FR3083013A1 - Dispositif de regeneration d'un filtre absorbant pour pile a combustible - Google Patents

Dispositif de regeneration d'un filtre absorbant pour pile a combustible Download PDF

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Frederic Ladrech
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Maxime Girault
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Abstract

Un dispositif de régénération comprend un filtre absorbant (2), un passage (5) d'admission d'air disposé en amont du filtre absorbant de manière à déboucher sur une partie (21, 22) de ce filtre absorbant, et un conduit de distribution d'air (30) de la pile à combustible (3) comportant au moins une portion amont disposée entre le filtre absorbant (2) et la pile à combustible formant conduit d'alimentation en air (30a) de la pile à combustible et une portion aval formant conduit d'évacuation d'air (30b) relié à une sortie extérieure. Selon l'invention, le dispositif comprend en outre un dispositif de régulation (17) du flux d'air ménagé sur le conduit de distribution d'air (30) de la pile à combustible et configuré pour détourner tout ou partie de l'air circulant dans le conduit de distribution en direction d'une autre partie (21, 22) du filtre absorbant (2).

Description

La présente invention se rapporte au domaine des systèmes de purification d’air, et plus particulièrement au domaine des dispositifs de filtration de l’air alimentant une pile à combustible.
Les applications de ces piles à combustible sont nombreuses et peuvent concerner par exemple des systèmes d’alimentation autonomes en électricité ou encore des équipements électroniques mobiles. Une application particulièrement visée est le remplacement des moteurs à combustion dans les véhicules automobiles. En effet, le fonctionnement d’une telle pile à combustible ne génère pas d’émission de gaz à effet de serre.
Ces piles à combustible fonctionnent sur la base d’une transformation chimique d’air et d’hydrogène mis en commun, pour l’obtention d’électricité, d’eau et de chaleur. Elles comportent au moins une anode et une cathode séparées par une membrane, et une réaction chimique entre de l’hydrogène présent à l’anode et de l’oxygène présent à la cathode permet un échange d’ions par l’intermédiaire de la membrane de la pile. On prévoit une entrée d’air de ces piles à combustible pour alimenter la cathode de la pile en oxygène.
Un objectif bien connu est de préserver la durée de vie de l’anode en minimisant la présence de polluants présents dans l'air entrant dans la pile à combustible. Pour cela, un filtre absorbant est couramment utilisé pour traiter l'air entrant dans la pile à combustible.
Un filtre pour pile à combustible comprend couramment une matière absorbante destinée à piéger les différents polluants présents dans l'air avant leur entrée dans la pile à combustible. Ces polluants peuvent être, de façon non limitative, du dioxyde de souffre (SO2), du dioxyde d'azote (NOx), ou encore des combinés organiques volatiles (COV) de type Benzène, Toluène ou encore Formaldéhydes.
Lorsque la matière absorbante de ces filtres est saturée, c’est-à-dire lorsqu’elle ne peut plus absorber de polluants, certains polluants peuvent traverser le filtre sans être piégés et peuvent migrer vers l’anode de la pile à combustible. Ceci a pour effet de réduire les qualités de conductivité ionique et d'isolant électrique de la membrane.
est alors utile de chercher à régénérer le filtre absorbant au cours de la dure de vie de celui-ci, afin d’éliminer les polluants piégés dans la matière absorbante du filtre.
La demande de brevet WO 2007/019535 décrit un système de régénération de filtre comprenant une matière absorbante, dit filtre absorbant, pouvant être appliqué à une pile à combustible. Le système de régénération décrit dans ce document comprend en entrée successivement un filtre à particule et un compresseur d’air. En sortie du compresseur d’air est disposée une ligne de régénération d’un filtre absorbant comprenant successivement un module chauffant et le filtre absorbant. Une ligne d’alimentation en air de la pile à combustible est également disposée en sortie du compresseur en parallèle de la ligne de régénération, cette ligne d’alimentation comprenant successivement deux échangeurs de chaleur, le filtre absorbant et l’entrée d’air de la pile à combustible, la ligne de régénération du filtre absorbant étant distincte de la ligne d’alimentation en air de la pile à combustible.
Un tel système présente plusieurs inconvénients. Tout d’abord il est nécessaire d’utiliser simultanément deux filtres, un premier filtre à particule et un deuxième filtre absorbant. De plus, la configuration du système de régénération est complexe à mettre en œuvre et nécessite l’utilisation d’au moins une ligne de régénération de la pile et une ligne d’alimentation de la pile.
La présente invention a pour but de proposer un dispositif de régénération d'un filtre absorbant pour pile à combustible simplifié.
Pour cela, l'invention a pour objet un dispositif de régénération d'un filtre absorbant pour pile à combustible, le dispositif comprenant le filtre absorbant, un passage d'admission d'air disposé en amont du filtre absorbant de manière à déboucher sur une première partie du filtre absorbant, et un conduit de distribution d’air de la pile à combustible comportant au moins une portion amont disposée entre le filtre absorbant et la pile à combustible formant conduit d’alimentation en air de la pile à combustible et une portion aval formant conduit d’évacuation d’air relié à une sortie extérieure.
Selon l’invention, le dispositif de régénération du filtre absorbant comprend un dispositif de régulation du flux d’air ménagé sur le conduit de distribution d’air de la pile à combustible et configuré pour détourner tout ou partie de l’air circulant dans le conduit de distribution et diriger cet air recirculé en direction d’une autre partie du filtre absorbant.
Par « amont » et « aval », on entend orienter les composants les uns par rapport aux autres en fonction du sens de circulation d’air, dans une boucle passant à l’origine par le filtre absorbant pour être dirigé vers la pile à combustible, puis être rejeté vers l’extérieur.
Selon différentes caractéristiques de l’invention, prises seules ou en combinaison, on pourra prévoir que :
- le dispositif de régulation du flux d'air comporte des moyens de chauffage de l’air dirigé vers l’autre partie du filtre absorbant ; selon différents cas d’application dont certains seront présentés ci-après, ces moyens de chauffage peuvent consister en des radiateurs actifs ou passifs, au contact desquels l’air passant se réchauffe, ou bien consister en un compresseur qui permet l’augmentation de la température de l’air à sa sortie ;
- le dispositif de régulation du flux d'air comporte un compresseur d’air agencé sur le conduit d’alimentation en air de la pile à combustible, entre le filtre absorbant et la pile à combustible ;
- le dispositif de régulation du flux d'air est disposé en sortie de la pile à combustible, sur le conduit d’évacuation de la pile à combustible ; le dispositif de régulation du flux d’air peut dans ce cas-là comporter une vanne agencée sur le conduit d’évacuation et présentant une sortie dirigée vers l’environnement extérieur et une sortie dirigée sur l’autre partie du filtre absorbant ; et l’on peut prévoir un module chauffant qui est agencé sur un conduit d’air disposé entre une sortie de la vanne et l’autre partie du filtre absorbant ; un tel module chauffant peut notamment prendre la forme d’un radiateur électrique dont par ailleurs, un dispositif de commande peut être associé à ce module chauffant de température assurant la montée en température du module chauffant ;
- le dispositif de régulation du flux d'air est agencé sur le conduit d’alimentation en air, en amont de la pile à combustible, le dispositif de régulation du flux d’air étant configuré pour détourner tout ou partie de l’air, avant sa circulation dans la pile à combustible, en direction de l’autre partie du filtre absorbant ; le dispositif de régulation du flux d'air peut dans ce cas-là être disposé en sortie du compresseur d’air, entre celui-ci et la pile à combustible, et le dispositif de régulation du flux d’air est configuré pour détourner tout ou partie de l’air circulant entre le compresseur et la pile à combustible en direction de l’autre partie du filtre absorbant ; le dispositif de régulation du flux d’air peut notamment comporter une vanne agencée sur le conduit d’alimentation et présentant une entrée dirigée vers le compresseur d’air, une sortie dirigée vers la pile à combustible et une sortie dirigée sur un conduit d’air débouchant sur l’autre partie du filtre absorbant ; le dispositif de régulation du flux d’air peut comporter une autre vanne agencée sur le conduit d’alimentation, en amont du compresseur d’air, entre le passage d’admission d’air et le compresseur d’air, et dont une sortie est dirigée vers le conduit d’air débouchant sur l’autre partie du filtre absorbant, les deux vannes étant pilotées pour doser la quantité d’air provenant de l’amont ou de l’aval du compresseur d’air.
- le filtre absorbant est mobile entre une première position dans laquelle une première partie du filtre absorbant est en regard du passage d’admission d’air et une deuxième position dans laquelle c’est une deuxième partie qui est en regard de ce passage ; le filtre absorbant peut notamment être mobile en rotation autour d’un axe de rotation formé au voisinage du passage d’admission d’air ; le filtre absorbant peut comprendre en son centre un élément d'entrainement en rotation autour de l’axe de rotation ;
- le dispositif de régénération comporte un dispositif de contrôle de déplacement du filtre absorbant ;
- le dispositif de régénération comprend un deuxième passage d'évacuation d'air disposé au voisinage de l’autre partie du filtre absorbant, les deux passages étant agencés de sorte que le filtre absorbant vient en recouvrement de l’un et de l’autre ;
- le filtre absorbant est de forme circulaire, et les première et deuxième parties du filtre absorbant présentent des formes en demi-cercle complémentaire pour former ensemble le filtre absorbant ;
- au moins le deuxième passage d'évacuation d'air est muni d’un élément d’obturation amovible, le dispositif de régénération comprenant en outre un dispositif de commande de la position de cet élément d’obturation ; le premier passage d'admission d'air et le deuxième passage d'évacuation d'air peuvent comprendre un élément d’obturation respectif ;
- le deuxième passage d'évacuation d'air est séparé du premier passage par une cloison commune aux deux passages.
L’invention porte également sur un véhicule automobile comprenant une pile à combustible et un dispositif de régénération d'un filtre absorbant pour pile à combustible tel qu’il vient d’être décrit précédemment.
L’invention porte en outre sur un procédé de commande d'un dispositif de régénération d'un filtre absorbant selon l’invention, au cours duquel on pilote un dispositif de régulation de flux d’air amené à traverser ou ayant traversé une pile à combustible, et ayant traversé au préalable une partie de ce filtre absorbant dans un premier sens, afin de réaliser une recirculation de tout ou partie de cet air et de diriger cet air recirculé vers une autre partie du filtre absorbant pour la régénérer.
Selon différentes caractéristiques du procédé de l’invention, prises seules ou en combinaison, on pourra prévoir que :
- l’on pilote le dispositif de régulation de flux d’air entre au moins un premier état dans lequel l’air est amené à être filtré en passant par une partie du filtre absorbant, puis à circuler au moins à travers la pile à combustible pour être évacué dans l’atmosphère, et un deuxième état dans lequel l’air est dirigé vers l’autre partie du filtre absorbant ;
- l’on commande un déplacement du filtre absorbant afin de modifier la partie du filtre absorbant disposée dans le flux d’air recirculé pour la régénérer ;
- le procédé comporte une étape de contrôle de la température du flux d’air présent dans le conduit d’air débouchant sur l’autre partie du filtre absorbant et une étape ultérieure d’ajustement de la température d’air amené à circuler dans ce conduit d’air ;
- l’étape d’ajustement de la température d’air comporte une opération de mise en œuvre d’un module chauffant disposé sur le conduit d’air en vue d'atteindre une température prédéterminée du flux d’air le traversant avant passage de l’autre partie du filtre absorbant ;
- les étapes du procédé sont réalisées lorsque le véhicule est à l’arrêt ou lorsque le moteur thermique du véhicule est éteint.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels :
- la figure la illustre schématiquement un premier mode de réalisation de l’invention dans un mode normal de fonctionnement de la pile à combustible,
- la figurelb illustre le premier mode de réalisation de l’invention dans un mode de régénération du filtre absorbant de la pile à combustible,
- la figure 2a illustre schématiquement un deuxième mode de réalisation de l’invention dans un mode normal de fonctionnement de la pile à combustible,
- la figure 2b illustre le deuxième mode de réalisation de l’invention dans un mode de régénération du filtre absorbant de la pile à combustible,
- la figure 3a illustre schématiquement un troisième mode de réalisation de l’invention dans un mode normal de fonctionnement de la pile à combustible,
- la figure 3b illustre le troisième mode de réalisation de l’invention dans un mode de régénération du filtre absorbant de la pile à combustible.
De façon générale à l’invention, le dispositif de régénération d’un filtre absorbant 1 est mis en œuvre dans le cadre d’une application d’un filtre absorbant 2 disposé en amont d’une pile à combustible 3. Le filtre absorbant 2 est disposé au moins sur le trajet d’admission d’air en direction de cette pile. Le filtre comprend une matière absorbante pouvant absorber les polluants présents dans un flux d’air la traversant. De préférence, cette matière absorbante est poreuse. Un tel filtre absorbant peut être un filtre à charbon, par exemple.
Selon l’invention, on associe à la pile à combustible 3 un conduit de distribution d’air 30 comportant au moins une portion amont disposée entre le filtre absorbant 2 et la pile à combustible 3 et une portion aval disposée en sortie de la pile à combustible.
La portion amont forme de la sorte un conduit d’alimentation en air 30a de la pile à combustible et la portion aval forme un conduit d’évacuation d’air 30b relié à une sortie extérieure, c’est-à-dire une sortie vers l’atmosphère extérieur au véhicule, par exemple sous le plancher du véhicule.
Dans les différents modes de réalisation illustrés, le filtre absorbant 2 est disposé en travers d’un passage d’admission d’air 5, dit premier passage 5, et d’un deuxième passage d’évacuation d’air 7, dit deuxième passage 7. Le premier passage 5 est séparé du deuxième passage 7 par une cloison 9, qui peut être telle qu’illustrée commune aux deux passages, et le filtre absorbant 2 est dimensionné pour recouvrir aussi bien le premier que le deuxième passage. Les premier et deuxième passages 5, 7 comprennent chacun un élément d’obturation amovible 11, 13 pouvant assurer respectivement la fermeture ou l’ouverture d’un de ces passages.
Sur les figures la et 1b, on a représenté schématiquement l’invention selon un premier mode de réalisation, dans lequel on prévoit, outre le filtre absorbant 2 et la pile à combustible 3, au moins un compresseur d’air 15, un dispositif de régulation 17 du flux d’air et un module chauffant 19- Dans la suite de la description, on désignera indifféremment, par compresseur le compresseur d’air 15, et par filtre le filtre absorbant 2.
Le filtre absorbant 2 est de forme circulaire et il comprend une première partie 21 et une deuxième partie 22. Le filtre absorbant est monté mobile en rotation de manière à pouvoir passer d’une première position d’origine, dans laquelle la première partie 21 du filtre est disposée en regard du premier passage 5 et la deuxième partie 22 du filtre est disposée en regard du deuxième passage 7, à une deuxième position, dans laquelle c’est la deuxième partie 22 du filtre qui est disposée en regard du premier passage 5 et c’est la première partie 21 du filtre qui est disposée en regard du deuxième passage 7. On saura décrire ci-après l’intérêt d’une telle mobilité du filtre absorbant, mobilité obtenue dans le cas présent par une rotation.
Le compresseur d’air 15 est disposé sur le conduit d’alimentation en air 30a et il comprend une entrée 16 qui est reliée au passage d’admission d’air 5, de manière à alimenter le compresseur 15 en air, et une sortie 18 qui est reliée à une entrée 23 de la pile à combustible 3.
La pile à combustible est alimentée en air via cette entrée 23, de manière à alimenter la cathode en oxygène et la pile à combustible est reliée en sortie au conduit d’évacuation d’air 30b.
Le dispositif de régulation 17 du flux d’air est disposé sur ce conduit d’évacuation d’air 30b, en sortie de la pile à combustible, pour détourner tout ou partie de l’air circulant dans le conduit d’évacuation d’air et diriger cet air recirculé en direction de la partie du filtre absorbant 2 en regard du deuxième passage 7.
Le dispositif de régulation 17 du flux d’air comporte dans l’exemple illustré une vanne trois voies 25, parmi lesquelles l’entrée est reliée à la sortie de la pile à combustible, une première sortie 26 est reliée au moyen de chauffage formé par le module chauffant 19 disposé en aval de la vanne sur un conduit de circulation d’air 20 en direction du deuxième passage et une deuxième sortie 27 débouche sur l’atmosphère, la vanne 25 étant une vanne commandée pour déterminer quelle sortie est à mettre en œuvre.
Le module chauffant 19 est disposé entre la vanne trois voies 25 et le filtre absorbant 2, notamment en regard du deuxième passage 7 et de la partie du filtre absorbant correspondante, ici la deuxième partie 22 dans la position d’origine. On comprend que le module chauffant 19 a pour effet de réchauffer l’air provenant de la pile à combustible avant que celui-ci ne traverse le filtre absorbant 2.
Le module chauffant 19 peut être actif ou passif. On entend par « module actif » un module produisant de la chaleur en étant alimenté depuis une source externe, par exemple, une résistance chauffante. Et on entend par « module passif » un module produisant de la chaleur en étant alimenté depuis une source interne, par exemple, deux composés chimiques pouvant par réaction dégager de la chaleur.
Dans un premier mode de fonctionnement, à savoir un mode normal d’alimentation de la pile à combustible 3, illustré sur la figure la, la première partie 21 du filtre absorbant 2 est traversée par un flux d’air d’entrée provenant du premier passage 5. Au passage du filtre absorbant 2, les particules chargeant l’air sont captées et c’est un air traité qui est ensuite dirigé vers l’entrée 16 du compresseur d’air 15. Le flux d’air est alors compressé par le compresseur d’air 15 et le flux d’air en sortie 18 du compresseur d’air 15 est dirigé vers l’entrée d’air 23 de la pile à combustible 3. La pile à combustible 3 évacue par l’intermédiaire du conduit d’évacuation d’air 30b une partie du flux d’air reçu. Le flux d’air en sortie de la pile à combustible 3 est ensuite évacué depuis la vanne 25 par la deuxième sortie 27 débouchant sur l’atmosphère. Dans ce mode d’alimentation de la pile à combustible 3, l’élément d’obturation amovible 13 associé au deuxième passage 7 est fermé, et aucun air n’est dirigé vers le module chauffant 19On comprend que ce mode normal d’alimentation de la pile à combustible génère un encrassement de la première partie 21 du filtre absorbant 2 au fur et à mesure du passage de l’air provenant du premier passage 5, tandis que la deuxième partie 22 reste dans le même état qu’à l’origine puisqu’aucun air chargé ne la traverse.
A une fréquence donnée, ou suite à une commande spécifique d’un utilisateur qui pourrait constater une perte d’efficacité dans le fonctionnement de la pile à combustible, on procède alors au passage dans un mode de régénération du filtre absorbant. Ce mode de régénération peut être précédé d’un déplacement du filtre absorbant 2, afin de disposer la première partie 21 du filtre en regard du deuxième passage 7 et la deuxième partie 22 du filtre en regard du premier passage 5.
Dans un deuxième mode de fonctionnement, à savoir un mode de régénération du filtre absorbant 2, le flux d’air en sortie de la pile à combustible 3 n’est pas évacué vers l’atmosphère et est utilisé pour traiter le filtre. On pilote le dispositif de régulation de flux d’air pour que l’air amené à traverser la pile à combustible 3, après avoir traversé au préalable une partie du filtre absorbant dans un premier sens, soit réutilisé pour traverser une autre partie du filtre absorbant, dans un sens opposé, pour régénérer cette autre partie. En d’autres termes, le flux d’air en sortie de la pile à combustible est dirigé, par pilotage de la vanne trois voies 25 qui rend active la première sortie 26, vers le module chauffant 19, et l’élément d’obturation mobile 13 associé au deuxième passage 7 est ouvert afin de permettre l’évacuation du flux d’air de sortie par ce deuxième passage 7. Dans ce mode, le module chauffant 19 dégage de la chaleur pour réchauffer le flux d’air de sortie. Le flux d’air de sortie chauffé traversant la deuxième partie 22 du filtre absorbant 2 permet alors de libérer les polluants pouvant être contenus dans la matière absorbante du filtre absorbant 2, la chaleur du flux permettant notamment de faciliter la désagrégation des liants chimiques ayant permis la capture des polluants dans le filtre. Le filtre absorbant est nettoyé d’au moins une partie des polluants et on régénère ainsi la deuxième partie 22 du filtre absorbant 2.
Un dispositif de commande 29 est prévu pour piloter la position des éléments d’obturation amovibles 11, 13 en fonction du mode de fonctionnement souhaité. Tel que décrit précédemment, la fermeture de l’élément d’obturation amovible 13 associé au deuxième passage 7 est effective lors du fonctionnement normal de la pile à combustible, c’est-à-dire lorsque le dispositif de régénération d’air n’est pas en fonctionnement. A l’inverse, l’ouverture de l’élément d’obturation amovible 13 associé au deuxième passage 7 est déclenchée lorsque l’on souhaite mettre en œuvre le dispositif de régénération d’air 1 dans le mode de régénération du filtre absorbant 2.
Le dispositif de régulation 17 du flux d’air comprend également des moyens de commande 31 pouvant commander la vanne trois voies 25 de sorte à diriger le flux d’air en sortie du conduit d’évacuation d’air 30b vers la première sortie 26 dans une première position ou vers la deuxième sortie 27 dans une deuxième position.
Tel que cela a pu être précisé précédemment, le filtre absorbant 2 est configuré pour être mobile entre au moins deux positions, de manière à pouvoir présenter, le cas échéant, en regard du premier et/ou du deuxième passage des parties différentes selon le mode de fonctionnement mis en œuvre. On sait ainsi selon l’invention commander un déplacement du filtre absorbant afin de modifier la partie du filtre absorbant disposée dans le flux d’air recirculé pour la régénérer. Le filtre absorbant peut notamment être mobile entre une première position dans laquelle une première partie 21 du filtre absorbant est en regard du passage 5 d’admission d’air et la deuxième partie 22 est en regard du passage 7 d’évacuation d’air, et une deuxième position dans laquelle c’est la deuxième partie 22 qui est en regard du passage d’admission d’air et la première partie en regard du passage d’évacuation d’air. Dans l’exemple illustré, le filtre absorbant est monté sur un cadre porteur en son centre d’un arbre d’entraînement en rotation 33. Un dispositif de contrôle de déplacement 35 permet de commander le déplacement en rotation du filtre absorbant 2 autour de l’axe de rotation défini par l’arbre d’entraînement. Le contrôle du déplacement en rotation du filtre absorbant 2 permet de positionner l’une ou l’autre des deux parties 21, 22 du filtre absorbant 2 en regard du premier passage 5 pour assurer la filtration de l’air entrant, ou en regard du deuxième passage 7 pour être régénérer.
On comprend à la lecture de ce qui précède que le passage d’un mode de fonctionnement à l’autre, à savoir un mode de fonctionnement normal de la pile à combustible (figure la) à un mode de régénération (figure 1b), se fait simplement par pilotage du dispositif de régulation 17 de flux d’air et de sa vanne trois voies 25 et par pilotage de la position du deuxième élément d’obturation amovible 13On peut prévoir d’associer le module chauffant à un capteur de température (ici non représenté), qui permet de piloter la température de l’air en sortie du module chauffant 19Le procédé comporte alors une étape de contrôle de la température du flux d’air présent dans le conduit de circulation d’air 20 débouchant sur la partie du filtre absorbant à régénérer, cette étape étant avantageusement suivie d’une étape d’ajustement de la température d’air amené à circuler dans ce conduit d’air. L’étape d’ajustement de la température d’air comporte une opération de mise en œuvre du module chauffant 19 en vue d'atteindre une température prédéterminée du flux d’air le traversant.
est ainsi possible de commander la montée en température de l’air dégagé par le module chauffant 19 et de s’assurer que l’air sortant du module chauffant est compris dans une plage de valeur de température optimale pour assurer la régénération de la deuxième partie 22 du filtre 2.
Lors du passage au mode de régénération du filtre absorbant 2, il est possible de déclencher le module chauffant 19 avant de commander le dispositif de régulation 17 du flux, de manière à atteindre avant le passage d’air une température du module chauffant 19 permettant de chauffer le flux d’air à une valeur de température comprise entre 60°C et 1OO°C, cette plage de valeurs du flux d’air de sortie correspondant à une plage de températures optimale permettant de désorber de façon optimale les polluants piégés dans la matière absorbante du filtre absorbant 2.
En outre, il est possible de commander la rotation du filtre absorbant 2 indépendamment du pilotage du dispositif de régulation 17 du flux d’air et du pilotage de la position du deuxième élément d’obturation amovible. On peut ainsi prévoir que la rotation du filtre absorbant soit mise en œuvre pendant la recirculation du flux d’air à travers le deuxième passage 7. De cette façon, on peut régénérer alternativement la première partie 21 du filtre absorbant 2 ou la deuxième partie 22 de ce filtre.
Dans ce premier mode de réalisation, la pile à combustible 3 est toujours alimentée en oxygène par son entrée, via le premier passage d’admission d’air 5 et le compresseur d’air 15. Les opérations de régénération du filtre absorbant 2 sont réalisées avec tout ou partie de l’air sortant de la pile à combustible 3 via le conduit d’évacuation d’air 30b. Un pilotage approprié du dispositif de régulation du flux d’air en sortie de la pile à combustible, via les moyens de commande 31 correspondants, permet notamment de diriger une partie de l’air sortant de la pile vers le module chauffant 19 et le deuxième passage 7 du dispositif de régénération d’air, pour réaliser une fonction de régénération du filtre, et de diriger la quantité d’air non utile via la deuxième sortie 27 de la vanne pour une évacuation dans l’atmosphère. L’utilisation de la pile à combustible 3 est ainsi combinée à une fonction de régénération d’une partie du filtre
2. Dans le cas d’une application à un véhicule automobile, il est alors possible de solliciter la pile à combustible 3 pour alimenter des équipements du véhicule automobile tout en autorisant une régénération en parallèle d’une partie du filtre absorbant 2 préalablement encrassé.
Le passage d’un mode de fonctionnement à l’autre permet de prolonger la durée de vie du filtre, dans ce contexte de régénération. En effet, il pourrait être préjudiciable pour la tenue dans le temps du filtre que celui-ci soit traversé de manière continue par un flux à contre sens. On pilote alors la désorption, c’est-à-dire le passage d’un mode de fonctionnement à l’autre, uniquement lorsque le filtre en a besoin et on s’assure qu’une partie de ce filtre n’est traversée par un flux d’air à contre sens que lorsque cela est nécessaire.
Sur les figures 2a et 2b, on a représenté schématiquement l’invention selon un deuxième mode de réalisation. Ce deuxième mode de réalisation est de configuration similaire au premier mode de réalisation. A la différence du premier mode de réalisation, le dispositif de régulation 17 du flux d’air est cette fois agencé sur le conduit d’alimentation en air 30a, en amont de la pile à combustible 3. Le dispositif de régulation 17 du flux d’air est configuré pour détourner tout ou partie de l’air passé par une partie du filtre absorbant, avant sa circulation dans la pile à combustible, en direction de l’autre partie du filtre absorbant.
Dans l’exemple illustré, le dispositif de régulation 17 du flux d’air comporte cette fois une deuxième vanne 37 qui est disposée entre la sortie 18 du compresseur d’air 15 et l’entrée 23 de la pile à combustible 3. C’est dans ce cas-là la deuxième vanne 37 qui est reliée au deuxième passage d’évacuation d’air 7 et qui alimente en air la partie du filtre absorbant à régénérer. Au contraire, le conduit d’évacuation d’air 30b en sortie de la pile à combustible 3 débouche directement sur l’atmosphère. 11 convient de noter que, dans ce deuxième mode de réalisation, aucun module chauffant n’est utilisé.
Dans un mode normal d’alimentation de la pile à combustible 3, la pile à combustible 3 est alimentée de la même façon que dans le premier mode de réalisation.
Dans un mode de régénération du filtre absorbant 2, le flux d’air en sortie du compresseur d’air 15 est dirigé directement vers le deuxième passage 7 du dispositif de régénération 1, sans passer par la pile à combustible, le deuxième élément d’obturation amovible étant disposé dans une configuration ouverte permettant le passage d’air à travers le filtre absorbant puis son évacuation. Le flux d’air amené à passer à travers le filtre absorbant est l’air en sortie du compresseur d’air 15, qui possède une température plus élevée que le flux d’air en entrée du compresseur d’air 15. Ce flux d’air chaud traverse la partie du filtre absorbant 2 en regard du deuxième passage 7, ici la deuxième partie 22, ce qui permet alors de libérer les polluants pouvant être contenus dans la matière absorbante du filtre absorbant 2. Dans ce mode, on régénère, une partie, ici la deuxième partie 22, du filtre absorbant 2.
On comprend à la lecture de ce qui précède que le passage d’un mode de fonctionnement normal de la pile à combustible (figure 2a) à un mode de régénération (figure 2b) se fait simplement par pilotage du dispositif de régulation 17 de flux d’air et de sa deuxième vanne 37 par pilotage de la position du deuxième élément d’obturation amovible 13Sur les figures 3a et 3b, on a représenté schématiquement l’invention selon un troisième mode de réalisation. Ce troisième mode de réalisation est de configuration similaire au deuxième mode de réalisation. A la différence du deuxième mode de réalisation, le dispositif de régulation 17 du flux d’air comprend deux vannes, à savoir la deuxième vanne 37 telle qu’elle a pu être décrite dans le deuxième mode de réalisation et une troisième vanne 39 disposée en amont du filtre absorbant 2.
La troisième vanne 39 comporte deux entrées parmi lesquelles une première entrée est reliée à l’entrée d’air 16 du compresseur d’air 15 et une deuxième entrée est reliée à une sortie de la deuxième vanne 37.
Dans un mode normal d’alimentation de la pile à combustible 3, la pile à combustible 3 est alimentée de la même façon que dans le premier ou deuxième mode de réalisation.
Dans un mode de régénération du filtre absorbant 2, conformément à ce qui a été décrit dans le deuxième mode de réalisation, le flux d’air en sortie du compresseur d’air 15 est dirigé vers le filtre absorbant, et donc ici vers la troisième vanne 39, par un pilotage approprié de la deuxième vanne 37, aucun air ne passant alors dans la pile à combustible 3. La troisième vanne 39 est dans ce mode de réalisation disposée pour mélanger le cas échéant le flux d’air provenant de la sortie du compresseur d’air 15 avec un flux d’air additionnel prélevé à l’entrée 16 du compresseur d’air 15. On comprend que les deux vannes peuvent être pilotées pour doser la quantité d’air provenant de l’amont ou de l’aval du compresseur d’air 15- On peut ainsi piloter la température de l’air amené à traverser la partie correspondante du filtre absorbant 2 avant d’être évacué par le deuxième passage 7 dans lequel le deuxième élément d’obturation amovible 13 est ouvert. On comprend que le flux d’air en sortie du compresseur d’air 15 est un flux d’air chaud et que celui-ci peut être refroidi par le flux d’air amené au niveau de l’entrée du compresseur d’air 15, de manière à fournir un air qui se trouve dans une plage de température optimale, c’est-à-dire comprise ici entre 60 et 1OO°C.
Les moyens de commande 31 associés au dispositif de régulation 17 du flux d’air sont dès lors configurés pour piloter simultanément la deuxième vanne 37 et la troisième vanne 39 de sorte à diriger le flux d’air en sortie du compresseur d’air 15 vers la pile à combustible ou vers le deuxième passage d’évacuation d’air 7 sans passage préalable par la pile à combustible, et pour dans ce dernier cas piloter la température de l’air amené à traverser le deuxième passage d’évacuation d’air et la partie du filtre absorbant en travers de celle-ci.
Conformément à ce qui a été prévu pour le premier mode de réalisation notamment, le dispositif peut prévoir un capteur de température pour réguler le flux d’air afin d’obtenir une valeur de température comprise entre 60°C et 1OO°C.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisations décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d’équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l’invention.

Claims (19)

  1. REVENDICATIONS
    1. Dispositif de régénération d'un filtre absorbant (1) pour pile à combustible (3), le dispositif comprenant :
    - le filtre absorbant (2),
    - un passage (5) d'admission d’air disposé en amont du filtre absorbant (2) de manière à déboucher sur une partie (21, 22) de ce filtre absorbant (2),
    - et un conduit de distribution d’air (30) de la pile à combustible (3) comportant au moins une portion amont disposée entre le filtre absorbant (2) et la pile à combustible (3) formant conduit d’alimentation en air (30a) de la pile à combustible et une portion aval formant conduit d’évacuation d’air (30b) relié à une sortie extérieure, caractérisé en ce qu’il comprend en outre un dispositif de régulation (17) du flux d’air ménagé sur le conduit de distribution d’air (30) de la pile à combustible et configuré pour détourner tout ou partie de l’air circulant dans le conduit de distribution et diriger cet air recirculé en direction d’une autre partie (21, 22) du filtre absorbant (2).
  2. 2. Dispositif de régénération (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comporte des moyens de chauffage de l’air dirigé vers l’autre partie (21, 22) du filtre absorbant (2).
  3. 3. Dispositif de régénération (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif de régulation (17) du flux d'air est disposé en sortie de la pile à combustible, sur le conduit d’évacuation d’air (30b) de la pile à combustible (3).
  4. 4. Dispositif de régénération (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le dispositif de régulation (17) du flux d’air comporte une vanne (25) agencée sur le conduit d’évacuation (30b) et présentant une sortie extérieure et une sortie dirigée sur l’autre partie (21, 22) du filtre absorbant.
  5. 5. Dispositif de régénération (1) selon les revendications 2 et 4, caractérisé en ce qu’un module chauffant (19) est agencé sur un conduit de circulation d’air (20) disposé entre une sortie de la vanne (25) et l’autre partie (21, 22) du filtre absorbant.
  6. 6. Dispositif de régénération (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif de régulation (17) du flux d'air est agencé sur le conduit d’alimentation en air (30a), en amont de la pile à combustible (3), le dispositif de régulation (17) du flux d’air étant configuré pour détourner tout ou partie de l’air, avant sa circulation dans la pile à combustible, en direction de l’autre partie (21, 22) du filtre absorbant (2).
  7. 7. Dispositif de régénération (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte un compresseur d’air (15) agencé sur le conduit d’alimentation en air (30a) de la pile à combustible, entre le filtre absorbant (2) et la pile à combustible (3).
  8. 8. Dispositif de régénération (1) selon les deux revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de régulation (17) du flux d'air est disposé en sortie du compresseur d’air (15), entre celui-ci et la pile à combustible (3), le dispositif de régulation (17) du flux d’air étant configuré pour détourner tout ou partie de l’air circulant entre le compresseur et la pile à combustible en direction de l’autre partie (21, 22) du filtre absorbant (2).
  9. 9. Dispositif de régénération d'un filtre absorbant (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le dispositif de régulation (17) du flux d’air comporte une vanne (37) agencée sur le conduit d’alimentation (30a) et présentant une entrée dirigée vers le compresseur d’air, une sortie dirigée vers la pile à combustible (3) et une sortie dirigée sur un conduit d’air débouchant sur l’autre partie (21, 22) du filtre absorbant.
  10. 10. Dispositif de régénération d'un filtre absorbant (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le dispositif de régulation (17) du flux d’air comporte une autre vanne (39) agencée sur le conduit d’alimentation (30a), en amont du compresseur d’air (15), entre le passage d’admission d’air (5) et le compresseur d’air (15), et dont une sortie est dirigée vers le conduit d’air débouchant sur l’autre partie (21, 22) du filtre absorbant (2), les deux vannes étant pilotées pour doser la quantité d’air provenant de l’amont ou de l’aval du compresseur d’air (15).
  11. 11. Dispositif de régénération (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le filtre absorbant (2) est mobile entre une première position dans laquelle une première partie (21) du filtre absorbant est en regard du passage (5) d’admission d’air et une deuxième position dans laquelle c’est une deuxième partie (22) qui est en regard de ce passage (5).
  12. 12. Dispositif de régénération (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend un deuxième passage (7) d'évacuation d'air disposé au voisinage de l’autre partie (21, 22) du filtre absorbant (2), les deux passages (5, 7) étant agencés de sorte que le filtre absorbant (2) vient en recouvrement de l’un et de l’autre.
  13. 13. Dispositif de régénération (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’au moins le deuxième passage (7) d'évacuation d'air est muni d’un élément d’obturation amovible (13), le dispositif de régénération comprenant en outre un dispositif de commande (29) de la position de cet élément d’obturation.
  14. 14. Véhicule automobile comprenant une pile à combustible (3) et un dispositif de régénération d'un filtre absorbant (1) pour pile à combustible (3) selon l’une quelconque des revendications 1 à 13.
  15. 15. Procédé de commande d'un dispositif de régénération d'un filtre absorbant (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, au cours duquel on pilote un dispositif de régulation de flux d’air (17) amené à traverser ou ayant traversé une pile à combustible (3), et ayant traversé au préalable une partie de ce filtre absorbant (2) dans un premier sens, afin de réaliser une recirculation de tout ou partie de cet air et de diriger cet air recirculé vers une autre partie (21, 22) du filtre absorbant (2) pour la régénérer.
  16. 16. Procédé de commande selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’on pilote le dispositif de régulation de flux d’air (17) entre au moins un premier état dans lequel l’air est amené à être filtré en passant par une partie du filtre absorbant, puis à circuler au moins à travers la pile à combustible pour être évacué dans l’atmosphère, et un deuxième état dans lequel l’air est dirigé vers l’autre partie (21, 22) du filtre absorbant (2).
  17. 17. Procédé selon l’une quelconque des revendications 15 ou 16, au cours duquel on commande un déplacement du filtre absorbant (2) afin de modifier la partie du filtre absorbant disposée dans le flux d’air recirculé pour la régénérer.
  18. 18. Procédé selon l’une quelconque des revendications 15 à 17, caractérisé en ce qu’il comporte une étape de contrôle de la température du flux d’air présent dans le conduit d’air débouchant sur l’autre partie (21, 22) du filtre absorbant (2) et une étape
    5 ultérieure d’ajustement de la température d’air amené à circuler dans ce conduit d’air.
  19. 19. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’étape d’ajustement de la température d’air comporte une opération de mise en œuvre d’un module chauffant (19) disposé sur le conduit d’air en vue d'atteindre une température
    10 prédéterminée du flux d’air le traversant avant passage de l’autre partie (21, 22) du filtre absorbant (2).
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