WO2017168087A1 - Systeme de generation de dihydrogene gazeux destine a alimenter une pile a combustible - Google Patents

Systeme de generation de dihydrogene gazeux destine a alimenter une pile a combustible Download PDF

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WO2017168087A1
WO2017168087A1 PCT/FR2017/050708 FR2017050708W WO2017168087A1 WO 2017168087 A1 WO2017168087 A1 WO 2017168087A1 FR 2017050708 W FR2017050708 W FR 2017050708W WO 2017168087 A1 WO2017168087 A1 WO 2017168087A1
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WO
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compartment
heating chamber
solvent
heating
outlet
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Application number
PCT/FR2017/050708
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Inventor
Nicolas AUTRUSSON
Thierry FERAILLE
Jean-Philippe Goudon
Nicolas VANDECANDELAERE
Original Assignee
Airbus Safran Launchers Sas
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Publication date
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a system for generating gaseous hydrogen and a system for generating electrical energy using such a hydrogen generation system and a fuel cell connected thereto. generation of gaseous dihydrogen and electrical energy using these systems.
  • auxiliary power unit In an aircraft, fossil fuel (kerosene) is used today to move the aircraft but also to perform secondary functions (functions not related to the movement of the aircraft).
  • the auxiliary power unit (“Auxsiiary Power Unit”) consists of a combustion engine that uses fossil fuel.
  • the auxiliary power unit makes it possible to produce energy on board an aircraft when the main engines are stopped, to allow self-supply of various aircraft systems such as the ventilation of its cabin.
  • Other secondary functions of the device also consume fossil fuel today.
  • the invention proposes, according to a first aspect, a system for generating gaseous dihydrogen for supplying a fuel cell, said system comprising at least;
  • a compartmentalized reservoir having a first compartment comprising a liquid medium which comprises at least one dihydrogen storage material dissolved in a solvent, the reservoir further having a second compartment separated from the first compartment;
  • a heating device comprising a heating chamber having an inlet in fluid communication with an outlet of the first compartment and an outlet in fluid communication with an inlet of the second compartment; the heating device further comprising a heating element configured to heat the heating chamber; heating chamber and thus enabling the release of gaseous hydrogen from said material,
  • a condenser in fluid communication with the heating chamber, the condenser having an outlet intended to supply a fuel cell with the gaseous hydrogen released,
  • a circulation device configured to transport the liquid medium from the first compartment to the heating chamber and to transport the solvent from the heating chamber to the second compartment
  • the dihydrogen storage material is configured to release gaseous hydrogen by heating.
  • the dihydrogen storage material may for example be chosen from: borazane (BH 3 NH 3 ) or LIAH 4 .
  • the liquid medium is transported from the first compartment to the heating chamber to release the gaseous hydrogen and the solvent recirculates from the heating chamber to the second compartment.
  • the liquid medium is in the form of a liquid solution comprising the liquid solvent in which the dihydrogen storage material is dissolved.
  • the liquid medium may be in the form of a suspension and comprise (i) a first liquid phase comprising the solvent and the hydrogen storage material dissolved in the solvent, and (H) a second phase of solid particles of the solvent. dihydrogen storage material dispersed in the first phase.
  • the present invention provides a dihydrogen generation system for supplying a fuel cell to produce electricity by consuming a reduced amount of fossil fuel compared to existing devices.
  • a dissolved hydrogen storage material in a solvent makes it possible to transport it in the system in a simpler way than when this material is used in solid form.
  • the fact of storing the "healthy" material (ie before the release of the gaseous hydrogen by heating) and the "used” solvent (obtained after the liberation of gaseous hydrogen) in two separate compartments of the same reservoir advantageously make it possible to limit the congestion of the system.
  • the dihydrogen storage material is heated in order to release the gaseous hydrogen at least part of the solvent is also evaporated.
  • the presence of the condenser makes it possible to recover this fraction of the evaporated solvent and to separate the gaseous hydrogen generated from the solvent, which improves the efficiency of the system.
  • the circulation device may comprise a heat exchanger comprising at least a first heat exchange channel in fluid communication with the outlet of the first compartment and with the inlet of the heating socket, the heat exchanger further comprising a second heat exchange channel, different from the first channel, in fluid communication with the condenser outlet.
  • the circulation device may comprise a heat exchanger having at least a first channel heat exchange in fluidic communication with the outlet of the first compartment and with the inlet of the heating chamber, heat from the exchanger further comprising a third heat exchange channel, different from the first channel, in fluid communication with the outlet of the heating chamber and with the entry of the second compartment.
  • Such embodiments are advantageous because they make it possible to preheat the liquid medium before it arrives in the heating chamber and to reuse part of the heat previously supplied by the heating member. This thus makes it possible to minimize the energy consumption. of the system.
  • the fact that the spent liquid solvent flowing to the second compartment provides heat to the liquid medium leaving the first compartment makes it possible to reduce the temperature of said liquid solvent before it arrives in the second compartment. to avoid any risk of inadvertent initiation of the healthy material still present in the first compartment by the used solvent stored in the second compartment, thus further improving the efficiency of the system.
  • the heat exchanger is configured to heat the liquid medium, during its transportation from the first compartment to the heating chamber, with the gaseous hydrogen gas released and / or the liquid solvent transported from It is particularly advantageous for the heat exchanger, when present, to heat the liquid medium with both the liberated gaseous hydrogen and the liquid solvent transported to the second compartment so that it can be heated to the second compartment. improve the efficiency of the system.
  • the heat exchanger comprises the first, second and third heat exchange channels described above,
  • the first compartment and the second compartment may be separated by a movable wall configured to move during circulation of the liquid medium to reduce the volume of the first compartment and thereby increase the volume of the second compartment.
  • Such an embodiment advantageously makes it possible to optimize the quantity of dihydrogen that can be produced by the system for a given volume of the reservoir.
  • the first compartment substantially represents the entire volume of the tank.
  • the volume of the second compartment increases simultaneously with the decrease of the volume of the first compartment in order to have at any time a volume of second compartment sufficient to store the solvent "used" while optimizing the congestion of the system.
  • the circulation device may comprise at least one pump or a piston.
  • the present invention also aims at a system for generating electrical energy comprising at least:
  • a fuel cell for generating electrical energy comprising an anode in fluid communication with the condenser outlet and a cathode in fluid communication with a source of gaseous oxygen.
  • the present invention also relates to a vehicle, such as an aircraft, comprising a system for generating electrical energy as described above,
  • the present invention also relates to a method for generating gaseous hydrogen using a system as described above the method comprising at least:
  • the liquid medium and the solvent can circulate continuously in the circulation device.
  • FIG. 1 schematically represents an embodiment of a system for generating gaseous hydrogen according to the invention
  • FIG. 2 diagrammatically represents the evolution of the system of FIG. 1 after progress of the process for generating gaseous dihydrogen
  • FIG. 3 represents a construction model of an electrical energy generation system according to the invention.
  • FIG. 1 represents a system 1 for generating gaseous hydrogen to supply the anode of a fuel cell with the gaseous hydrogen gas generated.
  • the system 1 comprises a compartmentalized tank 3 comprises a body 4, the body 4 defines an interior void in which are present a first compartment 5 and a second compartment.
  • the second compartment 7 is separated from the first compartment 5 by a wall 9.
  • This wall 9 is formed of an impermeable material, that is to say a material configured to prevent a fluid exchange between the first compartment 5 and the second compartment 7.
  • the first compartment S comprises a liquid medium ML comprising at least one liquid solution which comprises a dihydrogen storage material dissolved in a liquid solvent.
  • the dihydrogen storage material is configured to release gaseous hydrogen by heating.
  • the storage material of Hydrogen can for example be borazane (BH 3 NH 3 ) also called "ammonia borane".
  • the solvent used may be water or, alternatively, an organic solvent such as ethylene diamine or formamide.
  • UAIH 4 as a hydrogen storage material.
  • the solvent used may be an organic one such as ether, for example.
  • the solvent may not produce gaseous hydrogen during heating in the enclosure 13.
  • the liquid medium ML may be a liquid solution.
  • the dihydrogen storage material may advantageously be present in the liquid medium ML at the saturation concentration (Lc) at the concentration above which the solid state hydrogen storage material can no longer dissolve. in the solvent).
  • the liquid medium ML may be a suspension and comprise (i) a first liquid phase comprising the solvent and the hydrogen storage material dissolved in the solvent and (ii) a second phase of solid particles of the hydrogen storage material dispersed in your first phase.
  • the dihydrogen storage material dissolved in the solvent is present at the saturation concentration to form the first liquid phase (the solvent is saturated with dissolved hydrogen storage material).
  • the liquid medium ML is stored in the first compartment S at ambient temperature (i.e. substantially equal to 20 ° C.) and at atmospheric pressure (i.e. substantially equal to 1 bar) before initiation of the process for generating dihydrogen gas.
  • the first compartment 5 presents in the illustrated example a single output 5s.
  • the first compartment 5 is in particular, devoid of an inlet allowing the liquid medium ML having left this compartment 5 to be reintroduced.
  • the second compartment 7 is in turn intended to receive the spent solvent SU after generation of gaseous hydrogen, as will now be described in detail.
  • the system 1 comprises a circulation device allowing the transport, in the system 1, of the liquid medium ML and the spent solvent SU obtained after generation of the gaseous hydrogen.
  • the circulation device includes a first cana! 6 connecting the output 5s of the first compartment S to the inlet of a pump 35.
  • a second channel 8 of the circulation device connects the output of the pump 35 to the inlet 13e of a heating chamber 13 of a heater 11.
  • the pump 35 When actuated, the pump 35 is configured to transport the liquid medium ML from the first compartment 5 through successively the first channel 6 and the second channel 8 to introduce this liquid medium ML in a channel 13a of the heating chamber 13 through the inlet 13e of celie-cu
  • the entry 13th of the heating chamber 13 is in fluid communication with the output 5s of the first compartment 5 via the first 6 and second 8 channels.
  • a pump 35 of the DMX 75-4 type sold by Grunclfos can be used.
  • the heating device is provided with a heating member 14 configured to heat the inside of the heating chamber 13.
  • the heating member 14 may be a resistive heating element or in variants that may be used to heat the heating element. induction.
  • the heating member 14 may, as illustrated, be arranged around the heating chamber 13.
  • the heating member 14 may be located outside the heating chamber 13. In the illustrated example, the heating member 14 comprises a plurality of turns surrounding the heating chamber 13. Other relative positions of the heating member with respect to the heating chamber are possible in the context of the present invention,
  • the liquid medium ML passes through the heating chamber 13.
  • this liquid medium ML is heated by the heating member 14.
  • the dihydrogen storage material present in the liquid medium ML is transformed, under the effect of ⁇ heating, to generate gaseous hydrogen. More specifically, when the liquid medium is a liquid solution the dissolved hydrogen storage material produced under the effect of this heating, gaseous dihydrogen.
  • gaseous hydrogen is produced both from the dissolved hydrogen storage material and the solid state hydrogen storage material.
  • the heating of the chamber 13 further leads to evaporate a portion of the solvent of the liquid medium ML.
  • the gaseous phase thus formed following the heating comprises both evaporated solvent and gaseous dihydrogen.
  • the liquid medium ML may be carried in the heating chamber 13 at a temperature greater than or equal to 80 ° C, for example greater than or equal to 100 ° C.
  • the system 1 is provided with a condenser 20 which is in fluid communication with the heating chamber 13.
  • the channel 13a divides it, in the heating chamber 13, into two distinct sub-channels.
  • the first sub-channel 13b extends into the heating chamber 13 in order to convey the liquid solvent to the outlet 13s of the heating chamber 13.
  • the second subchannel 13c extends, meanwhile transversely to the first sub-channel 13b and the heating chamber 13 to the input 20e of the condenser 20,
  • the inlet 20e of the condenser 20 is in fluid communication with the heating chamber 13 by the intermediate of the second sub-channel 13c.
  • the gaseous phase generated in the heating chamber 13 comprising the mixture of gaseous hydrogen and evaporated solvent flows in the second sub-channel 13c to the 20th inlet of the condenser 20.
  • the condenser 20 has a channel 22 extending the second subchannel 13c in which the generated gaseous phase flows.
  • the condenser 20 constitutes a refrigerant in the vicinity of which a cooling fluid FR circulates.
  • the cooling fluid FR may for example be water.
  • the gaseous phase is cooled as it passes through the channel 22 of the condenser 20 by the cooling fluid FR. This cooling makes it possible to condense the evaporated solvent and to recover it in liquid form in the heating chamber 13.
  • the condenser 20 can, as illustrated, comprise fins 24 making it possible to increase the heat exchange surface between the cooling fluid FR and the gas phase.
  • the dihydrogen remains in a manic state during the passage of the condenser 20.
  • the condensation of the solvent carried out in the condenser 20 makes it possible, on the one hand, to recover the fraction of the evaporated solvent and, on the other hand, to purify the gaseous hydrogen gas generated before it is transported to the fuel cell by separating evaporated solvent.
  • the channel 22 of the condenser 20 connects the inlet 20e of the condenser 20, located on the side of the heating chamber 13, to an outlet 20s of the condenser 20.
  • the circulation device comprises a third channel 25 connecting the outlet 20s of the condenser 20 to the anode 42 of a fuel cell 40 (shown in FIG. 3).
  • the third channel 25 makes it possible to transport the gaseous hydrogen generated from the outlet 20s of the condenser 20 to the anode 42 of the fuel ply 40 to feed the latter.
  • the circulation device comprises a fourth channel 10 which connects the outlet 13s of the heating chamber 13 to the inlet 7e of the second compartment 7,
  • the outlet 13s of the heating chamber 13 is in fluid communication with the inlet 7e of the second compartment 7 by ⁇ Intermediate of fourth channel 10.
  • the used liquid solvent SU is transported from the outlet 13s of the heating chamber 13 to the second compartment 7 by the fourth channel 10. The spent liquid solvent SU is thus stored in the second compartment 7 as the progress of the generation of hydrogen is progressing.
  • the pump 35 can be configured to allow, by itself, the transport of the liquid medium ML from the first compartment 5 to the heating chamber 13 and the used solvent SU from the heating chamber 13 to the second compartment 7.
  • the system may advantageously comprise a single pump 35 for example disposed between the first compartment 5 and the heating chamber 13. as illustrated.
  • Such a system 1 comprising a single pump is advantageous in that it has a relatively simple structure using a reduced number of elements.
  • the wall 9 is movable and plays a role of piston for injecting the liquid medium into the heating chamber, for example to overcome the presence of the pump 35.
  • the circulation device thus comprises the first channel 6, the pump 35 f second channel you 8, the third channel 25 and fourth canai 10.
  • the circulation device allows the liquid medium ML to be transported from the first compartment 5 to the heating chamber 13 and makes it possible to turn the spent solvent SU into the tank 3 so as to be stored in the second compartment . /.
  • the combined presence of the circulation device and the condenser 20 allows the liquid solvent to circulate in closed sludge in the system 1. In other words, this solvent successively breaks the first compartment 5 of the tank 3 in the heating chamber 13. optionally thereafter in the condenser 20 for the fraction of the evaporated solvent, then returns to the reservoir 3 in the second compartment 7.
  • the circulation device further allows the delivery of gaseous hydrogen generated via the third channel 25 to the anode of the fuel cell.
  • the circulation device is provided with a heat exchanger 36.
  • the presence of this heat exchanger 36 is preferential in order to optimize the energy consumption of the system 1, as will be detailed below. .
  • ie system may, however, be free of such a heat exchanger.
  • the heat exchanger 36 is in fluid communication with the outlet 5s of the first compartment 5 and with the inlet 13e of the heating enclosure 13.
  • the heat exchanger 36 is disposed between the outlet 5s of the first compartment 5 and retracted 13 of the heating chamber 13.
  • the heat exchanger 36 is present on the second channel 8.
  • the second channel 8 passes through the heat exchanger 36, the second channel 8 comprises a section 8a constituting a first channel 8a d ' heat exchange of the heat exchanger 36.
  • the heat exchanger 36 is in fluid communication with the outlet 5s of the first compartment 5 and with the inlet 13e of the heating chamber 13 via the first 6 and second 8 channels.
  • the liquid medium ML leaving the first compartment 5 passes through the first heat exchange channel 8a in order to be preheated before it arrives in the heating device 1 1.
  • flow of liquid medium ML to be preheated circulating in the system 1 is represented by the arrow F1F.
  • the heat exchanger 36 is. in addition, in fluid communication with the outlet 20s of the condenser 20.
  • the heat exchanger 36 is also in fluid communication with the outlet 13s of the heating chamber 13 and with the inlet 7e of the second compartment 7.
  • the third channel 25 and the fourth channel 10 each pass through the heat exchanger 36.
  • the heat exchanger 36 is provided with a second heat exchange channel 25a corresponding to a portion of the third channel 25 and a third channel 10a. heat exchanger corresponding to a section of the fourth channel 10.
  • the heat exchanger 36 is in fluid communication with the outlet 20s of the condenser via the third channel 25, the heat exchanger 36 is also in fluid communication with the output 13s of the heating chamber 13 and with the input 7e of the second compartment 7 via the fourth channel 10,
  • the second heat exchange channel 25a is distinct from the first heat exchange channel 8a.
  • the second channel 25a does not open into the first channel 8a.
  • the temperature of the gaseous hydrogen at the outlet of the condenser 20 is greater than the temperature of the liquid medium ML leaving the first compartment 5.
  • the temperature of the gaseous hydrogen at the outlet of the condenser 20 may be greater or equal to 60 ° C.
  • the flow of hot gaseous hydrogen leaving the condenser 20 is represented by the arrow F2C.
  • Heat exchange occurs in the catcher exchanger 36 in which the hot gaseous dihydrogen exiting the condenser 20 and flowing in the second heat exchange channel 25a warms the liquid medium ML flowing in the first channel 8a. heat exchange. This heat exchange participates in preheating the liquid medium ML before it arrives in the heating device 11. After this heat exchange, the cooled gaseous dihydrogen is transported through the third channel 25 to the anode of the fuel ply.
  • the cooled gaseous hydrogen flow exiting the heat exchanger 36 and for supplying the fuel cell is represented by the arrow F2F in FIGS. 1 and 2,
  • the third heat exchange channel 10a is distinct from the first heat exchange channel 8a and the second heat exchange channel 25a.
  • the third channel 10a does not open into the first channel 8a. nor in the second channel 25a.
  • the temperature of the spent solvent at the outlet of the heating chamber 13 is greater than the temperature of the liquid medium ML coming out of the first compartment 5.
  • the temperature of the used solvent at the outlet of the heating chamber 13 may be greater than or equal to 80 ° C.
  • the stream of hot used solvent leaving the heating chamber 13 is represented by the arrow F3C.
  • the heating of the solvent following its passage through the heating chamber 13 is also used to preheat the liquid medium ML in heat exchanger 36.
  • a heat exchange occurs in heat exchanger 36 wherein the hot used solvent leaving the heating chamber 13 and flowing in the third heat exchange channel 10a heats the liquid medium ML flowing in the first heat exchange channel 8a.
  • This heat exchange contributes to preheating the liquid medium ML before it arrives in the heating device 11.
  • the hot used solvent transported, after release of the gaseous hydrogen, to the second compartment 7 participates in the preheating of the liquid medium ML in the exchanger
  • the cooled spent solvent SU leaving the heat exchanger 36 is transported through the fourth channel 10 to be stored in the second compartment 7 of the tank 3. of the heat exchanger 36 and intended to be stored in the second compartment 7 is shown by the arrow F3F in Figures 1 and 2.
  • the liquid medium ML is preheated before it arrives in the heating device 11. After passing through the heat exchanger 36, the liquid medium preheated flows in the second channel 8 to the heating device 11.
  • the flow of the preheated liquid medium is embodied by the arrow FiC in Figures 1 and 2.
  • the heat exchanger 36 advantageously reuses part of the amount energy supplied by the heater II to preheat the liquid medium. This thus makes it possible to optimize the amount of overall energy consumed by the system i.
  • heat exchanger 36 makes it possible, due to the presence of the third heat exchange channel 1a, to cool the used solvent before it arrives in the second compartment 7 and thus to avoid any risk of initiating, inadvertently, the dihydrogen storage material present in the first compartment 5.
  • the channel sections represented in fine lines correspond to sections in which the circulating fluid is cold (liquid medium ML before preheating by the heat exchanger 36, stream of dihydrogen and cooled used solvent F2F and F3F ).
  • the channel sections shown in bold lines correspond to sections in which the circulating fluid is hot (liquid medium after preheating, heating chamber and condenser and flow of dihydrogen and hot used solvent F2C and F3C).
  • the heat exchanger 36 comprises three separate heat exchange channels. However, it is not beyond the scope of the invention when the heat exchanger comprises only two distinct heat exchange channels, namely: the first heat exchange channel 8a and one or the other of the second 25a. and third 10a heat exchange channels.
  • the circulation of the liquid medium ML to the heating chamber 11 and the spent solvent returning to the tank 3 can be done continuously (ie without this circulation being interrupted).
  • the liquid medium ML is transported from the first compartment S to the heating chamber 13 and then passes through the heating chamber 13 in which the gaseous hydrogen is generated and then the second used leaves the heating chamber 13 to be transported to the second compartment 7 without interrupting the fluid flow in the system 1.
  • Figure 2 shows the evolution of the system 1 during the progress of the generation of gaseous hydrogen.
  • the volume of the first compartment 5 in the state illustrated in FIG. 2 is smaller than the volume of the first compartment 5 in the state illustrated in FIG. 1.
  • the wall 9 is a mobite wall and moves along the direction D as it goes along. advancement of the process for generating the gaseous dihydrogen.
  • the displacement of the wall 9 makes it possible to progressively reduce the volume of the first compartment 5 and in parallel to increase the volume of the second compartment 7.
  • the movable wall 9 is configured to move along longitudinal axis of the reservoir 3. At each instant in the system i, the sum of the volumes of the first 5 and second 7 compartments is constant and equal to the internal volume defined by the body 4 of the reservoir 3.
  • the presence of the movable wall 9 allows optimize the size of the system i insofar as the volume reduction of the first compartment 5 linked to the outlet of a portion of the liquid medium ML is used to constitute a volume available in the second compartment 7 in order to store the liquid solvent SU used, however, it is not beyond the scope of the invention if the first and second compartments are separated by a stationary wall.
  • FIG. 3 shows diagrammatically an example of an electrical energy generation system 10 according to the invention which comprises a system 1 for generating gaseous hydrogen as described above.
  • the outlet of the condenser 20 of this system 1 is in fluid communication with the anode 42 of a fuel cell 40 so as to supply the latter with the gaseous hydrogen gas generated (F 2 F flux).
  • cathode 44 in fluid communication with a gaseous oxygen source 46.
  • the gaseous oxygen is intended to flow in the channel 48 connecting the source 46 to the cathode 44 in order to feed the latter (flow H), the source of oxygen 46 can by For example, it is a device for storing oxygen under pressure, for example in the form of a bottle of oxygen under pressure.
  • the oxygen source may comprise a compressor configured to draw ambient air and to compress as well as means for filtering the nitrogen present in the compressed air in order to convey to the cathode of the battery only the oxygen.
  • the fuel cell 40 is intended to produce electrical energy to power an element 50 mounted in an aircraft, for example.
  • the element 50 can make it possible to perform a secondary function of the aircraft.
  • the element 50 may for example be part of the ventilation system of the aircraft or a kitchen on board the latter.
  • the cathode 44 is connected to a first terminal of the element S0 and the anode 42 is connected to a second terminal of the element 50 different from the first.
  • the fuel cell 40 further comprises a cooling circuit 45 for cooling the battery 40 during its operation.

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Abstract

La présente invention concerne un système (1) de génération de dïhydrogène gazeux destiné à alimenter une pile à combustible, ledit système comprenant au moins : un réservoir (3) compartimenté présentant un premier compartiment (5) comprenant un milieu liquide (ML) lequel comprend au moins un matériau de stockage de dïhydrogène dissous dans un solvant, ie réservoir (3) présentant en outre un deuxième compartiment (7) séparé du premier compartiment (5% - un dispositif de chauffage (11) comprenant une enceinte de chaufrage (13) présentant une entrée (13e) en communication fîuidique avec une sortie (5s) du premier compartiment (5) et une sortie (13s) an communication fiuidique avec une entrée (7e) du deuxième compartiment (7)f le dispositif de chauffage (11) comprenant en outre un organe de chauffage (14) configuré pour chauffer l'enceinte de chauffage (13) et destiné à permettre ainsi la libération du dihydrogène gazeux à partir dudit matériau, - un condenseur (20) en communication fluidique avec l'enceinte dé chauffage (13), le condenseur (20) présentant une sortie (20s) destinée à alimenter une plie à combustible avec ie dïhydrogène gazeux libéré, et - un dispositif de circulation (6; 35; 8; 10) configuré pour transporter le milieu liquide (ML) depuis le premier compartiment (5) vers l'enceinte de chauffage (13) et pour transporter le solvant depuis l'enceinte de chauffage (13) vers le deuxième compartiment (7).

Description

Système de génération de dihydrogène gazeux destiné à alimenter une pile à combustible
Arrière-plan de l'invention
L'invention concerne un système de génération de dihydrogène gazeux ainsi qu'un système de génération d'énergie électrique mettant en œuvre un tel système de génération de dihydrogène et une pile à combustible reliée à ce dernier- L'invention vise également des procédés de génération de dihydrogène gazeux et d'énergie électrique mettant en œuvre ces systèmes.
Dans un aéronef, te carburant fossile (kérosène) est aujourd'hui utilisé pour assurer le déplacement de l'appareil mais aussi pour réaliser des fonctions secondaires (fonctions non liées au déplacement de l'appareil). En particulier, le groupe auxiliaire de puissance (« Auxsiiary Power Unit ») consiste en un moteur thermique qui utilise du carburant fossile. Le groupe auxiliaire de puissance permet de produire de l'énergie à bord d'un aéronef quand les moteurs principaux sont arrêtés, pour permettre d'alimenter au soi différents systèmes de bord comme la ventilation de Sa cabine. D'autres fonctions secondaires de l'appareil consomment aujourd'hui aussi du carburant fossile. On peut par exemple à ce titre citer les cuisines de l'aéronef (« galleys » de l'avion) qui permettent le réchauffage des boissons ou des plateaux repas qui sont servis aux passagers. Ces cuisines sont alimentées en électricité à partir du réseau avion qui est lui-même alimenté par les moteurs de l'avion par l'Intermédiaire d'un organe de transmission de puissance.
Il serait souhaitable d'adopter une approche énergétique différente afin d'assurer les fonctions secondaires de l'aéronef. Cela permettrait avantageusement de limiter la consommation de kérosène au strict déplacement de l'appareil. Il serait en outre souhaitable que le système de génération d'énergie choisi demeure relativement simpie et compact,
On connaît par ailleurs le document US 2012/0174984 qui divulgue, en tien avec sa figure 2, un système de production de dihydrogène. Ce document divulgue uniquement la présence d'un matériau de stockage d'hydrogène sous forme solide, en suspension ou sous forme pâteuse et non un matériau de stockage d'hydrogène dissous dans un solvant. En outre, aucune fonction de condensation n'est décrite pour le « radiator » du système illustré à la figure 2 de ce document
Il existe donc un besoin pour disposer de systèmes utiles pour générer de l'énergie permettant de réduire la consommation globale de carburant fossile et qui soient relativement simples et compacts.
Objet et résumé de l'invention
A cet effet l'invention propose, selon un premier aspect, un système de génération de dihydrogène gazeux destiné à alimenter une pile à combustible, ledit système comprenant au moins ;
- un réservoir compartimenté présentant un premier compartiment comprenant un milieu liquide lequel comprend au moins un matériau de stockage de dihydrogène dissous dans un solvant, le réservoir présentant en outre un deuxième compartiment séparé du premier compartiment
- un dispositif de chauffage comprenant une enceinte de chauffage présentant une entrée en communication fluldique avec une sortie du premier compartiment et une sortie en communication fluidique avec une entrée du deuxième compartiment te dispositif de chauffage comprenant en outre un organe de chauffage configuré pour chauffer l'enceinte de chauffage et destiné à permettre ainsi la libération du dihydrogène gazeux à partir dudit matériau,
- un condenseur en communication fluldique avec l'enceinte de chauffage, le condenseur présentant une sortie destinée à alimenter une pile à combustible avec le dihydrogène gazeux libéré, et
- un dispositif de circulation configuré pour transporter îe milieu liquide depuis le premier compartiment vers l'enceinte de chauffage et pour transporter le soivant depuis l'enceinte de chauffage vers le deuxième compartiment
Le matériau de stockage de dihydrogène est configuré pour libérer du dihydrogène gazeux par chauffage. Le matériau de stockage de dihydrogène peut par exemple être choisi parmi : le borazane (BH3NH3) ou LIAH4. Lors de la génération de dihydrogène, le milieu liquide est transporté depuis le premier compartiment vers l'enceinte de chauffage afin de libérer le dihydrogène gazeux puis le solvant recircule depuis l'enceinte de chauffage vers le deuxième compartiment. Dans un exemple de réalisation, le milieu liquide est sous ta forme d'une solution liquide comprenant ie solvant liquide dans lequel est dissous le matériau de stockage de dihydrogène. En variante, le milieu liquide peut être sous la forme d'une suspension et comprendre (i) une première phase liquide comprenant le solvant et ie matériau de stockage de dihydrogène dissous dans le solvant, et (H) une deuxième phase de particules solides du matériau de stockage de dihydrogène dispersée dans la première phase.
La présente invention propose un système de génération de dihydrogène destiné à alimenter une pile à combustible afin de produire de l'électricité en consommant une quantité de carburant fossile réduite par rapport aux dispositifs existants. Le fait d'utiliser un matériau de stockage de dihydrogène dissous dans un solvant permet d'assurer son transport dans ie système d'une manière plus simple que lorsque ce matériau est utilisé sous forme soJlde. Par ailleurs, le fait de stocker Je matériau « sain » (i.e. avant libération du dihydrogène gazeux par chauffage) et le solvant « usagé » (Le. obtenu après libération du dihydrogène gazeux) dans deux compartiments séparés du même réservoir permet avantageusement de limiter l'encombrement du système. Enfin, lorsque le matériau de stockage de dihydrogène est chauffé afin de libérer le dihydrogène gazeux une partie au moins du solvant est elle aussi évaporée. La présence du condenseur permet de récupérer cette fraction du solvant évaporé et de séparer ie dihydrogène gazeux généré du solvant ce qui améliore l'efficacité du système.
De préférence, le dispositif de circulation peut comprendre un échangeur de chaleur comportant au moins un premier canal d'échange thermique en communication fiuidique avec la sortie du premier compartiment et avec l'entrée de î'encelnte de chauffage, réchangeur de chaleur comportant en outre un deuxième canal d'échange thermique, différent du premier canal, en communication fiuidique avec la sortie du condenseur.
De préférence, le dispositif de circulation peut comprendre un échangeur de chaleur comportant au moins un premier canal d'échange thermique en communication fiuidique avec la sortie du premier compartiment et avec l'entrée de l'enceinte de chauffage, réchangeur de chaleur comportant en outre un troisième canal d'échange thermique, différent du premier canal, en communication fluidique avec la sortie de l'enceinte de chauffage et avec l'entrés du deuxième compartiment.
De tels modes de réalisation sont avantageux car ils permettent de préchauffer le milieu liquide avant son arrivée dans l'enceinte de chauffage an réutilisant une partie de la chaleur précédemment fournie par l'organe de chauffage» Cela permet ainsi de minimiser la consommation d'énergie du système. En outre, le fait que le soivant liquide usagé circulant vers ie deuxième compartiment fournisse de la chaleur au milieu liquide sortant du premier compartiment permet de diminuer la température dudit solvant liquide avant son arrivée dans te deuxième compartiment Cette diminution de température du solvant usagé permet avantageusement d'éviter tout risque d'initiation intempestive du matériau sain encore présent dans le premier compartiment par le solvant usagé stocké dans le deuxième compartiment, améliorant ainsi encore l'efficacité du système.
Lorsque le dispositif de circulation comprend un échangeur de chaleur, ce dernier est configuré pour chauffer le milieu liquide, lors de son transport depuis le premier compartiment vers l'enceinte de chauffage, par le dihydrogène gazeux libéré et/ou par le soivant liquide transporté depuis l'enceinte de chauffage vers le deuxième compartiment Il est particulièrement avantageux que réchangeur de chaleur, lorsqu'il est présent, permette de chauffer ie milieu liquide à la fois par le dihydrogène gazeux libéré et par le sofvant liquide transporté vers le deuxième compartiment afin d'améliorer l'efficacité du système. Auquel cas. l'échangeur de chaleur comprend les premier, deuxième et troisième canaux d'échange thermique décrits ci-dessus,
De préférence, le premier compartiment et le deuxième compartiment peuvent être séparés par une paroi mobile configurée pour se déplacer lors de ia circulation du milieu liquide afin de réduire ie volume du premier compartiment et augmenter ainsi la volume du deuxième compartiment
Un tel mode de réalisation permet avantageusement d'optimiser la quantité de dihydrogène pouvant être produite par le système pour un volume donné du réservoir. En effet avant d'initier ia génération de dihydrogène. ie premier compartiment représente sensiblement l'intégralité du volume du réservoir. Au fur et à mesure de la génération de dihydrogène et de la consommation du matériau, le volume du deuxième compartiment augmente simultanément à la diminution du voiume du premier compartiment afin de disposer à chaque instant d'un volume de deuxième compartiment suffisant pour stocker le solvant « usagé » tout en optimisant l'encombrement du système.
Dans un mode de réalisation,, le dispositif de circulation peut comprendre au moins une pompe ou un piston.
La présente invention vise également un système de génération d'énergie électrique comprenant au moins :
- un système de génération de dihydrogène gazeux te! que décrit plus haut et
- une pile à combustible destinée à générer de l'énergie électrique comprenant une anode en communication fluidique avec la sortie du condenseur et une cathode en communication fluidique avec une source de dioxygène gazeux.
La présente invention vise également un véhicule, comme un aéronef, comprenant un système de génération d'énergie électrique tel que décrit plus haut,
La présente invention vise également un procédé de génération de dihydrogène gazeux mettant en œuvre un système tel que décrit pius haut le procédé comprenant au moins :
- le transport du milieu liquide du premier compartiment vers l'enceinte de chauffage,
- le chauffage du milieu liquide dans l'enceinte de chauffage par l'organe de chauffage afin de générer une phase gazeuse comprenant du dihydrogène gazeux libéré à partir audit matériau et du solvant évaporé suite au chauffage..
- la condensation du solvant évaporé par le condenseur, et
- ie transport du solvant après libération du dihydrogène gazeux depuis l'enceinte de chauffage vers le deuxième compartiment.
De préférence, le milieu liquide et le solvant peuvent circuler de manière continue dans ie dispositif de circulation.
La présente Invention vise encore un procédé de génération d'énergie électrique mettant en œuvre un système tef que décrit plus haut le procédé comprenant au moins ; = la génération de dihydrogène gazeux par mise en œuvre d'un procédé tel que décrit plus haut et
la génération d'énergie électrique par la pile à combustible par alimentation de cette dernière par le dihydrogène gazeux ainsi généré et par du dioxygène gazeux.
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressorti ront de la description suivante de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 représente de manière schématique un mode de réalisation d'un système de génération de dihydrogène gazeux selon l'invention,
- la figure 2 représente de manière schématique l'évolution du système de la figure 1 après avancement du procédé de génération de dihydrogène gazeux, et
- la figure 3 représente un modo de réalisation de système de génération d'énergie électrique selon l'invention.
Description détaillée de modes de réalisation
La figure 1 représente un système 1 de génération de dihydrogène gazeux destiné à alimenter l'anode d'une pile à combustible avec le dihydrogène gazeux généré.
Le système 1 comprend un réservoir compartimenté 3 comprend un corps 4, Le corps 4 définit un voiume intérieur dans lequel sont présents un premier compartiment 5 et un deuxième compartiment ?. Le deuxième compartiment 7 est séparé du premier compartiment 5 par une paroi 9. Cette paroi 9 est formée d'un matériau imperméable, c'est-à- dire d'un matériau configuré pour empêcher un échange fiuidique entre le premier compartiment 5 et le deuxième compartiment 7. Le premier compartiment S comprend un milieu liquide ML comprenant au moins une solution liquide laquelle comprend un matériau de stockage de dihydrogène dissous dans un solvant liquide. Comme mentionné plus- haut, le matériau de stockage de dihydrogène est configuré pour libérer du dihydrogène gazeux par chauffage. Le matériau de stockage de clîhydrogène peut par exemple être le borazane (BH3NH3) aussi appelé « ammonîa borane ». Dans ce cas, le solvant mis en œuvre peut être de l'eau ou être, en variante, un solvant organique tel que réthyiènediamine ou le formamide. On peut dans un autre mode de réalisation utiliser du UAIH4 comme matériau de stockage de dlhydrogène. Auquel cas, le solvant mis en œuvre peut être un suivant organique comme i'éther, par exemple. Le solvant peut ne pas produire de dihydrogène gazeux lors du chauffage dans l'enceinte 13. Comme mentionné plus haut le milieu liquide ML peut être une solution liquide. Auquel cas, le matériau de stockage de dihydrogène peut avantageusement être présent dans ie milieu liquide ML à la concentration de saturation (Le. à la concentration au-delà de laquelle le matériau de stockage de dihydrogène à l'état solide ne peut plus se dissoudre dans ie solvant). En variante, le milieu liquide ML peut être une suspension et comprendre (i) une première phase liquide comprenant le solvant et le matériau de stockage de dihydrogène dissous dans le solvant et (li) une deuxième phase de particules solides du matériau de stockage de dihydrogène dispersée dans ta première phase. Dans ce cas, le matériau de stockage de dihydrogène dissous dans le solvant y est présent à la concentration de saturation afin de former la première phase liquide (le solvant est saturé en matériau de stockage de dihydrogène dissous).
Le milieu liquide ML est stocké dans le premier compartiment S à température ambiante (i.e. sensiblement égaie à 20°C) et à pression atmosphérique (i.e, sensiblement égale à 1 bar) avant initiation du procédé de génération de dihydrogène gazeux.
Le premier compartiment 5 présente dans l'exemple Illustré une unique sortie 5s. Le premier compartiment 5 est en particulier, dépourvu d'une entrée permettant au milieu liquide ML ayant quitté ce compartiment 5 d'y être réintroduit. Le deuxième compartiment 7 est quant à fui destiné à recevoir le solvant usagé SU après génération du dihydrogène gazeux, comme il va à présent être décrit en détails.
Le système 1 comprend un dispositif de circulation permettant ie transport, dans le système 1, du milieu liquide ML et du solvant usagé SU obtenu après génération du dihydrogène gazeux. Le dispositif de circulation comprend un premier cana! 6 reliant la sortis 5s du premier compartiment S à l'entrée d'une pompe 35. Un deuxième canal 8 du dispositif de circulation relie la sortie de la pompe 35 à l'entrée 13e d'une enceinte de chauffage 13 d'un dispositif de chauffage 11. Lorsqu'elle est actionnée, la pompe 35 est configurée pour transporter le milieu liquide ML depuis le premier compartiment 5 au travers successivement du premier canal 6 et du deuxième canal 8 afin d'Introduire ce milieu liquide ML dans un canal 13a de l'enceinte de chauffage 13 au travers de l'entrée 13e de celie-cu Ainsi, l'entrée 13e de l'enceinte de chauffage 13 est en communication fiuldique avec la sortie 5s du premier compartiment 5 par l'intermédiaire des premier 6 et deuxième 8 canaux. On peut par exemple utiliser une pompe 35 de type DMX 75-4 commercialisée par ia société Grunclfos.
Le dispositif de chauffage il est muni d'un organe de chauffage 14 configuré pour chauffer l'intérieur de l'enceinte de chauffage 13. L'organe de chauffage 14 peut être un organe de chauffage résistif ou en variants permettre de réaliser un chauffage par induction. L'organe de chauffage 14 peut, comme illustré, être disposé autour de l'enceinte de chauffage 13. L'organe de chauffage 14 peut être situé à l'extérieur de l'enceinte de chauffage 13. Dans l'exemple illustré, l'organe de chauffage 14 comprend une pluralité de spires entourant l'enceinte de chauffage 13. D'autres positionnements relatifs de i'organe de chauffage par rapport à l'enceinte de chauffage sont possibles dans le cadre de la présente Invention,
Lorsque le milieu liquide ML traverse l'enceinte de chauffage 13. ce milieu liquide ML est chauffé par l'organe de chauffage 14. Le matériau de stockage de dihydrogène présent dans le milieu liquide ML se transforme, sous l'effet de œ chauffage, afin de générer du djhydrogène gazeux. Plus précisément, lorsque ie milieu liquide est une solution liquide le matériau de stockage de dihydrogène dissous produit sous Peffet de ce chauffage, du dihydrogène gazeux. Lorsque le milieu liquide est une suspension, du dihydrogène gazeux est produit à la fois à partir du matériau de stockage de dihydrogène dissous et du matériau de stockage de dihydrogène à l'état solide. Le chauffage de l'enceinte 13 conduit en outre à évaporer une partie du solvant du milieu liquide ML. La phase gazeuse ainsi formée suite au chauffage comprend à la fois du solvant évaporé et du dihydrogène gazeux. A titre indicatif, le milieu liquide ML peut être porté, dans l'enceinte de chauffage 13, à une température supérieure ou égale à 80°C, par exemple supérieure ou égaie à 100°C.
Le système 1 est muni d'un condenseur 20 qui est en communication fiuidique avec l'enceinte de chauffage 13. Le canal 13a sa divise, dans l'enceinte de chauffage 13, en deux sous-canaux distincts. Le premier sous-canal 13b s'étend dans l'enceinte de chauffage 13 afin d'acheminer le solvant liquide jusqu'à la sortie 13s de l'enceinte de chauffage 13. Le deuxième sous-canal 13c s'étend, quant à lui de manière transversale par rapport au premier sous-canal 13b et reiie l'enceinte de chauffage 13 à l'entrée 20e du condenseur 20, Ainsi, l'entrée 20e du condenseur 20 est en communication fiuidique avec l'enceinte de chauffage 13 par l'intermédiaire du deuxième sous-canai 13c. La phase gazeuse générée dans l'enceinte de chauffage 13 comprenant le mélange de dihydrogène gazeux et de solvant évaporé s'écoule dans le deuxième sous-canai 13c jusqu'à l'entrée 20e du condenseur 20. Le condenseur 20 présente un canal 22 prolongeant le deuxième sous-canal 13c dans lequel la phase gazeuse générée s'écoule. Le condenseur 20 constitue un réfrigérant au voisinage duquel un fluide de refroidissement FR circule. Le fluide de refroidissement FR peut par exemple être de l'eau. La phase gazeuse est refroidie fors de ia traversée du canal 22 du condenseur 20 par le fluide de refroidissement FR. Ce refroidissement permet de condenser le solvant évaporé et de le récupérer sous forme liquide dans l'enceinte de chauffage 13. Le condenseur 20 peut comme Illustré comprendre des ailettes 24 permettant d'augmenter ia surface d'échange thermique entre le fluide de refroidissement FR et la phase gazeuse. En revanche, le dihydrogène reste à l'état galeux lors de la traversée du condenseur 20. La condensation du solvant réalisée dans te condenseur 20 permet d'une part, de récupérer la fraction du soivant évaporé et d'autre part, de purifier le dihydrogène gazeux généré avant son acheminement dans fa piie à combustible en je séparant du solvant évaporé. Le canal 22 du condenseur 20 relie l'entrée 20e du condenseur 20, située du côté de l'enceinte de chauffage 13, à une sortie 20s du condenseur 20. Il est possible, comme illustré, de piacer un filtre 30 au niveau de la sortie 20s du condenseur 20 afin de filtrer d'éventuelles impuretés (ammoniac NH3 ou diborane B2H6 par exemple) présentes dans le dihydrogène gazeux généré. Le dispositif de circulation comprend un troisième canal 25 reliant la sortie 20s du condenseur 20 à l'anode 42 d'une pile à combustible 40 (représentée à la figure 3), Le troisième canal 25 permet de transporter te dihydrogène gazeux généré depuis la sortie 20s du condenseur 20 vers l'anode 42 de ia plie à combustible 40 afin d'alimenter cette dernière.
Le circuit du solvant liquide usagé depuis l'enceinte de chauffage 13 va à présent être décrit. En parallèle de la génération de dihydrogène gazeux par chauffage, ie solvant liquide usagé SU s'écoule dans le premier sous-canal 13b jusqu'à la sortie 13s de l'enceinte de chauffage 13. Le dispositif de circulation comprend un quatrième canal 10 qui relie la sortie 13s de l'enceinte de chauffage 13 à l'entrée 7e du deuxième compartiment 7, Ainsi, la sortie 13s de i'enceinte de chauffage 13 est en communication fluidique avec l'entrée 7e du deuxième compartiment 7 par {Intermédiaire du quatrième canal 10. Après génération du dihydrogène gazeux, ie solvant liquide usagé SU est transporté depuis la sortie 13s de l'enceinte de chauffage 13 vers le deuxième- compartiment 7 par le quatrième canal 10. Le solvant liquide usagé SU est ainsi stocké dans, ie deuxième compartiment 7 au fur et à mesure de l'avancement de la génération de dihydrogène. La pompe 35 peut être configurée pour permettre, à elle seule, le transport du milieu liquide ML depuis le premier compartiment 5 vers l'enceinte de chauffage 13 et du solvant usagé SU depuis l'enceinte de chauffage 13 vers ie deuxième compartiment 7. Ainsi, le système peut avantageusement comprendre une unique pompe 35 par exemple disposée entre le premier compartiment 5 et l'enceinte de chauffage 13. comme illustré. Un tel système 1 comprenant une unique pompe est avantageux dans la mesure où il présente une structure relativement simple utilisant un nombre d'éléments réduit. On peut, dans une variante non illustrée, placer, sur le quatrième canal entre la sortie de l'enceinte de chauffage et l'entrée du deuxième compartiment, une pornpe additionnelle permettant de pomper le solvant usagé vers le deuxième compartiment, Dans une variante non illustrée, il est aussi possible que la paroi 9 soit mobile et joue un rôle de piston permettant d'injecter le milieu liquide dans l'enceinte de chauffage, afin par exemple de s'affranchir de la présence de la pompe 35. Dans l'exemple de système 1 illustré aux figures 1 et 2, le dispositif de circulation comprend ainsi le premier canal 6, la pompe 35f te deuxième canal 8, le troisième canal 25 et le quatrième canai 10. Ainsi, le dispositif de circulation permet de transporter ie milieu liquide ML depuis le premier compartiment 5 vers l'enceinte de chauffage 13 et permet de faire retourner le soivant usagé SU dans le réservoir 3 afin d'être stocké dans ie deuxième compartiment ./. La présence conjointe du dispositif de circulation et du condenseur 20 permet au solvant liquide de circuler en boude fermée dans ie système 1, En d'autres termes, ce soivant casse successivement du premier compartiment 5 du réservoir 3 dans l'enceinte de chauffage 13, éventuellement ensuite dans Se condenseur 20 pour la fraction du solvant évaporé, puis retourne dans ie réservoir 3 au sein du deuxième compartiment 7. Le dispositif de circulation permet en outre d'acheminer le dihydrogène gazeux généré par l'intermédiaire du troisième canal 25 vers l'anode de la pile à combustible.
Un mode préférentiel de réalisation de l'invention va à présent être détaillé toujours en iien avec le système 1 illustré aux figures 1 et 2.
Comme illustré aux figures 1 et 2, le dispositif de circulation est muni d'un échangeur de chaleur 36. La présence de cet échangeur de chaleur 36 est préférentielle afin d'optimiser la consommation énergétique du système 1, comme il va être détaillé plus bas. Dans une variante non illustrée, ie système peut toutefois être dépourvu d'un tel échangeur de chaleur.
L'échangeur de chaleur 36 est en communication fluidique avec ia sortie 5s du premier compartiment 5 et avec l'entrée 13e de l'enceinte de chauffage 13. L'échangeur de chaleur 36 est disposé entre la sortie 5s du premier compartiment 5 et rentrée 13e de l'enceinte de chauffage 13. L'échangeur de chaleur 36 est présent sur le deuxième canal 8. Le deuxième canai 8 traverse l'échangeur de chaleur 36, Le deuxième canai 8 comprend un tronçon 8a constituant un premier canai 8a d'échange thermique de l'échangeur de chaleur 36. L'échangeur de chaleur 36 est en communication fluidique avec la sortie 5s du premier compartiment 5 et avec l'entrée 13e de l'enceinte de chauffage 13 par l'intermédiaire des premier 6 et deuxième 8 canaux. Le milieu liquide ML sortant du premier compartiment 5 traverse ie premier canal 8a d'échange thermique afin d'être préchauffé avant son arrivée dans le dispositif de chauffage 1 1, Le flux de milieu liquide ML à préchauffer circulant dans le système 1 est représenté par ia flèche F1F.
L'échangeur de chaleur 36 est. en outre, en communication fluidlque avec la sortie 20s du condenseur 20. L'échangeur de chaleur 36 est par ailleurs, en communication fluidique avec la sortie 13s de l'enceinte de chauffage 13 et avec l'entrée 7e du deuxième compartiment 7. Le troisième canal 25 et le quatrième canal 10 traversent chacun l'échangeur de chaleur 36. L'échangeur de chaleur 36 est muni d'un deuxième canal 25a d'échange thermique correspondant I un tronçon du troisième canal 25 et d'un troisième canal 10a d'échange thermique correspondant à un tronçon du quatrième canal 10. L'échangeur de chaleur 36 est en communication fluidlque avec la sortie 20s du condenseur par l'intermédiaire du troisième canal 25, L'échangeur de chaleur 36 est en outre en communication fluidique avec ia sortie 13s de l'enceinte de chauffage 13 et avec l'entrée 7e du deuxième compartiment 7 par l'intermédiaire du quatrième canal 10,
Le deuxième canal 25a d'échange thermique est distinct du premier canal 8a d'échange thermique. Le deuxième canal 25a ne débouche pas dans le premier canal 8a. Le dihydrogène gazeux sortant du condenseur 20, et destiné à rejoindre l'anode de la pile à combustible, traverse le deuxième canal 25a d'échange thermique. La température du dihydrogène gazeux en sortie du condenseur 20 est supérieure à ia température du milieu liquide ML sortant du premier compartiment 5. A titre indicatif, la température du dihydrogène gazeux en sortie du condenseur 20 peut être supérieure ou égaie à 60°C. Le flux du dihydrogène gazeux chaud sortant du condenseur 20 est représenté par la flèche F2C. Un échange thermique se produit dans l'échangeur de chateur 36 dans lequel le dihydrogène gazeux chaud sortant du condenseur 20 et s'écoulant dans le deuxième canal d'échange thermique 25a réchauffe ie milieu liquide ML s'écouiant dans le premier canal 8a d'échange thermique. Cet échange thermique participe à préchauffer ie milieu liquide ML avant son arrivée dans le dispositif de chauffage 11. Après cet échange thermique, le dihydrogène gazeux refroidi est transporté au travers du troisième canal 25 vers l'anode de ia plie à combustible. Le flux dihydrogène gazeux refroidi sortant de l'échangeur de chaleur 36 et destiné à alimenter la pile à combustible est représenté par la flèche F2F aux figures 1 et 2,
Le troisième canal 10a d'échange thermique est distinct du premier canal 8a d'échange thermique et du deuxième canal 25a d'échange thermique. Le troisième canal 10a ne débouche ni dans le premier canal 8a. ni dans le deuxième canal 25a. Le soivant usagé sortant de l'enceinte de chauffage 13, et destiné â rejoindre le deuxième compartiment 7, traverse ie troisième canal 10a d'échange thermique. Il n'y a en particulier pas de « dilution » du matériau sain par ie solvant usagé sortant de l'enceinte de chauffage 13. La température du soivant usagé en sortie de l'enceinte de chauffage 13 est supérieure à la température du milieu liquide ML sortant du premier compartiment 5. A titre indicatif; la température du soivant usagé en sortie de l'enceinte de chauffage 13 peut être supérieure ou égale à 80°C. Le flux de solvant usagé chaud sortant de l'enceinte de chauffage 13 est représenté par la flèche F3C. De Sa même manière, le réchauffement du solvant suite à sa traversée de l'enceinte de chauffage 13 est aussi mis à profit afin de préchauffer le milieu liquide ML dans réchangeur de chaleur 36. En effet, un échange thermique se produit dans réchangeur de chaleur 36 dans lequel ie soivant usagé chaud sortant de l'enceinte de chauffage 13 et s'écoulant dans ie troisième canal 10a d'échange thermique réchauffe le milieu liquide ML s'écoulant dans le premier canai 8a d'échange thermique. Cet échange thermique participe à préchauffer le milieu liquide ML avant son arrivée dans le dispositif de chauffage 11. Ainsi, îe solvant usagé chaud transporté, après libération du dîhydrogène gazeux, vers le deuxième compartiment 7 participe au préchauffage du milieu liquide ML dans l'échangeur de chaleur 36. Après cet échange thermique, le solvant usagé refroidi SU sortant de l'échangeur de chaleur 36 est transporté au travers du quatrième canal 10 pour être stocké dans te deuxième compartiment 7 du réservoir 3, Le flux de solvant usagé SU refroidi sortant de l'échangeur de chaleur 36 et destiné à être stocké dans le deuxième compartiment 7 est matérialisé par la flèche F3F aux figures 1 et 2.
Grâce à la présence de l'échangeur de chaleur 36. ie milieu liquide ML est préchauffé avant son arrivée dans le dispositif de chauffage 11. Après traversée de l'échangeur de chaleur 36, le milieu liquide préchauffé s'écoule dans le deuxième canal 8 jusqu'au dispositif de chauffage 11. Le flux du milieu liquide préchauffé est matérialisé par la flèche FiC aux figures 1 et 2. L'échangeur de chaleur 36 permet avantageusement de réutiliser une partie de la quantité d'énergie fournie par le dispositif de chauffage II afin de préchauffer le milieu liquide. Cela permet ainsi d'optimiser la quantité d'énergie globale consommée par le système i. Un autre avantage de l'échangeur de chaleur 36 est qu'il permet du fait de la présence du troisième canal d'échange thermique lûa de refroidir le solvant usagé avant son arrivée dans le deuxième compartiment 7 et ainsi d'éviter tout risque d'initier, de manière intempestive, le matériau de stockage de dihydrogène présent dans ie premier compartiment 5.
Aux figures 1 et 2, les tronçons de canaux représentés en traits fins correspondent à des tronçons dans lesquels le fluide circulant est froid (milieu liquide ML avant préchauffage par l'échangeur de chaleur 36, flux de dihydrogène et de solvant usagé refroidis F2F et F3F). De manière analogue, les tronçons de canaux représentés en traits gras correspondent à des tronçons dans lesquels le fluide circulant est chaud (milieu liquide après préchauffage, enceinte de chauffage et condenseur et flux de dihydrogène et de solvant usagé chauds F2C et F3C).
Dans l'exemple illustré, l'échangeur de chaleur 36 comprend trois canaux d'échange thermique distincts. On ne sort toutefois pas du cadre de l'invention lorsque l'échangeur de chaleur ne comporte que deux canaux d'échange thermique distincts, a savoir : le premier canal 8a d'échange thermique et l'un ou l'autre des deuxième 25a et troisième 10a canaux d'échange thermique.
Avantageusement, la circulation du milieu liquide ML vers l'enceinte de chauffage 11 et du solvant usagé retournant dans le réservoir 3 peut se faire de manière continue (i.e. sans que cette circulation soit interrompue}. En d'autres termes, dans ce cas, le milieu liquide ML est transporté depuis le. premier compartiment S vers l'enceinte de chauffage 13 puis il traverse l'enceinte de chauffage 13 dans laquelle le dihydrogène gazeux est généré puis le suivant usagé ressort de l'enceinte de chauffage 13 pour être transporté jusqu'au deuxième compartiment 7 et ce sans interrompre l'écoulement fluidique dans le système 1. La figure 2 représente l'évolution du système 1 lors de l'avancement de la génération de dihydrogène gazeux. Le volume du premier compartiment 5 dans l'état illustré à la figure 2 est inférieur au volume du premier compartiment 5 dans l'état illustré à la figure 1, En revanche, ie volume du deuxième compartiment 7 dans l'état illustré à la figure 2 est supérieur au volume du deuxième compartiment 7 dans l'étal illustré à la figure I, Comme illustré à la figure 2, la paroi 9 est une paroi mobite et se déplace le long de la direction D au fur et à mesure de l'avancement du procédé de génération du dihydrogène gazeux. Le déplacement de la paroi 9 permet de réduire progressivement le volume du premier compartiment 5 et en parallèle, d'augmenter le volume du deuxième compartiment 7. Dans l'exemple illustré, la paroi 9 mobile est configurée pour se déplacer le long de i'axe longitudinal du réservoir 3. A chaque instant dans le système i, la somme des volumes des premier 5 et deuxième 7 compartiments est constante et égaie au volume interne défini par le corps 4 du réservoir 3. La présence de la paroi mobile 9 permet d'optimiser l'encombrement du système i dans la mesure où la réduction de volume du premier compartiment 5 liée à la sortie d'une partie du milieu liquide ML est utilisée pour constituer un volume disponible dans le deuxième compartiment 7 afin de stocker ie solvant liquide usagé SU, On ne sort toutefois pas du cadre de l'invention si les premier et deuxième compartiments sont séparés par une paroi immobile.
On a représenté à la figure 3 de manière schématique un exempte de système de génération d'énergie électrique 10 selon l'invention qui comprend un système 1 de génération de dihydrogène gazeux tel que décrit plus haut. La sortie du condenseur 20 de ce système 1 est en communication fluidique avec l'anode 42 d'une pile à combustible 40 de manière à alimenter cette dernière par ie dihydrogène gazeux généré (flux F2F), La pile à combustible 40 présente en outre une cathode 44 en communication fluidique avec une source de dioxygène gazeux 46. Le dioxygène gazeux est destiné à circuler dans le canal 48 reliant la source 46 à ia cathode 44 afin d'alimenter cette dernière (flux H), la source de dioxygène 46 peut par exemple être un dispositif de stockage de dioxygène sous pression, par exemple sous la forme d'une bouteille de dioxygène sous pression. En variante, ia source de dioxygène peut comporter un compresseur configuré pour prélever l'air ambiant et pour se comprimer ainsi que des moyens de filtration de l'azote présent dans l'air comprimé afin de n'acheminer à la cathode de la pile que le dioxygène. La pile à combustible 40 est destinée à produire de l'énergie électrique pour alimenter un élément 50 monté dans un aéronef, par exemple. L'élément 50 peut permettre de réaliser une fonction secondaire de l'aéronef. L'élément 50 peut par exemple faire partie du système de ventilation de l'aéronef ou d'une cuisine présente à bord de ce dernier. La cathode 44 est reliée à une première borne de l'élément S0 et l'anode 42 est reliée à une deuxième borne de l'élément 50 différente de la première. De manière connue en soi, la pile à combustible 40 comprend en outre un circuit de refroidissement 45 permettant de refroidir la pile 40 lors de son fonctionnement

Claims

REVENDICATIONS
1. Système (1) de génération de dihydrogène gazeux destiné à alimenter une pile à combustible (40), ledit système comprenant au moins :
- un réservoir (3) compartimenté présentant un premier compartiment (5) comprenant un milieu liquide (ML) lequel comprend au moins un matériau de stockage de dîhydrogène dissous dans un solvant le réservoir (3) présentant en outre un deuxième compartiment (7) séparé du premier compartiment (S),
- un dispositif de chauffage (11) comprenant une enceinte de chauffage (13) présentant une entrée (13e) en communication fluidique avec une sortie (5s) du premier compartiment (S) et une sortie (13s) en communication fluidique avec une entrée (7e) du deuxième compartiment (7), le dispositif de chauffage (11) comprenant en outre un organe de chauffage (14) configuré pour chauffer i'encesnte de chauffage (13) et destiné à permettre ainsi la libération du dîhydrogène gazeux à partir dudit matériau,
- un condenseur (20) en communication fluidique avec l'enceinte de chauffage (13), le condenseur (20) présentant une sortie (20s) destinée à alimenter une plie à combustible (40) avec ie dîhydrogène gazeux libéré. et
- un dispositif de circulation (6 ; 35 ; 8 ; 10) configuré pour transporter ie milieu liquide (ML) depuis le premier compartiment (5) vers l'enceinte de chauffage (13) et pour transporter ie solvant depuis l'enceinte de chauffage (13) vers le deuxième compartiment (7).
2. Système (i) selon la revendication i? le dispositif de circulation comprenant un échangeur de chaleur (36) comportant au moins un premier canal (8a) d'échange thermique en communication fluidique avec la sortie (5s) du premier compartiment (5) et avec l'entrée (13e) de l'enceinte de chauffage (13), réchangeur de chaieur (36) comportant en outre un deuxième canai (25a) d'échange thermique, différent du premier canal, en communication fluidique avec la sortie (20s) du condenseur.
3. Système (1) selon la revendication 1 ou 2, le dispositif de circulation comprenant un échangeur de chaleur (36) comportant au moins un premier canal (8a) d'échange thermique en communication fluidîque avec Sa sortie (5s) du premier compartiment (5) et avec l'entrée (13e) de l'enceinte de chauffage (13), l'échangeur de chaleur (36) comportant en outre un troisième canal (10a) d'échange thermique, différent du premier canai, en communication fluidîque avec la sortie (13s) de l'enceinte de chauffage (13) et avec l'entrée (7e) du deuxième compartiment (7).
4. Système (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, le premier compartiment (5) et ie deuxième compartiment (7) étant séparés par une paroi mobile (9) configurés pour se déplacer lors de la circulation du milieu liquide (ML) afin de réduire ie voiume du premier compartiment (5) et augmenter ainsi ie volume du deuxième compartiment (7).
5. Système (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, le dispositif de circulation comprenant au moins une pompe (35) ou un piston.
6. Système de génération d'énergie électrique (19) comprenant au moins :
- un système de génération de dihydrogène gazeux (1) selon i'une quelconque des revendications 1 à 5, et
- une pile à combustible (40) destinée à générer de l'énergie électrique comprenant une anode (42) en communication fluidîque avec sa sortie du condenseur (20) et une cathode (44) en communication fluidîque avec une source (46) de dioxygène gazeux.
7. Aéronef comprenant un système de génération d'énergie électrique (10) selon la revendication 6.
8. Procédé de génération de dihydrogène gazeux mettant en œuvre un système (1). selon l'une quelconque des revendications i à 5, le procédé comprenant au moins : - le transport du milieu liquide (ML) du premier compartiment (5) vers l'enceinte de chauffage (13),
- le chauffage du milieu liquide (ML) dans l'enceinte de chauffage (13) par l'organe de chauffage (14) afin de générer une phase gazeuse comprenant du dihydrogène gazeux libéré à partir dudit matériau et du solvant évaporé suite au chauffage,
- la condensation du solvant évaporé par le condenseur (20), et
- le transport du solvant après libération du dihydrogène gazeux depuis l'enceinte de chauffage (13) vers le deuxième compartiment (7),
9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel ie milieu liquide et le solvant circulent de manière continue dans te dispositif de circulation.
10, Procédé de génération d'énergie électrique mettant en œuvre un système (10) selon la revendication 6, le procédé comprenant au moins :
- ia génération de dihydrogène gazeux par mise en œuvre d'un procédé selon la revendication 8 ou 9, et
- ia génération d'énergie électrique par la pile à combustible (40) par alimentation de cette dernière par le dihydrogène gazeux ainsi généré et par du dioxygène gazeux.
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