FR2875951A1 - Dispositif de pile a combustible autonome en eau - Google Patents
Dispositif de pile a combustible autonome en eau Download PDFInfo
- Publication number
- FR2875951A1 FR2875951A1 FR0410202A FR0410202A FR2875951A1 FR 2875951 A1 FR2875951 A1 FR 2875951A1 FR 0410202 A FR0410202 A FR 0410202A FR 0410202 A FR0410202 A FR 0410202A FR 2875951 A1 FR2875951 A1 FR 2875951A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- water
- anode
- outlet
- condenser
- cathode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- 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
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- 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
- H01M8/04126—Humidifying
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
- C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
- C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
- C01B3/382—Multi-step processes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- 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
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04291—Arrangements for managing water in solid electrolyte fuel cell systems
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
- H01M8/0618—Reforming processes, e.g. autothermal, partial oxidation or steam reforming
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
- C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
- C01B2203/0244—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being an autothermal reforming step, e.g. secondary reforming processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/06—Integration with other chemical processes
- C01B2203/066—Integration with other chemical processes with fuel cells
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/08—Methods of heating or cooling
- C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0838—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by heat exchange with exothermic reactions, other than by combustion of fuel
- C01B2203/0844—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by heat exchange with exothermic reactions, other than by combustion of fuel the non-combustive exothermic reaction being another reforming reaction as defined in groups C01B2203/02 - C01B2203/0294
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/14—Details of the flowsheet
- C01B2203/142—At least two reforming, decomposition or partial oxidation steps in series
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/14—Details of the flowsheet
- C01B2203/148—Details of the flowsheet involving a recycle stream to the feed of the process for making hydrogen or synthesis gas
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/16—Controlling the process
- C01B2203/1614—Controlling the temperature
- C01B2203/1619—Measuring the temperature
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/16—Controlling the process
- C01B2203/169—Controlling the feed
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/80—Aspect of integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas not covered by groups C01B2203/02 - C01B2203/1695
- C01B2203/82—Several process steps of C01B2203/02 - C01B2203/08 integrated into a single apparatus
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Abstract
L'invention porte sur un module de puissance pour véhicule automobile comprenant un dispositif de pile à combustible 3 munie d'une anode 5 et d'une cathode 4, comprenant un condenseur 9 en sortie d'anode 5 et un condenseur 8 en sortie de cathode 4, le dispositif étant alimenté en gaz riche en hydrogène par un dispositif reformeur 6 de carburant hydrocarboné, caractérisé en ce qu'il comprend un réservoir de stockage d'eau 10 alimenté en eau par l'un au moins des condenseurs 8,9 en sortie d'anode 5 et en sortie de cathode 4, et destiné à alimenter en eau le dispositif reformeur 6, l'alimentation en eau du dispositif reformeur 6 étant réalisée par une pompe placée dans le dispositif reformeur 6 et pilotée par un dispositif de commande 11 recevant des signaux de commande en provenance d'un capteur de la température extérieure 12 et d'un moyen de mesure de la puissance électrique demandée 13.
Description
2875951 1
Dispositif de pile à combustible autonome en eau La présente invention concerne un module de puissance pour véhicule automobile comprenant un dispositif de pile à combustible et un procédé de gestion de l'eau circulant dans un tel module de puissance.
La pile à combustible apparaît de plus en plus comme le convertisseur d'énergie le plus propre et le plus efficace pour convertir l'énergie chimique en une énergie directement utilisable sous forme électrique et thermique.
Son principe de fonctionnement est simple: il s'agit d'une combustion électrochimique et contrôlée d'hydrogène et d'oxygène, avec production simultanée d'électricité, d'eau et de chaleur, selon la réaction chimique: H2 + 1/2 02 > H2O. Cette réaction s'opère au sein d'une structure essentiellement composée de deux électrodes, l'anode et la cathode, séparées par un électrolyte: c'est la réaction inverse de l'électrolyse de l'eau.
Cependant, un inconvénient des piles à combustible réside dans la gestion de l'eau. En effet, dans un système de pile à combustible, il existe deux consommateurs d'eau pure: la pile et le reformeur, et un seul producteur d'eau: la pile. Dans le cas d'une architecture de système de traction de véhicule automobile à pile à combustible, fonctionnant par exemple avec de l'essence, le reformeur est un grand consommateur d'eau. Il convient donc de récupérer suffisamment d'eau liquide à la sortie de la pile, afin que le véhicule soit autonome en eau.
2875951 2 La seule source d'eau est donc constituée par la pile qui, de par son fonctionnement, transforme en particulier l'hydrogène et l'oxygène en eau pure. Cette eau produite se trouve sous forme de deux phases, une phase liquide et une phase vapeur. Afin de pouvoir récupérer suffisamment d'eau pour les besoins de la pile, comme par exemple pour l'humidification des gaz en entrée de la pile, et, pour le fonctionnement du reformeur, les solutions suivantes ont été proposées.
L'eau peut être condensée grâce à l'utilisation d'une source froide, de l'ordre de 30 C par exemple. Toutefois, un véhicule doit pouvoir fonctionner sur une plage de température large, par exemple entre -20 C à +45 C. Il est donc difficile de conserver au sein d'un véhicule une source froide de l'ordre de 30 C, sauf si un système de climatisation est utilisé.
Une autre solution consiste en une augmentation de la pression du système jusqu'à 4 bars par exemple, afin de faciliter la récupération d'eau liquide en diminuant la quantité d'eau présente sous forme vapeur.
Une autre solution est décrite dans la demande de brevet WO 00 42671, et consiste en un contrôle de la température de l'empilement des cellules de la pile à combustible par la boucle de refroidissement du moteur. Cela nécessite un circuit du type climatisation permettant une chute de température importante pour la condensation des gaz de la pile et la récupération de l'eau nécessaire au fonctionnement du système.
Ces solutions connues sont toutefois très consommatrices d'énergies, à cause de la source froide de type circuit de climatisation, nécessitant de l'énergie ou à cause de l'augmentation de la pression des réactifs de la pile et donc de la pression de fonctionnement du 2875951 3 système, ce qui nécessite également de l'énergie pour le groupe de compression.
Dans tous les cas, le rendement du système diminue à cause de la consommation d'énergie nécessaire pour obtenir une pile à combustible autonome en eau pure.
Il est donc intéressant de disposer de moyens permettant d'obtenir un module de puissance constitué d'un reformeur, d'une pile à combustible et de différents auxiliaires, permettant de récupérer l'eau produite par la pile pour alimenter le reformeur et cette même pile.
L'invention propose un module de puissance pour véhicule automobile assurant une gestion de l'eau autonome, c'est-à-dire dont la production d'eau est supérieure ou égale à la consommation d'eau sur une large gamme de puissance et de températures extérieures afin d'obtenir un véhicule automobile autonome dans son besoin en eau pure.
L'invention a pour objet un module de puissance pour véhicule automobile comprenant un dispositif de pile à combustible alimenté en gaz riche en hydrogène par un dispositif reformeur de carburant hydrocarboné autonome en eau, limitant ainsi les pertes de rendement, ainsi qu'un procédé de gestion de l'eau circulant au sein de ce module de puissance.
Le module de puissance pour véhicule automobile selon l'invention comprend un dispositif de pile à combustible munie d'une anode et d'une cathode, comprenant un condenseur en sortie d'anode et un condenseur en sortie de cathode, le dispositif étant alimenté en gaz riche en hydrogène par un dispositif reformeur de carburant hydrocarboné. Ce module comprend un réservoir de stockage d'eau alimenté en eau par l'un au moins des condenseurs en sortie d'anode et 2875951 4 en sortie de cathode, et destiné à alimenter en eau le dispositif reformeur, l'alimentation en eau du dispositif reformeur étant réalisée par une pompe placée dans le dispositif reformeur et pilotée par un dispositif de commande recevant des signaux de commande en provenance d'un capteur de la température extérieure et d'un moyen de mesure de la puissance électrique demandée.
Dans un mode de réalisation, le module de puissance comporte en outre un condenseur positionné entre le dispositif reformeur et l'entrée de l'anode de la pile à combustible. Ainsi, le réservoir de stockage d'eau peut également être alimenté en eau par le condenseur positionné entre le dispositif reformeur et l'entrée de l'anode de la pile à combustible.
Dans un mode de réalisation préféré, le réservoir de stockage d'eau est alimenté en eau par le condenseur positionné entre le dispositif reformeur et l'entrée de l'anode de la pile à combustible, par le condenseur en sortie d'anode et par le condenseur en sortie de cathode.
Dans un autre mode de réalisation, l'air entrant à la cathode est humidifié par l'eau provenant du réservoir de stockage d'eau à l'aide d'une pompe, placée entre le réservoir de stockage d'eau et la conduite d'alimentation en air de la cathode, et pilotée par le dispositif de commande.
Dans un autre mode de réalisation, l'hydrogène entrant à l'anode est humidifié par l'eau provenant du réservoir de stockage d'eau à l'aide d'une pompe, placée entre le réservoir de stockage d'eau et la conduite d'alimentation en hydrogène de l'anode, et pilotée par le dispositif de commande.
Le procédé de l'invention de gestion de l'eau circulant dans un module de puissance comprenant un dispositif de pile à combustible 2875951 5 munie d'une anode et d'une cathode, comprenant un condenseur en sortie d'anode et un condenseur en sortie de cathode, le dispositif étant alimenté en gaz riche en hydrogène par un dispositif reformeur de carburant hydrocarboné, consiste à stocker l'eau issue de l'un au moins des condenseurs en sortie d'anode et en sortie de cathode dans un réservoir de stockage d'eau, puis à acheminer l'eau stockée dans le réservoir vers le dispositif reformeur, l'alimentation en eau du dispositif reformeur étant réalisée en fonction de la température extérieure et de la puissance électrique requise par le véhicule, de façon à maintenir un bilan de consommation d'eau positif ou nul dans le module de puissance.
Avantageusement, lorsque la température extérieure et/ou la puissance électrique requise par le véhicule est supérieure à une valeur seuil, le système de commande est apte à commander la pompe du dispositif reformeur, afin d'alimenter en eau le dispositif reformeur.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée de trois modes de mise en oeuvre nullement limitatifs et illustrés par les figures 1 à 3 sur lesquelles: la figure 1 illustre schématiquement un module de puissance selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 illustre schématiquement un module de puissance selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 illustre schématiquement un module de puissance selon un troisième mode de réalisation de l'invention.
Sur la figure 1, est représenté un compresseur 1 alimenté en air par une arrivée d'air 14, et relié à un refroidisseur d'air 2 via une conduite 15. L'air issu du compresseur 1 est également acheminé vers un dispositif reformeur 6 via une conduite 17, tandis que l'air issu du 2875951 6 refroidisseur d'air 2 est acheminé via une conduite 16 vers la cathode 4 d'une pile à combustible 3 munie de la cathode 4 et d'une anode 5. Le dispositif reformeur 6 est alimenté en carburant par une arrivée de carburant 22, et produit à sa sortie un mélange gazeux riche en hydrogène qui est acheminé vers l'anode 5 via une conduite 18. Un condenseur 7 positionné entre le dispositif reformeur 6 et l'anode 5 transforme en eau une partie des gaz issus du dispositif reformeur 6. Un condenseur 8 situé en sortie de cathode 4 et un condenseur 9 situé en sortie d'anode 5 assurent la condensation des gaz cathodiques et anodiques. L'eau issue des condenseurs 7, 8, et 9 est stockée dans un réservoir de stockage d'eau 10 via des conduites respectives 21, 19 et 20.
Les condenseurs 7, 8, et 9 sont de préférence des condenseurs/séparateurs, c'est-à-dire qu'ils assurent également la séparation de la phase liquide et de la phase gazeuse. Dans ce cas, il n'y a que de l'eau liquide qui est acheminée vers le réservoir de stockage d'eau 10, ce qui évite de devoir purger de l'hydrogène dans le réservoir de stockage d'eau 10, et rend le dispositif plus sûr. On peut également envisager qu'un séparateur soit positionné à la sortie des condenseurs 7,8,9.
L'alimentation en eau du dispositif reformeur 6 est réalisée via une conduite 23 grâce à une pompe non représentée placée dans le dispositif reformeur 6 et pilotée par un dispositif de commande 11 recevant des signaux de commande en provenance d'un capteur de la température extérieure 12 et d'un moyen de mesure de la puissance électrique demandée 13. La pompe peut également être positionnée entre le réservoir de stockage d'eau 10 et le dispositif reformeur 6.
Dans certaines conditions de roulage, par exemple lorsque la température extérieure et/ou la puissance électrique requise par le 2875951 7 véhicule sont supérieures à une valeur seuil, il y a d'avantage d'eau consommée que récupérée, car il est plus difficile de condenser de l'eau à partir des gaz d'échappement. Il est donc nécessaire de pouvoir disposer d'eau supplémentaire dans ces conditions. Grâce au réservoir de stockage d'eau 10 utilisé selon l'invention, de l'eau est naturellement stockée dans ce réservoir 10 lorsque la température extérieure est basse, et/ou que la puissance électrique requise par le véhicule est faible, par exemple lors de démarrage à froid ou lors de vitesses peu élevées lors de la circulation en ville. Dans ces conditions, l'eau non consommée issue des condenseurs 7, 8 et 9 est stockée dans le réservoir de stockage d'eau 10.
Lorsque les valeurs de température extérieure et/ou de puissance électrique requises sont supérieures à une valeur seuil, les valeurs étant mesurées par le capteur de la température extérieure 12 et le moyen de mesure de la puissance électrique demandée 13, le dispositif de commande 11 agit sur la pompe placée dans le dispositif reformeur 6, ce qui entraîne l'approvisionnement en eau du dispositif reformeur 5. Le réservoir de stockage d'eau 10 peut avoir un volume compris entre 5 et 20 litres, de préférence entre 2 et 5 litres.
Il est connu d'augmenter la pression du système jusqu'à 4 bars par exemple, afin de faciliter la récupération d'eau liquide en diminuant la quantité d'eau présente sous forme vapeur. Toutefois, cette solution a pour inconvénient que le système de compression d'air consomme beaucoup d'énergie, ce qui peut représenter jusqu'à 20% environ de l'énergie de la pile, et diminue donc fortement le rendement du système. Le dispositif selon l'invention permet de travailler à des pressions plus faibles, notamment lorsque la puissance du véhicule et la température ambiante sont supérieures à certaines valeurs seuil, par exemple entre 3 et 4 bars, voire entre 2 et 3,5 bars et 2875951 8 encore de préférence entre 2 et 3 bars. Il est donc possible de n'utiliser qu'un seul compresseur d'air 1, contrairement aux dispositifs nécessitant une augmentation de pression qui comprennent généralement deux compresseurs d'air.
La figure 2, sur laquelle les éléments identiques portent les mêmes références, montre un module de puissance selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.
Dans ce mode de réalisation, le refroidisseur d'air 2 n'est plus présent et le réservoir de stockage d'eau 10 est relié à la conduite 16 d'alimentation en air de la pile à combustible 3, via une conduite 24. L'air issu du compresseur d'air 1 peut ainsi être refroidi et humidifié directement par l'eau issue du réservoir de stockage d'eau 10, avant d'entrer dans la cathode 4. L'alimentation en eau de la conduite 16 est réalisée à l'aide d'une pompe 25 pilotée par le dispositif de commande 11. On peut également ajouter une vanne entre le réservoir 10 et la conduite 16, la vanne étant pilotable par le dispositif de commande 11.
Ce mode de réalisation est utile notamment lorsque la pile fonctionne à une température trop élevée ou pour certaines piles qui nécessitent une alimentation en air humide comme les piles à membrane fonctionnant à haute température, par exemple les piles de type PEM (Proton Exchange Membrane ou Polymer Electrolyte Membrane en langue anglaise).
La figure 3, sur laquelle les éléments identiques portent les mêmes références, montre un module de puissance selon un troisième mode de réalisation de l'invention.
Dans ce mode de réalisation, utile lorsque l'hydrogène nécessite d'être humidifié avant l'entrée de la pile 3, le dispositif reformeur 6 est relié directement à l'anode 5 via la conduite 18. Le réservoir de stockage d'eau 10 est également relié à la conduite 18 2875951 9 d'alimentation en hydrogène de la pile à combustible 3, via une conduite 27. Il est ainsi possible d'injecter de l'eau dans l'hydrogène alimentant la pile à combustible, ce qui permet d'abaisser la température de l'hydrogène et d'augmenter le rendement de la pile à combustible 3. L'alimentation en eau de la conduite 18 est réalisée à l'aide d'une pompe 26 pilotée par le dispositif de commande 11. On peut également ajouter une vanne entre le réservoir 10 et la conduite 18, la vanne étant pilotable par le dispositif de commande 11.
Dans ce mode de réalisation, le module de puissance ne comprend pas de condenseur 7 entre le dispositif reformeur 6 et l'anode 5, ce qui rend le dispositif plus compact et permet de gagner de la place.
L'ajout dans le système de pile à combustible, comprenant la pile 3 et le reformeur 6 d'un réservoir de stockage d'eau 10 embarqué à bord du véhicule, permet d'assurer au véhicule une autonomie en eau, notamment dans des conditions critiques lorsque la puissance du véhicule et la température ambiante sont supérieures à certaines valeurs seuil. De plus, cet ajout permet de ne recourir ni à une augmentation de la pression de fonctionnement, ni à une source froide d'une température inférieure à la température extérieure. Le rendement du système pile à combustible est donc maximisé et n'est pas dégradé pour satisfaire le besoin d'eau pure du module de puissance.
L'utilisation du réservoir de stockage d'eau 10 permet ainsi pour tous les couples: puissance demandée / température extérieure, l'obtention d'un bilan d'eau pure positif, afin d'assurer l'autonomie en eau du véhicule automobile. La pile à combustible présente donc un rendement maximisé.
Ce dispositif fonctionne donc sur une large plage de température extérieure tout en utilisant un reformeur de carburant. De 2875951 10 même, le besoin d'une source froide de type climatisation afin de refroidir les flux gazeux pour condenser l'eau pure n'est plus nécessaire pour obtenir un bilan d'eau pure positif.
Claims (1)
11 REVENDICATIONS
1. Module de puissance pour véhicule automobile comprenant un dispositif de pile à combustible (3) munie d'une anode (5) et d'une cathode (4), comprenant un condenseur (9) en sortie d'anode (5) et un condenseur (8) en sortie de cathode (4), le dispositif étant alimenté en gaz riche en hydrogène par un dispositif reformeur (6) de carburant hydrocarboné, caractérisé en ce qu'il comprend un réservoir de stockage d'eau (10) alimenté en eau par l'un au moins des condenseurs (8,9) en sortie d'anode (5) et en sortie de cathode (4), et destiné à alimenter en eau le dispositif reformeur (6), l'alimentation en eau du dispositif reformeur (6) étant réalisée par une pompe placée dans le dispositif reformeur (6) et pilotée par un dispositif de commande (11) recevant des signaux de commande en provenance d'un capteur de la température extérieure (12) et d'un moyen de mesure de la puissance électrique demandée (13).
2. Module de puissance selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un condenseur (7) positionné entre le dispositif reformeur (6) et l'entrée de l'anode (5) de la pile à combustible (4).
3. Module de puissance selon la revendication 2, caractérisé en ce que le réservoir de stockage d'eau (10) est alimenté en eau par le condenseur (7) positionné entre le dispositif reformeur (6) et l'entrée de l'anode (5) de la pile à combustible (3).
4. Module de puissance selon la revendication 2, caractérisé en ce que le réservoir de stockage d'eau (10) est alimenté en eau par le condenseur (7) positionné entre le dispositif reformeur (6) et l'entrée de l'anode (5) de la pile à combustible (3), par le condenseur (9) en sortie d'anode (5) et par le condenseur (8) en sortie de cathode (4).
5. Module de puissance selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'air entrant à la 2875951 12 cathode (4) est humidifié par l'eau provenant du réservoir de stockage d'eau (10), à l'aide d'une pompe (25) placée entre le réservoir de stockage d'eau (10) et la conduite d'alimentation en air (16) de la cathode (4), et pilotée par le dispositif de commande (11).
6. Module de puissance selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'hydrogène entrant à l'anode (5) est humidifié par l'eau provenant du réservoir de stockage d'eau (10), à l'aide d'une pompe (26), placée entre le réservoir de stockage d'eau (10) et la conduite d'alimentation en hydrogène (18) de l'anode (5), et pilotée par le dispositif de commande (11).
7. Procédé de gestion de l'eau circulant dans un module de puissance comprenant un dispositif de pile à combustible (3) munie d'une anode (5) et d'une cathode (4), comprenant un condenseur (9) en sortie d'anode (5) et un condenseur (8) en sortie de cathode (4), le dispositif étant alimenté en gaz riche en hydrogène par un dispositif reformeur (6) de carburant hydrocarboné, caractérisé en ce que l'eau issue de l'un au moins des condenseurs (8,9) en sortie d'anode (5) et en sortie de cathode (4) est stockée dans un réservoir de stockage d'eau (10), l'eau stockée dans le réservoir (10) étant ensuite acheminée vers le dispositif reformeur (6), l'alimentation en eau dispositif reformeur (6) étant réalisée en fonction de la température extérieure et de la puissance électrique requise par le véhicule, de façon à maintenir un bilan de consommation d'eau positif ou nul dans le module de puissance.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'alimentation du dispositif reformeur (6) est réalisée lorsque la température extérieure et/ou la puissance électrique requise par le véhicule est supérieure à une valeur seuil.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0410202A FR2875951B1 (fr) | 2004-09-27 | 2004-09-27 | Dispositif de pile a combustible autonome en eau |
| PCT/FR2005/050747 WO2006035176A1 (fr) | 2004-09-27 | 2005-09-15 | Dispositif de pile a combustible autonome en eau |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0410202A FR2875951B1 (fr) | 2004-09-27 | 2004-09-27 | Dispositif de pile a combustible autonome en eau |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2875951A1 true FR2875951A1 (fr) | 2006-03-31 |
| FR2875951B1 FR2875951B1 (fr) | 2007-03-30 |
Family
ID=34950716
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR0410202A Expired - Fee Related FR2875951B1 (fr) | 2004-09-27 | 2004-09-27 | Dispositif de pile a combustible autonome en eau |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2875951B1 (fr) |
| WO (1) | WO2006035176A1 (fr) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009034449A2 (fr) * | 2007-09-14 | 2009-03-19 | Nissan Motor Co., Ltd. | Système de pile à combustible |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5792666B2 (ja) | 2012-03-12 | 2015-10-14 | アイシン精機株式会社 | 燃料電池システム |
| JP6905440B2 (ja) * | 2017-09-29 | 2021-07-21 | 株式会社デンソー | 液体回収装置 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0798798A2 (fr) * | 1996-03-26 | 1997-10-01 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Méthode et appareil pour le reformage de combustible et système de pile à combustible avec appareil de reformage incorporé dedans |
| WO2000042671A1 (fr) * | 1999-01-12 | 2000-07-20 | Energy Partners, L.C. | Procede et appareil permettant de maintenir un bilan hydrique neutre dans un systeme d'elements a carburant |
| US20010016274A1 (en) * | 2000-01-25 | 2001-08-23 | Emi Kawasumi | Fuel cell system and method |
| WO2003032424A2 (fr) * | 2001-10-02 | 2003-04-17 | Nissan Motor Co.,Ltd. | Procede et dispositif de pile a combustible |
| US6641625B1 (en) * | 1999-05-03 | 2003-11-04 | Nuvera Fuel Cells, Inc. | Integrated hydrocarbon reforming system and controls |
-
2004
- 2004-09-27 FR FR0410202A patent/FR2875951B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
2005
- 2005-09-15 WO PCT/FR2005/050747 patent/WO2006035176A1/fr active Application Filing
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0798798A2 (fr) * | 1996-03-26 | 1997-10-01 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Méthode et appareil pour le reformage de combustible et système de pile à combustible avec appareil de reformage incorporé dedans |
| WO2000042671A1 (fr) * | 1999-01-12 | 2000-07-20 | Energy Partners, L.C. | Procede et appareil permettant de maintenir un bilan hydrique neutre dans un systeme d'elements a carburant |
| US20030031902A1 (en) * | 1999-01-12 | 2003-02-13 | Bhaskar Balasubramanian | Method and apparatus for maintaining neutral water balance in a fuel cell system |
| US6641625B1 (en) * | 1999-05-03 | 2003-11-04 | Nuvera Fuel Cells, Inc. | Integrated hydrocarbon reforming system and controls |
| US20010016274A1 (en) * | 2000-01-25 | 2001-08-23 | Emi Kawasumi | Fuel cell system and method |
| WO2003032424A2 (fr) * | 2001-10-02 | 2003-04-17 | Nissan Motor Co.,Ltd. | Procede et dispositif de pile a combustible |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009034449A2 (fr) * | 2007-09-14 | 2009-03-19 | Nissan Motor Co., Ltd. | Système de pile à combustible |
| WO2009034449A3 (fr) * | 2007-09-14 | 2009-07-23 | Nissan Motor | Système de pile à combustible |
| US8497042B2 (en) | 2007-09-14 | 2013-07-30 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2006035176A1 (fr) | 2006-04-06 |
| FR2875951B1 (fr) | 2007-03-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1776730B1 (fr) | Controle de l'humidification de la membrane polymere d'une pile a combustible | |
| CN102217128B (zh) | 停止和启动燃料电池的方法 | |
| EP3499626B1 (fr) | Systeme reversible de stockage et destockage d'electricite comprenant un convertisseur electrochimique (sofc/soec) couple a un systeme de stockage/destockage d'air comprime (caes) | |
| FR2875951A1 (fr) | Dispositif de pile a combustible autonome en eau | |
| FR2845825A1 (fr) | Dispositif de recuperation d'eau dans une installation de production d'electricite comprenant une pile a combustible | |
| EP1525635B1 (fr) | Systeme de tractiion electrique pour vehicule automobile et procede de mise en oeuvre d'une pile a combustible | |
| FR2860924A1 (fr) | Dispositif de pile a combustible autonome en eau | |
| FR2904476A1 (fr) | Systeme de pile a combustible avec reformeur | |
| DK202201172A1 (en) | Fuel cell system with heat pump for heating a reformer and method of its operation as well as use thereof | |
| FR2883667A1 (fr) | Installation de production d'electricite a bord d'un vehicule automobile comprenant une pile a combustible | |
| EP1733447A1 (fr) | Dispositif et procede de refroidissement d'un ensemble de generation d'electricite comprenant une pile a combustible. | |
| FR2868212A1 (fr) | Dispositif de gestion de l'eau d'un systeme pile a combustible | |
| FR2863105A1 (fr) | Dispositif de degel d'un reservoir d'eau unite auxiliaire de puissance apu | |
| EP4207399A1 (fr) | Systeme electrochimique comportant un reacteur electrochimique, un dispositif de regulation thermique et un dispositif d'inertage | |
| EP1730806B1 (fr) | Procede de regulation de la pression d'un gaz d'echappement d'une pile a combustible de maniere a reguler l'aptitude a la condensation de ce gaz | |
| WO2024132065A1 (fr) | Système de pile à combustible avec séparation hydrogène gazeux / gaz d'échappement d'anode et son procédé de fonctionnement ainsi que son utilisation | |
| FR2866474A1 (fr) | Systeme a pile a combustible a ligne d'alimentation en oxygene optimise, applications d'un tel systeme et procede d'alimentation en oxygene de la cathode de ce systeme. | |
| FR2876500A1 (fr) | Generateur d'electricite pour vehicule automobile | |
| FR2886765A1 (fr) | Systeme de pile a combustible, et procede associe | |
| FR2862811A1 (fr) | Dispositif et procede de refroidissement d'une pile a combustible | |
| FR2862435A1 (fr) | Dispositif d'humidification cathodique et de gestion thermique d'un systeme pile a combustible | |
| WO2005107001A2 (fr) | Agencement de piles a combustible | |
| FR2880993A1 (fr) | Installation de production d'electricite comportant une pile a combustible dont l'anode est alimentee successivement par deux sources de carburant | |
| FR2833761A1 (fr) | Dispositif de generation d'electricite du type pile a combustible et vehicule comportant un tel dispositif | |
| FR2883669A1 (fr) | Dispositif de recuperation d'eau dans une installation de production d'electricite comprenant une pile a combustible |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20140530 |