WO2017093622A1 - Dispositif d'admission d'air pour pile a combustible de vehicule automobile - Google Patents

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WO2017093622A1
WO2017093622A1 PCT/FR2016/052615 FR2016052615W WO2017093622A1 WO 2017093622 A1 WO2017093622 A1 WO 2017093622A1 FR 2016052615 W FR2016052615 W FR 2016052615W WO 2017093622 A1 WO2017093622 A1 WO 2017093622A1
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WO
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air
intake
air intake
filter
circuit
Prior art date
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PCT/FR2016/052615
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English (en)
Inventor
Stefan Karl
Daniel Neveu
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Valeo Systemes Thermiques
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    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • HELECTRICITY
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    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • H01M8/0687Reactant purification by the use of membranes or filters
    • HELECTRICITY
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    • Y02T90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the invention relates to an air intake device for a motor vehicle fuel cell and more particularly to an air intake device comprising an air filtration system.
  • a fuel cell is an electrochemical reactor that produces electricity and heat by reacting hydrogen at its anode and air at its cathode.
  • the hydrogen at the anode releases electrons into an electrical circuit and generates H + ions that will pass through an electrically nonconductive electrolyte membrane.
  • the oxygen in the air recombines with the H + ions and the electrons brought by the circuit to form water and heat.
  • the electrochemical reaction between the oxygen of the air and the H + ions is generally carried out at a multitude of reactive sites activated by a catalyst.
  • This catalyst is in particular in the form of particles, for example platinum, dispersed on a porous substrate.
  • particulate pollutants can clog the porous substrate that diffuses oxygen to the reactive sites.
  • Gaseous pollutants in particular sulfur dioxides (SO2), nitrogen oxides (NOx) and volatile organic compounds (VOCs: benzene, toluene, formaldehyde, etc.) can react or settle on reactive sites which are then neutralized and can no longer react with oxygen. Some pollutants can also migrate into the electrolyte membrane and reduce its ionic conductivity and electrical insulation. The impact of certain pollutants on the fuel cell can be irreversible, especially SO2, which accelerates the aging of the fuel cell and reduces its life.
  • SO2 sulfur dioxides
  • NOx nitrogen oxides
  • VOCs volatile organic compounds
  • a known solution for extending the life of the fuel cell is to use an intake air filtration system for the fuel cell. To maintain a low drift of the fuel cell operation, it is necessary to have a filtration reducing the SO 2 rate to less than a few ppb on average, and less than a few tens of ppb for NOx.
  • the platinum catalyst (Pt) represents a significant cost in the manufacture of first-generation fuel cells, with more than 20g of Pt needed to deliver power 80 kW peak.
  • the reduction of the amount of platinum generates a greater sensitivity of the fuel cell to the pollutants present in the air, and increases the importance and the stake of a good filtration of the gases with the admission of air.
  • An object of the present invention is therefore to at least partially overcome the disadvantages of the prior art and to provide an air intake device with improved filtration system.
  • the present invention thus relates to an air intake device for a motor vehicle fuel cell, said air intake device comprising an intake air circuit connecting an air inlet to the fuel cell, said intake air circuit comprising an air compressor, a compressed air cooler disposed downstream of the compressor and an air filter, the air filter being a regenerable air filter arranged upstream of the air compressor and the intake air circuit comprising a heating element adapted to heat the air filter and / or the air circulating in the intake air circuit and a device for discharging pollutants during the regeneration of the air. air filter.
  • regenerable air filter as well as the presence of an evacuation device and a heating element, makes it possible to extend the life of the air filter by the possibility that the intake device of air can enter an operating mode for the regeneration of said air filter.
  • the heating element is disposed between the air filter and the compressor.
  • This placement of the heating element allows the air intake device to operate in an operating mode increasing the rate of temperature rise of the fuel cell by heating the intake air by means of said heating element.
  • the evacuation device comprises an additional duct of air, a first device for closing said additional duct of air and a fan.
  • the air intake circuit comprises a second closure device disposed downstream of the compressor.
  • the evacuation device is connected to the air intake circuit downstream of the heating element.
  • the fan is configured to blow air within the air intake circuit.
  • the evacuation device is connected to the air intake circuit upstream of the air filter and said air intake circuit further comprises a purge air duct arranged downstream of the heating element.
  • the fan is configured to draw air from the interior of the air intake circuit.
  • the purge air duct comprises a third closure device.
  • the air intake duct comprises a fourth closure device disposed upstream of the evacuation device and able to close at least partially said air intake duct.
  • the air intake device is configured to operate in a so-called "normal” operating mode in which the intake air circulates successively in the air filter, the element of heating without undergoing heating and in the air compressor where said intake air is compressed.
  • the air intake device is configured to operate in a so-called "temperature rise” operating mode in which the intake air circulates successively in the air filter, the heating element where said intake air is heated up and in the air compressor where said intake air is compressed.
  • the air intake device is configured to operate in a first mode of operation called "regeneration of the air filter" in which air from the evacuation device and passes successively in the heating element where said air is heated and in the air filter.
  • the air intake device is configured to operate in a second mode of operation known as "regeneration of the air filter" in which air from the air duct of purge passes successively in the heating element where said air is heated, the air filter and in the evacuation device.
  • regeneration of the air filter in which air from the air duct of purge passes successively in the heating element where said air is heated, the air filter and in the evacuation device.
  • Figures la show schematic representations of an air intake device for fuel cell according to a first embodiment and according to different modes of operation
  • FIG. 2a to 2c show schematic representations of an air intake device for fuel cell according to a second embodiment and according to different modes of operation.
  • the identical elements in the different figures bear the same references.
  • upstream means that one element is placed before another relative to the direction of flow of a fluid.
  • downstream is meant that one element is placed after another with respect to the direction of circulation of the fluid.
  • the fluid taken into consideration is the intake air flowing from an air inlet to the fuel cell.
  • FIGS. 1a to 2a and 2c show an air intake device 1 for a fuel cell 2 of a motor vehicle.
  • the air intake device 1 comprises in particular an intake air circuit 10 connecting an air inlet (no shown) at the fuel cell 2.
  • the intake air circuit 10 also comprises an air compressor 3, a compressed air cooler 4 disposed downstream of the compressor 3 and an air filter 5.
  • the filter Air 5 is more particularly a regenerable air filter. Regenerable means that when the air filter 5 is subjected to heat and it reaches a regeneration temperature, for example of the order of a hundred degrees, said air filter can release the pollutants he has absorbed, in a stream of air that passes through it. So that said air filter 5 is not in contact with the hot air compressed by the air compressor 3, said air filter 5 is arranged upstream of said air compressor 3.
  • the intake air circuit 10 further comprises a heating element 6 able to heat the air filter 5 and / or the air circulating in the intake air circuit 10 and an evacuation device 7 of the pollutants during the regeneration of the air filter 5.
  • the heating element 6 may for example be a positive temperature coefficient (PTC) resistor. Said heating element 6 may in particular be arranged between the air filter 5 and the air compressor 3. It is nevertheless quite possible to imagine a heating element 6 placed within the air filter 5 where then surrounding said air filter 5.
  • PTC positive temperature coefficient
  • the evacuation device 7 may in turn comprise an additional air duct 71, a first shutter device 72 of said additional air duct 71, for example a shutter shutter, and a fan 73 placed in the additional duct of the duct. 71.
  • the air intake device 1 may also comprise a second closure device 8, for example a stop valve or a shutter flap, placed downstream of the evacuation device 7. In the illustrated examples in FIGS. 1a to 2c, said second closure device 8 is placed between the compressed air cooler 4 and the fuel cell 2.
  • the evacuation device 7 is connected to the air intake circuit 10 downstream of the heating element 6, preferably between the heating element 6 and the air compressor 3.
  • the fan 73 is configured to blow air inside the air intake circuit 10, and more specifically to blow air so that it passes successively through the heating element 6 and the air filter 5, in the opposite direction to the flow of intake air.
  • This first embodiment allows the air intake device 1 to be configured to operate in a first operating mode called "regeneration of the air filter" illustrated in Figure la.
  • the air coming from the evacuation device 7 passes successively in the heating element 6 where the said air is heated and in the air filter 5.
  • the first shutter device 72 of the evacuation device 7 is open, the fan 73 is ignited and blows air inside the air intake duct 10.
  • the heating element 6 is ignited so as to heat the air which passes through it or to heat the air filter 5, at a temperature of at least 60 ° C.
  • the air filter 5 is then regenerated, the pollutants being rejected at the air intake of the air intake duct 10.
  • the second closure device 8 is closed to prevent the unfiltered air reaches the fuel cell and also to force air to pass through the heating element 6 and the air filter 5.
  • the evacuation device 7 is connected to the air intake circuit 10 upstream of the air filter 5.
  • the fan 73 is configured to suck up the air coming from the inside of the air intake circuit 10 and more precisely to suck up air having successively passed through the heating element 6 and the air filter 5, either against the direction relative to the intake air flow.
  • the air intake circuit 10 also comprises a purge air duct 9 disposed downstream of the air intake element. heating 6 to supply air that can be sucked into said air intake circuit 10.
  • Said purge air duct 9 may in particular comprise a third closure device 91, for example a non-return valve, arranged to prevent intake air from flowing from the air intake circuit 10 to the purge air duct 9, and to allow air to flow from the air duct purge 9 to the air intake circuit 10.
  • a third closure device 91 for example a non-return valve, arranged to prevent intake air from flowing from the air intake circuit 10 to the purge air duct 9, and to allow air to flow from the air duct purge 9 to the air intake circuit 10.
  • the purge air duct 9 is disposed downstream of the air compressor 3. This positioning prevents that when said compressor 3 is running, unfiltered air from said purge air duct 9 enters the air intake circuit 10.
  • the air intake duct 10 may comprise a fourth closure device disposed upstream of the evacuation device 7 and able to close at least partially said air intake duct 10.
  • This fourth shutter device may in particular be common with the first shutter device 72, as shown in Figures 2a to 2c, and be for example a flap which is adapted according to its position to close the evacuation device 7 or close at less partially the air intake duct 10 upstream of the air filter 5. It is nevertheless quite possible that the fourth shutter device and the first shutter device 72 are distinct, said fourth shutter device for example a valve or a stop valve.
  • This fourth closure device makes it possible to limit or even prevent the fact that, when the fan 73 draws air from the air intake duct, the latter comes from the air intake and not from the air intake duct. purge air duct 9.
  • This second embodiment allows the air intake device 1 to be configured to operate in a second mode of operation called "regeneration of the air filter", illustrated in FIG. 2a, in which air from the air intake duct 9, passes successively into the heating element 6 where said air undergoes a heating, the air filter 5 and is sucked into the evacuation device 7.
  • the first device shutter 72 of the evacuation device 7 is open, the fan 73 is turned on and draws air from the inside of the air intake duct 10.
  • the air sucked into the evacuation device 7 comes from the purge air duct 9 of which the third shutter device 91 is open.
  • the heating element 6 is turned on to heat the air from the purge air duct 9 which passes therethrough or to heat the air filter 5 to a temperature of at least 60 ° C.
  • the air filter 5 is then regenerated, the pollutants being sucked into the evacuation device 7.
  • the second closure device 8 is closed to prevent unfiltered air from reaching the fuel cell 2 also to force the air to pass through the heating element 6 and the air filter 5.
  • the fourth shutter device is also closed.
  • the regeneration temperature of the air filter is at least 60 ° C. This temperature allows the evacuation of pollutants over time. The higher the regeneration temperature, the shorter the time for this regeneration to be effective. By increasing the temperature of the heating element 6 it is therefore possible to shorten the time required for the regeneration of the air filter 5.
  • the air intake device 1 can of course be configured to operate in a so-called "normal" operating mode illustrated in FIGS.
  • the first shutter device 72 is closed, thus closing the evacuation device 7.
  • the heating element 7 is thus extinguished and the air compressor 3 is in operation.
  • the second shutter device 8 is open in order to let the intake air pass towards the fuel cell 2.
  • the third closure device 91 is closed and prevents the intake air from circulating from the air intake circuit 10 to the purge air duct 9.
  • the fourth shutter device is also open.
  • the presence of the heating element 6 also allows the air intake device 1 to be configured for a so-called "rise in temperature” operating mode illustrated in FIGS. 1c and 2c.
  • the intake air circulates successively in the air filter 5, the heating element 6 and in the air compressor 3.
  • the intake air undergoes a heating at the level of the heating element 6 and is compressed by the air compressor 3.
  • the first closure device 72 is closed, thus closing the evacuation device 7.
  • the heating element 7 is located downstream. of the air filter 5 and is lit so as to heat the intake air.
  • the compressor 3 is in operation and the second shutter device 8 is open in order to let the intake air pass towards the fuel cell 2.
  • the third closure device 91 is closed and prevents the intake air from circulating from the circuit air intake 10 to the purge air duct 9.
  • the fourth shutter device is also open.
  • This so-called “warm-up” mode of operation is particularly useful when starting in cold weather to help the fuel cell 2 to reach an optimum operating temperature.
  • the service life of the air filter 5 is extended by the possibility that the air intake device 1 can enter a mode of operation allowing the regeneration of said air filter 5.
  • the air intake device 1 according to the invention allows a mode of operation increasing the temperature rise rate of the fuel cell 2.

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif d'admission d'air (1) pour pile à combustible (2) de véhicule automobile, ledit dispositif d'admission d'air (1) comportant un circuit d'air d'admission (10) reliant une entrée d'air à la pile à combustible (2), ledit circuit d'air d'admission (10) comportant un compresseur d'air (3), un refroidisseur d'air comprimé (4) disposé en aval du compresseur (3) et un filtre à air (5), le filtre à air (5) étant un filtre à air (5) régénérable disposé en amont du compresseur d'air (3) et le circuit d'air d'admission (10) comportant un élément de chauffage (6) apte à réchauffer le filtre à air (5) et/ou l'air circulant dans le circuit d'air d'admission (10) et un dispositif d'évacuation (7) des polluants lors de la régénération du filtre à air (5).

Description

DISPOSITIF D'ADMISSION D'AIR POUR PILE A COMBUSTIBLE DE VEHICULE
AUTOMOBILE
L'invention concerne un dispositif d'admission d'air pour pile à combustible de véhicule automobile et plus particulièrement un dispositif d'admission d'air comportant un système de filtration de l'air.
Une pile à combustible est un réacteur électrochimique qui produit de l'électricité et de la chaleur en faisant réagir de l'hydrogène au niveau de son anode et de l'air au niveau de sa cathode. L'hydrogène à l'anode libère des électrons dans un circuit électrique et génère des ions H+ qui vont traverser une membrane électrolytique non conductrice électriquement. Au niveau de la cathode, l'oxygène de l'air se recombine avec les ions H+ et les électrons apportés par le circuit pour former de l'eau et de la chaleur.
La réaction électrochimique entre l'oxygène de l'air et les ions H+ s'effectue généralement au niveau d'une multitude de sites réactifs activés par un catalyseur. Ce catalyseur est notamment sous forme de particules, par exemple de platine, dispersées sur un substrat poreux. Pour préserver le bon rendement et la durée de vie des sites réactifs, il est nécessaire de minimiser la présence de tout polluant particulaire ou gazeux dans l'air arrivant au niveau de la cathode. En effet, les polluants particulaires peuvent obstruer le substrat poreux qui permet de diffuser l'oxygène vers les sites réactifs. Les polluants gazeux, en particulier les dioxydes de soufre (S02), les oxydes d'Azote (NOx), les combinés organique volatiles (COV : Benzène, Toluène, Formaldéhydes..;) peuvent quant à eux venir réagir ou se fixer sur des sites réactifs qui sont alors neutralisés et ne peuvent plus réagir avec l'oxygène. Certains polluants peuvent aussi migrer dans la membrane électrolytique et réduire ses qualités de conductivité ionique et d'isolation électrique. L'impact de certains polluants sur la pile à combustible peut être irréversible, en particulier les S02, ce qui accélère le vieillissement de la pile à combustible et réduit sa durée de vie.
Une solution connue pour prolonger la vie de la pile à combustible est d'utiliser un système de filtration de l'air d'admission destiné à la pile à combustible. Pour le maintien d'une faible dérive du fonctionnement de la pile à combustible, il est nécessaire d'avoir une filtration réduisant le taux de S02 à moins de quelques ppb en moyenne, et à moins de quelques dizaines de ppb pour les NOx.
Cependant, les progrès réalisés sur la conception des piles à combustible, et en particulier des électrodes et de leurs sites réactifs, conduisent à réduire la quantité de catalyseur utilisé pour réduire le coût du système. Le catalyseur platine (Pt) représente en effet un coût important dans la fabrication des piles à combustibles de première génération, avec plus de 20g de Pt nécessaires pour délivrer une puissance 80 kW crête. La réduction de la quantité de platine génère une plus grande sensibilité de la pile à combustible aux polluants présents dans l'air, et accroît l'importance et l'enjeu d'une bonne filtration des gaz à l'admission d'air.
Pour assurer une filtration efficace et durable dans les conditions de fonctionnement les plus sévères, il est nécessaire de prévoir un dosage élevé en matériau absorbant des filtres utilisés. Cette exigence dans la qualité de filtration fait que les filtres ont une durée de vie courte et doivent donc être changés plus régulièrement ce qui augmente les coûts d'entretien de la pile à combustible. Un des buts de la présente invention est donc de remédier au moins partiellement aux inconvénients de l'art antérieur et de proposer un dispositif d'admission d'air avec système de filtration amélioré.
La présente invention concerne donc un dispositif d'admission d'air pour pile à combustible de véhicule automobile, ledit dispositif d'admission d'air comportant un circuit d'air d'admission reliant une entrée d'air à la pile à combustible, ledit circuit d'air d'admission comportant un compresseur d'air, un refroidisseur d'air comprimé disposé en aval du compresseur et un filtre à air, le filtre à air étant un filtre à air régénérable disposé en amont du compresseur d'air et le circuit d'air d'admission comportant un élément de chauffage apte à réchauffer le filtre à air et/ou l'air circulant dans le circuit d'air d'admission et un dispositif d'évacuation des polluants lors de la régénération du filtre à air.
La présence d'un filtre à air régénérable ainsi que la présence d'un dispositif d'évacuation et d'un élément chauffant, permet de prolonger la durée de vie du filtre à air de part la possibilité que le dispositif d'admission d'air puisse entrer dans un mode de fonctionnement permettant la régénération dudit filtre à air.
Selon un aspect de l'invention, l'élément de chauffage est disposé entre le filtre à air et le compresseur.
Ce placement de l'élément de chauffage permet au dispositif d'admission d'air de fonctionner selon un mode de fonctionnement augmentant la vitesse de montée en température de la pile à combustible en réchauffant l'air d'admission au moyen dudit élément de chauffage.
Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif d'évacuation comporte un conduit additionnel d'air, un premier dispositif d'obturation dudit conduit additionnel d'air et un ventilateur. Selon un autre aspect de l'invention, le circuit d'admission d'air comporte un deuxième dispositif d'obturation disposée en aval du compresseur. Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif d'évacuation est connecté au circuit d'admission d'air en aval de l'élément de chauffage.
Selon un autre aspect de l'invention, le ventilateur est configuré pour souffler de l'air à l'intérieur du circuit d'admission d'air.
Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif d'évacuation est connecté au circuit d'admission d'air en amont du filtre à air et ledit circuit d'admission d'air comporte en outre un conduit d'air de purge disposé en aval de l'élément de chauffage. Selon un autre aspect de l'invention, le ventilateur est configuré pour aspirer l'air provenant de l'intérieur du circuit d'admission d'air.
Selon un autre aspect de l'invention, le conduit d'air de purge comporte un troisième dispositif d'obturation.
Selon un autre aspect de l'invention, le conduit d'admission d'air comporte un quatrième dispositif d'obturation disposé en amont du dispositif d'évacuation et apte à fermer au moins partiellement ledit conduit d'admission d'air. Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif d'admission d'air est configuré pour fonctionner dans un mode de fonctionnement dit « normal » dans lequel l'air d'admission circule successivement dans le filtre à air, l'élément de chauffage sans subir de réchauffement et dans le compresseur d'air où ledit air d'admission est comprimé. Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif d'admission d'air est configuré pour fonctionner dans un mode de fonctionnement dit de « montée en température » dans lequel l'air d'admission circule successivement dans le filtre à air, l'élément de chauffage où ledit air d'admission subi un réchauffement et dans le compresseur d'air où ledit air d'admission est comprimé.
Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif d'admission d'air est configuré pour fonctionner dans un premier mode de fonctionnement dit de « régénération du filtre à air» dans lequel de l'air en provenance du dispositif d'évacuation et passe successivement dans l'élément de chauffage où ledit air subi un réchauffement et dans le filtre à air.
Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif d'admission d'air est configuré pour fonctionner dans un deuxième mode de fonctionnement dit de « régénération du filtre à air» dans lequel de l'air en provenance du conduit d'air de purge passe successivement dans l'élément de chauffage où ledit air subi un réchauffement, le filtre à air et dans le dispositif d'évacuation.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
les figures la à le montrent des représentations schématiques d'un dispositif d'admission d'air pour pile à combustible selon un premier mode de réalisation et selon différents modes de fonctionnement,
- les figures 2a à 2c montrent des représentations schématiques d'un dispositif d'admission d'air pour pile à combustible selon un deuxième mode de réalisation et selon différents modes de fonctionnement. Les éléments identiques sur les différentes figures, portent les mêmes références.
Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées et/ou interchangées pour fournir d'autres réalisations. Dans la présente description on peut indexer certains éléments ou paramètres, comme par exemple premier élément ou deuxième élément ainsi que premier paramètre et second paramètre ou encore premier critère et deuxième critère etc. Dans ce cas, il s'agit d'un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments ou paramètres ou critères proches mais non identiques. Cette indexation n'implique pas une priorité d'un élément, paramètre ou critère par rapport à un autre et on peut aisément interchanger de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. Cette indexation n'implique pas non plus un ordre dans le temps par exemple pour apprécier tel ou tels critères. Dans la présente description, on entend par placé ou disposé en « amont » qu'un élément est placé avant un autre par rapport au sens de circulation d'un fluide. A contrario, on entend par placé en « aval » qu'un élément est placé après un autre par rapport au sens de circulation du fluide. Dans le cas présent, le fluide pris en considération est l'air d'admission qui s'écoule d'une entrée d'air vers la pile à combustible.
Les figures la à le ainsi que 2a à 2c, montrent un dispositif d'admission d'air 1 pour pile à combustible 2 de véhicule automobile. Le dispositif d'admission d'air 1 comporte notamment un circuit d'air d'admission 10 reliant une entrée d'air (non représentée) à la pile à combustible 2. Le circuit d'air d'admission 10 comporte également un compresseur d'air 3, un refroidisseur d'air comprimé 4 disposé en aval du compresseur 3 et un filtre à air 5. Le filtre à air 5 est plus particulièrement un filtre à air 5 régénérable. Par régénérable on entend que lorsque le filtre à air 5 est soumis à la chaleur et qu'il atteint une température de régénération, par exemple de l'ordre de la centaine de degrés, ledit filtre à air peut relâcher les polluants qu'il a absorbé, dans un flux d'air qui le traverse. Pour que ledit filtre à air 5 ne soit pas en contact avec l'air chaud comprimé par le compresseur d'air 3, ledit filtre à air 5 est disposé en amont dudit compresseur d'air 3.
Le circuit d'air d'admission 10 comporte en outre un élément de chauffage 6 apte à réchauffer le filtre à air 5 et/ou l'air circulant dans le circuit d'air d'admission 10 et un dispositif d'évacuation 7 des polluants lors de la régénération du filtre à air 5.
L'élément de chauffage 6 peut être par exemple une résistance à coefficient de température positif (CTP). Ledit élément de chauffage 6 peut notamment être disposé entre le filtre à air 5 et le compresseur d'air 3. il est néanmoins tout à fait possible d'imaginer un élément de chauffage 6 placé au sein même du filtre à air 5 où alors entourant ledit filtre à air 5.
Le dispositif d'évacuation 7 peut quant à lui comporter un conduit additionnel d'air 71, un premier dispositif d'obturation 72 dudit conduit additionnel d'air 71, par exemple un volet obturateur, et un ventilateur 73 placé dans le conduit additionnel d'air 71. Le dispositif d'admission d'air 1 peut également comporter un deuxième dispositif d'obturation 8, par exemple une vanne d'arrêt ou un volet obturateur, placé en aval du dispositif d'évacuation 7. Dans les exemples illustrés aux figures la à 2c, ledit deuxième dispositif d'obturation 8 est disposé entre le refroidisseur d'air comprimé 4 et la pile à combustible 2. Selon un premier mode de réalisation illustré aux figures la à le, le dispositif d'évacuation 7 est connecté au circuit d'admission d'air 10 en aval de l'élément de chauffage 6, de préférence entre l'élément de chauffage 6 et le compresseur d'air 3. Dans ce premier mode de réalisation, le ventilateur 73 est configuré pour souffler de l'air à l'intérieur du circuit d'admission d'air 10, et plus précisément souffler de l'air afin qu'il traverse successivement l'élément de chauffage 6 et le filtre à air 5, soit à contre sens par rapport au flux d'air d'admission.
Ce premier mode de réalisation permet au dispositif d'admission d'air 1 d'être configuré pour fonctionner dans un premier mode de fonctionnement dit de « régénération du filtre à air» illustré à la figure la. Dans ce premier mode de fonctionnement, l'air en provenance du dispositif d'évacuation 7 passe successivement dans l'élément de chauffage 6 où ledit air subi un réchauffement et dans le filtre à air 5. Pour cela, le premier dispositif d'obturation 72 du dispositif d'évacuation 7 est ouvert, le ventilateur 73 est allumé et souffle de l'air à l'intérieur du conduit d'admission d'air 10. L'élément de chauffage 6 est allumé de sorte à réchauffer l'air qui le traverse ou à réchauffer le filtre à air 5, à une température d'au moins 60°C. Le filtre à air 5 est alors régénéré, les polluants étant rejetés au niveau de l'entrée d'air du conduit d'admission d'air 10. Le deuxième dispositif d'obturation 8 est quant à lui fermé pour éviter que de l'air non filtré n'atteigne la pile à combustible et également pour forcer l'air à passer par l'élément de chauffage 6 et le filtre à air 5.
Selon un deuxième mode de réalisation illustré aux figures 2a à 2c, le dispositif d'évacuation 7 est connecté au circuit d'admission d'air 10 en amont du filtre à air 5. Dans ce deuxième mode de réalisation, le ventilateur 73 est configuré pour aspirer l'air provenant de l'intérieur du circuit d'admission d'air 10 et plus précisément aspirer de l'air ayant traversé successivement l'élément de chauffage 6 et le filtre à air 5, soit à contre sens par rapport au flux d'air d'admission. Le circuit d'admission d'air 10 comporte également un conduit d'air de purge 9 disposé en aval de l'élément de chauffage 6 afin d'apporter de l'air pouvant être aspiré audit circuit d'admission d'air 10. Ledit conduit d'air de purge 9 peut notamment comporter un troisième dispositif d'obturation 91, par exemple un clapet anti-retour, disposé de sorte à empêcher de l'air d'admission de circuler depuis le circuit d'admission d'air 10 vers le conduit d'air de purge 9, et permettre à de l'air de circuler depuis le conduit d'air de purge 9 vers le circuit d'admission d'air 10. Dans l'exemple illustré aux figures 2a à 2c, le conduit d'air de purge 9 est disposé en aval du compresseur d'air 3. Ce positionnement empêche que lorsque ledit compresseur 3 est en marche, de l'air non filtré en provenance dudit conduit d'air de purge 9 n'entre dans le circuit d'admission d'air 10.
Dans ce mode de réalisation, le conduit d'admission d'air 10 peut comporter un quatrième dispositif d'obturation disposé en amont du dispositif d'évacuation 7 et apte à fermer au moins partiellement ledit conduit d'admission d'air 10. Ce quatrième dispositif d'obturation peut notamment être commun avec le premier dispositif d'obturation 72, comme illustré sur les figures 2a à 2c, et être par exemple un volet qui est apte selon son positionnement à fermer le dispositif d'évacuation 7 ou fermer au moins partiellement le conduit d'admission d'air 10 en amont du filtre à air 5. Il est néanmoins tout à fait possible que le quatrième dispositif d'obturation et le premier dispositif d'obturation 72 soient distincts, ledit quatrième dispositif d'obturation pouvant être par exemple un clapet ou une vanne arrêt. Ce quatrième dispositif d'obturation permet de limiter ou même d'empêcher le fait que, lorsque le ventilateur 73 aspire de l'air du conduit d'admission d'air, ce dernier provienne de l'entrée d'air et non pas du conduit d'air de purge 9.
Ce deuxième mode de réalisation, permet au dispositif d'admission d'air 1 d'être configuré pour fonctionner dans un deuxième mode de fonctionnement dit de « régénération du filtre à air», illustré à la figure 2a, dans lequel de l'air en provenance du conduit d'admission d'air 9, passe successivement dans l'élément de chauffage 6 où ledit air subi un réchauffement, le filtre à air 5 et est aspiré dans le dispositif d'évacuation 7. Pour cela, le premier dispositif d'obturation 72 du dispositif d'évacuation 7 est ouvert, le ventilateur 73 est allumé et aspire de l'air de l'intérieur du conduit d'admission d'air 10. L'air aspiré dans le dispositif d'évacuation 7 provient du conduit d'air de purge 9 dont le troisième dispositif d'obturation 91 est ouvert. L'élément de chauffage 6 est allumé de sorte à réchauffer l'air en provenance du conduit d'air de purge 9 qui le traverse ou à réchauffer le filtre à air 5 à une température d'au moins 60°C. Le filtre à air 5 est alors régénéré, les polluants étant aspirés dans le dispositif d'évacuation 7. Le deuxième dispositif d'obturation 8 est quant à lui fermé pour éviter que de l'air non filtré n'atteigne la pile à combustible 2et également pour forcer l'air à passer par l'élément de chauffage 6 et le filtre à air 5. Le quatrième dispositif d'obturation est quant à lui également fermé.
Que ce soit pour le premier mode de réalisation, ou le deuxième mode de réalisation, la température de régénération du filtre à air est d'au moins 60°C. Cette température permet l'évacuation des polluants dans le temps. Plus la température de régénération est élevée, plus le temps pour que cette régénération soit effective est court. En augmentant la température de l'élément de chauffage 6 il est donc possible de raccourcir le temps nécessaire à la régénération du filtre à air 5.
Le dispositif d'admission d'air 1 peut bien évidemment être configuré pour fonctionner dans un mode de fonctionnement dit « normal » illustré aux figures lb et
2b, dans lequel l'air d'admission circule successivement dans le filtre à air 5, l'élément de chauffage 6 et dans le compresseur d'air 3. L'air d'admission traverse l'élément de chauffage 6 sans subir de réchauffement et est comprimé par le compresseur d'air 3.
Pour cela, le premier dispositif d'obturation 72 est fermé, refermant ainsi le dispositif d'évacuation 7. L'élément de chauffage 7 est donc éteint et le compresseur d'air 3 est en fonctionnement. Le deuxième dispositif d'obturation 8 est ouvert afin de laisser passer l'air d'admission en direction de la pile à combustible 2.
Dans le cas où le dispositif d'admission d'air 1 est selon le second mode de réalisation, comme illustré à la figure 2c, le troisième dispositif d'obturation 91 est fermé et empêche l'air d'admission de circuler depuis le circuit d'admission d'air 10 vers le conduit d'air de purge 9. Le quatrième dispositif d'obturation est ouvert également.
La présence de l'élément chauffant 6 permet également au dispositif d'admission d'air 1 d'être configuré pour un mode de fonctionnement dit de « montée en température » illustré aux figures le et 2c. Dans ce mode de fonctionnement, l'air d'admission circule successivement dans le filtre à air 5, l'élément de chauffage 6 et dans le compresseur d'air 3. L'air d'admission subi un réchauffement au niveau de l'élément de réchauffement 6 et est comprimé par le compresseur d'air 3. Pour cela, le premier dispositif d'obturation 72 est fermé, refermant ainsi le dispositif d'évacuation 7. L'élément de chauffage 7 est quant à lui situé en aval du filtre à air 5 et est allumé de sorte à réchauffer l'air d'admission. Le compresseur 3 est en fonctionnement et le deuxième dispositif d'obturation 8 est ouvert afin de laisser passer l'air d'admission en direction de la pile à combustible 2.
Dans le cas où le dispositif d'admission d'air 1 est selon le second mode de réalisation, comme illustré à la figure 2b, le troisième dispositif d'obturation 91 est fermé et empêche l'air d'admission de circuler depuis le circuit d'admission d'air 10 vers le conduit d'air de purge 9. Le quatrième dispositif d'obturation est ouvert également.
Ce mode de fonctionnement dit de « montée en température » est particulièrement utile lors de démarrage par temps froid pour aider la pile à combustible 2 à atteindre une température optimale de fonctionnement.
Ainsi, on voit bien que de part la présence d'un filtre à air 5 régénérable ainsi que la présence d'un dispositif d'évacuation 7 et d'un élément chauffant 6, la durée de vie du filtre à air 5 est prolongée de part la possibilité que le dispositif d'admission d'air 1 puisse entrer dans un mode de fonctionnement permettant la régénération dudit filtre à air 5. De plus le dispositif d'admission d'air 1 selon l'invention permet un mode de fonctionnement augmentant la vitesse de montée en température de la pile à combustible 2.

Claims

REVENDICATIONS
Dispositif d'admission d'air (1) pour pile à combustible (2) de véhicule automobile, ledit dispositif d'admission d'air (1) comportant un circuit d'air d'admission (10) reliant une entrée d'air à la pile à combustible (2), ledit circuit d'air d'admission (10) comportant un compresseur d'air (3), un refroidisseur d'air comprimé (4) disposé en aval du compresseur (3) et un filtre à air (5), caractérisé en ce que le filtre à air (5) est un filtre à air (5) régénérable disposé en amont du compresseur d'air (3) et que le circuit d'air d'admission (10) comporte un élément de chauffage (6) apte à réchauffer le filtre à air (5) et/ou l'air circulant dans le circuit d'air d'admission (10) et un dispositif d'évacuation (7) des polluants lors de la régénération du filtre à air (5).
Dispositif d'admission d'air (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de chauffage (6) est disposé entre le filtre à air (5) et le compresseur (3).
Dispositif d'admission d'air selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d'évacuation (7) comporte un conduit additionnel d'air (71), un premier dispositif d'obturation (72) dudit conduit additionnel d'air (71) et un ventilateur (73).
Dispositif d'admission d'air (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit d'admission d'air (10) comporte un deuxième dispositif d'obturation (8) disposée en aval du compresseur (3).
5. Dispositif d'admission d'air (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d'évacuation (7) est connecté au circuit d'admission d'air (10) en aval de l'élément de chauffage (6).
Dispositif d'admission d'air (1) selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le ventilateur (73) est configuré pour souffler de l'air à l'intérieur du circuit d'admission d'air (10).
Dispositif d'admission d'air (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif d'évacuation (7) est connecté au circuit d'admission d'air (10) en amont du filtre à air (5) et que ledit circuit d'admission d'air (10) comporte en outre un conduit d'air de purge (9) disposé en aval de l'élément de chauffage (6).
Dispositif d'admission d'air (1) selon les revendications 3 et 7, caractérisé en ce que le ventilateur (73) est configuré pour aspirer l'air provenant de l'intérieur du circuit d'admission d'air (10).
Dispositif d'admission d'air (1) selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que le conduit d'air de purge (9) comporte un troisième dispositif d'obturation (91).
10. Dispositif d'admission d'air (1) selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que le conduit d'admission d'air (10) comporte un quatrième dispositif d'obturation disposé en amont du dispositif d'évacuation (7) et apte à fermer au moins partiellement ledit conduit d'admission d'air (10).
11. Dispositif d'admission d'air (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il est configuré pour fonctionner dans un mode de fonctionnement dit « normal » dans lequel l'air d'admission circule successivement dans le filtre à air (5), l'élément de chauffage (6) sans subir de réchauffement et dans le compresseur d'air (3) où ledit air d'admission est comprimé.
12. Dispositif d'admission d'air (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il est configuré pour fonctionner dans un mode de fonctionnement dit de « montée en température » dans lequel l'air d'admission circule successivement dans le filtre à air (5), l'élément de chauffage (6) où ledit air d'admission subi un réchauffement et dans le compresseur d'air (3) où ledit air d'admission est comprimé.
13. Dispositif d'admission d'air (1) selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il est configuré pour fonctionner dans un premier mode de fonctionnement dit de « régénération du filtre à air» dans lequel de l'air en provenance du dispositif d'évacuation (7) et passe successivement dans l'élément de chauffage (6) où ledit air subi un réchauffement et dans le filtre à air (5).
14. Dispositif d'admission d'air (1) selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce qu'il est configuré pour fonctionner dans un deuxième mode de fonctionnement dit de « régénération du filtre à air» dans lequel de l'air en provenance du conduit d'air de purge (9) passe successivement dans l'élément de chauffage (6) où ledit air subi un réchauffement, le filtre à air (5) et dans le dispositif d'évacuation (7).
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