FR3131103A1 - Dispositif d alimentation d une pile a combustible - Google Patents
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Abstract
TITRE : D ispos itif d’alimentation d’une pile à combustible Ce dispositif d’alimentation d’une pile à combustible pilotée en suivi de consommation de dihydrogène, comprenant une ligne d’alimentation en dioxygène (4), est caractérisé en ce que ledit dispositif comprend un dispositif de détente (6) sur la ligne d’alimentation en dioxygène. Figure pour l'abrégé : Figure 2
Description
DOMAINE DE L’INVENTION
La présente invention concerne un dispositif d’alimentation d’une pile à combustible.
Les piles à combustible permettent la production d’électricité en consommant du dihydrogène et du dioxygène.
Le système d’alimentation des piles à combustible est donc un élément primordial dans leur fonctionnement optimal.
Les piles à combustible peuvent être conduite en mode de suivi de consommation («fuel following» en anglais) ou suivi de charge («l oa d following »en anglais)
ARRIERE-PLAN DE L’INVENTION
On connait des solutions mettant en œuvre des piles à combustible pilotées en suivi de consommation («fuel following »en anglais), telles que décrites par exemple par le document EP 2 109 910.
Ce mode de pilotage est particulièrement utile lorsque la consommation totale d’un des réactifs est un impératif de fonctionnement.
Cependant, ces solutions ne donnent pas entièrement satisfaction et présentent un certain nombre d’inconvénients notamment au niveau de la régulation du réactif lorsque son débit n’est pas imposé.
Il existe un besoin pour une régulation du débit de dioxygène permettant une meilleure consommation du dihydrogène présenté à l’entrée de la pile à combustible.
A cet effet, on décrit ci-dessous un dispositif d’alimentation d’une pile à combustible pilotée en suivi de consommation en dihydrogène, comprenant une ligne d’alimentation en dioxygène. Le dispositif comprend un dispositif de détente sur la ligne d’alimentation en dioxygène.
Cela présente l’avantage d’asservir les caractéristiques de la ligne d’alimentation en dioxygène à celles de l’alimentation en dihydrogène via la pression de celle-ci.
Selon des modes de réalisation particuliers, ce dispositif présente une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- le dispositif présente une ligne d’alimentation en dihydrogène et le dispositif de détente comprend une prise de pression sur la ligne d’alimentation en dihydrogène ainsi qu’une vanne réglante disposée sur la ligne de d’alimentation en dioxygène de façon à contrôler le débit d’alimentation en dioxygène.
- le dispositif de détente comprend une première membrane, une seconde membrane et un élément de liaison, la première et la seconde membranes étant disposées de façon à séparer le dioxygène et le dihydrogène dans le dispositif de détente et l’élément de liaison est attaché à la première membrane et à la seconde membrane de façon à ce que leurs déplacements soient simultanés et conjoints. L’élément de liaison sert également de moyen de contrôle de la vanne réglante.
- la première membrane et la seconde membrane définissent une zone intermembranaire, ladite zone intermembranaire comprenant un évent relié à l’atmosphère environnant le dispositif de détente.
- le dispositif de détente comprend un dispositif de rappel disposé de façon à maintenir l’élément de liaison dans une position de sécurité correspondant à une détection de fuite.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
Des caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
La montre en effet sous forme schématique une pile à combustible désignée par la référence générale 1.
La pile à combustible est alimentée par un dispositif d’alimentation, désigné par la référence générale 2, qui comprend une ligne d’alimentation en dihydrogène, désignée par la référence générale 3, pour l’anode et par une ligne d’alimentation en dioxygène, désignée par la référence générale 4, pour la cathode.
En outre, la pile à combustible comprend une ligne d’échappement évacuant les produits de réaction et les réactifs non consommés, désignée par la référence générale 5.
La illustre de façon schématique le dispositif de l’invention.
Le dispositif d’alimentation 2 comprend sur la ligne d’alimentation en dioxygène 4 un dispositif de détente, désigné par la référence générale 6.
Le dispositif de détente 6 comprend une vanne réglante, désignée par la référence générale 7, destinée à contrôler le débit et la pression du fluide la traversant.
La vanne réglante 7 est donc positionnée dans la ligne d’alimentation en dioxygène 4.
Le dispositif de détente 6 est par exemple un détendeur à dôme. Le dispositif de détente 6 contrôle la pression de dioxygène à l’entrée de la pile à combustible.
Cette architecture présente l’avantage de piloter de façon mécanique l’alimentation d’une façon rapide, fiable et simple en comparaison par exemple avec un pilotage à base de vannes et de capteurs.
Ce dispositif présente l’avantage de pouvoir régler mécaniquement une pression maximale de détente, permettant de ne pas avoir de dépassement de la pression en aval même en cas d’augmentation de la pression amont.
Cette architecture permet également un pilotage de la pression différentielle entre la ligne d’alimentation de dihydrogène 3 et la ligne d’alimentation de dioxygène 4. Cela permet d’améliorer la durée de vie des éléments constitutifs des piles à combustible en évitant les sollicitations mécaniques non désirées liées à une pression différentielle entre anode et cathode trop importante.
Dans le mode de réalisation de la , le dispositif de détente 6 est relié par une ligne de pilotage, désignée par la référence générale 8, à la ligne d’alimentation en dihydrogène 3. Le dispositif de détente 6 est également relié par une ligne de contrepression, désignée par la référence générale 9, reliée à la partie en aval du dispositif de détente 6 de la ligne d’alimentation en dioxygène 4.
Cela signifie que c’est la différence de pression entre la ligne d’alimentation en dihydrogène 3 et la ligne d’alimentation de dioxygène 4 qui régule l’ouverture du dispositif de détente 6. Le débit et la pression dans la ligne d’alimentation en dioxygène 4 sont directement régulés par l’ouverture du dispositif de détente 6 et notamment de la vanne réglante 7. Dans un mode de réalisation où le dispositif de détente 6 est un détendeur à dôme, c’est le dôme qui est relié par la ligne de pilotage 8 partant de la ligne d’alimentation en dihydrogène 3.
Le dispositif de détente 6 comprend ainsi une zone anode, désignée par la référence générale 10, en contact avec le dihydrogène, une zone cathode, désignée par la référence générale 11, en contact avec le dioxygène et un dispositif de séparation, désigné par la référence générale 12.
Le dispositif de séparation 12 permet de séparer la zone anode 10 et la zone cathode 11 tout en ayant une flexibilité permettant le pilotage de la vanne réglante 7 par son déplacement provoqué par la différence de pression entre la zone anode 10 et la zone cathode 11.
La ligne de pilotage 8 est ainsi reliée à la zone anode 10.
Le dispositif d’alimentation 2 peut être utilisé dans des zones requérant une sécurité accrue face au risque d’explosion ou risque ATEX. Dans ces conditions d’utilisation, il convient de prévenir tout contact entre le dihydrogène et le dioxygène et ce même en cas de défaillance d’élément du dispositif de détente 6, par exemple le dispositif de séparation 12.
Dans un mode de réalisation, le dispositif de séparation 12 du dispositif de détente 6 comprend une première membrane, désignée par la référence générale 13, et une deuxième membrane, désignée par la référence générale 14. La première membrane 13 est en contact avec la zone anode 9 et la deuxième membrane 14 est en contact avec la zone cathode 11. La première membrane 13 et la deuxième membrane 14 sont par exemple des membranes métalliques.
La première membrane 13 et la deuxième membrane 14 ont des caractéristiques mécaniques, comme la raideur, choisies de façon à avoir une position tendant vers une position d’équilibre pour une différence de pression de 2 pour 1 entre respectivement la pression dans la ligne d’alimentation en dihydrogène 3 et la pression dans la ligne d’alimentation en dioxygène 4, de façon à ce que le dispositif d’alimentation 2 délivre les combustibles en proportion stœchiométrique pour la réaction dans la pile à combustible 1.
La première membrane 13 et la deuxième membrane 14 sont liées mécaniquement par un élément de liaison, désigné par la référence générale 15, c’est-à-dire que lorsque l’une se déplace, la seconde se déplace de la même amplitude et dans le même sens.
Dans le mode de réalisation de la , l’élément de liaison 15 est une tige. L’élément de liaison 15 est directement relié à la vanne réglante 7 et assure son pilotage.
La première membrane 13 et la deuxième membrane 14 définissent une zone intermembranaire, désignée par la référence générale 16. La zone intermembranaire 16 est reliée à l’atmosphère entourant le dispositif d’alimentation 2 par un évent, désignée par la référence générale 17, la zone intermembranaire 16 est alors à la pression atmosphérique. Ainsi, en cas de défaillance de la première membrane 13 ou de la deuxième membrane 14, le risque de mélange des fluides est écarté.
Dans le mode de réalisation de la , lors d’une défaillance de membrane, l’élément de liaison 15 prend une position de sécurité.
L’élément de liaison 15 comprend un dispositif de rappel élastique, désigné par la référence générale 18, par exemple un ressort, apte à placer l’élément de liaison 15 dans cette position prédéterminée dite de sécurité.
En effet, lors de la rupture d’une membrane, le différentiel de pression de part et d’autre du dispositif de séparation 12 est inférieur à la force exercée par le dispositif de rappel 18 ce qui permet de placer l’élément de liaison 15 dans la position prédéterminée de sécurité.
Ainsi, une défaillance d’une membrane entraine un arrêt de la régulation de la pression de la ligne d’alimentation en dioxygène 4 permettant également une détection de la défaillance, par exemple par un capteur de pression à l’entrée de la cathode de la pile à combustible.
Bien entendu d’autres modes de réalisation encore peuvent être envisagés.
Claims (5)
- Dispositif d’alimentation d’une pile à combustible (1) pilotée en suivi de consommation de dihydrogène, comprenant une ligne d’alimentation en dioxygène (4), caractérisé en ce que ledit dispositif comprend un dispositif de détente (6) sur la ligne d’alimentation en dioxygène.
- Dispositif d’alimentation d’une pile à combustible pilotée en suivi de consommation de dihydrogène selon la revendication 1 caractérisé en ce qu’il comprend en outre une ligne d’alimentation en dihydrogène (3) et en ce que le dispositif de détente (6) comprend une prise de pression sur la ligne d’alimentation en dihydrogène ainsi qu’une vanne réglante (7) disposée sur la ligne d’alimentation en dioxygène de façon à contrôler de débit d’alimentation en dioxygène.
- Dispositif d’alimentation d’une pile à combustible pilotée en suivi de consommation de dihydrogène selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de détente (6) comprend une première membrane (13), une seconde membrane (14) et un élément de liaison (15), la première et la seconde membranes étant disposées de façon à séparer le dioxygène et le dihydrogène dans le dispositif de détente (6) et l’élément de liaison (15) est attaché à la première membrane et à la seconde membrane de façon à ce que leurs déplacements soient simultanés et conjoints, l’élément de liaison servant également de moyen de contrôle de la vanne réglante (7).
- Dispositif d’alimentation d’une pile à combustible piloté en suivi de consommation de dihydrogène selon la revendication 3, caractérisé en ce que la première membrane (13) et la seconde membrane (14) définissent une zone intermembranaire (16), ladite zone intermembranaire comprenant un évent (17) relié à l’atmosphère environnant le dispositif de détente (6).
- Dispositif d’alimentation d’une pile à combustible pilotée en suivi de consommation de dihydrogène selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif de détente (6) comprend un dispositif de rappel (18) disposé de façon à maintenir l’élément de liaison dans une position de sécurité correspondant à une détection de fuite.
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