WO2019115941A1 - Separateur de phases pour pile a combustible - Google Patents

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WO2019115941A1
WO2019115941A1 PCT/FR2018/053231 FR2018053231W WO2019115941A1 WO 2019115941 A1 WO2019115941 A1 WO 2019115941A1 FR 2018053231 W FR2018053231 W FR 2018053231W WO 2019115941 A1 WO2019115941 A1 WO 2019115941A1
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phase separator
junction
section
inlet
outlet
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PCT/FR2018/053231
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Jean-Philippe Poirot-Crouvezier
Philippe Manicardi
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Commissariat A L'Énergie Atomique Et Aux Energies Alternatives
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D45/00—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces
    • B01D45/04—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by utilising inertia
    • B01D45/08—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by utilising inertia by impingement against baffle separators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01D45/12—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces
    • B01D45/16—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces generated by the winding course of the gas stream, the centrifugal forces being generated solely or partly by mechanical means, e.g. fixed swirl vanes
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    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
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    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • H01M8/04164—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal by condensers, gas-liquid separators or filters
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    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
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    • H01M8/04059—Evaporative processes for the cooling of a fuel cell
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to fuel cells, and in particular to phase separators for reactant recovery circuits for fuel cells.
  • the reagents In a proton exchange membrane fuel cell, the reagents must be conducted to the reactive zone, the products, non-reactive species and the heat produced must be removed from the reactive zone.
  • this air is led to the reactive zone after having generally passed through a series of components, such as a filter, a heat exchanger, or a humidifier).
  • a series of components such as a filter, a heat exchanger, or a humidifier.
  • the residual air is generally dewatered to recover water, and then generally discharged through a discharger, to maintain a pressure in the cathodic reactive zone.
  • fuel such as dihydrogen is brought under pressure to the reactive zone.
  • the stream recovered at the anode outlet can be mixed with the feed supplied by the feed, prior to introduce the mixture at the anode inlet.
  • the proton exchange membrane passes a small amount of nitrogen and water produced at the cathode to the anode.
  • Recirculation is both tolerant of nitrogen pollution at the outlet of the anode, and also allows to benefit from moisture at the outlet of the anode, to moisten the fuel at the entrance of the anode . If it is desired to maintain moisture in the hydrogen, however, it is desired to avoid the formation of drops of water, which may block pipes in the reactive zone. Therefore, it is advantageous to avoid cooling the anode outlet, otherwise the moisture will condense in the form of droplets.
  • phase separator at the anode outlet. It is also known to introduce a phase separator at a non-pure oxidizer feed mixed with the cathode outlet. It is important to guarantee an important anodic flow, in order to avoid a concentration of nitrogen coming from the formation. The permeation of nitrogen causes its progressive accumulation in the fuel recirculation circuit. Although the nitrogen is inert, its too high concentration can lead to the stopping of the fuel cell. To avoid such a stop, a periodic or continuous purge is performed.
  • phase separation in a fuel cell, it is known to perform either a gravity separation, a separation by centrifugal force, or a separation by inertia.
  • Gravity separation as described in JP2007087718, includes an increase in the flow section, which slows the flow of fluid, and promotes droplet drop.
  • a separation device is then particularly bulky.
  • Centrifugal force separation as described in US 8034142 is also particularly bulky.
  • phase separator makes it possible both to achieve effective phase separation and in a sufficiently reduced volume.
  • the invention aims to solve one or more of these disadvantages.
  • the invention thus relates to a phase separator as defined in the appended claims.
  • the invention also relates to a power generation system as defined in the appended claims.
  • FIG 1 is a schematic top view of the interior of a fuel cell phase separator according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a perspective view by transparency of the phase separator of FIG. 1;
  • FIG. 3 is an enlarged representation of part of the phase separator of FIG. 1;
  • FIG. 4 is a schematic view from above of a phase separator for a fuel cell according to a variant of a second embodiment of the invention;
  • FIG. 5 is a schematic view from above of a phase separator for a fuel cell according to another variant of a second embodiment of the invention.
  • FIG. 6 is a schematic view from above of a phase separator for a fuel cell according to a variant of a third embodiment of the invention.
  • FIG. 7 is a schematic view from above of a phase separator for a fuel cell according to another variant of the third embodiment of the invention.
  • FIG 8 is a perspective view in section of a fuel cell phase separator according to another variant of the first embodiment of the invention.
  • FIG. 9 is a schematic view from above of a phase separator for a fuel cell according to another variant of the second embodiment of the invention.
  • FIG. 10 is a perspective view by transparency of a phase separator for a fuel cell according to another variant of the first embodiment of the invention.
  • FIG. 11 is a view from above of the inside of the phase separator of FIG. 10;
  • FIGS. 12 to 15 are diagrammatic representations of different system configurations each including a fuel cell and a phase separator according to the invention.
  • the invention proposes a phase separator provided with parallel pipes connected by a pin-shaped junction configured to reverse the direction of fluid flow between its pipes.
  • the junction comprises successive sections in the continuity of one another.
  • a first section has a lower average flow section than one of the pipes, a second section having a mean flow section greater than that of the first section.
  • FIG. 1 is a schematic top view of the interior of a phase separator 1 for fuel cell according to a first embodiment of the invention.
  • FIG. 2 is a perspective view by transparency of the phase separator of FIG. 1.
  • the phase separator 1 is in the form of a housing having an input 1 1 intended to receive a flow of reagent derived at least in part from a reagent exhaust from a fuel cell, an outlet 12 for supplying a gas stream to a reagent inlet of the fuel cell, and an exhaust outlet 13 of liquid.
  • the evacuation outlet 13 is here positioned near the outlet 12.
  • the housing is here delimited by a bottom wall 10, a cover 15, side walls 14 and end walls (not referenced).
  • the case here has a shape of a rectangular parallelepiped.
  • the inlet 1 1 and the outlet 12 are formed as orifices in respective end walls.
  • the outlet 13 is formed in the form of an orifice in the bottom wall 10.
  • the inlet 1 1 and the outlet 12 are elevated here relative to the bottom wall 10.
  • the flow entering the separator 1 at the level of the 1 1 inlet is intended to be separated between a gas stream discharged through the outlet 12, and a liquid flow discharged through the outlet 13.
  • the housing is arranged so that the fluid flow is carried out generally parallel to the wall bottom 10 or in normal planes to the side walls 14.
  • phase separator 1 Inside the housing formed by the phase separator 1, vertical walls 3 are formed between the bottom wall 10 and the lid 15. Parallel flow pipes 2 are formed between the successive vertical walls 3, perpendicular to the bottom wall 10.
  • the walls 3 are here flat and parallel to each other.
  • the phase separator 1 here comprises an alternation of walls 3 connected to a first wall 14 and providing a passage with a second wall 14, and walls 3 connected to the second wall 14 and providing a passage with the first wall 14.
  • pin joints 4 are formed between the pipes 2 successive.
  • the successive pipes 2 here have the same flow section.
  • FIG. 3 is an enlarged representation of a portion of the phase separator of FIG.
  • the dashed line illustrates the geometric center of the flow channel formed through the phase separator 1.
  • Dashed lines mark a boundary between flow channels and junctions.
  • the dotted lines mark a delimitation between successive sections of a junction.
  • a pipe 21 is delimited between a wall 30 and a wall 31.
  • a pipe 22 is parallel to the pipe 21, and delimited between the wall 31 and a wall 32.
  • a pipe 23 is parallel to the pipe 22.
  • the pipes 21 and 22 are connected by a hairpin junction 41.
  • the pipes 22 and 23 are connected by a pin junction 42.
  • the flow between the inlet 1 1 and the outlet 12 is thus carried out here in series between the pipes 21 to 23 in particular.
  • the bottom wall 10 extends between the various pipes and joints, to the outlet 13.
  • the height in the housing being here constant at all points, the local passage section in the pipes and junctions here will be defined by the width of the passage at the geometric center of the flow channel.
  • the junction 41 comprises successive sections 410, 41 1, 412 and 413 and in continuity with each other.
  • the sections 410 to 413 connect the pipes 21 and 22.
  • the junction 42 comprises successive sections 420, 421, 422 and 423 and in continuity with each other.
  • the sections 420 to 423 connect the pipes 22 and 23.
  • the section 41 1 has a lower average flow section than the pipe 21, thereby forming a narrowing.
  • the section 41 1 thus makes it possible to accelerate the speed of the flow locally.
  • the section 412 has a greater average flow section than the section 41 1, thus forming an enlargement.
  • the section 412 thus makes it possible to locally slow down the flow velocity, favoring the drop of the droplets that have been accelerated in the section 41 1.
  • the accelerated droplets in the section 41 1 tend to continue their course to the wall 14, due to the change of orientation along the hairpin junction 41. This configuration thus promotes a separation between the water and the gas in the flow.
  • the droplets reaching the wall 14 or another wall tend to then run off to the bottom wall 10.
  • Such a phase separation is furthermore obtained here with a minimum of obstacles to the flow, which makes it possible to limit the pressure drops in the separator 1.
  • the section 410 advantageously has an average flow section greater than that of the pipe 21, and greater than that of the section 41 1, which makes it possible to slow down the droplets present in the stream, before accelerating them in the section 41 1 with the change of orientation.
  • the section 413 advantageously has a lower average flow section than that of the section 412, in order to accelerate the flow.
  • phase separator 1 Due to the presence of several parallel pipes connected by junctions, the flow of fluid through the phase separator 1 can not flow in a straight line from the inlet 1 1 to the outlet 12, and is obliged to to meander. Due to the inversion of the flow direction between the parallel pipes, the phase separator 1 makes it possible to accommodate a large length of fluid flow in a small space.
  • the reversal of direction by the junctions between the pipes is furthermore used to form an alternation of narrowing and section widening, favoring a separation between the gas and the liquid of the flow through the separator 1.
  • the junction 42 has the same geometry as the junction 41, and thus provides the same phase separation effects, forming more meanders to increase the compactness of the phase separator 1.
  • the flow section varies continuously in the junctions 41 and 42.
  • FIG. 4 is a schematic view from above of a phase separator 1 for a fuel cell according to a variant of a second embodiment of the invention.
  • a phase separator 1 is intended to increase the efficiency of the phase separation in a given volume.
  • the partition walls 31 and 32 delimiting the pipes 21, 22 and 23, extend in the junctions 41 and 42 respectively.
  • the extensions of the walls 31 and 32 have protruding portions 415.
  • Each of these projecting portions 415 is oriented in a direction opposite to the direction of the desired flow.
  • Such a configuration makes it possible to retain the droplets and to avoid their re-entrainment by the flow of fluid.
  • the junction 41 starts here with a narrowing at a projecting portion 415, then with a widening, then a narrowing at one end of the wall 31, then by an enlargement, then by a new narrowing connected to the pipe 22.
  • the junction 42 has the same geometry as the junction 41.
  • phase separator 1 In order to increase the compactness of the phase separator 1, it advantageously has an input 11 1 positioned near the outlet 121. In order to bring the inlet 1 1 1 close to the outlet 121, the flow lines of a phase separation part open onto a return duct 20 to the outlet 121.
  • the phase separator comprises another inlet 1 12 and another outlet 122, as well as another phase separation part, provided with a set of pipes. flow and junctions.
  • the pipes and junctions of this other phase separation part have an arrangement symmetrical to that of the phase separation part described above.
  • This other part of phase separation also opens on the return conduit 20, in order to pool it.
  • the output 13 is here disposed near the outputs 121 and 122.
  • the partition walls between the flow pipes are here non-planar.
  • phase separator 1 is also particularly suitable for being shared for two different fuel cells.
  • a first fuel cell may for example have a reagent exhaust connected to the input 1 1 1
  • a second fuel cell may have a reagent exhaust connected to the input 1 12.
  • Simulations were carried out with such a phase separator 1, with a moisture saturated hydrogen flow at 80 ° C and including droplets of 1 ⁇ m in diameter. With the simulations carried out, 90% of the droplets present in the stream were retained in the separator 1 with a pressure drop of 2.3 mbar.
  • FIG. 5 is a schematic view from above of a phase separator 1 according to another variant of the second embodiment of the invention.
  • the phase separator 1 here has substantially the same configuration as that detailed with reference to FIG. 4.
  • This phase separator 1 differs from that of FIG. 4 only in the presence in each junction of an outgrowth 416 arranged in a part external of this junction.
  • Such protuberances 416 disposed in the orientation change formed by each junction further promote phase separation.
  • Such growths are advantageously formed in the junctions downstream of a narrowing in the direction of flow, in order to recover droplets that could have been accelerated in a narrowing.
  • FIG. 6 is a schematic top view of a phase separator 1 according to a variant of a third embodiment of the invention.
  • the partition walls between the flow conduits extend into the junctions.
  • the partition walls are formed by the association of several vertical planar parts.
  • the partition walls here comprise a first portion 417 projecting in each junction, to form a narrowing at the entrance of this junction. Once this projection is crossed, the junction includes an enlargement.
  • a protrusion 419 is formed in the junction at the walls 14, to form a narrowing. Such an outgrowth 419 promotes the recovery of droplets.
  • the protuberances 419 are disposed in an outer portion of their respective junction.
  • FIG. 7 is a schematic top view of a phase separator 1 according to another variant of the third embodiment of the invention.
  • the partition walls between the flow pipes extend into the junctions.
  • the partition walls are formed by the association of several planar parts.
  • the partition walls here comprise a first portion 417 projecting in each junction, to form a narrowing at the entrance of this junction.
  • a protrusion 419 is formed in the junction at the walls 14, to form a narrowing. Such an outgrowth 419 promotes the recovery of droplets.
  • the protuberances 419 are disposed in an outer portion of their respective junction.
  • Figure 8 is a perspective view in section of a phase separator 1 according to another variant of the first embodiment of the invention.
  • FIG. 8 differs from that illustrated in FIG.
  • each partition wall perpendicularly to this partition wall.
  • Each projecting portion 417 forms a narrowing at the entrance of a junction
  • each partition wall perpendicularly to this partition wall.
  • Each projecting portion 418 forms a narrowing at the exit of a junction
  • protuberances 416 are disposed in an outer portion of each junction. Such protuberances 416 are disposed in the orientation change formed by each junction, promoting phase separation.
  • FIG. 9 is a schematic top view of a phase separator according to another variant of the second embodiment of the invention.
  • the phase separator 1 here has substantially the same configuration as those detailed with reference to FIG. 4. This phase separator 1 differs from that of FIG. 4 only in the presence of a purge orifice 16, at the connection level. between the phase separation parts and the return duct 20.
  • the purge port 16 is intended to selectively discharge the contents of the phase separator 1.
  • the outputs 121 and 122 are here intended to be connected to a recirculation circuit, for a reintroduction into the reactive zone of a fuel cell.
  • FIG. 10 is a perspective view by transparency of a phase separator 1 according to another variant of the first embodiment of the invention.
  • FIG. 10 is a perspective view by transparency of a phase separator 1 according to another variant of the first embodiment of the invention.
  • a return duct 20 is arranged so as to allow the outlet 12 to be brought closer to the inlet 11.
  • the inlet 11 is connected to a phase separation part, the phase separation part being connected by an output end to the return conduit 20.
  • the output 13 is isolated from the input 11 via of a wall 17, to avoid a short circuit of the flow flow from the inlet 11 to the outlet 13.
  • the outlet 13 is here formed under the wall 17.
  • a system 9 including a fuel cell 5 and a phase separator 1 as described above.
  • FIG 12 is a schematic representation of a first configuration of a system 9 including a fuel cell 5 and a phase separator 1 according to the invention.
  • the phase separator 1 has an input 11 connected to an anode exhaust collector of the fuel cell 5.
  • the output 12 of the separator 1 is connected to an ejector 7, connected to a junction between a power supply 6 (for example a reservoir under pressure) in fuel (typically hydrogen) and an anode inlet manifold of the fuel cell 5.
  • a power supply 6 for example a reservoir under pressure
  • fuel typically hydrogen
  • the phase separator 1 is here attached as close as possible to the exhaust manifold of the fuel cell 5, in order to effect phase separation at a temperature close to the temperature of the reactive zone of the fuel cell 5. .
  • Fig. 13 is a representation of a second configuration of a system including a fuel cell 5 and a phase separator 1 according to the invention.
  • the phase separator 1 has an output 12 connected to an anode input collector of the fuel cell 5.
  • the anode exhaust manifold of the fuel cell 5 is connected to an ejector 7.
  • the ejector 7 is connected to a junction between a feed 6 (for example a pressurized tank) with fuel (typically dihydrogen) and the entering the phase separator 1.
  • the phase separator 1 thus makes it possible to recover the water after mixing between the gases coming from the exhaust manifold of the fuel cell 5 and the fuel coming from the feed 6.
  • the gases coming from the feed 6 can induce condensation of the moisture present in the gases coming from exhaust manifold.
  • the phase separator 1 according to this configuration makes it possible to remove the condensed water after such mixing.
  • FIGS. 12 and 13 may also be applied by replacing the feed 6 with a supply of pure oxygen used as an oxidizer.
  • FIG 14 is a schematic representation of a third configuration of a system 9 including a fuel cell 5 and a phase separator 1 according to the invention.
  • the phase separator 1 has an input 1 1 connected to a cathode exhaust manifold of the fuel cell 5.
  • the output 12 of the separator 1 is connected to an input of a pump 8.
  • the output of the pump 8 is connected at a T-junction 73.
  • the T-junction 73 is also connected to an oxidizer inlet 71 (e.g., an air inlet).
  • the outlet of the T-junction is connected to a cathode inlet collector of the fuel cell 5, to introduce the oxidant mixture under pressure into the reactive zone.
  • the phase separator 1 is here pressed closer to the exhaust manifold of the fuel cell 5, in order to achieve phase separation at a temperature close to the temperature of the reactive zone of the fuel cell 5.
  • Fig. 15 is a representation of a fourth configuration of a system including a fuel cell 5 and a phase separator 1 according to the invention.
  • the phase separator 1 has an input 1 1 connected to an output of a compressor 8.
  • the output 12 of the phase separator 1 is connected to a cathode input collector of the fuel cell 5, in order to introduce the mixture oxidizer under pressure in the reactive zone.
  • An inlet of a pressure reducer 74 is connected to the cathode exhaust manifold of the fuel cell 5.
  • An output of the expander 74 is connected to a T-junction 73.
  • An oxidizer inlet 71 (for example an air inlet, or a tank of pure oxygen under pressure) is also connected to the T-junction 73.
  • the T-junction 73 is moreover connected to the inlet of the compressor 8. It is thus possible to humidify the oxidant coming from the inlet 71 to gas from the exhaust manifold of the fuel cell 5.
  • the phase separator 1 thus makes it possible to recover the water after mixing between the gases coming from the exhaust manifold of the fuel cell. fuel 5 and the oxidant from the air inlet 71. Indeed, the gases coming from the air inlet 71 can induce condensation of the moisture present in the gases coming from the exhaust manifold.
  • the phase separator 1 according to this configuration makes it possible to remove the condensed water after such mixing.
  • the air can be brought from the air inlet 71 already pressurized to the pressure required by the battery;
  • the compressor 8 may be a booster compressor intended primarily to overcome the pressure drops of the circuit.
  • a continuous outlet of exhaust gas is advantageously provided downstream of the fuel cell 5 or downstream of the phase separator 1.
  • phase separator 1 is attached to the fuel cell, for example to an end plate of a battery or to a cylinder head connecting several batteries.
  • one of the walls of the phase separator 1 forms an exchanger with a coolant flow of a fuel cell.
  • Such an exchanger makes it possible to maintain a temperature in the phase separator 1 greater than the ambient temperature. It is thus possible to promote the maintenance of water in the vapor phase in the flow.
  • the bottom wall 10 is positioned parallel to the flow of fluid in the phase separator 1, for example parallel to a plane passing on the one hand by the inlet 1 1 and on the other hand It is advantageous to form a bottom wall 10 that is not parallel to the fluid flow plane.
  • the bottom wall 10 may be inclined so that the outlet 13 is positioned on a low point of this bottom wall 10.
  • the inclination of the bottom wall 10 and the position of the outlet 13 may take account of the inclinations can take the phase separator 1 for embedded applications.
  • the outlet 13 is here formed in the bottom wall 10 but can also be made in the lower part of vertical walls 14.

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Abstract

L'invention concerne un séparateur de phases (1), comprenant : - des première et deuxième canalisations parallèles (21,22), reliées par une première jonction en épingle (41) configurée pour inverser un sens d'écoulement de fluide entre les première et deuxième canalisations (21,22), la première jonction (41) comportant, en partant de la première canalisation vers la deuxième canalisation, des premier et deuxième tronçons (411,412) dans la continuité l'un de l'autre, le premier tronçon présentant une section moyenne d'écoulement inférieure à celle de la première canalisation, le deuxième tronçon présentant une section moyenne d'écoulement supérieure à celle du premier tronçon; - une paroi de fond (10) s'étendant entre les première et deuxième canalisations (21,22) en passant par la première jonction (41); - un orifice d'évacuation de liquide (13).

Description

SEPARATEUR DE PHASES POUR PILE A COMBUSTIBLE
L’invention concerne les piles à combustible, et en particulier les séparateurs de phases pour des circuits de récupération de réactifs pour les piles à combustible.
Dans une pile à combustible à membrane échangeuse de protons, les réactifs doivent être conduits jusque dans la zone réactive, les produits, espèces non réactives et la chaleur produite doivent être évacués de la zone réactive.
En utilisant de l’air comme comburant, cet air est conduit à la zone réactive après avoir généralement traversé une série de composants, tels qu’un filtre, un échangeur thermique, ou un humidificateur). Au niveau de la sortie cathodique, l’air résiduel est généralement asséché pour récupérer de l’eau, puis généralement évacué par l’intermédiaire d’un déverseur, permettant de maintenir une pression dans la zone réactive cathodique.
Au niveau anodique, du carburant tel que du dihydrogène est amené sous pression à la zone réactive. Si le carburant fourni par une alimentation est suffisamment pur (par exemple plus de 99,5% du principal composant chimique du carburant hors eau), le flux récupéré à la sortie anodique peut être mélangé au flux fourni par l’alimentation, avant d’introduire le mélange au niveau de l’entrée anodique.
La membrane échangeuse de protons laisse passer vers l’anode une faible proportion d’azote et d’eau produite à la cathode. La recirculation est à la fois tolérante à la pollution en azote à la sortie de l’anode, et permet en outre de bénéficier de l’humidité à la sortie de l’anode, pour humidifier le carburant à l’entrée de l’anode. Si on souhaite maintenir de l’humidité dans l’hydrogène, on souhaite cependant éviter la formation de gouttes d’eau, qui risquent de boucher des canalisations dans la zone réactive. Par conséquent, il est avantageux d’éviter de refroidir la sortie anodique, sous peine de voir l’humidité se condenser sous forme de gouttelettes.
Pour éviter de réintroduire des gouttelettes à l’entrée anodique par recirculation depuis la sortie anodique, il est fréquent d’introduire un séparateur de phases au niveau de la sortie anodique. Il est également connu d’introduire un séparateur de phases au niveau d’une alimentation en comburant non pur mélangé à la sortie cathodique. Il est important de garantir un flux anodique important, afin d’éviter une concentration d’azote provenant de la pérméation. La perméation d’azote entraîne en effet son accumulation progressive dans le circuit de recirculation de carburant. Bien que l’azote soit inerte, sa trop forte concentration peut conduire à l’arrêt de la pile à combustible. Pour éviter un tel arrêt, une purge périodique ou en continu est réalisée. Pour éviter d’introduire des gouttelettes dans la zone réactive, lors d’une condensation due au mélange d’une sortie de réactif chaude et humide à une entrée de réactif froide, il est aussi connu de disposer un séparateur de phases entre la zone de formation du mélange et l’entrée du réactif dans la zone réactive.
Pour réaliser une séparation de phases dans une pile à combustible, il est connu de réaliser soit une séparation gravitaire, soit une séparation par force centrifuge, soit une séparation par inertie.
Une séparation gravitaire, telle que décrite dans le document JP2007087718, inclut une augmentation de la section de passage, qui ralentit l’écoulement de fluide, et favorise la chute de gouttelettes. Cependant, un tel dispositif de séparation est alors particulièrement volumineux.
Une séparation par force centrifuge, telle que décrite dans le document US8034142) s’avèrent également particulièrement volumineuse.
Une séparation par inertie est décrite dans le document US20120276461 . Une telle séparation de phase induit une importante perte de charge dans l’écoulement.
Aucun séparateur de phase connu ne permet à la fois de réaliser une séparation de phase efficace et dans un volume suffisamment réduit.
L’invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients. L’invention porte ainsi sur un séparateur de phases, tel que défini dans les revendications annexées.
L’homme du métier comprendra que chacune des caractéristiques des variantes des revendications dépendantes ou de la description peut être combinée indépendamment aux caractéristiques d’une revendication indépendante, sans pour autant constituer une généralisation intermédiaire.
L’invention porte également sur un système de production d’électricité, tel que défini dans les revendications annexées.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
-la figure 1 est une vue de dessus schématique de l'intérieur d'un séparateur de phases pour pile à combustible selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
-la figure 2 est une vue en perspective par transparence du séparateur de phases de la figure 1 ;
-la figure 3 est une représentation agrandie d'une partie du séparateur de phases de la figure 1 ; -la figure 4 est une vue schématique de dessus d'un séparateur de phases pour pile à combustible selon une variante d'un deuxième mode de réalisation de l'invention ;
-la figure 5 est une vue schématique de dessus d'un séparateur de phases pour pile à combustible selon une autre variante d'un deuxième mode de réalisation de l'invention ;
-la figure 6 est une vue schématique de dessus d'un séparateur de phases pour pile à combustible selon une variante d'un troisième mode de réalisation de l'invention ;
-la figure 7 est une vue schématique de dessus d'un séparateur de phases pour pile à combustible selon une autre variante du troisième mode de réalisation de l'invention ;
-la figure 8 est une vue en perspective en section d'un séparateur de phases pour pile à combustible selon une autre variante du premier mode de réalisation de l'invention ;
-la figure 9 est une vue schématique de dessus d'un séparateur de phases pour pile à combustible selon une autre variante du deuxième mode de réalisation de l'invention ;
-la figure 10 est une vue en perspective par transparence d'un séparateur de phases pour pile à combustible selon une autre variante du premier mode de réalisation de l'invention ;
-la figure 1 1 est une vue de dessus de l'intérieur du séparateur de phases de la figure 10 ;
-les figures 12 à 15 sont des représentations schématiques de différentes configurations de systèmes incluant chacun une pile à combustible et un séparateur de phases selon l'invention.
L'invention propose un séparateur de phases muni de canalisations parallèles reliées par une jonction en épingle configurée pour inverser le sens de l'écoulement de fluide entre ses canalisations. Dans le sens de l'écoulement entre ces canalisations, la jonction comporte des tronçons successifs dans la continuité l'un de l'autre. Un premier tronçon présente une section moyenne d'écoulement inférieure à celle d'une des canalisations, un deuxième tronçon présentant une section moyenne d'écoulement supérieure à celle du premier tronçon.
La figure 1 est une vue de dessus schématique de l'intérieur d'un séparateur de phases 1 pour pile à combustible selon un premier mode de réalisation de l'invention. La figure 2 est une vue en perspective par transparence du séparateur de phases de la figure 1 . Le séparateur de phase 1 se présente sous la forme d'un boîtier présentant une entrée 1 1 destinée à recevoir un flux de réactif provenant au moins en partie d'un échappement de réactif d'une pile à combustible, une sortie 12 destinée à fournir un flux gazeux à destination d'une entrée de réactif de la pile à combustible, et une sortie d'évacuation 13 de liquide. La sortie d'évacuation 13 est ici positionnée à proximité de la sortie 12.
Le boîtier est ici délimité par une paroi de fond 10, un couvercle 15, des parois latérales 14 et des parois d'extrémité (non référencées). Le boîtier présente ici une forme d’un parallélépipède rectangle. L'entrée 1 1 et la sortie 12 sont ménagées sous forme d'orifices dans des parois d'extrémité respectives. La sortie 13 est ménagée sous forme d'orifice dans la paroi de fond 10. L'entrée 1 1 et la sortie 12 sont surélevées ici par rapport à la paroi de fond 10. Le flux pénétrant dans le séparateur 1 au niveau de l'entrée 1 1 est destiné à être séparé entre un flux gazeux évacué par la sortie 12, et un flux liquide évacué par la sortie 13. Le boîtier est disposé de façon à ce que l’écoulement de fluide s’effectue globalement parallèlement à la paroi de fond 10 ou dans des plans normaux aux parois latérales 14.
À l'intérieur du boîtier formé par le séparateur de phases 1 , des parois verticales 3 sont ménagées entre la paroi de fond 10 et le couvercle 15. Des canalisations d'écoulement parallèles 2 sont ménagées entre les parois verticales 3 successives, perpendiculaires à la paroi de fond 10. Les parois 3 sont ici planes et parallèle entre elles. Le séparateur de phase 1 comprend ici une alternance de parois 3 reliées à une première paroi 14 et ménageant un passage avec une deuxième paroi 14, et des parois 3 reliées à la deuxième paroi 14 et ménageant un passage avec la première paroi 14. Au niveau des passages entre les parois 3 et les parois 14, des jonctions en épingle 4 sont ménagées entre les canalisations 2 successives. Les canalisations 2 successives présentent ici une même section d’écoulement.
La figure 3 est une représentation agrandie d'une partie du séparateur de phases de la figure 1 . La ligne en trait discontinu illustre le centre géométrique du canal d'écoulement formé à travers le séparateur de phase 1 . Les lignes en tirets- points marquent une délimitation entre des canaux d'écoulement et des jonctions. Les lignes en pointillés marquent une délimitation entre des tronçons successifs d'une jonction.
Une canalisation 21 est délimitée entre une paroi 30 et une paroi 31 . Une canalisation 22 est parallèle à la canalisation 21 , et délimitée entre la paroi 31 et une paroi 32. Une canalisation 23 est parallèle à la canalisation 22. Les canalisations 21 et 22 sont reliées par une jonction en épingle 41 . Les canalisations 22 et 23 sont reliées par une jonction en épingle 42. L’écoulement entre l’entrée 1 1 et la sortie 12 s’effectue donc ici en série entre les canalisations 21 à 23 notamment. La paroi de fond 10 s'étend entre les différentes canalisations et jonctions, jusqu'à la sortie 13.
La hauteur dans le boîtier étant ici constante en tout point, la section de passage locale dans les canalisations et les jonctions sera ici définie par la largeur du passage au niveau du centre géométrique du canal d’écoulement.
La jonction 41 comporte des tronçons 410, 41 1 , 412 et 413 successifs et dans la continuité les uns des autres. Les tronçons 410 à 413 relient les canalisations 21 et 22. La jonction 42 comporte des tronçons 420, 421 , 422 et 423 successifs et dans la continuité les uns des autres. Les tronçons 420 à 423 relient les canalisations 22 et 23.
Le tronçon 41 1 présente une section d’écoulement moyenne inférieure à celle de la canalisation 21 , formant ainsi un rétrécissement. Le tronçon 41 1 permet ainsi d’accélérer localement la vitesse de l’écoulement. Le tronçon 412 présente une section d’écoulement moyenne supérieure à celle du tronçon 41 1 , formant ainsi un élargissement. Le tronçon 412 permet ainsi de ralentir localement la vitesse d’écoulement, favorisant la chute des gouttelettes ayant été accélérées dans le tronçon 41 1 . En outre, les gouttelettes accélérées dans le tronçon 41 1 , ont tendance à poursuivre leur course jusqu’à la paroi 14, du fait du changement d’orientation le long de la jonction en épingle 41 . Cette configuration favorise ainsi une séparation entre l’eau et le gaz dans l’écoulement. Les gouttelettes atteignant la paroi 14 ou une autre paroi ont tendance à ruisseler ensuite jusqu’à la paroi de fond 10. Une telle séparation de phase est en outre obtenue ici avec un minimum d’obstacles à l’écoulement, ce qui permet de limiter les pertes de charge dans le séparateur 1 .
Le tronçon 410 présente avantageusement une section d’écoulement moyenne supérieure à celle de la canalisation 21 , et supérieure à celle du tronçon 41 1 , ce qui permet de ralentir les gouttelettes présentes dans le flux, avant de les accélérer dans le tronçon 41 1 avec le changement d’orientation.
Le tronçon 413 présente avantageusement une section d’écoulement moyenne inférieure à celle du tronçon 412, afin d’accélérer l’écoulement.
Du fait de la présence de plusieurs canalisations parallèles reliées par des jonctions, l’écoulement de fluide à travers le séparateur de phases 1 ne peut pas s’écouler en ligne droite de l’entrée 1 1 vers la sortie 12, et est obligé d’emprunter des méandres. Du fait de l'inversion de la direction d'écoulement entre les canalisations parallèles, le séparateur de phase 1 permet de loger une grande longueur d'écoulement de fluide dans un encombrement réduit. L'inversion de direction par les jonctions entre les canalisations est en outre utilisée pour former une alternance de rétrécissements et d'élargissements de section, favorisant une séparation entre le gaz et le liquide de l'écoulement à travers le séparateur 1 . La jonction 42 présente la même géométrie que la jonction 41 , et permet ainsi de disposer des mêmes effets de séparation de phase, en formant davantage de méandres pour accroître la compacité du séparateur de phases 1 .
Avantageusement, afin de ne pas accroître excessivement la perte de charge dans le séparateur de phases 1 , la section d’écoulement varie de façon continue dans les jonctions 41 et 42.
La figure 4 est une vue schématique de dessus d'un séparateur de phases 1 pour pile à combustible selon une variante d'un deuxième mode de réalisation de l'invention. Un tel séparateur de phases 1 est destiné à accroître l’efficacité de la séparation de phases dans un volume donné. Dans cet exemple, les parois de séparation 31 et 32, délimitant les canalisations 21 , 22 et 23, se prolongent dans les jonctions 41 et 42 respectivement. Les prolongements des parois 31 et 32 présentent des parties en saillie 415. Chacune de ces parties en saillie 415 est orientée selon une direction opposée à la direction de l’écoulement recherchée. Une telle configuration permet de retenir les gouttelettes et d’éviter leur réentrainement par l’écoulement de fluide.
En suivant le sens de l’écoulement de l’entrée 1 1 vers la sortie 12, la jonction 41 débute ici par un rétrécissement au niveau d’une partie en saillie 415, puis par un élargissement, puis un rétrécissement à une extrémité de la paroi 31 , puis par un élargissement, puis par un nouveau rétrécissement relié à la canalisation 22. La jonction 42 présente la même géométrie que la jonction 41 .
Afin d’accroître la compacité du séparateur de phases 1 , celui-ci présente avantageusement une entrée 1 1 1 positionnée à proximité de la sortie 121 . Afin de rapprocher l’entrée 1 1 1 de la sortie 121 , les canalisations d’écoulement d’une partie de séparation de phases débouchent sur un conduit de retour 20 jusqu’à la sortie 121 .
Afin d’accroître l’efficacité de séparation de phases pour un volume donné, le séparateur de phases comporte une autre entrée 1 12 et une autre sortie 122, ainsi qu’un autre partie de séparation de phases, munie d’un ensemble de canalisations d’écoulement et de jonctions. Les canalisations et jonctions de cette autre partie de séparation de phases présentent une disposition symétrique de celle de la partie de séparation de phases décrite précédemment. Cette autre partie de séparation de phases débouche également sur le conduit de retour 20, afin de mutualiser celui-ci. La sortie 13 est ici disposée à proximité des sorties 121 et 122. Les parois de séparation entre les canalisations d’écoulement sont ici non planes.
Un tel séparateur de phases 1 s’avère en outre particulièrement approprié pour être mutualisé pour deux piles à combustibles différentes. Une première pile à combustible peut par exemple présenter un échappement de réactif raccordé à l’entrée 1 1 1 , une deuxième pile à combustible pouvant présenter un échappement de réactif raccordé à l’entrée 1 12.
Des simulations ont été réalisées avec un tel séparateur de phases 1 , avec un flux d’hydrogène saturé d’humidité à 80°C et incluant des gouttelettes de 1 pm de diamètre. Avec les simulations réalisées, 90 % des gouttelettes présentes dans le flux ont été retenues dans le séparateur 1 avec une perte de charge de 2,3 mbar.
La figure 5 est une vue schématique de dessus d'un séparateur de phases 1 selon une autre variante du deuxième mode de réalisation de l'invention. Le séparateur de phases 1 présente ici sensiblement la même configuration que celle détaillée en référence à la figure 4. Ce séparateur de phases 1 diffère de celui de la figure 4 uniquement par la présence dans chaque jonction, d’une excroissance 416 disposée dans une partie externe de cette jonction. De telles excroissances 416 disposées dans le changement d’orientation formé par chaque jonction, favorisent encore davantage la séparation de phases. De telles excroissances sont avantageusement formées dans les jonctions en aval d’un rétrécissement dans le sens de l’écoulement, afin de récupérer des gouttelettes ayant pu être accélérées dans un rétrécissement.
Des simulations ont été réalisées avec un tel séparateur de phases 1 , avec un flux d’hydrogène saturé d’humidité à 80°C et incluant des gouttelettes de 1 pm de diamètre. Avec les simulations réalisées, 96 % des gouttelettes présentes dans le flux ont été retenues dans le séparateur 1 avec une perte de charge de 2,6 mbar.
La figure 6 est une vue schématique de dessus d'un séparateur de phases 1 selon une variante d'un troisième mode de réalisation de l'invention. Dans ce troisième mode de réalisation, les parois de séparation entre les canalisations d’écoulement se prolongent dans les jonctions. Les parois de séparation sont formées par l’association de plusieurs parties planes verticales.
Les parois de séparation comportent ici une première partie 417 saillante dans chaque jonction, pour former un rétrécissement à l’entrée de cette jonction. Une fois cette saillie franchie, la jonction comporte un élargissement. Dans l’exemple illustré, une excroissance 419 est formée dans la jonction au niveau des parois 14, pour former un rétrécissement. Une telle excroissance 419 favorise la récupération de gouttelettes. Les excroissances 419 sont disposées dans une partie externe de leur jonction respective.
Les parois de séparation comportent ici une deuxième partie 418 saillante dans chaque jonction, pour former un rétrécissement à la sortie de chaque jonction. La figure 7 est une vue schématique de dessus d'un séparateur de phases 1 selon une autre variante du troisième mode de réalisation de l'invention. Dans cette variante, les parois de séparation entre les canalisations d’écoulement se prolongent dans les jonctions. Les parois de séparation sont formées par l’association de plusieurs parties planes.
Les parois de séparation comportent ici une première partie 417 saillante dans chaque jonction, pour former un rétrécissement à l’entrée de cette jonction.
Dans l’exemple illustré, une excroissance 419 est formée dans la jonction au niveau des parois 14, pour former un rétrécissement. Une telle excroissance 419 favorise la récupération de gouttelettes. Les excroissances 419 sont disposées dans une partie externe de leur jonction respective.
La figure 8 est une vue en perspective en section d'un séparateur de phases 1 selon une autre variante du premier mode de réalisation de l'invention.
La variante illustrée à la figure 8 diffère de celle illustrée à la figure 1 :
-par la présence d’une partie saillante 417 formée à l’extrémité de chaque paroi de séparation, perpendiculairement à cette paroi de séparation. Chaque partie 417 saillante forme un rétrécissement à l’entrée d’une jonction ;
-par la présence d’une partie saillante 418 formée à l’extrémité de chaque paroi de séparation, perpendiculairement à cette paroi de séparation. Chaque partie 418 saillante forme un rétrécissement à la sortie d’une jonction ;
-par la présence d’excroissances 300 sur chaque paroi de séparation, dans les canalisations d’écoulement ;
-par la présence d’excroissances 416 dans chaque jonction, au niveau des parois 14, pour former un rétrécissement. Les excroissances 416 sont disposées dans une partie externe de chaque jonction. De telles excroissances 416 sont disposées dans le changement d’orientation formé par chaque jonction, favorisant la séparation de phases.
La figure 9 est une vue schématique de dessus d'un séparateur de phases selon une autre variante du deuxième mode de réalisation de l'invention. Le séparateur de phases 1 présente ici sensiblement la même configuration que celles détaillées en référence à la figure 4. Ce séparateur de phases 1 diffère de celui de la figure 4 uniquement par la présence d’un orifice de purge 16, au niveau de la liaison entre les parties de séparation de phases et le conduit de retour 20. L’orifice de purge 16 est destiné à évacuer sélectivement le contenu du séparateur de phases 1. Les sorties 121 et 122 sont ici destinés à être connectés à un circuit de recirculation, pour une réintroduction dans la zone réactive d’une pile à combustible. La figure 10 est une vue en perspective par transparence d'un séparateur de phases 1 selon une autre variante du premier mode de réalisation de l'invention. La figure 11 est une vue de dessus de l'intérieur du séparateur de phases de la figure 10. Dans cette variante, un conduit de retour 20 est ménagé de façon à permettre de rapprocher la sortie 12 de l’entrée 11. L’entrée 11 est raccordée à une partie de séparation de phases, la partie de séparation de phases étant reliée par une extrémité de sortie au conduit de retour 20. Dans l’exemple illustré, la sortie 13 est isolée de l’entrée 11 par l’intermédiaire d’une paroi 17, afin d’éviter un court-circuit du flux d’écoulement de l’entrée 11 vers la sortie 13. La sortie 13 est ici ménagée sous la paroi 17.
On peut prévoir différentes configurations d’un système 9, incluant une pile à combustible 5 et un séparateur de phases 1 tels que décrits précédemment.
La figure 12 est une représentation schématique d’une première configuration d'un système 9 incluant une pile à combustible 5 et un séparateur de phases 1 selon l'invention. Le séparateur de phases 1 a une entrée 11 connectée à un collecteur d’échappement anodique de la pile à combustible 5. La sortie 12 du séparateur 1 est connectée à un éjecteur 7, connecté à une jonction entre une alimentation 6 (par exemple un réservoir sous pression) en carburant (typiquement du dihydrogène) et un collecteur d’entrée anodique de la pile à combustible 5. On peut ainsi humidifier le carburant provenant de l’alimentation 6 au moyen du gaz provenant du collecteur d’échappement de la pile à combustible 5. Le séparateur de phases 1 est ici accolé au plus près du collecteur d’échappement de la pile à combustible 5, afin de réaliser la séparation de phases à une température proche de la température de la zone réactive de la pile à combustible 5.
La figure 13 est une représentation d’une deuxième configuration d’un système incluant une pile à combustible 5 et un séparateur de phases 1 selon l'invention. Le séparateur de phases 1 a une sortie 12 connectée à un collecteur d’entrée anodique de la pile à combustible 5.
Le collecteur d’échappement anodique de la pile à combustible 5 est connectée à un éjecteur 7. L’éjecteur 7 est connecté à une jonction entre une alimentation 6 (par exemple un réservoir sous pression) en carburant (typiquement du dihydrogène) et l’entrée du séparateur de phase 1. Le séparateur de phases 1 permet donc de récupérer l’eau après le mélange entre les gaz provenant du collecteur d’échappement de la pile à combustible 5 et le carburant provenant de l’alimentation 6. En effet, les gaz provenant de l’alimentation 6 peuvent induire une condensation de l’humidité présente dans les gaz provenant du collecteur d’échappement. Le séparateur de phases 1 selon cette configuration permet de retirer l’eau condensée après un tel mélange.
Les exemples des figures 12 et 13 peuvent également s’appliquer en remplaçant l’alimentation 6 par une alimentation en oxygène pur utilisé comme comburant.
La figure 14 est une représentation schématique d’une troisième configuration d'un système 9 incluant une pile à combustible 5 et un séparateur de phases 1 selon l'invention. Le séparateur de phases 1 a une entrée 1 1 connectée à un collecteur d’échappement cathodique de la pile à combustible 5. La sortie 12 du séparateur 1 est connectée à une entrée d’une pompe 8. La sortie de la pompe 8 est connectée à une jonction en T 73. La jonction en T 73 est également connectée à une entrée de comburant 71 (par exemple une entrée d’air).
On peut ainsi humidifier le comburant provenant de l’entrée 71 au moyen du gaz provenant du collecteur d’échappement de la pile à combustible 5. La sortie de la jonction en T est connectée à un collecteur d’entrée cathodique de la pile à combustible 5, afin d’introduire le mélange comburant sous pression dans la zone réactive. Le séparateur de phases 1 est ici accolé au plus près du collecteur d’échappement de la pile à combustible 5, afin de réaliser la séparation de phases à une température proche de la température de la zone réactive de la pile à combustible 5.
La figure 15 est une représentation d’une quatrième configuration d’un système incluant une pile à combustible 5 et un séparateur de phases 1 selon l'invention.
Le séparateur de phases 1 a une entrée 1 1 connectée à une sortie d’un compresseur 8. La sortie 12 du séparateur de phases 1 est connectée à un collecteur d’entrée cathodique de la pile à combustible 5, afin d’introduire le mélange comburant sous pression dans la zone réactive.
Une entrée d‘un détendeur 74 est connectée au collecteur d’échappement cathodique de la pile à combustible 5. Une sortie du détendeur 74 est connectée à une jonction en T 73. Une entrée de comburant 71 (par exemple une entrée d’air, ou un réservoir d’oxygène pur sous pression) est également connectée à la jonction en T 73. La jonction en T 73 est par ailleurs connectée à l’entrée du compresseur 8. On peut ainsi humidifier le comburant provenant de l’entrée 71 au moyen du gaz provenant du collecteur d’échappement de la pile à combustible 5.
Le séparateur de phases 1 permet donc de récupérer l’eau après le mélange entre les gaz provenant du collecteur d’échappement de la pile à combustible 5 et le comburant provenant de l’entrée d’air 71 . En effet, les gaz provenant de l’entrée d’air 71 peuvent induire une condensation de l’humidité présente dans les gaz provenant du collecteur d’échappement. Le séparateur de phases 1 selon cette configuration permet de retirer l’eau condensée après un tel mélange.
Pour une recirculation côté air :
L’air peut être amené depuis l’entrée d’air 71 déjà pressurisé à la pression requise par la pile ;
Le compresseur 8 peut être un compresseur d’appoint destiné en priorité à vaincre les pertes de charges du circuit.
L’air étant constitué essentiellement d’azote, une sortie continue de gaz d’échappement est avantageusement prévue en aval de la pile à combustible 5 ou en aval du séparateur de phases 1 .
On peut prévoir que le séparateur de phases 1 soit accolé à la pile à combustible, par exemple à une plaque terminale d’une pile ou à une culasse reliant plusieurs piles.
Avantageusement, une des parois du séparateur de phase 1 forme un échangeur avec un écoulement de liquide de refroidissement d’une pile à combustible. Un tel échangeur permet de maintenir une température dans le séparateur de phases 1 supérieure à la température ambiante. On peut ainsi favoriser le maintien d’eau en phase vapeur dans l’écoulement.
Dans les exemples qui précèdent, la paroi de fond 10 est positionnée parallèlement à l’écoulement de fluide dans le séparateur de phases 1 , en étant par exemple parallèle à un plan passant d’une part par l’entrée 1 1 et d’autre part par la sortie 12. On peut avantageusement envisager de former une paroi de fond 10 non parallèle au plan d’écoulement de fluide. On peut par exemple incliner la paroi de fond 10 de sorte que la sortie 13 soit positionnée sur un point bas de cette paroi de fond 10. L’inclinaison de la paroi de fond 10 et la position de la sortie 13 peut tenir compte des inclinaisons que peut prendre le séparateur de phase 1 pour des applications embarquées. La sortie 13 est ici ménagée dans la paroi de fond 10 mais peut également être réalisée dans la partie basse de parois verticales 14.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Séparateur de phases (1 ), caractérisé en ce qu’il comprend :
-des première et deuxième canalisations parallèles (21 ,22), reliées par une première jonction en épingle (41 ) configurée pour inverser un sens d’écoulement de fluide entre les première et deuxième canalisations (21 ,22), la première jonction (41 ) comportant, en partant de la première canalisation vers la deuxième canalisation, des premier et deuxième tronçons (41 1 ,412) dans la continuité l’un de l’autre, le premier tronçon présentant une section moyenne d’écoulement inférieure à celle de la première canalisation, le deuxième tronçon présentant une section moyenne d’écoulement supérieure à celle du premier tronçon ;
-une paroi de fond (10) s’étendant entre les première et deuxième canalisations (21 ,22) en passant par la première jonction (41 ) ;
-un orifice d’évacuation de liquide (13).
2. Séparateur de phases (1 ) selon la revendication 1 , dans lequel ladite première jonction (41 ) comporte un troisième tronçon (413) dans la continuité du deuxième tronçon (412), le troisième tronçon (413) présentant une section moyenne d’écoulement inférieure à celle du deuxième tronçon.
3. Séparateur de phases (1 ) selon la revendication 2, dans lequel ladite première jonction (41 ) comporte un quatrième tronçon (410) disposé entre la première canalisation (21 ) et le premier tronçon (41 1 ) et disposé dans la continuité du premier tronçon, le quatrième tronçon présentant une section moyenne d’écoulement supérieure à celle du premier tronçon et supérieure à celle de la première canalisation.
4. Séparateur de phases (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes :
-comprenant en outre une troisième canalisation (23) parallèle à la deuxième canalisation (22) et présentant la même section moyenne d’écoulement que les première et deuxième canalisations, les deuxième et troisième canalisations (21 ,22) étant reliées par une deuxième jonction en épingle (42) configurée pour inverser un sens d’écoulement de fluide entre les deuxième et troisième canalisations (42,43), la deuxième jonction présentant la même géométrie que la première jonction ;
-la paroi de fond (10) s’étendant entre les deuxième et troisième canalisations (42,43) en passant par la deuxième jonction.
5. Séparateur de phases (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdites première et deuxième canalisations (21 ,22) et la première jonction (41 ) sont délimitées par des parois verticales (31 ) sensiblement perpendiculaires à la paroi de fond (10).
6. Séparateur de phases (1 ) selon la revendication 5, comportant une paroi de séparation formée entre les première et deuxième canalisations (31 ), la paroi de séparation s’étendant dans la première jonction (41 ), la paroi de séparation dans la première jonction (41 ) présentant une partie en saillie (415), orientée selon une direction opposée à une direction d’écoulement entre les première et deuxième canalisations (21 ,22).
7. Séparateur de phases (1 ) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la première jonction (41 ) comporte une section d’écoulement évoluant de façon continue entre les première et deuxième canalisations (21 ,22).
8. Séparateur de phases (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première canalisation (21 ) est en communication avec un orifice d’entrée (11 ), la deuxième canalisation (22) étant en communication avec un orifice de sortie (12), l’orifice d’entrée et l’orifice de sortie étant surélevés par rapport à la paroi de fond (10).
9. Système de production d’électricité (9), comprenant :
-une pile à combustible (5), comportant un collecteur de sortie de réactif et un collecteur d’entrée de réactif ;
-un séparateur de phases (1 ) selon la revendication 8, l’orifice d’entrée (11 ) étant en communication avec le collecteur de sortie de réactif, et l’orifice de sortie (12) étant en communication avec le collecteur d’entrée de réactif.
10. Système selon la revendication 9 :
-comprenant une jonction de mélange (7) présentant une sortie connectée à un collecteur d’entrée de carburant ou de comburant de la pile à combustible (5), et présentant une première entrée connectée à une alimentation en carburant ou en comburant (6) ;
-dans lequel l’orifice d’entrée (11 ) du séparateur de phases (1 ) est en communication avec le collecteur de sortie de carburant ou de comburant et dans lequel l’orifice de sortie (12) est connecté à une deuxième entrée de la jonction de mélange (7).
11. Système selon la revendication 9 : -comprenant une jonction de mélange (7) présentant une sortie connectée à l’orifice d’entrée (11 ) du séparateur de phases (1 ), et présentant une première entrée connectée à une alimentation en carburant ou en comburant (6) ;
-dans lequel l’orifice de sortie (12) du séparateur de phases (1 ) est en communication avec le collecteur d’entrée de carburant ou de comburant et dans lequel une deuxième entrée de la jonction de mélange (7) est connectée au collecteur de sortie de carburant ou de comburant.
12. Système selon la revendication 9 :
-comprenant une jonction de mélange (73) présentant une sortie connectée à un collecteur d’entrée de comburant de la pile à combustible (5), et présentant une première entrée connectée à une alimentation en comburant (71 ) ;
-dans lequel l’orifice d’entrée (11 ) du séparateur de phases (1 ) est en communication avec le collecteur de sortie de comburant et dans lequel l’orifice de sortie (12) est connecté à une deuxième entrée de la jonction de mélange (73).
13. Système selon la revendication 12, comprenant en outre un compresseur présentant une entrée connectée au collecteur de sortie de comburant et une sortie connectée à ladite deuxième entrée de la jonction de mélange (73).
14. Système selon la revendication 9 :
-dans lequel l’orifice de sortie (12) du séparateur de phases (1 ) est en communication avec le collecteur d’entrée de comburant ;
-comprenant un détendeur (74) présentant une entrée connectée au collecteur de sortie de comburant ;
-comprenant une jonction de mélange (73) présentant une sortie connectée à une entrée du séparateur de phases (1 ), présentant une entrée connectée à une sortie du détendeur (74) et présentant une autre entrée connectée à une alimentation en comburant (71 ).
15. Système (9) selon l’une quelconque des revendications 9 à 14, dans lequel ledit séparateur de phases (1 ) présente une paroi en contact thermique avec un écoulement de fluide de refroidissement traversant la pile à combustible (5).
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