FR3122670A1 - High temperature electrolyser system with optimized energy consumption - Google Patents
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Abstract
Système d’électrolyseur haute température à consommation énergétique optimisée L’invention concerne un système comprenant : - un électrolyseur (1) à haute température (EHT),- une première ligne d'alimentation (2) en vapeur d'eau, - une première ligne d'évacuation (4) du dihydrogène, - une deuxième ligne d'évacuation (3) du dioxygène, - un premier générateur de vapeur (6) agencé sur la première ligne d'alimentation (2), caractérisé en ce que - la première ligne d'alimentation (2) comprend un tronçon principal (36) et un tronçon en dépression (35), - le système comprend : *un module de mise en dépression du tronçon en dépression (35) comprenant un détendeur (8) et un compresseur (9), et un deuxième générateur de vapeur (7) en dépression agencé sur le tronçon en dépression (35) entre le détendeur (8) et le compresseur (9), - le premier et le deuxième générateurs de vapeur (6) (7) sont des échangeurs thermiques agencés également sur la première ligne d'évacuation (4), le premier générateur de vapeur (6) étant agencé en amont du deuxième générateur de vapeur (7). Figure pour l’abrégé : Fig.1High-temperature electrolyser system with optimized energy consumption The invention relates to a system comprising: - a high-temperature (EHT) electrolyser (1), - a first steam supply line (2), - a first dihydrogen evacuation line (4), - a second dioxygen evacuation line (3), - a first steam generator (6) arranged on the first supply line (2), characterized in that - the first supply line (2) comprises a main section (36) and a depression section (35), - the system comprises: *a depression module for the depression section (35) comprising a pressure reducer (8) and a compressor (9), and a second vacuum steam generator (7) arranged on the vacuum section (35) between the expander (8) and the compressor (9), - the first and second steam generators (6 ) (7) are heat exchangers also arranged on the first evacuation line (4), the first generator steam (6) being arranged upstream of the second steam generator (7). Figure for abstract: Fig.1
Description
La présente invention concerne le domaine de l'électrolyse de l'eau à haute température (EHT, ou EVHT pour électrolyse de la vapeur d'eau à haute température, ou HTE acronyme anglais pour High Temperature Electrolysis, ou encore HTSE acronyme anglais pour High Temperature Steam Electrolysis), également à oxyde solide (SOEC, acronyme anglais pour « Solid Oxide Electrolyte Cell ») et celui des piles à combustible à oxydes solides (SOFC, acronyme anglais pour « Solid Oxide Fuel Cell »). Elle trouve pour application particulièrement pour optimiser la consommation énergétique d'un système électrolyseur SOEC.The present invention relates to the field of electrolysis of water at high temperature (EHT, or EVHT for electrolysis of water vapor at high temperature, or HTE English acronym for High Temperature Electrolysis, or HTSE English acronym for High Temperature Steam Electrolysis), also solid oxide (SOEC, English acronym for " Solid Oxide Electrolyte Cell ") and that of solid oxide fuel cells (SOFC, English acronym for " Solid Oxide Fuel Cell ). It finds application particularly in optimizing the energy consumption of a SOEC electrolyser system.
ETAT DE LA TECHNIQUESTATE OF THE ART
L'électrolyse de l'eau est une réaction électrolytique qui décompose l'eau en dioxygène et dihydrogène gazeux avec l'aide d'un courant électrique selon la réaction: H2O → H2+ 1/2 O2.Water electrolysis is an electrolytic reaction that decomposes water into dioxygen and dihydrogen gas with the help of an electric current according to the reaction: H 2 O → H 2 + 1/2 O 2 .
Pour réaliser l'électrolyse de l'eau, il est avantageux de la réaliser à haute température typiquement entre 600 et 950°C, car une partie de l'énergie nécessaire à la réaction peut être apportée par la chaleur qui est moins chère que l'électricité et l'activation de la réaction est plus efficace à haute température et ne nécessite pas de catalyseur. Une cellule d'électrolyse à oxydes solides ou « SOEC » (acronyme anglo-saxon « Solid Oxide Electrolyte Cell ») comprend notamment : - une première électrode conductrice poreuse, ou « cathode », destinée à être alimentée en vapeur d'eau pour la production de dihydrogène, - une seconde électrode conductrice poreuse, ou « anode », par laquelle s'échappe le dioxygène produit par l'électrolyse de l'eau injectée sur la cathode, et - une membrane à oxyde solide (électrolyte dense) prise en sandwich entre la cathode et l'anode, la membrane étant conductrice anionique pour de hautes températures, usuellement des températures supérieures à 600°C. En chauffant la cellule au moins à cette température et en injectant un courant électrique I entre la cathode et l'anode, il se produit alors une réduction de l'eau sur la cathode, ce qui génère du dihydrogène (H2) au niveau de la cathode et du dioxygène au niveau de l'anode. Pour mettre en œuvre l'électrolyse à haute température, il est connu d'utiliser un électrolyseur de type SOEC constitué d'un empilement de motifs élémentaires comportant chacun une cellule d'électrolyse à oxydes solides, constituée de trois couches anode/électrolyte/cathode superposées l'une sur l'autre, et de plaques d'interconnexion en alliages métalliques aussi appelées plaques bipolaires, ou interconnecteurs. Les interconnecteurs ont pour fonction d'assurer à la fois le passage du courant électrique et la circulation des gaz au voisinage de chaque cellule (vapeur d'eau injectée, hydrogène et oxygène extrait dans un électrolyseur EHT ; air et hydrogène injectés et eau extraite dans une pile SOFC) et de séparer les compartiments anodiques et cathodiques qui sont les compartiments de circulation des gaz du côté respectivement des anodes et des cathodes des cellules.To carry out the electrolysis of water, it is advantageous to carry it out at high temperature, typically between 600 and 950°C, because part of the energy necessary for the reaction can be provided by heat, which is less expensive than electricity and the activation of the reaction is more efficient at high temperature and does not require a catalyst. A solid oxide electrolysis cell or "SOEC" (Anglo-Saxon acronym "Solid Oxide Electrolyte Cell") comprises in particular: - a first porous conductive electrode, or "cathode", intended to be supplied with steam for the production of dihydrogen, - a second porous conductive electrode, or "anode", through which escapes the dioxygen produced by the electrolysis of the water injected on the cathode, and - a solid oxide membrane (dense electrolyte) taken into sandwiched between the cathode and the anode, the membrane being anionic conductor for high temperatures, usually temperatures above 600°C. By heating the cell to at least this temperature and by injecting an electric current I between the cathode and the anode, there is then a reduction of water on the cathode, which generates dihydrogen (H2) at the level of the cathode and oxygen at the anode. To implement electrolysis at high temperature, it is known to use an electrolyser of the SOEC type consisting of a stack of elementary units each comprising a solid oxide electrolysis cell, consisting of three anode/electrolyte/cathode layers. superposed one on the other, and interconnection plates in metal alloys also called bipolar plates, or interconnectors. The function of the interconnectors is to ensure both the passage of electric current and the circulation of gases in the vicinity of each cell (water vapor injected, hydrogen and oxygen extracted in an EHT electrolyser; air and hydrogen injected and water extracted in a SOFC cell) and to separate the anode and cathode compartments which are the gas circulation compartments on the side respectively of the anodes and the cathodes of the cells.
Pour réaliser l'électrolyse de la vapeur d'eau à haute température EHT, on injecte de la vapeur d'eau H2O dans le compartiment cathodique.To carry out the electrolysis of water vapor at high temperature EHT, water vapor H2O is injected into the cathode compartment.
Sous l'effet du courant appliqué à la cellule, la dissociation des molécules d'eau sous forme vapeur est réalisée à l'interface entre l'électrode à hydrogène (cathode) et l'électrolyte: cette dissociation produit du gaz dihydrogène H2 et des ions oxygène. Le dihydrogène est collecté et évacué en sortie de compartiment à hydrogène. Les ions oxygène migrent à travers l'électrolyte et se recombinent en dioxygène O2à l'interface entre l'électrolyte et l'électrode à oxygène (anode).Under the effect of the current applied to the cell, the dissociation of water molecules in vapor form is carried out at the interface between the hydrogen electrode (cathode) and the electrolyte: this dissociation produces dihydrogen gas H2 and oxygen ions. The dihydrogen is collected and evacuated at the outlet of the hydrogen compartment. The oxygen ions migrate through the electrolyte and recombine into dioxygen O 2 at the interface between the electrolyte and the oxygen electrode (anode).
Pour la mise en œuvre effective de l'électrolyse par l'empilement, l'empilement est porté à une température supérieure à 600°C, usuellement une température comprise entre 600°C et 950°C, l'alimentation en gaz est mise en marche à débit constant et une source d'alimentation électrique est branchée entre deux bornes de l'empilement afin d'y faire circuler le courant I.For the effective implementation of the electrolysis by the stack, the stack is brought to a temperature above 600° C., usually a temperature between 600° C. and 950° C., the gas supply is brought to running at a constant rate and an electrical power source is connected between two terminals of the stack in order to cause the current I to flow there.
Le rendement de la transformation électricité en hydrogène est un point clé afin d’assurer la compétitivité de la technologie. La consommation électrique a principalement lieu lors de la réaction d’électrolyse à proprement parler, mais près de 30% de la consommation de l’électrolyseur provient du système de gestion thermique/hydraulique des fluides. C'est-à-dire l'architecture externe à l'électrolyseur et la gestion des fluides et de l'énergie thermique dans cette architecture.The efficiency of the transformation of electricity into hydrogen is a key point in order to ensure the competitiveness of the technology. Electricity consumption mainly takes place during the electrolysis reaction itself, but almost 30% of the consumption of the electrolyser comes from the thermal/hydraulic fluid management system. That is to say the architecture external to the electrolyser and the management of fluids and thermal energy in this architecture.
L’évaporation de l’eau utilisée dans l’électrolyseur est la consommation d’énergie la plus importante de ce système de gestion thermique/hydraulique. Classiquement, cette fonction est assurée par un générateur de vapeur électrique qui consomme 20% de la consommation globale de l’électrolyseur.The evaporation of the water used in the electrolyser is the most important energy consumption of this thermal/hydraulic management system. Conventionally, this function is provided by an electric steam generator which consumes 20% of the overall consumption of the electrolyser.
Par ailleurs, en général une partie importante d’énergie est rejetée dans l'environnement ambiant. Par exemple, durant la phase d’assèchement de l’hydrogène et de sa compression il est nécessaire de fortement refroidir ce mélange afin de permettre la condensation de l’eau présente dans le mélange eau/hydrogène. Cette condensation s’effectue très majoritairement à une température inférieure à la température d'évaporation de l’eau en entrée de l'électrolyseur, ce qui fait qu’une très faible part de cette énergie de condensation est utilisable.Moreover, in general, a significant part of the energy is released into the surrounding environment. For example, during the hydrogen drying and compression phase, it is necessary to greatly cool this mixture in order to allow the condensation of the water present in the water/hydrogen mixture. This condensation takes place for the most part at a temperature below the evaporation temperature of the water entering the electrolyser, which means that a very small part of this condensation energy is usable.
Il existe donc un besoin de minimiser cette consommation en optimisant l’architecture et la gestion des fluides du système de l'électrolyseurThere is therefore a need to minimize this consumption by optimizing the architecture and fluid management of the electrolyser system.
Un objet de la présente invention est donc de proposer un système d’électrolyseur haute température optimisé.An object of the present invention is therefore to provide an optimized high temperature electrolyser system.
Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description suivante et des dessins d'accompagnement. Il est entendu que d'autres avantages peuvent être incorporés.The other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from a review of the following description and the accompanying drawings. It is understood that other benefits may be incorporated.
RESUMESUMMARY
Pour atteindre cet objectif, selon un mode de réalisation on prévoit un un système comprenant :
un électrolyseur à haute température (EHT),
une première ligne d'alimentation de l'électrolyseur configurée pour alimenter l'électrolyseur en vapeur d'eau,
une première ligne d'évacuation de l'électrolyseur configurée pour évacuer depuis l'électrolyseur du dihydrogène,
une deuxième ligne d'évacuation de l'électrolyseur configurée pour évacuer depuis l'électrolyseur du dioxygène,
un premier générateur de vapeur agencé sur la première ligne d'alimentation en vapeur d'eau, et configuré pour produire de la vapeur d'eau à partir d'eau liquide,
caractérisé en ce que
- la première ligne d'alimentation de l'électrolyseur en vapeur d'eau comprend un tronçon principal et un tronçon en dépression,
- le système comprend un module de mise en dépression du tronçon en dépression de la première ligne d'alimentation, le module comprenant un détendeur et un compresseur,
- le système comprend un deuxième générateur de vapeur en dépression agencé sur le tronçon en dépression entre le détendeur et le compresseur,
- le premier générateur de vapeur et le deuxième générateur de vapeur sont des échangeurs thermiques agencés également sur la première ligne d'évacuation du dihydrogène, le premier générateur de vapeur étant agencé en amont du deuxième générateur de vapeur relativement à la première ligne d'évacuation du dihydrogène.
a high temperature electrolyser (EHT),
a first supply line of the electrolyser configured to supply the electrolyser with steam,
a first discharge line from the electrolyser configured to discharge dihydrogen from the electrolyser,
a second discharge line from the electrolyser configured to discharge dioxygen from the electrolyser,
a first steam generator arranged on the first steam supply line, and configured to produce steam from liquid water,
characterized in that
- the first line for supplying the electrolyser with steam comprises a main section and a depression section,
- the system comprises a module for creating a vacuum in the vacuum section of the first supply line, the module comprising a pressure reducer and a compressor,
- the system comprises a second vacuum steam generator arranged on the vacuum section between the expander and the compressor,
- the first steam generator and the second steam generator are heat exchangers also arranged on the first hydrogen evacuation line, the first steam generator being arranged upstream of the second steam generator relative to the first hydrogen evacuation line dihydrogen.
Cette disposition permet de récupérer les calories du dihydrogène produit par l'électrolyseur au profit de la production de vapeur d'eau. Par le présent système, les générateurs de vapeur permettent à la fois le refroidissement du dihydrogène et une production de vapeur. Ainsi, la consommation électrique du système est fortement réduite. Avantageusement, l'utilisation d'un générateur de vapeur sur un tronçon en dépression permet d'abaisser la température d'évaporation de l'eau et permet ainsi en récupérant de l'énergie thermique du dihydrogène ayant déjà été refroidi par le premier générateur de vapeur de pouvoir toutefois participer à la production de vapeur.This arrangement makes it possible to recover the calories from the dihydrogen produced by the electrolyser for the benefit of the production of steam. By the present system, the steam generators allow both the cooling of the dihydrogen and the production of steam. Thus, the power consumption of the system is greatly reduced. Advantageously, the use of a steam generator on a section under depression makes it possible to lower the evaporation temperature of the water and thus makes it possible, by recovering thermal energy from the dihydrogen having already been cooled by the first generator of steam to be able to participate in the production of steam.
Le système permet ainsi de réduire la consommation électrique du système en augmentant la puissance thermique prélevée.The system thus makes it possible to reduce the electricity consumption of the system by increasing the thermal power drawn off.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURESBRIEF DESCRIPTION OF FIGURES
Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée d’un mode de réalisation de cette dernière qui est illustrée par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels :The aims, objects, as well as the characteristics and advantages of the invention will emerge better from the detailed description of an embodiment of the latter which is illustrated by the following accompanying drawings in which:
Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques.The drawings are given by way of examples and do not limit the invention. They constitute schematic representations of principle intended to facilitate understanding of the invention and are not necessarily scaled to practical applications.
DESCRIPTION DÉTAILLÉEDETAILED DESCRIPTION
Avant d’entamer une revue détaillée de modes de réalisation de l’invention, sont énoncées ci-après des caractéristiques optionnelles qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement :Before starting a detailed review of embodiments of the invention, optional characteristics are set out below which may possibly be used in combination or alternatively:
Selon un exemple, le système comprend un troisième générateur de vapeur 20 agencé sur la première ligne d'alimentation 2 en vapeur d'eau, en amont du premier générateur de vapeur 6 et sur la première ligne d'évacuation 4 du dihydrogène en aval du deuxième générateur de vapeur 7 configuré pour produire de la vapeur d'eau à partir d'eau liquide.According to one example, the system comprises a third steam generator 20 arranged on the first steam supply line 2, upstream of the first steam generator 6 and on the first evacuation line 4 of the dihydrogen downstream of the second steam generator 7 configured to produce steam from liquid water.
Selon un exemple, le système comprend un quatrième générateur de vapeur 21 agencé sur le tronçon en dépression 35 de la première ligne d'alimentation 2 en vapeur d'eau, en amont du deuxième générateur de vapeur 7 et sur la première ligne d'évacuation 4 du dihydrogène en aval du troisième générateur de vapeur 20 configuré pour produire de la vapeur d'eau à partir d'eau liquide.According to one example, the system comprises a fourth steam generator 21 arranged on the depression section 35 of the first steam supply line 2, upstream of the second steam generator 7 and on the first evacuation line 4 hydrogen downstream of the third steam generator 20 configured to produce steam from liquid water.
Selon un exemple, le système comprend un cinquième générateur de vapeur 24 agencé sur la première ligne d'alimentation 2 en vapeur d'eau, en amont du troisième générateur de vapeur 20 et sur la première ligne d'évacuation 4 du dihydrogène en aval du quatrième générateur de vapeur 21 configuré pour produire de la vapeur d'eau à partir d'eau liquide.According to one example, the system comprises a fifth steam generator 24 arranged on the first steam supply line 2, upstream of the third steam generator 20 and on the first evacuation line 4 of the dihydrogen downstream of the fourth steam generator 21 configured to produce steam from liquid water.
Selon un exemple, le système comprend un sixième générateur de vapeur 25 agencé sur le tronçon en dépression 35 de la première ligne d'alimentation 2 en vapeur d'eau, en amont du quatrième générateur de vapeur 21 et sur la première ligne d'évacuation 4 du dihydrogène en aval du cinquième générateur 24 de vapeur configuré pour produire de la vapeur d'eau à partir d'eau liquide.According to one example, the system comprises a sixth steam generator 25 arranged on the depression section 35 of the first steam supply line 2, upstream of the fourth steam generator 21 and on the first evacuation line 4 dihydrogen downstream of the fifth steam generator 24 configured to produce steam from liquid water.
Selon un exemple, le système comprend un premier module d'échange thermique 5 configuré pour assurer un échange thermique entre la première ligne d'alimentation 2 en vapeur d'eau et la première ligne d'évacuation 4 du dihydrogène, le premier module d'échange thermique 5 étant agencé sur la première ligne d'alimentation 2 en vapeur d'eau en aval des générateurs de vapeur et sur la première ligne d'évacuation 4 du dihydrogène en amont des générateurs de vapeur.According to one example, the system comprises a first heat exchange module 5 configured to ensure a heat exchange between the first steam supply line 2 and the first evacuation line 4 of the dihydrogen, the first module of heat exchange 5 being arranged on the first steam supply line 2 downstream of the steam generators and on the first evacuation line 4 of the dihydrogen upstream of the steam generators.
Selon un exemple, le système comprend une réchauffeur 15 agencé sur la première ligne d'alimentation 2 en vapeur d'eau en amont du premier module d'échange thermique 5 et en aval des générateurs de vapeur.According to one example, the system comprises a heater 15 arranged on the first steam supply line 2 upstream of the first heat exchange module 5 and downstream of the steam generators.
Selon un exemple, le système comprend un septième générateur de vapeur 42 agencé sur la première ligne d'alimentation 2 en vapeur d'eau, en amont du premier générateur de vapeur 6 et sur la une deuxième ligne d'évacuation 3 de l'électrolyseur configurée pour évacuer depuis l'électrolyseur 1 du dioxygène configuré pour produire de la vapeur d'eau à partir d'eau liquide.According to one example, the system comprises a seventh steam generator 42 arranged on the first steam supply line 2, upstream of the first steam generator 6 and on the second exhaust line 3 of the electrolyser configured to evacuate from the electrolyser 1 oxygen configured to produce water vapor from liquid water.
Selon un exemple, le système comprend un huitième générateur de vapeur 43 agencé sur le tronçon en dépression de la première ligne d'alimentation 2 en vapeur d'eau, en amont du deuxième générateur de vapeur 7 et sur la deuxième ligne d'évacuation 3 de l'électrolyseur configurée pour évacuer depuis l'électrolyseur 1 du dioxygène en aval du septième générateur de vapeur 42 configuré pour produire de la vapeur d'eau à partir d'eau liquide.According to one example, the system comprises an eighth steam generator 43 arranged on the depression section of the first steam supply line 2, upstream of the second steam generator 7 and on the second evacuation line 3 of the electrolyser configured to evacuate from the electrolyser 1 oxygen downstream of the seventh steam generator 42 configured to produce steam from liquid water.
Selon un exemple, le système comprend au moins séparateur liquide/gaz 18 agencé sur la première ligne d'évacuation 4 de dihydrogène en aval des générateurs de vapeur.According to one example, the system comprises at least a liquid/gas separator 18 arranged on the first dihydrogen evacuation line 4 downstream of the steam generators.
Selon un exemple, l'eau circulant dans le tronçon principal 36 et/ou dans le tronçon en dépression 35 est au moins en partie de l'eau issue de l'assèchement du dihydrogène par un séparateur liquide/gaz 18 agencé sur la première ligne d'évacuation 4 de dihydrogène, par exemple en aval des générateurs de vapeur.According to one example, the water circulating in the main section 36 and/or in the depression section 35 is at least partly water resulting from the drying out of the dihydrogen by a liquid/gas separator 18 arranged on the first line evacuation 4 of dihydrogen, for example downstream of the steam generators.
Selon un exemple, le système comprend un module de récupération de l'énergie thermique du dihydrogène au profit de la première ligne d'alimentation 2 en vapeur d'eau, le module de récupération comprenant une pompe à chaleur comprenant
un circuit fluidique 31 configuré pour recevoir un fluide caloporteur,
un évaporateur 17 agencé sur la première ligne d'évacuation 4 en aval du deuxième générateur de vapeur 7 sur le tronçon en dépression 35, configuré pour transférer l'énergie thermique du dihydrogène au fluide caloporteur,
un compresseur 29 configuré pour comprimer le fluide caloporteur,
un condenseur 16 agencé sur la première ligne d'alimentation 2 en vapeur d'eau sur le tronçon en dépression 35 en parallèle au deuxième générateur de vapeur 7, configuré pour transférer l'énergie thermique du fluide caloporteur à l'eau liquide,
un détendeur 30 configuré pour détendre le fluide caloporteur,
le circuit fluidique 31 étant configuré pour connecter fluidiquement l'évaporateur 17 au compresseur 29, le compresseur 29 au condenseur 16, le condenseur 16 au détendeur 30 et le détendeur 30 à l'évaporateur 17.According to one example, the system comprises a dihydrogen thermal energy recovery module for the benefit of the first steam supply line 2, the recovery module comprising a heat pump comprising
a fluidic circuit 31 configured to receive a heat transfer fluid,
an evaporator 17 arranged on the first evacuation line 4 downstream of the second steam generator 7 on the depression section 35, configured to transfer the thermal energy from the dihydrogen to the heat transfer fluid,
a compressor 29 configured to compress the heat transfer fluid,
a condenser 16 arranged on the first steam supply line 2 on the depression section 35 in parallel with the second steam generator 7, configured to transfer thermal energy from the heat transfer fluid to liquid water,
an expansion valve 30 configured to expand the heat transfer fluid,
the fluidic circuit 31 being configured to fluidically connect the evaporator 17 to the compressor 29, the compressor 29 to the condenser 16, the condenser 16 to the expander 30 and the expander 30 to the evaporator 17.
Cette disposition permet de récupérer l'énergie thermique du dihydrogène produit par l'électrolyseur pour participer à l'évaporation de l'eau liquide et donc réduire la consommation énergétique du système tout en prenant en considération les contraintes des composants pour permettre l'utilisation de composants classiques.This arrangement makes it possible to recover the thermal energy of the dihydrogen produced by the electrolyser to participate in the evaporation of liquid water and therefore reduce the energy consumption of the system while taking into account the constraints of the components to allow the use of classic components.
Ainsi, le système utilise la chaleur du dihydrogène en sortie de l'électrolyseur, après les générateurs de vapeur, de sorte que le rejet thermique du dihydrogène dans l'évaporateur soit exploité à plus basse température via un système actif d'une pompe à chaleur. Les calories récupérées du dihydrogène sont réinjectées à une température supérieure à la température d'évaporation de l'eau sur le tronçon en dépression en parallèle du deuxième générateur de vapeur.Thus, the system uses the heat of the dihydrogen at the output of the electrolyser, after the steam generators, so that the thermal rejection of the dihydrogen in the evaporator is exploited at a lower temperature via an active system of a heat pump. . The calories recovered from the dihydrogen are reinjected at a temperature above the evaporation temperature of the water on the depression section in parallel with the second steam generator.
La pompe à chaleur ainsi disposée permet de fonctionner avec un rendement intéressant du fait de la faible différence de température entre la température d’évaporation de l’eau le condenseur et la température du flux de dihydrogène dans l'évaporateur.The heat pump thus arranged makes it possible to operate with an interesting efficiency due to the low temperature difference between the evaporation temperature of the water in the condenser and the temperature of the hydrogen flow in the evaporator.
Selon un exemple, la pompe à chaleur comprend un évaporateur supplémentaire 17b configuré pour prélever des calories sur une source externe, l'évaporateur supplémentaire 17b étant agencé en parallèle de l'évaporateur 17.According to one example, the heat pump comprises an additional evaporator 17b configured to take calories from an external source, the additional evaporator 17b being arranged in parallel with the evaporator 17.
Selon une possibilité, la pompe à chaleur comprend un seul compresseur.According to one possibility, the heat pump comprises a single compressor.
Selon une autre possibilité, la pompe à chaleur comprend un compresseur agencé en aval de chacun des évaporateurs.According to another possibility, the heat pump comprises a compressor arranged downstream of each of the evaporators.
L’amont et l’aval, l'entrée, la sortie, en un point donné sont pris en référence au sens de circulation du fluide.The upstream and downstream, the entry, the exit, at a given point are taken in reference to the direction of circulation of the fluid.
On entend par un paramètre « sensiblement égal/supérieur/inférieur à » une valeur donnée, que ce paramètre est égal/supérieur/inférieur à la valeur donnée, à plus ou moins 10 % près, voire à plus ou moins 5 % près, de cette valeurA parameter "substantially equal/greater/less than" a given value means that this parameter is equal/greater/less than the given value, to within plus or minus 10%, or even within plus or minus 5%, of this value
Le système selon l’invention comprend un électrolyseur 1 à haute température (EHT). Préférentiellement, l’électrolyseur 1 est de type SOEC de l’acronyme anglais pour « Solid Oxide Electrolyte Cell », c’est-à-dire à oxyde solide.The system according to the invention comprises a high temperature electrolyser 1 (EHT). Preferably, the electrolyser 1 is of the SOEC type, the English acronym for “ Solid Oxide Electrolyte Cell ”, that is to say with solid oxide.
Le système comprend plusieurs lignes d’alimentation et d’évacuation connectées à l’électrolyseur 1. Ainsi, on entend par ligne une canalisation, un tube ou un ensemble de canalisations ou tubes qui permettent le transport de fluide vers et depuis l’électrolyseur 1.The system comprises several supply and evacuation lines connected to the electrolyser 1. Thus, by line is meant a pipe, a tube or a set of pipes or tubes which allow the transport of fluid to and from the electrolyser 1 .
Le système selon l’invention comprend une première ligne d’alimentation 2 de l’électrolyseur 1 apte à alimenter l’électrolyseur 1 en vapeur d’eau. Selon une possibilité, la première ligne d’alimentation 2 est configurée pour apporter à l’électrolyseur 1 de la vapeur d’eau, on entend par là que la première ligne d’alimentation 2 peut apporter un mélange de vapeur d’eau et d’autre(s) gaz par exemple de l’air ou du dihydrogène ou de dioxyde de carbone. En amont dans cette première ligne d'alimentation 2, la vapeur d'eau n'est pas encore formée et la première ligne d'alimentation 2 est configurée pour recevoir de l'eau liquide. Selon une possibilité préférée, la première ligne d’alimentation 2 comprend une première partie recevant de l’eau liquide et une deuxième partie recevant de la vapeur d’eau. Préférentiellement, la première partie est située en amont d’un générateur de vapeur et la deuxième partie est située en aval dudit générateur de vapeur.The system according to the invention comprises a first supply line 2 of the electrolyser 1 capable of supplying the electrolyser 1 with steam. According to one possibility, the first supply line 2 is configured to supply the electrolyser 1 with steam, by which is meant that the first supply line 2 can supply a mixture of steam and other gas(es), for example air or dihydrogen or carbon dioxide. Upstream in this first supply line 2, water vapor has not yet formed and the first supply line 2 is configured to receive liquid water. According to a preferred possibility, the first supply line 2 comprises a first part receiving liquid water and a second part receiving steam. Preferably, the first part is located upstream of a steam generator and the second part is located downstream of said steam generator.
Le système selon l’invention comprend une première ligne d'évacuation 4 apte à évacuer depuis l'électrolyseur 1 du dihydrogène (H2). Préférentiellement, la première ligne d’évacuation 4 reçoit le dihydrogène. Le dihydrogène est avantageusement produit par l’électrolyseur 1. Le dihydrogène est sous forme gazeuse. La première ligne d’évacuation 4 peut évacuer un mélange de dihydrogène et de vapeur d’eau, dite résiduelle n’ayant pas était décomposée par l’électrolyseur 1.The system according to the invention comprises a first evacuation line 4 able to evacuate dihydrogen (H 2 ) from the electrolyser 1 . Preferably, the first evacuation line 4 receives the dihydrogen. The dihydrogen is advantageously produced by the electrolyser 1. The dihydrogen is in gaseous form. The first evacuation line 4 can evacuate a mixture of dihydrogen and water vapour, called residual which has not been decomposed by the electrolyser 1.
Le système selon l’invention comprend une deuxième ligne d'évacuation 3 apte à évacuer depuis l'électrolyseur 1 du dioxygène (O2). Préférentiellement, la deuxième ligne d’évacuation 3 reçoit le dioxygène. Le dioxygène est avantageusement produit par l’électrolyseur 1. Le dioxygène est sous forme gazeuse. La deuxième ligne d’évacuation 3 évacue selon une possibilité un gaz enrichi en dioxygène, par exemple de l’air enrichi en dioxygène.The system according to the invention comprises a second evacuation line 3 able to evacuate dioxygen (O 2 ) from the electrolyser 1 . Preferably, the second evacuation line 3 receives the oxygen. The oxygen is advantageously produced by the electrolyser 1. The oxygen is in gaseous form. The second evacuation line 3 evacuates according to one possibility a gas enriched in oxygen, for example air enriched in oxygen.
Dans la suite de la description, la première ligne d’alimentation 2 est dénommée première ligne d’alimentation 2 en vapeur d’eau, la première ligne d’évacuation 4 est dénommée première ligne d’évacuation 4 en dihydrogène et la deuxième ligne d’évacuation 3 est dénommée deuxième ligne d’évacuation 3 en dioxygène sans être limitative sur le gaz, le fluide ou le mélange pouvant être transporté dans ces lignes.In the rest of the description, the first supply line 2 is called the first steam supply line 2, the first evacuation line 4 is called the first evacuation line 4 of dihydrogen and the second line of evacuation 3 is called second evacuation line 3 in dioxygen without being limiting on the gas, the fluid or the mixture which can be transported in these lines.
Selon une possibilité, le système comprend un premier module d'échange thermique 5 configuré pour assurer un échange thermique entre la première ligne d'alimentation 2 en vapeur d'eau et la première ligne d'évacuation 4 du dihydrogène. Ce module d’échange thermique est configuré pour transférer les calories du dihydrogène issu de l’électrolyseur 1 à l’eau, liquide ou vapeur, destinée à alimenter l’électrolyseur 1. Un flux de gaz de dihydrogène assure l’augmentation de température du flux d’eau cela tout en permettant également de refroidir le flux de dihydrogène évacué et qui est avantageusement asséché et/ou comprimé en vue de son utilisation.According to one possibility, the system comprises a first heat exchange module 5 configured to ensure a heat exchange between the first steam supply line 2 and the first evacuation line 4 for dihydrogen. This heat exchange module is configured to transfer the calories of the dihydrogen from the electrolyser 1 to the water, liquid or steam, intended to supply the electrolyser 1. A flow of dihydrogen gas ensures the temperature increase of the this water flow while also making it possible to cool the flow of dihydrogen evacuated and which is advantageously dried and/or compressed with a view to its use.
Le premier module d’échange thermique 5 comprend selon un mode de réalisation au moins un échangeur thermique 5a configuré pour assurer le transfert thermique du dihydrogène vers la vapeur d’eau. Selon un mode de réalisation préféré, le premier module d’échange thermique 5 comprend deux échangeurs thermiques 5a, 5b agencés en série entre la première ligne d’alimentation 2 et la première ligne d’évacuation 4. Cette disposition permet de prévoir un deuxième échangeur thermique 5b adapté à la température du dihydrogène en sortie de l’électrolyseur 1, classiquement de l’ordre de 700°C, et un premier échangeur thermique 5a plus habituel adapté à la température du dihydrogène après le passage dans un échangeur thermique, soit classiquement de l’ordre de 330°C. De cette manière, les composants sont optimisés pour les températures et transferts thermiques à réaliser.The first heat exchange module 5 comprises according to one embodiment at least one heat exchanger 5a configured to ensure the heat transfer from dihydrogen to steam. According to a preferred embodiment, the first heat exchange module 5 comprises two heat exchangers 5a, 5b arranged in series between the first supply line 2 and the first evacuation line 4. This arrangement makes it possible to provide a second heat exchanger thermal 5b adapted to the temperature of the dihydrogen at the outlet of the electrolyser 1, conventionally of the order of 700° C., and a more usual first heat exchanger 5a adapted to the temperature of the dihydrogen after passing through a heat exchanger, or conventionally around 330°C. In this way, the components are optimized for the temperatures and heat transfers to be achieved.
Selon un mode de réalisation, le système comprend une deuxième ligne d’alimentation 10 apte à alimenter l’électrolyseur 1 en air. Préférentiellement, la deuxième ligne d’alimentation 10 reçoit de l’air. Selon une possibilité, la deuxième ligne d’alimentation 10 est configurée pour apporter à l’électrolyseur 1 de l’air, on entend par là que la deuxième ligne d’alimentation 10 peut apporter de l’air, l'air étant par exemple un mélange gazeux qui permet de balayer la cellule de l'électrolyseur1 et d'emporter le dioxygène produit par l'électrolyseur 1. According to one embodiment, the system comprises a second supply line 10 capable of supplying the electrolyser 1 with air. Preferably, the second supply line 10 receives air. According to one possibility, the second supply line 10 is configured to supply air to the electrolyser 1, by which is meant that the second supply line 10 can supply air, the air being for example a gaseous mixture which makes it possible to sweep the cell of the electrolyser 1 and to take away the dioxygen produced by the electrolyser 1 .
Selon ce mode de réalisation, il est avantageux que le système selon l'invention comprenne un deuxième module d'échange thermique 11 configuré pour assurer un échange thermique entre la deuxième ligne d'alimentation 10 en air et la deuxième ligne d'évacuation 3 du dioxygène. Ce module d’échange thermique 11 est configuré pour transférer les calories du dioxygène issu de l’électrolyseur 1 à l'air destiné à alimenter l’électrolyseur 1. Un flux de gaz de dioxygène assure l’augmentation de la température du flux d'air ce qui permet également de refroidir le flux de dioxygène évacué.According to this embodiment, it is advantageous for the system according to the invention to comprise a second heat exchange module 11 configured to ensure heat exchange between the second air supply line 10 and the second exhaust line 3 of the dioxygen. This heat exchange module 11 is configured to transfer the calories of the dioxygen from the electrolyser 1 to the air intended to supply the electrolyser 1. A flow of dioxygen gas ensures the increase in the temperature of the flow of air which also makes it possible to cool the flow of oxygen evacuated.
Le deuxième module d’échange thermique 11 comprend selon un mode de réalisation au moins un échangeur thermique 11a configuré pour assurer le transfert thermique du dioxygène vers l'air. Selon un mode de réalisation préféré, le deuxième module d’échange thermique 11 comprend deux échangeurs thermiques 11a, 11b agencés en série entre la deuxième ligne d’alimentation 10 et la deuxième ligne d’évacuation 3. Cette disposition permet de prévoir un deuxième échangeur thermique 11b adapté à la température du dioxygène en sortie de l’électrolyseur 1, classiquement de l’ordre de 700°C, et un premier échangeur thermique 11a plus habituel adapté à la température du dioxygène après le passage dans un échangeur thermique, soit classiquement de l’ordre de 330°C. De cette manière, les composants sont optimisés pour les températures et transferts thermiques à réaliser.The second heat exchange module 11 comprises according to one embodiment at least one heat exchanger 11a configured to ensure the heat transfer from the oxygen to the air. According to a preferred embodiment, the second heat exchange module 11 comprises two heat exchangers 11a, 11b arranged in series between the second supply line 10 and the second evacuation line 3. This arrangement makes it possible to provide a second heat exchanger thermal 11b adapted to the temperature of the oxygen at the outlet of the electrolyser 1, conventionally of the order of 700° C., and a more usual first heat exchanger 11a adapted to the temperature of the oxygen after passage through a heat exchanger, or conventionally around 330°C. In this way, the components are optimized for the temperatures and heat transfers to be achieved.
Le système comprend préférentiellement un compresseur 12 agencé sur la deuxième ligne d'alimentation 10 destinée à l'alimentation en air. Le compresseur 12 est préférentiellement agencé en amont du deuxième module d'échange thermique 11, s'il est présent. Le compresseur 12 est destiné à assurer la compression de l'air destiné à être fourni à l'électrolyseur 1. La compression de l'air contribue avantageusement à augmenter la température de l'air avant son entrée dans l'électrolyseur.The system preferably comprises a compressor 12 arranged on the second supply line 10 intended for the air supply. The compressor 12 is preferably arranged upstream of the second heat exchange module 11, if present. The compressor 12 is intended to ensure the compression of the air intended to be supplied to the electrolyser 1. The compression of the air advantageously contributes to increasing the temperature of the air before it enters the electrolyser.
Selon un mode de réalisation, le système selon l'invention comprend un premier générateur de vapeur 6. Le premier générateur de vapeur 6 est configuré pour produire de la vapeur d'eau à partir d'eau liquide. De préférence, le premier générateur de vapeur 6 est agencé sur la première ligne d'alimentation 2 en vapeur d'eau. Selon ce mode de réalisation, le système comprend également un deuxième générateur de vapeur 7. Le deuxième générateur de vapeur 7 est également configuré pour produire de la vapeur d'eau à partir d'eau liquide. Le deuxième générateur de vapeur 7 est également agencé sur la première d'alimentation 2 en vapeur d'eau.According to one embodiment, the system according to the invention comprises a first steam generator 6. The first steam generator 6 is configured to produce steam from liquid water. Preferably, the first steam generator 6 is arranged on the first steam supply line 2 . According to this embodiment, the system also comprises a second steam generator 7. The second steam generator 7 is also configured to produce steam from liquid water. The second steam generator 7 is also arranged on the first steam supply 2 .
De préférence, selon ce mode de réalisation, la première ligne d'alimentation 2 en vapeur d'eau comprend un tronçon principal 36 et un tronçon en dépression 35. Le tronçon principal 36 et le tronçon en dépression 35 sont agencés en parallèle pour former au moins en partie la première ligne d'alimentation 2 en vapeur d'eau. De préférence, dans le tronçon principal 36 règne une pression au moins égale à la pression atmosphérique, préférentiellement de l'ordre de 1 à 2 bars par exemple 1,7 bars.Preferably, according to this embodiment, the first steam supply line 2 comprises a main section 36 and a depression section 35. The main section 36 and the depression section 35 are arranged in parallel to form less in part the first steam supply line 2. Preferably, in the main section 36 there is a pressure at least equal to atmospheric pressure, preferably of the order of 1 to 2 bars, for example 1.7 bars.
Dans le tronçon en dépression 35 règne une pression inférieure à la pression du tronçon principal 36, préférentiellement une pression inférieure à la pression atmosphérique, à titre d'exemple, une pression de l'ordre de 0,4 bars peut-être prévue dans le tronçon dépression 35.In the depression section 35 there is a pressure lower than the pressure of the main section 36, preferably a pressure lower than atmospheric pressure, by way of example, a pressure of the order of 0.4 bars may be provided in the depression section 35.
Selon un mode de réalisation, le système comprend un module de mise en dépression du tronçon en dépression 35. Le module de mise en dépression comprend un détendeur 8 et un compresseur 9. Le tronçon en dépression 35 s'étend ainsi entre le détendeur 8 en amont et le compresseur 9 en aval.According to one embodiment, the system comprises a module for creating a depression of the depression section 35. The module for creating a depression includes an expander 8 and a compressor 9. The depression section 35 thus extends between the expander 8 in upstream and the compressor 9 downstream.
Selon un aspect avantageux de l'invention, le deuxième générateur de vapeur 7 est agencé sur le tronçon en dépression 35, de préférence entre le détendeur 8 en amont et le compresseur 9 en aval. Le deuxième générateur de vapeur 7 fonctionne ainsi en dépression ce qui abaisse la température d'évaporation de l'eau liquide, réduisant ainsi l'énergie nécessaire pour ce changement de phase.According to an advantageous aspect of the invention, the second steam generator 7 is arranged on the depression section 35, preferably between the expander 8 upstream and the compressor 9 downstream. The second steam generator 7 thus operates under vacuum, which lowers the evaporation temperature of the liquid water, thus reducing the energy required for this phase change.
Selon une possibilité illustré en
Selon une possibilité, le système comprend une arrivée non représentée de vapeur externe en dépression. La vapeur en dépression est avantageusement injectée dans la première ligne d'alimentation 2, préférentiellement dans le tronçon en dépression 35, préférentiellement en amont du compresseur 9, préférentiellement en aval du condenseur 16 ou du générateur de vapeur en dépression 7.According to one possibility, the system comprises an inlet, not shown, of external vapor under depression. The vacuum steam is advantageously injected into the first supply line 2, preferably in the vacuum section 35, preferably upstream of the compressor 9, preferably downstream of the condenser 16 or of the vacuum steam generator 7.
De préférence, le premier générateur de vapeur 6 est quant à lui agencé sur le tronçon principal à 36.Preferably, the first steam generator 6 is arranged on the main section at 36.
Selon un mode de réalisation préférée de l'invention, le premier générateur de vapeur 6 et le deuxième générateur de vapeur 7 sont des échangeurs thermiques transférant les calories depuis la première ligne d'évacuation 4 du dihydrogène au profit de la première ligne d'alimentation 2 en vapeur d'eau. Le premier générateur de vapeur 6 et le deuxième générateur de vapeur 7 sont de préférence agencés à l'interface entre la première ligne d'évacuation 4 du dihydrogène et la première ligne d'alimentation 2 en vapeur d'eau.According to a preferred embodiment of the invention, the first steam generator 6 and the second steam generator 7 are heat exchangers transferring the calories from the first evacuation line 4 of the dihydrogen to the benefit of the first supply line 2 in water vapour. The first steam generator 6 and the second steam generator 7 are preferably arranged at the interface between the first evacuation line 4 of the dihydrogen and the first supply line 2 of steam.
Selon une possibilité préférée, le premier générateur de vapeur 6 est agencé en amont du deuxième générateur de vapeur 7 relativement à la première ligne d'évacuation 4 du dihydrogène. Le premier générateur de vapeur 6 et le deuxième générateur de vapeur 7 sont agencés en série sur la première ligne d'évacuation 4 du dihydrogène. De cette manière, le premier générateur de vapeur 6 fonctionnant à la pression de l'électrolyseur 1 récupère les calories du dihydrogène produit par l'électrolyseur 1 en premier. Puis le deuxième générateur de vapeur 7 fonctionnant en dépression récupère les calories du dihydrogène en sortie du premier générateur de vapeur 6. Le premier générateur de vapeur 6 nécessite une température du dihydrogène supérieure à celle nécessaire au deuxième générateur de vapeur 7 pour transformer l'eau liquide en vapeur d'eau.According to a preferred possibility, the first steam generator 6 is arranged upstream of the second steam generator 7 relative to the first evacuation line 4 of the dihydrogen. The first steam generator 6 and the second steam generator 7 are arranged in series on the first evacuation line 4 of the dihydrogen. In this way, the first steam generator 6 operating at the pressure of the electrolyser 1 recovers the calories from the dihydrogen produced by the electrolyser 1 first. Then the second steam generator 7 operating under depression recovers the calories from the dihydrogen at the outlet of the first steam generator 6. The first steam generator 6 requires a temperature of the dihydrogen higher than that necessary for the second steam generator 7 to transform the water liquid to water vapour.
Préférentiellement, le premier générateur de vapeur 6 et le deuxième générateur de vapeur 7 sont agencés sur la première ligne d'évacuation 4 en aval du module d'échange thermique 5.Preferably, the first steam generator 6 and the second steam generator 7 are arranged on the first evacuation line 4 downstream of the heat exchange module 5.
Le générateur de vapeur 6, 20,24, 42 agencé sur le tronçon principal 36 permet la production de vapeur d'eau avantageusement de vapeur dite sèche c'est à dire sans reste d'eau liquide et pouvant être ou non surchauffée.The steam generator 6, 20, 24, 42 arranged on the main section 36 allows the production of steam, advantageously so-called dry steam, that is to say with no remaining liquid water and which may or may not be overheated.
Le générateur de vapeur 7, 21, 25, 43 agencé sur le tronçon en dépression 35 permet la production de vapeur d'eau en particulier de vapeur dite humide c'est à dire entrainant une part d'eau liquide. Préférentiellement, cette vapeur humide est traitée pour devenir de la vapeur sèche avant l'électrolyseur 1 pour permettre aux réchauffeurs 14, 15 et/ou des échangeurs thermiques 5a, 5b, de fonctionner avec des échanges gaz/gaz.The steam generator 7, 21, 25, 43 arranged on the depression section 35 allows the production of steam, in particular so-called wet steam, that is to say involving a portion of liquid water. Preferably, this wet steam is treated to become dry steam before the electrolyser 1 to allow the heaters 14, 15 and/or the heat exchangers 5a, 5b to operate with gas/gas exchanges.
Le premier générateur de vapeur 6 et le deuxième générateur de vapeur 7 forment un ensemble dénommé train échangeur, plus précisément premier train échangeur.The first steam generator 6 and the second steam generator 7 form an assembly called the exchanger train, more precisely the first exchanger train.
Selon un mode de réalisation avantageux, l'eau liquide alimentant la première ligne d'alimentation 2 en vapeur d'eau est au moins en partie issue du procédé d'assèchement du dihydrogène produit par l'électrolyseur 1. Cette disposition permet de recycler l'eau emportée avec le dihydrogène dans l'électrolyseur 1.According to an advantageous embodiment, the liquid water supplying the first supply line 2 with water vapor is at least partly derived from the process for drying the dihydrogen produced by the electrolyser 1. This arrangement makes it possible to recycle the water taken away with the dihydrogen in the electrolyser 1.
Selon un aspect de l’invention, le système comprend un module de récupération de l'énergie thermique du dihydrogène produit par l'électrolyseur au profit de la première ligne d'alimentation 2 en vapeur d'eau.According to one aspect of the invention, the system comprises a module for recovering the thermal energy of the dihydrogen produced by the electrolyser for the benefit of the first steam supply line 2.
Selon une possibilité, le module de récupération comprend une pompe à chaleur agencée entre la première ligne d'évacuation 4 du dihydrogène et la première ligne d'alimentation 2 en vapeur d'eau. La pompe à chaleur est configurée pour transférer l'énergie thermique du dihydrogène à l'eau liquide.According to one possibility, the recovery module comprises a heat pump arranged between the first evacuation line 4 of the dihydrogen and the first supply line 2 of steam. The heat pump is configured to transfer thermal energy from dihydrogen to liquid water.
La pompe à chaleur, notamment illustrée en détail en
Le fluide caloporteur est par un exemple un fluide classiquement utilisé dans des pompes à chaleur tel que 1234yf : 2,3,3,3-tétrafluoropropène (HFO-1234yf ), ou R245FA pentafluoropropane, ou R290 propane The heat transfer fluid is for example a fluid conventionally used in heat pumps such as 1234yf: 2,3,3,3-tetrafluoropropene (HFO-1234yf), or R245FA pentafluoropropane, or R290 propane
Le circuit fluidique 31 assure la connexion fluidique des composants de la pompe à chaleur, préférentiellement en circuit fermé.The fluidic circuit 31 ensures the fluidic connection of the components of the heat pump, preferably in a closed circuit.
Selon un mode de réalisation illustré en
Selon l’invention, le condenseur 16 de la pompe à chaleur est agencé sur la première ligne d’alimentation 2 en vapeur d’eau en parallèle du deuxième générateur de vapeur 7 pour transmettre des calories depuis le fluide caloporteur au profit de l’eau liquide circulant dans la tronçon en dépression 35 de la première ligne d’alimentation 2 en parallèle du deuxième générateur de vapeur 7. Selon cette possibilité, le tronçon en dépression comprend deux branches parallèles. Une première branche reçoit au moins un générateur de vapeur en dépression et une deuxième branche reçoit au moins le condenseur 16.According to the invention, the condenser 16 of the heat pump is arranged on the first steam supply line 2 in parallel with the second steam generator 7 to transmit calories from the heat transfer fluid to the water liquid flowing in the depression section 35 of the first supply line 2 in parallel with the second steam generator 7. According to this possibility, the depression section comprises two parallel branches. A first branch receives at least one vacuum steam generator and a second branch receives at least the condenser 16.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l'évaporateur 17 de la pompe à chaleur est agencé sur la première ligne d’évacuation 4 du dihydrogène, préférentiellement en aval du premier générateur de vapeur 6 et du deuxième générateur de vapeur 7. Cette disposition est avantageuse pour permettre à la pompe à chaleur de prélever les calories du dihydrogène produit à une température préférentiellement inférieure à 75°C.According to one embodiment of the invention, the evaporator 17 of the heat pump is arranged on the first evacuation line 4 of the dihydrogen, preferably downstream of the first steam generator 6 and of the second steam generator 7. This This arrangement is advantageous for allowing the heat pump to extract the calories from the dihydrogen produced at a temperature preferably below 75°C.
Préférentiellement, l'évaporateur 17 est agencé en amont du premier séparateur liquide /gaz 18. L'évaporateur 17 assure le transfert d’énergie entre le dihydrogène circulant dans la première ligne d’évacuation 4 et le fluide caloporteur circulant dans le circuit fluidique 31 de la pompe à chaleur.Preferably, the evaporator 17 is arranged upstream of the first liquid/gas separator 18. The evaporator 17 ensures the transfer of energy between the dihydrogen circulating in the first evacuation line 4 and the heat transfer fluid circulating in the fluidic circuit 31 of the heat pump.
Selon une possibilité illustrée en
La présente invention permet d’exploiter la chaleur fatale du système et plus particulièrement les rejets thermiques du dihydrogène produit. La pompe à chaleur est un système actif permettant de réinjecter en parallèle des générateurs de vapeur 6, 7 et à une température supérieure à la température d’évaporation de l’eau les calories prélevées sur le dihydrogène produit. Avantageusement, le fait que le condenseur 16 soit agencé sur le tronçon en dépression permet d'abaisser la température d'évaporation de l'eau liquide dans le condenseur permettant d'optimiser la récupération d'énergie et d'utiliser avantageusement une pompe à chaleur ‘conventionnelle’.The present invention makes it possible to exploit the waste heat of the system and more particularly the thermal discharges of the dihydrogen produced. The heat pump is an active system making it possible to reinject steam generators 6, 7 in parallel and at a temperature above the evaporation temperature of the water, the calories taken from the dihydrogen produced. Advantageously, the fact that the condenser 16 is arranged on the depression section makes it possible to lower the evaporation temperature of the liquid water in the condenser, making it possible to optimize energy recovery and to advantageously use a heat pump. 'conventional'.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le système comprend un réchauffeur 15 configuré pour apporter l'énergie thermique supplémentaire pour participer à atteindre la température de fonctionnement de l'électrolyseur. Le réchauffeur 15 est par exemple une résistance électrique configurée pour chauffer la vapeur d'eau circulant dans la première ligne d'alimentation 2 en vapeur d'eau. La puissance du réchauffeur 15 est régulée pour contrôler la température de la vapeur d'eau en entrée du module d'échange thermique 5 pour ne pas dégrader le fonctionnement de celui-ci.According to one embodiment of the invention, the system comprises a heater 15 configured to provide additional thermal energy to participate in reaching the operating temperature of the electrolyser. The heater 15 is for example an electrical resistor configured to heat the steam flowing in the first steam supply line 2 . The power of the heater 15 is regulated to control the temperature of the water vapor at the inlet of the heat exchange module 5 so as not to degrade the operation of the latter.
Selon un mode de réalisation préféré, le système comprend au moins un autre train d'échangeur agencé à l'interface de la première ligne d'évacuation 4 du dihydrogène et de la première ligne d'alimentation 2 en vapeur d'eau. Préférentiellement, le système comprend deux trains d'échangeurs supplémentaires.According to a preferred embodiment, the system comprises at least one other exchanger train arranged at the interface of the first evacuation line 4 of the dihydrogen and the first supply line 2 of steam. Preferably, the system comprises two trains of additional exchangers.
Chaque train d’échangeur comprend un générateur de vapeur fonctionnant à la pression de l'électrolyseur 1 et un générateur de vapeur fonctionnant en dépression. Dans chaque train d'échangeur, le générateur de vapeur fonctionnant à la plus haute pression est agencé sur la première ligne d'évacuation 4 du dihydrogène en amont du générateur de vapeur fonctionnant en dépression.Each exchanger train includes a steam generator operating at the pressure of electrolyser 1 and a steam generator operating under depression. In each exchanger train, the steam generator operating at the highest pressure is arranged on the first evacuation line 4 of the dihydrogen upstream of the steam generator operating under vacuum.
Selon une possibilité, un deuxième train échangeur comprend un troisième générateur de vapeur 20 et un quatrième générateur de vapeur en dépression21. Le troisième générateur de vapeur 20 correspond dans son fonctionnement au premier générateur de vapeur 6. Le troisième générateur de vapeur 20 est agencé à l'interface entre la première ligne d'alimentation 2, plus précisément le tronçon principal 36, et la première ligne d'évacuation 4. Le troisième générateur de vapeur 20 est agencé en amont du premier générateur de vapeur 6 sur le tronçon principal 36. Le troisième générateur de vapeur 20 est agencé sur la première ligne d'évacuation 4 en aval du premier train échangeur formé par le premier générateur de vapeur 6 et le deuxième générateur de vapeur 1. Le quatrième générateur de vapeur 21 correspond dans son fonctionnement au deuxième générateur de vapeur 7. Le quatrième générateur de vapeur 21 est agencé à l'interface entre la première ligne d'alimentation 2, plus précisément le tronçon en dépression 35, et la première ligne d'évacuation 4. Le quatrième générateur de vapeur 21 est agencé en aval du deuxième générateur de vapeur 7 sur le tronçon en dépression 35. Le quatrième générateur de vapeur 21 est agencé sur la première ligne d'évacuation 4 en aval du quatrième générateur de vapeur 20.According to one possibility, a second exchanger train comprises a third steam generator 20 and a fourth vacuum steam generator 21 . The third steam generator 20 corresponds in its operation to the first steam generator 6. The third steam generator 20 is arranged at the interface between the first supply line 2, more precisely the main section 36, and the first line of evacuation 4. The third steam generator 20 is arranged upstream of the first steam generator 6 on the main section 36. The third steam generator 20 is arranged on the first evacuation line 4 downstream of the first exchanger train formed by the first steam generator 6 and the second steam generator 1. The fourth steam generator 21 corresponds in its operation to the second steam generator 7. The fourth steam generator 21 is arranged at the interface between the first supply line 2, more precisely the depression section 35, and the first evacuation line 4. The fourth steam generator 21 is arranged downstream of the second steam generator 7 s on the depression section 35. The fourth steam generator 21 is arranged on the first evacuation line 4 downstream of the fourth steam generator 20.
Selon une possibilité, un troisième train échangeur comprend un cinquième générateur de vapeur 24 et un sixième générateur de vapeur en dépression 21. Le cinquième générateur de vapeur 24 correspond dans son fonctionnement au premier générateur de vapeur 6. Le cinquième générateur de vapeur 24 est agencé à l'interface entre la première ligne d'alimentation 2, plus précisément le tronçon principal 36, et la première ligne d'évacuation 4. Le cinquième générateur de vapeur 24 est agencé en amont du premier générateur de vapeur 6 sur le tronçon principal 36, préférentiellement en amont du troisième générateur de vapeur 20. Le cinquième générateur de vapeur 24 est agencé sur la première ligne d'évacuation 4 en aval du premier train échangeur et préférentiellement en aval du deuxième train échangeur. Le sixième générateur de vapeur 25 correspond dans son fonctionnement au deuxième générateur de vapeur 7. Le sixième générateur de vapeur 25 est agencé à l'interface entre la première ligne d'alimentation 2, plus précisément le tronçon en dépression 35, et la première ligne d'évacuation 4. Le sixième générateur de vapeur 25 est agencé en amont du deuxième générateur de vapeur 7 sur le tronçon en dépression 35, préférentiellement en amont du quatrième générateur de vapeur 21. Le sixième générateur de vapeur 25 est agencé sur la première ligne d'évacuation 4 en aval du cinquième générateur de vapeur 24.According to one possibility, a third exchanger train comprises a fifth steam generator 24 and a sixth vacuum steam generator 21. The fifth steam generator 24 corresponds in its operation to the first steam generator 6. The fifth steam generator 24 is arranged at the interface between the first supply line 2, more precisely the main section 36, and the first discharge line 4. The fifth steam generator 24 is arranged upstream of the first steam generator 6 on the main section 36 , preferably upstream of the third steam generator 20. The fifth steam generator 24 is arranged on the first evacuation line 4 downstream of the first exchanger train and preferably downstream of the second exchanger train. The sixth steam generator 25 corresponds in its operation to the second steam generator 7. The sixth steam generator 25 is arranged at the interface between the first supply line 2, more precisely the depression section 35, and the first line evacuation 4. The sixth steam generator 25 is arranged upstream of the second steam generator 7 on the depression section 35, preferably upstream of the fourth steam generator 21. The sixth steam generator 25 is arranged on the first line evacuation 4 downstream of the fifth steam generator 24.
Selon un mode de réalisation, le système comprend un train d'échangeur agencé à l'interface de la deuxième ligne d'évacuation 3 de dioxygène et de la première ligne d'alimentation 2 en vapeur d'eau. Ce train d'échangeurs comprend un générateur de vapeur 42, également dénommé septième générateur de vapeur 42, correspondant dans son fonctionnement au premier générateur de vapeur 6. Le septième générateur de vapeur 42 fonctionne à pression de l'électrolyseur 1. Le septième générateur de vapeur 42 est agencé sur le tronçon principal 36 de la première ligne d'alimentation 2. Préférentiellement, le septième générateur de vapeur 42 est agencé en amont du premier générateur de vapeur 6, préférentiellement en amont également du troisième et cinquième générateur de vapeur, si présents. En effet, les calories récupérées par le premier générateur de vapeur 6 sont supérieures à celles récupérées par le septième générateur de vapeur 42. De cette manière, les calories récupérées par le septième générateur de vapeur 42 permettent un préchauffage de l'eau liquide en amont au moins du premier générateur de vapeur 6.According to one embodiment, the system comprises an exchanger train arranged at the interface of the second evacuation line 3 of dioxygen and the first supply line 2 of steam. This train of exchangers comprises a steam generator 42, also called seventh steam generator 42, corresponding in its operation to the first steam generator 6. The seventh steam generator 42 operates at the pressure of the electrolyser 1. The seventh steam generator steam 42 is arranged on the main section 36 of the first supply line 2. Preferably, the seventh steam generator 42 is arranged upstream of the first steam generator 6, preferably also upstream of the third and fifth steam generator, if present. Indeed, the calories recovered by the first steam generator 6 are greater than those recovered by the seventh steam generator 42. In this way, the calories recovered by the seventh steam generator 42 allow preheating of the liquid water upstream at least of the first steam generator 6.
Selon ce mode de réalisation, le train d'échangeur comprend un générateur de vapeur 43, également dénommé huitième générateur de vapeur 43, correspondant dans son fonctionnement au deuxième générateur de vapeur 7. Le huitième générateur de vapeur 43 fonctionne en dépression par rapport à la pression de l'électrolyseur 1. Le huitième générateur de vapeur 43 est agencé sur le tronçon en dépression 35 de la première ligne d'alimentation 2, préférentiellement, le huitième générateur de vapeur 43 est agencé en amont du deuxième générateur de vapeur 7. En effet, les calories récupérées par le deuxième générateur de vapeur 7 sont supérieures à celles récupérées par le huitième générateur de vapeur 43.According to this embodiment, the exchanger train comprises a steam generator 43, also called eighth steam generator 43, corresponding in its operation to the second steam generator 7. The eighth steam generator 43 operates under depression with respect to the pressure of the electrolyser 1. The eighth steam generator 43 is arranged on the depression section 35 of the first supply line 2, preferably, the eighth steam generator 43 is arranged upstream of the second steam generator 7. In Indeed, the calories recovered by the second steam generator 7 are greater than those recovered by the eighth steam generator 43.
Selon un mode de réalisation, le système comprend des moyens de traitement du flux de dihydrogène produit. Le dihydrogène produit par l'électrolyseur 1 et qui ressort de celui-ci par la première ligne d'évacuation 4 présente tout d'abord une température très élevée correspondant à la température de réaction de l'électrolyseur 1. Or, en vue de son utilisation, le dihydrogène doit préférentiellement être ramené à une température proche de la température ambiante. Par ailleurs, le dihydrogène évacué de l'électrolyseur 1 par la première ligne d'évacuation 4 peut comprendre de la vapeur d'eau emportée avec le flux de dihydrogène. Il est donc également préféré de séparer le dihydrogène de l'éventuelle vapeur d'eau emportée avec, en l'asséchant.According to one embodiment, the system comprises means for processing the flow of dihydrogen produced. The dihydrogen produced by the electrolyser 1 and which emerges therefrom via the first evacuation line 4 first of all has a very high temperature corresponding to the reaction temperature of the electrolyser 1. However, with a view to its use, the dihydrogen should preferably be brought to a temperature close to room temperature. Furthermore, the dihydrogen evacuated from the electrolyser 1 via the first evacuation line 4 can comprise water vapor carried away with the flow of dihydrogen. It is therefore also preferred to separate the dihydrogen from any water vapor carried away with it, by drying it.
Le système selon l'invention comprend avantageusement à cet effet au moins un premier étage de traitement 44 destiné à l'assèchement et/ou la compression du dihydrogène produit.The system according to the invention advantageously comprises for this purpose at least one first treatment stage 44 intended for the drying and/or compression of the dihydrogen produced.
Selon une possibilité, le premier étage de traitement 44 comprend un échangeur thermique 17 correspondant avantageusement à l'évaporateur 17 de la pompe à chaleur. Selon une autre possibilité, l'échangeur thermique est un aéroréfrigérant ou un refroidisseur. L'aéroréfrigérant est un échangeur thermique entre un fluide et un gaz, le gaz étant mis en mouvement par un ventilateur. Selon une autre possibilité, l'aéroréfrigérant est remplacé par un refroidisseur standard ou un condenseur, c’est-à-dire sans ventilateur, cette solution étant toutefois moins efficace. Pour la suite de la description, il est utilisé le terme aéroréfrigérant sans pour autant être limitatif, l'aéroréfrigérant pouvant être remplacé par un refroidisseur standard, ou un condenseur sans difficulté.According to one possibility, the first treatment stage 44 comprises a heat exchanger 17 advantageously corresponding to the evaporator 17 of the heat pump. According to another possibility, the heat exchanger is an air cooler or a cooler. The air cooler is a heat exchanger between a fluid and a gas, the gas being set in motion by a fan. Alternatively, the dry cooler is replaced by a standard cooler or a condenser, i.e. without a fan, although this solution is less efficient. For the rest of the description, the term air cooler is used without being limiting, the air cooler can be replaced by a standard cooler, or a condenser without difficulty.
Le premier étage de traitement 44 comprend avantageusement un séparateur 18 de liquide/gaz agencé en aval de l'évaporateur 17. Le séparateur 18 permet de séparer l'eau liquide du dihydrogène gazeux, l'eau liquide résultant du refroidissement de la vapeur d'eau dans l'évaporateur 17 en dessous de son point de condensation. Le séparateur 18 contribue donc à réduire le débit du flux circulant et donc la compression.The first treatment stage 44 advantageously comprises a liquid/gas separator 18 arranged downstream of the evaporator 17. The separator 18 makes it possible to separate the liquid water from the gaseous dihydrogen, the liquid water resulting from the cooling of the vapor of water in the evaporator 17 below its dew point. The separator 18 therefore contributes to reducing the flow rate of the circulating stream and therefore the compression.
Selon une possibilité préférée, le système comprend un deuxième étage de traitement 45 agencé en aval du premier étage de traitement 44 sur la première ligne d’évacuation 4. Le deuxième étage de traitement 45 participe à la compression du dihydrogène. Le deuxième étage de traitement 45 comprend avantageusement au moins un compresseur 19, 23 agencé sur la première ligne d'évacuation 4 du dihydrogène. Le système peut comprendre au moins deux compresseurs 19, 23 agencés sur la première ligne d'évacuation 4 de dihydrogène. Préférentiellement, les compresseurs 19, 23 sont agencés en série, plus préférentiellement le système comprend un échangeur thermique 22 tel qu'un aéroréfrigérant agencé entre deux compresseurs 19, 23. La présence d'un échangeur thermique 22 type aéroréfrigérant par exemple entre les compresseurs 19, 23 permet d'assurer une diminution de la température du fluide circulant d'un compresseur 19 à l'autre compresseur 23, et donc une diminution de la pression et de son débit facilitant le travail du compresseur 23 suivant.According to a preferred possibility, the system comprises a second stage of treatment 45 arranged downstream of the first stage of treatment 44 on the first evacuation line 4. The second stage of treatment 45 participates in the compression of the dihydrogen. The second processing stage 45 advantageously comprises at least one compressor 19, 23 arranged on the first evacuation line 4 of the dihydrogen. The system can comprise at least two compressors 19, 23 arranged on the first evacuation line 4 of dihydrogen. Preferably, the compressors 19, 23 are arranged in series, more preferably the system comprises a heat exchanger 22 such as an air cooler arranged between two compressors 19, 23. The presence of an air cooler type heat exchanger 22, for example between the compressors 19 , 23 makes it possible to ensure a reduction in the temperature of the fluid circulating from one compressor 19 to the other compressor 23, and therefore a reduction in the pressure and its flow rate facilitating the work of the next compressor 23.
Selon un mode de réalisation préféré, le deuxième train d'échangeur formé par le troisième générateur de vapeur 20 et le quatrième générateur de vapeur 21 est agencé au niveau du deuxième étage de traitement 45, préférentiellement en aval du compresseur 19 et en amont de l'échangeur thermique 22.According to a preferred embodiment, the second exchanger train formed by the third steam generator 20 and the fourth steam generator 21 is arranged at the level of the second treatment stage 45, preferably downstream of the compressor 19 and upstream of the heat exchanger 22.
Selon une possibilité préférée, le système comprend un troisième étage de traitement 46 agencé en aval du deuxième étage de traitement 45 sur la première ligne d’évacuation 4. Le troisième étage de traitement 46 permet de compléter l'assèchement du dihydrogène. Le troisième étage de traitement 46 comprend de préférence un aéroréfrigérant 26 qui comme pour les autres étages peut être un refroidisseur standard. Le troisième étage de traitement 46 comprend préférentiellement un séparateur 28 de liquide/gaz.According to a preferred possibility, the system comprises a third treatment stage 46 arranged downstream of the second treatment stage 45 on the first evacuation line 4. The third treatment stage 46 makes it possible to complete the drying of the dihydrogen. The third treatment stage 46 preferably comprises a dry cooler 26 which, as for the other stages, can be a standard cooler. The third processing stage 46 preferably comprises a liquid/gas separator 28.
Préférentiellement, le troisième étage de traitement 46 est agencé en aval du troisième train d'échangeur formé par le cinquième générateur de vapeur 24 et le sixième générateur de vapeur 25.Preferably, the third treatment stage 46 is arranged downstream of the third exchanger train formed by the fifth steam generator 24 and the sixth steam generator 25.
À l'issue du premier étage de traitement 44 et/ou du troisième étage de traitement 46 si présent, l'eau liquide est préférentiellement recyclée par exemple en étant renvoyée vers la première ligne d'alimentation 2 en vapeur d'eau par une ligne de recyclage d'eau 33. La ligne de recyclage d'eau 33 peut être connectée fluidiquement à la première ligne d'alimentation 2.At the end of the first processing stage 44 and/or the third processing stage 46 if present, the liquid water is preferably recycled, for example by being returned to the first steam supply line 2 by a line water recycling line 33. The water recycling line 33 can be fluidically connected to the first supply line 2.
Selon un mode de réalisation préféré, le système comprend un contrôleur configuré pour contrôler le fonctionnement du système. Par exemple, le contrôleur assure le contrôle des vannes trois voies du système. Les vannes trois voies sont configurées pour réguler les arrivées et les sorties de fluides. Par exemple, la vanne trois voies 38 assure la régulation de la quantité d'eau liquide transmise vers le tronçon principal 36 et le tronçon en dépression 35. Par exemple, la vanne trois voies 39 assure la régulation de la quantité d'eau liquide transmise vers la première branche du tronçon en dépression 35 et vers la deuxième branche du tronçon en dépression 35. Par exemple, la vanne trois voies 40 assure la régulation de la quantité de vapeur récupérée depuis la première branche du tronçon en dépression 35 et depuis la deuxième branche du tronçon en dépression 35. Par exemple, la vanne trois voies 41 assure la régulation de la quantité de vapeur récupérée depuis vers le tronçon principal 36 et le tronçon en dépression 35, c'est à dire la quantité de vapeur humide relativement à la quantité de vapeur sèche envoyée en aval de la ligne d'alimentation 2.According to a preferred embodiment, the system includes a controller configured to control the operation of the system. For example, the controller provides control of the system's three-way valves. Three-way valves are configured to regulate fluid inlets and outlets. For example, the three-way valve 38 regulates the quantity of liquid water transmitted to the main section 36 and the depression section 35. For example, the three-way valve 39 regulates the quantity of liquid water transmitted to the first branch of the section under depression 35 and to the second branch of the section under depression 35. For example, the three-way valve 40 regulates the quantity of steam recovered from the first branch of the section under depression 35 and from the second branch of the section under depression 35. For example, the three-way valve 41 controls the amount of steam recovered from towards the main section 36 and the section under depression 35, that is to say the amount of wet steam relative to the amount of dry steam sent downstream of supply line 2.
L'électrolyseur 1 reçoit de la vapeur d'eau et avantageusement de l'air et rejette du dihydrogène et du dioxygène.The electrolyser 1 receives water vapor and advantageously air and rejects dihydrogen and dioxygen.
Préférentiellement, l'électrolyseur 1 est connecté fluidiquement à la première ligne d'alimentation 2 en vapeur d'eau. La première ligne d'alimentation 2 en vapeur assure la connexion fluidique de composants agencés en amont de l'électrolyseur 1 sur ladite première ligne d'alimentation 2. La description qui suit est faite en débutant en amont de l'électrolyseur 1 et en suivant le sens de circulation dans la première ligne d'alimentation 2.Preferably, the electrolyser 1 is fluidically connected to the first steam supply line 2. The first steam supply line 2 ensures the fluidic connection of components arranged upstream of the electrolyser 1 on said first supply line 2. The following description is given by starting upstream of the electrolyser 1 and following the direction of circulation in the first supply line 2.
Préférentiellement, la première ligne d'alimentation 2 assure la connexion fluidique par exemple à une vanne trois voies 38 connectant le tronçon principal 36 et le tronçon en dépression 35. Dans le tronçon principal 36, la première ligne d'alimentation 2 assure la connexion fluidique aux générateurs de vapeur agencés en série, notamment éventuellement du septième générateur de vapeur 42 au cinquième générateur de vapeur 24, puis du cinquième générateur de vapeur 24 au troisième générateur de vapeur 20, puis du troisième générateur de vapeur 20 au premier générateur de vapeur 6, puis du premier générateur de vapeur 6 à une vanne trois voies 41. Dans le tronçon en dépression 35, la première ligne d'alimentation 2 assure la connexion fluidique à un détendeur 8, puis de préférence du détendeur 8 à une vanne trois voies 39 connectant fluidiquement deux branches parallèles dont l'une assure la connexion fluidique entre les générateurs de vapeur en dépression agencés en série, notamment éventuellement du huitième générateur de vapeur 43 au sixième générateur de vapeur 25, du sixième générateur de vapeur 25 au quatrième générateur de vapeur 21, puis du quatrième générateur de vapeur 21 au deuxième générateur de vapeur 7, puis du deuxième générateur de vapeur 7 à une vanne trois voies 40. La vanne trois voies 39 connectant fluidiquement de préférence une autre branche parallèle assurant la connexion fluidique au condenseur 16, puis du condenseur 16 à la vanne trois voies 40. Les 2 branches parallèles du tronçon en dépression 35 se rejoignent au niveau d'une vanne trois voies 40 assurant la connexion fluidique avec un compresseur 9 mettant fin au tronçon en dépression 35. La première ligne d'alimentation 2 assure la connexion fluidique du compresseur 9 à une vanne trois voies 41connectée au tronçon principal 36 de la première ligne d'alimentation 2. La première ligne d'alimentation 2 assure ensuite la connexion fluidique de la vanne trois voies 41 au réchauffeur 15, puis du réchauffeur 15 au premier module d'échange thermique 5, préférentiellement au premier échangeur thermique 5a, puis la connexion fluidique du premier échangeur thermique 5a au deuxième échangeur thermique 5b, puis la connexion fluidique du deuxième échangeur thermique 5b au réchauffeur électrique 14, puis la connexion fluidique du réchauffeur électrique 14 à l'électrolyseur 1.Preferably, the first supply line 2 provides the fluid connection, for example to a three-way valve 38 connecting the main section 36 and the depression section 35. In the main section 36, the first supply line 2 provides the fluid connection to the steam generators arranged in series, in particular possibly from the seventh steam generator 42 to the fifth steam generator 24, then from the fifth steam generator 24 to the third steam generator 20, then from the third steam generator 20 to the first steam generator 6 , then from the first steam generator 6 to a three-way valve 41. In the depression section 35, the first supply line 2 provides the fluidic connection to an expansion valve 8, then preferably from the expansion valve 8 to a three-way valve 39 fluidically connecting two parallel branches, one of which ensures the fluidic connection between the vacuum steam generators arranged in series, in particular even from the eighth steam generator 43 to the sixth steam generator 25, from the sixth steam generator 25 to the fourth steam generator 21, then from the fourth steam generator 21 to the second steam generator 7, then from the second steam generator 7 to a three-way valve 40. The three-way valve 39 preferably fluidically connects another parallel branch ensuring the fluidic connection to the condenser 16, then from the condenser 16 to the three-way valve 40. The 2 parallel branches of the depression section 35 meet at the level a three-way valve 40 ensuring the fluidic connection with a compressor 9 terminating the depression section 35. The first supply line 2 provides the fluidic connection of the compressor 9 to a three-way valve 41 connected to the main section 36 of the first supply line 2. The first supply line 2 then ensures the fluidic connection of the three-way valve 41 to the heater 15, then of the heater 15 to the first heat exchange module 5, preferably to the first heat exchanger 5a, then the fluid connection of the first heat exchanger 5a to the second heat exchanger 5b, then the fluid connection of the second heat exchanger 5b to the electric heater 14, then the connection fluid from electric heater 14 to electrolyser 1.
Préférentiellement, l'électrolyseur 1 est connecté fluidiquement à une première ligne d'évacuation 4 de dihydrogène. La première ligne d'évacuation 4 assure la connexion fluidique de composants agencés en aval de l'électrolyseur 1 sur ladite première ligne d'évacuation 4. La description qui suit est faite en débutant de l'électrolyseur 1 et en suivant le sens de circulation dans la première ligne d'évacuation 4 depuis l'électrolyseur 1.Preferably, the electrolyser 1 is fluidically connected to a first evacuation line 4 of dihydrogen. The first evacuation line 4 ensures the fluidic connection of components arranged downstream of the electrolyser 1 on said first evacuation line 4. The following description is made starting from the electrolyser 1 and following the direction of circulation in the first evacuation line 4 from the electrolyser 1.
La première ligne d'évacuation 4 assure la connexion fluidique de l'électrolyseur 1 avec le premier module d'échange thermique 5, plus préférentiellement avec le deuxième échangeur thermique 5b, puis la connexion fluidique du deuxième échangeur thermique 5b au premier échangeur thermique 5a, puis la connexion fluidique du premier échangeur thermique 5a au premier générateur de vapeur 6, puis du premier générateur de vapeur 6 au deuxième générateur de vapeur en dépression 7, puis du deuxième générateur de vapeur dépression 7 au premier étage de traitement 44, plus précisément à l'évaporateur 17, puis de l'évaporateur 17 au séparateur liquide/ gaz 18, puis du séparateur liquide/gaz 18 au deuxième étage de traitement 45, plus précisément au compresseur 19, puis du compresseur 19 à l'aéroréfrigérant 20, puis de l'aéroréfrigérant 20 au troisième générateur de vapeur 21, puis du troisième générateur de vapeur 21 au quatrième générateur de vapeur en dépression 22, puis du quatrième générateur de vapeur en dépression 22 au compresseur 23, puis du compresseur 23 au cinquième générateur de vapeur 24, puis du cinquième générateur de vapeur 24 au sixième générateur de vapeur en dépression 25, puis du sixième générateur de vapeur en dépression 25 au troisième étage de traitement 46, plus précisément à l'aéroréfrigérant 26, puis de l'aéroréfrigérant 26 à l'échangeur thermique 27 puis de l'échangeur thermique 27 au séparateur liquide/gaz 28, puis du séparateur liquide/gaz 28 vers le stockage du dihydrogène.The first evacuation line 4 ensures the fluid connection of the electrolyzer 1 with the first heat exchange module 5, more preferably with the second heat exchanger 5b, then the fluid connection of the second heat exchanger 5b to the first heat exchanger 5a, then the fluid connection of the first heat exchanger 5a to the first steam generator 6, then from the first steam generator 6 to the second vacuum steam generator 7, then from the second vacuum steam generator 7 to the first treatment stage 44, more precisely to the evaporator 17, then from the evaporator 17 to the liquid/gas separator 18, then from the liquid/gas separator 18 to the second treatment stage 45, more precisely to the compressor 19, then from the compressor 19 to the air cooler 20, then from the air cooler 20 to the third steam generator 21, then from the third steam generator 21 to the fourth vacuum steam generator 22, then from the fourth generator of steam in depression 22 to the compressor 23, then from the compressor 23 to the fifth steam generator 24, then from the fifth steam generator 24 to the sixth steam generator in depression 25, then from the sixth steam generator in depression 25 to the third stage of treatment 46, more precisely to the air cooler 26, then from the air cooler 26 to the heat exchanger 27 then from the heat exchanger 27 to the liquid/gas separator 28, then from the liquid/gas separator 28 to the storage of the dihydrogen.
Préférentiellement, l'électrolyseur 1 est connecté fluidiquement à une de deuxième ligne d'évacuation 3 de dioxygène. La deuxième ligne d'évacuation 3 assure la connexion fluidique de composants agencés en aval de l'électrolyseur 1 sur ladite deuxième ligne d'évacuation 3. La description qui suit est faite en débutant de l'électrolyseur 1 et en suivant le sens de circulation dans la deuxième ligne d'évacuation 3 depuis l'électrolyseur 1.Preferably, the electrolyser 1 is fluidically connected to a second evacuation line 3 of dioxygen. The second evacuation line 3 ensures the fluidic connection of components arranged downstream of the electrolyser 1 on said second evacuation line 3. The following description is made starting from the electrolyser 1 and following the direction of circulation in the second evacuation line 3 from the electrolyser 1.
La deuxième ligne d'évacuation 3 assure la connexion fluidique de l'électrolyseur 1 avec le deuxième module d'échange thermique 11, plus préférentiellement avec le deuxième échangeur thermique 11b, puis la connexion fluidique du deuxième échangeur thermique 11b au premier échangeur thermique 11a. La sortie du premier échangeur thermique 11a est connectée fluidiquement à un train d'échangeur, plus précisément un générateur de vapeur 42, plus précisément un septième générateur de vapeur 42, puis la deuxième ligne d'évacuation 3 assure la connexion fluidique du septième générateur de vapeur 42 au huitième générateur de vapeur 43 en dépression, puis la sortie du dioxygène dudit générateur de vapeur 43.The second evacuation line 3 ensures the fluidic connection of the electrolyser 1 with the second heat exchange module 11, more preferably with the second heat exchanger 11b, then the fluidic connection of the second heat exchanger 11b to the first heat exchanger 11a. The output of the first heat exchanger 11a is fluidically connected to an exchanger train, more precisely a steam generator 42, more precisely a seventh steam generator 42, then the second evacuation line 3 ensures the fluidic connection of the seventh steam generator. steam 42 to the eighth steam generator 43 in depression, then the outlet of the oxygen from said steam generator 43.
Préférentiellement, l'électrolyseur 1 est connecté fluidiquement à la deuxième ligne d'alimentation 10 en air. La deuxième ligne d'alimentation 10 assure la connexion fluidique de composants agencés en amont de l'électrolyseur 1 sur ladite deuxième ligne d'alimentation 10. La deuxième ligne d'alimentation assure la connexion fluidique du compresseur 12 au premier échangeur thermique 11a, puis la connexion fluidique du premier échangeur thermique 11a au deuxième échangeur thermique 11b, puis la connexion fluidique du deuxième échangeur thermique 11b au réchauffeur électrique 13, puis la connexion fluidique du réchauffeur électrique 13 à l'électrolyseur 1.Preferably, the electrolyser 1 is fluidically connected to the second air supply line 10. The second supply line 10 ensures the fluidic connection of components arranged upstream of the electrolyser 1 on said second supply line 10. The second supply line ensures the fluidic connection of the compressor 12 to the first heat exchanger 11a, then the fluidic connection of the first heat exchanger 11a to the second heat exchanger 11b, then the fluidic connection of the second heat exchanger 11b to the electric heater 13, then the fluidic connection of the electric heater 13 to the electrolyser 1.
Le système comprend des connexions fluidiques décrites ci-après et faisant partie des différentes lignes d’alimentation 2, 10 et d’évacuation 3, 4 du système.The system includes fluidic connections described below and forming part of the various supply lines 2, 10 and evacuation lines 3, 4 of the system.
Concernant la première ligne d’alimentation 2, elle comprend avantageusement une connexion fluidique A connectée à l’entrée de la vanne trois voies 38.Regarding the first supply line 2, it advantageously comprises a fluidic connection A connected to the inlet of the three-way valve 38.
Avantageusement, la première ligne d’alimentation 2 comprend une connexion fluidique B connectée entre la sortie de la vanne trois voies 38 et l’entrée d'un générateur de vapeur, par exemple le premier générateur de vapeur 6 en
Avantageusement, la première ligne d’alimentation 2 comprend une connexion fluidique B' connectée entre la sortie d'un générateur de vapeur, par exemple le premier générateur de vapeur 6 en
Avantageusement, la première ligne d’alimentation 2 comprend une connexion fluidique C connectée entre la sortie d'un générateur de vapeur, préférentiellement le premier générateur de vapeur 6 et la vanne trois voies 41.Advantageously, the first supply line 2 comprises a fluidic connection C connected between the outlet of a steam generator, preferably the first steam generator 6 and the three-way valve 41.
Avantageusement, la première ligne d’alimentation 2 comprend une connexion fluidique D connectée entre la sortie de la vanne trois voies 38 et l’entrée du détendeur 8.Advantageously, the first supply line 2 comprises a fluidic connection D connected between the outlet of the three-way valve 38 and the inlet of the regulator 8.
Avantageusement, la première ligne d’alimentation 2 comprend une connexion fluidique E connectée entre la sortie du détendeur 8 et l’entrée d'un générateur de vapeur en dépression, par exemple le deuxième générateur de vapeur 7 en
Avantageusement, la première ligne d’alimentation 2 comprend une connexion fluidique E' connectée entre la sortie du générateur de vapeur en dépression par exemple le deuxième générateur de vapeur 7 en
Avantageusement, la première ligne d’alimentation 2 comprend une connexion fluidique E'' connectée entre la sortie du générateur de vapeur en dépression par exemple le quatrième générateur de vapeur comme représenté en
Avantageusement, la première ligne d’alimentation 2 comprend une connexion fluidique F connectée entre la sortie du deuxième générateur de vapeur en dépression 7 et l'entrée du compresseur 9.Advantageously, the first supply line 2 comprises a fluidic connection F connected between the outlet of the second vacuum steam generator 7 and the inlet of the compressor 9.
Avantageusement, la première ligne d’alimentation 2 comprend une connexion fluidique G connectée entre la sortie du compresseur 9 et la vanne trois voies 41.Advantageously, the first supply line 2 comprises a fluidic connection G connected between the outlet of the compressor 9 and the three-way valve 41.
Avantageusement, la première ligne d’alimentation 2 comprend une connexion fluidique H connectée entre la sortie du détendeur 8 plus précisément à la sortie d'une vanne trois voies 39 connectée à la connexion fluidique E et l'entrée du condenseur 16.Advantageously, the first supply line 2 comprises a fluidic connection H connected between the outlet of the expander 8 more precisely at the outlet of a three-way valve 39 connected to the fluidic connection E and the inlet of the condenser 16.
Avantageusement, la première ligne d’alimentation 2 comprend une connexion fluidique I connectée entre la sortie du condenseur 16 et l'entrée du compresseur 9 plus précisément, d'une vanne trois voies 40 connectée sur la connexion fluidique F.Advantageously, the first supply line 2 comprises a fluidic connection I connected between the outlet of the condenser 16 and the inlet of the compressor 9 more precisely, of a three-way valve 40 connected to the fluidic connection F.
Avantageusement, la première ligne d’alimentation 2 comprend une connexion fluidique J connectée entre la sortie de la vanne trois voies 41 et l'entrée du réchauffeur 15.Advantageously, the first supply line 2 comprises a fluidic connection J connected between the outlet of the three-way valve 41 and the inlet of the heater 15.
Avantageusement, la première ligne d’alimentation 2 comprend une connexion fluidique K connectée entre la sortie du réchauffeur 15 et l'entrée du premier échangeur thermique 5a du module d’échange thermique 5.Advantageously, the first supply line 2 comprises a fluidic connection K connected between the outlet of the heater 15 and the inlet of the first heat exchanger 5a of the heat exchange module 5.
Avantageusement, la première ligne d’alimentation 2 comprend une connexion fluidique L connectée entre la sortie du premier échangeur thermique 5a et l’entrée du deuxième échangeur thermique 5b.Advantageously, the first supply line 2 comprises a fluidic connection L connected between the outlet of the first heat exchanger 5a and the inlet of the second heat exchanger 5b.
Avantageusement, la première ligne d’alimentation 2 comprend une connexion fluidique M connectée entre la sortie du deuxième échangeur thermique 5b et l’entrée du réchauffeur électrique 14.Advantageously, the first supply line 2 comprises a fluidic connection M connected between the outlet of the second heat exchanger 5b and the inlet of the electric heater 14.
Avantageusement, la première ligne d’alimentation 2 comprend une connexion fluidique N connectée entre la sortie du réchauffeur électrique 14 et l’entrée de l’électrolyseur 1.Advantageously, the first supply line 2 comprises a fluidic connection N connected between the output of the electric heater 14 and the input of the electrolyser 1.
Concernant la première ligne d’évacuation 4, elle comprend avantageusement une première connexion fluidique 200 entre la sortie de l’électrolyseur 1 et l’entrée du deuxième échangeur thermique 5b du premier module d’échange thermique 5.Regarding the first evacuation line 4, it advantageously comprises a first fluidic connection 200 between the outlet of the electrolyser 1 and the inlet of the second heat exchanger 5b of the first heat exchange module 5.
Avantageusement, la première ligne d’évacuation 4 comprend une connexion fluidique 201 entre la sortie du deuxième échangeur thermique 5b du premier module d’échange thermique 5 et l’entrée du premier échangeur thermique 5a du premier module d’échange thermique 5.Advantageously, the first evacuation line 4 comprises a fluidic connection 201 between the outlet of the second heat exchanger 5b of the first heat exchange module 5 and the inlet of the first heat exchanger 5a of the first heat exchange module 5.
Avantageusement, la première ligne d’évacuation 4 comprend une connexion fluidique 202 entre la sortie du premier échangeur thermique 5a et l’entrée du premier générateur de vapeur 6.Advantageously, the first evacuation line 4 comprises a fluidic connection 202 between the outlet of the first heat exchanger 5a and the inlet of the first steam generator 6.
Avantageusement, la première ligne d’évacuation 4 comprend une connexion fluidique 202 entre la sortie du premier échangeur thermique 5a et l’entrée du premier générateur de vapeur 6.Advantageously, the first evacuation line 4 comprises a fluidic connection 202 between the outlet of the first heat exchanger 5a and the inlet of the first steam generator 6.
Avantageusement, la première ligne d’évacuation 4 comprend une connexion fluidique 202 entre la sortie du premier échangeur thermique 5a et l’entrée du premier générateur de vapeur 6.Advantageously, the first evacuation line 4 comprises a fluidic connection 202 between the outlet of the first heat exchanger 5a and the inlet of the first steam generator 6.
Avantageusement, la première ligne d’évacuation 4 comprend une connexion fluidique 202 entre la sortie du premier échangeur thermique 5a et l’entrée du premier générateur de vapeur 6.Advantageously, the first evacuation line 4 comprises a fluidic connection 202 between the outlet of the first heat exchanger 5a and the inlet of the first steam generator 6.
Avantageusement, la première ligne d’évacuation 4 comprend une connexion fluidique 203 entre la sortie du premier générateur de vapeur 6 et l'entrée du deuxième générateur de vapeur 7.Advantageously, the first evacuation line 4 comprises a fluidic connection 203 between the outlet of the first steam generator 6 and the inlet of the second steam generator 7.
Avantageusement, la première ligne d’évacuation 4 comprend une connexion fluidique 204 entre la sortie du deuxième générateur de vapeur 7 et l’entrée de l'évaporateur 17.Advantageously, the first evacuation line 4 comprises a fluidic connection 204 between the outlet of the second steam generator 7 and the inlet of the evaporator 17.
Avantageusement, la première ligne d’évacuation 4 comprend une connexion fluidique 205 entre la sortie de l'évaporateur 17 et l’entrée du séparateur liquide/gaz 18.Advantageously, the first evacuation line 4 comprises a fluid connection 205 between the outlet of the evaporator 17 and the inlet of the liquid/gas separator 18.
Avantageusement, la première ligne d’évacuation 4 comprend une connexion fluidique 206 entre la sortie du séparateur liquide/gaz 18 et l’entrée du compresseur 19.Advantageously, the first evacuation line 4 comprises a fluidic connection 206 between the outlet of the liquid/gas separator 18 and the inlet of the compressor 19.
Avantageusement, la première ligne d’évacuation 4 comprend une connexion fluidique 207 entre la sortie du compresseur 19 et l’entrée du troisième générateur de vapeur 20.Advantageously, the first evacuation line 4 comprises a fluidic connection 207 between the outlet of the compressor 19 and the inlet of the third steam generator 20.
Avantageusement, la première ligne d’évacuation 4 comprend une connexion fluidique 208 entre la sortie du troisième générateur de vapeur 20 et l’entrée du quatrième générateur de vapeur 21.Advantageously, the first evacuation line 4 comprises a fluidic connection 208 between the outlet of the third steam generator 20 and the inlet of the fourth steam generator 21.
Avantageusement, la première ligne d’évacuation 4 comprend une connexion fluidique 209 entre la sortie du quatrième générateur de vapeur 21 et l’entrée de l'aéroréfrigérant 22.Advantageously, the first evacuation line 4 comprises a fluidic connection 209 between the outlet of the fourth steam generator 21 and the inlet of the air cooler 22.
Avantageusement, la première ligne d’évacuation 4 comprend une connexion fluidique 210 entre la sortie de l'aéroréfrigérant 22 et l'entrée du compresseur 23.Advantageously, the first evacuation line 4 comprises a fluidic connection 210 between the outlet of the air cooler 22 and the inlet of the compressor 23.
Avantageusement, la première ligne d’évacuation 4 comprend une connexion fluidique 211 entre la sortie du compresseur 23 et l’entrée du cinquième générateur de vapeur 24.Advantageously, the first evacuation line 4 comprises a fluidic connection 211 between the outlet of the compressor 23 and the inlet of the fifth steam generator 24.
Avantageusement, la première ligne d’évacuation 4 comprend une connexion fluidique 212 entre la sortie du cinquième générateur de vapeur 24 et l’entrée du sixième générateur de vapeur 25.Advantageously, the first evacuation line 4 comprises a fluid connection 212 between the outlet of the fifth steam generator 24 and the inlet of the sixth steam generator 25.
Avantageusement, la première ligne d’évacuation 4 comprend une connexion fluidique 213 entre la sortie du sixième générateur de vapeur 25 et l’entrée de l’aéroréfrigérant 26.Advantageously, the first evacuation line 4 comprises a fluidic connection 213 between the outlet of the sixth steam generator 25 and the inlet of the air cooler 26.
Avantageusement, la première ligne d’évacuation 4 comprend une connexion fluidique 214 entre la sortie de l’aéroréfrigérant 26 et l'entrée de l'échangeur thermique 27.Advantageously, the first evacuation line 4 comprises a fluidic connection 214 between the outlet of the air cooler 26 and the inlet of the heat exchanger 27.
Avantageusement, la première ligne d’évacuation 4 comprend une connexion fluidique 215 entre la sortie de l'échangeur thermique 27 et l'entrée du séparateur 28.Advantageously, the first evacuation line 4 comprises a fluidic connection 215 between the outlet of the heat exchanger 27 and the inlet of the separator 28.
Avantageusement, la première ligne d’évacuation 4 comprend une connexion fluidique 216 assurant la sortie du dihydrogène depuis le séparateur 28.Advantageously, the first evacuation line 4 comprises a fluidic connection 216 ensuring the output of dihydrogen from the separator 28.
Concernant la deuxième ligne d’évacuation 3 de dioxygène, elle comprend avantageusement une connexion fluidique 100 entre la sortie de l’électrolyseur 1 et l’entrée du deuxième échangeur thermique 11b du deuxième module d’échange thermique 11.Regarding the second evacuation line 3 of dioxygen, it advantageously comprises a fluidic connection 100 between the outlet of the electrolyser 1 and the inlet of the second heat exchanger 11b of the second heat exchange module 11.
Avantageusement, la deuxième ligne d’évacuation 3 comprend une connexion fluidique 101 entre la sortie du deuxième échangeur thermique 11b et l’entrée du premier échangeur thermique 11a du deuxième module d’échange thermique 11.Advantageously, the second evacuation line 3 comprises a fluidic connection 101 between the outlet of the second heat exchanger 11b and the inlet of the first heat exchanger 11a of the second heat exchange module 11.
Avantageusement, la deuxième ligne d’évacuation 3 comprend une connexion fluidique 102 entre la sortie du premier échangeur thermique 11a et l'entrée vers un train échangeur, plus précisément vers l'entrée du septième générateur de vapeur 42.Advantageously, the second evacuation line 3 comprises a fluidic connection 102 between the outlet of the first heat exchanger 11a and the inlet to an exchanger train, more precisely to the inlet of the seventh steam generator 42.
Avantageusement, la deuxième ligne d’évacuation 3 comprend une connexion fluidique 103 entre la sortie du septième générateur de vapeur 42 et l'entrée du huitième générateur de vapeur 43.Advantageously, the second evacuation line 3 comprises a fluidic connection 103 between the outlet of the seventh steam generator 42 and the inlet of the eighth steam generator 43.
Avantageusement, la deuxième ligne d’évacuation 3 comprend une connexion fluidique 104 entre la sortie du huitième générateur de vapeur 43 et l’extérieur.Advantageously, the second evacuation line 3 comprises a fluidic connection 104 between the outlet of the eighth steam generator 43 and the outside.
Concernant la deuxième ligne d’alimentation 10 en air, elle comprend avantageusement une connexion fluidique 110 entrant dans le compresseur 12.Regarding the second air supply line 10, it advantageously comprises a fluidic connection 110 entering the compressor 12.
Avantageusement, la deuxième ligne d’alimentation 10 comprend une connexion fluidique 111 entre la sortie du compresseur 12 et l’entrée du premier échangeur thermique 11a du deuxième module d’échange thermique 11.Advantageously, the second supply line 10 comprises a fluidic connection 111 between the outlet of the compressor 12 and the inlet of the first heat exchanger 11a of the second heat exchange module 11.
Avantageusement, la deuxième ligne d’alimentation 10 comprend une connexion fluidique 112 entre la sortie du premier échangeur thermique 11a et l’entrée du deuxième échangeur thermique 11b du deuxième module d’échange thermique 11.Advantageously, the second supply line 10 comprises a fluidic connection 112 between the outlet of the first heat exchanger 11a and the inlet of the second heat exchanger 11b of the second heat exchange module 11.
Avantageusement, la deuxième ligne d’alimentation 10 comprend une connexion fluidique 113 entre la sortie du deuxième échangeur thermique 11b et l’entrée du réchauffeur électrique 13.Advantageously, the second supply line 10 comprises a fluidic connection 113 between the outlet of the second heat exchanger 11b and the inlet of the electric heater 13.
Avantageusement, la deuxième ligne d’alimentation 10Keita en en comprend une connexion fluidique 114 entre la sortie du réchauffeur électrique 13 et l’entrée de l’électrolyseur 1.Advantageously, the second supply line 10Keita en comprises a fluidic connection 114 between the outlet of the electric heater 13 and the inlet of the electrolyser 1.
En fonctionnement, de l'eau liquide arrive dans la première ligne d'alimentation 2 en vapeur d'eau. L'eau liquide peut-être en provenance de la ligne de recyclage d'eau 33 et/ou d'une arrivée d'eau externe 34.In operation, liquid water arrives in the first steam supply line 2. The liquid water may come from the water recycling line 33 and/or from an external water supply 34.
La connexion fluidique A est avantageusement connectée à l’entrée de la vanne trois voies 38. La vanne trois voies 38 est connectée fluidiquement au tronçon principal 36 et au tronçon en dépression 35. La vanne trois voies 38 est connectée fluidiquement au tronçon principal 36 par la connexion fluidique B débouchant à l'entrée du premier générateur de vapeur 6. Dans le premier générateur de vapeur 6, l'eau liquide récupère de l'énergie thermique fournie par le dihydrogène circulant dans la première ligne d'évacuation 4. Préférentiellement, l'eau liquide sort du premier générateur de vapeur 6 à l'état de vapeur par la connexion fluidique C et débouche, préférentiellement directement, dans la vanne trois voies 41. La vanne trois voies 38 est connectée fluidiquement au tronçon en dépression 35 par la connexion fluidique D débouchant à l'entrée du détendeur 8. Le détendeur 8 permet d'abaisser la pression dans la première ligne d'alimentation 2 en aval détendeur 8. L'eau liquide sort du détendeur 8 en dépression par la connexion fluidique E et pénètre préférentiellement directement dans le deuxième générateur de vapeur en dépression 7. Dans le deuxième générateur de vapeur en dépression 7, l'eau liquide en dépression est chauffée par l'énergie thermique du dihydrogène circulant dans la première ligne d'évacuation 4. Préférentiellement, l'eau liquide sort du deuxième générateur de vapeur en dépression c'est à l'état gazeux par la connexion fluidique F et pénètre, préférentiellement directement dans le compresseur 9. Dans le compresseur 9, la vapeur d'eau en dépression est comprimée pour atteindre la pression du tronçon principal 36. La vapeur d'eau comprimée sort du compresseur 9 par la connexion fluidique G débouchant dans la vanne trois voies 41. Préférentiellement, l'eau liquide sortant du détendeur 8 en dépression par la connexion fluidique E, dans une vanne trois voies 39 connectée fluidiquement à l'entrée du deuxième générateur de vapeur 7 par la connexion fluidique E et à l'entrée du condenseur 16 par la connexion fluidique H. Dans le condenseur 16, l'eau liquide en dépression est chauffée par l'énergie thermique du fluide caloporteur de la pompe à chaleur récupérée par l'évaporateur 17 sur le dihydrogène circulant dans la première ligne d'évacuation 4. En sortie du condenseur 17, l'eau est avantageusement à l'état de vapeur et sort par la connexion fluidique y connectait préférentiellement par la vanne trois voies 40 connectée fluidiquement à la connexion fluidique F en amont du compresseur 9. L'eau à l'état de vapeur sort de la vanne trois voies 41 par la connexion fluidique J et pénètre, préférentiellement directement dans un réchauffeur 15. L'eau à l'état vapeur va être éventuellement réchauffée par le réchauffeur 15 pour atteindre une température cible. La vapeur d'eau sort du réchauffeur 15 par la connexion fluidique K et pénètre préférentiellement directement dans le premier module d'échange thermique 5, préférentiellement dans le premier échangeur thermique 5a. La vapeur d'eau est chauffée dans le premier échangeur thermique 5a par récupération des calories du dihydrogène circulant dans le premier échangeur thermique 5a. La vapeur d'eau surchauffée sort du premier échangeur thermique 5a par la connexion fluidique L et pénètre, préférentiellement directement, dans le deuxième échangeur thermique 5b. La vapeur d'eau est à nouveau chauffée dans le deuxième échangeur thermique 5b par récupération des calories du dihydrogène circulant dans le deuxième échangeur thermique 5b. La vapeur d'eau surchauffée sort du deuxième échangeur thermique 5b par la connexion fluidique M et pénètre, préférentiellement directement, dans le réchauffeur électrique 14 si besoin. Le réchauffeur électrique 14 assure la dernière montée en température éventuellement nécessaire pour que la vapeur d'eau atteigne une température cible prédéfinie pour entrer dans l'électrolyseur 1. La vapeur d'eau sort du réchauffeur électrique 14 par la connexion fluidique N et pénètre, préférentiellement directement, dans l'électrolyseur 1.The fluid connection A is advantageously connected to the inlet of the three-way valve 38. The three-way valve 38 is fluidly connected to the main section 36 and to the depression section 35. The three-way valve 38 is fluidly connected to the main section 36 by the fluidic connection B opening out at the inlet of the first steam generator 6. In the first steam generator 6, the liquid water recovers thermal energy supplied by the dihydrogen flowing in the first evacuation line 4. Preferably, the liquid water leaves the first steam generator 6 in the vapor state via the fluidic connection C and emerges, preferably directly, into the three-way valve 41. The three-way valve 38 is fluidically connected to the depression section 35 by the fluidic connection D emerging at the inlet of the regulator 8. The regulator 8 makes it possible to lower the pressure in the first supply line 2 downstream of the regulator 8. The liquid water leaves the det endeur 8 in depression through the fluidic connection E and preferably penetrates directly into the second steam generator in depression 7. In the second steam generator in depression 7, the liquid water in depression is heated by the thermal energy of the dihydrogen circulating in the first evacuation line 4. Preferably, the liquid water leaves the second steam generator under depression, it is in the gaseous state through the fluidic connection F and enters, preferably directly into the compressor 9. In the compressor 9, the water vapor in depression is compressed to reach the pressure of the main section 36. The compressed water vapor leaves the compressor 9 through the fluidic connection G opening into the three-way valve 41. Preferably, the liquid water leaving the pressure reducer 8 in depression by the fluidic connection E, in a three-way valve 39 fluidically connected to the inlet of the second steam generator 7 by the fluidic connection E and at the inlet of the condenser 16 by the fluidic connection H. In the condenser 16, the liquid water in depression is heated by the thermal energy of the heat transfer fluid of the heat pump recovered by the evaporator 17 on the dihydrogen circulating in the first evacuation line 4. At the outlet of the condenser 17, the water is advantageously in the vapor state and exits through the fluidic connection connected thereto preferably by the three-way valve 40 fluidically connected to the fluidic connection F in upstream of the compressor 9. The water in the vapor state leaves the three-way valve 41 through the fluidic connection J and enters, preferably directly into a heater 15. The water in the vapor state will possibly be heated by the heater 15 to reach a target temperature. The water vapor leaves heater 15 via fluidic connection K and preferably enters directly into first heat exchange module 5, preferably into first heat exchanger 5a. The water vapor is heated in the first heat exchanger 5a by recovering calories from the dihydrogen circulating in the first heat exchanger 5a. The superheated water vapor leaves the first heat exchanger 5a via the fluid connection L and enters, preferably directly, into the second heat exchanger 5b. The water vapor is again heated in the second heat exchanger 5b by recovering calories from the dihydrogen circulating in the second heat exchanger 5b. The superheated water vapor leaves the second heat exchanger 5b via the fluidic connection M and enters, preferably directly, into the electric heater 14 if necessary. The electric heater 14 provides the last rise in temperature that may be necessary for the water vapor to reach a predefined target temperature to enter the electrolyser 1. The water vapor leaves the electric heater 14 through the fluidic connection N and enters, preferably directly, in the electrolyser 1.
Selon un mode de réalisation illustrée à la
Selon un mode de réalisation illustrée à la
L'électrolyseur 1 est alimenté en courant électrique selon une tension et une intensité prédéfinie permettant d'assurer l'électrolyse et donc la production de dihydrogène et dioxygène.The electrolyser 1 is supplied with electric current according to a voltage and a predefined intensity making it possible to ensure the electrolysis and therefore the production of dihydrogen and dioxygen.
Le dihydrogène sort de l'électrolyseur 1 par la première ligne d'évacuation 4, par la connexion fluidique 200 et pénètre, préférentiellement directement, dans le premier module d'échange thermique 5, préférentiellement le deuxième échangeur thermique 5b. Le dihydrogène sort de l'électrolyseur à l'état gazeux chaud, il est nécessaire d'abaisser sa température pour l'utiliser et/ou le stocker. Les calories du dihydrogène sont donc récupérées par la première ligne d'alimentation et plus précisément l'eau ou la vapeur y circulant. Dans le deuxième échangeur thermique 5b, le dihydrogène voit sa température baissée par transfert de calories au profit de la vapeur d'eau circulant dans le deuxième échangeur thermique 5b. Le dihydrogène refroidi sort du deuxième échangeur thermique 5b par la connexion fluidique 201 et pénètre, préférentiellement directement, dans le premier échangeur thermique 5a. Dans le premier échangeur thermique 5a, le dihydrogène voit à nouveau sa température baissée par transfert de calories au profit de la vapeur d'eau circulant dans le premier échangeur thermique 5a. Le dihydrogène refroidi sort du premier échangeur thermique 5a par la connexion fluidique 202 et pénètre, préférentiellement directement, dans l'évaporateur 17. En passant dans l'évaporateur 17, le dihydrogène est refroidi au profit du fluide caloporteur circulant dans le circuit fluidique 31 de la pompe à chaleur qui transférera cette énergie thermique au profit de l'eau ou de la vapeur d'eau circulant dans la première ligne d'alimentation 2, préférentiellement au niveau de condenseur 16 préférentiellement agencé sur le tronçon dépression 35. Le dihydrogène sort de l'évaporateur 17 par la connexion fluidique 205 et pénètre, préférentiellement directement, dans le séparateur 18 assurant la condensation de l'eau contenue dans le dihydrogène. Le dihydrogène sort du séparateur de liquide/gaz 18 par la connexion fluidique 206 et pénètre préférentiellement directement dans le compresseur 19. Le dihydrogène est comprimé et voit sa pression augmenter. Le dihydrogène sort du compresseur 19par la connexion fluidique 207 et pénètre préférentiellement directement dans le troisième générateur de vapeur 20 où il subit un refroidissement au profit de l'eau, ou de la vapeur d'eau, circulant dans la première ligne d'alimentation 2, préférentiellement dans le tronçon principal 36. Le dihydrogène refroidi sort du troisième générateur de vapeur 20 par la connexion fluidique 208 et pénètre, préférentiellement directement, dans le quatrième générateur de vapeur en dépression 21. Dans le quatrième générateur de vapeur en dépression 21, le dihydrogène est à nouveau refroidi au profit de l'eau, ou de la vapeur d'eau, circulant dans la première ligne d'alimentation 2, préférentiellement dans le tronçon en dépression 35. Le dihydrogène sort du quatrième générateur de vapeur en dépression 21 par la connexion fluidique 209 et pénètre, préférentiellement directement, dans l'aéroréfrigérant 22 assurant la condensation d'une partie de la vapeur d'eau contenue dans le dihydrogène. Le dihydrogène, préférentiellement le mélange dihydrogène gazeux, vapeur d'eau, eau liquide condensée sort de l'aéroréfrigérant 22 par la connexion fluidique 210 et pénètre, préférentiellement directement, dans le compresseur 23 et subit une compression en vue d'une nouvelle condensation. Le dihydrogène sort du compresseur 23 par la connexion fluidique 211 et pénètre préférentiellement directement dans le cinquième générateur de vapeur 24. Dans le cinquième générateur de vapeur 24, le dihydrogène est refroidi par transfert thermique au profit de l'eau, de la vapeur d'eau, circulant dans la première ligne d'alimentation 2, préférentiellement dans le tronçon principal 36. Le dihydrogène refroidisseur du cinquième générateur de vapeur 24 par la connexion fluidique 212 et pénètre, préférentiellement directement, dans le sixième générateur de vapeur en dépression 25. Dans le sixième générateur de vapeur en dépression 25, le dihydrogène est refroidi au profit du transfert thermique vers l'eau, ou la vapeur d'eau, circulant dans la première ligne d'alimentation 2, plus précisément dans le tronçon en dépression 35. Le dihydrogène refroidi sort du sixième et pénètre, préférentiellement directement, dans l'aéroréfrigérant 26 ou un échangeur thermique assurant le refroidissement du dihydrogène. Le dihydrogène sort de l'aéroréfrigérant 26 ou un échangeur thermique par la connexion fluidique 214 et pénètre, préférentiellement directement, dans le séparateur de liquide/gaz 28 assurant la condensation du dihydrogène. Selon une possibilité représentée, le dihydrogène sort de l'aéroréfrigérant 26 par la connexion 214 et pénètre, préférentiellement directement, dans un échangeur thermique 27. Puis, le dihydrogène à nouveau refroidi par l'échangeur thermique sort par la connexion fluidique 115 et pénètre, préférentiellement directement, dans le séparateur 28. Le dihydrogène condensé sort du séparateur de liquide/gaz 28 par la connexion fluidique 216 et peut être utilisé ou stocké. L'eau liquide condensée récupérée du séparateur de liquide/gaz 18, 28 peut être recyclée dans la première ligne d'alimentation 2 en vapeur d'eau par connexion fluidique avec la ligne de recyclage d'eau 33.The dihydrogen leaves the electrolyser 1 via the first evacuation line 4, via the fluidic connection 200 and penetrates, preferably directly, into the first heat exchange module 5, preferably the second heat exchanger 5b. The dihydrogen leaves the electrolyser in the hot gaseous state, it is necessary to lower its temperature to use it and/or store it. The calories of the dihydrogen are therefore recovered by the first supply line and more precisely the water or the steam circulating therein. In the second heat exchanger 5b, the dihydrogen sees its temperature lowered by transfer of calories to the benefit of the water vapor circulating in the second heat exchanger 5b. The cooled dihydrogen leaves the second heat exchanger 5b through the fluidic connection 201 and enters, preferably directly, into the first heat exchanger 5a. In the first heat exchanger 5a, the dihydrogen again sees its temperature lowered by transfer of calories to the benefit of the water vapor circulating in the first heat exchanger 5a. The cooled dihydrogen leaves the first heat exchanger 5a through the fluidic connection 202 and enters, preferably directly, into the evaporator 17. By passing through the evaporator 17, the dihydrogen is cooled in favor of the heat transfer fluid circulating in the fluidic circuit 31 of the heat pump which will transfer this thermal energy in favor of the water or steam circulating in the first supply line 2, preferably at the level of the condenser 16 preferably arranged on the depression section 35. The dihydrogen comes out of the evaporator 17 via the fluidic connection 205 and penetrates, preferably directly, into the separator 18 ensuring the condensation of the water contained in the dihydrogen. The dihydrogen leaves the liquid/gas separator 18 via the fluidic connection 206 and preferentially enters directly into the compressor 19. The dihydrogen is compressed and sees its pressure increase. The dihydrogen leaves the compressor 19 through the fluidic connection 207 and preferentially penetrates directly into the third steam generator 20 where it undergoes cooling in favor of the water, or steam, circulating in the first supply line 2 , preferably in the main section 36. The cooled dihydrogen leaves the third steam generator 20 through the fluidic connection 208 and enters, preferably directly, into the fourth vacuum steam generator 21. In the fourth vacuum steam generator 21, the dihydrogen is again cooled in favor of the water, or steam, flowing in the first supply line 2, preferably in the section under depression 35. The dihydrogen leaves the fourth steam generator under depression 21 by the fluidic connection 209 and penetrates, preferably directly, into the air cooler 22 ensuring the condensation of part of the water vapor contained naked in dihydrogen. The dihydrogen, preferably the gaseous dihydrogen, water vapour, condensed liquid water mixture leaves the air cooler 22 via the fluidic connection 210 and penetrates, preferably directly, into the compressor 23 and undergoes compression with a view to further condensation. The dihydrogen leaves the compressor 23 through the fluidic connection 211 and preferably enters directly into the fifth steam generator 24. In the fifth steam generator 24, the dihydrogen is cooled by heat transfer to the benefit of water, steam water, circulating in the first supply line 2, preferably in the main section 36. The dihydrogen cooler of the fifth steam generator 24 via the fluidic connection 212 and penetrates, preferably directly, into the sixth vacuum steam generator 25. In the sixth vacuum steam generator 25, the dihydrogen is cooled in favor of heat transfer to the water, or steam, flowing in the first supply line 2, more precisely in the vacuum section 35. The dihydrogen cooled leaves the sixth and enters, preferably directly, the air cooler 26 or a heat exchanger ensuring the cooling of u dihydrogen. The dihydrogen leaves the air cooler 26 or a heat exchanger through the fluidic connection 214 and penetrates, preferably directly, into the liquid/gas separator 28 ensuring the condensation of the dihydrogen. According to one possibility shown, the dihydrogen leaves the air cooler 26 through the connection 214 and enters, preferably directly, into a heat exchanger 27. Then, the dihydrogen again cooled by the heat exchanger exits through the fluidic connection 115 and enters, preferably directly, in the separator 28. The condensed dihydrogen leaves the liquid/gas separator 28 through the fluidic connection 216 and can be used or stored. The condensed liquid water recovered from the liquid/gas separator 18, 28 can be recycled into the first steam supply line 2 by fluidic connection with the water recycling line 33.
Le dioxygène produit par l'électrolyseur sort par la deuxième ligne d'évacuation 3, par la connexion fluidique 100 et pénètre, préférentiellement directement, dans le deuxième module d'échange thermique 11, préférentiellement le deuxième échangeur thermique 11b. Le dioxygène sort de l'électrolyseur à l'état gazeux chaud, il est nécessaire d'abaisser sa température pour le rejet dans l'air. Les calories du dioxygène sont donc récupérées avantageusement par la deuxième ligne d'alimentation 10 et plus précisément l'air y circulant. Dans le deuxième échangeur thermique 11b, le dioxygène voit sa température baissée par transfert de calories au profit de l'air circulant dans le deuxième échangeur thermique 11b. Le dioxygène refroidi sort du deuxième échangeur thermique 11b par la connexion fluidique 101 et pénètre, préférentiellement directement, dans le premier échangeur thermique 11a. Dans le premier échangeur thermique 11a, le dioxygène voit à nouveau sa température baissée par transfert de calories au profit de l'air circulant dans le premier échangeur thermique 11a. Le dioxygène refroidi sort du premier échangeur thermique 11a par la connexion fluidique 102 et pénètre, préférentiellement directement, dans le septième générateur de vapeur 42. Dans le septième générateur de vapeur 42, le dioxygène transfère son énergie thermique au profit de l'eau, ou vapeur d'eau, circulant dans la première ligne d'alimentation 2. Le dioxygène refroidi sort du septième générateur de vapeur 42 et pénètre, préférentiellement directement, dans le huitième générateur de vapeur en dépression 43. Dans le huitième générateur de vapeur en dépression 43, le dioxygène transfère son énergie thermique au profit de l'eau, ou vapeur d'eau, circulant dans la première ligne d'alimentation de, plus précisément dans le tronçon en dépression 35. Le dioxygène refroidi sort du huitième générateur de vapeur 43 et est rejeté dans l'air.The oxygen produced by the electrolyser exits through the second evacuation line 3, through the fluidic connection 100 and penetrates, preferably directly, into the second heat exchange module 11, preferably the second heat exchanger 11b. The oxygen comes out of the electrolyser in a hot gaseous state, it is necessary to lower its temperature for discharge into the air. The calories of the dioxygen are therefore advantageously recovered by the second supply line 10 and more precisely the air circulating therein. In the second heat exchanger 11b, the oxygen sees its temperature lowered by transfer of calories to the benefit of the air circulating in the second heat exchanger 11b. The cooled oxygen leaves the second heat exchanger 11b through the fluidic connection 101 and enters, preferably directly, into the first heat exchanger 11a. In the first heat exchanger 11a, the oxygen again sees its temperature lowered by transfer of heat to the benefit of the air circulating in the first heat exchanger 11a. The cooled oxygen leaves the first heat exchanger 11a via the fluidic connection 102 and enters, preferably directly, the seventh steam generator 42. In the seventh steam generator 42, the oxygen transfers its thermal energy to the benefit of the water, or steam, circulating in the first supply line 2. The cooled oxygen leaves the seventh steam generator 42 and enters, preferably directly, into the eighth steam generator under vacuum 43. In the eighth steam generator under vacuum 43 , the oxygen transfers its thermal energy to the benefit of the water, or steam, circulating in the first supply line of, more precisely in the depression section 35. The cooled oxygen leaves the eighth steam generator 43 and is released into the air.
Selon une possibilité, de l'air est fourni à l'électrolyseur 1. L'air arrive par la deuxième ligne d'alimentation 10 par la connexion fluidique 110 et pénètre, préférentiellement directement, dans le compresseur 12. L'air est comprimé par le compresseur 12 et sa température augmente. L'air sort du compresseur 12 par la connexion fluidique 111 et pénètre, préférentiellement directement, dans le deuxième module d'échange thermique 11, préférentiellement dans le premier échangeur thermique 11a. L'air est chauffé dans le premier échangeur thermique 11a par récupération des calories du dioxygène circulant dans le premier échangeur thermique 11a. L'air surchauffé sort du premier échangeur thermique 11a par la connexion fluidique 112 et pénètre, préférentiellement directement, dans le deuxième échangeur thermique 11b. L'air est à nouveau chauffé dans le deuxième échangeur thermique 11b par récupération des calories du dioxygène circulant dans le deuxième échangeur thermique 11b. L'air surchauffé sort du deuxième échangeur thermique 11b par la connexion fluidique 113 et pénètre, préférentiellement directement, dans le réchauffeur électrique 13 si besoin. Le réchauffeur électrique 13 assure la dernière montée en température éventuellement nécessaire pour que l'air atteigne une température cible prédéfinie pour entrer dans l'électrolyseur 1. L'air sort du réchauffeur électrique 13 par la connexion fluidique 114 et pénètre, préférentiellement directement, dans l'électrolyseur 1.According to one possibility, air is supplied to the electrolyser 1. The air arrives via the second supply line 10 via the fluid connection 110 and enters, preferably directly, into the compressor 12. The air is compressed by the compressor 12 and its temperature increases. The air leaves compressor 12 via fluidic connection 111 and enters, preferably directly, into second heat exchange module 11, preferably into first heat exchanger 11a. The air is heated in the first heat exchanger 11a by recovering calories from the oxygen circulating in the first heat exchanger 11a. The superheated air leaves the first heat exchanger 11a through the fluid connection 112 and enters, preferably directly, into the second heat exchanger 11b. The air is again heated in the second heat exchanger 11b by recovering calories from the oxygen circulating in the second heat exchanger 11b. The superheated air leaves the second heat exchanger 11b via the fluidic connection 113 and enters, preferably directly, into the electric heater 13 if necessary. The electric heater 13 provides the last rise in temperature that may be necessary for the air to reach a predefined target temperature to enter the electrolyser 1. The air leaves the electric heater 13 through the fluidic connection 114 and enters, preferably directly, into electrolyser 1.
L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisations précédemment décrits et s’étend à tous les modes de réalisation couverts par l'invention.The invention is not limited to the embodiments previously described and extends to all the embodiments covered by the invention.
LISTE DES REFERENCES
1 électrolyseur
2 ligne d'alimentation en vapeur d'eau
3 ligne d'évacuation de dioxygène
4 ligne d'évacuation de dihydrogène
5a premier échangeur thermique du premier module d'échange thermique
5b deuxième échangeur thermique du premier module d'échange thermique
6 premier générateur de vapeur
7 deuxième générateur de vapeur
9 compresseur
10 ligne d'alimentation en air
11a premier échangeur thermique du deuxième module d'échange thermique
11b deuxième échangeur thermique du deuxième module d'échange thermique
12 compresseur
13 réchauffeur électrique
14 réchauffeur électrique
15 réchauffeur électrique
16 condenseur
17 évaporateur
17a évaporateur
17b évaporateur
18 séparateur liquide/gaz
19 compresseur
20 troisième générateur de vapeur
21 quatrième générateur de vapeur
22 aéroréfrigérant
23 compresseur
24 cinquième générateur de vapeur
25 sixième générateur de vapeur
26 aéroréfrigérant
27 échangeur thermique
28 séparateur liquide/ gaz
29 compresseur
29a compresseur
29b compresseur
30 détendeur
30a détendeur
30b détendeur
31 circuit fluidique
32 échangeur thermique
33 ligne de recyclage d'eau
34 eau externe
35 tronçon en dépression
36 tronçon principal
37 vanne trois voies
38 vanne trois voies
39 vanne trois voies
40 vanne trois voies
41 vanne trois voies
42 septième générateur de vapeur
43 huitième générateur de vapeur
A connexion fluidique recevant l'eau de recyclage et l'eau externe
B connexion fluidique entre la vanne trois voies 38 et le premier générateur de vapeur 6
C connexion fluidique entre le premier générateur de vapeur et la vanne trois voies 41
D connexion fluidique entre la vanne trois voies 38 et le détendeur 8
E connexion fluidique entre le détendeur 8 et le deuxième générateur de vapeur 7
F connexion fluidique entre le deuxième générateur de vapeur 7 et le compresseur 9
G connexion fluidique entre le compresseur 9 et la vanne trois voies 41
H connexion fluidique entre la vanne trois voies 39 et le condenseur 16.
I connexion fluidique entre le condenseur 16 et la vanne trois voies 40
J connexion fluidique entre la vanne trois voies 41 et le réchauffeur électrique 15
K connexion fluidique entre le réchauffeur électrique 15 et le premier échangeur thermique 5a
L connexion fluidique entre le premier échangeur thermique 5a et le deuxième échangeur thermique 5b
M connexion fluidique entre le deuxième échangeur thermique 5b et le réchauffeur 14
N connexion fluidique entre le réchauffeur 14 et l'électrolyseur 1
100 connexion fluidique entre l'électrolyseur 1 et le deuxième échangeur thermique 11b
101 connexion fluidique entre le deuxième échangeur thermique 11b et le premier échangeur thermique 11a
102 connexion fluidique entre le premier échangeur thermique 11a et le septième générateur de vapeur 42
103 connexion fluidique entre le 7e générateur de vapeur 42 et le 8e générateur de vapeur 43
104 connexion fluidique de sortie du huitième générateur de vapeur 43
110 connexion fluidique d'entrée dans le compresseur 12
111 connexion fluidique entre le compresseur 12 et le premier échangeur thermique 11a
112 connexion fluidique entre le premier échangeur thermique 11a et le deuxième échangeur thermique 11b
113 connexion fluidique entre le deuxième échangeur thermique 11b et le réchauffeur 13
114 connexion fluidique entre le réchauffeur 13 et l'électrolyseur 1
200 connexion fluidique entre l'électrolyseur 1 et le deuxième échangeur thermique 5b
201 connexion fluidique entre le deuxième échangeur thermique 5b et le premier échangeur thermique 5a
202 connexion fluidique entre le premier échangeur thermique 5a et le premier générateur de vapeur 6
203 connexion fluidique entre le premier générateur de vapeur 6 et le 2e générateur de vapeur 7
204 connexion fluidique entre le deuxième générateur de vapeur 7 et l'évaporateur 17
205 connexion fluidique entre l'évaporateur 17 et le séparateur liquide/ gaz 18
206 connexion fluidique entre le séparateur liquide/ gaz 18 et le compresseur 19 fluidique
207 connexion fluidique entre le compresseur 19 et le troisième générateur de vapeur 20
208 connexion fluidique entre le 3e générateur de vapeur 20 et le quatrième générateur de vapeur 21
209 connexion fluidique entre le 4e générateur de vapeur 21 et l'aéroréfrigérant 22
210 connexion fluidique entre l'aéroréfrigérant 22 et le compresseur 23
211 connexion fluidique entre le compresseur 23 et le cinquième générateur de vapeur 24
212 connexion fluidique entre le cinquième générateur de vapeur 24 et le sixième générateur de vapeur 25
213 connexion fluidique entre le sixième générateur de vapeur 25 et réfrigérants 26
214 connexion fluidique entre l'aéroréfrigérant 26 et l'échangeur thermique 27
215 connexion fluidique entre l'échangeur thermique 27 et le séparateur liquide/gaz 28
216 connexion fluidique de sortie du dihydrogène du séparateur liquide/gaz 28
300 connexion fluidique entre le compresseur 29 et le condenseur 16
301 connexion fluidique entre le condenseur 16 et le détendeur 30
302 connexion fluidique entre le détendeur 30 et l'évaporateur 17
303 connexion fluidique entre l'évaporateur 17 et le compresseur 29 LIST OF REFERENCES
1 electrolyser
2 water vapor supply line
3 oxygen evacuation line
4 dihydrogen evacuation line
5a first heat exchanger of the first heat exchange module
5b second heat exchanger of the first heat exchange module
6 first steam generator
7 second steam generator
9 compressor
10 air supply line
11a first heat exchanger of the second heat exchange module
11b second heat exchanger of the second heat exchange module
12 compressor
13 electric heater
14 electric heater
15 electric heater
16 condenser
17 evaporator
17a evaporator
17b evaporator
18 liquid/gas separator
19 compressor
20 third steam generator
21 fourth steam generator
22 air cooler
23 compressor
24 fifth steam generator
25 sixth steam generator
26 air cooler
27 heat exchanger
28 liquid/gas separator
29 compressor
29a compressor
29b compressor
30 regulator
30a regulator
30b regulator
31 fluid circuit
32 heat exchanger
33 water recycling line
34 external water
35 section in depression
36 main section
37 three-way valve
38 three way valve
39 three way valve
40 three-way valve
41 three-way valve
42 seventh steam generator
43 eighth steam generator
With fluidic connection receiving recycling water and external water
B fluid connection between the three-way valve 38 and the first steam generator 6
C fluidic connection between the first steam generator and the three-way valve 41
D fluidic connection between the three-way valve 38 and the expansion valve 8
E fluidic connection between the expansion valve 8 and the second steam generator 7
F fluidic connection between the second steam generator 7 and the compressor 9
G fluid connection between compressor 9 and three-way valve 41
H fluid connection between the three-way valve 39 and the condenser 16.
I fluidic connection between the condenser 16 and the three-way valve 40
J fluid connection between the three-way valve 41 and the electric heater 15
K fluid connection between the electric heater 15 and the first heat exchanger 5a
The fluid connection between the first heat exchanger 5a and the second heat exchanger 5b
M fluid connection between the second heat exchanger 5b and the heater 14
N fluidic connection between the heater 14 and the electrolyser 1
100 fluidic connection between the electrolyser 1 and the second heat exchanger 11b
101 fluid connection between the second heat exchanger 11b and the first heat exchanger 11a
102 fluidic connection between the first heat exchanger 11a and the seventh steam generator 42
103 fluidic connection between the 7th steam generator 42 and the 8th steam generator 43
104 eighth steam generator outlet fluidic connection 43
110 inlet fluidic connection in the compressor 12
111 fluid connection between the compressor 12 and the first heat exchanger 11a
112 fluid connection between the first heat exchanger 11a and the second heat exchanger 11b
113 fluidic connection between the second heat exchanger 11b and the heater 13
114 fluid connection between heater 13 and electrolyser 1
200 fluidic connection between the electrolyser 1 and the second heat exchanger 5b
201 fluid connection between the second heat exchanger 5b and the first heat exchanger 5a
202 fluidic connection between the first heat exchanger 5a and the first steam generator 6
203 fluidic connection between the first steam generator 6 and the 2nd steam generator 7
204 fluidic connection between the second steam generator 7 and the evaporator 17
205 fluidic connection between the evaporator 17 and the liquid/gas separator 18
206 fluidic connection between the liquid/gas separator 18 and the fluidic compressor 19
207 fluidic connection between the compressor 19 and the third steam generator 20
208 fluidic connection between the 3rd steam generator 20 and the fourth steam generator 21
209 fluidic connection between the 4th steam generator 21 and the air cooler 22
210 fluidic connection between the air cooler 22 and the compressor 23
211 fluidic connection between the compressor 23 and the fifth steam generator 24
212 fluidic connection between the fifth steam generator 24 and the sixth steam generator 25
213 fluidic connection between the sixth steam generator 25 and coolers 26
214 fluidic connection between the air cooler 26 and the heat exchanger 27
215 fluidic connection between the heat exchanger 27 and the liquid/gas separator 28
216 liquid/gas separator dihydrogen outlet fluid connection 28
300 fluid connection between compressor 29 and condenser 16
301 fluid connection between condenser 16 and expansion valve 30
302 fluidic connection between the expansion valve 30 and the evaporator 17
303 fluid connection between evaporator 17 and compressor 29
Claims (13)
- un électrolyseur (1) à haute température (EHT),
- une première ligne d'alimentation (2) de l'électrolyseur configurée pour alimenter l'électrolyseur (1) en vapeur d'eau,
- une première ligne d'évacuation (4) de l'électrolyseur configurée pour évacuer depuis l'électrolyseur (1) du dihydrogène,
- une deuxième ligne d'évacuation (3) de l'électrolyseur configurée pour évacuer depuis l'électrolyseur (1) du dioxygène,
- un premier générateur de vapeur (6) agencé sur la première ligne d'alimentation (2) en vapeur d'eau, et configuré pour produire de la vapeur d'eau à partir d'eau liquide,
- la première ligne d'alimentation (2) de l'électrolyseur en vapeur d'eau comprend un tronçon principal (36) et un tronçon en dépression (35),
- le système comprend un module de mise en dépression du tronçon en dépression (35) de la première ligne d'alimentation (2), le module comprenant un détendeur (8) et un compresseur (9),
- le système comprend un deuxième générateur de vapeur (7) en dépression agencé sur le tronçon en dépression (35) entre le détendeur (8) et le compresseur (9),
- le premier générateur de vapeur (6) et le deuxième générateur de vapeur (7) sont des échangeurs thermiques agencés également sur la première ligne d'évacuation (4) du dihydrogène, le premier générateur de vapeur (6) étant agencé en amont du deuxième générateur de vapeur (7) relativement à la première ligne d'évacuation (4) du dihydrogène.
- a high temperature (EHT) electrolyser (1),
- a first supply line (2) of the electrolyser configured to supply the electrolyser (1) with steam,
- a first evacuation line (4) of the electrolyser configured to evacuate dihydrogen from the electrolyser (1),
- a second exhaust line (3) of the electrolyser configured to evacuate dioxygen from the electrolyser (1),
- a first steam generator (6) arranged on the first steam supply line (2), and configured to produce steam from liquid water,
- the first water vapor supply line (2) of the electrolyser comprises a main section (36) and a depression section (35),
- the system comprises a module for creating a vacuum in the vacuum section (35) of the first supply line (2), the module comprising a pressure reducer (8) and a compressor (9),
- the system comprises a second vacuum steam generator (7) arranged on the vacuum section (35) between the expander (8) and the compressor (9),
- the first steam generator (6) and the second steam generator (7) are heat exchangers also arranged on the first evacuation line (4) of the dihydrogen, the first steam generator (6) being arranged upstream of the second steam generator (7) relative to the first evacuation line (4) of the dihydrogen.
- un circuit fluidique (31) configuré pour recevoir un fluide caloporteur,
- un évaporateur (17) agencé sur la première ligne d'évacuation (4) en aval du deuxième générateur de vapeur (7) sur le tronçon en dépression (35), configuré pour transférer l'énergie thermique du dihydrogène au fluide caloporteur,
- un compresseur (29) configuré pour comprimer le fluide caloporteur,
- un condenseur (16) agencé sur la première ligne d'alimentation (2) en vapeur d'eau sur le tronçon en dépression (35) en parallèle au deuxième générateur de vapeur (7), configuré pour transférer l'énergie thermique du fluide caloporteur à l'eau liquide,
- un détendeur (30) configuré pour détendre le fluide caloporteur,
- le circuit fluidique (31) étant configuré pour connecter fluidiquement l'évaporateur (17) au compresseur (29), le compresseur (29) au condenseur (16), le condenseur (16) au détendeur (30) et le détendeur (30) à l'évaporateur (17).
- a fluidic circuit (31) configured to receive a heat transfer fluid,
- an evaporator (17) arranged on the first evacuation line (4) downstream of the second steam generator (7) on the depression section (35), configured to transfer the thermal energy from the dihydrogen to the heat transfer fluid,
- a compressor (29) configured to compress the heat transfer fluid,
- a condenser (16) arranged on the first steam supply line (2) on the depression section (35) in parallel to the second steam generator (7), configured to transfer the thermal energy of the heat transfer fluid with liquid water,
- an expander (30) configured to expand the heat transfer fluid,
- the fluidic circuit (31) being configured to fluidically connect the evaporator (17) to the compressor (29), the compressor (29) to the condenser (16), the condenser (16) to the expander (30) and the expander (30) to the evaporator (17).
.System according to the preceding claim, in which the heat pump comprises an additional evaporator (17b) configured to take calories from an external source, the additional evaporator (17b) being arranged in parallel with the evaporator (17).
.
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CN115948759A (en) * | 2023-02-10 | 2023-04-11 | 合肥工业大学 | Carbon dioxide electrolytic cell reaction temperature controller |
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- 2021-05-04 FR FR2104679A patent/FR3122670B1/en active Active
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