FR3138852A1 - Système de distribution en premier fluide pour une pile à combustible, système de production d’énergie électrique et procédé d’alimentation associés - Google Patents
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Abstract
Système de distribution en premier fluide pour une pile à combustible, système de production d’énergie électrique et procédé d’alimentation associés L’invention concerne un système de distribution (18) en premier fluide pour une pile à combustible (16) d’un système de génération d’énergie électrique (10). Le système de distribution (18) comprend : - une première ligne d’approvisionnement (40) destinée à être connectée fluidiquement à une première source d’alimentation (12) en premier fluide, et une deuxième ligne d’approvisionnement (42) destinée à être connectée fluidiquement à une deuxième source d’alimentation (14) en premier fluide, - une ligne de purge (44), - une ligne d’alimentation (46), - un premier dispositif de distribution de débit (48) de premier fluide et un deuxième dispositif de distribution de débit (50) de premier fluide. Chaque dispositif de distribution de débit (48, 50) est déplaçable entre une position fermée, une position de purge, et une position d’alimentation. Figure pour l'abrégé : Figure 1
Description
La présente invention concerne un système de distribution en premier fluide pour une pile à combustible. En particulier, la pile à combustible fait partie d’un système de génération d’énergie électrique par réaction d’oxydoréduction entre un premier fluide, de préférence gazeux, et un deuxième fluide. Le système de génération d’énergie électrique est de préférence un système transportable, c’est-à-dire apte à être déplacé vers une région d’intérêt. Par exemple, le système de génération d’énergie électrique est déplaçable par des engins de levage et transportable par un moyen de transport tel qu’un camion, un train, un bateau ou un avion.
La région d’intérêt est par exemple une région hors réseau électrique où l’autosuffisance énergétique est requise, telle qu’une station de base, un village éloigné, une base de recherche, etc. En variante, le système de génération d’énergie électrique est un système d’appoint adapté pour générer de l’énergie électrique en complément d’une autre énergie électrique générée par un autre système, de manière temporaire ou continue.
Pour permettre un fonctionnement en continu de la pile à combustible, cette dernière est généralement alimentée par plusieurs sources d’alimentation en premier fluide gazeux.
Lorsqu’une des sources d’alimentation est épuisée, elle est remplacée par une source d’alimentation de rechange pour permettre à la pile à combustible de continuer à fonctionner.
Le retrait d’une source d’alimentation et l’installation de la source d’alimentation de rechange entraine l’injection d’air dans le système de distribution en premier fluide, ce qui a pour conséquence de diminuer la concentration en premier fluide à l’entrée de la pile à combustible entrainant, sans une purge préalable, un dysfonctionnement de la pile à combustible ou une usure prématurée de la pile à combustible.
Un but de l’invention est de proposer un système de distribution en premier fluide pour une pile à combustible qui permette de pallier les inconvénients précités.
A cet effet, l’objet de l’invention concerne un système de distribution en premier fluide pour une pile à combustible d’un système de génération d’énergie électrique, le système de distribution comprenant :
- au moins une première ligne d’approvisionnement destinée à être connectée fluidiquement à une première source d’alimentation en premier fluide, et une deuxième ligne d’approvisionnement destinée à être connectée fluidiquement à une deuxième source d’alimentation en premier fluide,
- une ligne de purge comprenant un dispositif de limitation de débit adapté pour limiter le débit en sortie de la ligne de purge, la ligne de purge étant destinée à être en communication fluidique avec une atmosphère entourant le système de distribution,
- une ligne d’alimentation destinée à être connectée fluidiquement à la pile à combustible,
- au moins un premier dispositif de distribution de débit de premier fluide et un deuxième dispositif de distribution de débit de premier fluide, le premier dispositif de distribution de débit étant connecté fluidiquement à la première ligne d’approvisionnement, à la ligne d’alimentation et à la ligne de purge, le deuxième dispositif de distribution de débit étant connecté fluidiquement à la deuxième ligne d’approvisionnement, à la ligne d’alimentation et à la ligne de purge,
chaque dispositif de distribution de débit parmi le premier dispositif de distribution de débit et le deuxième dispositif de distribution de débit étant déplaçable entre :
une position fermée dans laquelle ledit dispositif de distribution de débit empêche le passage du premier fluide entre la ligne d’approvisionnement correspondante et la ligne d’alimentation, et empêche le passage du premier fluide entre la ligne d’approvisionnement correspondante et la ligne de purge,
une position de purge dans laquelle ledit dispositif de distribution de débit autorise le passage du premier fluide entre la ligne d’approvisionnement correspondante et la ligne de purge, et empêche le passage du premier fluide entre la ligne d’approvisionnement correspondante et la ligne d’alimentation, et
une position d’alimentation dans laquelle ledit dispositif de distribution de débit autorise le passage du premier fluide entre la ligne d’approvisionnement correspondante et la ligne d’alimentation et empêche le passage du premier fluide entre la ligne d’approvisionnement correspondante et la ligne de purge.
Ainsi, le système de distribution permet de purger la première ligne d’approvisionnement tout en continuant d’alimenter la pile à combustible en premier fluide avec la deuxième source d’alimentation, notamment lors d’une étape de réapprovisionnement, lorsque la première source d’alimentation est connectée au système de distribution.
Le système de distribution peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- le dispositif de limitation de débit comprend un orifice calibré ;
- l’orifice calibré présente un diamètre inférieur à 0,50 mm, de préférence inférieur à 0,35 mm ; et
- chacun des premier et deuxième dispositifs de distribution de débit comprend une vanne trois voies.
L’invention concerne également un système de génération d’énergie électrique comprenant :
- au moins une première et une deuxième sources d’alimentation en premier fluide,
- une pile à combustible,
- un système de distribution tel que décrit ci-dessus,
la première source d’alimentation étant connectée fluidiquement à la première ligne d’approvisionnement, la deuxième source d’alimentation étant connectée fluidiquement à la deuxième ligne d’approvisionnement, la pile à combustible étant connectée fluidiquement à la ligne d’alimentation.
L’invention concerne en outre un procédé d’alimentation en premier fluide d’une pile à combustible d’un système de génération d’énergie électrique, ledit système étant tel que défini plus haut, le procédé comprenant les étapes suivantes :
• déplacer au moins le premier dispositif de distribution de débit de la position fermée vers la position d’alimentation pour alimenter la pile à combustible en premier fluide,
• démarrer la pile à combustible.
Le procédé peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- le procédé comprend, avant de démarrer la pile à combustible, une purge de la ligne d’alimentation et de la première ligne d’approvisionnement avec un dispositif de purge de la pile à combustible ;
- le procédé comprend les étapes suivantes :
• avant que la première source d’alimentation soit vide, déplacer le deuxième dispositif de distribution de débit de la position fermée vers la position de purge,
• purger la deuxième ligne d’approvisionnement,
• déplacer le deuxième dispositif de distribution de débit de la position de purge vers la position d’alimentation pour alimenter la pile à combustible avec la deuxième source d’alimentation ;
- le procédé comprend les étapes suivantes :
• déplacer le premier dispositif de distribution de débit de la position d’alimentation vers la position fermée,
• remplacer la première source d’alimentation par une source d’alimentation de rechange en premier fluide ;
- le procédé comprend les étapes suivantes :
• avant que la deuxième source d’alimentation soit vide, déplacer le premier dispositif de distribution de débit de la position fermée vers la position de purge,
• purger la première ligne d’approvisionnement,
• déplacer le premier dispositif de distribution de débit de la position de purge vers la position d’alimentation pour alimenter la pile à combustible avec la source d’alimentation de rechange.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, faite uniquement à titre d’exemple, en référence aux dessins annexés, parmi lesquels :
- la est une représentation schématique d’un système de génération d’énergie électrique selon l’invention.
Dans la suite de la description, les termes « amont » et « aval » sont utilisés en référence à la circulation du premier fluide depuis la ou les sources d’alimentation vers la pile à combustible.
Sur la unique, on a représenté de manière schématique un système de génération d’énergie électrique 10 selon l’invention.
Le système de génération d’énergie électrique 10 comprend au moins une première source d’alimentation 12 en premier fluide, au moins une deuxième source d’alimentation 14 en premier fluide, une pile à combustible 16 et un système de distribution 18.
Dans l’exemple illustré, le système de génération d’énergie électrique 10 comprend en outre une troisième source d’alimentation 20 en premier fluide et une quatrième source d’alimentation 22 en premier fluide.
Il est entendu que selon l’invention, le système de génération d’énergie électrique 10 peut comprendre un nombre quelconque de sources d’alimentation en premier fluide, au moins égal à deux, de préférence compris entre deux et douze sources d’alimentation en premier fluide.
De préférence, le système de génération d’énergie électrique 10 comprend, pour chacune des sources d’alimentation 12, 14, 20, 22, une vanne de service 24, 26, 28, 30 connectée fluidiquement à une sortie de la source d’alimentation 12, 14, 20, 22, et un dispositif de détente 32, 34, 36, 38 connecté fluidiquement à la source d’alimentation 12, 14, 20, 22 et au système de distribution 18, disposé de préférence en aval de la vanne de service 24, 26, 28, 30.
Le système de distribution 18 selon l’invention comprend au moins une première ligne d’approvisionnement 40 connectée fluidiquement à la première source d’alimentation 12, une deuxième ligne d’approvisionnement 42 connectée fluidiquement à la deuxième source d’alimentation 14, une ligne de purge 44, une ligne d’alimentation 46 connectée fluidiquement à la pile à combustible 16, au moins un premier dispositif de distribution de débit 48 de premier fluide et un deuxième dispositif de distribution de débit 50 de premier fluide.
Dans l’exemple illustré sur la , le système de distribution 18 comprend en outre une troisième ligne d’approvisionnement 52 et une quatrième ligne d’approvisionnement 54, un troisième dispositif de distribution de débit 56 de premier fluide, et un quatrième dispositif de distribution de débit 58 de premier fluide.
La pile à combustible 16 est connectée fluidiquement au système de distribution 18.
La pile à combustible 16 est apte à générer l’énergie électrique par réaction d’oxydoréduction entre le premier fluide et un deuxième fluide. Le premier fluide est par exemple un premier fluide gazeux, tel que du dihydrogène. Le deuxième fluide est par exemple le dioxygène présent dans l’atmosphère entourant le système de génération d’énergie électrique 10.
De préférence, la pile à combustible 16 est une pile utilisant la technologie à membrane d’échange de protons, plus souvent désignée sous l’abréviation PEM renvoyant à la dénomination anglaise de « Proton Exchange Membrane ».
Chaque source d’alimentation 12, 14, 20, 22 est connectée fluidiquement au système de distribution 18. En particulier, chaque source d’alimentation 12, 14, 20, 22 est connectée à une ligne d’approvisionnement 40, 42, 52, 54 correspondante du système de distribution 18. Ainsi, dans l’exemple illustré, la première source d’alimentation 12 est connectée fluidiquement à la premier ligne d’approvisionnement 40. La deuxième source d’alimentation 14 est connectée fluidiquement à la deuxième ligne d’approvisionnement 42. La troisième source d’alimentation 20 est connectée fluidiquement à la troisième ligne d’approvisionnement 52. La quatrième source d’alimentation 22 est connectée fluidiquement à la quatrième ligne d’approvisionnement 54.
Chaque source d’alimentation 12, 14, 20, 22 comprend un réservoir ou plusieurs réservoirs connectés entre eux. Chaque réservoir comprend un volume de premier fluide gazeux stocké à une pression de stockage initiale comprise entre 150 bars et 300 bars, par exemple 200 bars. Par « pression de stockage initiale », on entend la pression du premier fluide gazeux à l’intérieur de la source d’alimentation avant la consommation du premier fluide par la pile à combustible 16. La pression de stockage à l’intérieur de la source d’alimentation 12, 14, 20, 22 diminue au fur et à mesure de l’alimentation du système de distribution 18 et de la consommation du premier fluide gazeux par la pile à combustible 16.
Ainsi, dans l’exemple illustré sur la , la première source d’alimentation 12 est adaptée pour stocker le premier fluide à une première pression de stockage. La deuxième source d’alimentation 14 est adaptée pour stocker le premier fluide à une deuxième pression de stockage. Par ailleurs, la troisième source d’alimentation 20 est adaptée pour stocker le premier fluide à une troisième pression de stockage. La quatrième source d’alimentation 22 est adaptée pour stocker le premier fluide à une quatrième pression de stockage. Par exemple, la première pression de stockage, la deuxième pression de stockage, la troisième pression de stockage et la quatrième pression de stockage sont sensiblement identiques entre elles.
Dans l’exemple illustré, le système de génération d’énergie électrique 10 comprend une première vanne de service 24 connectée fluidiquement à une sortie de la première source d’alimentation 12 et à une première entrée du système de distribution 18, une deuxième vanne de service 26 connectée fluidiquement à une sortie de la deuxième source d’alimentation 14 et à une deuxième entrée du système de distribution 18, une troisième vanne de service 28 connectée fluidiquement à une sortie de la troisième source d’alimentation 20 et à une troisième entrée du système de distribution 18 et une quatrième vanne de service 30 connectée fluidiquement à une sortie de la quatrième source d’alimentation 22 et à une quatrième entrée du système de distribution 18.
Chaque vanne de service 24, 26, 28, 30 est déplaçable entre une position ouverte dans laquelle la vanne de service 24, 26, 28, 30 autorise le passage du premier fluide gazeux entre la source d’alimentation 12, 14, 20, 22 correspondante et le système de distribution 18, et une position fermée dans laquelle la vanne de service 24, 26, 28, 30 empêche le passage du premier fluide gazeux entre la source d’alimentation 12, 14, 20, 22 correspondante et le système de distribution 18.
Dans l’exemple illustré, le système de génération d’énergie électrique 10 comprend un premier dispositif de détente 32 connecté fluidiquement à la première source d’alimentation 12 et au système de distribution 18, de préférence entre la première vanne de service 24 et le système de distribution 18, un deuxième dispositif de détente 36 connecté fluidiquement à la deuxième source d’alimentation 14 et au système de distribution 18, de préférence entre la deuxième vanne de service 26 et le système de distribution 18, un troisième dispositif de détente 38 connecté fluidiquement à la troisième source d’alimentation 20 et au système de distribution 18, de préférence entre la troisième vanne de service 28 et le système de distribution 18, et un quatrième dispositif de détente 38 connecté fluidiquement à la quatrième source d’alimentation 22 et au système de distribution 18, de préférence entre la quatrième vanne de service 30 et le système de distribution 18.
Chaque dispositif de détente 32, 34, 36, 38 est adapté pour alimenter en premier fluide gazeux la ligne d’approvisionnement 40, 42, 52, 54 correspondante et réguler la pression d’alimentation, c’est-à-dire la pression de la ligne d’approvisionnement 40, 42, 52, 54 correspondante, à une pression de consigne.
De préférence, la pression de consigne est comprise entre 10 bars et 30 bars, par exemple 20 bars. Les pressions de consigne des dispositifs de détente 32, 34, 36, 38 sont de préférence sensiblement identiques entre elles.
Le système de distribution 18 connecte fluidiquement la pile à combustible 16 aux sources d’alimentation 12, 14, 20, 22 en premier fluide.
Chaque ligne d’approvisionnement 40, 42, 52, 54 comprend une entrée 68 connectée fluidiquement à une source d’alimentation 12, 14, 20, 22 en premier fluide correspondante et une sortie 70, située en aval de l’entrée 68, connectée fluidiquement à un dispositif de distribution de débit 48, 50, 56, 58 de premier fluide correspondant.
Ainsi, dans l’exemple illustré, la première ligne d’approvisionnement 40 comprend une entrée 68 connectée fluidiquement à la première source d’alimentation 12 en premier fluide et une sortie 70, située en aval de l’entrée 68, connectée fluidiquement au premier dispositif de distribution de débit 48 de premier fluide. La deuxième ligne d’approvisionnement 42 comprend une entrée 68 connectée fluidiquement à la deuxième source d’alimentation 14 en premier fluide et une sortie 70, située en aval de l’entrée 68, connectée fluidiquement au deuxième dispositif de distribution de débit 50 de premier fluide. La troisième ligne d’approvisionnement 52 comprend une entrée 68 connectée fluidiquement à la troisième source d’alimentation 20 en premier fluide et une sortie 70, située en aval de l’entrée 68, connectée fluidiquement au troisième dispositif de distribution de débit 56 de premier fluide. La quatrième ligne d’approvisionnement 54 comprend une entrée 68 connectée fluidiquement à la quatrième source d’alimentation 22 en premier fluide et une sortie 70, située en aval de l’entrée 68, connectée fluidiquement au quatrième dispositif de distribution de débit 58 de premier fluide.
La ligne d’alimentation 46 connecte fluidiquement chacun des dispositifs de distribution de débit 48, 50, 56, 58 de premier fluide à la pile à combustible 16.
De préférence, comme illustré sur la , le système de distribution 18 comprend une ligne d’alimentation auxiliaire 72, 74, 76 ,78 connectant fluidiquement chacun des dispositifs de distribution de débit 48, 50, 56, 58 de premier fluide à la ligne d’alimentation 46.
Ainsi, le système de distribution 18 comprend une première ligne d’alimentation auxiliaire 72 connectant fluidiquement le premier dispositif de distribution de débit 48 à la ligne d’alimentation 46, une deuxième ligne d’alimentation auxiliaire 74 connectant fluidiquement le deuxième dispositif de distribution de débit 50 à la ligne d’alimentation 46, une troisième ligne d’alimentation auxiliaire 76 connectant fluidiquement le troisième dispositif de distribution de débit 56 à la ligne d’alimentation 46 et une quatrième ligne d’alimentation auxiliaire 78 connectant fluidiquement le quatrième dispositif de distribution de débit 58 à la ligne d’alimentation 46.
La ligne de purge 44 est connectée fluidiquement à chacun des dispositifs de distribution de débit 48, 50, 56, 58 en premier fluide. La ligne de purge 44 est adaptée pour purger un volume de fluide gazeux vers l’atmosphère entourant le système de distribution 18, c’est-à-dire que la ligne de purge 44 est en communication fluidique avec l’atmosphère entourant le système de distribution 18.
Selon l’invention, la ligne de purge 44 comprend un dispositif de limitation de débit 80 adapté pour limiter le débit en sortie de la ligne de purge 44. De préférence, le dispositif de limitation de débit 80 comprend un orifice calibré 82.
Avantageusement, la dimension de l’orifice calibré 82 est choisie pour éviter la formation d’atmosphères explosives, (dite zone ATEX). Dans ce type de zone, le mélange entre l’air et le premier fluide gazeux est tel, qu’après inflammation, la combustion se propage à l’ensemble du mélange non brûlé.
Pour dimensionner l’orifice calibré 82, l’homme du métier peut par exemple se référer à la norme NF EN 60079-10-1 du 27 mai 2016 relative aux Atmosphères Explosives, et en particulier à la section C.3 concernant l’évaluation de la ventilation et de la dilution, et de leurs effets sur l’emplacement dangereux. En particulier, de préférence, l’orifice calibré 82 est dimensionné de sorte que le degré de dilution soit élevé au sens de la norme précitée (figure C.1 de la norme précitée).
En particulier, l’orifice calibré 82 est dimensionné de sorte que, selon la norme NF EN 60079-10-1 du 27 mai 2016, l’intersection entre la valeur de la caractéristique de dégagement et la vitesse de ventilation se trouve dans la zone du graphique de la figure C.1 de « dilution élevée ».
La caractéristique de dégagement est égale à . est le taux de dégagement. est la densité du premier fluide gazeux. est un facteur de sécurité compris entre 0,5 et 1,0. est la limite inférieure d »inflammabilité du premier fluide gazeux.
La vitesse de ventilation est la vitesse du vent à l’extérieur, c’est-à-dire la vitesse du vent autour de l’orifice calibré.
Avantageusement, le diamètre de l’orifice calibré 82 est inférieur ou égal à 0,50 mm, de préférence inférieur ou égal à 0,35 mm.
De préférence, le système de distribution 18 comprend une pluralité de lignes de purge auxiliaires 84, 86, 88, 90 connectant fluidiquement chacun des dispositifs de distribution de débit 48, 50, 56, 58 à la ligne de purge 44.
Ainsi, comme illustré sur la , le système de distribution 18 comprend une première ligne de purge auxiliaire 84 connectant fluidiquement le premier dispositif de distribution de débit 48 et la ligne de purge 44, une deuxième ligne de purge auxiliaire 86 connectant fluidiquement le deuxième dispositif de distribution de débit 50 et la ligne de purge 44, une troisième ligne de purge auxiliaire 88 connectant fluidiquement le troisième dispositif de distribution de débit 56 et la ligne de purge 44, et une quatrième ligne de purge auxiliaire 90 connectant fluidiquement le quatrième dispositif de distribution de débit 58 et la ligne de purge 44.
Chaque dispositif de distribution de débit 48, 50, 56, 58 parmi le premier dispositif de distribution de débit 48, le deuxième dispositif de distribution de débit 50, le troisième dispositif de distribution de débit 56, et le quatrième dispositif de distribution de débit 58, est déplaçable entre une position fermée, une position de purge et une position d’alimentation.
Le dispositif de distribution de débit 48, 50, 56, 58 est déplaçable de manière réversible entre les différentes positions. Le déplacement s’effectue par exemple de manière manuelle. En variante, le système de distribution 18 comprend une unité de contrôle (non représentée) configurée pour contrôler le déplacement des dispositifs de distribution de débit 48, 50, 56, 58 entre les différentes positions.
Dans la position fermée, le dispositif de distribution de débit 48, 50, 56, 58 empêche le passage du premier fluide entre la ligne d’approvisionnement 40, 42, 52, 54 correspondante et la ligne d’alimentation 46, et empêche le passage du premier fluide entre la ligne d’approvisionnement 40, 42, 52, 54 correspondante et la ligne de purge 44.
Dans la position de purge, le dispositif de distribution de débit 48, 50, 56, 58 autorise le passage du premier fluide entre la ligne d’approvisionnement 40, 42, 52, 54 correspondante et la ligne de purge 44, et empêche le passage du premier fluide entre la ligne d’approvisionnement 40, 42, 52, 54 correspondante et la ligne d’alimentation 46.
Dans la position d’alimentation, le dispositif de distribution de débit 48, 50, 56, 58 autorise le passage du premier fluide entre la ligne d’approvisionnement 40, 42, 52, 54 correspondante et la ligne d’alimentation 46 et empêche le passage du premier fluide entre la ligne d’approvisionnement 40, 42, 52, 54 correspondante et la ligne de purge 44.
Par exemple, chacun des dispositifs de distribution de débit 48, 50, 56, 58 comprend une vanne trois voies 92. La vanne trois voies 92 est déplaçable de manière réversible entre la position fermée, la position de purge et la position d’alimentation.
En variante (non représenté), chacun des dispositifs de distribution de débit 48, 50, 56, 58 comprend une première vanne deux voies et une deuxième vanne deux voies connectées en parallèle. La première vanne deux voies connecte fluidiquement la ligne d’approvisionnement 40, 42, 52, 54 correspondante et la ligne d’alimentation 46. La deuxième vanne deux voies connecte fluidiquement la ligne d’approvisionnement 40, 42, 52, 54 correspondante et la ligne de purge 44.
La première vanne deux voies est déplaçable entre une position fermée dans laquelle la première vanne deux voies empêche le passage du premier fluide entre la ligne d’approvisionnement 40, 42, 52, 54 correspondante et la ligne d’alimentation 46 et une position ouverte dans laquelle la première vanne deux voies autorise le passage du premier fluide entre la ligne d’alimentation 40, 42, 52, 54 correspondante et la ligne d’alimentation 46.
La deuxième vanne deux voies est déplaçable entre une position fermée dans laquelle la deuxième vanne deux voies empêche le passage du premier fluide entre la ligne d’approvisionnement 40, 42, 52, 54 et la ligne de purge 44 et une position ouverte dans laquelle la deuxième vanne deux voies autorise le passage du premier fluide entre la ligne d’alimentation 40, 42, 52, 54 correspondante et la ligne de purge 44.
Ainsi, dans la position fermée du dispositif de distribution de débit 48, 50, 56, 58, la première vanne deux voies et la deuxième vanne deux voies sont toutes les deux en position fermée. Dans la position de purge du dispositif de distribution de débit 48, 50, 56, 58, la première vanne deux voies est dans la position fermée et la deuxième vanne deux voies est dans la position ouverte. Dans la position d’alimentation du dispositif de distribution de débit 48, 50, 56, 58, la première vanne deux voies est dans la position ouverte et la deuxième vanne deux voies est dans la position fermée.
Un procédé d’alimentation en premier fluide d’une pile à combustible 16 du système de génération d’énergie électrique 10 est maintenant décrit.
Tout d’abord, on connecte fluidiquement la première source d’alimentation 12 en premier fluide, la deuxième source d’alimentation 14 en premier fluide, la troisième source d’alimentation 20 en premier fluide et la quatrième source d’alimentation 22 en premier fluide au système de distribution 18.
En particulier, la première source d’alimentation 12 est connectée fluidiquement à la première ligne d’approvisionnement 40, la deuxième source d’alimentation 14 est connectée fluidiquement à la deuxième d’approvisionnement 42, la troisième source d’alimentation 20 est connectée fluidiquement à la troisième ligne d’approvisionnement 52, et la quatrième source d’alimentation 22 est connectée fluidiquement à la quatrième ligne d’approvisionnement 54.
Le premier dispositif de distribution de débit 48, le deuxième dispositif de distribution de débit 50, le troisième dispositif de distribution de débit 56 et le quatrième dispositif de distribution de débit 58 sont chacun en position fermée.
On déplace alors au moins le premier dispositif de distribution de débit 48 de la position fermée vers la position d’alimentation pour alimenter la pile à combustible 16 en premier fluide, avant de démarrer la pile à combustible 16.
De préférence, avant de démarrer la pile à combustible 16, on purge la ligne d’alimentation 46 et au moins la première ligne d’approvisionnement 40 avec un dispositif de purge 94 de la pile à combustible 16.
Avantageusement, avant que la première source d’alimentation 12 soit vide, on déplace le deuxième dispositif de distribution de débit 50 de la position fermée vers la position de purge. On purge alors la deuxième ligne d’approvisionnement 42.
On déplace ensuite le deuxième dispositif de distribution de débit 50 de la position de purge vers la position d’alimentation pour alimenter la pile à combustible 16 avec la deuxième source d’alimentation 14.
Lorsque l’on souhaite remplacer la première source d’alimentation 12, on déplace le premier dispositif de distribution de débit 48 de la position d’alimentation vers la position fermée. On déconnecte la première source d’alimentation 12 du système de distribution 18 et on connecte fluidiquement une source d’alimentation de rechange 96.
De préférence, avant que la deuxième source d’alimentation 14 soit vide, on déplace le premier dispositif de distribution de débit 48 de la position fermée vers la position de purge.
On purge la première ligne d’approvisionnement 40.
On déplace ensuite le premier dispositif de distribution de débit 48 de la position de purge vers la position d’alimentation pour alimenter la pile à combustible 16 avec la source d’alimentation de rechange 96.
On comprend que la même opération de rechange peut être effectuer avec la deuxième source d’alimentation 14 lorsque celle-ci est vide et que le système de distribution 18 permet un approvisionnement en continu de la pile à combustible 16 en premier fluide sans diluer le premier fluide avec l’air présent dans le système de distribution 18, à l’entrée de la pile à combustible 16.
En variante, avant de démarrer la pile à combustible 16, on peut déplacer en outre le deuxième dispositif de distribution de débit 50 et/ou le troisième dispositif de distribution de débit 56 et/ou le quatrième dispositif de débit 58, de la position fermée vers la position d’alimentation pour alimenter la pile à combustible 16 avec plusieurs sources d’alimentation 14, 20, 22 en même temps.
De préférence, avant de démarrer la pile à combustible 16, on purge alors la ligne d’alimentation 46, la première ligne d’approvisionnement 72, la deuxième ligne d’approvisionnement 74 et/ou la troisième ligne d’approvisionnement 76 et/ou la quatrième ligne d’approvisionnement 78 avec le dispositif de purge 94 de la pile à combustible 16.
On peut alors, avant que l’une des sources d’alimentation 12, 14, 20, 22 soit vide, déplacer un des dispositifs de distribution de débit 48, 50, 56, 58 de la position d’alimentation vers la position fermée, remplacer la source d’alimentation 12, 14, 20, 22 qui y était connectée par une source d’alimentation de rechange 96. Puis, on déplace le dispositif de distribution de débit 48, 50, 56, 58 correspondant de la position fermée vers la position de purge pour purger la ligne d’approvisionnement 40, 42, 52, 54 correspondante, avant de déplacer le dispositif de distribution de débit 48, 50, 56, 58 correspondant de la position de purge vers la position d’alimentation pour alimenter la pile à combustible 16 avec le premier fluide de la source d’alimentation de rechange 96.
Claims (10)
- Système de distribution (18) en premier fluide pour une pile à combustible (16) d’un système de génération d’énergie électrique (10), le système de distribution (18) comprenant :
- au moins une première ligne d’approvisionnement (40) destinée à être connectée fluidiquement à une première source d’alimentation (12) en premier fluide, et une deuxième ligne d’approvisionnement (42) destinée à être connectée fluidiquement à une deuxième source d’alimentation (14) en premier fluide,
- une ligne de purge (44) comprenant un dispositif de limitation de débit (80) adapté pour limiter le débit en sortie de la ligne de purge (44), la ligne de purge (44) étant destinée à être en communication fluidique avec une atmosphère entourant le système de distribution (18),
- une ligne d’alimentation (46) destinée à être connectée fluidiquement à la pile à combustible (16),
- au moins un premier dispositif de distribution de débit (48) de premier fluide et un deuxième dispositif de distribution de débit (50) de premier fluide, le premier dispositif de distribution de débit (48) étant connecté fluidiquement à la première ligne d’approvisionnement (40), à la ligne d’alimentation (46) et à la ligne de purge (44), le deuxième dispositif de distribution de débit (50) étant connecté fluidiquement à la deuxième ligne d’approvisionnement (42), à la ligne d’alimentation (46) et à la ligne de purge (44),
chaque dispositif de distribution de débit (48, 50) parmi le premier dispositif de distribution de débit (48) et le deuxième dispositif de distribution de débit (50) étant déplaçable entre :
une position fermée dans laquelle ledit dispositif de distribution de débit (48, 50) empêche le passage du premier fluide entre la ligne d’approvisionnement (40, 42) correspondante et la ligne d’alimentation (46), et empêche le passage du premier fluide entre la ligne d’approvisionnement (40, 42) correspondante et la ligne de purge (44),
une position de purge dans laquelle ledit dispositif de distribution de débit (48, 50) autorise le passage du premier fluide entre la ligne d’approvisionnement (40, 42) correspondante et la ligne de purge (44), et empêche le passage du premier fluide entre la ligne d’approvisionnement (40, 42) correspondante et la ligne d’alimentation (46), et
une position d’alimentation dans laquelle ledit dispositif de distribution de débit (48, 50) autorise le passage du premier fluide entre la ligne d’approvisionnement (40, 42) correspondante et la ligne d’alimentation (46) et empêche le passage du premier fluide entre la ligne d’approvisionnement (40, 42) correspondante et la ligne de purge (44). - Système de distribution (18) selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de limitation de débit (80) comprend un orifice calibré (82).
- Système de distribution (18) selon la revendication 2, dans lequel l’orifice calibré (82) présente un diamètre inférieur à 0,50 mm, de préférence inférieur à 0,35 mm.
- Système de distribution (18) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel chacun des premier et deuxième dispositifs de distribution de débit (48, 50) comprend une vanne trois voies (92).
- Système de génération d’énergie électrique (10) comprenant :
- au moins une première et une deuxième sources d’alimentation (12, 14) en premier fluide,
- une pile à combustible (16),
- un système de distribution (18) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4,
la première source d’alimentation (12) étant connectée fluidiquement à la première ligne d’approvisionnement (40), la deuxième source d’alimentation (14) étant connectée fluidiquement à la deuxième ligne d’approvisionnement (42), la pile à combustible (16) étant connectée fluidiquement à la ligne d’alimentation (46). - Procédé d’alimentation en premier fluide d’une pile à combustible (16) d’un système de génération d’énergie électrique (10), ledit système (10) étant selon la revendication 5, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- déplacer au moins le premier dispositif de distribution de débit (48) de la position fermée vers la position d’alimentation pour alimenter la pile à combustible (16) en premier fluide,
- démarrer la pile à combustible (16). - Procédé d’alimentation selon la revendication 6, comprenant, avant de démarrer la pile à combustible (16), une purge de la ligne d’alimentation (46) et de la première ligne d’approvisionnement (40) avec un dispositif de purge (94) de la pile à combustible (16).
- Procédé d’alimentation selon la revendication 7, comprenant les étapes suivantes :
- avant que la première source d’alimentation (12) soit vide, déplacer le deuxième dispositif de distribution de débit (50) de la position fermée vers la position de purge,
- purger la deuxième ligne d’approvisionnement (42),
- déplacer le deuxième dispositif de distribution de débit (50) de la position de purge vers la position d’alimentation pour alimenter la pile à combustible (16) avec la deuxième source d’alimentation (14). - Procédé d’alimentation selon la revendication 8, comprenant les étapes suivantes :
- déplacer le premier dispositif de distribution de débit (48) de la position d’alimentation vers la position fermée,
- remplacer la première source d’alimentation (12) par une source d’alimentation de rechange (96) en premier fluide. - Procédé d’alimentation selon la revendication 9, comprenant les étapes suivantes :
- avant que la deuxième source d’alimentation (14) soit vide, déplacer le premier dispositif de distribution de débit (48) de la position fermée vers la position de purge,
- purger la première ligne d’approvisionnement (40),
- déplacer le premier dispositif de distribution de débit (48) de la position de purge vers la position d’alimentation pour alimenter la pile à combustible (16) avec la source d’alimentation de rechange (96).
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| FR2208274A FR3138852A1 (fr) | 2022-08-12 | 2022-08-12 | Système de distribution en premier fluide pour une pile à combustible, système de production d’énergie électrique et procédé d’alimentation associés |
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Citations (2)
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| US6183895B1 (en) * | 1996-07-02 | 2001-02-06 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Fuel-cell power generating system |
| JP3607950B2 (ja) * | 1998-04-10 | 2005-01-05 | 大陽日酸株式会社 | ガス供給設備 |
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2022
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Patent Citations (2)
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| AFNOR: "Explosive atmospheres - Part 10-1: Classification of areas - Explosive gas atmospheres Atmosphères explosives - Partie 10-1: Classification des emplacements - Atmosphères explosives gazeuses THIS PUBLICATION IS COPYRIGHT PROTECTED Copyright 2020 IEC", 1 December 2020 (2020-12-01), XP093029377, Retrieved from the Internet <URL:https://nobelcert.com/DataFiles/FreeUpload/IEC%2060079-10-1%20(2020).pdf> * |
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