INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
La boîte de renvoi 20 disposée à une deuxième extrémité longitudinale du tube 6 ne comporte pas de manchons de raccordement et est uniquement reliée fluidiquement au tube 6. La boîte de renvoi 20 est configurée pour guider le fluide circulant dans un sens dans une partie des canaux de circulation vers l’autre partie des canaux de circulation pour qu’il circule dans l’autre sens.
Il résulte de cette configuration, tel qu’illustré par les flèches visibles sur la , une arrivée de fluide caloporteur par un premier manchon de raccordement 18 d’une paire 19, un passage d’une portion de ce fluide caloporteur dans le tube 6 dans un premier sens de circulation S1 tandis que l’autre partie de ce fluide caloporteur continue sa route dans le conduit d’arrivée 14 en direction d’un dispositif de régulation thermique 4 voisin, une circulation de fluide caloporteur au sein des canaux du premier ensemble de circulation 21 dans un premier sens de circulation S1 au cours de laquelle le fluide caloporteur récupère ou cède des calories avec la surface des cellules au contact du tube 6, au niveau de ses canaux du premier ensemble de circulation 21, un changement de sens dans la boîte de renvoi et un passage dans le tube dans un deuxième sens de circulation S2, avec une circulation de fluide caloporteur au sein cette fois des canaux du deuxième ensemble de circulation 22 dans le deuxième sens de circulation S2 au cours de laquelle le fluide caloporteur récupère ou cède là encore des calories avec la surface des cellules au contact du tube, au niveau de ses canaux du deuxième ensemble de circulation 22, et une sortie de fluide via le deuxième manchon de raccordement 18 de ladite paire 19, qui rejoint du fluide provenant du dispositif de régulation thermique voisin.
La illustre un deuxième mode de réalisation du dispositif de régulation thermique 4 selon l’invention, dans la circulation du fluide caloporteur est dite en I, c’est-à dire avec une même portion de fluide caloporteur qui ne circule que dans un sens au sein du tube 6.
Plus particulièrement, le dispositif de régulation thermique 4 comporte dans ce deuxième mode de réalisation un tube 6 et à chacune de ses extrémités longitudinales une boîte de collecte 10.
est une vue partielle de dessus de l’élément chauffant représenté sur la ;
est une représentation schématique du fonctionnement du carter d’huile de la ;
est une représentation schématique du fonctionnement d’un carter d’huile selon un troisième mode de réalisation de l’invention ;
est une vue en perspective éclatée d’un tube d’aspiration équipant un carter d’huile selon un quatrième mode de réalisation de l’invention ;
est une vue à plat de l’élément chauffant recouvrant partiellement l’intérieur du tube d’aspiration représenté sur la .
En référence aux figures 1a et 2a, l’invention concerne un carter d’huile 1 destiné à être fixé à un bloc moteur.
Le carter d’huile 1 comprend notamment une coque inférieure 2, un tube d’aspiration 44 relié à l’une de ses extrémités à une pompe à huile et qui débouche à sa deuxième extrémité dans la coque inférieure 2, une plaque anti-émulsion 8 fixée sur la coque inférieure 2 et des moyens d’orientation qui permettent d’orienter un flux d’huile retournant. Une crépine est positionnée à l’embouchure du tube d’aspiration 44 pour arrêter les matières solides telles que des limailles produites par les organes du moteur contenues dans l’huile.
La coque inférieure 2 est adaptée pour contenir de l’huile. Elle est ouverte sur sa face supérieure. Elle pourra être réalisée en matériau polymère ou en aluminium.
La plaque anti-émulsion 8 est destinée à recouvrir l’ouverture supérieure de la coque inférieure 2. La plaque anti-émulsion 8 pourra être réalisée en matériau polymère ou en aluminium. Une ouverture 87 est ménagée dans la plaque anti-émulsion 8. Les parois internes 84a, 84b de la plaque anti-émulsion 8 sont inclinées de part et d’autre de l’ouverture 87 de sorte que l’ouverture 87 définit un point bas pour la plaque anti-émulsion 8.
Selon le mode de réalisation, représenté sur les figures 1a et 2a, l’ouverture 87 est obturée par un obturateur à bilame 88 pour la faire passer de sa position passante à sa position non passante. L’obturateur à bilame 88 est mobile entre une position ouverte, représentée sur la , dans laquelle l’ouverture 87 est passante pour de l’huile et une position fermée, représentée sur la , dans laquelle l’obturateur à bilame 88 obture l’ouverture 87. L’obturateur à bilame 88 est configuré pour passer en position fermée lorsque l’huile circulant sur la plaque anti-émulsion 8 atteint ou dépasse une température optimale de fonctionnement du moteur qui est comprise usuellement entre 30 °C et 50°C.
Les moyens d’orientation comprennent un tube de dérivation 41. Le tube de dérivation 41 débouche à une première extrémité dans l’ouverture 87 de la plaque anti-émulsion 8 et à une deuxième extrémité à l’embouchure du tube d’aspiration 44. Le tube de dérivation 41 et le tube d’aspiration 44 débouchent dans un boitier 45. Le boitier 45 présente une ouverture 42 permettant à l’huile stockée dans la coque inférieure 2 d’être aspirée.
Le carter d’huile 1 comprend par ailleurs un dispositif de chauffage 10 destiné à chauffer l’huile circulant sur la plaque anti-émulsion 8. Comme expliqué précédemment, ce dispositif de chauffage 10 est formé par un ou plusieurs éléments chauffants à coefficient de température positif dont la température seuil est sensiblement égale à la température optimale de fonctionnement du moteur. Ce ou ces éléments chauffants 10 recouvrent au moins partiellement les parois internes 84a, 84b de la plaque anti-émulsion 8 de sorte que l’huile s’écoulant en direction de l’ouverture 87 le long des parois internes 84a, 84b est réchauffée par les éléments chauffants 10.
Ainsi, en conditions d’utilisation, lorsque le moteur est à l’arrêt, la majorité de l’huile se trouve dans la coque inférieure 2 du carter d’huile 1. A partir du démarrage du moteur, un flux d’huile aspiré I est aspiré à travers le tube d’aspiration 44 par la pompe à huile. L’huile circule dans les pièces du moteur pour en assurer la lubrification. A son retour, le flux d’huile retournant II tombe sur la plaque anti-émulsion 8 et s’écoule en direction de l’ouverture 87 le long des parois internes 84a, 84b. Ce flux d’huile retournant II est donc réchauffé par le dispositif de chauffage 10 avant d’atteindre l’ouverture 87.
Au démarrage du moteur, l’obturateur à bilame 88 est en position ouverte car l’huile n’a pas encore atteint sa température optimale. Le flux d’huile retournant II s’écoule majoritairement à travers l’ouverture 87. Le flux d’huile retournant II qui s’écoule par l’ouverture 87 traverse le tube de dérivation 41 et s’écoule à l’embouchure du tube d’aspiration 44 où il est aspiré et devient le flux d’huile aspiré I.
Le flux d’huile aspiré I qui traverse le tube d’aspiration 44 contient principalement de l’huile provenant directement du moteur ayant déjà chauffé au contact des éléments du moteur, mais également au contact du dispositif de chauffage 10. Lorsque le flux d’huile retournant II présent sur la plaque anti-émulsion atteint ou dépasse sa température optimale, l’obturateur à bilame 88 passe en position fermée et le dispositif de chauffage 10 cesse de chauffer le flux d’huile retournant II. Dans ce cas, comme représenté sur la , tout le flux d’huile retournant II s’écoule dans la coque inférieure 2 par d’autres orifices de sortie (non représentés) de la plaque anti-émulsion 8 qui sont situés à un niveau plus élevé par rapport à l’ouverture 87. Le flux d’huile aspiré I provient alors de la coque inférieure 2 et passe par l’ouverture 42 du boitier 45 pour traverser le tube d’aspiration 44.
Ainsi, dans ce mode de réalisation, les moyens d’orientation actifs permettant l’orientation du flux d’huile retournant II sont constitués par un obturateur à bilame 88 disposé au niveau de l’ouverture 87. Dans un autre mode de réalisation, ces moyens d’orientation actifs pourront être complétés ou remplacés par des obturateurs à bilames disposés au niveau des autres orifices de sortie (mentionnés précédemment) de la plaque anti-émulsion 8. Ces obturateurs à bilames seront mobiles entre une position fermée dans laquelle ils obtureront lesdits orifices de sortie et une position ouverte dans laquelle l’huile pourra s’écouler à travers lesdits orifices de sortie. Ces obturateurs seront configurés pour passer en position ouverte lorsque l’huile atteindra ou dépassera la température optimale de fonctionnement du moteur.
La est une vue de dessus de l’ensemble de batteries.
La est une vue de face de l’ensemble de batteries.
La est une vue de côté de l’ensemble de batteries.
La est une vue éclatée d’un module de batteries pouvant être utilisé pour réaliser l’ensemble de batteries de la .
La est une vue éclatée de l’ensemble de batteries de la .
La est un agrandissement du détail VII de la .
La est une vue en perspective d’un ensemble de batteries supplémentaire qui peut être inséré dans le châssis des figures 2 et 5.
La est une vue de dessus de l’ensemble de batteries supplémentaire.
La est une vue de face de l’ensemble de batteries supplémentaire.
La est une vue de côté de l’ensemble de batteries supplémentaire.
La est une vue en perspective montrant un moteur électrique pour la propulsion du châssis et une chaîne de transmission entre ce moteur électrique et les essieux.
La est un diagramme fonctionnel représentant l’alimentation électrique de l’engin de travail des figures 1 à 5 à l’aide de l’ensemble de batteries et de l’ensemble de batteries supplémentaire.
La est une vue partielle en perspective de l’avant de l’engin de travail de la , montrant l’ensemble de batteries partiellement sorti du châssis.
La est une vue partielle en perspective montrant la fixation de l’ensemble de batteries à l’avant du châssis.
La est une vue partielle en perspective montrant la fixation de l’ensemble de batteries à une partie interne du châssis.
La est une vue partielle en perspective, montrant la fixation de l’ensemble de batteries supplémentaire à une partie interne du châssis.
Il est connu d’utiliser la chaleur dégagée par ces piles lors de leur fonctionnement pour faire fonctionner des turbines qui elles aussi fournissent de l’électricité. On parle alors de coproduction.
Néanmoins, la valorisation de la chaleur dégagée en production d’électricité ne s’avère pas suffisante.
Problème technique La présente invention a pour but de proposer une installation de production d’électricité comprenant une pile à combustible à hydrogène qui permet de valoriser la chaleur dégagée par la pile.
La présente invention a également pour but de proposer un procédé permettant de valoriser la chaleur dégagée par la pile à combustible à hydrogène.
Brève description de l’invention La présente invention concerne une installation de production d’électricité comprenant au moins une pile à combustible générant de l’électricité et utilisant le dihydrogène en tant que combustible réducteur, ladite pile fonctionnant à une température de fonctionnement donnée. De manière caractéristique, selon l’invention, l’installation comporte également un réacteur chimique, thermiquement connecté à ladite pile et permettant la production chimique de dihydrogène via une réaction chimique endothermique qui a lieu à une température inférieure ou égale à ladite température de fonctionnement de ladite pile et des moyens permettant d’introduire dans ladite pile le dihydrogène produit dans ledit réacteur chimique.
L’installation selon l’invention permet donc de produire, dans un même temps, de l’électricité et du dihydrogène, lequel est utilisé comme combustible réducteur dans la pile. La chaleur est utilisée pour la production de dihydrogène et le reliquat de chaleur, s’il existe, peut encore servir éventuellement à la production d’électricité par une turbine ou pour le chauffage, par exemple.
Le réacteur chimique peut être configuré pour recevoir directement par convexion ou conduction la chaleur dégagée par la pile. L’installation peut également comprendre des moyens de connexion thermique entre ladite pile et ledit réacteur chimique. Ces moyens de connexion thermique peuvent être ou comporter, par exemple, un circuit de fluide caloporteur circulant entre la pile et le réacteur.
Avantageusement, ladite température de fonctionnement de ladite pile est supérieure ou égale à 850°C ou 860°C. Elle est avantageusement inférieure ou égale à 1000°C ou 1100°C.
La pile n’est pas limitée selon l’invention. Il peut s’agir d’une pile à combustible à hydrogène à membrane échangeuse de protons ou d’une pile à combustible à hydrogène à oxyde solide (SOFC).
La pile est avantageusement choisie parmi les piles à combustible à oxyde solide, lesquelles ont une température de fonctionnement élevée, c’est-à-dire, supérieure à 850°C.
Selon l’invention, l’électrolyte solide de la pile SOFC (« solid oxide fuel cells ») n’est pas limité. S’agissant d’un électrolyte solide de type oxyde(s) métallique(s), il peut, par exemple, être choisi parmi les oxydes d’yttrium stabilisés avec du zirconium, (YSZ) , les oxydes de scandium stabilisés avec du zirconium, (ScSZ), le gadolinium dopés à/aux oxydes de cérium (GDC), le bismuth stabilisé par l’oxyde(s) d’erbium (ERB), les oxydes de cérium dopés avec un ou des oxydes de samarium et les mélanges d’au moins deux de ces oxydes.
S’agissant d’un électrolyte solide contenant ou constitué de céramique, il peut, par exemple, être choisi parmi les céramiques et en particulier, les céramiques composites contenant des sels d’oxyde(s) de cérium, (CSCs).
La réaction chimique permettant la production de dihydrogène n’est pas limitée selon l’invention. Un exemple particulièrement avantageux est la production de dihydrogène à partir d’iodure d’hydrogène selon la réaction 2HI→ I 2 + H 2 , laquelle peut avoir lieu en phase gaz à 830°C. Le compartiment principal contient donc de l’iodure d’hydrogène et éventuellement les produits de la réaction (à savoir le dihydrogène et le diode).
Avantageusement, le réacteur chimique comporte en outre, au moins un premier compartiment secondaire permettant la réaction entre deux molécules d’acide sulfurique (ce compartiment contient donc au moins de l’acide sulfurique et éventuellement les produits de la réaction (c’est-à-dire du dioxyde de soufre, de l’eau et du dioxygène) et/ou au moins un deuxième compartiment secondaire qui permet la réaction entre le diode, l’oxyde de soufre et l’eau, laquelle produit de l’iodure d’hydrogène et de l’acide sulfurique. Ce deuxième compartiment secondaire contient donc de l’iode diatomique, de l’eau et du dioxyde de soufre et éventuellement les produits de cette réaction, c’est-à-dire l’iodure d’hydrogène et l’acide sulfurique deuxième compartiment secondaire permettant et lesdits compartiments secondaires sont thermiquement connectés audit compartiment principal et/ou à ladite pile.
En effet, la publication intitulée « Sulfur-Iodine Thermochemical Cycle », de P. Pickard, et publiée le 17 mai 2006 dans la revue Sandia National Labs, décrit une série de réactions permettant une production de dihydrogène respectueuse de l’environnement. Le cycle Soufre-Iode précité permet, à l’aide de chaleur élevée de produire de l’hydrogène tout en laissant partir un peu de chaleur à 120°C pour une perte énergétique de chaleur estimée à environ 15%. la réaction I 2 + SO 2 + 2 H 2 O → 2 HI +H 2 SO 4 à 120 °C dégageant 15% de la chaleur nécessaire aux deux réactions endothermiques : 2 H 2 SO 4 → 2 SO 2 + 2 H 2 O + O 2 et 2 HI → I 2 + H 2 lesquelles sont effectuées de préférence, respectivement à 830 °C et 650 °C , la pile SOFC fonctionnant elle de préférence à 860°C ou plus.
Avantageusement, l’installation comporte un premier et un deuxième compartiment secondaire et des moyens d’introduction de l’iode diatomique produit dans ledit compartiment principal vers ledit deuxième compartiment secondaire et des moyens d’introduction de l’acide sulfurique produit dans ledit deuxième compartiment secondaire dans ledit premier compartiment secondaire. Les moyens d’introduction peuvent être de simples conduites équipées éventuellement de séparateurs. Avantageusement, les moyens d’introduction comportent des séparateurs et des conduites adaptées. La phase du diiode et de l’acide sulfurique lors de leur réintroduction n’est pas limitative selon l’invention. Ils peuvent être liquides ou gazeux, indépendamment l’un de l’autre, en fonction des conditions de température et de pression dans les séparateurs qui équipent les sorties des compartiments du réacteur.
Le document JP-2007/205388 prévoit la possibilité de monter un anneau de guidage des rouleaux entre les pistes intérieures de roulement, les cages étant centrées en mettant un bord libre de leurs couronnes internes respectives en contact sur une paroi extérieure dudit anneau.
Par ailleurs, l’anneau de guidage présente deux parois latérales sur lesquels chaque rouleau de respectivement une rangée est guidé en rotation par mise en contact d’une face latérale interne des rouleaux sur ladite paroi latérale.
Cette réalisation, si elle permet de centrer la cage sur l’anneau sans risquer d’endommager l’organe intérieur, ne donne pas satisfaction relativement au guidage en rotation des rouleaux.
En particulier, le contact des faces latérales des rouleaux sur la paroi latérale de l’anneau nécessite d’être amélioré afin de limiter le couple de frottement induit, et ce notamment au regard de l’angle de rotulage possible des organes et tout en garantissant une lubrification optimale dudit contact.
L’invention vise à perfectionner l’art antérieur en proposant notamment un palier à roulement, préférentiellement à rotule sur rouleaux, dans lequel les rouleaux sphériques sont guidés dans l’espace de roulement en évitant l’usure de l’organe intérieur et en optimisant le couple induit.
A cet effet, l’invention propose un palier à roulement comprenant un organe extérieur et un organe intérieur pourvus chacun d’au moins une piste annulaire de roulement formant entre lesdits organes un espace de roulement, au moins une rangée de rouleaux sphériques retenue par une cage étant disposée dans ledit espace pour permettre la rotation relative desdits organes, ladite cage présentant une couronne externe, une couronne interne et une pluralité de ponts s’étendant entre lesdites couronnes de sorte à former entre deux ponts adjacents et un segment de chacune desdites couronnes un logement dans lequel un rouleau est retenu, ledit palier étant équipé d’un anneau de guidage qui présente une paroi intérieure disposée autour de l’organe intérieur et une paroi extérieure sur laquelle la couronne interne est en appui radial pour assurer le centrage de ladite cage dans l’espace de roulement, ledit anneau présentant une paroi latérale sur laquelle chaque rouleau est guidé en rotation dans son logement par mise en contact d’une face latérale interne des rouleaux sur ladite paroi latérale, la paroi latérale de l’anneau de guidage présentant une section intérieure tronconique sur laquelle une section sphérique des faces latérales internes des rouleaux est en contact, et une section extérieure qui est disposée à distance desdites faces latérales en formant un espace annulaire débouchant radialement sur la cage.
D’autres objets et avantages de l’invention apparaîtront dans la description qui suit, faite en référence aux figures jointes, dans lesquelles :
est une vue en demi-coupe axiale d’un palier à roulement selon un mode de réalisation de l’invention ;
est une vue agrandie de la centrée sur l’anneau de guidage,
étant une vue agrandie de la centrée sur la section intérieure d’une paroi latérale dudit anneau.
En relation avec les figures, on décrit ci-dessous un palier à roulement comprenant un organe extérieur 1 et un organe intérieur 2 pourvus chacun d’au moins une piste annulaire 1a, 2a, 2b de roulement formant entre lesdits organes un espace de roulement 3. En particulier, l’organe extérieur 1 présente un orifice 9 qui débouche axialement dans l’espace de roulement 3, afin de permettre l’alimentation en lubrifiant dudit espace.
Pour permettre la rotation relative des organes 1, 2, au moins une rangée 4a, 4b de rouleaux sphériques 4 retenue par une cage 5a, 5b est disposée dans l’espace de roulement 3. Par sphérique, on entend un rouleau 4 dont la périphérie de roulement présente une génératrice en arc de cercle.
Dans la description, les termes « extérieur » et « intérieur » sont définis par rapport à l’axe de rotation de l’organe tournant 2 (horizontal sur les figures), respectivement pour une localisation éloignée et proche dudit axe. Les termes « axial » et « radial » sont également définis par rapport à cet axe, respectivement pour une direction suivant cet axe et s’éloignant ou se rapprochant de lui. Par ailleurs, les termes « externe » et « interne » sont pris en référence au palier, à savoir vers le centre du palier pour « interne » et opposé pour « externe ».
La cage 5a, 5b présente une couronne externe 6 disposée dans un côté externe de l’espace de roulement 3, une couronne interne 7 et une pluralité de ponts 8 s’étendant entre lesdites couronnes de sorte à former entre deux ponts 8 adjacents et un segment de chacune desdites couronnes un logement dans lequel un rouleau 4 est retenu dans la rangée 4a, 4b.
En particulier, la couronne interne 7 est disposée à distance radiale des organes 1, 2 en présentant un bord libre 10 qui s’étend axialement dans la continuité des ponts 8, la couronne externe 6 s’étendant à l’intérieur desdits ponts.
Chaque pont 8 présente une première portion 8a reliée à la couronne interne 7 et une deuxième portion 8b reliée à la couronne externe 6, lesdites portions formant entre elles un angle inscrit α qui est strictement inférieur à 180°. De façon avantageuse, la cage 5a, 5b peut être réalisée en matériau métallique, notamment en tôle d’acier.
Le procédé de contrôle peut comporter avant l’étape ii) une étape : - i1) détecter une accumulation de fluide réfrigérant dans le deuxième échangeur de chaleur, et l’étape ii) est mise en œuvre uniquement si une accumulation de fluide réfrigérant dans le deuxième échangeur de chaleur est détectée à l’étape i1).
Dans ce mode de réalisation, le clapet anti-retour, ou la vanne d’arrêt si elle utilisée à la place du clapet anti-retour, permet de limiter la circulation du fluide réfrigérant vers le deuxième échangeur de chaleur. L’accumulation du fluide réfrigérant liquide est ainsi ralentie. Il est ainsi possible d’appliquer l’étape de contrôle de la pression du fluide réfrigérant en sortie du premier évaporateur uniquement lorsqu’elle est nécessaire. Un fonctionnement temporaire dans des conditions provoquant une condensation du fluide réfrigérant dans le deuxième échangeur est acceptable, car l’accumulation de fluide réfrigérant est alors lente.
Selon un aspect de l’invention, l’étape ii) est suivie par une étape de fonctionnement selon un mode dit de refroidissement de la chaine de traction dans lequel le premier fluide caloporteur reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant et le deuxième fluide caloporteur cède de la chaleur au fluide réfrigérant, et dans lequel un débit de fluide réfrigérant à travers le deuxième échangeur de chaleur est nul.
Un fonctionnement selon le mode de refroidissement de la chaine de traction est réactivé lorsque le liquide réfrigérant accumulé a été vaporisé grâce au contrôle de la pression dans le premier évaporateur. Le refroidissement de l’élément de la chaine de traction du véhicule est ainsi maximisé.
Selon un exemple de mise en œuvre du procédé, l’étape i1) de détection d’une accumulation de fluide réfrigérant dans le deuxième échangeur de chaleur comprend les sous-étapes : - déterminer une température du deuxième fluide caloporteur en sortie du premier évaporateur, - si la température déterminée est supérieure à un premier seuil prédéterminé, détecter une accumulation de fluide réfrigérant dans le deuxième échangeur de chaleur.