FR3059833A1 - FUEL CELL THERMAL MANAGEMENT DEVICE AND METHOD FOR MANAGING THE SAME - Google Patents

FUEL CELL THERMAL MANAGEMENT DEVICE AND METHOD FOR MANAGING THE SAME Download PDF

Info

Publication number
FR3059833A1
FR3059833A1 FR1661857A FR1661857A FR3059833A1 FR 3059833 A1 FR3059833 A1 FR 3059833A1 FR 1661857 A FR1661857 A FR 1661857A FR 1661857 A FR1661857 A FR 1661857A FR 3059833 A1 FR3059833 A1 FR 3059833A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
heat exchanger
water
management device
thermal management
fuel cell
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.)
Withdrawn
Application number
FR1661857A
Other languages
French (fr)
Inventor
Stefan Karl
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.)
Valeo Systemes Thermiques SAS
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques 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 Valeo Systemes Thermiques SAS filed Critical Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority to FR1661857A priority Critical patent/FR3059833A1/en
Publication of FR3059833A1 publication Critical patent/FR3059833A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04029Heat exchange using liquids
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Abstract

La présente invention concerne un ispositif de gestion thermique (1) de pile à combustible (10), ledit dispositif de gestion thermique (1) comportant un circuit de refroidissement (100) à l'intérieur duquel un fluide réfrigérant et/ou un fluide caloporteur est apte à circuler et comprenant : ° une pompe (4), ° un premier échangeur de chaleur (2) disposé au niveau de la pile à combustible (10), ° un deuxième échangeur de chaleur (3) placé dans un flux d'air de sorte à refroidir le fluide réfrigérant et/ou le fluide caloporteur en provenance du premier échangeur de chaleur (2), ledit dispositif de gestion thermique (1) comportant un circuit d'eau (200) issue de la réaction chimique au sein de la pile à combustible (10), et un échangeur de chaleur supplémentaire (5) configuré pour échanger de l'énergie calorifique entre d'une part le fluide réfrigérant et/ou le fluide caloporteur du circuit de refroidissement (100) et d'autre part l'eau dudit circuit d'eau (200).The present invention relates to a thermal management device (1) for a fuel cell (10), said thermal management device (1) comprising a cooling circuit (100) inside which a coolant and / or a coolant is able to circulate and comprising: ° a pump (4), ° a first heat exchanger (2) disposed at the level of the fuel cell (10), ° a second heat exchanger (3) placed in a flow of air so as to cool the coolant and / or heat transfer fluid from the first heat exchanger (2), said thermal management device (1) having a water circuit (200) resulting from the chemical reaction within the fuel cell (10), and an additional heat exchanger (5) configured to exchange heat energy between the refrigerant fluid and / or the heat transfer fluid of the cooling circuit (100) and other water from said water circuit (20 0).

Description

® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE® FRENCH REPUBLIC

INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE © N° de publication : 3 059 833 (à n’utiliser que pour les commandes de reproduction)NATIONAL INSTITUTE OF INDUSTRIAL PROPERTY © Publication number: 3,059,833 (to be used only for reproduction orders)

©) N° d’enregistrement national : 16 61857©) National registration number: 16 61857

COURBEVOIE © Int Cl8 : H 01 M8/04 (2017.01), H 01 M 8/0297COURBEVOIE © Int Cl 8 : H 01 M8 / 04 (2017.01), H 01 M 8/0297

DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1A1 PATENT APPLICATION

©) Date de dépôt : 02.12.16. ©) Date of filing: 02.12.16. © Demandeur(s) : VALEO SYSTEMES THERMIQUES © Applicant (s): VALEO THERMAL SYSTEMS (© Priorité : (© Priority: Société par actions simplifiée — FR. Simplified joint stock company - FR. @ Inventeur(s) : KARL STEFAN. @ Inventor (s): KARL STEFAN. ©) Date de mise à la disposition du public de la ©) Date of public availability of the demande : 08.06.18 Bulletin 18/23. request: 08.06.18 Bulletin 18/23. ©) Liste des documents cités dans le rapport de ©) List of documents cited in the report recherche préliminaire : Se reporter à la fin du preliminary research: Refer to end of présent fascicule present booklet (© Références à d’autres documents nationaux (© References to other national documents ® Titulaire(s) : VALEO SYSTEMES THERMIQUES ® Holder (s): VALEO THERMAL SYSTEMS apparentés : related: Société par actions simplifiée. Joint stock company. ©) Demande(s) d’extension : ©) Extension request (s): © Mandataire(s) : VALEO SYSTEMES THERMIQUES. © Agent (s): VALEO THERMAL SYSTEMS.

DISPOSITIF DE GESTION THERMIQUE DE PILE A COMBUSTIBLE ET PROCEDE DE GESTION ASSOCIE.THERMAL FUEL CELL MANAGEMENT DEVICE AND ASSOCIATED MANAGEMENT METHOD.

FR 3 059 833 - A1FR 3 059 833 - A1

La présente invention concerne un ispositif de gestion thermique (1) de pile à combustible (10), ledit dispositif de gestion thermique (1) comportant un circuit de refroidissement (100) à l'intérieur duquel un fluide réfrigérant et/ou un fluide caloporteur est apte à circuler et comprenant:The present invention relates to a thermal management device (1) for a fuel cell (10), said thermal management device (1) comprising a cooling circuit (100) inside which a coolant and / or a heat-transfer fluid. is able to circulate and comprising:

0 une pompe (4), 0 un premier échangeur de chaleur (2) disposé au niveau de la pile à combustible (10), 0 un deuxième échangeur de chaleur (3) placé dans un flux d'air de sorte à refroidir le fluide réfrigérant et/ou le fluide caloporteur en provenance du premier échangeur de chaleur (2), ledit dispositif de gestion thermique (1) comportant un circuit d'eau (200) issue de la réaction chimique au sein de la pile à combustible (10), et un échangeur de chaleur supplémentaire (5) configuré pour échanger de l'énergie calorifique entre d'une part le fluide réfrigérant et/ou le fluide caloporteur du circuit de refroidissement (100) et d'autre part l'eau dudit circuit d'eau (200). 0 a pump (4), 0 a first heat exchanger (2) arranged at the fuel cell (10), 0 a second heat exchanger (3) placed in an air flow so as to cool the fluid refrigerant and / or heat transfer fluid from the first heat exchanger (2), said thermal management device (1) comprising a water circuit (200) resulting from the chemical reaction within the fuel cell (10) , and an additional heat exchanger (5) configured to exchange heat energy between on the one hand the refrigerant and / or the coolant of the cooling circuit (100) and on the other hand the water of said circuit d water (200).

Dispositif de gestion thermique de pile à combustible et procédé de gestion associéFuel cell thermal management device and associated management method

L'invention concerne le domaine de la gestion thermique au sein d'un véhicule électrique. Plus précisément, la présente invention concerne un dispositif de gestion thermique de pile à combustible.The invention relates to the field of thermal management within an electric vehicle. More specifically, the present invention relates to a fuel cell thermal management device.

De manière générale, un dispositif de gestion thermique de pile à combustible comporte un circuit de refroidissement à l'intérieur duquel un fluide réfrigérant est apte à circuler. Ce circuit de refroidissement comprend :In general, a fuel cell thermal management device comprises a cooling circuit inside which a refrigerant is able to circulate. This cooling circuit includes:

° une pompe, ° un premier échangeur de chaleur disposé au niveau de la pile à combustible, et ° un deuxième échangeur de chaleur placé dans un flux d'air, généralement en face avant du véhicule, de sorte à refroidir le fluide réfrigérant en provenance du premier échangeur de chaleur,° a pump, ° a first heat exchanger placed at the level of the fuel cell, and ° a second heat exchanger placed in an air flow, generally on the front face of the vehicle, so as to cool the refrigerant coming from it the first heat exchanger,

En comparaison d'un moteur thermique à explosion, une pile à combustible nécessite un dispositif de refroidissement plus efficace essentiellement pour deux raisons principales :Compared to an internal combustion engine, a fuel cell requires a more efficient cooling device for two main reasons:

• dans le cas d'une pile à combustible, presque toute la chaleur produite doit être évacuée par le dispositif de refroidissement. En effet, la quantité de chaleur évacuée par les produits expulsés de la réaction chimique dans la pile à combustible est faible. De son côté, un moteur thermique à explosion peut évacuer une partie de la chaleur produite par le flux important des gaz d’échappements.• in the case of a fuel cell, almost all the heat produced must be removed by the cooling device. In fact, the quantity of heat evacuated by the products expelled from the chemical reaction in the fuel cell is low. For its part, an internal combustion engine can dissipate part of the heat produced by the large flow of exhaust gases.

• La température admissible maximale de fonctionnement d'une pile à combustible se situe autour de 95°C alors que celle d'un moteur thermique à explosion se situe autour de 110°C.• The maximum admissible operating temperature of a fuel cell is around 95 ° C while that of an internal combustion engine is around 110 ° C.

De plus, dans des conditions particulières comme en montée, la demande de puissance à la pile à combustible est élevée et la vitesse du véhicule ne permet qu'un faible flux d'air, insuffisant pour refroidir convenablement le fluide réfrigérant au niveau du deuxième échangeur de chaleur. Dans ces conditions, un dispositif de gestion thermique avec un deuxième échangeur de chaleur ayant une capacité d'échange thermique similaire à celle utilisée pour un moteur thermique à explosion ne suffit pas.In addition, under special conditions such as uphill, the demand for power from the fuel cell is high and the vehicle speed allows only a small flow of air, insufficient to properly cool the refrigerant at the second exchanger. heat. Under these conditions, a thermal management device with a second heat exchanger having a heat exchange capacity similar to that used for an internal combustion engine is not sufficient.

Afin de remédier à ce manque de capacité d'échange thermique du deuxième échangeur thermique, plusieurs solutions sont connues.In order to remedy this lack of heat exchange capacity of the second heat exchanger, several solutions are known.

Il est ainsi possible d'augmenter le nombre et/ou la surface des ouvertures pour l’arrivée ou l'évacuation du flux d'air de refroidissement. Ou encore, il est possible d'augmenter la surface du deuxième échangeur de chaleur ou de le coupler avec des échangeurs de chaleur additionnels, placés par exemple dans les logements de roues. Cependant ces solutions induisent une augmentation du coefficient de traînée du véhicule et des limitations dans le style pouvant être adopté par le véhicule.It is thus possible to increase the number and / or the surface of the openings for the arrival or the evacuation of the cooling air flow. Alternatively, it is possible to increase the surface area of the second heat exchanger or to couple it with additional heat exchangers, placed for example in the wheel housings. However, these solutions induce an increase in the drag coefficient of the vehicle and limitations in the style that can be adopted by the vehicle.

Une autre solution connue serait d'utiliser un système de ventilation puissant pour augmenter le flux d'air arrivant au niveau du deuxième échangeur de chaleur. Cependant cette solution conduit à une augmentation de la consommation électrique, du bruit et du poids du véhicule et donc aussi à une réduction de l’autonomie du véhicule ce qui n’est pas souhaitable.Another known solution would be to use a powerful ventilation system to increase the air flow arriving at the level of the second heat exchanger. However, this solution leads to an increase in the electrical consumption, noise and weight of the vehicle and therefore also to a reduction in the range of the vehicle which is not desirable.

De plus, de telles solutions permettent difficilement à un fabricant automobile de pouvoir utiliser une même plate-forme de montage pour un modèle de véhicule automobile qui pourrait proposer diverses motorisations comme une motorisation électrique avec pile à combustible, une motorisation électrique avec des batteries ou encore une motorisation avec un moteur thermique à explosion.In addition, such solutions make it difficult for an automobile manufacturer to be able to use the same mounting platform for a model of motor vehicle which could offer various motorizations such as an electric motorization with fuel cell, an electric motorization with batteries or else an engine with an internal combustion engine.

Un des buts de la présente invention est donc de remédier au moins partiellement aux inconvénients de l'art antérieur et de proposer un dispositif de gestion thermique de pile à combustible amélioré.One of the aims of the present invention is therefore to at least partially remedy the drawbacks of the prior art and to propose an improved fuel cell thermal management device.

La présente invention concerne donc un dispositif de gestion thermique de pile à combustible, ledit dispositif de gestion thermique comportant un circuit de refroidissement à l'intérieur duquel un fluide réfrigérant et/ou un fluide caloporteur est apte à circuler et comprenant :The present invention therefore relates to a fuel cell thermal management device, said thermal management device comprising a cooling circuit inside which a refrigerant and / or a heat transfer fluid is able to circulate and comprising:

° une pompe, ° un premier échangeur de chaleur disposé au niveau de la pile à combustible, ° un deuxième échangeur de chaleur placé dans un flux d'air de sorte à refroidir le fluide réfrigérant et/ou le fluide caloporteur en provenance du premier échangeur de chaleur, ledit dispositif de gestion thermique comportant un circuit d'eau issue de la réaction chimique au sein de la pile à combustible, et un échangeur de chaleur supplémentaire configuré pour échanger de l'énergie calorifique entre d'une part le fluide réfrigérant et/ou le fluide caloporteur du circuit de refroidissement et d'autre part l'eau dudit circuit d'eau.° a pump, ° a first heat exchanger placed at the level of the fuel cell, ° a second heat exchanger placed in an air flow so as to cool the coolant and / or the heat-transfer fluid coming from the first exchanger heat, said thermal management device comprising a water circuit resulting from the chemical reaction within the fuel cell, and an additional heat exchanger configured to exchange heat energy between on the one hand the refrigerant and / or the heat transfer fluid of the cooling circuit and on the other hand the water of said water circuit.

Selon un autre aspect de l'invention, l’échangeur de chaleur supplémentaire est disposé, dans le circuit de refroidissement, en amont du deuxième échangeur de chaleur, entre le premier échangeur de chaleur et ledit deuxième échangeur de chaleur dans le sens de circulation du fluide réfrigérant et/ou du fluide caloporteur.According to another aspect of the invention, the additional heat exchanger is arranged, in the cooling circuit, upstream of the second heat exchanger, between the first heat exchanger and said second heat exchanger in the direction of circulation of the refrigerant and / or heat transfer fluid.

Selon un autre aspect de l'invention, l’échangeur de chaleur supplémentaire est disposé, dans le circuit de refroidissement, en aval du deuxième échangeur de chaleur, entre ledit deuxième échangeur de chaleur et le premier échangeur de chaleur dans le sens de circulation du fluide réfrigérant et/ou du fluide caloporteur.According to another aspect of the invention, the additional heat exchanger is arranged, in the cooling circuit, downstream of the second heat exchanger, between said second heat exchanger and the first heat exchanger in the direction of circulation of the refrigerant and / or heat transfer fluid.

Selon un autre aspect de l'invention, le circuit d'eau comporte un réservoir d'eau tampon issue de la réaction chimique au sein de la pile à combustible, ledit réservoir d'eau tampon étant disposé en amont dudit échangeur de chaleur supplémentaire, dans le sens de circulation de l'eau dans le circuit d'eau.According to another aspect of the invention, the water circuit includes a buffer water tank resulting from the chemical reaction within the fuel cell, said buffer water tank being arranged upstream of said additional heat exchanger, in the direction of water circulation in the water circuit.

Selon un autre aspect de l'invention, le circuit d'eau comporte en amont du réservoir d'eau tampon un dispositif de contrôle de la pression d'eau, dans le sens de circulation de l'eau dans le circuit d'eau.According to another aspect of the invention, the water circuit comprises, upstream of the buffer water tank, a device for controlling the water pressure, in the direction of circulation of the water in the water circuit.

Selon un autre aspect de l'invention, le circuit d'eau comporte un compresseur disposé en aval de l'échangeur de chaleur supplémentaire, dans le sens de circulation de l'eau dans le circuit d'eau, ledit compresseur étant apte à créer une dépression au sein dudit échangeur de chaleur supplémentaire et à aspirer de la vapeur d'eau au sein dudit échangeur de chaleur supplémentaire afin de la rejeter dans l'environnement extérieur.According to another aspect of the invention, the water circuit comprises a compressor arranged downstream of the additional heat exchanger, in the direction of circulation of the water in the water circuit, said compressor being able to create a vacuum within said additional heat exchanger and sucking water vapor within said additional heat exchanger in order to reject it in the external environment.

Selon un autre aspect de l'invention, le compresseur a un taux de compression compris entre 1 et 2, de préférence entre 1,3 et 1,7.According to another aspect of the invention, the compressor has a compression ratio of between 1 and 2, preferably between 1.3 and 1.7.

Selon un autre aspect de l'invention, le compresseur a un taux de compression compris entre 1 et 3, de préférence entre 1,6 et 2,6, de préférence entre 1,9 et 2,3.According to another aspect of the invention, the compressor has a compression ratio of between 1 and 3, preferably between 1.6 and 2.6, preferably between 1.9 and 2.3.

Selon un aspect de l'invention, l'échangeur de chaleur supplémentaire comporte :According to one aspect of the invention, the additional heat exchanger comprises:

° une enceinte dans laquelle de l'eau issue de la réaction chimique au sein de la pile à combustible est destinée à être accumulée, ladite enceinte comprenant une conduite d'arrivée d'eau issue de la réaction chimique au sein de la pile à combustible et une conduite d'aspiration de vapeur d'eau disposée au-dessus du niveau d'eau dans l'enceinte, ° au moins un tube dans lequel le fluide réfrigérant et/ou le fluide caloporteur est apte à circuler, ledit au moins un tube étant apte à être immergé dans l'eau destinée à être accumulée dans l'enceinte.° an enclosure in which water resulting from the chemical reaction within the fuel cell is intended to be accumulated, said enclosure comprising a water inlet pipe resulting from the chemical reaction within the fuel cell and a water vapor suction pipe disposed above the water level in the enclosure, ° at least one tube in which the coolant and / or the heat transfer fluid is able to circulate, said at least one tube being able to be immersed in water intended to be accumulated in the enclosure.

Selon un aspect de l'invention, les tubes dans lesquels le fluide réfrigérant et/ou le fluide caloporteur est apte à circuler, sont des tubes plats disposés parallèlement les uns aux autres et reliés à un collecteur d'entrée de fluide réfrigérant et/ou de fluide caloporteur à une première de leurs extrémités et à un collecteur de sortie de fluide réfrigérant et/ou de fluide caloporteur à leur seconde extrémité.According to one aspect of the invention, the tubes in which the coolant and / or the coolant is able to circulate, are flat tubes arranged parallel to each other and connected to a coolant inlet manifold and / or heat transfer fluid at a first of their ends and a coolant outlet manifold and / or heat transfer fluid at their second end.

Selon un aspect de l'invention, les tubes plats ont une forme générale en U et que les collecteurs d'entrée et de sortie de fluide réfrigérant et/ou de fluide caloporteur sont disposés au niveau du fond de l'enceinte.According to one aspect of the invention, the flat tubes have a general U shape and that the inlet and outlet manifolds of refrigerant and / or heat transfer fluid are arranged at the bottom of the enclosure.

Selon un aspect de l'invention, le réservoir d'eau tampon est relié à la conduite d'arrivée d'eau de l'échangeur de chaleur supplémentaire.According to one aspect of the invention, the buffer water tank is connected to the water inlet pipe of the additional heat exchanger.

Selon un aspect de l'invention, le compresseur est relié à la conduite d'aspiration de vapeur d'eau de l'échangeur de chaleur.According to one aspect of the invention, the compressor is connected to the water vapor suction pipe of the heat exchanger.

Selon un aspect de l'invention, en fonctionnement, le niveau d'eau au sein de l'enceinte est maintenu de sorte que le ou les tubes restent immergés.According to one aspect of the invention, in operation, the water level within the enclosure is maintained so that the tube or tubes remain submerged.

Selon un aspect de l'invention, l'échangeur de chaleur supplémentaire comporte un dispositif de purge de sorte à pouvoir vider l'enceinte de l'eau issue de la réaction chimique au sein de la pile à combustible.According to one aspect of the invention, the additional heat exchanger includes a purge device so as to be able to empty the enclosure of the water resulting from the chemical reaction within the fuel cell.

La présente invention concerne également un procédé de gestion d'un dispositif de gestion thermique de pile à combustible, ledit dispositif de gestion thermique comportant un circuit de refroidissement à l'intérieur duquel un fluide réfrigérant et/ou un fluide caloporteur est apte à circuler et comprenant :The present invention also relates to a method for managing a fuel cell thermal management device, said thermal management device comprising a cooling circuit inside which a refrigerant and / or a heat transfer fluid is able to circulate and including:

° une pompe, ° un premier échangeur de chaleur disposé au niveau de la pile à combustible, ° un deuxième échangeur de chaleur placé dans un flux d'air de sorte à refroidir le fluide réfrigérant et/ou le fluide caloporteur en provenance du premier échangeur de chaleur, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :° a pump, ° a first heat exchanger placed at the level of the fuel cell, ° a second heat exchanger placed in an air flow so as to cool the coolant and / or the heat-transfer fluid coming from the first exchanger of heat, said method comprising the following steps:

° récupération d'eau issue de la réaction chimique au sein de ladite pile à combustible, ° immersion d'une partie du circuit de refroidissement dans une enceinte contenant de l'eau récupérée de sorte à échanger de l'énergie calorifique entre d'une part le fluide réfrigérant et/ou le fluide caloporteur du circuit de refroidissement et d'autre part l'eau récupérée.° recovery of water resulting from the chemical reaction within said fuel cell, ° immersion of part of the cooling circuit in an enclosure containing recovered water so as to exchange heat energy between a the refrigerant and / or the coolant in the cooling circuit and the recovered water on the other hand.

Selon un aspect du procédé de gestion selon l'invention, ledit procédé de gestion comporte une étape supplémentaire de diminution de la pression au sein de l'enceinte de sorte à diminuer la température d’ébullition de l'eau récupérée.According to one aspect of the management method according to the invention, said management method comprises an additional step of reducing the pressure within the enclosure so as to reduce the boiling temperature of the recovered water.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :Other characteristics and advantages of the invention will appear more clearly on reading the following description, given by way of illustrative and nonlimiting example, and of the appended drawings among which:

• la figure 1 montre une représentation schématique d'un dispositif de gestion thermique selon un premier mode de réalisation, • la figure 2 montre une représentation schématique d'un échangeur de chaleur supplémentaire d'un dispositif de gestion thermique selon l'invention, • la figure 3 montre une représentation schématique d'un dispositif de gestion thermique selon un deuxième mode de réalisation.FIG. 1 shows a schematic representation of a thermal management device according to a first embodiment, FIG. 2 shows a schematic representation of an additional heat exchanger of a thermal management device according to the invention, Figure 3 shows a schematic representation of a thermal management device according to a second embodiment.

Les éléments identiques sur les différentes figures, portent les mêmes références.Identical elements in the different figures have the same references.

Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées et/ou interchangées pour fournir d'autres réalisations.The following embodiments are examples. Although the description refers to one or more embodiments, this does not necessarily mean that each reference relates to the same embodiment, or that the characteristics apply only to a single embodiment. Simple features of different embodiments can also be combined and / or interchanged to provide other embodiments.

Dans la présente description on peut indexer certains éléments ou paramètres, comme par exemple premier élément ou deuxième élément ainsi que premier paramètre et deuxième paramètre ou encore premier critère et deuxième critère etc. Dans ce cas, il s’agit d’un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments ou paramètres ou critères proches mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément, paramètre ou critère par rapport à un autre et on peut aisément interchanger de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. Cette indexation n’implique pas non plus un ordre dans le temps par exemple pour apprécier tel ou tels critères.In the present description, it is possible to index certain elements or parameters, such as for example first element or second element as well as first parameter and second parameter or even first criterion and second criterion etc. In this case, it is a simple indexing to differentiate and name elements or parameters or criteria that are similar but not identical. This indexing does not imply a priority of an element, parameter or criterion over another and one can easily interchange such names without departing from the scope of this description. This indexing does not imply an order in time for example to assess such or such criteria.

Comme le montre les figures 1 et 3, le dispositif de gestion thermique 1 de pile à combustible 10 comporte un circuit de refroidissement 100 à l'intérieur duquel un fluide réfrigérant est apte à circuler. Le circuit de refroidissement 100 comprend :As shown in Figures 1 and 3, the thermal management device 1 of the fuel cell 10 comprises a cooling circuit 100 inside which a refrigerant is able to circulate. The cooling circuit 100 includes:

° une pompe 4, ° un premier échangeur de chaleur 2 disposé au niveau de la pile à combustible 10, et ° un deuxième échangeur de chaleur 3 placé dans un flux d'air de sorte à refroidir le fluide réfrigérant en provenance du premier échangeur de chaleur 2. Généralement, ce deuxième échangeur de chaleur 3 est placé en face avant du véhicule automobile.° a pump 4, ° a first heat exchanger 2 disposed at the fuel cell 10, and ° a second heat exchanger 3 placed in an air flow so as to cool the refrigerant coming from the first heat exchanger heat 2. Generally, this second heat exchanger 3 is placed on the front face of the motor vehicle.

Le dispositif de gestion thermique 1 comporte en outre un circuit d'eau 200 issue de la réaction chimique au sein de la pile à combustible 10 et un échangeur de chaleur supplémentaire 5 apte à échanger de l'énergie calorifique entre d'une part le fluide réfrigérant du circuit de refroidissement 100 et d'autre part l'eau dudit circuit d'eau 200.The thermal management device 1 also comprises a water circuit 200 resulting from the chemical reaction within the fuel cell 10 and an additional heat exchanger 5 capable of exchanging heat energy between the fluid on the one hand refrigerant of the cooling circuit 100 and on the other hand the water of said water circuit 200.

Cela permet de retirer de l'énergie calorifique du circuit de refroidissement 100 et ainsi le deuxième échangeur de chaleur 3 n'a pas besoin d'avoir une forte capacité d'échange thermique pour pouvoir refroidir efficacement la pile à combustible 10. Cela est particulièrement le cas en conditions extrêmes comme en montée, où la demande de puissance à la pile à combustible 10 est élevée mais où la vitesse du véhicule ne permet qu'un faible flux d'air pour refroidir le deuxième échangeur de chaleur 3. Ainsi, il est possible d'utiliser un échangeur de chaleur placé en face avant qui a un dimensionnement similaire ou proche à un échangeur de chaleur de face avant utilisé pour d'autres systèmes de refroidissement d'autres motorisations, par exemple pour refroidir un moteur thermique à explosion.This makes it possible to remove heat energy from the cooling circuit 100 and thus the second heat exchanger 3 does not need to have a high heat exchange capacity in order to be able to effectively cool the fuel cell 10. This is particularly the case in extreme conditions such as uphill, where the demand for power from the fuel cell 10 is high but where the speed of the vehicle allows only a small flow of air to cool the second heat exchanger 3. Thus, it it is possible to use a heat exchanger placed on the front panel which has a similar or similar dimension to a front panel heat exchanger used for other cooling systems of other engines, for example to cool an internal combustion engine .

Cela permet notamment de mutualiser les moyens de productions d'un véhicule automobile et de pouvoir proposer pour un même modèle de véhicule différents types de motorisation dont un véhicule électrique à pile à combustible, sans pour autant avoir à modifier la plate-forme de construction, voir à en créer une nouvelle.This makes it possible in particular to pool the means of production of a motor vehicle and to be able to offer for the same model of vehicle different types of motorization including an electric vehicle with fuel cell, without having to modify the construction platform, see to create a new one.

De plus, cela permet également une plus grande flexibilité dans le style du véhicule automobile et empêche une augmentation de son coefficient de traîne en évitant l'utilisation d'un deuxième échangeur de chaleur 3 de grande dimension. Il n'est pas non plus nécessaire d'adjoindre au deuxième échangeur de chaleur 3 un puissant système de ventilation qui aurait un impact sur les coûts et sur la consommation électrique.In addition, this also allows greater flexibility in the style of the motor vehicle and prevents an increase in its drag coefficient by avoiding the use of a second large heat exchanger 3. It is also not necessary to add to the second heat exchanger 3 a powerful ventilation system which would have an impact on costs and on electrical consumption.

Le fait que l'eau utilisée pour refroidir le fluide réfrigérant provienne de la réaction chimique au sein de la pile à combustible 10 permet notamment une arrivée d'eau constante sans soucis de réapprovisionnement ou de remplissage. En effet, l'eau ainsi que de l'air avec une concentration de O2 faible sont des produits de la réaction chimique se déroulant au sein de la pile à combustible 10.The fact that the water used to cool the refrigerant comes from the chemical reaction within the fuel cell 10 allows in particular a constant supply of water without worrying about replenishment or filling. Indeed, water as well as air with a low O 2 concentration are products of the chemical reaction taking place within the fuel cell 10.

Comme illustré à la figure 2, l'échangeur de chaleur supplémentaire 5 comporte :As illustrated in FIG. 2, the additional heat exchanger 5 comprises:

° une enceinte 50 dans laquelle de l'eau issue de la réaction chimique au sein de la pile à combustible 10 est destinée à être accumulée. Cette enceinte 50 comprend notamment une conduite d'arrivée 501 d'eau issue de la réaction chimique au sein de la pile à combustible 10 et une conduite d'aspiration 502 de vapeur d'eau disposée au-dessus du niveau d'eau 500 dans l'enceinte 50, ° au moins un tube 51 dans lequel le fluide réfrigérant est apte à circuler, ledit au moins un tube 51 étant apte à être immergé dans l'eau destinée à être accumulée dans l'enceinte 50.° an enclosure 50 in which water from the chemical reaction within the fuel cell 10 is intended to be accumulated. This enclosure 50 comprises in particular an inlet pipe 501 of water resulting from the chemical reaction within the fuel cell 10 and a suction pipe 502 of water vapor disposed above the water level 500 in the enclosure 50, ° at least one tube 51 in which the refrigerant is able to circulate, said at least one tube 51 being able to be immersed in the water intended to be accumulated in the enclosure 50.

Il est ainsi possible de résumer la gestion thermique de la pile à combustible 10 en un procédé de gestion d'un dispositif de gestion thermique 1 de pile à combustible 10, tel que décrit précédemment. Ledit procédé comprenant les étapes suivantes :It is thus possible to summarize the thermal management of the fuel cell 10 in a method of managing a thermal management device 1 of the fuel cell 10, as described above. Said method comprising the following steps:

° récupération d'eau issue de la réaction chimique au sein de ladite pile à combustible 10, ° immersion d'une partie du circuit de refroidissement 100 dans une enceinte 50 contenant de l'eau récupérée de sorte à échanger de l'énergie calorifique entre d'une part le fluide réfrigérant du circuit de refroidissement 100 et d'autre part l'eau récupérée.° recovery of water resulting from the chemical reaction within said fuel cell 10, ° immersion of part of the cooling circuit 100 in an enclosure 50 containing recovered water so as to exchange heat energy between on the one hand the refrigerant of the cooling circuit 100 and on the other hand the recovered water.

Dans le mode de réalisation de l'échangeur de chaleur supplémentaire 5 illustré à la figure 2, les tubes 51 sont des tubes plats 510 disposés parallèlement les uns aux autres et reliés à un collecteur d'entrée 511 de fluide réfrigérant à une première de leurs extrémités et à un collecteur de sortie 512 de fluide réfrigérant à leur seconde extrémité. H est cependant tout à fait possible d'imaginer, sans sortir du cadre de l'invention, d'autre type de tubes 51, par exemple un tube 51 en serpentin qui est apte à être immergé dans l'eau destinée à être accumulée dans l'enceinte 50.In the embodiment of the additional heat exchanger 5 illustrated in FIG. 2, the tubes 51 are flat tubes 510 arranged parallel to each other and connected to an inlet manifold 511 of refrigerant fluid at a first of their ends and to an outlet manifold 512 of refrigerant at their second end. It is however entirely possible to imagine, without departing from the scope of the invention, another type of tube 51, for example a serpentine tube 51 which is capable of being immersed in the water intended to be accumulated in enclosure 50.

Dans le cas présent, les tubes plats 510 ont une forme générale en U et les collecteurs d'entrée 511 et de sortie 512 de fluide réfrigérant sont disposés au niveau du fond de l'enceinte 50.In the present case, the flat tubes 510 have a general U-shape and the inlet 511 and outlet 512 collectors of coolant are arranged at the bottom of the enclosure 50.

Lorsque le ou les tubes 51 sont immergés dans l'eau issue de la pile à combustible 10 et que le fluide réfrigérant circule dans lesdits tubes 51, de l'énergie calorifique est transférée depuis le fluide réfrigérant vers l'eau contenue dans l'enceinte 50. Cet apport d'énergie calorifique entraîne l'évaporation d'une certaine quantité d'eau et cette vapeur d'eau est évacuée par la conduite d'aspiration 502. Le niveau d'eau au sein de l'enceinte 50 aura alors tendance à baisser et il est donc important qu'en fonctionnement, le niveau d'eau 500 au sein de l'enceinte 50 soit maintenu de sorte que le ou les tubes 51 restent immergés.When the tube or tubes 51 are immersed in water from the fuel cell 10 and the refrigerant circulates in said tubes 51, heat energy is transferred from the refrigerant to the water contained in the enclosure 50. This supply of heat energy causes the evaporation of a certain amount of water and this water vapor is evacuated by the suction pipe 502. The water level within the enclosure 50 will then have tendency to decrease and it is therefore important that in operation, the water level 500 within the enclosure 50 is maintained so that the tube or tubes 51 remain submerged.

L'échangeur de chaleur supplémentaire 5 peut également comporter un dispositif de purge (non représenté). Ce dispositif de purge permet de vider l'enceinte 50 de l'eau issue de la réaction chimique au sein de la pile à combustible 10 afin d'éviter des problèmes de gel en période hivernale, ce qui pourrait endommager ledit échangeur de chaleur supplémentaire 5.The additional heat exchanger 5 can also include a purge device (not shown). This purge device makes it possible to empty the enclosure 50 of the water resulting from the chemical reaction within the fuel cell 10 in order to avoid problems of freezing in winter, which could damage said additional heat exchanger 5 .

Comme le montrent les figures 1 et 3, le circuit d'eau 200 peut comporter un compresseur 7 disposé en aval de l'échangeur de chaleur supplémentaire 5, dans le sens de circulation de l'eau dans le circuit d'eau 200. Plus particulièrement, le compresseur 7 est relié à la conduite d'aspiration 502 de l'échangeur de chaleur supplémentaire 5. Ce compresseur 7 est apte à créer une dépression au sein dudit échangeur de chaleur supplémentaire 5, plus précisément au sein de l'enceinte 50. Ledit compresseur 7 est ainsi apte à aspirer de la vapeur d'eau afin de la rejeter dans l'environnement extérieur. La diminution de la pression au sein de l'enceinte 50 du fait de l'action du compresseur 7 permet une diminution de la température d’ébullition de l'eau contenue au sein de ladite enceinte 50. Ainsi, une quantité plus importante de vapeur peut être générée à des températures inférieures à 100°C qui est la température d’ébullition de l'eau à une pression atmosphérique moyenne au niveau de la mer de 1,013 bar. H est ainsi possible de faire diminuer la température du fluide réfrigérant dans le circuit de refroidissement 100 à une température inférieure à 100°C en diminuant la pression au sein de l'enceinte 50 de l'échangeur de chaleur supplémentaire 5.As shown in Figures 1 and 3, the water circuit 200 may include a compressor 7 arranged downstream of the additional heat exchanger 5, in the direction of water circulation in the water circuit 200. More in particular, the compressor 7 is connected to the suction pipe 502 of the additional heat exchanger 5. This compressor 7 is capable of creating a vacuum within said additional heat exchanger 5, more precisely within the enclosure 50 Said compressor 7 is thus able to suck in water vapor in order to discharge it into the external environment. The decrease in pressure within the enclosure 50 due to the action of the compressor 7 allows a reduction in the boiling temperature of the water contained within said enclosure 50. Thus, a greater quantity of steam can be generated at temperatures below 100 ° C which is the boiling temperature of water at an average atmospheric pressure at sea level of 1.013 bar. It is thus possible to reduce the temperature of the refrigerant in the cooling circuit 100 to a temperature below 100 ° C. by reducing the pressure within the enclosure 50 of the additional heat exchanger 5.

Par exemple, afin d'avoir une température d’ébullition de l'eau à 90°C, la pression au sein de l'enceinte 50 doit être de l'ordre de 0,7 bar. Dans ce cas de figure le compresseur 7 doit avoir un taux de compression compris entre 1 et 2, de préférence entre 1,3 et 1,7, plus précisément de l'ordre de 1,5.For example, in order to have a boiling temperature of water at 90 ° C, the pressure within the enclosure 50 must be of the order of 0.7 bar. In this case, the compressor 7 must have a compression ratio of between 1 and 2, preferably between 1.3 and 1.7, more precisely of the order of 1.5.

Pour une température d’ébullition de l'eau à 80°C, la pression au sein de l'enceinte 50 doit être de l'ordre de 0,47 bar. Dans ce cas de figure le compresseur 7 doit avoir un taux de compression compris entre 1 et 3, de préférence entre 1,6 et 2,6, de préférence entre 1,9 et 2,3, plus précisément de l'ordre de 2,1.For a boiling temperature of water at 80 ° C, the pressure within the enclosure 50 must be of the order of 0.47 bar. In this case the compressor 7 must have a compression ratio of between 1 and 3, preferably between 1.6 and 2.6, preferably between 1.9 and 2.3, more precisely of the order of 2 , 1.

Le compresseur 7 est de préférence un compresseur centrifuge avec des vitesses de rotations comprises entre 80000 rpm et 140000 rpm afin de pouvoir faire diminuer suffisamment la pression dans l'enceinte 50 de l'échangeur de chaleur supplémentaire 5.The compressor 7 is preferably a centrifugal compressor with rotation speeds of between 80,000 rpm and 140,000 rpm in order to be able to reduce the pressure in the enclosure 50 of the additional heat exchanger 5 sufficiently.

Si l'on reprend le procédé de gestion du dispositif de gestion thermique 1 cité plus haut, ledit procédé peut ainsi comporter une étape supplémentaire de diminution de la pression au sein de l'enceinte 50 de sorte à diminuer la température d’ébullition de l'eau récupérée.If we resume the process for managing the thermal management device 1 mentioned above, said process can thus include an additional step of reducing the pressure within the enclosure 50 so as to reduce the boiling temperature of the water recovered.

Le circuit d'eau 200 peut également comporter un réservoir d'eau tampon 6 issue de la réaction chimique au sein de la pile à combustible 10. Ce réservoir d'eau tampon 6 est notamment disposé en amont dudit échangeur de chaleur supplémentaire 5, dans le sens de circulation de l'eau dans le circuit d'eau 200, entre la pile à combustible 10 et l'échangeur de chaleur supplémentaire 5. Le réservoir d'eau tampon 6 est plus particulièrement connecté à la conduite d'arrivée 501 d'eau de l'échangeur de chaleur supplémentaire 5 de sorte que ledit échangeur de chaleur supplémentaire 5 ait une alimentation en eau constante lorsqu'il est en fonctionnement.The water circuit 200 may also include a buffer water tank 6 resulting from the chemical reaction within the fuel cell 10. This buffer water tank 6 is notably arranged upstream of said additional heat exchanger 5, in the direction of water circulation in the water circuit 200, between the fuel cell 10 and the additional heat exchanger 5. The buffer water tank 6 is more particularly connected to the supply line 501 d water from the additional heat exchanger 5 so that said additional heat exchanger 5 has a constant water supply when in operation.

L'eau du réservoir d'eau tampon 6 représente un potentiel d'énergie calorifique pouvant être récupérée ensuite au fluide réfrigérant. En effet, l'enthalpie d'évaporation de l'eau à 90°C est de l'ordre de 2277 kJ/kg et un réservoir de trois litres d'eau peut ainsi permettre de maintenir une puissance de refroidissement de 22,7 kW pendant une durée de 300 secondes avec notamment un compresseur 7 ayant un débit de vapeur d'eau en sortie de 0,01kg/s et un débit volumique en entrée de 0,023 m3/s.The water in the buffer water tank 6 represents a potential for heat energy which can then be recovered by the refrigerant. Indeed, the enthalpy of evaporation of water at 90 ° C is of the order of 2277 kJ / kg and a reservoir of three liters of water can thus make it possible to maintain a cooling power of 22.7 kW for a period of 300 seconds with in particular a compressor 7 having a water vapor output flow of 0.01 kg / s and a volume flow input of 0.023 m 3 / s.

Le circuit d'eau 200 peut comporter en amont du réservoir d'eau tampon 6 un dispositif de contrôle de la pression d'eau 8, dans le sens de circulation de l'eau dans le circuit d'eau 200. Le dispositif de contrôle de la pression d'eau 8, par exemple une vanne, permet notamment de contrôler le remplissage du réservoir d'eau tampon 6, notamment lorsque la température du fluide réfrigérant arrivant au niveau de l'échangeur de chaleur supplémentaire 5 est inférieure ou égale à 80°C, ce qui est généralement le cas en utilisation « normale », et qu'il n'y a donc pas ou peu d'évaporation de l'eau au sein de l'enceinte 50. Lorsque la pression atmosphérique est inférieure à la pression de l'eau évacuée au niveau de la pile à combustible 10, une ouverture du dispositif de contrôle de la pression d'eau 8 permet un remplissage passif du réservoir tampon 6. Lorsque la pression atmosphérique est supérieure ou égale à la pression de l'eau évacuée au niveau de la pile à combustible 10, une ouverture du dispositif de contrôle de la pression d'eau 8 et une mise en route du compresseur 7 pour créer une dépression dans l'enceinte 50 et donc dans le réservoir d'eau tampon 6, ce qui permet un remplissage du réservoir d'eau tampon 6.The water circuit 200 may comprise upstream of the buffer water tank 6 a device for controlling the water pressure 8, in the direction of circulation of the water in the water circuit 200. The control device of the water pressure 8, for example a valve, makes it possible in particular to control the filling of the buffer water tank 6, in particular when the temperature of the coolant arriving at the level of the additional heat exchanger 5 is less than or equal to 80 ° C, which is generally the case in “normal” use, and that there is therefore little or no evaporation of water within the enclosure 50. When the atmospheric pressure is less than the pressure of the water discharged at the fuel cell 10, an opening of the water pressure control device 8 allows passive filling of the buffer tank 6. When the atmospheric pressure is greater than or equal to the pressure of water discharged at the pile fuel 10, an opening of the water pressure control device 8 and a start-up of the compressor 7 to create a vacuum in the enclosure 50 and therefore in the buffer water tank 6, which allows filling of the buffer water tank 6.

Selon un premier mode de réalisation illustré à la figure 1, l’échangeur de chaleur supplémentaire 5 peut être disposé, dans le circuit de refroidissement 100, en amont du deuxième échangeur de chaleur 3, entre le premier échangeur de chaleur 2 et ledit deuxième échangeur de chaleur 3, dans le sens de circulation du fluide réfrigérant.According to a first embodiment illustrated in FIG. 1, the additional heat exchanger 5 can be arranged, in the cooling circuit 100, upstream of the second heat exchanger 3, between the first heat exchanger 2 and said second exchanger heat 3, in the direction of circulation of the refrigerant.

Le fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur de chaleur 2 est généralement à une température supérieure ou égale à 95 °C lorsque la pile à combustible 10 est fortement sollicitée, par exemple lorsque que le véhicule est en montée. Le fluide réfrigérant arrive donc au niveau de l'échangeur de chaleur supplémentaire à cette température. Si la pression au sein de l'enceinte 50 de l'échangeur de chaleur supplémentaire 5 est de l'ordre de 0,7 bar, la température d’ébullition de l'eau issue de la réaction chimique au sein de la pile à combustible 10 sera de l'ordre de 90°C. Avec un flux de fluide réfrigérant de l'ordre de 10000 1/h dans le ou les tubes 51, il est possible de baisser la température dudit fluide réfrigérant d'environ 2°C en sortie de l'échangeur de chaleur supplémentaire 5. Le fluide réfrigérant est alors moins chaud avant d'entrer dans le deuxième échangeur de chaleur 3 et ce dernier a donc besoin de moins de capacité d'échange thermique pour réduire la température dudit fluide réfrigérant à une température de l'ordre de 85°C afin que ledit fluide réfrigérant repasse dans le premier échangeur de chaleur 2 pour refroidir la pile à combustible 10.The refrigerant at the outlet of the first heat exchanger 2 is generally at a temperature greater than or equal to 95 ° C. when the fuel cell 10 is highly stressed, for example when the vehicle is uphill. The refrigerant therefore arrives at the additional heat exchanger at this temperature. If the pressure within the enclosure 50 of the additional heat exchanger 5 is of the order of 0.7 bar, the boiling temperature of the water resulting from the chemical reaction within the fuel cell 10 will be of the order of 90 ° C. With a flow of refrigerant of the order of 10,000 l / h in the tube or tubes 51, it is possible to lower the temperature of said refrigerant by approximately 2 ° C. at the outlet of the additional heat exchanger 5. The refrigerant is then less hot before entering the second heat exchanger 3 and the latter therefore needs less heat exchange capacity to reduce the temperature of said refrigerant to a temperature of around 85 ° C so that said coolant passes back into the first heat exchanger 2 to cool the fuel cell 10.

Dans cette configuration et pour atteindre une telle pression de l'ordre de 0,7 bar, le compresseur 7 doit avoir un taux de compression compris entre 1 et 2, de préférence entre 1,3 et 1,7, plus précisément de l'ordre de 1,5.In this configuration and to reach such a pressure of the order of 0.7 bar, the compressor 7 must have a compression ratio of between 1 and 2, preferably between 1.3 and 1.7, more precisely order of 1.5.

Selon un deuxième mode de réalisation illustré à la figure 3, l’échangeur de chaleur supplémentaire 5 est disposé, dans le circuit de refroidissement 100, en aval du deuxième échangeur de chaleur 3, entre ledit deuxième échangeur de chaleur 3 et le premier échangeur de chaleur 2 dans le sens de circulation du fluide réfrigérant.According to a second embodiment illustrated in Figure 3, the additional heat exchanger 5 is arranged, in the cooling circuit 100, downstream of the second heat exchanger 3, between said second heat exchanger 3 and the first heat exchanger heat 2 in the direction of circulation of the refrigerant.

Le fluide réfrigérant en sortie du premier échangeur de chaleur 2 est généralement à une température supérieure ou égale à 95 °C lorsque la pile à combustible 10 est fortement sollicitée, par exemple lorsque que le véhicule est en montée. Le fluide réfrigérant arrive donc au niveau du deuxième échangeur de chaleur 3 à cette température. Le fluide réfrigérant y subit une première baisse de température dépendant de sa capacité d'échange thermique, avant de passer dans l'échangeur de chaleur supplémentaire 5. Si la pression au sein de l'enceinte 50 de l'échangeur de chaleur supplémentaire 5 est de l'ordre de 0,47 bar, la température d’ébullition de l'eau issue de la réaction chimique au sein de la pile à combustible 10 sera de l'ordre de 80°C. Avec un flux de fluide réfrigérant de l'ordre de 10000 1/h dans le ou les tubes 51, il est possible de baisser la température dudit fluide réfrigérant d'encore environ 5°C en sortie de l'échangeur de chaleur supplémentaire 5. Le fluide réfrigérant est alors suffisamment refroidit pour repasser dans le premier échangeur de chaleur 2 afin de refroidir la pile à combustible 10. Comme le fluide réfrigérant subit un deuxième refroidissement au niveau de l'échangeur de chaleur supplémentaire 5, il n'est pas nécessaire que la température en sortie du deuxième échangeur de chaleur 3 soit suffisamment basse pour refroidir la pile à combustible.The refrigerant at the outlet of the first heat exchanger 2 is generally at a temperature greater than or equal to 95 ° C. when the fuel cell 10 is highly stressed, for example when the vehicle is uphill. The refrigerant therefore arrives at the second heat exchanger 3 at this temperature. The refrigerant undergoes a first temperature drop there depending on its heat exchange capacity, before passing into the additional heat exchanger 5. If the pressure within the enclosure 50 of the additional heat exchanger 5 is of the order of 0.47 bar, the boiling temperature of the water resulting from the chemical reaction within the fuel cell 10 will be of the order of 80 ° C. With a flow of refrigerant of the order of 10,000 l / h in the tube or tubes 51, it is possible to lower the temperature of said refrigerant by about 5 ° C. at the outlet of the additional heat exchanger 5. The refrigerant is then sufficiently cooled to return to the first heat exchanger 2 in order to cool the fuel cell 10. As the refrigerant undergoes a second cooling at the level of the additional heat exchanger 5, it is not necessary that the temperature at the outlet of the second heat exchanger 3 is low enough to cool the fuel cell.

Dans cette configuration et pour atteindre une telle pression de l'ordre de 0,47 bar, le compresseur 7 doit avoir un taux de compression compris entre 1 et 3, de préférence entre 1,6 et 2,6, de préférence entre 1,9 et 2,3, plus précisément de l'ordre de 2,1In this configuration and to reach such a pressure of the order of 0.47 bar, the compressor 7 must have a compression ratio of between 1 and 3, preferably between 1.6 and 2.6, preferably between 1, 9 and 2.3, more precisely around 2.1

La présente invention concerne également un procédé de gestion thermique d'une pile à combustible 10.The present invention also relates to a method for thermal management of a fuel cell 10.

Ainsi, on voit bien que le dispositif de gestion thermique 1 de pile à combustibleThus, it can be seen that the thermal management device 1 of the fuel cell

10, du fait de rutilisation de l'eau issue de la réaction chimique au sein de la pile à combustible, permet un meilleur refroidissement de ladite pile ce qui évite de devoir augmenter la capacité d'échange thermique du deuxième échangeur de chaleur 3 par rapport à un échangeur de chaleur de face avant dit classique, par exemple utilisé pour d'autres types de motorisation.10, due to the reuse of water from the chemical reaction within the fuel cell, allows better cooling of said cell which avoids having to increase the heat exchange capacity of the second heat exchanger 3 compared to a so-called conventional front face heat exchanger, for example used for other types of motorization.

Claims (17)

REVENDICATIONS 1. Dispositif de gestion thermique (1) de pile à combustible (10), ledit dispositif de gestion thermique (1) comportant un circuit de refroidissement (100) à l'intérieur duquel un fluide réfrigérant et/ou un fluide caloporteur est apte à circuler et comprenant :1. A thermal management device (1) for a fuel cell (10), said thermal management device (1) comprising a cooling circuit (100) inside which a cooling fluid and / or a heat-transfer fluid is capable of circulating and including: ° une pompe (4), ° un premier échangeur de chaleur (2) disposé au niveau de la pile à combustible (10), ° un deuxième échangeur de chaleur (3) placé dans un flux d'air de sorte à refroidir le fluide réfrigérant et/ou le fluide caloporteur en provenance du premier échangeur de chaleur (2), caractérisé en ce que ledit dispositif de gestion thermique (1) comporte un circuit d'eau (200) issue de la réaction chimique au sein de la pile à combustible (10), et un échangeur de chaleur supplémentaire (5) configuré pour échanger de l'énergie calorifique entre d'une part le fluide réfrigérant et/ou le fluide caloporteur du circuit de refroidissement (100) et d'autre part l'eau dudit circuit d'eau (200).° a pump (4), ° a first heat exchanger (2) disposed at the fuel cell (10), ° a second heat exchanger (3) placed in an air flow so as to cool the fluid refrigerant and / or the heat transfer fluid from the first heat exchanger (2), characterized in that said thermal management device (1) comprises a water circuit (200) resulting from the chemical reaction within the cell to fuel (10), and an additional heat exchanger (5) configured to exchange heat energy between on the one hand the refrigerant and / or the coolant of the cooling circuit (100) and on the other hand water from said water circuit (200). 2. Dispositif de gestion thermique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’échangeur de chaleur supplémentaire (5) est disposé, dans le circuit de refroidissement (100), en amont du deuxième échangeur de chaleur (3), entre le premier échangeur de chaleur (2) et ledit deuxième échangeur de chaleur (3) dans le sens de circulation du fluide réfrigérant et/ou du fluide caloporteur.2. A thermal management device (1) according to claim 1, characterized in that the additional heat exchanger (5) is arranged, in the cooling circuit (100), upstream of the second heat exchanger (3), between the first heat exchanger (2) and said second heat exchanger (3) in the direction of circulation of the refrigerant and / or the heat transfer fluid. 3. Dispositif de gestion thermique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’échangeur de chaleur supplémentaire (5) est disposé, dans le circuit de refroidissement (100), en aval du deuxième échangeur de chaleur (3), entre ledit deuxième échangeur de chaleur (3) et le premier échangeur de chaleur (2) dans le sens de circulation du fluide réfrigérant et/ou du fluide caloporteur.3. A thermal management device (1) according to claim 1, characterized in that the additional heat exchanger (5) is arranged, in the cooling circuit (100), downstream of the second heat exchanger (3), between said second heat exchanger (3) and the first heat exchanger (2) in the direction of circulation of the refrigerant and / or the heat transfer fluid. 4. Dispositif de gestion thermique (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit d'eau (200) comporte un réservoir d'eau tampon (6) issue de la réaction chimique au sein de la pile à combustible (10), ledit réservoir d'eau tampon (6) étant disposé en amont dudit échangeur de chaleur supplémentaire (5), dans le sens de circulation de l'eau dans le circuit d'eau (200).4. A thermal management device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the water circuit (200) comprises a buffer water tank (6) resulting from the chemical reaction within the cell to fuel (10), said buffer water tank (6) being arranged upstream of said additional heat exchanger (5), in the direction of water circulation in the water circuit (200). 5. Dispositif de gestion thermique (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le circuit d'eau (200) comporte en amont du réservoir d'eau tampon (6) un dispositif de contrôle de la pression d'eau (8), dans le sens de circulation de l'eau dans le circuit d'eau (200).5. A thermal management device (1) according to the preceding claim, characterized in that the water circuit (200) comprises upstream of the buffer water tank (6) a device for controlling the water pressure (8 ), in the direction of water circulation in the water circuit (200). 6. Dispositif de gestion thermique (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit d'eau (200) comporte un compresseur (7) disposé en aval de l'échangeur de chaleur supplémentaire (5), dans le sens de circulation de l'eau dans le circuit d'eau (200), ledit compresseur (7) étant apte à créer une dépression au sein dudit échangeur de chaleur supplémentaire (5) et à aspirer de la vapeur d'eau au sein dudit échangeur de chaleur supplémentaire (5) afin de la rejeter dans l'environnement extérieur.6. A thermal management device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the water circuit (200) comprises a compressor (7) disposed downstream of the additional heat exchanger (5), in the direction of water circulation in the water circuit (200), said compressor (7) being able to create a vacuum within said additional heat exchanger (5) and to suck water vapor within said additional heat exchanger (5) in order to discharge it into the external environment. 7. Dispositif de gestion thermique (1) selon la revendication 6 en combinaison avec la revendication 2, caractérisé en ce que le compresseur (7) a un taux de compression compris entre 1 et 2, de préférence entre 1,3 et 1,7.7. A thermal management device (1) according to claim 6 in combination with claim 2, characterized in that the compressor (7) has a compression ratio between 1 and 2, preferably between 1.3 and 1.7 . 8. Dispositif de gestion thermique (1) selon la revendication 6 en combinaison avec la revendication 3, caractérisé en ce que le compresseur (7) a un taux de compression compris entre 1 et 3, de préférence entre 1,6 et 2,6, de préférence entre 1,9 et 2,3.8. A thermal management device (1) according to claim 6 in combination with claim 3, characterized in that the compressor (7) has a compression ratio of between 1 and 3, preferably between 1.6 and 2.6 , preferably between 1.9 and 2.3. 9. Dispositif de gestion thermique (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur supplémentaire (5) comporte :9. Thermal management device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the additional heat exchanger (5) comprises: ° une enceinte (50) dans laquelle de l'eau issue de la réaction chimique au sein de la pile à combustible (10) est destinée à être accumulée, ladite enceinte (50) comprenant une conduite d'arrivée (501) d'eau issue de la réaction chimique au sein de la pile à combustible (10) et une conduite d'aspiration (502) de vapeur d'eau disposée au-dessus du niveau d'eau (500) dans l'enceinte (50), ° au moins un tube (51) dans lequel le fluide réfrigérant et/ou le fluide caloporteur est apte à circuler, ledit au moins un tube (51) étant apte à être immergé dans l'eau destinée à être accumulée dans l'enceinte (50).° an enclosure (50) in which water resulting from the chemical reaction within the fuel cell (10) is intended to be accumulated, said enclosure (50) comprising a water inlet pipe (501) resulting from the chemical reaction within the fuel cell (10) and a suction pipe (502) of water vapor disposed above the water level (500) in the enclosure (50), ° at least one tube (51) in which the refrigerant and / or the heat transfer fluid is able to circulate, said at least one tube (51) being able to be immersed in the water intended to be accumulated in the enclosure (50 ). 10. Dispositif de gestion thermique (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les tubes (51) dans lesquels le fluide réfrigérant et/ou le fluide caloporteur est apte à circuler, sont des tubes plats (510) disposés parallèlement les uns aux autres et reliés à un collecteur d'entrée (511) de fluide réfrigérant et/ou de fluide caloporteur à une première de leurs extrémités et à un collecteur de sortie (512) de fluide réfrigérant et/ou de fluide caloporteur à leur seconde extrémité.10. A thermal management device (1) according to the preceding claim, characterized in that the tubes (51) in which the refrigerant and / or the heat transfer fluid is able to circulate, are flat tubes (510) arranged parallel to each other. to the others and connected to an inlet manifold (511) of coolant and / or heat transfer fluid at a first of their ends and to an outlet manifold (512) of coolant and / or heat transfer fluid at their second end . 11. Dispositif de gestion thermique (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les tubes plats (510) ont une forme générale en U et que les collecteurs d'entrée (511) et de sortie (512) de fluide réfrigérant et/ou de fluide caloporteur sont disposés au niveau du fond de l'enceinte (50).11. Thermal management device (1) according to the preceding claim, characterized in that the flat tubes (510) have a general U-shape and that the inlet (511) and outlet (512) manifolds of refrigerant and / or heat transfer fluid are arranged at the bottom of the enclosure (50). 12. Dispositif de gestion thermique (1) selon l'une des revendications 9 à 11 en combinaison avec l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le réservoir d'eau tampon (6) est relié à la conduite d'arrivée (501) d'eau de l'échangeur de chaleur supplémentaire (5).12. A thermal management device (1) according to one of claims 9 to 11 in combination with one of claims 4 or 5, characterized in that the buffer water tank (6) is connected to the line of water inlet (501) from the additional heat exchanger (5). 13. Dispositif de gestion thermique selon l'une des revendications 9 à 12 en combinaison avec la revendication 6, caractérisé en ce que le compresseur (7) est relié à la conduite d'aspiration (502) de vapeur d'eau de l'échangeur de chaleur (5).13. A thermal management device according to one of claims 9 to 12 in combination with claim 6, characterized in that the compressor (7) is connected to the suction pipe (502) of water vapor from the heat exchanger (5). 14. Dispositif de gestion thermique (1) selon l'une des revendications 9 à 13, caractérisé en ce qu'en fonctionnement, le niveau d'eau (500) au sein de l'enceinte (50) est maintenu de sorte que le ou les tubes (51) restent immergés.14. A thermal management device (1) according to one of claims 9 to 13, characterized in that in operation, the water level (500) within the enclosure (50) is maintained so that the or the tubes (51) remain submerged. 15. Dispositif de gestion thermique (1) selon l'une des revendications 9 à 14, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur supplémentaire (5) comporte un dispositif de purge de sorte à pouvoir vider l'enceinte (50) de l'eau issue de la réaction chimique au sein de la pile à combustible (10).15. A thermal management device (1) according to one of claims 9 to 14, characterized in that the additional heat exchanger (5) comprises a purge device so as to be able to empty the enclosure (50) of the water from the chemical reaction within the fuel cell (10). 16. Procédé de gestion d'un dispositif de gestion thermique (1) de pile à combustible (10), ledit dispositif de gestion thermique (1) comportant un circuit de refroidissement (100) à l'intérieur duquel un fluide réfrigérant et/ou un fluide caloporteur est apte à circuler et comprenant :16. A method of managing a thermal management device (1) for a fuel cell (10), said thermal management device (1) comprising a cooling circuit (100) inside which a refrigerant and / or a heat transfer fluid is able to circulate and comprising: ° une pompe (4), ° un premier échangeur de chaleur (2) disposé au niveau de la pile à combustible (10), ° un deuxième échangeur de chaleur (3) placé dans un flux d'air de sorte à refroidir le fluide réfrigérant et/ou le fluide caloporteur en provenance du° a pump (4), ° a first heat exchanger (2) disposed at the fuel cell (10), ° a second heat exchanger (3) placed in an air flow so as to cool the fluid refrigerant and / or heat transfer fluid from the 5 premier échangeur de chaleur (2), ledit procédé comprenant les étapes suivantes :5 first heat exchanger (2), said method comprising the following steps: ° récupération d'eau issue de la réaction chimique au sein de ladite pile à combustible (10), ° immersion d'une partie du circuit de refroidissement (100) dans une enceinte 10 (50) contenant de l'eau récupérée de sorte à échanger de l'énergie calorifique entre d'une part le fluide réfrigérant et/ou le fluide caloporteur du circuit de refroidissement (100) et d'autre part l'eau récupérée.° recovery of water resulting from the chemical reaction within said fuel cell (10), ° immersion of part of the cooling circuit (100) in an enclosure 10 (50) containing water recovered so as to exchanging heat energy between on the one hand the refrigerant and / or the coolant of the cooling circuit (100) and on the other hand the recovered water. 17. Procédé de gestion selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il 15 comporte une étape supplémentaire de diminution de la pression au sein de l'enceinte (50) de sorte à diminuer la température d’ébullition de l'eau récupérée.17. Management method according to the preceding claim, characterized in that it comprises an additional step of reducing the pressure within the enclosure (50) so as to reduce the boiling temperature of the recovered water. 1/21/2
FR1661857A 2016-12-02 2016-12-02 FUEL CELL THERMAL MANAGEMENT DEVICE AND METHOD FOR MANAGING THE SAME Withdrawn FR3059833A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1661857A FR3059833A1 (en) 2016-12-02 2016-12-02 FUEL CELL THERMAL MANAGEMENT DEVICE AND METHOD FOR MANAGING THE SAME

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1661857A FR3059833A1 (en) 2016-12-02 2016-12-02 FUEL CELL THERMAL MANAGEMENT DEVICE AND METHOD FOR MANAGING THE SAME
FR1661857 2016-12-02

Publications (1)

Publication Number Publication Date
FR3059833A1 true FR3059833A1 (en) 2018-06-08

Family

ID=57909724

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR1661857A Withdrawn FR3059833A1 (en) 2016-12-02 2016-12-02 FUEL CELL THERMAL MANAGEMENT DEVICE AND METHOD FOR MANAGING THE SAME

Country Status (1)

Country Link
FR (1) FR3059833A1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040241523A1 (en) * 2003-06-02 2004-12-02 Nissan Motor Co., Ltd. Water storage device for fuel cell system and fuel cell system equipped with the same
JP2005100693A (en) * 2003-09-22 2005-04-14 Toyota Industries Corp Cooling system of fuel cell
JP2005251662A (en) * 2004-03-08 2005-09-15 Mitsubishi Electric Corp Fuel cell system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040241523A1 (en) * 2003-06-02 2004-12-02 Nissan Motor Co., Ltd. Water storage device for fuel cell system and fuel cell system equipped with the same
JP2005100693A (en) * 2003-09-22 2005-04-14 Toyota Industries Corp Cooling system of fuel cell
JP2005251662A (en) * 2004-03-08 2005-09-15 Mitsubishi Electric Corp Fuel cell system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FR2873064A1 (en) COOLING SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING THE SAME
FR2884556A1 (en) Vehicle IC engine energy recuperator has Rankine cycle system with single loop containing compressor and evaporators connected to exhaust pipe
FR2975230A1 (en) Battery pack for car e.g. electric car, has compartment receiving pump that allows movement of liquid coolant in temperature control device, and heat exchanger provided between liquid coolant and air for cooling liquid coolant
FR3099643A1 (en) Battery thermal management device comprising a magnetocaloric device
WO2020188191A1 (en) Cooling module for an electric motor vehicle, comprising a tangential-flow turbomachine
FR2935475A1 (en) Heat exchanger i.e. cooler, for cooling re-circulated exhaust gas, in cooling circuit of heat engine of motor vehicle, has fluid inlets for inletting fractions of coolant, and fluid outlet for evacuating fractions of coolant at same time
EP3828018B1 (en) Device for managing thermal energy in a vehicle
FR3059833A1 (en) FUEL CELL THERMAL MANAGEMENT DEVICE AND METHOD FOR MANAGING THE SAME
EP4132809A1 (en) Arrangement for cooling a fuel cell and an electric traction and/or propulsion motor of a vehicle
FR3060108A1 (en) HEAT EXCHANGER, IN PARTICULAR EXHAUST AIR EXCHANGER FOR MOTOR VEHICLE
FR3137130A1 (en) MOTOR VEHICLE ENGINE COOLING DEVICE
EP2912395B1 (en) Module for cooling a motor vehicle engine, and corresponding control method
FR3073563A1 (en) VENTILATION DEVICE FOR MOTOR VEHICLE
FR3073255A1 (en) MOTOR POWERTRAIN COMPRISING A WATER PUMP
EP3732379A1 (en) Ventilation device for a motor vehicle
FR3066556A1 (en) MOTOR POWERTRAIN WITH ADDITIONAL HEAT SOURCE INTEGRATED INTO A HEAT PUMP CIRCUIT
FR2936393A1 (en) Vehicle i.e. diesel hybrid vehicle, has supply circuit for supplying fuel to heat engine and including branch traversed by cooler exchanger of electrical system, where fuel is used as coolant in exchanger
FR3057025A1 (en) VARIABLE GEOMETRY TURBOCHARGER AND AIR SUPPLY SYSTEM COMPRISING SUCH A TURBOCHARGER
WO2019048785A1 (en) Coolant fluid circuit comprising a circulator
WO2023031149A1 (en) Thermal management device for batteries for an electric or hybrid vehicle
EP4188729A1 (en) Cooling module for an electric or hybrid motor vehicle
EP2993436A1 (en) Thermal management device with phase-shift material for motor vehicle
FR3109912A1 (en) Thermal management device for a hybrid motor vehicle
WO2018069587A1 (en) Drive unit with rankine loop
FR3140798A1 (en) THERMAL MANAGEMENT SYSTEM FOR HYBRID OR ELECTRIC VEHICLE

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20180608

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 4

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 5

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 6

ST Notification of lapse

Effective date: 20230808