FR3035074A1 - Aeronef comprenant une pile a combustible ayant un systeme d'alimentation ameliore en oxygene - Google Patents

Aeronef comprenant une pile a combustible ayant un systeme d'alimentation ameliore en oxygene Download PDF

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Abstract

Aéronef comprenant - une zone pressurisée (1), - une zone non pressurisée (2), - un conduit de refoulement (4) d'air de la zone pressurisée (1) vers la zone non pressurisée (2), - une pile à combustible (5), comprenant un côté et une entrée cathode adaptée pour être alimentée en oxygène, caractérisé en ce que la pile à combustible (5) est alimentée en oxygène par le conduit de refoulement (4) d'air de la zone pressurisée (1) vers la zone non pressurisée (2).

Description

1 DOMAINE TECHNIQUE GENERAL La présente invention concerne le domaine des piles à combustible appliquées au domaine de l'aviation.
ETAT DE L'ART Les piles à combustibles, bien que présentant un intérêt important en termes de génération d'énergie, posent plusieurs problématiques pour leur exploitation dans certains domaines tels que l'aéronautique. En effet, les piles à combustibles nécessitent notamment d'être alimentées en oxygène au niveau de leur cathode, ce qui nécessite un système d'apport d'air dédié tel qu'un ventilateur ou un compresseur, qui est pénalisant à la fois en termes de poids et de rendement énergétique. L'utilisation de l'air extérieur à un aéronef pour l'alimentation en oxygène d'une pile à combustible a été envisagée, mais s'avère très contraignante.
En effet, l'air extérieur à l'aéronef est à une pression très faible à haute altitude, et nécessite donc un compresseur important afin de générer un débit et une pression suffisants. De plus, l'air utilisé doit être filtré, ce qui est également pénalisant en termes de poids, et entraine par ailleurs des pertes de charge importantes, réduisant le rendement du système, car l'air extérieur à un aéronef ne peut pas être utilisé sans filtrage préalable. PRESENTATION DE L'INVENTION La présente invention vise à répondre au moins en partie à ces problématiques, et propose ainsi un aéronef comprenant - une zone pressurisée, - une zone non pressurisée, 3035074 2 - un conduit de refoulement d'air de la zone pressurisée vers la zone non pressurisée, - une pile à combustible, comprenant un côté et une entrée cathode adaptée pour être alimentée en oxygène, 5 caractérisé en ce que la pile à combustible est alimentée en oxygène par le conduit de refoulement d'air de la zone pressurisée vers la zone non pressurisée. La pile à combustible peut comprendre une ligne de refoulement 10 cathodique comprenant un régulateur aval de pression. L'aéronef peut comprendre un premier régulateur de pression, relié au conduit de refoulement d'air en parallèle de la pile à combustible.
15 Le premier régulateur de pression et le régulateur aval de pression sont alors par exemple pilotés par une commande configurée de manière à réguler le débit d'air en provenance de la zone pressurisée passant par la pile à combustible. L'aéronef peut alors comprendre en outre un régulateur amont de 20 pression, interposé entre le conduit de refoulement et la pile à combustible, et piloté par la commande. L'aéronef peut comprendre en outre un système d'injection d'air dans la zone pressurisée de l'aéronef, ledit système d'injection d'air étant piloté par ladite commande, de manière à maintenir la pression dans la zone 25 pressurisée dans une gamme de valeurs prédéfinie. PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront 30 de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des figures annexées, sur lesquelles : - La figure 1 représente schématiquement un ensemble selon un aspect de l'invention, 3035074 3 - Les figures 2 à 5 présentent schématiquement plusieurs modes de réalisation particuliers d'un ensemble selon un aspect de l'invention.
5 Sur l'ensemble des figures, les éléments en commun sont repérés par des références numériques identiques. DESCRIPTION DETAILLEE 10 La figure 1 représente schématiquement un aéronef comprenant une zone pressurisée 1 aménagée au sein d'une zone non pressurisée 2 délimitée par exemple par le fuselage de l'aéronef. La zone pressurisée 1 est alimentée en air contenant de l'oxygène par 15 un système d'injection d'air 3, qui injecte un débit d'air suffisant dans cette zone 1 afin d'assurer un renouvellement de l'air, et réalise typiquement une filtration de l'air injecté. La zone pressurisée 1 est également équipée d'un conduit de 20 refoulement 4 d'air, refoulant de l'air de la zone pressurisée 1 vers la zone non pressurisée 2, afin notamment de permettre le renouvellement d'air dans la zone pressurisée 1, et de maintenir une pression sensiblement constante au sein de la zone pressurisée 1.
25 L'aéronef comprend également une pile à combustible 5, par exemple du type présentant un fonctionnement avec une cathode alimentée en air contenant de l'oxygène. La pile à combustible 5 comprend typiquement un côté et une entrée cathode, et un côté et une entrée anode, notamment pour réaliser l'alimentation en réactifs.
30 La pile à combustible 5 est disposée dans l'aéronef de manière à être alimentée en oxygène par le conduit de refoulement 4 d'air, qui refoule de l'air de la zone pressurisée 1 vers la zone non pressurisée 2. La pile à 3035074 4 combustible 5 refoule ensuite les gaz restants dans la zone non pressurisée 2. En reliant ainsi la pile à combustible au conduit de refoulement 4 d'air, on assure l'alimentation en oxygène de la cathode de la pile à 5 combustible 5, par exemple au niveau de l'entrée cathode de la pile à combustible 5. L'alimentation de l'anode de la pile à combustible en autre(s) réactif(s) peut être réalisée par tous moyens appropriés.
10 La pile à combustible 5 peut être disposée dans la zone pressurisée 1 ou dans la zone non pressurisée 2. Le système proposé permet donc d'assurer une alimentation continue en 15 oxygène de la pile à combustible 5, sans nécessiter l'ajout de moyens d'alimentation dédiés tels qu'un ventilateur ou un compresseur. Le système proposée propose donc une synergie entre les moyens de pressurisation de la zone pressurisée 1 de l'aéronef, et la pile à combustible 5.
20 L'air provenant de la zone pressurisée 1 a déjà été filtré au préalable à son injection dans la zone pressurisée 1, et ne nécessite donc pas obligatoirement un filtrage additionnel en vue de son passage dans la pile à combustible 5.
25 A titre d'exemple, si on considère un avion d'affaire, le débit d'air injecté par le système d'injection d'air 3 est de 8 kg/minute, et le débit sortant par le conduit de refoulement 4 d'air peut aller jusqu'à 6 kg/minute, ce qui permet d'alimenter une pile à combustible délivrant une puissance de l'ordre de 90kWe.
30 Le système tel que présenté sur la figure 1 peut notamment comprendre différents moyens de régulation du débit d'air traversant la pile à 3035074 5 combustible, comme on le présente sur les figures 2 à 5 décrites ci-après. On représente sur la figure 2 un exemple de réalisation dans lequel la 5 pile à combustible 5 présente une ligne de refoulement cathodique munie d'un régulateur aval de pression 6. Ce régulateur aval de pression 6 permet de réguler la pression à la fois au sein de la zone pressurisée 2, et au sein de la pile à combustible 5.
10 La figure 3 représente un mode de réalisation particulier de la figure 2, dans lequel un premier régulateur de pression 7 est relié au conduit de refoulement 4 d'air en parallèle de la pile à combustible 5. Le conduit de refoulement 4 d'air peut donc refouler l'air de la zone 15 pressurisée 1 directement vers la zone non pressurisée 2, et/ou vers la zone non pressurisée 2 par l'intermédiaire de la pile à combustible 5. Le débit d'air refoulé de la zone pressurisée 1 peut donc être supérieur au débit d'air traversant la pile à combustible 5.
20 La figure 4 représente un mode de réalisation particulier de la figure 3, dans lequel le premier régulateur de pression 7 et le régulateur aval de pression 6 sont pilotés par une commande 8. La commande 8 telle que représentée est reliée au régulateur aval de pression 6 par une ligne aval de pilotage 10, et au premier régulateur de 25 pression 7 par une ligne parallèle de pilotage 9. La commande 8 peut ainsi réguler le débit d'air traversant la pile à combustible 5 et le débit d'air refoulé directement dans la zone non pressurisée 2 en fonction de l'état de la pile à combustible 5.
30 La commande 8 peut également piloter le système d'injection d'air 3, de manière à établir une pression déterminée au sein de la zone pressurisée 1. La commande 8 peut par exemple piloter le système d'injection d'air 3 et les différents régulateurs de pression de manière à 3035074 6 ce que la pression au sein de la zone pressurisée 1 soit dans une plage de valeurs déterminée. La figure 5 représente un mode de réalisation particulier de la figure 4, 5 comprenant en outre un régulateur amont de pression 11, disposé en amont de la pile à combustible 5 par rapport au conduit de refoulement 4 d'air, et en parallèle du premier régulateur de pression 7. Le régulateur amont de pression 11 est typiquement piloté par la commande 8, via une ligne amont de pilotage 12.
10 Ce mode de réalisation permet de réguler le débit d'air passant par la pile à combustible 5 et également la pression au sein de la pile à combustible 5 via le régulateur amont de pression 11 et le régulateur aval de pression 6. Le premier régulateur de pression 7 permet quant à lui de réguler 1 5 indépendamment la pression au sein de la zone pressurisée 1. Le système proposé permet donc de réaliser une alimentation en air d'une pile à combustible embarquée dans un aéronef, sans nécessiter l'ajout de systèmes d'alimentation dédiés qui auraient entrainé une 20 augmentation importante de la masse totale du système et/ou auraient eu un impact fortement négatif sur son rendement. 25

Claims (6)

  1. REVENDICATIONS1. Aéronef comprenant - une zone pressurisée (1), - une zone non pressurisée (2), - un conduit de refoulement (4) d'air de la zone pressurisée (1) vers la zone non pressurisée (2), - une pile à combustible (5), comprenant un côté et une entrée cathode adaptée pour être alimentée en oxygène, caractérisé en ce que la pile à combustible (5) est alimentée en oxygène par le conduit de refoulement (4) d'air de la zone pressurisée (1) vers la zone non pressurisée (2).
  2. 2. Aéronef selon la revendication 1, dans lequel la pile à combustible (5) 15 comprend une ligne de refoulement cathodique comprenant un régulateur aval de pression (6).
  3. 3. Aéronef selon l'une des revendications 1 ou 2, comprenant un premier régulateur de pression (7), relié au conduit de refoulement (4) 20 d'air en parallèle de la pile à combustible (5).
  4. 4. Aéronef selon les revendications 2 et 3, dans lequel le premier régulateur de pression (7) et le régulateur aval de pression (6) sont pilotés par une commande (8) configurée de manière à réguler le débit 25 d'air en provenance de la zone pressurisée (1) passant par la pile à combustible (5).
  5. 5. Aéronef selon la revendication 4, comprenant en outre un régulateur amont de pression (11), interposé entre le conduit de refoulement (4) et 30 la pile à combustible (5), et piloté par la commande (8).
  6. 6. Aéronef selon l'une des revendications 4 ou 5, comprenant en outre un système d'injection d'air (3) dans la zone pressurisée de l'aéronef, 3035074 8 ledit système d'injection d'air (3) étant piloté par ladite commande (8), de manière à maintenir la pression dans la zone pressurisée (1) dans une gamme de valeurs prédéfinie. 5
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