrogen is therefore normally lacking before the oxygen, especially if the natural gas volumes normally available for extinguishing in the anode and cathode supply circuits are substantially equal.

Selon la demande de brevet EP 2003719, une première solution consiste à garantir l'excès d'hydrogène en purgeant l'oxygène excédentaire à l'atmosphère. Cependant il faut pour cela que la pression cathode soit suffisamment élevée, ce qui ne peut pas toujours '.tre garantie. According to the patent application EP 2003719, a first solution is to guarantee the excess of hydrogen by purging the excess oxygen in the atmosphere. However, this requires that the cathode pressure be sufficiently high, which can not always be guaranteed.

L'objectif de l'invention est de parvenir à un arrêt maîtrisé et rapide de la pile à combustible, c'est à dire à un arrêt des processus électrochimiques internes de façon à garantir que le volume d'hydrogène aux conditions normales disponible pour l'extinction soit toujours au moins égale à deux fois le volume d'oxygène résiduel aux conditions normales. The objective of the invention is to achieve a controlled and rapid stop of the fuel cell, that is to say a stop of internal electrochemical processes so as to ensure that the volume of hydrogen at normal conditions available for the first time. extinction is always at least twice the volume of residual oxygen under normal conditions.

BRE1 T DE SCRIPTIO.\' DE L '1.vr'F_.VTIO\ Poursuivant une approche différente, il est proposé ici une solution permettant d'emmagasiner toujours dans la pile à combustible les gaz en proportion convenable pour éliminer tout risque de sous alimentation en hydrogène lors des extinctions de la pile à combustible limitant ainsi la corrosion des électrodes et l'amenant aux conditions idoines peur un arrêt prolongé et pour un futur redémarrage. SCREENING OF THE 1.Vr'F_.VTIO \ Pursuing a different approach, it is proposed here a solution allowing to always store in the fuel cell the gases in suitable proportion to eliminate any risk of under Hydrogen supply during fuel cell extinctions thus limiting the corrosion of the electrodes and bringing it to the appropriate conditions for a prolonged shutdown and for a future restart.

P10-2243 -3- P10-2243 -3-

L'invention propose un système de fourniture d'électricité comportant une pile à combustible et une alimentation en gaz carburant et en gaz comburant, la pile à combustible étant formée par un empilage de cellules électrochimiques ayant une anode et une cathode, chaque cellule électrochimique comportant, à la fois côté anode et côté cathode. un réseau interne de canaux de répartition du fluide sur toute la surface active de ladite ce iule, ledit réseau interne de canaux de répartition du fluide étant disposé sur une plaque de distribution de fluide, le système comportant, à la fois côté alimentation en gaz carburant et côté alimentation en gaz comburant, un circuit d'alimentation délimité par une vanne de coupure côté extérieur à la pile et, côté interne à la pile, par ledit réseau interne de canaux de répartition du fluide, dans lequel le volume interne du circuit d'alimentation en gaz carburant est supérieur au volume interne du circuit d'alimentation en gaz comburant et. en fonctionnement normal, la pression régnant dans le circuit d'alimentation en gaz comburant et la pression régnant dans le circuit d'alimentation en gaz carburant sont telles que, compte tenu du volume interne du circuit d'alimentation en gaz comburant et du volume interne du circuit d'alimentation en gaz carburant, le nombre cle môles de gaz carburant toujours disponible au début du processus d'extinction dans le c rcuit d'alimentation en gaz carburant est supérieur ou égal au double du nombre de môles d'oxygène résiduel dans le circuit d'alimentation en gaz comburant. The invention proposes an electricity supply system comprising a fuel cell and a supply of fuel gas and oxidizing gas, the fuel cell being formed by a stack of electrochemical cells having an anode and a cathode, each electrochemical cell comprising , both anode side and cathode side. an internal network of fluid distribution channels over the entire active surface of said fluid, said internal network of fluid distribution channels being disposed on a fluid distribution plate, the system comprising both fuel gas supply side and on the supply side of oxidizing gas, a supply circuit delimited by a shut-off valve on the outside of the cell and, on the inside of the cell, by said internal network of fluid distribution channels, in which the internal volume of the fuel gas supply is greater than the internal volume of the combustion gas supply circuit and. in normal operation, the pressure in the combustion gas supply circuit and the pressure in the fuel gas supply circuit are such that, taking into account the internal volume of the combustion gas supply circuit and the internal volume of the fuel gas supply circuit, the number of fuel gas moles always available at the beginning of the extinguishing process in the fuel gas supply system is greater than or equal to twice the number of residual oxygen moles in the combustion gas supply circuit.

Ainsi, l'invention permet une approche permettant, par une adaptation simple à calculer et à meule en oeuvre, de s'assurer que le circuit d'alimentation en gaz carburant comporte toujours >uffisamment de gaz pour que l'extinction de la pile résulte de l'épuisement en oxygène au circuit d'alimentation en gaz comburant. Thus, the invention allows an approach allowing, by a simple adaptation to calculate and grinding implement, to ensure that the fuel gas supply circuit always includes> sufficient gas for the extinction of the battery results from the oxygen depletion to the combustion gas supply circuit.

Ceci est remarquable car, dans les piles à combustibles alimentées en air atmosphérique pour fournir l'oxygène à la réaction électrochimique, en raison de la présence d'azote dans l'air atmosphérique, le volume interne du circuit d'alimentation en gaz comburant est très supérieur au volume interne du circuit d'alimentation en gaz carburant, ce qui ne va pas dans le sens de la règle proposée ci-dessus. Ceci est dû aux canaux internes et tuyaux plus largement dimensionnés pour acheminer l'azote et à la présence d'un P10-2243 compresseur dans le circuit. Au final, en dépit d'un volume rempli au 4/5 d'azote, la proportion H2/O2 résiduels est en général contraire à l'enseignement de la présente invention. This is remarkable because, in fuel cells supplied with atmospheric air to supply oxygen to the electrochemical reaction, due to the presence of nitrogen in the atmospheric air, the internal volume of the combustion gas supply circuit is much higher than the internal volume of the fuel gas supply circuit, which is not in line with the rule proposed above. This is due to the internal channels and pipes more widely dimensioned to convey nitrogen and the presence of a P10-2243 compressor in the circuit. In the end, despite a volume filled with 4/5 nitrogen, the residual H2 / O2 ratio is in general contrary to the teaching of the present invention.

En fait, ce qui est important pour le bon déroulement et la bonne fin de l'extinction d'une pile à combustible, sans provoquer de dommage aux cellules électrochimiques, c'est la quantité de gaz (exprimée par exemple en moles) disponible pour l'extinction. Cette quantité est certes liée au volume du circuit niais elle dépend aussi de la pression y régnant. Dès lors, de préférence, un système selon l'invention est configuré de telle sorte que, en fonctionnement normal, la pression régnant dans le circuit d'alimentation en gaz comburant et la pression régnant dans le circuit d'alimentation en gaz carburant sont telles que, compte tenu du volume interne du circuit d'alimentation en gaz comburant et du volume interne du circuit d'alimentation en gaz carburant, le nombre de môles de gaz carburant dans le circuit d'alimentation en gaz carburant est supérieur ou égal au double du nombre de môles d'oxygène dans le circuit d'alimentation en gaz comburant. In fact, what is important for the good progress and the good end of the extinction of a fuel cell, without causing damage to the electrochemical cells, is the quantity of gas (expressed for example in moles) available for extinction. This quantity is certainly related to the volume of the circuit but it also depends on the pressure therein. Therefore, preferably, a system according to the invention is configured such that, in normal operation, the pressure in the combustion gas supply circuit and the pressure in the fuel gas supply circuit are such that that, taking into account the internal volume of the combustion gas supply circuit and the internal volume of the fuel gas supply circuit, the number of moles of fuel gas in the fuel gas supply circuit is greater than or equal to twice the number of oxygen moles in the combustion gas supply circuit.

Dans le cas de piles à combustibles alimentées en oxygène pur, les dispositions constructives habituelles ne conduisent en général pas à un nombre de moles d'hydrogène résiduel dans le circuit d'alimentation en gaz carburant supérieur à deux fois le nombre de moles d'oxygène résiduel dans le circuit d'alimentation en gaz comburant. In the case of fuel cells supplied with pure oxygen, the usual construction arrangements generally do not lead to a number of moles of residual hydrogen in the fuel gas supply circuit greater than twice the number of moles of oxygen. residual in the combustion gas supply circuit.

La règle de bonne pratique exposée auparavant, proposant un dimensionnement relatif des volumes internes du circuit d'alimentation en gaz carburant et volume interne du circuit d'alimentation en gaz comburant, s'avère très utile à la construction d'une pile à combustible permettant un arrêt efficace de son fonctionnement. The good practice rule described above, proposing a relative sizing of the internal volumes of the fuel gas supply circuit and internal volume of the combustion gas supply circuit, proves very useful for the construction of a fuel cell allowing an effective stop of its operation.

Dans la suite de la description, on illustre l'invention en considérant une pile à combustible du type à électrolyte sous la forme d'une membrane polymère (c'est à dire de type FEFC pour Polymer Electrolyte Fuel Cell), alimentée en oxygène pur comme gaz P10-2243 -5- In the remainder of the description, the invention is illustrated by considering an electrolyte-type fuel cell in the form of a polymer membrane (that is to say of the FEFC type for Polymer Electrolyte Fuel Cell) fed with pure oxygen. as gas P10-2243 -5-

comburant. Ces deux aspects ne sont pas limitatifs mais ceci constitue un mode de réalisation favorable pour les applications aux véhicules de transport. en particulier les véhicules automobiles. En effet, la sous-alimentation en hydrogène est un problème auquel les piles à combustible de type PEFC sont assez sensibles. BREI'E D ~SCRIPTION DES FIGURES oxidizer. These two aspects are not limiting but this is a favorable embodiment for applications to transport vehicles. especially motor vehicles. Indeed, the under-supply of hydrogen is a problem to which PEFC fuel cells are quite sensitive. BRIEF DESCRIPTION OF FIGURES

La suite de la description permet de bien faire comprendre tous les aspects de l'invention 10 au moyen des dessins joints dans lesquels : la figure 1 est un schéma d'un système de production d'énergie électrique utilisant une pile à combustible alimentée en oxygène pur ; The remainder of the description makes it possible to fully understand all aspects of the invention 10 by means of the accompanying drawings in which: FIG. 1 is a diagram of an electric power generation system using an oxygen-fueled fuel cell pure;

15 DESCRIPYIO.V DE .tIEILLEURS MODES DE REALISATIO1V DE L'LA'lTNT/ON 15 DESCRIPTION OF LATEST MODULES OF REALIZATION OF LA'LTNT / ON

A la figure 1, on voit une pile à combustible I du type à électrolyte sous la forme d'une membrane polymère (c'est à dire de type PEFC pour Polymer Electrolyte Fuel Cell). La pile à combustible 1 est approvisionnée par deux gaz, à savoir le carburant (l'hydrogène 20 stocké ou fabriqué à bord du véhicule) et le comburant (l'oxygène pur) qui alimentent les électrodes des cellules électrochimiques. Pour simplifier, la figure 1 ne représente que les éléments des circuits de gaz utiles à la compréhension de l'invention. In Figure 1, we see a fuel cell I of the electrolyte type in the form of a polymer membrane (ie PEFC type for Polymer Electrolyte Fuel Cell). The fuel cell 1 is supplied by two gases, namely the fuel (hydrogen stored or manufactured on board the vehicle) and the oxidant (pure oxygen) which feed the electrodes of the electrochemical cells. For simplicity, Figure 1 shows only the elements of the gas circuits useful for understanding the invention.

L'installation comporte un circuit d'alimentation en gaz carburant 11 coté anodes. On 25 voit un -éservoir d'hydrogène pur H2 relié à l'entrée du circuit anodique de la pile à combust ble 1 au moyen d'une canalisation d'alimentation qui passe par une vanne de coupure 110, puis par un éjecteur 113. Une sonde de pression 111 est installée sur la canalisation juste avant l'entrée dans la pile à combustible 1. Fait partie du circuit d'alimentation en gaz carburant I 1 un circuit de recyclage 1 1 R. branché à la sortie du 30 circuit anodique de la pile à combustible 1. L'éjecteur 113 ainsi qu'une pompe de P10-2243 -6 The installation comprises a fuel supply circuit 11 on the anode side. There is seen a pure hydrogen tank H2 connected to the inlet of the anode circuit of the combustor cell 1 by means of a supply line which passes through a shutoff valve 110 and then by an ejector 113. A pressure sensor 111 is installed on the pipeline just prior to entry into the fuel cell 1. Part of the fuel gas supply circuit I 1 is a recycling circuit 1 1 R. connected to the outlet of the anode circuit of the fuel cell 1. The ejector 113 and a pump of P10-2243 -6

recirculation 115 assurent le recyclage des gaz non consommés à travers un séparateur d'eau 114 et le mélange au gaz frais en provenance du réservoir. On voit aussi une vanne & régulation de pression 117 se trouvant entre la vanne de coupure 110 et l'éjecteur 113. recirculation 115 ensure the recycling of unconsumed gases through a water separator 114 and fresh gas mixture from the tank. We also see a pressure regulating valve 117 located between the shutoff valve 110 and the ejector 113.

L'installation comporte aussi un circuit d'alimentation en gaz comburant 12 coté cathodes. On voit un réservoir d'oxygène pur 02 relié à l'entrée du circuit cathodique de la pile à combustible 1 au moyen d'une canalisation d'alimentation qui passe par une vanne de coupure 120, puis par une vanne de régulation de pression 127, puis par un éjecteur 123. Une sonde de pression 121 est installée sur la canalisation juste avant l'entrée dans la pile à combustible 1. Fait partie du circuit d'alimentation en gaz combura:it 11 un circuit de recyclage 12R, branché à la sortie du circuit cathodique de la pile à combustible 1. L'éjecteur 123 ainsi qu'une pompe de recirculation 125 assurent le recyclage des gaz non consommés à travers un séparateur d'eau 124 et le mélange au gaz frais en provenance du réservoir. Juste à la sortie des gaz de la pile à combustible 1, on voit une vanne de purge 122 permettant de mettre à l'atmosphère le circuit d'oxygène. The installation also includes a combustion gas supply circuit 12 on the cathode side. A pure oxygen reservoir 02 is seen connected to the input of the cathode circuit of the fuel cell 1 by means of a supply pipe which passes through a shut-off valve 120 and then by a pressure regulating valve 127 , then by an ejector 123. A pressure sensor 121 is installed on the pipe just before entering the fuel cell 1. Part of the combura gas supply system: it 11 a recycling circuit 12R, connected to the output of the cathode circuit of the fuel cell 1. The ejector 123 and a recirculation pump 125 ensure the recycling of unconsumed gases through a water separator 124 and fresh gas mixture from the tank. Just at the gas outlet of the fuel cell 1, there is a purge valve 122 for venting the oxygen circuit.

Enfin, une charge électrique 14 est branchée à la pile à combustible 1 par une ligne électrique 10. Il s'agit de dimensionner les volumes des circuits anode et cathode pour garantir en permanence une réserve d'H2 suffisante pour assurer l'extinction sans risque de sous alimentation en hydrogène. Finally, an electric charge 14 is connected to the fuel cell 1 by an electrical line 10. It is a question of dimensioning the volumes of the anode and cathode circuits in order to guarantee permanently a reserve of H2 sufficient to ensure the extinction without risk. hydrogen underfeed.

25 Voyons comment procéder au calcul des volumes des circuits anode et cathode. Soit m,,, la quantité d'oxygène, exprimé par exemple en moles, devant être totalement consommée pendant la totalité de l'extinction. Il s'agit de l'oxygène résiduel dans le circuit cathode au début de l'extinction, moins la quantité qu'il est possible de purger, plus la quantité qui est introduite dans le cas d'aspiration d'air comme décrit par exemple 30 dans la demande de brevet WO06/012954. Let's see how to calculate the volumes of the anode and cathode circuits. Let m ,,, the amount of oxygen, expressed for example in moles, to be completely consumed during the entire extinction. It is the residual oxygen in the cathode circuit at the beginning of the extinction, minus the quantity that can be purged, plus the quantity that is introduced in the case of air suction as described for example In WO06 / 012954.

P10-2243 P10-2243

Puisque la consommation de gaz est deux fois plus importante coté hydrogène, les volumes des circuits anode et cathode doivent être dimensionnés pour garantir que : mh, > 2 x ri,,, avec m,,, étant la quantité d'hydrogène, exprimée en moles, disponible au début de l'extinction dans le volume interne du circuit d'alimentation en gaz carburant (tuyaux, canaux, plaques bipolaires, ligne d'alimentation d'origine en aval de la vanne de coupure 110). Since the gas consumption is twice as high on the hydrogen side, the volumes of the anode and cathode circuits must be dimensioned to ensure that: mh,> 2 x ri ,,, with m ,,, being the quantity of hydrogen, expressed in moles, available at the beginning of extinction in the internal volume of the fuel gas supply circuit (pipes, channels, bipolar plates, original supply line downstream of the shutoff valve 110).

Les quantités et sont certes liées au volume des circuits correspondants qu'il faut dimensionner mais elles dépendent aussi de la pression y régnant. Il s'agit d'une approche simplifiée puisqu'il faudrait normalement aussi tenir compte de la température du gaz et de la non-linéarité de la densité d'hydrogène en fonction de la pression. Cependant la prise en compte de la pression s'avère suffisante pour la précision recherchée. Le calcul des volumes doit être réalisé pour les conditions de pression et de température les plus défavorables pouvant être rencontrées, c'est à dire pression minimum possible dans le circuit d'hydrogène au début de l'extinction et pression maximum résiduel possible dans le circuit d'oxygène. The quantities and are certainly related to the volume of the corresponding circuits that must be sized but they also depend on the pressure therein. This is a simplified approach since it would normally also take into account the gas temperature and the non-linearity of the hydrogen density as a function of the pressure. However, taking into account the pressure is sufficient for the desired accuracy. The volumes must be calculated for the most unfavorable pressure and temperature conditions that can be encountered, ie the minimum possible pressure in the hydrogen circuit at the beginning of the extinction and the maximum residual pressure possible in the circuit. oxygen.

Pour les piles à combustible utilisant l'air comme comburant. la pression partielle d'oxygène maximum possible doit être considérée. Par conséquent, pour des conditions de pression plus favorables, il pourrait y avoir trop d'hydrogène résiduel au terme de l'extinction. Si pour des questions de réglementations ou autres considérations il n'est pas souhEité que la pile soit stockée avec trop d'hydrogène résiduel au terme de l'extinction, il est possible de purger l'excédent d'hydrogène. Cependant il n'est possible de purger que si la pression est supérieure à celle de l'atmosphère. For fuel cells using air as an oxidizer. the maximum possible oxygen partial pressure must be considered. Therefore, for more favorable pressure conditions, there may be too much residual hydrogen at the end of the extinction. If for regulatory or other reasons it is not desirable for the cell to be stored with too much residual hydrogen at the end of the shutdown, it is possible to purge excess hydrogen. However it is possible to purge only if the pressure is higher than that of the atmosphere.

La procédure de commande de l'extinction de la pile ne fait pas partie de la présente invention. Signalons simplement que les dispositifs proposés par la présente invention P10-2243 peuvent être utilisés aussi bien avec une procédure d'extinction telle que celle décrite dans la demande de brevet WO06/012954 (voir commentaires ci-dessus), qu'avec une procédure d'extinction telle que celle décrite dans la demande de brevet EP 2017916, où la pression des gaz tend vers celle de la vapeur d'eau, la quantité d'hydrogène résiduel pouvant alors être calculée par anticipation afin de pouvoir purger si nécessaire avant que la pression ne passe sous le seuil de la pression atmosphérique. Une autre solution consiste ,i utiliser une pompe à vide pour abaisser la quantité d'hydrogène résiduel sous le seuil souhaité. The procedure for controlling the extinction of the battery is not part of the present invention. Let us simply mention that the devices proposed by the present invention P10-2243 can be used both with a quenching procedure such as that described in the patent application WO06 / 012954 (see comments above), that with a procedure of extinguishing such as that described in patent application EP 2017916, in which the pressure of the gases tends towards that of the water vapor, the quantity of residual hydrogen can then be calculated in advance so as to be able to purge if necessary before the pressure does not fall below the threshold of atmospheric pressure. Another solution is to use a vacuum pump to lower the amount of residual hydrogen below the desired threshold.

P10-2243 P10-2243

Claims (3)

REVENDICATIONS1. Système de fourniture d'électricité comportant une pile à combustible (1) et une alimentation en gaz carburant et en gaz comburant, la pile à combustible étant formée par un empilage de cellules électrochimiques ayant une anode et une cathode, chaque cellule électrochimique comportant, à la fois côté anode et côté cathode, un réseau interne de canaux de répartition du fluide sur toute la surface active de ladite cellule, ledit réseau interne de canaux de répartition du fluide étant disposé sur une plaque de distribution de fluide, le système comportant, à la fois côté alimentation en gaz carburant et côté alimentation en gaz comburant, un circuit d'alimentation (11, 12) délimité par une vanne de coup are côté extérieur à la pile et, côté interne à la pile, par ledit réseau interne de canaux de répartition du fluide, caractérisé en ce que le volume interne (v,,,) du circuit d'alimentation en gaz carburant (11) est supérieur au volume 1:5 interne (vo,) du circuit d'alimentation en gaz comburant (12), et en fonctionnement normal la pression régnant dans le circuit d'alimentation en gaz c amburant (pot) et la pression régnant dans le circuit d'alimentation en gaz carburant (pH2) sont telles que, compte tenu du volume interne (v0ä) du circuit d'alimentation en gaz comburant (12) et du volume interne (v,,,) du circuit 20 d'alimentation en gaz carburant (11), le nombre de môles de gaz carburant toujours disponible au début du processus d'extinction dans le circuit d'alimentation en gaz carburant est supérieur ou égal au double du nombre de môles d'oxygène résiduel dans le circuit d'alimentation en gaz comburant. 25 REVENDICATIONS1. An electricity supply system comprising a fuel cell (1) and a supply of fuel gas and oxidizing gas, the fuel cell being formed by a stack of electrochemical cells having an anode and a cathode, each electrochemical cell comprising, at both anode side and cathode side, an internal network of fluid distribution channels over the entire active surface of said cell, said internal network of fluid distribution channels being disposed on a fluid distribution plate, the system comprising, at both on the fuel gas supply side and on the oxidizing gas supply side, a supply circuit (11, 12) delimited by a blow valve is outside the stack and, on the inside of the battery, by said internal network of channels. of fluid distribution, characterized in that the internal volume (v ,,,) of the fuel gas supply circuit (11) is greater than the internal volume 1: 5 ( vo,) of the combustion gas supply circuit (12), and in normal operation the pressure prevailing in the gas supply circuit c ambiant (pot) and the pressure prevailing in the fuel gas supply circuit (pH2 ) are such that, given the internal volume (v0a) of the combustion gas supply circuit (12) and the internal volume (v ,,,) of the fuel gas supply circuit (11), the number of fuel gas moles always available at the start of the extinguishing process in the fuel gas supply circuit is greater than or equal to twice the number of moles of residual oxygen in the combustion gas supply circuit. 25 2. Système de fourniture d'électricité selon l'une la revendication 1, dans lequel la pile est alimentée en oxygène pur comme gaz comburant. P10-2243- 10- 2. Electricity supply system according to claim 1, wherein the cell is supplied with pure oxygen as an oxidizing gas. P10-2243- 10- 3. Système de fourniture d'électricité selon la revendication 1, dans lequel la pile à combustible est du type à électrolyte sous la forme d'une membrane polymère. P10-2243 An electricity supply system according to claim 1, wherein the fuel cell is of the electrolyte type in the form of a polymer membrane. P10-2243
FR0900886A 2009-02-27 2009-02-27 Electrical energy producing system for transport vehicle i.e. motor vehicle, has fuel gas supply circuit whose inner volume is larger than inner volume of combustive gas supply circuit Pending FR2941093A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0900886A FR2941093A1 (en) 2009-02-27 2009-02-27 Electrical energy producing system for transport vehicle i.e. motor vehicle, has fuel gas supply circuit whose inner volume is larger than inner volume of combustive gas supply circuit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0900886A FR2941093A1 (en) 2009-02-27 2009-02-27 Electrical energy producing system for transport vehicle i.e. motor vehicle, has fuel gas supply circuit whose inner volume is larger than inner volume of combustive gas supply circuit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
FR2941093A1 true FR2941093A1 (en) 2010-07-16

Family

ID=41136685

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR0900886A Pending FR2941093A1 (en) 2009-02-27 2009-02-27 Electrical energy producing system for transport vehicle i.e. motor vehicle, has fuel gas supply circuit whose inner volume is larger than inner volume of combustive gas supply circuit

Country Status (1)

Country Link
FR (1) FR2941093A1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020150809A1 (en) * 1999-11-08 2002-10-17 Albert Hammerschmidt Fuel cell installation
JP2005222707A (en) * 2004-02-03 2005-08-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd Fuel cell system and operation method
US20060166055A1 (en) * 2005-01-21 2006-07-27 Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Method for operating fuel cell
JP2006221836A (en) * 2005-02-08 2006-08-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd Fuel cell system
US20090047555A1 (en) * 2005-12-02 2009-02-19 Yasushi Sugawara Fuel cell system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020150809A1 (en) * 1999-11-08 2002-10-17 Albert Hammerschmidt Fuel cell installation
JP2005222707A (en) * 2004-02-03 2005-08-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd Fuel cell system and operation method
US20060166055A1 (en) * 2005-01-21 2006-07-27 Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Method for operating fuel cell
JP2006221836A (en) * 2005-02-08 2006-08-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd Fuel cell system
US20090047555A1 (en) * 2005-12-02 2009-02-19 Yasushi Sugawara Fuel cell system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1776730B1 (en) Control of the polymer humidifying membrane of a fuel cell
EP2017916B1 (en) Shutdown of a fuel cell supplied with pure oxygen
EP3017492B1 (en) Method for shutting down a system comprising a fuel cell stack and system comprising a fuel cell stack
EP2494643B1 (en) Method for detecting the sealed state of a fuel cell
EP1782495B1 (en) Stopping a fuel cell supplied with pure oxygen
FR2952232A1 (en) FUEL CELL AND PROCEDURE FOR STOPPING A FUEL CELL.
EP2494644B1 (en) Method for detecting the permeability state of the ion exchanger polymer membrane of a fuel cell
EP2671277A1 (en) Recirculating loop for a fuel cell
JP2007179949A (en) Fuel cell system
FR3074971A1 (en) REVERSIBLE STORAGE AND ELECTRICITY STORAGE SYSTEM COMPRISING AN ELECTROCHEMICAL CONVERTER (SOFC / SOEC) COUPLED TO A COMPRESSED AIR STORAGE / CLEANING SYSTEM (CAES)
EP3005453A1 (en) Method for maintaining the performance of a fuel cell system, and fuel cell gas circuit
JP2013165047A (en) Starting method of fuel cell system and starter of the same
FR2941093A1 (en) Electrical energy producing system for transport vehicle i.e. motor vehicle, has fuel gas supply circuit whose inner volume is larger than inner volume of combustive gas supply circuit
JP2014007169A (en) Shutdown and storing method of fuel cell system
EP2294647B1 (en) Delivery head for a fuel cell
EP3387693A1 (en) Method for controlling a fuel cell
FR2941094A1 (en) Electricity supplying system for motor vehicle, has supply circuit comprising set of elements that are arranged between valve and network of fluid distribution channels, and fuel gas supply circuit provided with additional storage chamber
FR2865855A1 (en) Starting device for a fuel cell with a hydrogen reformer allowing a reduced volume hydrogen buffer storage reservoir, notably for electric powered vehicles
WO2012136936A1 (en) System for producing energy comprising a fuel-cell stack and a pressure-regulating system
FR2904147A1 (en) Fuel cell`s hydrogen and oxygen consumption generating method for e.g. car, involves electrically disconnecting one module of cell below output threshold by short circuit, and determining threshold according to current delivered by cell
FR2863105A1 (en) Thawing device for motor vehicle, has electronic control unit that controls valve to direct exhaust gas from thermal engine to heat exchanger embedded in water reservoir if temperature in reservoir is negative
FR2883668A1 (en) Fuel cell for motor vehicle, has palladium and/or polymer based membrane placed between reformer and fuel cell anode, control unit connected to valves, and hydrogen buffer-tank inserted between anode and starting burner of reformer
FR2861220A1 (en) Fuel cell assembly controlling system for vehicle, has two check valves diverting exhaust gas of engine from outlet of catalyst towards heat exchangers that respectively heat reformer and cell stack of fuel cell