Brevet FR2837026A1 — publié le 20030912

Dispositif de génération d'électricité du type pile à combustible et véhicule comportant un tel dispositif L'invention se rapporte à un dispositif de génération d'électricité du type pile à combustible ainsi qu'à un véhicule comportant un tel dispositif. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de génération d'électricité du type pile à combustible comprenant, une cathode destinée à être alimentée en comburant et une anode destinée à être alimentée en carburant pour générer un courant électrique à partir d'une réaction chimique entre le carburant et le comburant, ainsi que des moyens d'humidification du comburant en amont de la cathode. Classiquement, les fluides entrant dans la pile, et en particulier dans la cathode, doivent être saturés en eau pour permettre le bon fonctionnement de la pile. Cependant, les pertes thermiques qui se produisent dans le circuit de la pile provoquent la condensation d'une partie de cette eau. Lorsque l'eau en phase liquide pénètre dans la pile, cela peut provoquer des"bouchons hydrauliques"qui pénalisent le bon fonctionnement de cette dernière. Dans certains dispositifs connus, les gaz destinés à être introduits dans la pile font l'objet d'une adaptation thermique aux conditions requises par la pile et sont introduits directement dans la pile, ceci au détriment des performances de la pile. Dans d'autres systèmes connus, l'humidification des gaz entrant dans la pile est assurée par organe d'humidification dit "par bullage"qui assure une stabilisation des paramètres et notamment du taux d'eau vapeur dans les gaz. Cependant, cette solution ne donne pas entière satisfaction car l'organe d'humidification par bullage ne permet pas de contrôler parfaitement le taux d'humidité dans les gaz. Enfin, dans d'autres dispositifs connus, l'humidification des gaz est réalisée par un système d'injection d'eau, mais celui-ci provoque fréquemment une entrée d'eau liquide dans la pile et consomme une quantité importante d'énergie. Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus. A cette fin, le dispositif de génération d'électricité du type pile à combustible selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de décantation cathodique disposés sur la ligne cathodique, en aval des moyens d'humidification et en amont de la cathode, pour débarrasser le comburant de tout ou partie de sa phase liquide. Par ailleurs, l'invention peut comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - les moyens de décantation cathodique sont constitués d'une bouteille de décantation comportant un organe filtrant l'eau, -le dispositif comporte des moyens de compression du comburant et des moyens de refroidissement du comburant compressé, les moyens d'humidification étant disposés en aval des moyens de refroidissement, - le dispositif comporte des moyens de compression du comburant et des moyens de refroidissement du comburant compressé, les moyens humidification étant intégrés dans les moyens de refroidissement, - le carburant destiné à alimenter l'anode est produit à partir d'un organe de stockage et de transformation d'un carburant primaire, et en ce qu'il comporte des moyens de décantation anodique disposés sur la ligne anodique en amont de l'anode, - les moyens de décantation anodique sont constitués d'une bouteille de décantation comportant un organe filtrant l'eau, - les moyens de décantation cathodique comportent un conduit d'évacuation du liquide recueilli, prévu pour permettre une purge totale ou partielle, - les moyens de décantation cathodique comportent des moyens de détection du niveau du liquide recueilli, et lorsque le niveau de liquide recueilli excède une valeur seuil, les moyens d'humidification sont régulés de façon à réduire l'humidification du comburant, - les moyens de décantation cathodique comportent des moyens de détection du niveau du liquide recueilli, et lorsque le niveau de liquide recueilli excède une valeur seuil, au moins une partie du liquide recueilli est évacué par le conduit évacuation, - les moyens de décantation anodique comportent un conduit d'évacuation du liquide recueilli, prévu pour permettre une purge totale ou partielle, - les moyens de décantation anodique comportent des moyens de détection du niveau de liquide recueilli, et en ce que lorsque le niveau de liquide recueilli excède une valeur seuil, l'organe de stockage et de transformation est commandé de façon à réduire la proportion d'eau dans le carburant gazeux obtenu, - les moyens de décantation anodique comportent des moyens de détection du niveau de liquide recueilli, et en ce que lorsque le niveau de liquide recueilli excède une valeur seuil, au moins une partie du liquide recueilli est évacué par le conduit évacuation. Un autre but de l'invention est de proposer un véhicule comportant un dispositif de génération d'électricité conforme à l'une quelconque des caractéristiques ci-dessus. D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles : - la figure 1 représente de façon synoptique la structure et le fonctionnement d'un dispositif génération d'électricité à pile à combustible selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 représente de façon synoptique la structure et le fonctionnement d'un dispositif de génération d'électricité à pile à combustible selon un second mode de réalisation de l'invention. En se référant à présent à la figure 1, le dispositif de génération d'électricité à pile à combustible comprend classiquement une cathode C destinée à être alimentée en comburant 6 (oxygène de l'air) et une anode A destinée à être alimentée en carburant 2 (hydrogène), pour générer un courant électrique à partir d'une réaction chimique entre le carburant 6 et le comburant 2. Dans cet exemple de réalisation, le carburant 2 délivré à l'anode A provient d'un réservoir d'hydrogène pur. Classiquement, le comburant 6 peut être compressé dans un compresseur 24 puis refroidi dans un organe de conditionnement 25 en amont de la cathode C. L'organe de conditionnement est constitué, par exemple, d'un échangeur de chaleur. Par ailleurs, des moyens 14 d'humidification du comburant 6 sont prévus en amont de la cathode C. Les moyens 14 d'humidification peuvent être disposés en aval des moyens 25 de refroidissement ou intégrés à ces derniers. L'énergie électrique produite par la réaction de la synthèse de l'eau entre la cathode C et l'anode A (selon la formule : H2+1/202H2O) peut être utilisée, par exemple, pour assurer l'entraînement d'une chaîne de traction électrique (non représentée) d'un véhicule. Les effluents 12, 11 des anode A et cathode C, c'est à dire les gaz en aval de la pile 1, sont envoyés à la sortie de la pile 1 vers des moyens de traitements 3, 4 respectifs. Selon l'invention, le dispositif comporte des moyens 13 de décantation cathodique disposés sur la ligne cathodique, en aval des moyens 14 d'humidification et en amont de la cathode C, destinés à débarrasser le comburant 6 de tout ou partie de sa phase liquide. De préférence, les moyens 13 de décantation cathodique sont disposés au plus près de l'entrée de la cathode C. Les moyens 13 de décantation cathodique peuvent être constitués, par exemple, d'une bouteille de décantation comportant notamment un organe filtrant. L'organe filtrant peut être un filtre de type mécanique, conformé pour capturer les gouttelettes d'eau présentes dans le gaz comburant 6. Avantageusement, la bouteille 13 de décantation cathodique peut comporter un orifice relié à un conduit 7 d'évacuation du liquide recueilli, pour permettre une purge totale ou partielle de la bouteille 13. De plus, la bouteille 13 de décantation cathodique peut comporter des moyens 8 de détection du niveau de liquide recueilli, de façon que, lorsque le niveau de liquide recueilli excède une valeur seuil, au moins une partie du liquide recueilli est évacué par le conduit 7 évacuation. En variante ou en combinaison, les moyens 14 d'humidification peuvent être régulés de façon à réduire l'humidification du comburant 6 lorsque le niveau de liquide recueilli dans la bouteille 13 excède une valeur seuil. On conçoit donc aisément que le dispositif selon l'invention, tout en étant de structure simple et peu coûteuse permet d'éviter l'introduction d'eau au sein de la cathode de la pile à combustible. La figure 2 illustre une variante de réalisation d'un dispositif de génération d'électricité selon l'invention. Par soucis de simplification, les éléments identiques à ceux décrits ci-dessus en référence à la figure 1 sont désignés par les mêmes références numériques. La pile à combustible 1 de la figure 2 se distingue de celle de la figure 1 uniquement par le fait que le carburant 2 destiné à alimenter l'anode A est produit à partir d'un organe 5 de stockage et de transformation d'un carburant primaire (liquide hydrogéné). L'organe de stockage et de transformation 5 est appelé classiquement un reformeur. Selon l'invention, la pile 1 à combustible comporte également des moyens 24 de décantation anodique disposés sur la ligne anodique en amont de l'anode A. De préférence, les moyens 24 de décantation anodique sont disposés au plus près de l'entrée de l'anode A. Comme précédemment, les moyens 24 de décantation anodique peuvent être constitués d'une bouteille de décantation comportant un organe filtrant l'eau liquide. De plus, la bouteille 24 de décantation anodique comporte de préférence un orifice relié à un conduit 9 évacuation du liquide recueilli, pour permettre une purge totale ou partielle de la bouteille 24. Avantageusement, la bouteille 24 de décantation anodique peut comporter des moyens 10 de détection du niveau de liquide recueilli de façon que, lorsque le niveau de liquide recueilli excède une valeur seuil, au moins une partie du liquide recueilli est évacué par le conduit 9 d'évacuation. De même, lorsque le niveau de liquide recueilli excède une valeur seuil, l'organe 5 de transformation (reformeur) peut être commandé de façon à réduire la proportion d'eau dans le carburant gazeux produit (c'est-à-dire qu'il y a une réduction de l'apport d'eau au système 5 de reformage). Ainsi, le dispositif selon l'invention, tout en étant de structure simple et peu coûteuse permet d'éviter également l'introduction d'eau liquide au sein de l'anode de la pile à combustible. Ces opérations de décantage de l'eau en amont de la pile sont réalisées en toute sécurité, sans mise en contact des flux anodique et cathodique. L'invention permet ainsi de stabiliser les conditions d'entrée des réactifs dans la pile, ce qui améliore son fonctionnement. Les pertes thermiques dans le circuit de la pile qui engendrent l'apparition d'eau dans les lignes anodique et cathodique sont ainsi compensées. De plus, une réserve tampon d'eau recueillie peut être réalisée pour répondre à certaines situations de fonctionnement de la pile. REVENDICATIONS 1. Dispositif de génération d'électricité, du type pile à combustible (1), comprenant une cathode (C) destinée à être alimentée en comburant (6) et une anode (A) destinée à être alimentée en carburant (2) pour générer un courant électrique à partir d'une réaction chimique entre le carburant (2) et le comburant (6), des moyens (14) d'humidification du comburant (6) en amont de la cathode (C), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (13) de décantation cathodique disposés sur la ligne cathodique, en aval des moyens (14) d'humidification et en amont de la cathode (C), pour débarrasser le comburant (6) de tout ou partie de sa phase liquide. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (13) de décantation cathodique sont constitués d'une bouteille de décantation comportant un organe filtrant l'eau liquide. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (24) de compression du comburant (6) et des moyens (25) de refroidissement du comburant compressé, et en ce que les moyens (14) d'humidification sont disposés en aval des moyens (25) de refroidissement. 4. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (24) de compression du comburant (6) et des moyens (25) de refroidissement du comburant compressé, et en ce que les moyens (14) humidification sont intégrés dans les moyens (25) de refroidissement. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le carburant (2) destiné à alimenter l'anode (A) est produit à partir d'un organe (5) de stockage et de transformation d'un carburant primaire, et en ce qu'il comporte des moyens (24) de décantation anodique disposés sur la ligne anodique en amont de l'anode (A). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens (24) de décantation anodique sont constitués d'une bouteille de décantation comportant un organe filtrant l'eau. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens (13) de décantation cathodique comportent un conduit (7) d'évacuation du liquide recueilli, prévu pour permettre une purge totale ou partielle. 8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que les moyens (13) de décantation cathodique comportent des moyens (8) de détection du niveau du liquide recueilli, et en ce que lorsque le niveau de liquide recueilli excède une valeur seuil, les moyens (14) d'humidification sont régulés de façon à réduire l'humidification du comburant (6). 9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens (13) de décantation cathodique comportent des moyens (8) de détection du niveau du liquide recueilli, et en ce que lorsque le niveau de liquide recueilli excède une valeur seuil, au moins une partie du liquide recueilli est évacué par le conduit (7) évacuation. 10. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que les moyens (24) de décantation anodique comportent un conduit (9) d'évacuation du liquide recueilli, prévu pour permettre une purge totale ou partielle. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5,6 ou 10, caractérisé en ce que les moyens (24) de décantation anodique (24) comportent des moyens (10) de détection du niveau de liquide recueilli, et en ce que lorsque le niveau de liquide recueilli excède une valeur seuil, l'organe (5) de stockage et de transformation est commandé de façon à réduire la proportion d'eau dans le carburant gazeux obtenu. 12. Dispositif selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que les moyens (24) de décantation anodique (24) comportent des moyens (10) de détection du niveau de liquide recueilli, et en ce que lorsque le niveau de liquide recueilli excède une valeur seuil, au moins une partie du liquide recueilli est évacué par le conduit (9) évacuation. 13. Véhicule caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de génération d'électricité conforme à l'une quelconque des revendications précédentes