FR3017491A1

FR3017491A1 - Groupe de generation electrique et procede de demarrage

Info

Publication number: FR3017491A1
Application number: FR1451006A
Authority: FR
Inventors: Fabien Boudjemaa; Jean-Philippe Goudon; Pierre Yvart; Francois Moser; Matthieu Baron
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2014-02-10
Filing date: 2014-02-10
Publication date: 2015-08-14
Anticipated expiration: 2034-02-10
Also published as: FR3017491B1

Abstract

L'invention concerne le domaine de la génération électrique, et en particulier un groupe de génération électrique (1) comprenant au moins une pile à combustible (2), au moins un dispositif exothermique générateur de gaz (3,4) relié à la pile à combustible (2) pour l'alimentation de la pile à combustible (2) en gaz réactif, et au moins un dispositif de transport de chaleur dudit au moins un dispositif générateur de gaz (3,4) vers ladite pile à combustible (2) avec un fluide caloporteur autre que ledit gaz réactif. L'invention concerne aussi un procédé de démarrage dudit groupe de génération électrique (1).

Description

1 7 4 9 1 1 Arrière-plan de l'invention La présente invention concerne le domaine de la génération électrique et plus spécifiquement celui des groupes de génération 5 électrique comprenant des piles à combustible alimentées en au moins un gaz réactif par des dispositifs générateurs de gaz. Dans l'état de la technique, il a notamment été proposé d'utiliser de tels groupes de génération électrique comme sources d'alimentation électrique d'urgence, en particulier sur des aéronefs. Dans le contexte 10 d'une transition technologique vers une plus grande importance des systèmes électriques embarqués, assurer la redondance de l'alimentation électrique à des niveaux de puissance de plus en plus élevés devient un souci de plus en plus pressant. Les piles à combustible présentent toutefois normalement 15 l'inconvénient de ne fonctionner, au moins de manière optimale, que dans une plage de température relativement élevée par rapport à la température ambiante. Ainsi, les piles à combustible à membrane échangeuse d'ions à haute température, connues aussi sous l'acronyme anglais HT-PEMFC, fonctionnent normalement en régime stabilisé à des 20 températures comprises entre 110°C et 220°C. En régime stabilisé, la chaleur générée par la pile à combustible est plus que suffisante pour maintenir ces températures, et il est normalement nécessaire d'évacuer cette chaleur par des circuits de régulation thermique. Ainsi, dans l'état de la technique, notamment dans les articles « Thermal integration of a metal 25 hydride storage unit and a PEM fuel cell stack », publié par T. Forde, J. Eriksen, A. G. Pettersen, P.J.S. Vie et O. Ulleberg dans International Journal of Hydrogen Energy 34 (2009), pages 6730-6739, « Simulation of a thermally coupled metal-hydride hydrogen storage and fuel cell system », publié par Z. Jiang, R.A. Dougal, S. Liu, S.A. Gadre, A.D. Abner 30 et J.A. Ritter dans Journal of power sources 142 (1-2)(2005), pages 92102, et « Discharge dynamics of coupled fuel cell and metal hydride hydrogen storage bad for small wind hybrid system », publié par S.K. Khaitan et M. Raju dans International journal of hydrogen energy 37 (2012), pages 2344-2352, il a été proposé d'utiliser des générateurs de 35 gaz endothermiques pour absorber, pendant la génération de gaz réactifs, au moins une partie de cette chaleur générée, en régime stabilisé, par la pile à combustible alimentée par ces gaz réactifs. Toutefois, au démarrage de la pile à combustible, il sera normalement souhaitable de chauffer la pile à combustible avec une 5 source externe afin d'atteindre plus rapidement sa température de fonctionnement en régime stabilisé. Pour cela, une première solution envisageable serait l'utilisation d'éléments chauffants électriques pour chauffer la pile à combustible, soit directement, soit à travers un circuit fluide de régulation thermique. 10 Toutefois, cette solution poserait à son tour le problème d'assurer l'alimentation électrique de ces éléments chauffants électriques. Les batteries éventuellement nécessaires pour cette alimentation, ainsi que les éléments chauffants eux-mêmes, risqueraient d'augmenter le poids, la complexité et l'encombrement du groupe de génération électrique jusqu'à 15 des niveaux inacceptables. Une autre solution envisageable serait l'utilisation de dispositifs générateurs de gaz exothermiques pour l'alimentation de la pile à combustible en gaz réactifs chauds. Ainsi, les gaz réactifs chaufferaient directement la pile à combustible pour plus rapidement atteindre sa 20 température de fonctionnement en régime stabilisé. Toutefois, si ces gaz sont fournis à la pile à combustible à une température trop élevée, ils risquent de l'endommager, tandis que s'ils sont fournis à une température moins élevée, leur faible capacité thermique limite le flux de chaleur des générateurs de gaz exothermiques vers la pile à combustible. La faible 25 capacité thermique des gaz limite donc l'effectivité de cette solution. Objet et résumé de l'invention La présente description vise à proposer un groupe de génération 30 électrique comprenant au moins une pile à combustible et au moins un dispositif générateur de gaz, relié à la pile à combustible pour son alimentation en gaz réactif, qui permette de chauffer rapidement la pile à combustible au démarrage pour plus rapidement atteindre une température de fonctionnement en régime stabilisé, et ceci de manière 35 particulièrement simple et sans augmenter excessivement le poids et l'encombrement du groupe de génération électrique. 3 0 1 74 9 1 3 Dans au moins un mode de réalisation de l'invention, ce but est atteint grâce à ce que l'au moins un dispositif générateur de gaz est exothermique, et en ce que le groupe de génération électrique comprend en outre au moins un dispositif de transport de chaleur dudit au moins un dispositif générateur de gaz vers ladite pile à combustible avec un fluide caloporteur autre que ledit gaz réactif.

En assurant le transport de chaleur du dispositif générateur de gaz vers la pile à combustible avec un fluide caloporteur autre que le gaz réactif, il est possible de s'affranchir des restrictions posées par la capacité thermique limitée du gaz réactif, pour ainsi transporter un plus grand flux de chaleur à une température compatible avec la pile à combustible. On peut ainsi assurer un plus rapide réchauffement de la pile à combustible sans risque de l'endommager. Afin notamment de pouvoir aussi assurer le refroidissement de la pile à combustible lorsque son régime stabilisé est atteint, le groupe de génération électrique peut comprendre un circuit de régulation thermique 20 de ladite pile à combustible, notamment avec au moins un échangeur de chaleur pour l'évacuation de chaleur générée par ladite pile à combustible. Suivant au moins une première alternative, ledit dispositif de transport de chaleur peut comprendre ledit circuit de régulation thermique et au moins un échangeur de chaleur disposé de manière à transmettre à 25 un fluide caloporteur dudit circuit de régulation thermique de la chaleur générée par ledit au moins un dispositif générateur de gaz. Pour cela, cet au moins un échangeur de chaleur peut notamment être interposé entre ledit circuit de régulation thermique et le dispositif générateur de gaz ou un circuit d'alimentation reliant le dispositif générateur de gaz et la pile à 30 combustible pour l'alimentation de la pile à combustible en gaz réactif. Ainsi, le fluide caloporteur du circuit de régulation thermique pourra servir tant au réchauffement de la pile à combustible à son démarrage, qu'à son refroidissement en régime stabilisé. Comme la pile à combustible doit normalement être alimentée en au 35 moins deux gaz réactifs différents, la génération exothermique des deux gaz réactifs peut être mise à contribution, à travers ce dispositif de transport de chaleur, pour le réchauffement de la pile à combustible au démarrage. Ainsi, le groupe de génération électrique suivant ce mode de réalisation peut comprendre un premier dispositif exothermique générateur de gaz pour l'alimentation de ladite pile à combustible en un premier gaz réactif et un deuxième dispositif exothermique générateur de gaz pour l'alimentation de ladite pile à combustible en un deuxième gaz réactif, et ledit dispositif de transport de chaleur peut comprendre au moins, à part ledit circuit de régulation thermique, un premier échangeur de chaleur disposé de manière à transmettre audit fluide caloporteur du circuit de régulation thermique de la chaleur générée par le premier dispositif générateur de gaz, un deuxième échangeur de chaleur disposé de manière à transmettre audit fluide caloporteur du circuit de régulation thermique de la chaleur générée par le deuxième dispositif générateur de gaz. Lesdits premier et deuxième échangeurs de chaleur peuvent notamment être arrangés en série sur ledit circuit de régulation thermique de la pile à combustible, quoiqu'un autre arrangement, comme par exemple un arrangement en parallèle, soit également envisageable. Suivant au moins une deuxième alternative, ledit dispositif de transfert de chaleur peut comprendre au moins au moins un caloduc disposé de manière à transmettre à la pile à combustible de la chaleur générée par l'au moins un dispositif exothermique générateur de gaz. Le caloduc peut être configuré pour assurer la circulation d'un fluide caloporteur par gravité ou par capillarité. L'invention concerne également un système d'alimentation électrique comprenant au moins un générateur électrique primaire et le groupe de génération électrique susmentionné pour assurer une alimentation électrique d'urgence en cas de défaillance du générateur électrique primaire. Grâce au réchauffement rapide de la pile à combustible du groupe de génération électrique d'urgence, celui-ci peut prendre le relais du générateur électrique primaire sans délai, en cas de défaillance de ce dernier. Ce système d'alimentation électrique peut notamment être embarqué à bord un véhicule, et notamment un aéronef. L'invention concerne également un procédé de démarrage du groupe de génération électrique susmentionné, dans lequel un flux de chaleur 35 provenant dudit au moins un dispositif générateur de gaz est transmis à ladite pile à combustible à travers l'au moins un dispositif de transport de chaleur afin d'atteindre un seuil de température prédéterminé de la pile à combustible. Brève description des dessins L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux, à la lecture de la description détaillée qui suit, d'un mode de réalisation représenté à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'un groupe de génération électrique suivant un premier mode de réalisation ; - la figure 2 est une représentation schématique d'un groupe de génération électrique suivant un deuxième mode de réalisation ; - la figure 3 est une représentation schématique d'un groupe de génération électrique suivant un troisième mode de réalisation ; - la figure 4 est une représentation schématique d'un groupe de génération électrique suivant un quatrième mode de réalisation ; - la figure 5 est une représentation schématique d'un groupe de génération électrique suivant un cinquième mode de réalisation ; - la figure 6 est une représentation schématique d'un groupe de générateur électrique suivant un sixième mode de réalisation ; et - la figure 7 est une représentation schématique d'un aéronef équipé d'un système d'alimentation électrique comprenant deux générateurs électriques primaires, un groupe auxiliaire de génération électrique, et un groupe de génération électrique d'urgence suivant l'un quelconque des modes de réalisation susmentionnés.

Description détaillée de l'invention La figure 1 illustre schématiquement un premier mode de réalisation d'un groupe de génération électrique 1 comprenant une pile à combustible 2, un premier dispositif générateur de gaz 3, et un deuxième dispositif générateur de gaz 4. La pile à combustible 2 peut être en particulier une pile à combustible à membrane échangeuse d'ions, notamment une pile à 301 7 4 9 1 6 combustible à membrane échangeuse d'ions à haute température, quoique d'autres types de piles à combustible soient également envisageables, telles que par exemple les piles à combustible à membrane échangeuse d'ions à basse température. Lesdits premier et deuxième 5 dispositifs générateurs de gaz sont reliés à la pile de combustible 2 par des circuits d'alimentation 5, 6 respectifs pour alimenter cette pile de combustible 2 en, respectivement, hydrogène et oxygène. Le premier dispositif générateur de gaz 3 est un dispositif exothermique, générant donc de la chaleur pendant sa production d'hydrogène, et peut 10 notamment être un dispositif générateur d'hydrogène à hydrures solides. Le deuxième dispositif générateur de gaz 4 est également exothermique, générant donc de la chaleur pendant sa production d'oxygène, et peut notamment être un dispositif générateur d'oxygène à chlorates solides. Afin d'ajuster la pression et le débit de chacun des gaz réactifs en 15 amont de la pile à combustible 2, chacun des circuits d'alimentation 5,6 comprend un réservoir tampon 7a,7b et un détendeur 8a,8b en aval du dispositif générateur de gaz 3,4 respectif. Pour la régulation thermique de la pile à combustible 2, et notamment son refroidissement en régime stabilisé, le groupe de 20 génération électrique 1 comprend aussi un circuit de régulation thermique 9 contenant un fluide caloporteur tel qu'un mélange eau-glycol ou une huile synthétique. Pour assurer la circulation de ce fluide caloporteur dans le circuit de régulation thermique 9, celui-ci comprend une pompe 10, ainsi qu'un réservoir 11. 25 Un premier et un deuxième échangeur de chaleur 12 et 13 sont interposés entre le circuit de régulation thermique 9 et, respectivement, les circuits d'alimentation 5 et 6. Dans le mode de réalisation illustré, ces échangeurs de chaleur 12,13 sont disposés en série sur le circuit de régulation thermique. Toutefois, il serait également envisageable de les 30 disposer d'une autre manière, comme par exemple en parallèle. Sur les circuits d'alimentation 5 et 6, les échangeurs de chaleur 12, 13 sont disposés en aval des détendeurs 8a, 8b. Ensemble, les circuits d'alimentation 5 et 6, les échangeurs de chaleur 12 et 13 et le circuit de régulation thermique 9 forment ainsi un dispositif de transport de chaleur 35 à partir des dispositifs générateurs de gaz 3,4 vers la pile à combustible 2. Avec un fluide caloporteur à capacité thermique sensiblement supérieure à 3 0 1 7 4 9 1 7 celles des gaz réactifs fournis par les dispositifs générateurs de gaz 3, 4, il est ainsi possible d'augmenter très sensiblement le flux de chaleur fourni à la pile à combustible 2 sans que ce fluide caloporteur doive atteindre une température excessive. 5 En outre, le circuit de régulation thermique 7 comprend également un troisième échangeur de chaleur 14, destiné à évacuer la chaleur excédentaire quand la pile à combustible 2 atteint un régime stabilisé, ainsi qu'une dérivation 15 de contournement du troisième échangeur de chaleur 14, et une vanne à trois voies 16 disposée de manière à 10 commander la circulation du fluide caloporteur à travers le troisième échangeur de chaleur 14 ou la dérivation 15. Pour démarrer la pile à combustible 2, lesdits premier et deuxième dispositifs générateurs de gaz 3,4 sont allumés, et commencent donc à générer de l'hydrogène et de l'oxygène chauds circulant, respectivement, 15 vers les circuits d'alimentation 5 et 6. Dans ces circuits, les gaz réactifs chauds entrent dans les réservoirs tampons 7a, 7b pour être ensuite détendus dans les détendeurs 8a, 8b. En aval de ces détendeurs 8a, 8b, les gaz réactifs chauds traversent les échangeurs de chaleur 12,13, réchauffant ainsi le fluide caloporteur dans le circuit de régulation 20 thermique 9. En même temps, les gaz réactifs sont ainsi refroidis avant d'atteindre la pile à combustible 2, évitant ainsi d'alimenter la pile à combustible 2 avec des gaz réactifs excessivement chauds qui pourraient l'endommager. Après son réchauffement dans les échangeurs de chaleur 12, 13, le 25 fluide caloporteur, dont la capacité thermique est sensiblement plus élevée que celles des gaz réactifs, circule dans le circuit de régulation thermique 9, impulsé par la pompe 10, jusqu'à la pile de combustible 2, qui est ainsi réchauffée par la chaleur provenant des dispositifs exothermiques générateurs de gaz 3, 4 à travers le dispositif de transport de chaleur 30 formé par les circuits d'alimentation 5 et 6, les échangeurs de chaleur 12 et 13 et le circuit de régulation thermique 9. Tant qu'un seuil prédéterminé n'est pas atteint par une température de la pile à combustible 2, la vanne à trois voies 16 dirige ensuite le fluide caloporteur de retour vers les premier et deuxième échangeurs de chaleur 12, 13 par 35 la dérivation 15 en contournant le troisième échangeur de chaleur 14. Quand ce seuil de température prédéterminé est atteint, la vanne à trois 3 0 1 7 4 9 1 8 voies 16 commence à diriger au moins une partie du fluide caloporteur vers le troisième échangeur de chaleur 14, de manière à évacuer la chaleur excédentaire pour maintenir la pile à combustible 2 dans une plage de températures propre à un régime stabilisé. 5 La figure 2 illustre schématiquement un groupe de génération électrique suivant un deuxième mode de réalisation dans lequel l'alimentation de la pile à combustible en oxygène n'est pas assurée par un dispositif générateur de gaz, mais par un compresseur à air 4'. Ainsi, le groupe de génération électrique 1 suivant ce deuxième mode de 10 réalisation ne précise que d'un seul réservoir tampon 7 et détendeur 8 sur le premier circuit d'alimentation 5 de la pile à combustible 2 pour ajuster son alimentation en oxygène, tandis que la régulation du débit et pression de l'air comprimé fourni à la pile à combustible 2 à travers le deuxième circuit d'alimentation 6 peut être prise en charge par le compresseur 4'. En 15 outre, un seul échangeur de chaleur 12 est interposé entre le premier circuit d'alimentation 5 et le circuit de régulation thermique 9 pour le transfert de chaleur du seul dispositif générateur de gaz 3 vers la pile à combustible 2. Le reste des éléments du groupe de génération électrique 1 suivant ce deuxième mode de réalisation est néanmoins équivalent à 20 ceux du premier mode de réalisation et reçoit donc les mêmes chiffres de référence sur le dessin. Le fonctionnement de ce groupe de génération électrique 1 est aussi analogue à celui du premier mode de réalisation. La figure 3 illustre schématiquement un groupe de génération électrique suivant un troisième mode de réalisation, dans lequel le 25 dispositif de transport de chaleur servant à réchauffer la pile à combustible au démarrage est formé par un caloduc. Ce groupe de génération électrique 1 comprend une pile à combustible 2 et un seul dispositif générateur de gaz 3 relié à la pile à combustible 2 par un premier circuit d'alimentation 5 pour l'alimenter en hydrogène. Comme 30 dans les premier et deuxième modes de réalisation, le dispositif générateur de gaz 3 est exothermique, et peut être, par exemple, un dispositif générateur de gaz 3 à hydrures solides. Pour l'alimentation de la pile à combustible 2 en oxygène, le groupe de génération électrique 1 comporte un compresseur d'air 4' relié à la pile à combustible 2 par un 35 deuxième circuit d'alimentation 6, comme dans le deuxième mode de réalisation.

Comme dans les premier et deuxième modes de réalisation, le premier circuit d'alimentation 5 comprend un réservoir tampon 7 et un détendeur 8 en aval du dispositif générateur de gaz 3, afin d'ajuster la pression et le débit d'hydrogène fourni à la pile à combustible 2. En outre, le groupe de génération électrique 1 comprend aussi un circuit de régulation thermique 9 contenant un fluide caloporteur tel qu'un mélange eau-glycol ou une huile synthétique et traversant la pile à combustible 2 et un échangeur de chaleur 14 pour évacuer un excédent de chaleur de la pile à combustible 2 à travers l'échangeur de chaleur 14 dans un régime stabilisé de la pile à combustible 2. Pour assurer la circulation de ce fluide caloporteur dans le circuit de régulation thermique 9, celui-ci comprend aussi une pompe 10, ainsi qu'un réservoir 11. Toutefois, dans ce troisième mode de réalisation, le dispositif générateur de gaz 3 est relié thermiquement à la pile à combustible 2 non pas à travers le circuit de régulation thermique 9, mais à travers un caloduc 30. Dans ce contexte, on entend par « caloduc » un conduit hermétique contenant un fluide caloporteur dont les phases gazeuse et liquide sont en équilibre. A une extrémité comparativement chaude du caloduc le fluide en phase liquide est réchauffe et se vaporise, tandis qu'à une extrémité comparativement froide du caloduc le fluide en phase gazeuse est refroidit et se condense. La circulation du fluide en phase liquide de l'extrémité froide à l'extrémité chaude et en phase gazeuse dans un sens inversé assure le transfert de chaleur de l'extrémité chaude à l'extrémité froide, et peut être obtenue par gravité ou par capillarité selon les circonstances. Dans ce troisième mode de réalisation, l'extrémité chaude du caloduc 30 est en contact thermique avec le dispositif générateur de gaz 3, tandis que l'extrémité froide du caloduc 30 est en contact thermique avec la pile à combustible 2. Le fluide contenu dans le caloduc peut être un fluide approprié pour maintenir un équilibre entre ses phases liquide et gazeuse aux températures de fonctionnement du groupe de génération électrique 1. Ainsi, dans ce troisième mode de réalisation, pour démarrer la pile à combustible 2, ledit dispositif générateur de gaz 3 est allumé, et 35 commence donc à générer de l'hydrogène circulant vers le premier circuit d'alimentation 5. Dans ce circuit, l'hydrogène entre dans le réservoir 3 0 1 7 4 9 1 10 tampons 7 pour être ensuite détendu dans le détendeur 8. Simultanément, le compresseur 4' est démarré, afin de faire circuler de l'air compressé et contenant de l'oxygène à travers le deuxième circuit d'alimentation 6. 5 La chaleur produite par la génération d'hydrogène dans le dispositif générateur de gaz 3 est principalement évacuée par la phase gazeuse du fluide caloporteur contenu dans le caloduc 30 vers la pile à combustible 2. Ainsi, grâce à la capacité thermique du fluide caloporteur, y compris celle liée à son changement de phase, la température de la pile à combustible 2 10 peut augmenter rapidement jusqu'à atteindre un seuil prédéterminé. Quand ce seuil de température prédéterminé est atteint, la pompe 10 du circuit de régulation de température 9 est activée, afin d'évacuer la chaleur excédentaire de la pile à combustible 2, à travers le fluide caloporteur du circuit de régulation de température 9, vers l'échangeur de 15 chaleur 14, et ainsi maintenir la pile à combustible 2 dans une plage de températures propre à un régime stabilisé. Bien que dans ce troisième mode de réalisation le caloduc 30 soit relié directement au dispositif générateur de gaz 3 et à la pile à combustible 2, il est également envisageable de le relier à l'un et/ou à 20 l'autre à travers d'éléments interposés. Ainsi, dans un quatrième mode de réalisation illustré sur la figure 4, le groupe de génération électrique 1 comprend un échangeur de chaleur 12a interposé entre le premier circuit d'alimentation 5 de la pile à combustible 2, en aval du détendeur 8, et l'extrémité chaude du caloduc 30. Ainsi, la chaleur générée par le dispositif 25 générateur de gaz 3 pourra être transférée, par le gaz réactif et le fluide caloporteur, à travers le premier circuit d'alimentation 5 et le caloduc 30, vers la pile à combustible 2. Le reste des éléments du groupe de génération électrique 1 suivant ce quatrième mode de réalisation est néanmoins équivalent à ceux du troisième mode de réalisation et reçoit 30 donc les mêmes chiffres de référence sur le dessin. Le fonctionnement de ce groupe de génération électrique 1 est aussi analogue à celui du troisième mode de réalisation. Dans un cinquième mode de réalisation illustré sur la figure 5, l'extrémité chaude du caloduc 30 est reliée directement au dispositif 35 générateur de gaz 3, mais un échangeur de chaleur 12b est interposé entre l'extrémité froide du caloduc 30 et le circuit de régulation thermique 3 0 1 7 4 9 1 11 9. En outre, ce circuit de régulation thermique 9 comprend, comme dans les premier et deuxième modes de réalisation, une dérivation 15 de contournement de l'échangeur de chaleur 14 destiné à évacuer la chaleur excédentaire de la pile à combustible, et une vanne à trois voies 16 5 disposée de manière à commander la circulation du fluide caloporteur du circuit de régulation thermique 9 à travers cet échangeur de chaleur 14 ou la dérivation 15. Le reste des éléments du groupe de génération électrique 1 suivant ce quatrième mode de réalisation est néanmoins équivalent à ceux du troisième mode de réalisation et reçoit donc les mêmes chiffres 10 de référence sur le dessin. Lors du démarrage de ce groupe de génération électrique 1, la chaleur produite par la génération d'hydrogène dans le dispositif générateur de gaz 3 est principalement évacuée par la phase gazeuse du fluide caloporteur contenu dans le caloduc 30 et ensuite par le fluide 15 caloporteur du circuit de régulation thermique 9, vers la pile à combustible 2. Comme dans les deux premiers modes de réalisation, en dessous d'un seuil de température prédéterminé, la vanne à trois voies 16 dirige le fluide caloporteur du circuit de régulation thermique 9 vers la dérivation 14, de manière à contourner l'échangeur de chaleur 14. De cette manière, 20 grâce à la capacité thermique des deux fluides caloporteurs, la température de la pile à combustible 2 peut augmenter rapidement jusqu'à atteindre ledit seuil prédéterminé. Quand ce seuil de température prédéterminé est atteint, la vanne trois voies du circuit de régulation de température 9 est activée, afin d'évacuer la chaleur excédentaire de la pile 25 à combustible 2, à travers le fluide caloporteur du circuit de régulation de température 9, vers l'échangeur de chaleur 14, et ainsi maintenir la pile à combustible 2 dans une plage de températures propre à un régime stabilisé. Bien que dans chacun de ces troisième à cinquième modes de 30 réalisation la pile à combustible soit alimentée en oxygène par un compresseur d'air, d'autres moyens sont également envisageables, y compris des réservoirs d'oxygène, ainsi qu'un dispositif générateur de gaz comme celui du premier mode de réalisation. Comme illustré sur la figure 6, dans un groupe de génération électrique 1 suivant un sixième mode de réalisation et comprenant, à part un premier dispositif générateur de gaz 3, par exemple un dispositif exothermique à hydrures solides, pour l'alimentation de la pile à combustible 2 en hydrogène, un deuxième dispositif générateur de gaz 4, par exemple un dispositif exothermique à chlorates solides, pour l'alimentation de la pile à combustible 2 en oxygène. Comme dans le premier mode de réalisation, chacun de ces premier et deuxième dispositifs générateurs de gaz 3,4 est relié à la pile à combustible 2 par des circuits d'alimentation respectifs 5,6, comprenant chacun un réservoir tampon 7a, 7b suivi par un détendeur 8a, 8b. En outre, dans ce sixième mode de réalisation, chacun des dispositifs générateurs de gaz 3, 4 est relié thermiquement à la pile à combustible 2 à travers un caloduc 30, 31 respectif. L'extrémité chaude de chaque caloduc 30,31 est en contact thermique avec le dispositif générateur de gaz 3,4 respectif, tandis que les extrémités froide des deux caloducs 30, 31 sont en contact thermique avec la pile à combustible 2. En outre, le groupe de génération électrique 1 comprend aussi un circuit de régulation thermique 9 analogue à celui du troisième mode de réalisation. Le fonctionnement du groupe de génération électrique 1 suivant ce sixième mode de réalisation est analogue à celui du troisième mode de réalisation, bien que la chaleur générée par les deux dispositifs générateurs de gaz 3,4 et transmise à la pile à combustible 2 à travers les deux caloducs 30,31 permette en principe d'atteindre plus rapidement une température de la pile à combustible 2 correspondant à son régime stabilisé après le démarrage du groupe de génération électrique 1 par l'allumage des deux dispositifs générateurs de gaz 3, 4. Comme illustré sur la figure 7, le groupe de génération électrique suivant l'un quelconque de ces modes de réalisation précédents peut être utilisé pour assurer une redondance de sécurité dans l'alimentation d'un système électrique, et plus particulièrement dans un système électrique embarqué d'un aéronef. Ainsi, l'aéronef 100 illustré est équipé d'un système d'alimentation électrique 101 comprenant deux générateurs électriques primaires 102, 103 actionnés par les moteurs 104, 105, ainsi qu'un groupe auxiliaire de puissance 106, aussi connu par l'acronyme anglais APU (« auxiliary power unit »), et comprenant un générateur électrique auxiliaire 106a actionné par un groupe moteur auxiliaire 106b, typiquement une petite turbine à gaz. Si le groupe auxiliaire de puissance 106 est normalement apte à assurer l'alimentation électrique de l'aéronef 100 en cas d'arrêt normal des moteurs 104, 105, il n'est normalement pas prévu pour substituer les générateurs électriques primaires 102, 103 en cas d'urgence, et notamment en cas de panne des deux moteurs 104, 105. Par ailleurs, certaines des causes les plus courantes de panne simultanée de tous les moteurs sur un aéronef, et notamment celles liées à leur alimentation en carburant, peuvent également affecter le groupe auxiliaire de puissance 106. Pour éviter une perte complète d'alimentation électrique, le système d'alimentation électrique 101 de l'aéronef 100 comprend donc aussi un groupe de génération électrique 1 suivant l'un quelconque des deux modes de réalisation susmentionnés, pour assurer une alimentation électrique d'urgence en cas de défaillance des générateurs électriques primaires. Par ailleurs, le système d'alimentation électrique 101 peut comprendre également au moins une batterie 107 pour assurer l'alimentation électrique de l'aéronef 100 pendant le démarrage du groupe de génération électrique 1.

Quoique la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des différentes modifications et changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En outre, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation évoqués peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par exemple, au moins un des caloducs du sixième mode de réalisation pourrait être relié indirectement au dispositif générateur de gaz respectif et/ou à la pile à combustible, comme dans les quatrième et cinquième modes de réalisation. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.

Claims

REVENDICATIONS1. Groupe de génération électrique (1) comprenant au moins : une pile à combustible (2) ; et au moins un dispositif générateur de gaz (3,4), relié à la pile à combustible (2) pour l'alimentation de la pile à combustible (2) en gaz réactif ; et caractérisé en ce que l'au moins un dispositif générateur de gaz (3,4) est exothermique, et en ce que le groupe de génération électrique (1) comprend en outre au moins un dispositif de transport de chaleur dudit au moins un dispositif générateur de gaz (3,4) vers ladite pile à combustible (2) avec un fluide caloporteur autre que ledit gaz réactif.
2. Groupe de génération électrique (1) suivant la revendication 1, comprenant un circuit de régulation thermique (9) de ladite pile à combustible (2).
3. Groupe de génération électrique (1) suivant la revendication 2, dans lequel ledit circuit de régulation thermique (9) comprend au moins un échangeur de chaleur (14) pour l'évacuation de chaleur transmise par ladite pile à combustible (2).
4. Groupe de génération électrique (1) suivant l'une quelconque des revendications 2 ou 3, dans lequel ledit dispositif de transport de chaleur comprend ledit circuit de régulation thermique (9) et au moins un échangeur de chaleur (12,13) disposé de manière à transmettre à un fluide caloporteur dudit circuit de régulation thermique (9) de la chaleur générée par ledit au moins un dispositif générateur de gaz (3,4).
5. Groupe de génération électrique (1) suivant la revendication 4, comprenant : un premier dispositif exothermique générateur de gaz (3), pour l'alimentation de ladite pile à combustible (2) en un premier gaz réactif ; 30 et un deuxième dispositif exothermique générateur de gaz (4), pour l'alimentation de ladite pile à combustible (2) en un deuxième gaz réactif ; et dans lequel ledit dispositif de transport de chaleur comprend au moins, à 35 part ledit circuit de régulation thermique (9) : 301 7 4 9 1 15 un premier échangeur de chaleur (12) disposé de manière à transmettre audit fluide caloporteur du circuit de régulation thermique (9) de la chaleur générée par le premier dispositif générateur de gaz (3,4) ; et un deuxième échangeur de chaleur (13) disposé de manière à 5 transmettre audit fluide caloporteur du circuit de régulation thermique (9) de la chaleur générée par le deuxième dispositif générateur de gaz (3,4).
6. Groupe de génération électrique (1) suivant la revendication 5, dans lequel lesdits premier et deuxième échangeurs de chaleur (12,13) sont arrangés en série sur ledit circuit de régulation thermique (9) de la 10 pile à combustible (2).
7. Groupe de génération électrique (1) suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ledit dispositif de transfert de chaleur comprend au moins un caloduc (30,31) disposé de manière à transmettre à la pile à combustible (2) de la chaleur générée par l'au 15 moins un dispositif exothermique générateur de gaz (3,4).
8. Groupe de génération électrique (1) suivant la revendication 7, dans lequel ledit caloduc (30,31) est configuré pour assurer la circulation d'un fluide caloporteur par gravité.
9. Groupe de génération électrique (1) suivant la revendication 7, 20 dans lequel ledit caloduc (30,31) est configuré pour assurer la circulation d'un fluide caloporteur par capillarité.
10. Système d'alimentation électrique (101) comprenant au moins un générateur électrique primaire (102,103) et un groupe de génération électrique (1) suivant l'une quelconque des revendications précédentes 25 pour assurer une alimentation électrique d'urgence en cas de défaillance de l'au moins un générateur électrique primaire (102,103).
11. Procédé de démarrage d'un groupe de génération électrique (1) suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel un flux de chaleur provenant dudit au moins un dispositif générateur de gaz (3,4) est transmis à ladite pile à combustible (2) à travers l'au moins un dispositif de transport de chaleur afin d'atteindre un seuil de température prédéterminé de la pile à combustible (2).