Brevet FR3076086A1 (20190628)

REVENDICATIONS1. Ensemble de production d'énergie comprenant une pile à combustible (1), un circuit fluidique de pile (2) configuré pour recevoir un premier fluide caloporteur et agencé au moins partiellement autour de la pile à combustible (1) caractérisé en ce que l'ensemble comprend un système thermodynamique réversible configuré pour alternativement : - évacuer l'énergie thermique produite par la pile à combustible (1) et la transformer en énergie mécanique au travers du premier fluide caloporteur, et - apporter de l'énergie thermique à la pile à combustible (1) au travers du premier fluide caloporteur, le système thermodynamique comprenant : - un circuit fluidique thermodynamique (18) configuré pour recevoir un deuxième fluide caloporteur, - un premier échangeur (3) destiné à échanger de l'énergie thermique entre le circuit fluidique thermodynamique (18) et le circuit fluidique de pile (2), et - un deuxième échangeur (4) destiné à échanger de l'énergie thermique entre le circuit fluidique thermodynamique (18) et une source extérieure.\n<CLM>\1\tEnsemble selon la revendication précédente dans lequel le système thermodynamique réversible comprend un système associant un module à Cycle Organique de Rankine et une pompe à chaleur.\n<CLM>\1\tEnsemble selon la revendication précédente dans lequel la pompe à chaleur comprend un compresseur (5) et un détendeur (6) agencés en série avec le premier échangeur (3) et le deuxième échangeur (4).\n<CLM>\1\tEnsemble selon l'une quelconque des deux revendications précédentes dans lequel le module à cycle organique de Rankine comprend une turbine (8) et moins une pompe (7) destinée à faire circuler le deuxième fluide caloporteur dans le circuit fluidique thermodynamique (18), la turbine (8) 33 et la pompe (7) étant agencées en série avec le premier échangeur (3) et le deuxième échangeur (4).\n<CLM>\1\tEnsemble selon les deux revendications précédentes dans lequel le 5 compresseur (5) est agencé en parallèle de la turbine (8) et la pompe (7) est agencée en parallèle du détendeur (6).\n<CLM>\1\tEnsemble selon la revendication précédente dans lequel le circuit fluidique thermodynamique (18) comprend un circuit de pompe à chaleur 10 mettant en connexion fluidique successivement le premier échangeur (3), le détendeur (6), le deuxième échangeur (4), le compresseur (5) et à nouveau le premier échangeur (3).\n<CLM>\1\tEnsemble selon l'une quelconque des deux revendications 15 précédentes dans lequel le circuit fluidique thermodynamique (18) comprend un circuit de module à cycle organique de Rankine mettant en connexion fluidique successivement le premier échangeur (3), la turbine (8), le deuxième échangeur (4), la pompe (7) et à nouveau le premier échangeur (3). 20\n<CLM>\1\tEnsemble selon l'une quelconque des trois revendications précédentes comprenant des organes d'aiguillage du deuxième fluide caloporteur alternativement vers la turbine (8) ou le compresseur (5) et vers la pompe (7) ou le détendeur (6). 25\n<CLM>\1\tEnsemble selon la revendication 1 dans lequel le système thermodynamique réversible comprend un moteur Stirling (15) réversible configuré pour alternativement produire de l'énergie mécanique à partir d'énergie thermique et produire de l'énergie thermique à partir d'énergie mécanique. 30\n<CLM>\1\tEnsemble selon la revendication précédente dans lequel le circuit fluidique thermodynamique (18) comprend une première boucle (18a) et une deuxième boucle (18b), la première boucle (18a) configurée pour permettre la 34 circulation du deuxième fluide caloporteur entre le premier échangeur (3) et une zone chaude (20) du moteur Stirling (15), la deuxième boucle (18b) configurée pour permettre la circulation du deuxième fluide caloporteur entre le deuxième échangeur (4) et une zone froide (21) du moteur Stirling (15). 5\n<CLM>\1\tEnsemble selon la revendication précédente comprenant un troisième échangeur (16) thermique agencé sur la première boucle configuré pour échanger de l'énergie thermique entre le deuxième fluide caloporteur de la première boucle (18a) et un fluide caloporteur intermédiaire configuré pour 10 circuler autour de la zone chaude (20) du moteur Stirling (15), et un quatrième échangeur (17) thermique agencé sur la deuxième boucle (18b) configuré pour échanger de l'énergie thermique entre le deuxième fluide caloporteur de la deuxième boucle (18b) et le fluide caloporteur intermédiaire configuré pour circuler autour de la zone froide (21) du moteur Stirling (15). 15\n<CLM>\1\tEnsemble selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la pile à combustible (1) est du type à membrane échangeuse de proton à haute température. 20\n<CLM>\1\tEnsemble selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant un module de production d'énergie associé à la pile à combustible (1) configuré pour produire de l'électricité à partir du flux d'électrons produit par la pile à combustible (1). 25\n<CLM>\1\tProcédé de production d'énergie par un ensemble de production d'énergie selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant les étapes suivantes - de démarrage de la pile à combustible (1) par un apport d'énergie thermique à la pile 30 - de fonctionnement de la pile à combustible (1) générant un courant électrique et de l'énergie thermique caractérisé en ce que lors de l'étape de démarrage, un système thermodynamique réversible apporte de l'énergie thermique à la pile à combustible (1) au travers d'un premier fluide caloporteur et que lors de l'étape de fonctionnement, ledit système thermodynamique réversible évacue l' énergie thermique produite par la pile à combustible (1) au travers du premier fluide caloporteur et la transforme en énergie mécanique au travers d'un deuxième 5 fluide caloporteur.\n<CLM>\1\tProcédé selon la revendication précédente dans lequel lors de l'étape de démarrage, un premier échangeur (3) thermique transmet de l'énergie thermique d'un deuxième fluide caloporteur circulant dans un circuit 10 fluidique thermodynamique (18) et un premier fluide caloporteur circulant dans un circuit fluidique de pile (2).\n<CLM>\1\tProcédé selon l'une quelconque des deux revendications précédentes dans lequel lors de l'étape de démarrage, un deuxième échangeur 15 (4) thermique transmet de l'énergie thermique d'une source extérieure au deuxième fluide caloporteur circulant dans le circuit fluidique thermodynamique (18).\n<CLM>\1\tProcédé selon la revendication précédente dans lequel le système 20 thermodynamique comprend un module à cycle organique de Rankine fonctionnant lors de l'étape de fonctionnement de la pile à combustible (1) et configuré pour transformer la chaleur produite en énergie électrique, le module à cycle organique de Rankine étant associé à une pompe à chaleur fonctionnant lors de l'étape de démarrage de la pile à combustible (1) et 25 configuré pour fournir de l'énergie thermique à la pile à combustible (1).\n<CLM>\1\tProcédé selon la revendication précédente dans lequel lors de l'étape de démarrage de la pile à combustible (1), le deuxième fluide caloporteur circule dans le circuit fluidique thermodynamique (18) en passant 30 successivement par le compresseur (5) mettant en circulation le deuxième fluide caloporteur, puis le deuxième fluide caloporteur passe dans le premier échangeur (3) dans lequel le deuxième fluide caloporteur se condense et transfert l'énergie thermique au premier fluide caloporteur pour le démarrage de 36 la pile à combustible (1), puis passe par le détendeur (6) dans lequel le deuxième fluide caloporteur subit une chute de pression, puis passe par le deuxième échangeur (4) dans lequel le deuxième fluide caloporteur s'évapore en récupérant de l'énergie thermique d'une source chaude. 5\n<CLM>\1\tProcédé selon l'une quelconque des deux revendications précédentes dans lequel lors de l'étape de fonctionnement de la pile à combustible (1), le deuxième fluide caloporteur circule dans le circuit fluidique thermodynamique (18) en passant successivement par le premier échangeur 10 (3) dans lequel il se vaporise en récupérant l'énergie thermique du premier fluide caloporteur circulant dans le circuit fluidique de pile (2), puis par la turbine (8) dans laquelle le deuxième fluide caloporteur se détend permettant la production d'énergie mécanique, puis par le deuxième échangeur (4) dans lequel le deuxième fluide caloporteur se condense au contact d'une source 15 froide, puis par une pompe (7) dans laquelle le deuxième fluide caloporteur est mis en pression pour être envoyé vers le premier échangeur (3).\n<CLM>\1\tProcédé selon la revendication 12 dans lequel le système thermodynamique comprend un moteur Stirling (15) réversible configuré pour 20 fournir de l'énergie thermique à la pile à combustible (1) lors de l'étape de démarrage de la pile à combustible (1) et configuré pour transformer la chaleur produite en énergie mécanique lors de l'étape de fonctionnement de la pile à combustible (1). 25\n<CLM>\1\tProcédé selon la revendication précédente dans lequel lors de l'étape de démarrage, le deuxième fluide caloporteur récupère de l'énergie thermique au niveau du deuxième échangeur (4) par échange avec source extérieure (9) puis transmet l'énergie thermique à une zone froide (21) du moteur Stirling (15) par échange avec un fluide de travail circulant dans le 30 moteur Stirling (15), un piston (25) actionné par une roue (26) déplace le fluide de travail dans la zone chaude (20), le deuxième fluide caloporteur récupère de l'énergie thermique par échange avec le fluide de travail de la zone chaude (20) 37 du moteur Stirling (15) qu'il transfère au premier fluide caloporteur dans le premier échangeur (3).\n<CLM>\1\tProcédé selon la revendication précédente dans lequel lors de 5 l'étape de fonctionnement, le deuxième fluide caloporteur récupère de l'énergie thermique au niveau du premier échangeur (3) par échange avec le premier fluide caloporteur puis transmet l'énergie thermique à une zone chaude (20) du moteur Stirling (15) par échange avec un fluide de travail circulant dans le moteur Stirling (15) de sorte à actionner un piston (25) du moteur produisant 10 une énergie mécanique et déplaçant le fluide de travail dans la zone froide (21), le deuxième fluide caloporteur récupérant de l'énergie thermique par échange avec le fluide de travail de la zone froide (21) du moteur Stirling (15).