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Utilisation de thermo-éléments et/ou de caloducs associés à un systéme pile à combustible

IP.com Disclosure Number: IPCOM000237721D
Publication Date: 2014-Jul-07
Document File: 7 page(s) / 121K

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Abstract

Une pile à combustible produit naturellement de la chaleur en cours de fonctionnement, son rendement étant inférieur à 100%. Pour autant, dans certaines phases de fonctionnement (démarrage à basse température), un réchauffement d’origine extérieure est parfois nécessaire, celui-ci étant assuré par des cartouches chauffantes. Le refroidissement est quant à lui assuré par des ventilateurs ou la circulation d’un fluide caloporteur, refroidi à son tour dans un échangeur air/eau.

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1 TITRE

Utilisation de thermo-éléments et/ou de caloducs associés à un système pile à combustible.


2 PROBLEME A RESOUDRE

Assurer la gestion thermique d'un système pile à combustible et en améliorer le rendement.


3 SOLUTIONS EXISTANTES

Une pile à combustible produit naturellement de la chaleur en cours de fonctionnement, son rendement étant inférieur à 100%. Pour autant, dans certaines phases de fonctionnement (démarrage à basse température), un réchauffement d'origine extérieure est parfois nécessaire, celui-ci étant assuré par des cartouches chauffantes. Le refroidissement est quant à lui assuré par des ventilateurs ou la circulation d'un fluide caloporteur, refroidi à son tour dans un échangeur air/eau.


4 CARACTERISTIQUES

La solution consiste à inclure un ou plusieurs thermo-éléments là où un fort gradient thermique peut exister, typiquement entre le vase d'expansion ou une autre partie largement exposée à la chaleur dégagée par la pile et une source froide, préférentiellement l'air extérieur ou un échangeur en contact avec l'air extérieur, typiquement à l'aval d'un ventilateur. Plusieurs avantages sont ainsi attendus :

- possibilité de réchauffer la pile à combustible préalablement à un démarrage à froid à moindre coût et avec une fiabilité améliorée par rapport à des solutions classiques (cartouches chauffantes). Avantages inhérents à la technologie des thermo-éléments : éléments légers, compacts, pas de pièces en mouvement, grande durée de vie,

- augmenter le rendement d'un système pile à combustible en exploitant les gradients thermiques existants pour produire un courant additionnel à celui issu de la pile à combustible. L'effet semble marginal pour la technologie PEMFC qui fonctionne à basse température, mais devient prépondérant sur d'autres piles qui fonctionnent à température élevée (cf. graphe ci-dessous). Avec les thermo-éléments actuels, typiquement, un panneau de surface 5x5cm produit pour une surface froide à 30°C et une surface chaude à 100°C, une puissance électrique de 2W est générée. La puissance électrique passe à près de 10W pour une surface chaude à 200°C (température de fonctionnement d'une pile à acide phosphorique par exemple). Pour une pile de puissance~ 1kW, on peut raisonnablement utiliser une surface de thermo-éléments de l'ordre de 20 x 50cm selon la géométrie de la PAC soit 40 éléments qui produiraient une puissance additionnelle (gratuite en termes d'OPEX,) de 80W pour une pile à 100°C (soir 8% de puissance supplémentaire), 400W pour une pile à 200°C (soit 40% de puissance en plus) et davantage encore pour une pile fonctionnant à plus haute température. La condition à respecter pour assurer cette puissance supplémentaire est que le dissipateur soit correctement dimensionné pour maintenir la plaque froide du thermo-élément à la température la plus faible possible.


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Figure 1 : C...