Brevet FR2829295A1 — publié le 20030307

La présente invention concerne un procédé d'évacuation des vapeurs d'hydrogène pour pile à combustible et un dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé. Elle se rapporte plus particulièrement à un procédé d'évacuation des vapeurs d'hydrogène d'une pile à combustible utilisée pour générer de l'électricité alimentant un moteur électrique destiné à déplacer un véhicule automobile. On rappelle qu'une pile à combustible est constituée de deux électrodes : une anode et une cathode constituées chacune d'une feuille d'un matériel conducteur, poreuse et recouverte d'une très fine couche de platine et dont l'anode est traversée par de l'hydrogène et la cathode traversée par de l'oxygène permettant ainsi un transfert d'électrons à l'origine du courant qui alimente le moteur électrique. Il apparaît cependant qu'au cours du fonctionnement de la pile à combustible, du fait de sa conception, cette dernière rejette de la vapeur d'hydrogène, extrêmement inflammable et détonante. Afin d'éviter que cet hydrogène se répande dans le bloc avant sous le capot du véhicule automobile où il y aurait un risque de concentration et par voie de conséquence création d'une atmosphère explosive, la pile à combustible est logée dans une enceinte étanche disposée sous le capot, cette enceinte étant aérée pour éviter d'atteindre la limite inférieure d'inflammabilité à savoir environ 4% d'hydrogène dans l'air ambiant. Les termes d'enceinte étanche employés ci-dessus et dans le reste de la description qui va suivre désignent une enceinte pourvue d'un volume qui n'est ni totalement ouvert ni totalement étanche afin de permettre l'évacuation des vapeurs d'hydrogène, également désignée par les hommes de l'art volume contrôlé . On connaît dans les applications des piles à combustible pour la génération d'électricité et/ou du chauffage dans les habitations, l'utilisation de ventilateurs spécifiques désignés ventilateurs anti déflagrant destinés à supprimer la création des micro-arcs électriques des ventilateurs classiques susceptibles d'enflammer le mélange air/hydrogène présent dans de telles installations. De tels ventilateurs spécifiques présentent de nombreux inconvénients pour l'application à l'industrie automobile du fait notamment de leur forte consommation en énergie électrique mais également de leur volume et de leur coût. Afin de résoudre de tels inconvénients, il est possible d'aérer l'enceinte de la pile à combustible en soufflant dans cette dernière au moyen d'un ventilateur classique. Cependant l'inconvénient d'une telle solution réside dans le fait que les éventuelles fuites ne peuvent être contrôlées, n'assurant par conséquent pas une sécurité optimale pour le véhicule. Le but de la présente invention est de proposer un procédé d'évacuation des vapeurs d'hydrogène pour pile à combustible et un dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé qui permet de résoudre tout ou partie des inconvénients précités. A cet effet, la présente invention a pour objet un procédé d'évacuation des vapeurs d'hydrogène pour pile à combustible logée dans une enceinte étanche pourvue d'un orifice de fuite agencé en partie supérieure de l'enceinte, ledit orifice étant relié à l'extérieur par un conduit, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant : - à réaliser une dépression à l'intérieur du conduit d'évacuation reliant l'enceinte à l'extérieur du véhicule permettant ainsi une aspiration de l'air vicié. Selon une disposition avantageuse, le procédé comporte également une étape consistant à accélérer le débit de l'air vicié à l'intérieur dudit conduit avant son évacuation vers l'extérieur notamment au moyen d'un étranglement après l'étape de dépression. Un autre objet de la présente invention concerne un dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend un conduit d'évacuation de l'air vicié contenu dans ladite enceinte qui débouche par son extrémité libre à l'extérieur, à un niveau situé au-dessus de la partie supérieure de l'enceinte. Toujours selon l'invention, ledit conduit comporte en outre un moyen de déplacement de l'air vicié régulé par des moyens de contrôle du taux d'hydrogène contenu dans l'enceinte vers l'extérieur, afin d'assurer une aspiration de l'air vicié contenu dans l'enceinte. Selon une disposition avantageuse, ledit conduit comporte en outre dans son intérieur une forme particulière destinée à assurer un effet venturi, notamment un étranglement situé en aval du moyen de déplacement de l'air. Selon une autre disposition avantageuse, le moyen de déplacement de l'air vicié est constitué par exemple d'un ventilateur situé à distance de l'enceinte et de la sortie de l'évacuation de l'air vicié et relié au conduit par un tube dans lequel circule le fluide moteur. Selon encore une autre disposition avantageuse, les moyens de contrôle sont constitués d'un capteur transmettant à un bloc de gestion électronique le taux de l'hydrogène contenu à l'intérieur de l'enceinte apte à piloter, en fonction des taux de consigne d'hydrogène pré-établis, le débit d'écoulement de l'air par les moyens de déplacement. Selon encore une autre disposition avantageuse, la paroi supérieure de ladite enceinte est plate et horizontale ou légèrement convergente vers l'entrée du conduit d'évacuation de sorte que les vapeurs d'hydrogène soient nécessairement conduites vers l'entrée d'orifice de fuite disposé au point le plus haut du volume interne de l'enceinte. Un autre objet de l'invention concerne un véhicule automobile comportant une pile à combustible et pourvu d'un dispositif conforme à l'une quelconque des dispositions ci-dessus, caractérisé en ce que l'extrémité libre du conduit est conformée pour coopérer avec une cheminée de sortie d'air agencée dans l'aile afin de permettre l'évacuation des vapeurs d'hydrogène dans l'espace séparant l'aile du capot. Selon une variante de réalisation, la cheminée d'évacuation est prolongée dans le montant de baie du véhicule afin de disposer par exemple d'une sortie des vapeurs d'hydrogène au niveau du toit du véhicule. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, en se référant aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un dispositif selon la présente invention, et - la figure 2 est une vue en perspective d'une partie avant d'un véhicule automobile pourvu d'un dispositif selon la présente invention. On a représenté à la figure 1, un dispositif d'évacuation des vapeurs d'hydrogène dégagées par une pile à combustible, non représentée, logée dans une enceinte étanche 1, plus précisément d'une enceinte à volume contrôlé, utilisée pour permettre le fonctionnement d'un moteur électrique et donc d'un véhicule automobile. La pile à combustible ainsi que son fonctionnement ne seront pas décrits dans la suite de la description. Ladite enceinte étanche 1 est logée dans la partie avant du véhicule automobile dans un volume défini notamment par les ailes 2, le capot 3 et un berceau 4 sur lequel sont agencés les éléments de liaison au sol. Selon la présente invention, cette enceinte 1 est pourvue dans sa partie supérieure d'un conduit d'évacuation 5 de l'air vicié dans ladite enceinte 1 qui débouche par son extrémité libre 5a à l'extérieur du véhicule automobile à un niveau situé au-dessus de la partie supérieure de l'enceinte 1. Ce conduit 5 comporte en outre dans son intérieur une forme particulière 6 destinée à assurer un effet venturi. Cette forme particulière 6 est par exemple constituée d'un étranglement du conduit 5 destiné à obliger l'air d'accélérer pour conserver le même débit qu'en amont de l'étranglement. Par ailleurs, ledit conduit 5 comporte également un moyen de déplacement de l'air 7 régulé par des moyens de contrôle du taux d'hydrogène, non représentés, contenu dans l'enceinte 1 vers l'extérieur, situé en amont de l'effet venturi 6 afin d'assurer une dépression entraînant par voie de conséquence une aspiration de l'air vicié contenu dans l'enceinte 1. Le moyen de déplacement de l'air vicié 7 est constitué par exemple d'un ventilateur classique situé à distance de l'enceinte 1 et relié au conduit par un tube 8 comme visible sur les figures, formant ainsi le fluide moteur. Le tube 8 est disposé avantageusement de manière perpendiculaire à l'orifice de fuite 1 b afin de diriger l'air vicié vers la sortie. Selon une variante de réalisation, on notera que le moyen de déplacement de l'air vicié (7) peut avantageusement être constitué par un gaz sous pression, préférentiellement inerte, par exemple de l'azote ou un mélange air 1 azote. Les moyens de contrôle sont par exemple un capteur transmettant à un bloc de gestion électronique, non représenté, le taux de l'hydrogène à l'intérieur de l'enceinte 1 apte à piloter, en fonction des taux de consigne d'hydrogène pré- établis, le débit d'écoulement du fluide moteur assurant ainsi une sécurité optimale de la qualité de l'air contenu dans ladite enceinte 1 et évitant tout risque d'atmosphère explosive à l'intérieur de celle-ci. On comprend qu'à chaque débit d'écoulement du fluide moteur correspond une vitesse prédéterminée de rotation du ventilateur 7. On a représenté sur les figures 1 et 2, un mode de réalisation particulier du dispositif selon l'invention, dans lequel l'extrémité libre du conduit 5 est conforme pour coopérer avec une cheminée de sortie d'air 9 agencée dans l'aile 2 afin de permettre l'évacuation des vapeurs d'hydrogène dans l'espace 10 séparant l'aile 2 du capot 3. Selon un autre mode de réalisation non représenté, la cheminée d'évacuation 9 est prolongée dans le montant de baie afin de disposer par exemple d'une sortie des vapeurs d'hydrogène au niveau du toit du véhicule. Le fonctionnement du dispositif selon l'invention ressort déjà de la description qui en a été faite ci-dessus et va maintenant être explicité en détail. Lors du fonctionnement de la pile à combustible cette dernière dégage naturellement des vapeurs d'hydrogène à l'intérieur de l'enceinte 1 créant un air vicié susceptible, à défaut d'évacuation, de créer une atmosphère explosive dont le taux est contrôlé en permanence par des moyens de contrôle. Selon le procédé défini par la présente invention, on réalise une dépression à l'intérieur du conduit d'évacuation reliant l'enceinte 1 à l'extérieur du véhicule permettant une aspiration de l'air vicié contenu dans ladite enceinte 1 puis on accélère le débit de l'air vicié à l'intérieur dudit conduit avant son évacuation vers l'extérieur notamment au moyen d'un étranglement. On comprend que l'hydrogène qui présente une densité différente de l'air subisse la poussée d'Archimède et s'élève au-dessus de l'orifice de fuite 1 b dans la dépression, accélérant son évacuation vers l'extérieur. On notera à cet effet que la paroi supérieure 1 c de ladite enceinte 1 est avantageusement plate et horizontale ou légèrement convergente vers l'entrée du conduit d'évacuation 5 de sorte que les vapeurs d'hydrogène soient nécessairement conduites vers l'entrée d'orifice de fuite 1 b qui se trouve au point le plus haut du volume interne de l'enceinte. Une telle configuration de l'enceinte rend possible l'évacuation de l'hydrogène résiduel même lorsque le fluide moteur est inopérant. On comprend à la lecture de la description ci-dessus que le procédé et le dispositif selon la présente invention sont relativement simples à réaliser et permettent une évacuation permanente de l'air vicié contenu dans l'enceinte 1 en s'assurant que l'évacuation de cet air se fasse dans un endroit le plus éloigné d'un élément électrique tel que notamment le ventilateur 7. En outre, un tel dispositif est très économique par rapport à la solution d'un ventilateur spécifique et permet d'assurer une sécurité accrue au véhicule. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec un mode de réalisation particulier elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits. REVENDICATIONS 1. Procédé d'évacuation des vapeurs d'hydrogène pour pile à combustible logée dans une enceinte étanche (1) pourvue d'un orifice de fuite (1b) agencé en partie supérieure de l'enceinte (1), ledit orifice (1b) étant relié à l'extérieur par un conduit (5), caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant : - à réaliser une dépression à l'intérieur du conduit d'évacuation (5) reliant l'enceinte (1) à l'extérieur du véhicule permettant ainsi une aspiration de l'air vicié. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on accélère le débit de l'air vicié à l'intérieur dudit conduit (5) avant son évacuation vers l'extérieur notamment au moyen d'un étranglement (6) après l'étape de dépression. 3. Dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un conduit d'évacuation (5) de l'air vicié contenu dans ladite enceinte (1) qui débouche par son extrémité libre à l'extérieur, à un niveau situé au-dessus de la partie supérieure de l'enceinte (1). 4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que ledit conduit (5) comporte en outre un moyen de déplacement de l'air vicié (7) régulé par des moyens de contrôle du taux d'hydrogène contenu dans l'enceinte (1) vers l'extérieur, afin d'assurer une aspiration de l'air vicié contenu dans l'enceinte (1). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit conduit (5) comporte en outre dans son intérieur une forme particulière destinée à assurer un effet venturi, notamment un étranglement (6) situé en aval du moyen de déplacement de l'air (7). 6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le moyen de déplacement de l'air vicié (7) est constitué par exemple d'un ventilateur situé à distance de l'enceinte (1) et de la sortie de l'évacuation (5a) de l'air vicié et relié au conduit (5) par un tube (8) dans lequel circule le fluide moteur. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que les moyens de contrôle sont constitués d'un capteur transmettant à un bloc de gestion électronique le taux de l'hydrogène contenu à l'intérieur de l'enceinte (1) apte à piloter, en fonction des taux de consigne d'hydrogène pré-établis, le débit d'écoulement de l'air par les moyens de déplacement (7). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi supérieure (1c) de ladite enceinte (1) est plate et horizontale ou légèrement convergente vers l'entrée du conduit d'évacuation (5) de sorte que les vapeurs d'hydrogène soient nécessairement conduites vers l'entrée d'orifice de fuite (1b) disposé au point le plus haut du volume interne de l'enceinte (1). 9. Véhicule automobile comportant une pile à combustible et pourvu d'un dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que l'extrémité libre du conduit est conformée pour coopérer avec une cheminée de sortie d'air (9) agencée dans l'aile (2) afin de permettre l'évacuation des vapeurs d'hydrogène dans l'espace (10) séparant l'aile (2) du capot (3). 10. Véhicule automobile selon la revendication 8, caractérisé en ce que la cheminée d'évacuation (9) est prolongée dans le montant de baie du véhicule afin de disposer par exemple d'une sortie des vapeurs d'hydrogène au niveau du toit du véhicule.