Brevet FR3134658A1 — publié le 20231020

Système de génération d’énergie électrique comprenant un espace tampon L’invention concerne un système (10) de génération d’énergie électrique comprenant au moins : - un châssis (12), - un premier compartiment (14) fixé sur le châssis (12), le premier compartiment (14) comportant une première enceinte (30) recevant un réservoir (16) de premier fluide gazeux, - un deuxième compartiment (18) fixé sur le châssis (12) comportant une deuxième enceinte (46) recevant une pile à combustible (20), la première enceinte (30) et la deuxième enceinte (46) étant entourées par une atmosphère (25), - un espace tampon (22) entre la première enceinte (30) et la deuxième enceinte (46) en communication avec l’atmosphère (25), - au moins un tuyau (24) connectant fluidiquement le réservoir (16) à la pile à combustible (20), le tuyau (24) traversant la première enceinte (30), la deuxième enceinte (46), et l’espace tampon (22). Figure pour l'abrégé : Figure 1 Système de génération d’énergie électrique comprenant un espace tampon La présente invention concerne un système de génération d’énergie électrique. En particulier, le système de génération d’énergie électrique est du type comprenant une pile à combustible pour la génération d’énergie électrique par réaction d’oxydoréduction entre un premier fluide et un deuxième fluide. En particulier, le système de génération d’énergie électrique est un système apte à être déplacé vers une région d’intérêt. Par exemple, le système de génération électrique est déplaçable par des engins de levage et transportable par un moyen de transport tel qu’un camion, un train, un bateau ou un avion. La région d’intérêt est par exemple une région hors réseau électrique où l’autosuffisance énergétique est requise, telle qu’une station de base, un village éloigné, une base de recherche, etc. En variante, le système de génération d’énergie électrique est un système d’appoint adapté pour générer de l’énergie électrique en complément d’une autre énergie électrique générée par un autre système, de manière temporaire ou continue. Un problème rencontré avec ce type de système de génération d’énergie électrique est la sécurité liée au stockage et à l’utilisation des premier et/ou deuxième fluides. En effet, ces fluides sont généralement dangereux et présentent un risque explosif important. C’est le cas par exemple avec le dihydrogène. En cas de fuite, des zones de concentration de dihydrogène sont susceptibles de former une ou plusieurs zones à atmosphère explosive (dite ATEX). Dans de telles zones, le mélange entre l’air et plus particulièrement l’oxygène de l’air, et le dihydrogène, est susceptible de provoquer une explosion en présence d’une source d’inflammation, comme par exemple une étincelle d’origine électrique ou une surface chaude. On connaît par exemple des dispositifs de détection de fuite qui permettent de couper l’arrivée en dihydrogène dès qu’une fuite est détectée. Ces dispositifs sont généralement couplés à un dispositif de ventilation permettant de ventiler en permanence l’enceinte dans laquelle se trouve la pile à combustible. Un inconvénient de ces types de dispositifs est qu’ils nécessitent eux-mêmes de l’énergie électrique pour fonctionner. De plus, si une fuite se produit lorsque les dispositifs sont éteints, notamment au démarrage du système de génération d’énergie électrique, le risque d’explosion est important. Une autre solution pour éviter l’accumulation de dihydrogène près des équipements électriques est de réaliser une ventilation naturelle importante de l’enceinte qui renferment les équipements. Cependant, réaliser une telle ventilation nécessite de très grosses ouvertures dans la paroi de l’enceinte. Cette solution pose des problèmes d’étanchéité de l’enceinte et réduit fortement l’indice de protection (« International Protection Marking » en langue anglaise) de l’enceinte. De plus, il devient complexe de protéger du froid les équipements présents à l’intérieur de l’enceinte, même en fonctionnement. Un but de l’invention est de pallier les inconvénients précités en proposant un système de génération d’énergie électrique qui empêche la formation d’atmosphère explosive au niveau des équipements électriques, et ceci de manière simple et sans surcoût. A cet effet, l’objet de l’invention concerne un système de génération d’énergie électrique s’étendant selon une direction longitudinale, ledit système de génération d’énergie électrique comprenant au moins : - un châssis, - un premier compartiment fixé sur le châssis, le premier compartiment comportant une première enceinte délimitant un premier volume recevant au moins un réservoir de premier fluide gazeux, - un deuxième compartiment fixé sur le châssis, le deuxième compartiment comportant une deuxième enceinte délimitant un deuxième volume recevant au moins une pile à combustible, la première enceinte et la deuxième enceinte étant destinées à être entourées par une atmosphère, la première enceinte étant disposée à l’écart de la deuxième enceinte, - un espace tampon s’étendant entre la première enceinte et la deuxième enceinte, l’espace tampon étant destiné à être en communication avec l’atmosphère, - au moins un tuyau connectant fluidiquement le réservoir de premier fluide gazeux à la pile à combustible, le tuyau traversant la première enceinte, la deuxième enceinte, et l’espace tampon. Ainsi, l’espace tampon permet d’évacuer automatiquement et naturellement toute accumulation du premier fluide, en particulier du dihydrogène, provenant du premier compartiment soit par une fuite au niveau de la traversée du tuyau au travers de la première enceinte ou soit par perméation au travers de la première enceinte. Le système selon l’invention permet d’éviter les accumulations de premier fluide, de manière passive et sans nécessiter d’équipements additionnels consommateurs d’énergie. Le système selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon l’une quelconque des combinaisons techniquement possibles : - l’espace tampon s’étend entre la première enceinte et la deuxième enceinte selon la direction longitudinale ; - la première enceinte comprend une première paroi séparatrice, la deuxième enceinte comprenant une deuxième paroi séparatrice, la première paroi séparatrice et la deuxième paroi séparatrice délimitant au moins en partie l’espace tampon ; - la première paroi séparatrice et la deuxième paroi séparatrice sont des parois pleines ; - la première paroi séparatrice s’étend dans un premier plan, la deuxième paroi séparatrice s’étendant dans un deuxième plan sensiblement parallèle au premier plan ; - la première paroi séparatrice et la deuxième paroi séparatrice sont espacées l’une de l’autre par une distance comprise entre 5 cm et 100 cm ; - le système de génération d’énergie électrique comprend en outre au moins deux parois ajourées latérales s’étendant chacune respectivement dans un plan sensiblement perpendiculaire au premier plan et au deuxième plan, les deux parois ajourées latérales, la première paroi séparatrice et la deuxième paroi séparatrice délimitant entre eux l’espace tampon, le système de génération d’énergie électrique comprenant en outre préférentiellement une paroi ajourée supérieure reliant les deux parois ajourées latérales ; - chaque paroi ajourée latérale est formée par une paroi grillagée ; - la première enceinte et la deuxième enceinte sont solidaires l’une de l’autre ; et - le système de génération d’énergie électrique comprend des éléments de liaison reliant la première enceinte à la deuxième enceinte, chaque élément de liaison traversant l’espace tampon. L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, faite uniquement à titre d’exemple, en référence à la unique qui est une représentation schématique en coupe d’un système de génération d’énergie électrique selon l’invention. Sur la est représenté un système 10 de génération d’énergie électrique selon l’invention. Le système 10 comprend un châssis 12, un premier compartiment 14 fixé sur le châssis 12 et comportant un réservoir 16 de premier fluide gazeux, un deuxième compartiment 18 fixé sur le châssis 12 et comprenant une pile à combustible 20, un espace tampon 22 et un tuyau 24 connectant fluidiquement le réservoir 16 de premier fluide gazeux à la pile à combustible 20. En particulier, le système 10 de génération d’énergie électrique est un système apte à être déplacé vers une région d’intérêt. En particulier, le système 10 de génération d’énergie électrique est déplaçable par des engins de levage et transportable par un moyen de transport tel qu’un camion, un train, un bateau ou un avion. Par « déplacé », on entend que le système 10 selon l’invention est déplaçable d’un seul tenant sans qu’il soit nécessaire de désolidariser le premier compartiment 14 et le deuxième compartiment 18 du châssis 12. Par exemple, la région d’intérêt est une région hors réseau électrique où l’autosuffisance énergétique est requise, telle qu’une station de base, un village éloigné, une base de recherche, etc. En variante, le système 10 de génération d’énergie électrique est un système d’appoint adapté pour générer de l’énergie électrique en complément d’une autre énergie électrique générée par un autre système, de manière temporaire ou continue. Le système 10 selon l’invention s’étend selon une direction longitudinale L et une direction d’élévation Z sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale L. Dans la suite de la description, les termes « supérieur » et « inférieur » sont utilisés en référence à la direction d’élévation Z. Le système 10 selon l’invention est entouré par une atmosphère 25, c’est-à-dire que le système 10 est en contact directement avec l’air de l’atmosphère 25, en particulier les parois extérieures du premier compartiment 14 et deuxième compartiment 18. Dans l’exemple illustré, le premier compartiment 14 et le deuxième compartiment 18 sont disposés l’un à côté de l’autre selon la direction longitudinale L. Le châssis 12 définit une surface supérieure 26 et une surface inférieure 28 à l’opposé de la surface supérieure 26 selon la direction d’élévation Z. La surface supérieure 26 reçoit le premier compartiment 14 et le deuxième compartiment 18. La surface inférieure 28 est destinée à être en appui contre un sol de la région d’intérêt. Le châssis 12 est par exemple métallique. De préférence, le châssis 12 comprend des organes de fixation (non représentés) destinés à faciliter le déplacement et le transport du système 10 selon l’invention. Le premier compartiment 14 comprend une première enceinte 30 délimitant un premier volume 32 recevant au moins le réservoir 16 de premier fluide gazeux. De préférence, le premier compartiment 14 comprend un ou plusieurs équipements 34 destinés à la décompression du premier fluide gazeux, tels que des détendeurs ou des soupapes. Ces équipements 14 sont également reçus à l’intérieur du premier volume 32. De tels équipements 34 sont connus de l’état de la technique et ne seront pas décrits ici. Le premier fluide gazeux est par exemple du dihydrogène. La première enceinte 30 est fixée sur la surface supérieure du châssis. La première enceinte 30 comprend une paroi inférieure 38, une paroi supérieure 40 et une paroi latérale 42 reliant la paroi inférieure 38 à la paroi supérieure 40. Selon un mode de réalisation particulier, la paroi inférieure 38 est formée par une partie de la surface supérieure 26 du châssis 12. La paroi latérale 42 comprend une première paroi séparatrice 44 adjacente à l’espace tampon 22 selon la direction longitudinale L. La première paroi séparatrice 44 s’étend par exemple dans un premier plan sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale L. La première enceinte 30 est entourée par l’atmosphère 25, c’est-à-dire qu’au moins la paroi supérieure 40 et la paroi latérale 42, y compris la première paroi séparatrice 44, sont en contact directement avec l’air de l’atmosphère 25. Dans l’exemple illustré, la première enceinte 30 a une forme sensiblement parallélépipédique. De préférence, la première paroi séparatrice 44 est une paroi pleine. Le deuxième compartiment 18 comprend une deuxième enceinte 46 délimitant un deuxième volume 48 recevant la pile à combustible 20. De préférence, le deuxième compartiment 18 comprend un ou plusieurs équipements électriques (non représentés), tels que des onduleurs, des batteries, des convertisseurs, des cartes de communication, etc. Ces équipements sont également reçus à l’intérieur du deuxième volume 48. La deuxième enceinte 46 est fixée sur la surface supérieure 26 du châssis 12. La deuxième enceinte 46 est de préférence solidaire de la première enceinte 30. Par exemple, le système 10 comprend des éléments de liaison 49 reliant la première enceinte 30 à la deuxième enceinte 46. Par exemple, chaque élément de liaison 49 s’étend selon une direction sensiblement parallèle à la direction longitudinale L. Chaque élément de liaison 49 traverse l’espace tampon 22. La deuxième enceinte 46 comprend une paroi inférieure 50, une paroi supérieure 52 et une paroi latérale 54 reliant la paroi inférieure 50 à la paroi supérieure 52. Selon un mode de réalisation particulier, la paroi inférieure 50 est formée par une partie de la surface supérieure 26 du châssis 12. La paroi latérale 54 comprend une deuxième paroi séparatrice 56 adjacente à l’espace tampon 22 selon la direction longitudinale L. La deuxième paroi séparatrice 56 s’étend dans un deuxième plan, de préférence sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale L, et parallèle au premier plan. La deuxième enceinte 46 est entourée par l’atmosphère 25, c’est-à-dire qu’au moins la paroi supérieure 52 et la paroi latérale 54, y compris la deuxième paroi séparatrice 56, sont en contact directement avec l’air de l’atmosphère 25. Dans l’exemple illustré, la deuxième enceinte 46 a une forme sensiblement parallélépipédique. De préférence, la deuxième paroi séparatrice 56 est une paroi pleine. La deuxième paroi séparatrice 56 s’étend face à la première paroi séparatrice 44 selon la direction longitudinale L. De préférence, la première paroi séparatrice 44 et la deuxième paroi séparatrice 56 sont à l’écart l’une de l’autre selon la direction longitudinale L. Elles sont espacées l’une de l’autre selon la direction longitudinale L par une distance comprise entre 5 cm et 100 cm. La première paroi séparatrice 44 est située face à la deuxième paroi séparatrice 56 selon la direction longitudinale L. La pile à combustible 20 est apte à générer l’énergie électrique par réaction d’oxydoréduction entre le premier fluide gazeux et un deuxième fluide. Le deuxième fluide est par exemple le dioxygène présent dans l’atmosphère 25 entourant le système 10. De préférence, la pile à combustible 20 est une pile utilisant la technologie à membrane d’échange de protons (plus souvent désignée sous l’abréviation PEM renvoyant à la dénomination anglaise de « Proton Exchange Membrane »). Le tuyau 24 est adapté pour alimenter la pile à combustible 20 en premier fluide. Le tuyau 24 traverse la première enceinte 30, et en particulier la première paroi séparatrice 44, et la deuxième enceinte 46, et en particulier la deuxième paroi séparatrice 56. De préférence, le système 10 comprend des dispositifs de traversée de paroi étanches (non représentés) adaptés pour permettre la traversée du tuyau 22 au travers de la première paroi séparatrice 44 et de la deuxième paroi séparatrice 56. Le tuyau 24 comprend une première portion d’extrémité 58, une deuxième portion d’extrémité 60 et une portion intermédiaire 62 entre la première portion d’extrémité 58 et la deuxième portion d’extrémité 60. La première portion d’extrémité 58 est connectée au réservoir 16 de premier fluide gazeux. La première position d’extrémité 58 est reçue dans le premier volume 32. La deuxième portion d’extrémité 60 est connectée à la pile à combustible 20. La deuxième portion d’extrémité 60 est reçue dans le deuxième volume 48. La portion intermédiaire 62 s’étend au travers de l’espace tampon 22. L’espace tampon 22 s’étend entre la première enceinte 30 et la deuxième enceinte 46. L’espace tampon 22 est en communication avec l’atmosphère 25. L’espace tampon est délimité au moins par une partie 63 de la surface supérieure 26 du châssis 12, la première paroi séparatrice 44 et la deuxième paroi séparatrice 56. Ainsi, il est possible de générer une circulation d’air au travers de l’espace tampon 22 empêchant toute accumulation de premier fluide. De préférence, comme illustré sur la , le système 10 comprend en outre au moins deux parois ajourées latérales 64 s’étendant chacune respectivement dans un plan sensiblement perpendiculaire au premier plan et au deuxième plan. Les deux parois ajourées latérales 64 s’étendent selon la direction longitudinale L entre la première enceinte 30 et la deuxième enceinte 46. L’espace tampon 22 est alors délimité par la partie 63 de la surface supérieure 26 du châssis 12, la première paroi séparatrice 44, la deuxième paroi séparatrice 56 et les deux parois ajourées latérales 64. De préférence, le système 10 comprend en outre une paroi ajourée supérieure 66 s’étendant selon la direction longitudinale L entre la paroi supérieure 40 de la première enceinte 30 et la paroi supérieure 52 de la deuxième enceinte 46. La paroi ajourée supérieure 66 relie les deux parois ajourées latérales 64 entre elles. La paroi ajourée supérieure 66 s’étend de préférence dans un plan sensiblement parallèle à la partie 63 de la surface supérieure 26 du châssis 12. Les parois ajourées latérales 64 ou supérieure 66 empêchent l’accès à l’espace tampon 22 et limitent le dépôt d’éléments extérieurs dans l’espace tampon 22 tels que des débris végétaux, tout en permettant une bonne circulation de l’air de l’atmosphère 25 au travers de l’espace tampon 22. Par exemple, chacune des parois ajourées latérales 64 ou paroi ajourée supérieure 66 est formée par une paroi grillagée. En variante (non représenté), chacune des parois 64, 66 est formée par une paroi pleine délimitant une pluralité d’ouvertures traversantes permettant la circulation de l’air au travers de l’espace tampon 22. En variante (non représenté), l’espace tampon 22 est uniquement délimité par la partie 63 de la surface supérieure 26 du châssis 12, la première paroi séparatrice 44 et la deuxième paroi séparatrice 56. Dit autrement, le système 10 est dépourvu des parois ajourées latérales 64 et supérieure 66 décrites ci-dessous. Ainsi, le système 10 selon l’invention est particulièrement avantageux car l’espace tampon 20 permet d’évacuer automatiquement et naturellement toute accumulation de fluide, en particulier du dihydrogène, provenant du premier compartiment 14 soit par une fuite au niveau de la traversée du tuyau 24 au travers de la première enceinte 30 ou soit par perméation au travers de la première enceinte 30. Le système 10 selon l’invention permet d’éviter les accumulations de fluide de manière passive sans nécessiter d’équipements additionnels consommateurs d’énergie. Système (10) de génération d’énergie électrique s’étendant selon une direction longitudinale (L), ledit système (10) de génération d’énergie électrique comprenant au moins : - un châssis (12), - un premier compartiment (14) fixé sur le châssis (12), le premier compartiment (14) comportant une première enceinte (30) délimitant un premier volume (32) recevant au moins un réservoir (16) de premier fluide gazeux, - un deuxième compartiment (18) fixé sur le châssis (12), le deuxième compartiment (18) comportant une deuxième enceinte (46) délimitant un deuxième volume (48) recevant au moins une pile à combustible (20), la première enceinte (30) et la deuxième enceinte (46) étant destinées à être entourées par une atmosphère (25), la première enceinte (30) étant disposée à l’écart de la deuxième enceinte (46), - un espace tampon (22) s’étendant entre la première enceinte (30) et la deuxième enceinte (46), l’espace tampon (22) étant destiné à être en communication avec l’atmosphère (25), - au moins un tuyau (24) connectant fluidiquement le réservoir (16) de premier fluide gazeux à la pile à combustible (20), le tuyau (24) traversant la première enceinte (30), la deuxième enceinte (46), et l’espace tampon (22). Système (10) de génération d’énergie électrique selon la revendication 1, dans lequel l’espace tampon (22) s’étend entre la première enceinte (30) et la deuxième enceinte (46) selon la direction longitudinale (L). Système (10) de génération d’énergie électrique selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la première enceinte (30) comprend une première paroi séparatrice (44), la deuxième enceinte (46) comprenant une deuxième paroi séparatrice (56), la première paroi séparatrice (44) et la deuxième paroi séparatrice (56) délimitant au moins en partie l’espace tampon (22). Système (10) de génération d’énergie électrique selon la revendication 3, dans lequel la première paroi séparatrice (44) et la deuxième paroi séparatrice (56) sont des parois pleines. Système (10) de génération d’énergie électrique selon la revendication 3 ou 4, dans lequel la première paroi séparatrice (44) s’étend dans un premier plan, la deuxième paroi séparatrice (56) s’étendant dans un deuxième plan sensiblement parallèle au premier plan. Système (10) de génération d’énergie électrique selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel la première paroi séparatrice (44) et la deuxième paroi séparatrice (56) sont espacées l’une de l’autre par une distance comprise entre 5 cm et 100 cm. Système (10) de génération d’énergie électrique selon l’une quelconque des revendications 3 à 6, dans lequel le système (10) de génération d’énergie électrique comprend en outre au moins deux parois ajourées latérales (64) s’étendant chacune respectivement dans un plan sensiblement perpendiculaire au premier plan et au deuxième plan, les deux parois ajourées latérales (64), la première paroi séparatrice (44) et la deuxième paroi séparatrice (56) délimitant entre eux l’espace tampon (22), le système (10) de génération d’énergie électrique comprenant en outre préférentiellement une paroi ajourée supérieure (66) reliant les deux parois ajourées latérales (64). Système (10) de génération d’énergie électrique selon la revendication 7, dans lequel chaque paroi ajourée latérale (64) est formée par une paroi grillagée. Système (10) de génération d’énergie électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la première enceinte (30) et la deuxième enceinte (46) sont solidaires l’une de l’autre. Système (10) de génération d’énergie électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le système (10) de génération d’énergie électrique comprend des éléments de liaison (49) reliant la première enceinte (30) à la deuxième enceinte (46), chaque élément de liaison (49) traversant l’espace tampon (22).