FR3115635A1 - Système et procédé de refroidissement d’un ensemble de piles à combustible - Google Patents
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Abstract
SYSTÈME ET PROCÉDÉ DE REFROIDISSEMENT D’UN ENSEMBLE DE PILE S À COMBUSTIBLE L’invention concerne un système de refroidissement d’un ensemble (10) de piles à combustible d’un véhicule de transport, tel qu’un aéronef, comprenant : une boucle (20) de circulation d’un fluide de refroidissement ; un échangeur thermique (24) de refroidissement configuré pour pouvoir assurer des échanges thermiques entre ladite boucle (20) et un canal (25) de circulation d’un air (26) de refroidissement ; une pompe (21) à vitesse variable d’alimentation de ladite boucle de refroidissement en fluide de refroidissement en fonction d’une mesure représentative du besoin de refroidissement dudit ensemble des piles à combustible ; pour chaque pile (10a, 10b, 10c) à combustible dudit ensemble de piles, une vanne 3 voies (12a, 12b, 12c) de régulation du débit de fluide de refroidissement alimentant cette pile en fonction d’une mesure représentative du besoin de refroidissement de cette pile. Figure pour l’abrégé : figure 1
Description
Domaine technique de l’invention
L’invention concerne un système de refroidissement d’un ensemble de piles à combustible destiné à équiper un véhicule de transport, en particulier un véhicule de transport aérien tel qu’un aéronef. L’invention concerne aussi un procédé de refroidissement d’un ensemble de piles à combustible.
Arrière-plan technologique
Il existe aujourd’hui un engouement fort pour équiper les véhicules de transport, en particulier les aéronefs, de piles à combustibles dans la mesure où ces piles forment des sources d’énergie propres, fiables et flexibles.
Le principe à la base d’une pile à combustible (aussi désignée par l’acronyme PAC), telle qu’une pile à hydrogène, repose sur la séparation de l’eau sous l’effet d’un courant électrique (électrolyse) en dihydrogène et dioxygène. Ces deux molécules constituent le combustible chimique sous lequel l’énergie peut être stockée au sein d’une application de piles à combustible. Une seconde réaction assurée par la pile à combustible en tant que telle permet d’inverser le processus et de produire de l’électricité à partir de ces deux combustibles.
Dans les applications aéronautiques, la réaction d’électrolyse décrite est en général réalisée au sol de sorte que l’hydrogène est directement embarqué dans un réservoir dédié et le dioxygène est fourni par l’air prélevé à l’extérieur de l’aéronef.
La pile à combustible en tant que telle est donc un générateur électrique à deux électrodes qui permet de produire de l’énergie électrique par une oxydation sur une électrode d’un combustible réducteur, tel que l’hydrogène, couplée à une réduction sur l’autre électrode d’un oxydant, tel que l’oxygène de l’air par exemple.
La réaction d’oxydoréduction de la pile permet de générer non seulement de l’électricité, mais également des sous-produits tels que de l’eau, de la chaleur et de l’air appauvri en oxygène.
Il est donc nécessaire de prévoir un système de refroidissement des piles à combustible pour évacuer la chaleur dégagée par les piles. En particulier, on peut considérer que pour 1 kW d’électricité produite, une pile à combustible émet 1kW de chaleur.
L’une des solutions couramment utilisées dans le domaine aéronautique pour évacuer cette chaleur est de prévoir une boucle de circulation d’un liquide de refroidissement en interaction thermique avec un air extérieur dont le débit est dimensionné pour la pleine puissance de la pile pour les températures maximales extérieures observées. La circulation du liquide dans la boucle peut être réalisée par une pompe pilotée en fonction de la puissance de la pile à refroidir.
Dans le cas d’un ensemble de piles à combustible placées en parallèle ou en série, il est nécessaire de prévoir un système de refroidissement pour chaque pile et notamment une pompe de régulation par pile, et de dimensionner le système en fonction de la pleine puissance de la pile présentant le niveau de puissance maximal.
Cette solution apparait peu optimisée, en particulier lorsque les différentes piles présentent des niveaux de puissance très différents les uns des autres.
Les inventeurs ont cherché à développer un système de refroidissement optimisé d’un ensemble de piles à combustible qui pallie au moins certains des inconvénients des solutions connues.
Objectifs de l’invention
L’invention vise ainsi à fournir un système de refroidissement d’un ensemble de piles à combustible qui pallie au moins certains des inconvénients des systèmes de refroidissement connus, en particulier pour des applications aéronautiques embarquées.
L’invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un système de refroidissement qui présente un encombrement limité par rapport aux systèmes connus.
L’invention vise en particulier à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un système de refroidissement qui peut s’appliquer à un ensemble de piles pouvant délivrer chacune un niveau de puissance très différent les uns des autres.
L’invention vise en particulier à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un système de refroidissement qui ne nécessite pas une pompe de régulation dédiée à chaque pile.
L’invention vise aussi à fournir un procédé de refroidissement d’un ensemble de piles à combustible.
Pour ce faire, l’invention concerne un système de refroidissement d’un ensemble de piles à combustible d’un véhicule de transport, tel qu’un aéronef, comprenant :
une boucle de circulation d’un fluide de refroidissement, dite boucle de refroidissement,
un échangeur thermique de refroidissement configuré pour pouvoir assurer des échanges thermiques entre ladite boucle de refroidissement et un canal de circulation d’un air de refroidissement prélevé à l’extérieur du véhicule de transport.
Le système de refroidissement selon l’invention est caractérisé en ce qu’il comprend en outre, agencées sur ladite boucle de refroidissement :
une pompe à vitesse variable d’alimentation de ladite boucle de refroidissement en fluide de refroidissement en fonction d’une mesure représentative du besoin de refroidissement dudit ensemble des piles à combustible,
pour chaque pile à combustible dudit ensemble de piles, une vanne 3 voies de régulation du débit de fluide de refroidissement alimentant cette pile en fonction d’une mesure représentative du besoin de refroidissement de cette pile.
Le système selon l’invention comprend donc une seule boucle de refroidissement alimentée en fluide de refroidissement par une pompe unique pilotée en fonction d’une mesure représentative du besoin de refroidissement de l’ensemble des piles. En outre, chaque pile de l’ensemble des piles est alimentée en fluide de refroidissement par une vanne de régulation agencée sur la boucle de refroidissement et pilotée en fonction d’une mesure représentative du besoin de refroidissement de cette pile.
En d’autres termes, le système selon l’invention allie une régulation globale de l’ensemble des piles en fonction d’une mesure du besoin de refroidissement de l’ensemble des piles avec une régulation locale de chaque pile en fonction du besoin de refroidissement de chaque pile.
Cette architecture particulière permet de ne disposer que d’une seule pompe d’alimentation de la boucle de refroidissement pour la régulation globale et d’une vanne de régulation par pile pour la régulation locale.
En outre, cette architecture équipée d’une seule pompe de régulation du débit global et de plusieurs vannes 3 voies de régulation du débit local permet d’assurer un contrôle optimisé du refroidissement d’une pluralité de piles à combustible qui peuvent délivrer des niveaux de puissance très différents les unes des autres.
En d’autres termes, l’invention permet de contrôler la puissance totale de refroidissement nécessaire à l’ensemble des piles, quels que soient leurs arrangements et la puissance qu’elles développent.
Avantageusement et selon l’invention, le système comprend en outre une vanne 3 voies, dite vanne de dérivation, agencée sur ladite boucle de refroidissement en amont de l’échangeur thermique, associée à une conduite de by-pass de l’échangeur thermique, de manière à pouvoir réguler la température du fluide de refroidissement en amont dudit ensemble de piles.
Cette variante avantageuse permet de réguler la température du fluide de refroidissement en amont de l’ensemble des piles quelle que soit la température de l’air de refroidissement circulant dans le canal de circulation de l’air de refroidissement. En effet, le pilotage de la vanne de dérivation permet de contrôler la quantité du fluide de refroidissement en échange thermique avec l’air de refroidissement et donc de piloter la température du fluide de refroidissement qui alimente les différentes vannes 3 voies de régulation des différentes piles de l’ensemble des piles à combustible.
En d’autres termes, le débit de fluide de refroidissement est déterminé par la pompe à vitesse variable pilotée par une mesure représentative du besoin de refroidissement de l’ensemble des piles et la température du fluide de refroidissement est déterminée par la vanne de dérivation.
L’invention permet également de disposer d’un mode chauffage dans lequel au moins une pile de l’ensemble des piles chauffe les autres piles, par pilotage des vannes 3 voies.
Avantageusement et selon l’invention, le système comprend en outre un calculateur de pilotage de ladite pompe à vitesse variable, de l’ensemble des vannes 3 voies de régulation et de ladite vanne de dérivation.
Selon cette variante, le calculateur est configuré pour déterminer la puissance totale des pertes des piles et pour définir le débit total de fluide de refroidissement nécessaire dans la boucle de refroidissement et la température d’entrée des différentes piles de l’ensemble de piles. Le calculateur assure ainsi le contrôle (ou pilotage) de la pompe, de la vanne de dérivation et des différentes vannes 3 voies associées respectivement à chaque pile de l’ensemble de piles.
Avantageusement et selon l’invention, le système comprend en outre au moins un capteur de température agencé en sortie de chaque pile à combustible dudit ensemble des piles à combustible de manière à pouvoir fournir une mesure de température du fluide de refroidissement en sortie de pile formant ladite mesure représentative du besoin de refroidissement de cette pile.
Selon cette variante, la mesure représentative du besoin de refroidissement de chaque pile de l’ensemble des piles est une mesure de température en sortie de pile. Cette mesure de température permet ainsi au calculateur de réguler le débit envoyé à chaque pile afin de maintenir une température visée.
Avantageusement et selon l’invention, le système comprend en outre au moins un capteur de température agencé sur la boucle de refroidissement en amont dudit ensemble de piles à combustible de manière à pouvoir fournir une mesure de température du fluide de refroidissement de la boucle de refroidissement formant ladite mesure représentative du besoin de refroidissement dudit ensemble de piles.
Selon cette variante, la mesure représentative du besoin de refroidissement de l’ensemble des piles est une mesure de température du fluide de refroidissement de la boucle de refroidissement en amont dudit ensemble de piles. Cette mesure de température permet ainsi au calculateur de réguler la température d’entrée des piles.
L’invention concerne aussi un procédé de refroidissement d’un ensemble de piles à combustible d’un véhicule de transport, tel qu’un aéronef, comprenant les étapes suivantes :
mise en circulation d’un fluide de refroidissement dans une boucle, dite boucle de refroidissement,
échange thermique entre ledit fluide de refroidissement de ladite boucle de refroidissement et un air prélevé à l’extérieur du véhicule de transport.
Le procédé selon l’invention est caractérisé en ce qu’il comprend en outre les étapes suivantes :
régulation dudit débit de fluide de refroidissement circulant dans ladite boucle de refroidissement en fonction d’une mesure représentative du besoin de refroidissement dudit ensemble des piles à combustible,
régulation du débit de fluide de refroidissement alimentant chaque pile à combustible à partir de ladite boucle de refroidissement en fonction d’une mesure représentative du besoin de refroidissement de cette pile.
Le procédé selon l’invention est avantageusement mis en œuvre par un système selon l’invention et le système selon l’invention met avantageusement en œuvre un procédé selon l’invention. Les avantages et effets techniques d’un système selon l’invention s’appliquentmutatis mutandisà un procédé selon l’invention.
Avantageusement et selon l’invention, le procédé comprend en outre une étape de régulation de la température dudit fluide de refroidissement en amont dudit ensemble de piles à combustible par régulation du débit de fluide en échange thermique avec ledit air de refroidissement prélevé à l’extérieur du véhicule de transport.
Un procédé selon cette variante est avantageusement mis en œuvre par un système équipé d’une vanne de dérivation selon l’invention. Les avantages et effets techniques d’un système selon cette variante de l’invention équipé d’une vanne de dérivation s’appliquentmutatis mutandisà un procédé selon cette variante de l’invention.
Avantageusement et selon l’invention, le procédé comprend en outre, pour chaque pile à combustible dudit ensemble de piles, ladite mesure représentative du besoin de refroidissement de cette pile à combustible consiste en une mesure de la température du fluide de refroidissement en sortie de cette pile.
Un procédé selon cette variante est avantageusement mis en œuvre par un système équipé de capteurs de températures agencés en sortie des piles dudit ensemble de piles. Les avantages et effets techniques d’un système selon cette variante de l’invention équipé de capteurs de température en sortie des piles s’appliquentmutatis mutandisà un procédé selon cette variante de l’invention.
L’invention s’étend également à un ensemble de piles à combustibles montées en série (même courant délivré par les différentes piles) ou en parallèle (même tension délivrée par les différentes piles) ou une combinaison de piles montées en série et en parallèle, caractérisé en ce qu’il est refroidi par un système de refroidissement selon l’invention.
Les avantages et effets techniques du système de refroidissement selon l’invention s’appliquentmutatis mutandisà un ensemble de piles à combustible selon l’invention.
L’invention peut être utilisée pour une génération électrique principale (pic de puissance lors du démarrage de certaines charges avion par exemple) ou pour une génération auxiliaire de puissance (alimentation de servitudes dans des conditions chaudes par exemple) ou pour une application de propulsion en tant que telle.
L’invention concerne aussi un véhicule de transport tel qu’un aéronef, caractérisé en ce qu’il comprend un ensemble de piles à combustible selon l’invention.
Les avantages et effets techniques d’un système selon l’invention et d’un ensemble de piles selon l’invention s’appliquentmutatis mutandisà un véhicule de transport tel qu’un aéronef selon l’invention.
Un aéronef selon l’invention peut être équipé d’un ensemble de piles à combustible refroidi par un système de refroidissement selon l’invention pour une utilisation à titre de génération électrique principale, de génération électrique auxiliaire ou même de génération électrique de propulsion ou une combinaison de ces diverses utilisations.
L’invention concerne également un système et un procédé de refroidissement d’un ensemble de piles à combustible, un ensemble de piles à combustible et un véhicule de transport tel qu’un aéronef caractérisé en combinaison par tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci-dessus ou ci-après.
Liste des figures
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée à titre uniquement non limitatif et qui se réfère aux figures annexées suivantes :
Description détaillée d’un mode de réalisation de l’invention
Sur les figures, les échelles et les proportions ne sont pas strictement respectées et ce, à des fins d’illustration et de clarté.
La illustre schématiquement un système de refroidissement d’un ensemble 10 de piles à combustible selon un mode de réalisation de l’invention.
Cet ensemble 10 de piles à combustible comprend trois piles 10a, 10b, 10c selon le mode de réalisation de l’invention. Chaque pile 10a, 10b, 10c comprend classiquement (non représenté sur les figures) une anode équipée d’une entrée anodique destinée à être alimentée par un fluide combustible et une sortie anodique destinée à délivrer un fluide de produit anodique, une cathode équipée d’une entrée cathodique destinée à être alimentée par un fluide oxydant, et une sortie cathodique destinée à délivrer un fluide de produit cathodique.
Le système de refroidissement selon l’invention vise à refroidir l’anode et/ou la cathode de chaque pile de l’ensemble des piles à combustible. Les échanges thermiques entre l’anode et/ou la cathode et le fluide de refroidissement peuvent être obtenus par des échangeurs thermiques, des plaques de dissipation de chaleur accolées à l’anode et/ou la cathode de chaque pile, telles que des plaques bipolaires, ou tout moyen équivalent. Sur la , seuls les éléments principaux de l’ensemble des piles relatifs au système de refroidissement selon l’invention sont représentés.
Ainsi, le système comprend une boucle 20 de circulation d’un fluide de refroidissement, dite boucle de refroidissement. Cette boucle 20 de refroidissement est alimentée en fluide de refroidissement, tel que par exemple un liquide caloporteur, par une pompe 21 à vitesse variable.
La pompe 21 permet donc de réguler le débit de fluide de refroidissement qui circule dans la boucle 20 de refroidissement.
La pompe 21 à vitesse variable est pilotée par un calculateur 30 à partir d’une mesure représentative du besoin de refroidissement, telle que par exemple la mesure de la température du fluide de refroidissement fournie par un capteur 22 agencé sur la boucle 20 de refroidissement, en amont de l’ensemble des piles 10 et en aval de la pompe 21 à vitesse variable.
Les traits en pointillés sur la illustrent schématiquement les signaux de commande du calculateur 30 à destination des équipements qu’il pilote.
Le capteur 22 peut être de tous types connus et est configuré pour transmettre au calculateur 30 la mesure de température par des moyens de communication non représentés sur la figure à des fins de clarté. La transmission de la mesure au calculateur peut être effectuée par des moyens filaires, des moyens sans-fils ou combinaison de moyens filaires et sans fils.
Le capteur 22 fournit donc au calculateur 30 une information représentative du besoin de refroidissement de l’ensemble 10 des piles à combustibles et permet de s’assurer que l’objectif en température est bien atteint.
Par ailleurs, chaque pile 10a, 10b, 10c est reliée à la boucle 20 de refroidissement par l’intermédiaire d’une conduite 13a, 13b, 13c et d’une vanne 3 voies de régulation 12a, 12b, 12c agencée sur la boucle 20 de refroidissement.
Chaque vanne de régulation 12a, 12b, 12c est pilotée par le calculateur 30 à partir d’une mesure de la température du fluide de refroidissement fournie par un capteur 11a, 11b, 11c agencé en sortie de la pile 10a, 10b, 10c, sur la conduite 14a, 14b, 14c de retour vers la boucle 20 de refroidissement, en aval de l’ensemble 10 des piles.
Ces capteurs 11a, 11b, 11c peuvent être de tous types connus et sont configurés pour transmettre au calculateur 30 la mesure de température par des moyens de communication non représentés sur la figure à des fins de clarté. La transmission de la mesure au calculateur peut être effectuée par des moyens filaires, des moyens sans-fils ou combinaison de moyens filaires et sans fils.
Le capteur 22 fournit au calculateur une information représentative du besoin en refroidissement de l’ensemble des piles alors que les capteurs 11a, 11b, 11c fournissent chacun une information représentative du besoin en refroidissement de chaque pile prise individuellement.
Selon d’autres variantes non représentées, l’information représentative du bresoin de refroidissement peut être fournie par d’autres moyens qu’un capteur de température.
Cette architecture particulière permet de ne disposer que d’une seule pompe d’alimentation de la boucle de refroidissement pour la régulation globale et d’une vanne de régulation par pile pour la régulation locale.
Le système selon l’invention comprend également un échangeur thermique 24 de refroidissement configuré pour pouvoir assurer des échanges thermiques entre le fluide de refroidissement circulant dans la boucle 20 de refroidissement et un air de refroidissement prélevé à l’extérieur du véhicule de transport et circulant dans un canal 25 de circulation d’air.
La flèche 26 de la illustre schématiquement l’air de refroidissement prélevé à l’extérieur du véhicule de transport. Dans le cas d’un aéronef, cet air est un air dynamique, plus connu sous la dénomination anglaise de « RAM air » ou « Rammed air », c’est-à-dire littéralement un air extérieur qui rentre dans une ouverture ad hoc de l’aéronef du fait de la vélocité de l’aéronef et est véhiculé jusqu’à l’échangeur 24 par le canal de circulation 25. La circulation d’air dans le canal 25 peut être assurée, par exemple, par un ventilateur, non représenté sur la . Ce ventilateur peut être un ventilateur électrique ou un ventilateur porté par un arbre de turbomachine de l’aéronef, tel que par exemple une turbomachine d’un système de conditionnement d’air.
Une vanne de régulation de débit permet également de moduler le débit d’air du système et assure un premier niveau de régulation en température pour le capteur 22
L’échangeur thermique 24 peut être de tous types connus et n’est pas décrit ici en détail.
Le système de refroidissement selon le mode de réalisation de la comprend également une vanne 3 voies, dite vanne 27 de dérivation, agencée sur la boucle 20 de refroidissement, entre la pompe 21 et l’échangeur 24.
Cette vanne 27 de régulation peut soit alimenter l’échangeur 24 en fluide de refroidissement, soit alimenter une conduite 28 de by-pass (aussi désignée par les termes de conduite de dérivation), qui est agencée de manière à contourner l’échangeur thermique 24.
Cette vanne 27 de régulation est pilotée par le calculateur 30. La combinaison de la vanne 27 de régulation, de l’échangeur thermique 24 et de la conduite de dérivation 28, permet de réguler la température du fluide de refroidissement en entrée des piles 11a, 11b, 11c, quelle que soit la température de l’air extérieur. Elle permet également le chauffage du circuit du fluide caloporteur (tel qu’un mélange éthylène, glycol et eau, plus connue sous l’acronyme anglais EGW pour « Ethylene Glycol Water), par exemple lors du démarrage par temps froid. Ainsi, une première pile monte en température et par bypass de l’échangeur principal, avec le circuit commun, les autres piles présentes dans le circuit sont réchauffées jusqu’à atteindre la température optimale d’utilisation.
Le système de refroidissement comprend également et selon le mode de réalisation de la , un filtre 29 configuré pour filtrer le fluide de refroidissement. Le filtre 29 permet de capturer les particules présentes dans la boucle liquide et qui pourraient polluer les piles. Un filtre De-ionisant peut également être agencé sur le circuit (non representé sur les figures) et permet de maintenir les propriété di electrique du liquide de refroidissement.
Un système selon l’invention, et en particulier selon le mode de réalisation de la , permet d'ajuster précisément la température de sortie de chaque pile 10a, 10b, 10c quels que soient les transitoires de puissance des piles et de les protéger d'une sur-température en cas de surcharge ou de fonctionnement à très haute température.
Selon une mode de réalisation de l’invention, le débit de la pompe 21 est ajusté au besoin total de refroidissement de l’ensemble 10 des piles 10a, 10b, 10c. Ce débit est régulé à température constante par échange avec un débit d'air extérieur circulant dans le canal 25.
Le débit dans chaque pile 10a, 10b, 10c est ajusté afin de maintenir la température constante.
Le calculateur 30 assure la détermination du besoin en puissance froide, le contrôle de débit de la pompe 21, la régulation de température de chaque pile par la mesure des températures acquises par les capteurs 11a, 11b, 11c et 22, et le contrôle des différentes vannes 12a, 12b, 12c et 27 du système.
La pompe 21 à vitesse variable fournit le débit total adapté aux pertes de l'ensemble 10 des piles du système.
La température du fluide de refroidissement est régulée par l'évacuation des calories dans l’échangeur 24 refroidi par le débit d'air extérieur 26, ce qui permet d’évacuer les pertes totales des piles vers l'extérieur.
Le calculateur 30 évalue la puissance totale de perte des piles et définit le débit total nécessaire et la température d'entrée du fluide de refroidissement des piles.
Les vannes 3 voies 12a, 12b, 12c régulent chacune le débit de fluide dans chaque pile pour assurer l'évacuation des calories et définir la température en sortie de la pile.
Le débit total de la pompe 21 est réparti entre les piles 10a, 10b, 10c en fonction de leur besoin de refroidissement. Chaque pile reçoit ainsi le débit minimum nécessaire pour garantir la température interne souhaitée de la pile.
L’invention s’étend également à un véhicule de transport, notamment ferroviaire, automobile ou aérien, équipé d’un ensemble de piles à combustible refroidi par un système selon l’invention.
L’invention s’étend aussi à un procédé de refroidissement d’un ensemble de piles à combustible d’un véhicule de transport, tel qu’un aéronef.
Ce procédé représenté schématiquement par la comprend les étapes suivantes :
une étape 100 de mise en circulation d’un fluide de refroidissement dans une boucle 20 de refroidissement,
une étape 110 d’échange thermique entre le fluide de refroidissement circulant dans la boucle de refroidissement et un air 26 prélevé à l’extérieur du véhicule de transport,
une étape 120 de régulation du débit de fluide de refroidissement circulant dans la boucle 20 de refroidissement en fonction d’une mesure représentative du besoin de refroidissement de l’ensemble des piles à combustible,
une étape 130 (optionnelle) de régulation de la température du fluide de refroidissement en amont de l’ensemble de piles à combustible par régulation du débit de fluide en échange thermique avec l’air de refroidissement prélevé à l’extérieur du véhicule de transport,
une étape 140 de régulation du débit de fluide de refroidissement alimentant chaque pile à combustible à partir de la boucle de refroidissement en fonction d’une mesure représentative du besoin de refroidissement de cette pile.
Le procédé selon l’invention est avantageusement mis en œuvre par un système selon l’invention et le système selon l’invention met avantageusement en œuvre un procédé selon l’invention.
Un procédé et un système selon l’invention assurent une régulation de température précise de plusieurs piles reliées à une même boucle liquide. En outre, ils permettent de contrôler la puissance totale de refroidissement nécessaire à la combinaison des piles, quels que soient leurs arrangements et la puissance qu'elles développent.
Un procédé et un système selon l’invention ne se limitent pas aux seuls modes de réalisation décrits et à la seule application aéronautique décrite. En particulier, le procédé et le système selon l’invention peuvent s’appliquer à tout type de véhicule, en particulier aérien, ferroviaire ou automobile et pour tout type d’application (génération principale d’énergie, génération auxiliaire d’énergie ou génération d’énergie de propulsion).
Claims (9)
- Système de refroidissement d’un ensemble (10) de piles à combustible d’un véhicule de transport, tel qu’un aéronef, comprenant :
une boucle (20) de circulation d’un fluide de refroidissement, dite boucle de refroidissement,
un échangeur thermique (24) de refroidissement configuré pour pouvoir assurer des échanges thermiques entre ladite boucle (20) de refroidissement et un canal (25) de circulation d’un air (26) de refroidissement prélevé à l’extérieur du véhicule de transport,
caractérisé en ce qu’il comprend en outre, agencées sur ladite boucle (20) de refroidissement :
une pompe (21) à vitesse variable d’alimentation de ladite boucle de refroidissement en fluide de refroidissement en fonction d’une mesure représentative du besoin de refroidissement dudit ensemble des piles à combustible,
pour chaque pile (10a, 10b, 10c) à combustible dudit ensemble de piles, une vanne 3 voies (12a, 12b, 12c) de régulation du débit de fluide de refroidissement alimentant cette pile en fonction d’une mesure représentative du besoin de refroidissement de cette pile. - Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comprend en outre une vanne 3 voies, dite vanne de dérivation (27), agencée sur ladite boucle (20) de refroidissement en amont de l’échangeur thermique (24), associée à une conduite (28) de by-pass de l’échangeur thermique, de manière à pouvoir réguler la température du fluide de refroidissement en amont dudit ensemble (10) de piles.
- Système selon la revendication 2, caractérisé en ce qu’il comprend en outre un calculateur (30) de pilotage de ladite pompe (21) à vitesse variable, de l’ensemble des vannes 3 voies de régulation (12a, 12b, 12c) et de ladite vanne de dérivation (27).
- Système selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu’il comprend en outre au moins un capteur (11a, 11b, 11c) de température agencé en sortie de chaque pile (10a, 10b, 10c) à combustible dudit ensemble (10) des piles à combustible de manière à pouvoir fournir une mesure de température du fluide de refroidissement en sortie de pile formant ladite mesure représentative du besoin de refroidissement de cette pile.
- Système selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu’il comprend en outre au moins un capteur (22) de température agencé sur la boucle (20) de refroidissement en amont dudit ensemble (10) de piles à combustible de manière à pouvoir fournir une mesure de température du fluide de refroidissement de la boucle de refroidissement formant ladite mesure représentative du besoin de refroidissement dudit ensemble de piles.
- Procédé de refroidissement d’un ensemble (10) de piles à combustible d’un véhicule de transport, tel qu’un aéronef, comprenant les étapes suivantes :
mise en circulation (100) d’un fluide de refroidissement dans une boucle, dite boucle (20) de refroidissement,
assurer (110) des échanges thermiques entre ledit fluide de refroidissement de ladite boucle (20) de refroidissement et un air (26) prélevé à l’extérieur du véhicule de transport,
caractérisé en ce que ledit procédé comprend en outre les étapes suivantes:
régulation (120) dudit débit de fluide de refroidissement circulant dans ladite boucle (20) de refroidissement en fonction d’une mesure représentative du besoin de refroidissement dudit ensemble des piles à combustible,
régulation (140) du débit de fluide de refroidissement alimentant chaque pile (10a, 10b, 10c) à combustible à partir de ladite boucle (20) de refroidissement en fonction d’une mesure représentative du besoin de refroidissement de cette pile. - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu’il comprend en outre une étape de régulation (130) de la température dudit fluide de refroidissement en amont dudit ensemble de piles à combustible par régulation du débit de fluide en échange thermique avec ledit air de refroidissement prélevé à l’extérieur du véhicule de transport.
- Procédé de refroidissement selon l’une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que, pour chaque pile (10a, 10b, 10c) à combustible dudit ensemble de piles, ladite mesure représentative du besoin de refroidissement de cette pile à combustible consiste en une mesure de la température du fluide de refroidissement en sortie de cette pile.
- Véhicule de transport tel qu’un aéronef comprenant un ensemble de piles à combustible, caractérisé en ce qu’il comprend en outre un système de refroidissement dudit ensemble de piles à combustible selon l’une des revendications 1 à 5.
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