FR3135248A1 - Device and method for powering an aircraft, aerostat provided therewith - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un dispositif d’alimentation en hydrogène comportant un réservoir (3) d’hydrogène basse pression, un réservoir (5) d’eau, une pile (2) à combustible, un électrolyseur (6), caractérisé en ce que le dispositif comporte un commutateur (10) pour commuter un circuit électrique (200) de l’aéronef soit sur la sortie (24) de production d’électricité de la pile (2) dans une première position de commutation, soit sur l’entrée (69) d’alimentation en électricité de l’électrolyseur (6) dans une deuxième position de commutation. Figure pour l’abrégé : Figure. 1The invention relates to a hydrogen supply device comprising a low-pressure hydrogen tank (3), a water tank (5), a fuel cell (2), an electrolyser (6), characterized in that the device comprises a switch (10) for switching an electrical circuit (200) of the aircraft either on the electricity production output (24) of the battery (2) in a first switching position, or on the input (69) for supplying electricity to the electrolyzer (6) in a second switching position. Figure for the abstract: Figure. 1
Description
L'invention concerne un dispositif d’alimentation d’un aéronef pouvant être du type aérostat muni de celui-ci.The invention relates to a power supply device for an aircraft which may be of the aerostat type provided therewith.
Le domaine de l’invention concerne les aérostats dirigeables notamment.The field of the invention concerns airships in particular.
Les aéronefs, pouvant être du type aérostats, nécessitent un dispositif d’alimentation en énergie qui doit être embarqué pour leur propulsion.Aircraft, which may be of the aerostat type, require an energy supply device which must be on board for their propulsion.
L’un des problèmes de ces dispositifs d’alimentation est d’augmenter leur autonomie.One of the problems of these power devices is to increase their autonomy.
Un objectif de l’invention est d’obtenir un dispositif d’alimentation d’un aéronef et un aérostat muni de celui-ci, qui résolvent le problème mentionné ci-dessus.An objective of the invention is to obtain a power supply device for an aircraft and an aerostat equipped with it, which solve the problem mentioned above.
A cet effet, un premier objet de l’invention est un dispositif d’alimentation en hydrogène d’un aéronef, le dispositif comportant
au moins un réservoir d’hydrogène basse pression,
au moins un réservoir d’eau,
au moins une pile à combustible, comportant au moins un conduit d’arrivée d’hydrogène, qui est relié au réservoir d’hydrogène, au moins un conduit d’arrivée d’oxygène et au moins un conduit d’éjection d’eau, qui est émise par la combustion de l’hydrogène par la pile à combustible, pour générer de l’électricité sur au moins une sortie de production d’électricité de la pile à combustible, le conduit d’éjection d’eau étant relié au réservoir d’eau,
au moins un électrolyseur, comportant au moins un conduit d’arrivée d’eau, qui est relié au réservoir d’eau, au moins un conduit d’éjection d’hydrogène produit par électrolyse de l’eau dans l’électrolyseur, qui est relié au premier réservoir d’hydrogène, au moins un conduit d’éjection d’oxygène produit par électrolyse de l’eau dans l’électrolyseur et au moins une entrée d’alimentation en électricité,
caractérisé en ce que le dispositif comporte en outre au moins un commutateur configuré pour commuter un circuit électrique de l’aéronef soit sur la sortie de production d’électricité de la pile à combustible dans une première position de commutation, soit sur l’entrée d’alimentation en électricité de l’électrolyseur dans une deuxième position de commutation,
le commutateur étant commandable pour être soit dans la première position de commutation, soit dans la deuxième position de commutation. Grâce à l'invention, le dispositif d’alimentation peut adopter la première position de commutation la nuit, pour alimenter en électricité par la pile à combustible le circuit électrique de l’aéronef fonctionnant à partir du réservoir d’hydrogène basse pression. Le dispositif d’alimentation peut adopter la deuxième position de commutation le jour, pour que l’électrolyseur soit alimenté en électricité par le circuit électrique de l’aéronef et produise de l’hydrogène, qui est envoyé dans le du réservoir d’hydrogène basse pression. On augmente ainsi l’autonomie de l’aéronef.For this purpose, a first object of the invention is a device for supplying hydrogen to an aircraft, the device comprising
at least one low pressure hydrogen tank,
at least one water tank,
at least one fuel cell, comprising at least one hydrogen inlet conduit, which is connected to the hydrogen tank, at least one oxygen inlet conduit and at least one water ejection conduit, which is emitted by the combustion of hydrogen by the fuel cell, to generate electricity on at least one electricity production output of the fuel cell, the water ejection conduit being connected to the tank water,
at least one electrolyser, comprising at least one water inlet conduit, which is connected to the water tank, at least one hydrogen ejection conduit produced by electrolysis of water in the electrolyzer, which is connected to the first hydrogen tank, at least one oxygen ejection conduit produced by electrolysis of water in the electrolyzer and at least one electricity supply inlet,
characterized in that the device further comprises at least one switch configured to switch an electrical circuit of the aircraft either on the electricity production output of the fuel cell in a first switching position, or on the input of 'electricity supply to the electrolyzer in a second switching position,
the switch being controllable to be either in the first switching position or in the second switching position. Thanks to the invention, the power supply device can adopt the first switching position at night, to supply electricity via the fuel cell to the electrical circuit of the aircraft operating from the low pressure hydrogen tank. The power supply device can adopt the second switching position during the day, so that the electrolyser is supplied with electricity by the electrical circuit of the aircraft and produces hydrogen, which is sent to the low hydrogen tank pressure. This increases the autonomy of the aircraft.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, le commutateur comporte une première borne électrique reliée à la sortie de production d’électricité de la pile à combustible, une deuxième borne électrique reliée à l’entrée d’alimentation en électricité de l’électrolyseur, et une troisième borne électrique reliée à au moins un circuit électrique de l’aéronef,
dans la première position de commutation le commutateur reliant la troisième borne électrique à la première borne électrique et la troisième borne électrique n’étant pas reliée à la deuxième borne électrique, pour faire fonctionner la pile à combustible sur le circuit électrique de l’aéronef sans faire fonctionner l’électrolyseur, et
dans la deuxième position de commutation le commutateur reliant la troisième borne électrique à la deuxième borne électrique et la troisième borne électrique n’étant pas reliée à première borne électrique, pour faire fonctionner l’électrolyseur sur le circuit électrique de l’aéronef sans faire fonctionner la pile à combustible.According to one embodiment of the invention, the switch comprises a first electrical terminal connected to the electricity production output of the fuel cell, a second electrical terminal connected to the electricity supply input of the electrolyser , and a third electrical terminal connected to at least one electrical circuit of the aircraft,
in the first switching position the switch connecting the third electrical terminal to the first electrical terminal and the third electrical terminal not being connected to the second electrical terminal, to operate the fuel cell on the electrical circuit of the aircraft without operate the electrolyzer, and
in the second switching position the switch connecting the third electrical terminal to the second electrical terminal and the third electrical terminal not being connected to the first electrical terminal, to operate the electrolyser on the electrical circuit of the aircraft without operating the fuel cell.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, le dispositif comporte au moins un convertisseur électrique connecté entre la troisième borne électrique du commutateur et le circuit électrique de l’aéronef.According to one embodiment of the invention, the device comprises at least one electrical converter connected between the third electrical terminal of the switch and the electrical circuit of the aircraft.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, la troisième borne électrique du commutateur est reliée à au moins un dispositif consommateur d’électricité du circuit électrique de l’aéronef dans la première position de commutation.According to one embodiment of the invention, the third electrical terminal of the switch is connected to at least one electricity consuming device of the electrical circuit of the aircraft in the first switching position.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, la troisième borne électrique du commutateur est reliée à au moins un dispositif d’alimentation en électricité du circuit électrique de l’aéronef dans la deuxième position de commutation.According to one embodiment of the invention, the third electrical terminal of the switch is connected to at least one electricity supply device of the electrical circuit of the aircraft in the second switching position.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, le dispositif d’alimentation en électricité du circuit électrique de l’aéronef comporte au moins un panneau photovoltaïque.According to one embodiment of the invention, the device for supplying electricity to the electrical circuit of the aircraft comprises at least one photovoltaic panel.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, sur le conduit d’éjection d’eau est interposé au moins un condenseur d’eau pour envoyer de l’eau liquide dans le conduit d’éjection d’eau vers le réservoir d’eau liquide.According to one embodiment of the invention, at least one water condenser is interposed on the water ejection conduit to send liquid water into the water ejection conduit towards the water tank liquid.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, le dispositif d’alimentation comporte un premier circuit de circulation d’un premier fluide caloporteur pour le refroidissement du condenseur d’eau, le premier circuit de circulation du premier fluide caloporteur passant par ou contre le condenseur d’eau et comportant au moins un premier échangeur de chaleur apte à retirer de la chaleur au condenseur d’eau par l’intermédiaire d’au moins une première canalisation de passage du premier fluide caloporteur du premier circuit.According to one embodiment of the invention, the supply device comprises a first circulation circuit of a first heat transfer fluid for cooling the water condenser, the first circulation circuit of the first heat transfer fluid passing through or against the water condenser and comprising at least one first heat exchanger capable of removing heat from the water condenser via at least one first passage pipe for the first heat transfer fluid of the first circuit.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, le premier échangeur de chaleur est du type à grille et/ou ailettes et comporte au moins un ventilateur d’air, apte à apporter de la chaleur par l’intermédiaire de l’air au premier échangeur de chaleur.According to one embodiment of the invention, the first heat exchanger is of the grille and/or fin type and comprises at least one air fan, capable of supplying heat via the air to the first heat exchanger.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, le dispositif d’alimentation comporte un deuxième circuit de circulation d’un deuxième fluide caloporteur pour le refroidissement de la pile à combustible et de l’électrolyseur, le deuxième circuit de circulation du deuxième fluide caloporteur passant par ou contre la pile à combustible et par ou contre l’électrolyseur et comportant au moins un deuxième échangeur de chaleur apte à extraire de la chaleur de la pile à combustible et de l’électrolyseur par l’intermédiaire d’au moins une deuxième canalisation de passage du deuxième fluide caloporteur du deuxième circuit.According to one embodiment of the invention, the supply device comprises a second circulation circuit for a second heat transfer fluid for cooling the fuel cell and the electrolyzer, the second circulation circuit for the second heat transfer fluid passing through or against the fuel cell and through or against the electrolyzer and comprising at least a second heat exchanger capable of extracting heat from the fuel cell and the electrolyzer via at least a second passage pipe for the second heat transfer fluid of the second circuit.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, le deuxième échangeur de chaleur est du type à grille et/ou ailettes et comporte au moins un ventilateur d’air, apte à extraire de la chaleur du deuxième échangeur de chaleur par l’intermédiaire de l’air.According to one embodiment of the invention, the second heat exchanger is of the grille and/or fin type and comprises at least one air fan, capable of extracting heat from the second heat exchanger via the air.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, le premier échangeur de chaleur est séparé du deuxième échangeur de chaleur.According to one embodiment of the invention, the first heat exchanger is separated from the second heat exchanger.
Suivant un autre mode de réalisation de l’invention, le premier échangeur de chaleur est relié au deuxième échangeur de chaleur.According to another embodiment of the invention, the first heat exchanger is connected to the second heat exchanger.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, au moins un détendeur est interposé sur le conduit d’éjection d’hydrogène pour l’envoi de l’hydrogène produit par l’électrolyseur au premier réservoir d’hydrogène avec abaissement de la pression d’hydrogène de l’électrolyseur vers le réservoir d’hydrogène basse pression.According to one embodiment of the invention, at least one regulator is interposed on the hydrogen ejection conduit for sending the hydrogen produced by the electrolyzer to the first hydrogen tank with lowering the pressure hydrogen from the electrolyzer to the low pressure hydrogen tank.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, le réservoir d’hydrogène basse pression contient de l’hydrogène à l’état gazeux.According to one embodiment of the invention, the low pressure hydrogen tank contains hydrogen in the gaseous state.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, le réservoir d’hydrogène basse pression est à hydrogène à l’état gazeux à une pression supérieure de 100 à 500 mbar par rapport à la pression ambiante.According to one embodiment of the invention, the low-pressure hydrogen tank contains hydrogen in the gaseous state at a pressure 100 to 500 mbar higher than the ambient pressure.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, le conduit d’arrivée d’oxygène est relié à une entrée d’air ambiant.According to one embodiment of the invention, the oxygen inlet conduit is connected to an ambient air inlet.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, le dispositif d’alimentation comporte en outre au moins un réservoir d’oxygène, qui est relié au conduit d’éjection d’oxygène pour recevoir de l’oxygène produit par l’électrolyseur.According to one embodiment of the invention, the supply device further comprises at least one oxygen tank, which is connected to the oxygen ejection conduit to receive oxygen produced by the electrolyzer.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, le dispositif d’alimentation comporte en outre un réservoir d’oxygène, qui est relié au conduit d’éjection d’oxygène pour recevoir de l’oxygène produit par l’électrolyseur,
le conduit d’arrivée d’oxygène étant relié à une entrée d’air ambiant et à un autre conduit d’arrivée d’oxygène depuis le réservoir d’oxygène pour permettre l’envoi d’oxygène à la fois depuis l’entrée d’air ambiant et le réservoir d’oxygène au conduit d’arrivée d’oxygène.According to one embodiment of the invention, the supply device further comprises an oxygen tank, which is connected to the oxygen ejection conduit to receive oxygen produced by the electrolyzer,
the oxygen inlet conduit being connected to an ambient air inlet and to another oxygen inlet conduit from the oxygen tank to allow the sending of oxygen both from the inlet of ambient air and the oxygen tank to the oxygen inlet conduit.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, le conduit d’arrivée d’oxygène est relié à l’entrée d’air ambiant et à l’autre conduit d’arrivée d’oxygène depuis le réservoir d’oxygène au moins par l’intermédiaire d’un détendeur d’air.According to one embodiment of the invention, the oxygen inlet conduit is connected to the ambient air inlet and to the other oxygen inlet conduit from the oxygen tank at least by the via an air regulator.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, le dispositif d’alimentation comporte au moins une pompe à eau sur le conduit d’arrivée d’eau pour envoyer de l’eau du réservoir d’eau liquide à l’électrolyseur, un premier moteur ayant un arbre rotatif d’entraînement de la pompe à eau, et au moins une pale, qui est disposée dans le conduit d’éjection d’hydrogène et qui est entraînée en rotation autour d’un axe de rotation par le courant d’hydrogène allant de l’électrolyseur vers le réservoir d’hydrogène dans le conduit d’éjection d’hydrogène,
l’arbre moteur du premier moteur d’entraînement de la pompe à eau étant couplé à l’axe de rotation de la pale pour récupérer l’énergie de la pale.According to one embodiment of the invention, the supply device comprises at least one water pump on the water inlet conduit to send water from the liquid water tank to the electrolyzer, a first motor having a rotary shaft for driving the water pump, and at least one blade, which is arranged in the hydrogen ejection conduit and which is rotated around an axis of rotation by the current of hydrogen going from the electrolyzer to the hydrogen tank in the hydrogen ejection conduit,
the motor shaft of the first drive motor of the water pump being coupled to the axis of rotation of the blade to recover energy from the blade.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, l’électrolyseur, le conduit d’arrivée d’eau et le réservoir d’eau liquide font partie d’une première unité,
le réservoir d’hydrogène basse pression, la pile à combustible, le conduit d’arrivée d’hydrogène, le conduit d’arrivée d’oxygène et le condenseur d’eau font partie d’une deuxième unité, qui est séparable de la première unité.According to one embodiment of the invention, the electrolyser, the water inlet conduit and the liquid water tank form part of a first unit,
the low pressure hydrogen tank, the fuel cell, the hydrogen inlet conduit, the oxygen inlet conduit and the water condenser are part of a second unit, which is separable from the first unit.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, une masse initiale d’hydrogène gazeux est contenue dans le réservoir d’hydrogène.According to one embodiment of the invention, an initial mass of hydrogen gas is contained in the hydrogen tank.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, l’électrolyseur peut être formé par un module réversible pouvant fonctionner soit en électrolyseur, soit en pile à combustible.According to one embodiment of the invention, the electrolyser can be formed by a reversible module which can operate either as an electrolyser or as a fuel cell.
Un deuxième objet de l’invention est un aéronef ou un aérostat dirigeable, comportant au moins un dispositif d’alimentation tel que décrit ci-dessus.A second object of the invention is an aircraft or an airship, comprising at least one power device as described above.
Un troisième objet de l’invention est un procédé d’alimentation en hydrogène d’un aéronef à l’aide du dispositif d’alimentation tel que décrit ci-dessus, caractérisé en ce que l’on commande le commutateur soit dans la première position de commutation, soit dans la deuxième position de commutation.A third object of the invention is a method of supplying hydrogen to an aircraft using the supply device as described above, characterized in that the switch is controlled either in the first position switching position, or in the second switching position.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif en référence aux figures ci-dessous des dessins annexés.The invention will be better understood on reading the description which follows, given solely by way of non-limiting example with reference to the figures below of the appended drawings.
Dans ce qui suit, l’hydrogène est considéré comme étant du dihydrogène.In the following, hydrogen is considered to be dihydrogen.
Aux figures 1 à 6, le dispositif 1 d’alimentation en hydrogène suivant l’invention comporte un (ou plusieurs) réservoir 3 d’hydrogène basse pression et un (ou plusieurs) réservoir 5 d’eau liquide.In Figures 1 to 6, the hydrogen supply device 1 according to the invention comprises one (or more) tank 3 of low pressure hydrogen and one (or more) tank 5 of liquid water.
Le dispositif 1 d’alimentation en hydrogène suivant l’invention peut être prévu à bord d’un aéronef, et par exemple à bord d’un aérostat dirigeable, ou autre. Le dispositif 1 d’alimentation en hydrogène suivant l’invention a pour fonction d’alimenter en énergie l’aéronef ou l’aérostat dirigeable, par exemple pour leur propulsion au moins de l’arrière vers l’avant à l’aide d’un (ou de plusieurs) moteur de propulsion embarqué sur l’aéronef ou l’aérostat dirigeable.The hydrogen supply device 1 according to the invention can be provided on board an aircraft, and for example on board an airship, or other. The hydrogen supply device 1 according to the invention has the function of supplying energy to the aircraft or the airship, for example for their propulsion at least from the rear to the front using one (or more) propulsion motors on board the aircraft or dirigible aerostat.
Le dispositif 1 d’alimentation en hydrogène comporte une (ou plusieurs) pile 2 à combustible consommant de l’hydrogène du réservoir 3 d’hydrogène basse pression pour générer de l’électricité et un (ou plusieurs) électrolyseur 6 consommant de l’eau du réservoir 5 d’eau liquide pour renvoyer de l’hydrogène au réservoir 3 d’hydrogène.The hydrogen supply device 1 comprises one (or more) fuel cell 2 consuming hydrogen from the low pressure hydrogen tank 3 to generate electricity and one (or more) electrolyzer 6 consuming water from the liquid water tank 5 to return hydrogen to the hydrogen tank 3.
La pile 2 à combustible est reliée à un (ou plusieurs) conduit 21 d’arrivée d’hydrogène relié au réservoir 3 d’hydrogène pour envoyer de l’hydrogène du réservoir 3 à la pile 2 à combustible. La pile 2 à combustible est reliée à un (ou plusieurs) conduit 22 d’arrivée d’oxygène pour envoyer de l’oxygène à la pile 2 à combustible. La pile 2 à combustible effectue la combustion de l’hydrogène envoyé dans le conduit 21 avec l’oxygène envoyé dans le conduit 22 pour générer de l’électricité sur une (ou plusieurs) sortie 24 de production d’électricité de la pile 2 à combustible et pour générer de l’eau sur la (ou les) conduit 23 d’éjection d’eau. La pile 2 à combustible est reliée à un (ou plusieurs) conduit 23 d’éjection d’eau, qui est émise par la combustion de l’hydrogène et de l’oxygène par la pile 2 à combustible au réservoir 5 d’eau liquide.The fuel cell 2 is connected to one (or more) hydrogen inlet conduit 21 connected to the hydrogen tank 3 to send hydrogen from the tank 3 to the fuel cell 2. The fuel cell 2 is connected to one (or more) oxygen inlet conduit 22 to send oxygen to the fuel cell 2. The fuel cell 2 carries out the combustion of the hydrogen sent into the conduit 21 with the oxygen sent into the conduit 22 to generate electricity on one (or more) electricity production output 24 of the battery 2 to fuel and to generate water on the water ejection conduit(s) 23. The fuel cell 2 is connected to one (or more) conduit 23 for ejecting water, which is emitted by the combustion of hydrogen and oxygen by the fuel cell 2 to the tank 5 of liquid water .
L’électrolyseur 6 est relié à un (ou plusieurs) conduit 61 d’arrivée d’eau relié au réservoir 5 d’eau liquide pour envoyer de l’eau liquide du réservoir 5 à l’électrolyseur 6. L’électrolyseur 6 effectue l’électrolyse de l’eau pour générer de l’hydrogène et de l’oxygène. L’électrolyseur 6 est relié à un (ou plusieurs) conduit 62 d’éjection de l’hydrogène produit par l’électrolyse de l’eau dans l’électrolyseur 6. Le conduit 62 d’éjection d’hydrogène est relié au réservoir 3 d’hydrogène, pour envoyer au réservoir 3 hydrogène l’hydrogène produit par électrolyse de l’eau dans l’électrolyseur 6. L’électrolyseur 6 est relié à un (ou plusieurs) conduit 63 d’éjection de l’oxygène produit par l’électrolyse de l’eau dans l’électrolyseur 6. L’électrolyseur 6 comporte une (ou plusieurs) entrée 69 d’alimentation en électricité.The electrolyser 6 is connected to one (or more) water inlet conduit 61 connected to the liquid water tank 5 to send liquid water from the tank 5 to the electrolyser 6. The electrolyser 6 carries out the electrolysis of water to generate hydrogen and oxygen. The electrolyser 6 is connected to one (or more) conduit 62 for ejecting the hydrogen produced by the electrolysis of water in the electrolyzer 6. The conduit 62 for ejecting hydrogen is connected to the tank 3 of hydrogen, to send to the hydrogen tank 3 the hydrogen produced by electrolysis of water in the electrolyser 6. The electrolyser 6 is connected to one (or more) conduit 63 for ejecting the oxygen produced by the electrolysis of water in the electrolyser 6. The electrolyser 6 includes one (or more) electricity supply input 69.
Aux figures 1 à 5, le dispositif 1 comporte un (ou plusieurs) commutateur 10 permettant de commuter un circuit électrique 200 de l’aéronef soit sur la sortie 24 de production d’électricité de la pile 2 à combustible dans une première position de commutation (par exemple la nuit), soit sur l’entrée 69 d’alimentation en électricité de l’électrolyseur 6 dans une deuxième position de commutation (par exemple le jour). Aux figures 1 à 5, le commutateur 10 est représenté dans la deuxième position de commutation. Le commutateur 10 comporte une première borne électrique 101 reliée à la sortie 24 de production d’électricité de la pile 2 à combustible, une deuxième borne électrique 102 reliée à l’entrée 69 d’alimentation en électricité de l’électrolyseur 6, et une troisième borne électrique 103 reliée à au moins un circuit électrique 200 de l’aéronef.In Figures 1 to 5, the device 1 comprises one (or more) switch 10 making it possible to switch an electrical circuit 200 of the aircraft either on the electricity production output 24 of the fuel cell 2 in a first switching position (for example at night), or on the electricity supply input 69 of the electrolyser 6 in a second switching position (for example during the day). In Figures 1 to 5, the switch 10 is shown in the second switching position. The switch 10 comprises a first electrical terminal 101 connected to the electricity production output 24 of the fuel cell 2, a second electrical terminal 102 connected to the electricity supply input 69 of the electrolyser 6, and a third electrical terminal 103 connected to at least one electrical circuit 200 of the aircraft.
Dans la première position de commutation, le commutateur 10 relie (par un conducteur 104 ou deuxième circuit électronique 104 ou autre) la troisième borne électrique 103 à la première borne électrique 101 et la troisième borne électrique 103 n’est pas reliée à la deuxième borne électrique 102. Ainsi, dans cette première position de commutation, on fait fonctionner la pile 2 à combustible sur le circuit électrique 200 de l’aéronef sans faire fonctionner l’électrolyseur 6, pour que la pile 2 à combustible envoie de l’électricité au circuit électrique 200 de l’aéronef, par exemple au(x) moteur(s) de propulsion de l’aéronef ou de l’aérostat dirigeable et/ou à des systèmes électriques auxiliaires de l’aéronef ou de l’aérostat dirigeable. Le dispositif 1 d’alimentation fournit ainsi de la puissance électrique à partir d’hydrogène faiblement ou non pressurisé. Cela permet d’alimenter en hydrogène la pile 2 à combustible embarquée sur l’aéronef (par exemple aérostat dirigeable ou autre) de façon simple, efficace et en réduisant la masse embarquée.In the first switching position, the switch 10 connects (by a conductor 104 or second electronic circuit 104 or other) the third electrical terminal 103 to the first electrical terminal 101 and the third electrical terminal 103 is not connected to the second terminal electric 102. Thus, in this first switching position, the fuel cell 2 is operated on the electrical circuit 200 of the aircraft without operating the electrolyser 6, so that the fuel cell 2 sends electricity to the electrical circuit 200 of the aircraft, for example to the propulsion motor(s) of the aircraft or the airship and/or to auxiliary electrical systems of the aircraft or the airship. The power supply device 1 thus provides electrical power from weakly or non-pressurized hydrogen. This makes it possible to supply hydrogen to the fuel cell 2 on board the aircraft (for example dirigible aerostat or other) in a simple, efficient manner and by reducing the on-board mass.
Dans la deuxième position de commutation, le commutateur 10 relie (par un conducteur 104 ou deuxième circuit électronique ou autre) la troisième borne électrique 103 à la deuxième borne électrique 102 et la troisième borne électrique 103 n’est pas reliée à première borne électrique 101. Ainsi, dans cette deuxième position de commutation, on fait fonctionner l’électrolyseur 6 sur le circuit électrique 200 de l’aéronef sans faire fonctionner la pile 2 à combustible, pour que le circuit électrique 200 de l’aéronef envoie de l’électricité à l’électrolyseur 6. Cela permet de générer de l’hydrogène d’une manière autonome.In the second switching position, the switch 10 connects (by a conductor 104 or second electronic circuit or other) the third electrical terminal 103 to the second electrical terminal 102 and the third electrical terminal 103 is not connected to the first electrical terminal 101 Thus, in this second switching position, the electrolyser 6 is operated on the electrical circuit 200 of the aircraft without operating the fuel cell 2, so that the electrical circuit 200 of the aircraft sends electricity to the electrolyser 6. This makes it possible to generate hydrogen autonomously.
Une (ou plusieurs) entrée 105 de commande sont prévues sur le commutateur 10 pour placer le commutateur 10 soit dans la première position de commutation, soit dans la deuxième position de commutation. Le commutateur 10 peut ainsi être actionné par un utilisateur soit dans la première position de commutation, soit dans la deuxième position de commutation.One (or more) control input 105 is provided on the switch 10 to place the switch 10 either in the first switching position or in the second switching position. The switch 10 can thus be actuated by a user either in the first switching position or in the second switching position.
Dans un procédé d’alimentation en hydrogène de l’aéronef à l’aide du dispositif 1 d’alimentation, l’utilisateur commande le commutateur 10 soit dans la première position de commutation, soit dans la deuxième position de commutation.In a method of supplying hydrogen to the aircraft using the supply device 1, the user controls the switch 10 either in the first switching position or in the second switching position.
Suivant un mode de réalisation, aux figures 1 à 5, le dispositif comporte au moins un convertisseur électrique 9 connecté entre le commutateur 10 et le circuit électrique 200 de l’aéronef. Le convertisseur électrique 9 est connecté entre la troisième borne électrique 103 du commutateur 10 et une interface électrique 240 du circuit électrique 200 de l’aéronef. Le convertisseur électrique 9 peut être bidirectionnel et est par exemple un convertisseur électrique 9 continu-continu. Le convertisseur électrique 9 permet de réguler soit la sortie électrique 24 de la pile 2 dans la deuxième position de commutation, soit l’entrée électrique 69 de l’électrolyseur 6 dans la première position de commutation.According to one embodiment, in Figures 1 to 5, the device comprises at least one electrical converter 9 connected between the switch 10 and the electrical circuit 200 of the aircraft. The electrical converter 9 is connected between the third electrical terminal 103 of the switch 10 and an electrical interface 240 of the electrical circuit 200 of the aircraft. The electrical converter 9 can be bidirectional and is for example a DC-DC electrical converter 9. The electrical converter 9 makes it possible to regulate either the electrical output 24 of the battery 2 in the second switching position, or the electrical input 69 of the electrolyser 6 in the first switching position.
Suivant un mode de réalisation, aux figures 1 à 5, le circuit électrique 200 de l’aéronef comporte un (ou plusieurs) dispositif consommateur 201 d’électricité. La troisième borne électrique 103 du commutateur 10 est reliée au dispositif consommateur 201 d’électricité dans la première position de commutation.According to one embodiment, in Figures 1 to 5, the electrical circuit 200 of the aircraft comprises one (or more) electricity consumer devices 201. The third electrical terminal 103 of the switch 10 is connected to the electricity consumer device 201 in the first switching position.
Suivant un mode de réalisation, aux figures 1 à 5, le circuit électrique 200 de l’aéronef comporte un (ou plusieurs) dispositif 202 d’alimentation en électricité. La troisième borne électrique 103 du commutateur 10 est reliée au dispositif 202 d’alimentation en électricité dans la deuxième position de commutation.According to one embodiment, in Figures 1 to 5, the electrical circuit 200 of the aircraft comprises one (or more) electricity supply device 202. The third electrical terminal 103 of the switch 10 is connected to the electricity supply device 202 in the second switching position.
Ainsi que représenté aux figures 1 à 5, le circuit électrique 200 de l’aéronef peut comporter à la fois le dispositif consommateur 201 d’électricité et le dispositif 202 d’alimentation en électricité.As shown in Figures 1 to 5, the electrical circuit 200 of the aircraft can include both the electricity consumer device 201 and the electricity supply device 202.
Suivant un mode de réalisation, aux figures 1 à 5, le dispositif 202 d’alimentation en électricité du circuit électrique 200 de l’aéronef comporte un (ou plusieurs) panneau photovoltaïque 203. Cela permet ainsi d’alimenter en électricité l’électrolyseur 6 dans la deuxième position de commutation le jour. Bien entendu, le dispositif 202 d’alimentation en électricité du circuit électrique 200 de l’aéronef peut comporter, en plus ou à la place du panneau photovoltaïque 203, d’autres dispositifs 202 d’alimentation en électricité, comme par exemple une (ou plusieurs) batterie électrique 202 ou autres.According to one embodiment, in Figures 1 to 5, the device 202 for supplying electricity to the electrical circuit 200 of the aircraft comprises one (or more) photovoltaic panel 203. This thus makes it possible to supply electricity to the electrolyser 6 in the second switching position on day. Of course, the device 202 for supplying electricity to the electrical circuit 200 of the aircraft may comprise, in addition to or instead of the photovoltaic panel 203, other devices 202 for supplying electricity, such as for example one (or several) electric battery 202 or others.
Suivant un mode de réalisation, aux figures 1 à 5, le dispositif 1 d’alimentation comporte un (ou plusieurs) condenseur 4 d’eau interposé sur le conduit 23 d’éjection d’eau, pour envoyer de l’eau liquide dans le conduit 23 d’éjection d’eau vers le réservoir 5 d’eau liquide. Le condenseur 4 d’eau peut-être ou comporter un extracteur d’eau et/ou un séparateur d’eau. Le condenseur 4 refroidit le mélange eau + air pour condenser l’eau et donc augmenter la taille des gouttes d’eau et faciliter la récupération de l’eau (par centrifugation par exemple) dans le conduit 23 d’éjection d’eau.According to one embodiment, in Figures 1 to 5, the supply device 1 comprises one (or more) water condenser 4 interposed on the water ejection conduit 23, to send liquid water into the conduit 23 for ejecting water towards the tank 5 of liquid water. The water condenser 4 may or may include a water extractor and/or a water separator. The condenser 4 cools the water + air mixture to condense the water and therefore increase the size of the water drops and facilitate the recovery of the water (by centrifugation for example) in the water ejection conduit 23.
Le dispositif 1 d’alimentation permet ainsi de récupérer de l’énergie à partir du réservoir 3 hydrogène dans différentes conditions atmosphériques, le condenseur 4 d’eau permettant d’envoyer l’eau sous une forme liquide par le conduit 23 d’éjection d’eau dans le réservoir 5 d’eau liquide à des températures plus ou moins basses, y compris en dessous de 0° C, pour ainsi effectuer une boucle de récupération d’hydrogène par l’intermédiaire du circuit de circulation d’eau liquide formée par les conduits 61 et 23. En effet, l’eau gelée ne pourrait pas être renvoyée par la canalisation 23 dans le réservoir 5. Ainsi, le condenseur 4 d’eau empêche également l’eau de geler.The supply device 1 thus makes it possible to recover energy from the hydrogen tank 3 in different atmospheric conditions, the water condenser 4 making it possible to send the water in a liquid form through the ejection conduit 23 water in the liquid water tank 5 at more or less low temperatures, including below 0° C, to thus carry out a hydrogen recovery loop via the liquid water circulation circuit formed through pipes 61 and 23. In fact, the frozen water could not be returned via pipe 23 into tank 5. Thus, the water condenser 4 also prevents the water from freezing.
On décrit ci-dessous des modes de réalisation du condenseur 4 d’eau, en référence aux figures 1 à 5.Embodiments of the water condenser 4 are described below, with reference to Figures 1 to 5.
Suivant un mode de réalisation, aux figures 1 à 5, le dispositif 1 d’alimentation comporte un premier circuit 40 de circulation d’un premier fluide caloporteur pour le refroidissement du condenseur 4 d’eau. Le premier circuit 40 de circulation du premier fluide caloporteur de refroidissement du condenseur 4 d’eau passe par ou contre le condenseur 4 d’eau. Le premier circuit 40 de circulation du premier fluide caloporteur de refroidissement du condenseur 4 d’eau comporte un (ou plusieurs) premier échangeur 41 de chaleur apte à refroidir le condenseur 4 d’eau par l’intermédiaire d’une (ou plusieurs) première canalisation 42, 43, dans laquelle (ou dans lesquelles) passe le premier fluide caloporteur du premier circuit 40. Le premier échangeur 41 de chaleur refroidit le premier fluide caloporteur et envoie le premier fluide caloporteur refroidi dans la canalisation 42 vers le condenseur 4 d’eau. Dans ou à proximité du condenseur 4 d’eau, le premier fluide caloporteur refroidi capte de la chaleur du condenseur 4 d’eau pour refroidir l’eau amenée dans le conduit 23. Le premier fluide caloporteur ayant été réchauffé dans le condenseur 4 d’eau est renvoyé dans la canalisation 43 au premier échangeur 41 de chaleur.According to one embodiment, in Figures 1 to 5, the supply device 1 comprises a first circuit 40 for circulating a first heat transfer fluid for cooling the water condenser 4. The first circuit 40 for circulating the first heat transfer fluid for cooling the water condenser 4 passes through or against the water condenser 4. The first circuit 40 for circulating the first heat transfer fluid for cooling the water condenser 4 comprises one (or more) first heat exchanger 41 capable of cooling the water condenser 4 via one (or more) first pipe 42, 43, in which (or in which) the first heat transfer fluid of the first circuit 40 passes. The first heat exchanger 41 cools the first heat transfer fluid and sends the first cooled heat transfer fluid in the pipe 42 towards the condenser 4 of water. In or near the water condenser 4, the first cooled heat transfer fluid captures heat from the water condenser 4 to cool the water brought into the conduit 23. The first heat transfer fluid having been heated in the condenser 4 of Water is returned in pipe 43 to the first heat exchanger 41.
Aux figures 1 à 5, le premier fluide caloporteur de refroidissement du condenseur 4 d’eau peut-être par exemple de l’eau glycolée ou de l’huile ou autre.In Figures 1 to 5, the first heat transfer fluid for cooling the water condenser 4 may for example be glycol water or oil or other.
Suivant un mode de réalisation, aux figures 1 à 5, le premier échangeur 41 de chaleur est du type à grille et/ou ailettes. Le premier échangeur 41 de chaleur comporte un (ou plusieurs) ventilateur 45 d’air. Le ventilateur 45 d’air fait passer contre une surface 46 du premier échangeur 41 de chaleur de l’air extérieur lui apportant de la chaleur.According to one embodiment, in Figures 1 to 5, the first heat exchanger 41 is of the grid and/or fin type. The first heat exchanger 41 comprises one (or more) air fan 45. The air fan 45 causes outside air to pass against a surface 46 of the first heat exchanger 41, providing it with heat.
Suivant un mode de réalisation, aux figures 1 à 5, le dispositif 1 d’alimentation comporte un deuxième circuit 70 de circulation d’un deuxième fluide caloporteur pour le refroidissement de la pile 2 à combustible et de l’électrolyseur 6. Le deuxième circuit 70 de circulation fait passer le deuxième fluide caloporteur par ou contre la pile 2 à combustible et par ou contre l’électrolyseur 6. Le deuxième circuit 70 de circulation d’un deuxième fluide caloporteur pour le refroidissement de la pile 2 à combustible et de l’électrolyseur 6 comporte un (ou plusieurs) deuxième échangeur 71 de chaleur apte à extraire de la chaleur de la pile 2 à combustible et de l’électrolyseur 6 par l’intermédiaire d’une (ou plusieurs) deuxième canalisation 72, 73, 74, dans laquelle (ou dans lesquelles) passe le deuxième fluide caloporteur du deuxième circuit 70. Dans ou à proximité de l’électrolyseur 6, le deuxième fluide caloporteur absorbe de la chaleur de la chaleur de l’électrolyseur 6. Le deuxième fluide caloporteur ayant été chauffé dans l’électrolyseur 6 est envoyé dans la canalisation 74 la pile 2 à combustible. Dans ou à proximité de la pile 2 à combustible, le deuxième fluide caloporteur absorbe de la chaleur de la pile 2 à combustible. Le deuxième fluide caloporteur ayant été chauffé dans la pile 2 à combustible est envoyé dans la canalisation 72 au deuxième échangeur 71 de chaleur. Le deuxième fluide caloporteur ayant été refroidi par le deuxième échangeur 71 de chaleur est renvoyé dans la canalisation 73 à l’électrolyseur 6.According to one embodiment, in Figures 1 to 5, the supply device 1 comprises a second circuit 70 for circulating a second heat transfer fluid for cooling the fuel cell 2 and the electrolyzer 6. The second circuit 70 of circulation passes the second heat transfer fluid through or against the fuel cell 2 and through or against the electrolyser 6. The second circuit 70 for circulation of a second heat transfer fluid for cooling the fuel cell 2 and the The electrolyser 6 comprises one (or more) second heat exchanger 71 capable of extracting heat from the fuel cell 2 and the electrolyser 6 via one (or more) second pipes 72, 73, 74 , in which (or in which) the second heat transfer fluid of the second circuit 70 passes. In or near the electrolyzer 6, the second heat transfer fluid absorbs heat from the heat of the electrolyzer 6. The second heat transfer fluid having been heated in the electrolyzer 6 is sent into line 74 the fuel cell 2. In or near the fuel cell 2, the second heat transfer fluid absorbs heat from the fuel cell 2. The second heat transfer fluid having been heated in the fuel cell 2 is sent in line 72 to the second heat exchanger 71. The second heat transfer fluid having been cooled by the second heat exchanger 71 is returned in line 73 to the electrolyser 6.
Aux figures 1 à 5, le deuxième fluide caloporteur de refroidissement de l’électrolyseur 6 et de la pile 2 à combustible peut-être par exemple de l’eau glycolée ou de l’huile ou autre.In Figures 1 to 5, the second heat transfer fluid for cooling the electrolyser 6 and the fuel cell 2 may for example be glycol water or oil or other.
Suivant un mode de réalisation, aux figures 1 à 5, le deuxième échangeur 71 de chaleur est du type à grille et/ou ailettes. Le deuxième échangeur 71 de chaleur comporte un (ou plusieurs) deuxième ventilateur 45 d’air. Le deuxième ventilateur d’air fait passer contre une surface 76 du deuxième échangeur 71 de chaleur de l’air extérieur la refroidissant.According to one embodiment, in Figures 1 to 5, the second heat exchanger 71 is of the grid and/or fin type. The second heat exchanger 71 includes one (or more) second air fan 45. The second air fan causes outside air to pass against a surface 76 of the second heat exchanger 71, cooling it.
Suivant un mode de réalisation, non représenté, le premier échangeur 41 de chaleur est séparé du deuxième échangeur 71 de chaleur.According to one embodiment, not shown, the first heat exchanger 41 is separated from the second heat exchanger 71.
Suivant un mode de réalisation, aux figures 1 à 5, le premier échangeur 41 de chaleur est relié au deuxième échangeur 71 de chaleur.According to one embodiment, in Figures 1 to 5, the first heat exchanger 41 is connected to the second heat exchanger 71.
Suivant un mode de réalisation, aux figures 1 à 5, le condenseur 4 d’eau peut comporter un conduit 47 d’évacuation d’air vers l’extérieur, pour évacuer vers l’extérieur l’air envoyé par le ventilateur 45 d’air.According to one embodiment, in Figures 1 to 5, the water condenser 4 may include a conduit 47 for evacuating air to the outside, to evacuate to the outside the air sent by the fan 45 of air.
Suivant un mode de réalisation, aux figures 1, 2 et 5, un (ou plusieurs) détendeur 620 est interposé sur le conduit 62 d’éjection d’hydrogène pour l’envoi de l’hydrogène produit par l’électrolyseur 6 au premier réservoir 3 d’hydrogène. Le détendeur 620 abaisse la pression d’hydrogène de l’électrolyseur 6 vers le réservoir 3 d’hydrogène basse pression.According to one embodiment, in Figures 1, 2 and 5, one (or more) regulator 620 is interposed on the hydrogen ejection conduit 62 for sending the hydrogen produced by the electrolyser 6 to the first tank 3 of hydrogen. The regulator 620 lowers the hydrogen pressure from the electrolyzer 6 towards the low pressure hydrogen tank 3.
Suivant un mode de réalisation, aux figures 1 à 5, le réservoir 3 d’hydrogène basse pression est à hydrogène à l’état gazeux.According to one embodiment, in Figures 1 to 5, the low pressure hydrogen tank 3 is hydrogen in the gaseous state.
Suivant un mode de réalisation, aux figures 1 à 5, le réservoir 3 d’hydrogène basse pression est formé par une (ou plusieurs) enveloppe 30 de gaz d’un aérostat dirigeable, ce gaz comportant l’hydrogène. L’enveloppe 30 de gaz est faiblement ou non pressurisée. L’aérostat dirigeable peut comporter une (ou plusieurs) enveloppe 30 d’hydrogène formant le réservoir 3 d’hydrogène basse pression. L’aérostat dirigeable peut comporter, dans le mode de réalisation de la
Suivant un mode de réalisation, aux figures 1 à 5, le réservoir 3 d’hydrogène basse pression est à hydrogène à l’état gazeux à une pression égale ou légèrement supérieure à la pression ambiante d’air de l’atmosphère environnante, et notamment de l’ordre d’une pression supérieure de 100 à 500 mbar par rapport à la pression ambiante.According to one embodiment, in Figures 1 to 5, the low pressure hydrogen tank 3 is hydrogen in the gaseous state at a pressure equal to or slightly greater than the ambient air pressure of the surrounding atmosphere, and in particular of the order of a pressure higher than 100 to 500 mbar compared to the ambient pressure.
Suivant un mode de réalisation, aux figures 1 à 5, le dispositif 1 d’alimentation comporte un (ou plusieurs) compresseur 32 sur le conduit 21 d’arrivée d’hydrogène, pour comprimer l’hydrogène issu du réservoir 3 d’hydrogène vers la pile 2 à combustible.According to one embodiment, in Figures 1 to 5, the supply device 1 comprises one (or more) compressor 32 on the hydrogen inlet conduit 21, to compress the hydrogen coming from the hydrogen tank 3 towards the fuel cell 2.
Suivant un mode de réalisation, aux figures 1 à 5, le dispositif 1 d’alimentation comporte un (ou plusieurs) compresseur 28 d’air ou d’oxygène sur le conduit 22 d’arrivée d’oxygène ou d’air, pour comprimer l’oxygène ou l’air vers la pile 2 à combustible.According to one embodiment, in Figures 1 to 5, the supply device 1 comprises one (or more) air or oxygen compressor 28 on the oxygen or air inlet conduit 22, to compress oxygen or air to fuel cell 2.
Suivant un mode de réalisation, aux figures 1 à 5, le conduit 22 d’arrivée d’oxygène est relié à une entrée 25 d’air ambiant.According to one embodiment, in Figures 1 to 5, the oxygen inlet conduit 22 is connected to an ambient air inlet 25.
Suivant un mode de réalisation, aux figures 2 et 4, le dispositif 1 d’alimentation comporte un (ou plusieurs) réservoir 8 d’oxygène, qui est relié au conduit 63 d’éjection d’oxygène pour stocker l’oxygène produit par l’électrolyseur 6. L’oxygène est stocké sous forme gazeuse dans le réservoir 8.According to one embodiment, in Figures 2 and 4, the supply device 1 comprises one (or more) oxygen tank 8, which is connected to the oxygen ejection conduit 63 to store the oxygen produced by the electrolyzer 6. The oxygen is stored in gaseous form in tank 8.
Suivant un mode de réalisation, aux figures 2 et 4, le réservoir 8 d’oxygène est relié à un autre conduit 26 envoyant de l’oxygène depuis le réservoir 8 d’oxygène au conduit 22 d’arrivée d’oxygène.According to one embodiment, in Figures 2 and 4, the oxygen tank 8 is connected to another conduit 26 sending oxygen from the oxygen tank 8 to the oxygen inlet conduit 22.
Suivant un mode de réalisation, aux figures 2 et 4, le conduit 22 d’arrivée d’oxygène est relié à une entrée 25 d’air ambiant et à l’autre conduit 26 pour permettre l’envoi d’oxygène à la fois depuis l’entrée 25 d’air ambiant et depuis le réservoir 8 d’oxygène au conduit 22 d’arrivée d’oxygène. Cela permet de démarrer la pile 2 à combustible en altitude. En effet, un problème est d’envoyer une grande puissance d’un compresseur 28 d’air pour alimenter en oxygène la pile 2 à combustible en altitude. Cela permet de fournir par le réservoir 8 d’oxygène de l’oxygène pur à la pile 2 à combustible en altitude, pour une fonction de secours par exemple.According to one embodiment, in Figures 2 and 4, the oxygen inlet conduit 22 is connected to an ambient air inlet 25 and to the other conduit 26 to allow the sending of oxygen both from the ambient air inlet 25 and from the oxygen tank 8 to the oxygen inlet conduit 22. This allows fuel cell 2 to be started at altitude. Indeed, a problem is to send a large power from an air compressor 28 to supply oxygen to the fuel cell 2 at altitude. This makes it possible to supply pure oxygen from the oxygen tank 8 to the fuel cell 2 at altitude, for an emergency function for example.
Suivant un mode de réalisation, aux figures 2 et 4, le conduit 22 d’arrivée d’oxygène est relié à l’entrée 25 d’air ambiant et à l’autre conduit 26 au moins par l’intermédiaire d’un détendeur 27 d’air.According to one embodiment, in Figures 2 and 4, the oxygen inlet conduit 22 is connected to the ambient air inlet 25 and to the other conduit 26 at least via a regulator 27 of air.
Suivant un mode de réalisation, aux figures 1, 2 et 5, un (ou plusieurs) détendeur 630 est interposé sur le conduit 63 d’éjection d’oxygène pour l’envoi de l’oxygène produit par l’électrolyseur 6 au réservoir 8 d’oxygène. Le détendeur 630 abaisse la pression d’oxygène de l’électrolyseur 6 vers le réservoir 8 d’oxygène basse pression.According to one embodiment, in Figures 1, 2 and 5, one (or more) regulator 630 is interposed on the oxygen ejection conduit 63 for sending the oxygen produced by the electrolyzer 6 to the tank 8 of oxygen. The regulator 630 lowers the oxygen pressure from the electrolyzer 6 to the low pressure oxygen tank 8.
Suivant un mode de réalisation, aux figures 1 à 5, le dispositif 1 d’alimentation comporte une (ou plusieurs) pompe 64 à eau sur le conduit 61 d’arrivée d’eau pour envoyer de l’eau du réservoir 5 d’eau liquide à l’électrolyseur 6. La pompe 64 eau est entraînée par un premier moteur 65.According to one embodiment, in Figures 1 to 5, the supply device 1 comprises one (or more) water pump 64 on the water inlet conduit 61 to send water from the water tank 5 liquid to the electrolyzer 6. The water pump 64 is driven by a first motor 65.
Suivant un mode de réalisation, aux figures 3 et 4, le premier moteur 65 comporte un arbre rotatif 68 d’entraînement de la pompe 64 à eau. Une (ou plusieurs) pale 66 est disposée dans le conduit 62 d’éjection d’hydrogène et est entraînée en rotation autour d’un axe 67 de rotation par le courant d’hydrogène allant de l’électrolyseur 6 vers le réservoir 3 d’hydrogène dans le conduit 62 d’éjection d’hydrogène. L’arbre moteur 68 du premier moteur 65 d’entraînement de la pompe 64 à eau est couplé à l’axe 67 de rotation de la pale 66 pour récupérer l’énergie de la pale 66, lorsque la pale 66 est mise en rotation par le courant d’hydrogène allant de l’électrolyseur 6 vers le réservoir 3 d’hydrogène dans le conduit 62 d’éjection d’hydrogène. Cela permet de récupérer de l’énergie en sortie de l’électrolyseur 6. On diminue ainsi la quantité d’énergie consommée par le moteur 35 entraînement de la pompe 64 à eau.According to one embodiment, in Figures 3 and 4, the first motor 65 comprises a rotating shaft 68 for driving the water pump 64. One (or more) blade 66 is placed in the hydrogen ejection conduit 62 and is rotated around an axis 67 of rotation by the hydrogen current going from the electrolyser 6 towards the reservoir 3 of hydrogen in the hydrogen ejection conduit 62. The motor shaft 68 of the first motor 65 for driving the water pump 64 is coupled to the axis 67 of rotation of the blade 66 to recover the energy from the blade 66, when the blade 66 is rotated by the hydrogen current going from the electrolyzer 6 to the hydrogen tank 3 in the hydrogen ejection conduit 62. This makes it possible to recover energy at the output of the electrolyser 6. This reduces the quantity of energy consumed by the motor 35 driving the water pump 64.
Suivant un mode de réalisation, aux figures 1 à 4, l’électrolyseur 6, le conduit 61 d’arrivée d’eau, le conduit 62 d’éjection d’hydrogène, le conduit 63 d’éjection d’oxygène, le réservoir 5 d’eau liquide, le réservoir 3 d’hydrogène basse pression, la pile 2 à combustible, le conduit 21 d’arrivée d’hydrogène, le conduit 22 d’arrivée d’oxygène, le conduit 23 d’éjection d’eau et le condenseur 4 d’eau font partie d’une même unité ou assemblage, entièrement embarquée sur l’aéronef ou sur l’aérostat dirigeable.According to one embodiment, in Figures 1 to 4, the electrolyser 6, the water inlet conduit 61, the hydrogen ejection conduit 62, the oxygen ejection conduit 63, the reservoir 5 liquid water, the low pressure hydrogen tank 3, the fuel cell 2, the hydrogen inlet conduit 21, the oxygen inlet conduit 22, the water ejection conduit 23 and the water condenser 4 is part of the same unit or assembly, entirely on board the aircraft or on the airship.
Suivant un mode de réalisation, à la
Suivant un mode de réalisation, aux figures 1 à 5, une masse initiale d’hydrogène gazeux est contenue dans le réservoir 3 d’hydrogène.According to one embodiment, in Figures 1 to 5, an initial mass of hydrogen gas is contained in the hydrogen tank 3.
Suivant un mode de réalisation, aux figures 1 à 5, l’électrolyseur 6 peut être formé par un module réversible pouvant fonctionner soit en électrolyseur, soit en pile à combustible.According to one embodiment, in Figures 1 to 5, the electrolyser 6 can be formed by a reversible module which can operate either as an electrolyser or as a fuel cell.
Suivant un mode de réalisation, aux figures 1 à 5, la pile 2 à combustible peut être formée par un module réversible pouvant fonctionner soit en électrolyseur, soit en pile à combustible.According to one embodiment, in Figures 1 to 5, the fuel cell 2 can be formed by a reversible module which can operate either as an electrolyzer or as a fuel cell.
Grâce à l’invention, le système est simplifié (réservoir 3 hydrogène faiblement pressurisé, pouvant être incorporé dans l’enveloppe d’un aérostat dirigeable) et une diminution de la masse embarquée est obtenue (système de pompes et compresseurs basse pression vs haute pression). Une meilleure efficacité et une meilleure opérabilité sont obtenues.Thanks to the invention, the system is simplified (lowly pressurized hydrogen tank 3, which can be incorporated into the envelope of an airship) and a reduction in the on-board mass is obtained (system of low pressure pumps and compressors vs. high pressure ). Better efficiency and operability are achieved.
Bien entendu, les modes de réalisation, caractéristiques, possibilités et exemples décrits ci-dessus peuvent être combinés l’un avec l’autre ou être sélectionnés indépendamment l’un de l’autre.Of course, the embodiments, features, possibilities and examples described above can be combined with each other or selected independently of each other.
Claims (20)
au moins un réservoir (3) d’hydrogène basse pression,
au moins un réservoir (5) d’eau,
au moins une pile (2) à combustible, comportant au moins un conduit (21) d’arrivée d’hydrogène, qui est relié au réservoir (3) d’hydrogène, au moins un conduit (22) d’arrivée d’oxygène et au moins un conduit (23) d’éjection d’eau, qui est émise par la combustion de l’hydrogène par la pile (2) à combustible, pour générer de l’électricité sur au moins une sortie (24) de production d’électricité de la pile (2) à combustible, le conduit (23) d’éjection d’eau étant relié au réservoir (5) d’eau,
au moins un électrolyseur (6), comportant au moins un conduit (61) d’arrivée d’eau, qui est relié au réservoir (5) d’eau, au moins un conduit (62) d’éjection d’hydrogène produit par électrolyse de l’eau dans l’électrolyseur (6), qui est relié au premier réservoir (3) d’hydrogène, au moins un conduit (63) d’éjection d’oxygène produit par électrolyse de l’eau dans l’électrolyseur (6) et au moins une entrée (69) d’alimentation en électricité,
caractérisé en ce que le dispositif comporte en outre au moins un commutateur (10) configuré pour commuter un circuit électrique (200) de l’aéronef soit sur la sortie (24) de production d’électricité de la pile à combustible dans une première position de commutation, soit sur l’entrée (69) d’alimentation en électricité de l’électrolyseur (6) dans une deuxième position de commutation,
le commutateur (10) étant commandable pour être soit dans la première position de commutation, soit dans la deuxième position de commutation.Device for supplying hydrogen to an aircraft, the device comprising
at least one low pressure hydrogen tank (3),
at least one water tank (5),
at least one fuel cell (2), comprising at least one hydrogen inlet conduit (21), which is connected to the hydrogen tank (3), at least one oxygen inlet conduit (22) and at least one conduit (23) for ejecting water, which is emitted by the combustion of hydrogen by the fuel cell (2), to generate electricity on at least one production outlet (24). electricity from the fuel cell (2), the water ejection conduit (23) being connected to the water tank (5),
at least one electrolyser (6), comprising at least one water inlet conduit (61), which is connected to the water tank (5), at least one hydrogen ejection conduit (62) produced by electrolysis of water in the electrolyser (6), which is connected to the first hydrogen tank (3), at least one conduit (63) for ejecting oxygen produced by electrolysis of water in the electrolyser (6) and at least one electricity supply input (69),
characterized in that the device further comprises at least one switch (10) configured to switch an electrical circuit (200) of the aircraft either on the electricity production output (24) of the fuel cell in a first position switching, either on the electricity supply input (69) of the electrolyser (6) in a second switching position,
the switch (10) being controllable to be either in the first switching position or in the second switching position.
dans la première position de commutation le commutateur (10) reliant la troisième borne électrique (103) à la première borne électrique (101) et la troisième borne électrique (103) n’étant pas reliée à la deuxième borne électrique (102), pour faire fonctionner la pile (2) à combustible sur le circuit électrique (200) de l’aéronef sans faire fonctionner l’électrolyseur (6), et
dans la deuxième position de commutation le commutateur (10) reliant la troisième borne électrique (103) à la deuxième borne électrique (102) et la troisième borne électrique (103) n’étant pas reliée à première borne électrique (101), pour faire fonctionner l’électrolyseur (6) sur le circuit électrique (200) de l’aéronef sans faire fonctionner la pile (2) à combustible,
le dispositif comporte au moins un convertisseur électrique (9) connecté entre la troisième borne électrique (103) du commutateur (10) et le circuit électrique (200) de l’aéronef,
la troisième borne électrique (103) du commutateur (10) est reliée à au moins un dispositif consommateur (201) d’électricité du circuit électrique (200) de l’aéronef dans la première position de commutation,
la troisième borne électrique (103) du commutateur (10) est reliée à au moins un dispositif (202) d’alimentation en électricité du circuit électrique (200) de l’aéronef dans la deuxième position de commutation.Device according to claim 1, characterized in that the switch (10) comprises a first electrical terminal (101) connected to the electricity production output (24) of the fuel cell (2), a second electrical terminal (102 ) connected to the electricity supply input (69) of the electrolyser (6), and a third electrical terminal (103) connected to at least one electrical circuit (200) of the aircraft,
in the first switching position the switch (10) connecting the third electrical terminal (103) to the first electrical terminal (101) and the third electrical terminal (103) not being connected to the second electrical terminal (102), for operate the fuel cell (2) on the electrical circuit (200) of the aircraft without operating the electrolyser (6), and
in the second switching position the switch (10) connecting the third electrical terminal (103) to the second electrical terminal (102) and the third electrical terminal (103) not being connected to the first electrical terminal (101), to make operate the electrolyser (6) on the electrical circuit (200) of the aircraft without operating the fuel cell (2),
the device comprises at least one electrical converter (9) connected between the third electrical terminal (103) of the switch (10) and the electrical circuit (200) of the aircraft,
the third electrical terminal (103) of the switch (10) is connected to at least one electricity consuming device (201) of the electrical circuit (200) of the aircraft in the first switching position,
the third electrical terminal (103) of the switch (10) is connected to at least one device (202) for supplying electricity to the electrical circuit (200) of the aircraft in the second switching position.
un premier circuit (40) de circulation d’un premier fluide caloporteur pour le refroidissement du condenseur (4) d’eau, le premier circuit (40) de circulation du premier fluide caloporteur passant par ou contre le condenseur (4) d’eau et comportant au moins un premier échangeur (41) de chaleur apte à retirer de la chaleur au condenseur (4) d’eau par l’intermédiaire d’au moins une première canalisation (42, 43) de passage du premier fluide caloporteur du premier circuit (40),
et/ou
un deuxième circuit (70) de circulation d’un deuxième fluide caloporteur pour le refroidissement de la pile (2) à combustible et de l’électrolyseur (6), le deuxième circuit (70) de circulation du deuxième fluide caloporteur passant par ou contre la pile (2) à combustible et par ou contre l’électrolyseur (6) et comportant au moins un deuxième échangeur (71) de chaleur apte à extraire de la chaleur de la pile (2) à combustible et de l’électrolyseur (6) par l’intermédiaire d’au moins une deuxième canalisation (72, 73, 74) de passage du deuxième fluide caloporteur du deuxième circuit (70).Device according to claim 4, characterized in that it comprises
a first circuit (40) for circulating a first heat transfer fluid for cooling the water condenser (4), the first circuit (40) for circulating the first heat transfer fluid passing through or against the water condenser (4) and comprising at least one first heat exchanger (41) capable of removing heat from the water condenser (4) via at least one first pipe (42, 43) for passing the first heat transfer fluid from the first circuit (40),
and or
a second circuit (70) for circulating a second heat transfer fluid for cooling the fuel cell (2) and the electrolyser (6), the second circuit (70) for circulating the second heat transfer fluid passing through or against the fuel cell (2) and by or against the electrolyser (6) and comprising at least a second heat exchanger (71) capable of extracting heat from the fuel cell (2) and the electrolyser (6 ) via at least a second pipe (72, 73, 74) for the passage of the second heat transfer fluid of the second circuit (70).
le conduit (22) d’arrivée d’oxygène étant relié à une entrée (25) d’air ambiant et à un autre conduit (26) d’arrivée d’oxygène depuis le réservoir (8) d’oxygène pour permettre l’envoi d’oxygène à la fois depuis l’entrée (25) d’air ambiant et le réservoir (8) d’oxygène au conduit (22) d’arrivée d’oxygène.Device according to any one of claims 1 to 10, characterized in that it further comprises an oxygen tank (8), which is connected to the oxygen ejection conduit (63) to receive oxygen produced by the electrolyzer (6),
the oxygen inlet conduit (22) being connected to an ambient air inlet (25) and to another oxygen inlet conduit (26) from the oxygen tank (8) to allow the sending oxygen both from the ambient air inlet (25) and the oxygen tank (8) to the oxygen inlet conduit (22).
l’arbre moteur (68) du premier moteur (65) d’entraînement de la pompe (64) à eau étant couplé à l’axe (67) de rotation de la pale (66) pour récupérer l’énergie de la pale (66).Device according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises at least one water pump (64) on the water inlet conduit (61) to send water from the reservoir (5) to liquid water to the electrolyzer (6), a first motor (65) having a rotary shaft (68) for driving the water pump (64), and at least one blade (66), which is arranged in the hydrogen ejection conduit (62) and which is driven in rotation around an axis (67) of rotation by the hydrogen current going from the electrolyser (6) towards the hydrogen tank (3) in the hydrogen ejection conduit (62),
the motor shaft (68) of the first motor (65) driving the water pump (64) being coupled to the axis (67) of rotation of the blade (66) to recover the energy of the blade ( 66).
le réservoir (3) d’hydrogène basse pression, la pile (2) à combustible, le conduit (21) d’arrivée d’hydrogène, le conduit (22) d’arrivée d’oxygène et le condenseur (4) d’eau font partie d’une deuxième unité (200), qui est séparable de la première unité (100).Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the electrolyser (6), the water inlet conduit (61) and the liquid water reservoir (5) form part of a first unit ( 100),
the low pressure hydrogen tank (3), the fuel cell (2), the hydrogen inlet conduit (21), the oxygen inlet conduit (22) and the oxygen inlet condenser (4). water are part of a second unit (200), which is separable from the first unit (100).
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