Brevet FR3143218A1 — publié le 20240614

L’invention se caractérise par l’insertion d’une plaque à haute conduction thermique à chaque élément constitutif d’une pile à combustible, c’est-à-dire : Une plaque anode, Une plaque Electrolyte catalyseur et une plaque cathode, auxquels vient s’ajouter une plaque de haute conduction thermique constituée de graphite pyrolytique qui vise soit à extraire l’énergie thermique dégagée lors du fonctionnement d’une pile à combustible directement depuis chaque ensemble de plaques constitutives d’un élément de la pile et à transférer l’énergie thermique ainsi extraite vers tout système permettant de stocker ou utiliser cette énergie thermique, soit à réguler la température des plaques constitutives de la pile à combustible. Figure 2 pour l’abrégé Extracteur et régulateur thermique de pile à combustible DOMAINE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION : La présente invention se rapporte au domaine des piles à combustible, et plus précisément à l’optimisation du rendement de celles-ci par une extraction et régulation de la chaleur engendrée par la recombinaison Hydrogène-Oxygène, au sein de celle-ci. La pile à combustible existe depuis plusieurs décennies, et fonctionne à des températures de l’ordre de 60°C à 80°C. Cette température est liée au processus exothermique de recombinaison Hydrogène oxygène générant par ailleurs de l’électricité, néanmoins, il n’existe pas de système intégré à la pile à combustible en mesure d’extraire la chaleur ainsi générée, ni dans un second temps d’utiliser cette chaleur afin d’augmenter le rendement énergétique global de la pile à combustible. Et En résumé, il n’y a pas d’art antérieur pour ce point précis d’extraction de chaleur directement de la pile à combustible, vers l’extérieur de celle-ci. La présente invention vise à extraire la chaleur dégagée lors du fonctionnement d’une pile à combustible directement depuis chaque ensemble de plaques constitutives d’un élément de la pile et soit à transférer l’énergie thermique ainsi extraite vers tout système permettant de stocker ou utiliser cette énergie thermique, soit à réguler la température des plaques constitutives de la pile à combustible afin d’en optimiser le rendement interne. Dans les deux cas de figure, il s’agit ainsi d’augmenter le rendement énergétique global de la pile à combustible. BREVE DESCRIPTION DE l’INVENTION L’invention se caractérise par l’ajout d’une plaque à haute conduction thermique à chaque élément constitutif d’une pile à combustible, c’est-à-dire : Une plaque anode, Une plaque Electrolyte catalyseur et une plaque Cathode, auxquels vient s’ajouter une plaque de haute conduction thermique constituée de graphite pyrolytique Chaque plaque de graphite pyrolytique est formée géométriquement pour dépasser de la pile à combustible. La plaque de graphite pyrolytique ayant une forte conductivité thermique, celle-ci va transférer l’énergie thermique, située sur la partie de la plaque située dans la pile à combustible, vers la partie qui dépasse de la pile, si la partie qui dépasse de la pile est à une température inférieure, ce afin d’égaliser les températures intérieures et extérieures. Ce transfert d’énergie thermique étant réalisée de manière extrêmement rapide par les caractéristiques propres du graphite pyrolytique. Les parties de plaque de graphite pyrolytique dépassant de chaque élément d’une pile à combustible sont elles mêmes placées dans un courant de fluide caloporteur, qui peut être gazeux ou liquide. L’énergie thermique ainsi extraite servant selon les besoins au chauffage, au stockage d’énergie thermique, à la production d’énergie électrique par thermocouple, ou encore fournissant la source chaude d’un moteur Stirling. Il est de même possible, selon cette disposition, de réguler ou d’augmenter la température de chaque plaque en faisant varier la circulation et la température du fluide caloporteur. En effet, si la température du fluide caloporteur est supérieure à celle à l’intérieur de la pile à combustible, la plaque de graphite pyrolytique va augmenter la température de celle-ci par transfert thermique, de même selon la vitesse de circulation et la température d’injection du fluide caloporteur, il sera possible d’ajuster finement la température à l’intérieur de la pile à combustible. DESCRIPTION DETAILLEE DE l’INVENTION La description détaillée suivante se réfère aux dessins annexés qui décrivent divers détails d'exemples sélectionnés pour montrer comment des modes de réalisation particuliers peuvent être mis en œuvre. La description aborde ici divers exemples de l'objet inventif et décrit les modes de réalisation représentés avec suffisamment de détails pour permettre à l'homme du métier de mettre en pratique l'invention. De nombreux autres modes de réalisation peuvent être utilisés pour mettre en pratique l'objet inventif que les exemples illustratifs discutés ici, et de nombreux changements structurels et opérationnels en plus des alternatives spécifiquement décrites ici peuvent être effectués sans s'écarter de la portée de l'objet inventif. Dans cette description, les références à "un mode de réalisation" ou "un mode de réalisation", ou à "un exemple" ou "un exemple" signifient que la caractéristique à laquelle il est fait référence est, ou peut-être, incluse dans au moins un mode de réalisation ou exemple de l'invention. Des références séparées à "un mode de réalisation" ou "un mode de réalisation" ou à "un exemple" ou "un exemple" dans cette description ne sont pas censées se référer nécessairement au même mode de réalisation ou exemple ; cependant, ces modes de réalisation ne s'excluent pas mutuellement, sauf indication contraire ou comme cela apparaîtra facilement à l'homme du métier ayant l'avantage de cette divulgation. Ainsi, la présente divulgation comprend une variété de combinaisons et / ou d'intégrations des modes de réalisation et des exemples décrits ici, ainsi que d'autres modes de réalisation et exemples tels que définis dans la portée de toutes les revendications basées sur cette divulgation, ainsi que tous les équivalents légaux de ces réclamations. Aux fins de la présente spécification, "Elément de pile à combustible", comprend un diffuseur d’hydrogène aussi nommé Anode, Un catalyseur avec un électrolyte, et un diffuseur d’oxygène, aussi appelé « anode ». Tel qu'utilisé ici, le terme "Plaque de Graphite pyrolytique " se réfère à un élément d’épaisseur égale ou proche à celle d’une anode ou d’une cathode d’un élément de pile à combustible, et d’une longueur et largeur la faisant dépasser de la pile à combustible soit d’un seul côté, soit de plusieurs côtés, c’est-à-dire jusqu’aux 4 cotés du carré ou rectangle d’un élément de pile à combustible. Tel quel, le terme « pile » se réfère à la pile en combustible. La présente invention se caractérise, selon un premier mode de réalisation par une combinaison de moyens comprenant un premier élément qui est constitué d’un élément de pile à combustible et d’une Plaque de Graphite pyrolytique posée sur la surface externe de la cathode de l’élément de pile à combustible. Le tout étant répété autant de fois qu’il y a d’éléments d’une pile à combustible. La présente invention se caractérise par la géométrie de la plaque de graphite pyrolytique qui dépasse de chaque élément de pile à combustible, la partie externe dépassant ainsi de la pile à combustible étant dimensionnée en fonction de l’énergie thermique à extraire de la pile ou envoyer de l’énergie thermique dans celle-ci. La présente invention se caractérise par une combinaison de moyens dans laquelle, les parties de chaque plaque de graphite pyrolytique traverse le fond d’un conduit véhiculant un fluide caloporteur, ce dernier pouvant être liquide ou gazeux. L’interface entre la pile et le conduit étant étanchéifié au niveau de chaque plaque de graphite pyrolytique qui traverse ainsi le fond du conduit, afin d’empêcher toute fuite de ce fluide. La présente invention se caractérise par une combinaison de moyens dans laquelle, une sonde thermique est positionnée dans la pile, sur une plaque de graphite pyrolytique et une autre sonde thermique est placée dans le conduit de fluide caloporteur et d’un système électronique de régulation permettant à partir des données de température d’ajuster la température intérieure de la pile. DESCRIPTION BRÈVE DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : La est un schéma de base de réalisation d’un élément de pile à combustible comprenant l’anode (100), le catalyseur et l’électrolyte (200) et la cathode (200) La montre le schéma de base de réalisation d’un élément de pile à combustible comprenant l’anode (100), le catalyseur et l’électrolyte (200) et la cathode (200) et auquel est ajouté une plaque de graphite pyrolytique (400) et la partie de graphite pyrolytique dépassant de la pile elle-même (401) La montre une pile complète assemblée (101) avec les parties de graphite pyrolytique dépassant de la pile elle-même (401) La montre une pile complète assemblée (101) avec les parties de graphite pyrolytique dépassant de la pile elle-même (401) insérés dans un ensemble de conduites (500) destinées à accueillir un fluide caloporteur. La présente invention concerne également un dispositif d’extraction d’énergie thermique de l’intérieur d’une pile à combustible vers l’extérieur de celle-ci constitué d’une plaque de graphite pyrolytique placée contre la face externe de chaque cathode d’un élément constitutif de pile à combustible, tel que présenté . Selon des variantes : - la plaque de graphite pyrolytique comporte une partie dépassant de la pile à combustible tel que présenté . La taille de la partie externe de la plaque de graphite pyrolytique étant dimensionnée selon la quantité d’énergie thermique à évacuer. - la partie de chaque plaque de graphite pyrolytique qui dépasse de chaque élément de la pile à combustible est insérée dans un conduit destiné à faire circuler un fluide caloporteur liquide ou gazeux. - le fluide caloporteur circulant dans le conduit est injecté à une température variable contrôlée. la plaque de graphite pyrolytique dépasse de la pile à combustible sur plus de 1 côté de celle-ci, c’est à dire deux, trois ou sur les quatre côtés de la pile et dans lequel, chaque plaque de graphite pyrolytique est insérée dans un conduit destiné à faire circuler un fluide caloporteur liquide ou gazeux. . Pile à combustible (101) comprenant au moins un élément de pile à combustible constitué d’une plaque anode (100), d’une plaque électrolyte catalyseur (200) et d’une plaque cathode (300) et au moins un conduit (500) destiné à véhiculer un fluide caloporteur liquide ou gazeux, caractérisée en ce qu’une plaque de graphite pyrolytique (400) est placée contre la face externe de chaque cathode d’un élément de pile à combustible. . Pile à combustible (101) selon la revendication 1, dans laquelle chaque plaque de graphite pyrolytique (400) comporte au moins une partie externe (401) dépassant d’un côté de chaque élément de pile à combustible (100, 200, 300), la partie externe (401) de chaque plaque de graphite pyrolytique étant placée dans un courant du fluide caloporteur circulant dans au moins ledit conduit. . Pile à combustible (101) selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans laquelle la plaque de graphite pyrolytique (400) comporte plusieurs parties externes (401) dépassant de plusieurs côtés de chaque élément de la pile à combustible (100, 200, 300), lesdites parties externes dépassant de deux, trois ou de quatre côtés de chaque élément de pile à combustible.