WO2025032256A1 - Système de pile à combustible avec moyens de circulation - Google Patents

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WO2025032256A1
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fuel cell
cell system
outlet
housing
inlet
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PCT/EP2024/072674
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Uwe Hannesen
Didier ZULLINO
Benjamin SCHAEFFER
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Plastic Omnium New Energies France SAS
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to the field of fuel cells such as proton exchange membrane fuel cells. More specifically, the invention relates to a fuel cell system intended to equip a mobile element such as a vehicle, as well as to a vehicle comprising such a fuel cell system.
  • a proton exchange membrane fuel cell commonly abbreviated to "PEMFC” from the English terms “polymer electrolyte membrane fuel cell” typically comprises an electrode membrane arranged between two unipolar half-plates.
  • An electrode membrane comprises an electrolytic solution contained in a proton-conducting membrane arranged between an anode and a cathode.
  • a set of fuel cells forms what is commonly called a fuel cell stack, also called “fuel cell stack” in English. In a fuel cell stack, several fuel cells are mounted in parallel in the stack and are electrically connected in series so that the fuel cell stack produces sufficient electrical energy.
  • the anode is supplied with a hydrogen-rich gas (H 2 ) and the cathode is supplied with a gas containing oxygen (O 2 ), atmospheric air for example, in order to produce electricity and, in particular, water at a cathode outlet, water being a reaction product of each fuel cell.
  • a gas containing oxygen O 2
  • atmospheric air for example, in order to produce electricity and, in particular, water at a cathode outlet, water being a reaction product of each fuel cell.
  • nitrogen is another product present at an anode outlet. Indeed, in this case, the nitrogen present in the air migrates from the cathode to the anode through the electrode membrane.
  • Document JP 2013 037826 A discloses an example of a fuel cell system having this mode of operation.
  • the fan of the prior art thus makes it possible to remedy the danger caused by potential hydrogen leaks in the fuel cell stack housing, but this comes with new problems.
  • the fan needs to be supplied with electrical energy to operate, so that its presence has the indirect effect of reducing the overall energy efficiency of the fuel cell system.
  • the fan forms a relatively bulky component that can be complex to arrange in the fuel cell system, especially if the system equips a vehicle, itself comprising drastic space constraints.
  • the presence of the fan and its electrical connections significantly increases the manufacturing cost of the fuel cell system, which is generally preferable to avoid.
  • the invention aims in particular to remedy these drawbacks by providing a fuel cell system preventing the accumulation of hydrogen in the housing of the fuel cell stack using means which are less energy-intensive, more compact and less expensive than those of the prior art.
  • the invention relates in particular to a fuel cell system comprising:
  • a housing in which the stack of fuel cells is arranged, having a ventilation inlet and a ventilation outlet,
  • a water separator connected to an outlet pipe of the cathode and configured to separate an incoming cathode gas stream into a first outgoing stream comprising air rich in liquid water, exiting through a first outlet of the water separator, and a second outgoing stream comprising air poor in liquid water, exiting through a second outlet of the water separator,
  • an ejector comprising a primary inlet connected to the first outlet of the water separator and a secondary inlet connected to the ventilation outlet of the housing, and
  • the fuel cell system uses one of the flows leaving the water separator to generate, using the ejector, a venturi effect continuously sucking the gas contained in the housing of the fuel cell stack through the secondary inlet of the ejector.
  • the water separator is a component already present in a conventional system, only the ejector constitutes an additional component compared to such a system.
  • the ejector is a passive component, i.e. does not require an energy supply to operate, it has no negative impact on the energy efficiency of the system unlike the fan of the prior art.
  • the ejector is much more compact than the fan and does not require electrical connections, so that it is simpler to arrange it in the fuel cell system.
  • the ejector constitutes a less expensive component than the fan of the prior art, and thus contributes to reducing the manufacturing cost of the fuel cell system.
  • the presence of the turbine makes it possible to recover part of the kinetic energy of the second flow leaving the water separator, which contributes to increasing the energy efficiency of the fuel cell system.
  • the presence of the turbine allows the system to enhance both the first flow leaving through the first outlet of the water separator, by ventilating the housing, and the second flow leaving through the second outlet of the water separator, by recovering part of the kinetic energy of this second flow.
  • the turbine is mounted on a shaft common to the compression device and to an electric motor connected to the compression device.
  • the kinetic energy recovered by the second flow turbine thus helps to drive the electric motor. This reduces the electrical energy consumed by the electric motor to power the compression device to compress the air coming from the air supply means. Therefore, the turbine thus mounted reduces the energy consumption required for the operation of the fuel cell system.
  • the fuel cell system further comprises a heat exchanger arranged between the compression device and the cathode inlet pipe.
  • the ventilation inlet of the housing is connected to a first supply point located upstream of the compression device.
  • the venturi effect generated by its passage through the ejector is powerful enough to draw air through the housing, via the secondary inlet of the ejector, before it is compressed by the compression device. This avoids unnecessary compression of this volume of air and therefore a drop in the energy efficiency of the fuel cell system.
  • the fuel cell system further comprises a non-return valve arranged between the ventilation inlet of the housing and the first supply point.
  • the ventilation inlet of the housing is connected to a second supply point located downstream of the heat exchanger.
  • the first flow leaving the water separator has a flow rate that is not large enough to generate a venturi effect by its passage through the ejector powerful enough to draw air through the housing, through the secondary inlet of the ejector, before it is compressed by the compression device. This is the case when the fuel cell system is operating at low speed. In this case, the ejector is allowed to draw compressed air through the compression device, which is possible even with a relatively weak venturi effect.
  • the fuel cell system further comprises a valve arranged between the ventilation inlet of the housing and the second supply point.
  • the opening and closing of access to the second supply point can be simply controlled.
  • the opening and closing of the valve can be controlled dynamically based on a measurement of the flow rate of the first flow leaving the water separator and a comparison of this measured value with a predetermined threshold value.
  • the valve is a proportional valve configured to control the flow rate at the ventilation inlet of the enclosure based on a target flow rate value.
  • the fuel cell system further comprises a three-way valve arranged between the first supply point, the second supply point and the ventilation inlet of the housing.
  • the check valve and the valve mentioned above are thus replaced by a three-way valve that can perform the same functions as the check valve and the valve. This reduces the number of components in the fuel cell system by one, which helps to simplify it, while allowing better control over the choice of the active feed point.
  • the three-way valve is, for example, of the proportional and non-mixing type, so that it is a standard component that does not require any special modifications for its operation.
  • the fuel cell system further comprises a humidifier arranged between the heat exchanger and the cathode inlet pipe.
  • the ejector is a venturi pump or suction jet pump.
  • the ejector is thus produced using simple means.
  • Also provided according to the invention is a vehicle comprising an electric powertrain and an electrical energy storage element, comprising a fuel cell system as defined above.
  • Also provided according to the invention is a method for managing a fuel cell system, the fuel cell system comprising:
  • a housing in which the stack of fuel cells is arranged, having a ventilation inlet and a ventilation outlet,
  • a water separator connected to an outlet pipe of the cathode, configured to separate an incoming cathode gas flow into a first outgoing flow comprising air rich in liquid water, exiting through a first outlet of the water separator, and a second outgoing flow comprising air poor in liquid water, exiting through a second outlet of the water separator,
  • an ejector comprising a primary inlet connected to the first outlet of the water separator and a secondary inlet connected to the ventilation outlet of the housing, and
  • the method implementing the step in which the ejector sucks the gas contained in the housing by venturi effect caused by the circulation of the flow entering through the primary inlet through the ejector.
  • the fuel cell system further comprises a heat exchanger arranged between the compression device and the cathode inlet pipe,
  • either the ventilation inlet of the housing is connected to a first supply point located upstream of the compression device via a non-return valve and to a second supply point located downstream of the heat exchanger via a valve,
  • either the ventilation inlet of the housing is connected, via a three-way valve, on the one hand to the first supply point located upstream of the compression device and on the other hand to the second supply point located downstream of the heat exchanger.
  • the valve is closed so that the secondary inlet of the ejector is supplied with gas coming from the first supply point.
  • the valve is opened so that the secondary inlet of the ejector is supplied with gas from the second supply point.
  • the first and second feed points make it possible to take into account the flow rate of the first flow leaving the separator and the power of the venturi effect generated in the ejector, which makes possible finer management of the ventilation of the housing.
  • Also provided according to the invention is a computer program comprising instructions which, when the program is executed by a computer, cause the latter to implement the steps of the method as defined above, as well as a computer-readable recording medium comprising instructions which, when executed by a computer, cause the latter to implement the steps of the method as defined above.
  • FIG. 1 is a schematic view of a fuel cell system, according to one embodiment of the invention, in which a method for managing the latter is implemented according to a first embodiment
  • FIG. 1 is a schematic view of a fuel cell system, according to one embodiment of the invention, in which a method for managing the latter is implemented according to a second embodiment, and
  • FIG. 1 is a schematic view of a fuel cell system according to an alternative embodiment of the invention.
  • downstream and upstream refer to the direction of flow of the various fluids in the fuel cell system, these directions of flow being represented by single arrows in the figures.
  • the fuel cell system 2 comprises a fuel cell stack 6 comprising an anode and a cathode, the latter being in particular provided with a cathode inlet pipe 7a and a cathode outlet pipe 7b. What enters and leaves the cathode via the pipes 7a and 7b is a cathode gas.
  • the cathode gas is a mixture of air and water.
  • the fuel cell stack 6 is housed in a housing 8 having a ventilation inlet 10 and a ventilation outlet 12. Disregarding the ventilation inlet 10 and the ventilation outlet 12, the housing 8 defines a sealed volume encompassing the entire fuel cell stack 6.
  • the fuel cell system 2 comprises means 14 for supplying a gas containing oxygen, for example atmospheric air, to the inlet pipe 7a of the cathode. Downstream of the air supply means 14, the fuel cell system 2 comprises a filter 16 for filtering residues possibly contained in the air coming from the air supply means 14 in order to prevent their intrusion into the system.
  • a gas containing oxygen for example atmospheric air
  • the fuel cell system 2 Downstream of the filter 16, the fuel cell system 2 comprises a compression device 18, for example an electric turbocharger, configured to compress the air coming from the air supply means 14 before it is supplied to the inlet pipe 7a of the cathode.
  • the compression device 18 is connected to an electric motor 19 configured to supply energy to the compression device 18 necessary for compressing the air coming from the air supply means 14.
  • the fuel cell system 2 Downstream of the compression device 18, the fuel cell system 2 comprises a heat exchanger 20, for example a charge air cooler, also called a “charge air cooler” in English, configured to heat the air before it is supplied to the inlet pipe 7a of the cathode.
  • the fuel cell system 2 includes a humidifier 22, arranged between the heat exchanger 20 and the cathode inlet line 7a, configured to humidify the air before it is supplied to the cathode inlet line 7a. Compressing, heating and humidifying the air before it is supplied to the cathode inlet line 7a allows the operation of the fuel cell stack 6 to be optimized.
  • the fuel cell system 2 comprises a water separator 24 configured to separate the incoming cathode gas stream 26 into a first outgoing stream comprising liquid water-rich air, exiting through a first outlet 28a of the water separator 24, and a second outgoing stream comprising liquid water-poor air, exiting through a second outlet 28b of the water separator 24.
  • the fuel cell system 2 Downstream of the first outlet 28a of the water separator 24, the fuel cell system 2 comprises an ejector 30 comprising a primary inlet 32a connected to the first outlet 28a of the water separator 24 and a secondary inlet 32b connected to the ventilation outlet 12 of the housing 8.
  • the ejector 30 further comprises an ejection outlet 34 opening onto an exhaust pipe 36 of the fuel cell system 2 exiting therefrom.
  • the ejector 30 is here a venturi pump or a suction jet pump.
  • the fuel cell system 2 Downstream of the second outlet 28b of the water separator 24, the fuel cell system 2 comprises a turbine 38 configured to recover a portion of the kinetic energy of the second flow exiting through the second outlet 28b of the water separator 24 comprising air low in liquid water before the latter is evacuated towards the exhaust pipe 36.
  • the turbine 38 is mounted on a shaft common to the electric motor 19 and to the compression device 18. In this way, the kinetic energy recovered by the turbine 38 makes it possible to drive the electric motor 19 and therefore to reduce the electrical energy that it consumes to power the compression device 18 to compress the air coming from the air supply means 14. It is thus understood that the turbine 38 makes it possible to reduce the energy consumption necessary for the operation of the fuel cell system 2.
  • the turbine is not mounted on a shaft common to the electric motor and to the compression device, in which case the kinetic energy recovered by the turbine is used differently, it can for example be supplied to other components of the vehicle equipped with the fuel cell system.
  • the ventilation inlet 10 of the housing 8 is connected in parallel to two air supply points of the fuel cell system 2.
  • a first supply point 40 is located upstream of the compression device 18 and downstream of the filter 16.
  • a non-return valve 42 is arranged between the ventilation inlet 10 of the housing 8 and the first supply point 40 and is configured to prevent any circulation of fluid from the ventilation inlet 10 of the housing 8 to the first supply point 40.
  • a second supply point 44 is located downstream of the heat exchanger 20 and upstream of the humidifier 22.
  • a valve 46 is arranged between the ventilation inlet 10 of the housing 8 and the second supply point 44.
  • the valve 46 here comprises a proportional valve configured to control the flow rate at the ventilation inlet 10 of the housing 8 as a function of a target flow rate value.
  • the valve 46 is for example a valve actuated by a hydraulic, pneumatic or, preferably, electric actuator.
  • the passage of the first flow leaving the water separator 24 into the ejector 30 through its primary inlet 32a generates, by venturi effect, a depression inside the latter that is all the greater as the flow rate of the first flow leaving the water separator 24 is high.
  • This depression makes it possible to suck in the gas contained in the housing 8, provided that this depression is sufficiently great to allow the gas contained in the housing to be moved through the secondary inlet 32b of the ejector 30.
  • the flow rate of the first flow leaving the water separator 24 is greater than a predetermined value such that the depression generated by the venturi effect in the ejector 30 is sufficiently large to allow the gas contained in the housing 8 to be sucked in through the secondary inlet 32b of the ejector 30, without it being necessary to increase its pressure.
  • This first embodiment corresponds for example to the situation in which the fuel cell system 2 operates at high speed.
  • valve 46 is closed or kept closed so that the gas sucked from the housing 8 is renewed by air coming from the first supply point 40 free of hydrogen, or at least having a negligible concentration of hydrogen, as indicated by the double arrow shown in the figure. .
  • the gas sucked from the housing 8 enters the ejector 30 through the secondary inlet 32b, is mixed with the first flow leaving the water separator 24, and leaves the ejector 30 through the ejection outlet 34 to be discharged into the exhaust pipe 36.
  • the flow rate of the first flow leaving the water separator 24 is lower than the predetermined value, such that the depression generated by the venturi effect in the ejector 30 is not sufficiently large to allow the gas contained in the housing 8 to be sucked through the secondary inlet 32b of the ejector 30 without it being necessary to increase its pressure.
  • This second embodiment corresponds for example to the situation in which the fuel cell system 2 operates at low speed.
  • valve 46 is opened or kept open so that the housing 8 is in communication with the outlet of the heat exchanger 20 and, above all, the outlet of the compression device 18. This has the effect of increasing the gas pressure inside the housing 8 sufficiently so that the depression generated by the venturi effect in the ejector 30 allows it to suck, through the secondary inlet 32b, the gas from the housing 8, which is then renewed by air coming from the second supply point 44 which is also free of hydrogen, as indicated by the double arrow shown in the figure. .
  • the opening of the proportional valve 46 is controlled to control the flow rate at the ventilation inlet 10 of the housing 8 according to a target flow rate value.
  • the target flow rate value is determined according to operating parameters of the fuel cell system 2 such as, for example, the pressure at the system inlet or the temperature at the system inlet.
  • the gas sucked from the housing 8 enters the ejector 30 through the secondary inlet 32b, is mixed with the first flow exiting the water separator 24, and exits the ejector 30 through the ejection outlet 34 to be discharged into the exhaust pipe 36.
  • a fuel cell system 2 differs from that illustrated in FIGS. 1 and 2 only in that the non-return valve and the valve are replaced by a three-way valve 48 arranged between the first supply point 40, the second supply point 44 and the ventilation inlet 10 of the housing 8.
  • the three-way valve 48 is configured to select an air passage path connecting the ventilation inlet 10 of the housing 8 with, alternately, the first supply point 40 or the second supply point 44.
  • the invention is particularly applicable to equipment that is both mobile, such as road vehicles including cars and trucks, rail vehicles, marine vehicles, aircraft and spacecraft, and stationary, such as power plants or generator sets.
  • Fuel cell system 4 vehicle 6: Fuel cell stack 7a: cathode inlet pipe 7b: cathode outlet pipe 8: case 10: ventilation inlet 12: ventilation outlet 14: air supply means 16: filter 18: compression device 19: electric motor 20: heat exchanger 22: humidifier 24: water separator 26: incoming cathode gas flow 28a: first outlet of the water separator 28b: second outlet of the water separator 30: ejector 32a: primary ejector inlet 32b: secondary ejector inlet 34: ejection outlet 36: exhaust pipe 38: turbine 40: first power point 42: non-return valve 44: second power point 46: valve 48: three-way valve

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Abstract

Ce système de pile à combustible (2) comprend : - un empilement de piles à combustible (6) comprenant une anode et une cathode, - un boîtier (8), dans lequel est ménagé l'empilement, présentant une entrée de ventilation (10) et une sortie de ventilation (12), - un dispositif de compression (18) agencé en amont d'une conduite d'entrée (7a) de la cathode, - un séparateur d'eau (24) connecté à une conduite de sortie (7b) de la cathode et configuré pour séparer un flux de gaz cathodique entrant (26) en un premier flux sortant comprenant de l'air riche en eau, sortant par une première sortie (28a) du séparateur d'eau (24), et un second flux sortant comprenant de l'air pauvre en eau, sortant par une seconde sortie (28b) du séparateur d'eau (24), et - un éjecteur (30) comprenant une entrée primaire (32a) connectée à la première sortie (28a) du séparateur d'eau (24) et une entrée secondaire (32b) connectée à la sortie de ventilation (12) du boîtier (8), et - une turbine (38) agencée en aval de la seconde sortie (28b) du séparateur d'eau (24).

Description

Système de pile à combustible avec moyens de circulation
L’invention concerne le domaine des piles à combustible telles que les piles à combustible à membrane échangeuse de protons. Plus précisément, l’invention se rapporte à un système de pile à combustible destiné à équiper un élément mobile tel qu’un véhicule, ainsi qu’à un véhicule comprenant un tel système de pile à combustible.
Une pile à combustible à membrane échangeuse de protons, généralement abrégé « PEMFC » venant des termes anglais « polymer electrolyte membrane fuel cell », comprend typiquement une membrane électrode disposée entre deux demi-plaques unipolaires. Une membrane électrode comprend une solution électrolytique contenue dans une membrane conductrice de protons disposée entre une anode et une cathode. Un ensemble de piles à combustible forme ce qu’on appelle communément l’empilement de piles à combustible, également appelé « fuel cell stack » en anglais. Dans un empilement de piles à combustible, plusieurs piles à combustible sont montées en parallèle dans l’empilement et sont connectées en série d’un point de vue électrique pour que l’empilement de piles à combustible produise suffisamment d’énergie électrique. D’une manière connue, l’anode est alimentée par un gaz riche en hydrogène (H2) et la cathode est alimentée par un gaz contenant de l’oxygène (O2), de l’air atmosphérique par exemple, afin de produire de l’électricité et, notamment, de l’eau à une sortie de cathode, l’eau étant un produit de réaction de chaque pile à combustible. Dans le cas où l’air atmosphérique est utilisé comme gaz contenant de l’oxygène, l’azote est un autre produit présent à une sortie de l’anode. En effet, dans ce cas, l’azote présent dans l’air migre de la cathode vers l’anode à travers la membrane électrode. Le document JP 2013 037826 A divulgue un exemple de système de pile à combustible présentant ce mode de fonctionnement.
L’hydrogène étant particulièrement volatile, il peut arriver qu’une quantité d’hydrogène circulant dans l’empilement de piles à combustible s’échappe de celui-ci. Il se répand alors dans un boitier dans lequel est ménagé l’empilement de piles à combustible et reste confiné à l’intérieur de ce boîtier. Bien que le risque qu’une telle fuite se produise soit généralement faible, une accumulation d’hydrogène à l’intérieur du boîtier constitue un danger considérable qu’il est nécessaire d’éviter car elle pourrait causer une explosion en cas de combustion.
A cette fin, il est connu de l’art antérieur de constamment ventiler le boîtier de l’empilement de piles à combustible, par exemple à l’aide d’un ventilateur agencé pour générer un flux d’air traversant le boîtier pour évacuer l’hydrogène de celui-ci. Cela permet ainsi d’éviter à la concentration en hydrogène à l’intérieur du boîtier d’atteindre des valeurs dangereuses.
Le ventilateur de l’art antérieur permet ainsi de remédier au danger causé par des potentielles fuites d’hydrogène dans le boîtier de l’empilement de piles à combustible, mais cela vient avec de nouveaux problèmes. En effet, le ventilateur a besoin d’être alimenté en énergie électrique pour fonctionner, de sorte que sa présence a pour effet indirect de baisser le rendement énergétique général du système de pile à combustible. De plus, le ventilateur forme un composant relativement volumineux qui peut être complexe à agencer dans le système de pile à combustible, d’autant plus si le système équipe un véhicule, comprenant lui-même des contraintes d’encombrement drastiques. Par ailleurs, la présence du ventilateur et de ses connexions électriques augmente de manière non négligeable le coût de fabrication du système de pile à combustible, ce qu’il est généralement préférable d’éviter.
L’invention a notamment pour but de remédier à ces inconvénients en fournissant un système de pile à combustible empêchant l’accumulation d’hydrogène dans le boîtier de l’empilement de piles à combustible à l’aide de moyens qui soient moins énergivores, plus compacts et moins onéreux que ceux de l’art antérieur.
A cet effet l’invention a notamment pour objet un système de pile à combustible comprenant :
- un empilement de piles à combustible comprenant une anode et une cathode,
- un boîtier, dans lequel est ménagé l’empilement de piles à combustible, présentant une entrée de ventilation et une sortie de ventilation,
- un dispositif de compression agencé en amont d’une conduite d’entrée de la cathode,
- un séparateur d’eau connecté à une conduite de sortie de la cathode et configuré pour séparer un flux de gaz cathodique entrant en un premier flux sortant comprenant de l’air riche en eau liquide, sortant par une première sortie du séparateur d’eau, et un second flux sortant comprenant de l’air pauvre en eau liquide, sortant par une seconde sortie du séparateur d’eau,
- un éjecteur comprenant une entrée primaire connectée à la première sortie du séparateur d’eau et une entrée secondaire connectée à la sortie de ventilation du boîtier, et
- une turbine agencée en aval de la seconde sortie du séparateur d’eau.
Ainsi, le système de pile à combustible selon l’invention utilise un des flux sortant du séparateur d’eau pour générer, à l’aide de l’éjecteur, un effet venturi aspirant en continu le gaz contenu dans le boîtier de l’empilement de piles à combustible par l’entrée secondaire de l’éjecteur. Le séparateur d’eau étant un composant déjà présent dans un système classique, seul l’éjecteur constitue un composant supplémentaire par rapport à un tel système. L’éjecteur étant un composant passif, c’est-à-dire ne nécessitant pas d’apport en énergie pour fonctionner, il n’a pas d’impact négatif sur le rendement énergétique du système contrairement au ventilateur de l’art antérieur. En outre, l’éjecteur est bien plus compact que le ventilateur et ne nécessite pas de connexions électriques, si bien qu’il est plus simple de l’agencer dans le système de pile à combustible. Enfin, l’éjecteur constitue un composant moins onéreux que le ventilateur de l’art antérieur, et contribue ainsi à réduire le coût de fabrication du système de pile à combustible.
La présence de la turbine rend possible la récupération d’une partie de l’énergie cinétique du second flux sortant du séparateur d’eau, ce qui contribue à augmenter le rendement énergétique du système de pile à combustible. En d’autres termes, la présence de la turbine permet au système de valoriser à la fois le premier flux sortant par la première sortie du séparateur d’eau, en ventilant le boîtier, et le second flux sortant par la seconde sortie du séparateur d’eau, en récupérant une partie de l’énergie cinétique de ce second flux.
Avantageusement, la turbine est montée sur un arbre commun au dispositif de compression et à un moteur électrique connecté au dispositif de compression.
L’énergie cinétique récupérée par la turbine du second flux permet ainsi de contribuer à entrainer le moteur électrique. Cela permet de diminuer l’énergie électrique consommée par le moteur électrique pour alimenter le dispositif de compression pour effectuer la compression de l’air provenant des moyens de fourniture d’air. Dès lors, la turbine ainsi montée permet de réduire la consommation énergétique nécessaire au fonctionnement du système de pile à combustible.
Avantageusement, le système de pile à combustible comprend en outre un échangeur thermique agencé entre le dispositif de compression et la conduite d’entrée de la cathode.
On peut ainsi contrôler les paramètres de température du flux de gaz cathodique alimentant la conduite d’entrée de la cathode, ce qui contribue à optimiser les performances du système de pile à combustible.
Avantageusement, l’entrée de ventilation du boîtier est connectée à un premier point d’alimentation situé en amont du dispositif de compression.
Si le premier flux sortant du séparateur d’eau présente un débit suffisamment important, l’effet venturi généré par son passage dans l’éjecteur est suffisamment puissant pour aspirer à travers le boîtier, via l’entrée secondaire de l’éjecteur, de l’air avant qu’il soit comprimé par le dispositif de compression. On évite ainsi une compression inutile de ce volume d’air et donc une baisse de rendement énergétique du système de pile à combustible.
Avantageusement, le système de pile à combustible comprend en outre un clapet anti-retour agencé entre l’entrée de ventilation du boîtier et le premier point d’alimentation.
On empêche ainsi toute fuite intempestive d’hydrogène contenu dans le boîtier dans le reste du système de pile à combustible, ce avec des moyens simples et passifs.
Avantageusement, l’entrée de ventilation du boîtier est connectée à un second point d’alimentation situé en aval de l’échangeur thermique.
Il peut arriver que le premier flux sortant du séparateur d’eau présente un débit qui n’est pas suffisamment important pour générer un effet venturi par son passage dans l’éjecteur suffisamment puissant pour aspirer à travers le boîtier, par l’entrée secondaire de l’éjecteur, de l’air avant qu’il soit comprimé par le dispositif de compression. C’est le cas lorsque le système de pile à combustible travaille à bas régime. Dans ce cas, on permet à l’éjecteur d’aspirer de l’air comprimé par le dispositif de compression, ce qui est possible même avec un effet venturi relativement peu puissant.
De préférence, le système de pile à combustible comprend en outre une vanne agencée entre l’entrée de ventilation du boîtier et le second point d’alimentation.
On peut ainsi simplement commander l’ouverture et la fermeture de l’accès au second point d’alimentation. Par exemple, l’ouverture et la fermeture de la vanne peuvent être commandées de manière dynamique en fonction d’une mesure du débit du premier flux sortant du séparateur d’eau et d’une comparaison de cette valeur mesurée avec une valeur de seuil prédéterminée.
De préférence, la vanne est une vanne proportionnelle configurée pour contrôler le débit de flux à l’entrée de ventilation du boîtier en fonction d’une valeur cible de débit.
On permet ainsi une gestion plus fine de la ventilation du boîtier.
Selon un mode de réalisation alternatif de l’invention, le système de pile à combustible comprend en outre une vanne à trois voies agencée entre le premier point d’alimentation, le second point d’alimentation et l’entrée de ventilation du boîtier.
On remplace ainsi le clapet anti-retour et la vanne mentionnés dans ce qui précède par une vanne à trois voies qui permet de remplir les mêmes fonctions que le clapet anti-retour et la vanne. On réduit ainsi d’un le nombre de composants du système de pile à combustible, ce qui contribue à le simplifier, tout en permettant un meilleur contrôle du choix du point d’alimentation actif. La vanne à trois voies est par exemple du type proportionnel et sans mélange, de sorte qu’il s’agit d’un composant standard ne nécessitant aucune modification particulière pour son fonctionnement.
Avantageusement, le système de pile à combustible comprend en outre un humidificateur agencé entre l’échangeur thermique et la conduite d’entrée de la cathode.
On permet ainsi une gestion de l’humidification du flux de gaz cathodique alimentant la conduite d’entrée de la cathode, ce qui contribue à améliorer le fonctionnement, le rendement et la durée de vie du système de pile à combustible.
Avantageusement, l’éjecteur est une pompe venturi ou pompe à jet aspirant.
L’éjecteur est ainsi réalisé avec des moyens simples.
On prévoit également selon l’invention un véhicule comportant un groupe motopropulseur électrique et un élément de stockage d’énergie électrique, comprenant un système de pile à combustible tel que défini dans ce qui précède.
On prévoit aussi selon l’invention un procédé de gestion d’un système de pile à combustible, le système de pile à combustible comprenant :
- un empilement de piles à combustible comprenant une anode et une cathode,
- un boîtier, dans lequel est ménagé l’empilement de piles à combustible, présentant une entrée de ventilation et une sortie de ventilation,
- un dispositif de compression agencé en amont d’une conduite d’entrée de la cathode,
- un séparateur d’eau connecté à une conduite de sortie de la cathode, configuré pour séparer un flux de gaz cathodique entrant en un premier flux sortant comprenant de l’air riche en eau liquide, sortant par une première sortie du séparateur d’eau, et un second flux sortant comprenant de l’air pauvre en eau liquide, sortant par une seconde sortie du séparateur d’eau,
- un éjecteur comprenant une entrée primaire connectée à la première sortie du séparateur d’eau et une entrée secondaire connectée à la sortie de ventilation du boîtier, et
- une turbine agencée en aval de la seconde sortie du séparateur d’eau,
le procédé mettant en œuvre l’étape selon laquelle l’éjecteur aspire le gaz contenu dans le boîtier par effet venturi causé par la circulation du flux entrant par l’entrée primaire à travers l’éjecteur.
Avantageusement, le système de pile à combustible comprend en outre un échangeur thermique agencé entre le dispositif de compression et la conduite d’entrée de la cathode,
dans lequel, soit l’entrée de ventilation du boîtier est connectée à un premier point d’alimentation situé en amont du dispositif de compression par l’intermédiaire d’un clapet anti-retour et à un second point d’alimentation situé en aval de l’échangeur thermique par l’intermédiaire d’une vanne,
soit l’entrée de ventilation du boîtier est connectée, par l’intermédiaire d’une vanne à trois voies, d’une part au premier point d’alimentation situé en amont du dispositif de compression et d’autre part au second point d’alimentation situé en aval de l’échangeur thermique.
Selon un premier mode de réalisation de l’invention, on ferme la vanne de sorte que l’entrée secondaire de l’éjecteur est alimentée en gaz provenant du premier point d’alimentation.
Selon un second mode de réalisation de l’invention, on ouvre la vanne de sorte que l’entrée secondaire de l’éjecteur est alimentée en gaz provenant du second point d’alimentation.
Comme indiqué dans ce qui précède, les premier et second points d’alimentation permettent de tenir compte du débit du premier flux sortant du séparateur et de la puissance de l’effet venturi généré dans l’éjecteur, ce qui rend possible une gestion plus fine de la ventilation du boîtier.
On prévoit également selon l’invention un programme d'ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre les étapes du procédé tel que défini dans ce qui précède, ainsi qu’un support d'enregistrement lisible par ordinateur comprenant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre les étapes du procédé tel que défini dans ce qui précède.
Brève description des figures
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
est une vue schématique d’un système de pile à combustible, selon un mode de réalisation de l’invention, dans laquelle est mis en œuvre un procédé de gestion de celle-ci selon un premier mode de réalisation,
est une vue schématique d’un système de pile à combustible, selon un mode de réalisation de l’invention, dans laquelle est mis en œuvre un procédé de gestion de celle-ci selon un second mode de réalisation, et
est une vue schématique d’un système de pile à combustible selon un mode de réalisation alternatif de l’invention.
 Description détaillée
Dans la description qui suit, les expressions « en aval » et « en amont » se réfèrent à la direction de circulation des différents fluides dans le système de pile à combustible, ces directions de circulation étant représentées par des flèches simples dans les figures.
On a représenté sur la un système de pile à combustible 2 selon un mode de réalisation l’invention qui équipe, dans le cas présent, un véhicule 4 du type comportant un groupe motopropulseur électrique et un élément de stockage d’énergie électrique. Le système de pile à combustible 2 comprend un empilement de piles à combustible 6 comprenant une anode et une cathode, cette dernière étant en particulier pourvue d’une conduite d’entrée 7a de la cathode et d’une conduite de sortie 7b de la cathode. Ce qui entre et ce qui sort de la cathode par les conduites 7a et 7b est un gaz cathodique. Le gaz cathodique est un mélange d’air et d’eau. Comme indiqué plus haut, le principe de fonctionnement de l’empilement de piles à combustible pour la production d’énergie électrique est connu en soi, il ne sera donc pas décrit plus en détails dans ce qui suit. L’empilement de piles à combustible 6 est logé dans un boîtier 8 présentant une entrée de ventilation 10 et une sortie de ventilation 12. En faisant abstraction de l’entrée de ventilation 10 et de la sortie de ventilation 12, le boîtier 8 définit un volume fermé de manière étanche englobant l’intégralité de l’empilement de piles à combustible 6.
Le système de pile à combustible 2 comprend des moyens 14 de fourniture d’un gaz contenant de l’oxygène, par exemple l’air atmosphérique, à la conduite d’entrée 7a de la cathode. En aval des moyens 14 de fourniture d’air, le système de pile à combustible 2 comprend un filtre 16 permettant de filtrer des résidus éventuellement contenus dans l’air provenant des moyens 14 de fourniture d’air afin d’éviter leur intrusion dans le système.
En aval du filtre 16, le système de pile à combustible 2 comprend un dispositif de compression 18, par exemple un turbocompresseur électrique, configuré pour comprimer l’air provenant des moyens 14 de fourniture d’air avant qu’il ne soit fourni à la conduite d’entrée 7a de la cathode. Le dispositif de compression 18 est connecté à un moteur électrique 19 configuré pour fournir de l’énergie au dispositif de compression 18 nécessaire à la compression de l’air provenant des moyens 14 de fourniture d’air. En aval du dispositif de compression 18, le système de pile à combustible 2 comprend un échangeur thermique 20, par exemple un refroidisseur d’air de suralimentation, également appelé « charge air cooler » en anglais, configuré pour chauffer l’air avant qu’il ne soit fourni à la conduite d’entrée 7a de la cathode. Le système de piles à combustible 2 comprend un humidificateur 22, agencé entre l’échangeur thermique 20 et la conduite d’entrée 7a de la cathode, configuré pour humidifier l’air avant sa fourniture à la conduite d’entrée 7a de la cathode. La compression, la chauffe et l’humidification de l’air avant sa fourniture à la conduite d’entrée 7a de la cathode permettent d’optimiser le fonctionnement de l’empilement de piles à combustible 6.
A la cathode, de l’eau est produite par la réaction entre l’oxygène de l’air et les ions hydrogène provenant de l’anode, de sorte que le gaz cathodique sortant par la conduite de sortie 7b de la cathode comprend de l’air enrichi en eau et appauvri en oxygène. En aval de la conduite de sortie 7b de la cathode, le système de pile à combustible 2 comprend un séparateur d’eau 24 configuré pour séparer le flux de gaz cathodique entrant 26 en un premier flux sortant comprenant de l’air riche en eau liquide, sortant par une première sortie 28a du séparateur d’eau 24, et un second flux sortant comprenant de l’air pauvre en eau liquide, sortant par une seconde sortie 28b du séparateur d’eau 24.
En aval de la première sortie 28a du séparateur d’eau 24, le système de pile à combustible 2 comprend un éjecteur 30 comprenant une entrée primaire 32a connectée à la première sortie 28a du séparateur d’eau 24 et une entrée secondaire 32b connectée à la sortie de ventilation 12 du boîtier 8. L’éjecteur 30 comprend en outre une sortie d’éjection 34 débouchant sur une conduite d’échappement 36 du système de pile à combustible 2 sortant de celui-ci. L’éjecteur 30 est ici une pompe venturi ou une pompe à jet aspirant.
En aval de la seconde sortie 28b du séparateur d’eau 24, le système de pile à combustible 2 comprend une turbine 38 configurée pour récupérer une partie de l’énergie cinétique du second flux sortant par la seconde sortie 28b du séparateur d’eau 24 comprenant de l’air pauvre en eau liquide avant que celui-ci ne soit évacué en direction de la conduite d’échappement 36. Dans le mode de réalisation tel qu’illustré en , la turbine 38 est montée sur un arbre commun au moteur électrique 19 et au dispositif de compression 18. De la sorte, l’énergie cinétique récupérée par la turbine 38 permet d’entrainer le moteur électrique 19 et donc de diminuer l’énergie électrique qu’il consomme pour alimenter le dispositif de compression 18 pour effectuer la compression de l’air provenant des moyens 14 de fourniture d’air. On comprend ainsi que la turbine 38 permet de réduire la consommation énergétique nécessaire au fonctionnement du système de pile à combustible 2. Selon une variante de réalisation de l’invention, la turbine n’est pas montée sur un arbre commun au moteur électrique et au dispositif de compression, auquel cas l’énergie cinétique récupérée par la turbine est valorisée de manière différente, elle peut par exemple être fournis à d’autres composant du véhicule équipé du système de pile à combustible.
L’entrée de ventilation 10 du boitier 8 est connectée en parallèle à deux points d’alimentation en air du système de pile à combustible 2. Un premier point d’alimentation 40 est situé en amont du dispositif de compression 18 et en aval du filtre 16. Un clapet anti-retour 42 est agencé entre l’entrée de ventilation 10 du boîtier 8 et le premier point d’alimentation 40 et est configuré pour empêcher toute circulation de fluide de l’entrée de ventilation 10 du boîtier 8 vers le premier point d’alimentation 40. Un second point d’alimentation 44 est situé en aval de l’échangeur thermique 20 et en amont de l’humidificateur 22. Une vanne 46 est agencée entre l’entrée de ventilation 10 du boîtier 8 et le second point d’alimentation 44. La vanne 46 comprend ici une vanne proportionnelle configurée pour contrôler le débit de flux à l’entrée de ventilation 10 du boîtier 8 en fonction d’une valeur cible de débit. La vanne 46 est par exemple une vanne actionnée par un actionneur hydraulique, pneumatique ou, préférentiellement, électrique.
On va maintenant décrire un procédé de gestion du système de pile à combustible 2 permettant la ventilation du boîtier 8.
Le passage du premier flux sortant du séparateur d’eau 24 dans l’éjecteur 30 par son entrée primaire 32a génère, par effet venturi, une dépression à l’intérieur de celui-ci d’autant plus importante que le débit du premier flux sortant du séparateur d’eau 24 est important. Cette dépression permet d’aspirer le gaz contenu dans le boîtier 8, à condition que cette dépression soit suffisamment importante pour permettre le déplacement du gaz contenu dans le boîtier, par l’entrée secondaire 32b de l’éjecteur 30.
Selon un premier mode de réalisation de ce procédé illustré en , le débit du premier flux sortant du séparateur d’eau 24 est supérieur à une valeur prédéterminée de telle sorte que la dépression générée par effet venturi dans l’éjecteur 30 est suffisamment importante pour permettre d’aspirer le gaz contenu dans le boîtier 8 par l’entrée secondaire 32b de l’éjecteur 30, sans qu’il ne soit nécessaire d’augmenter sa pression. Ce premier mode de réalisation correspond par exemple à la situation dans laquelle le système de pile à combustible 2 fonctionne à haut régime.
Dans ces conditions, on ferme ou on maintient fermée la vanne 46 de sorte que le gaz aspiré du boîtier 8 est renouvelé par de l’air provenant du premier point d’alimentation 40 exempt d’hydrogène, ou à tout le moins présentant une concentration négligeable en hydrogène, comme indiqué par la double flèche représentée sur la . Le gaz aspiré du boîtier 8 entre dans l’éjecteur 30 par l’entrée secondaire 32b, est mélangé au premier flux sortant du séparateur d’eau 24, et sort de l’éjecteur 30 par la sortie d’éjection 34 pour être évacué dans la conduite d’échappement 36.
On a représenté en un second mode de réalisation du procédé de gestion du système de pile à combustible 2 permettant la ventilation du boîtier 8. Le système en lui-même est le même que celui illustré en . Selon le second mode de réalisation du procédé, le débit du premier flux sortant du séparateur d’eau 24 est inférieur à la valeur prédéterminée, de telle sorte que la dépression générée par effet venturi dans l’éjecteur 30 n’est pas suffisamment importante pour permettre d’aspirer le gaz contenu dans le boîtier 8 par l’entrée secondaire 32b de l’éjecteur 30 sans qu’il ne soit nécessaire d’augmenter sa pression. Ce second mode de réalisation correspond par exemple à la situation dans laquelle le système de pile à combustible 2 fonctionne à bas régime.
Dans ces conditions, on ouvre ou on maintient ouverte la vanne 46 de sorte que le boîtier 8 est en communication avec la sortie de l’échangeur thermique 20 et, surtout, la sortie du dispositif de compression 18. Cela a pour effet d’augmenter suffisamment la pression en gaz à l’intérieur du boîtier 8 pour que la dépression générée par effet venturi dans l’éjecteur 30 lui permette d’aspirer, par l’entrée secondaire 32b, le gaz du boîtier 8, qui est alors renouvelé par de l’air provenant du second point d’alimentation 44 tout aussi exempt d’hydrogène, comme indiqué par la double flèche représentée sur la . L’ouverture de la vanne 46 proportionnelle est commandée pour contrôler le débit de flux à l’entrée de ventilation 10 du boîtier 8 en fonction d’une valeur cible de débit. La valeur cible de débit est déterminée en fonction de paramètres de fonctionnement du système de pile à combustible 2 comme, par exemple, la pression à l’entrée du système ou la température à l’entrée du système. De la même manière que selon le premier mode de réalisation, le gaz aspiré du boîtier 8 entre dans l’éjecteur 30 par l’entrée secondaire 32b, est mélangé au premier flux sortant du séparateur d’eau 24, et sort de l’éjecteur 30 par la sortie d’éjection 34 pour être évacué dans la conduite d’échappement 36.
On a représenté sur la un système de pile à combustible 2 selon un mode de réalisation alternatif de l’invention. Ce système diffère de celui illustré en figures 1 et 2 uniquement en ce que le clapet anti-retour et la vanne sont remplacés par une vanne à trois voies 48 agencée entre le premier point d’alimentation 40, le second point d’alimentation 44 et l’entrée de ventilation 10 du boîtier 8. La vanne à trois voies 48 est configurée pour sélectionner une voie de passage d’air connectant l’entrée de ventilation 10 du boîtier 8 avec, alternativement, le premier point d’alimentation 40 ou le second point d’alimentation 44. On comprend ainsi que ce système de pile à combustible permet la mise en œuvre d’un procédé de gestion de celui-ci identique à celui qui est présenté dans ce qui précède en relation avec les figures 1 et 2.
L’invention est notamment applicable à des équipements aussi bien mobiles, tels que des véhicules routiers incluant voitures et camions, les véhicules sur rails, les véhicules marins, les aéronefs et les vaisseaux spatiaux, que stationnaires, tels que les centrales électriques ou les groupes électrogènes.
Liste de références
2 : système de pile à combustible
4 : véhicule
6 : empilement de piles à combustible
7a : conduite d’entrée de la cathode
7b : conduite de sortie de la cathode
8 : boîtier
10 : entrée de ventilation
12 : sortie de ventilation
14 : moyens de fourniture d’air
16 : filtre
18 : dispositif de compression
19 : moteur électrique
20 : échangeur thermique
22 : humidificateur
24 : séparateur d’eau
26 : flux de gaz cathodique entrant
28a : première sortie du séparateur d’eau
28b : seconde sortie du séparateur d’eau
30 : éjecteur
32a : entrée primaire de l’éjecteur
32b : entrée secondaire de l’éjecteur
34 : sortie d’éjection
36 : conduite d’échappement
38 : turbine
40 : premier point d’alimentation
42 : clapet anti-retour
44 : second point d’alimentation
46 : vanne
48 : vanne à trois voies

Claims (17)

  1. Système de pile à combustible (2), caractérisé en ce qu’il comprend :
    - un empilement de piles à combustible (6) comprenant une anode et une cathode,
    - un boîtier (8), dans lequel est ménagé l’empilement de piles à combustible, présentant une entrée de ventilation (10) et une sortie de ventilation (12),
    - un dispositif de compression (18) agencé en amont d’une conduite d’entrée (7a) de la cathode,
    - un séparateur d’eau (24) connecté à une conduite de sortie (7b) de la cathode et configuré pour séparer un flux de gaz cathodique entrant (26) en un premier flux sortant comprenant de l’air riche en eau liquide, sortant par une première sortie (28a) du séparateur d’eau (24), et un second flux sortant comprenant de l’air pauvre en eau liquide, sortant par une seconde sortie (28b) du séparateur d’eau (24),
    - un éjecteur (30) comprenant une entrée primaire (32a) connectée à la première sortie (28a) du séparateur d’eau (24) et une entrée secondaire (32b) connectée à la sortie de ventilation (12) du boîtier (8), et
    - une turbine (38) agencée en aval de la seconde sortie (28b) du séparateur d’eau (24).
  2. Système de pile à combustible (2) selon la revendication 1, comprenant en outre un échangeur thermique (20) agencé entre le dispositif de compression (18) et la conduite d’entrée (7a) de la cathode.
  3. Système de pile à combustible (2) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’entrée de ventilation (10) du boîtier (8) est connectée à un premier point d’alimentation (40) situé en amont du dispositif de compression (18).
  4. Système de pile à combustible (2) selon la revendication 3, comprenant en outre un clapet anti-retour (42) agencé entre l’entrée de ventilation (10) du boîtier (8) et le premier point d’alimentation (40).
  5. Système de pile à combustible (2) selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel l’entrée de ventilation (10) du boîtier (8) est connectée à un second point d’alimentation (44) situé en aval de l’échangeur thermique (20).
  6. Système de pile à combustible (2) selon la revendication 5, comprenant en outre une vanne (46) agencée entre l’entrée de ventilation (10) du boîtier (8) et le second point d’alimentation (44).
  7. Système de pile à combustible (2) selon la revendication 6, dans lequel la vanne (46) est une vanne proportionnelle configurée pour contrôler le débit de flux à l’entrée de ventilation (10) du boîtier (8) en fonction d’une valeur cible de débit.
  8. Système de pile à combustible selon la revendication 5 prise en combinaison avec la revendication 3, comprenant en outre une vanne à trois voies (48) agencée entre le premier point d’alimentation (40), le second point d’alimentation (44) et l’entrée de ventilation (10) du boîtier (8).
  9. Système de pile à combustible (2) selon l’une quelconque des revendications 2 à 8, comprenant en outre un humidificateur (22) agencé entre l’échangeur thermique (20) et la conduite d’entrée (7a) de la cathode.
  10. Système de pile à combustible (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’éjecteur (30) est une pompe venturi ou pompe à jet aspirant.
  11. Véhicule (4) comportant un groupe motopropulseur électrique et un élément de stockage d’énergie électrique, caractérisé en ce que le véhicule comprend un système de pile à combustible (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
  12. Procédé de gestion d’un système de pile à combustible (2), caractérisé en ce que le système de pile à combustible comprend :
    - un empilement de piles à combustible (6) comprenant une anode et une cathode,
    - un boîtier (8), dans lequel est ménagé l’empilement de piles à combustible (6), présentant une entrée de ventilation (10) et une sortie de ventilation (12),
    - un dispositif de compression (18) agencé en amont d’une conduite d’entrée (7a) de la cathode,
    - un séparateur d’eau (24) connecté à une conduite de sortie (7b) de la cathode, configuré pour séparer un flux de gaz cathodique entrant (26) en un premier flux sortant comprenant de l’air riche en eau liquide, sortant par une première sortie (28a) du séparateur d’eau (24), et un second flux sortant comprenant de l’air pauvre en eau liquide, sortant par une seconde sortie (28b) du séparateur d’eau (24),
    - un éjecteur (30) comprenant une entrée primaire (32a) connectée à la première sortie (28a) du séparateur d’eau (24) et une entrée secondaire (32b) connectée à la sortie de ventilation (12) du boîtier (8), et
    - une turbine (38) agencée en aval de la seconde sortie (28b) du séparateur d’eau (24),
    le procédé mettant en œuvre l’étape selon laquelle l’éjecteur (30) aspire le gaz contenu dans le boîtier (8) par effet venturi causé par la circulation du flux entrant par l’entrée primaire (32a) à travers l’éjecteur (30).
  13. Procédé de gestion d’un système de pile à combustible (2) selon la revendication précédente, dans lequel le système de pile à combustible (2) comprend en outre un échangeur thermique (20) agencé entre le dispositif de compression (18) et la conduite d’entrée (7a) de la cathode,
    dans lequel :
    a) l’entrée de ventilation (10) du boîtier (8) est connectée à un premier point d’alimentation (40) situé en amont du dispositif de compression (18) par l’intermédiaire d’un clapet anti-retour (42) et à un second point d’alimentation (44) situé en aval de l’échangeur thermique (20) par l’intermédiaire d’une vanne (46), ou bien
    b) l’entrée de ventilation (10) du boîtier (8) est connectée, par l’intermédiaire d’une vanne à trois voies (48), d’une part au premier point d’alimentation (40) situé en amont du dispositif de compression (18) et d’autre part au second point d’alimentation (44) situé en aval de l’échangeur thermique (20).
  14. Procédé de gestion d’un système de pile à combustible selon la variante a) de la revendication 13, dans lequel on ferme la vanne (46) de sorte que l’entrée secondaire (32b) de l’éjecteur (30) est alimentée en gaz provenant du premier point d’alimentation (40).
  15. Procédé de gestion d’un système de pile à combustible selon la variante a) de la revendication 13, dans lequel on ouvre la vanne (46) de sorte que l’entrée secondaire (32b) de l’éjecteur (30) est alimentée en gaz provenant du second point d’alimentation (44).
  16. Programme d'ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre les étapes du procédé selon l’une quelconque des revendications 12 à 15.
  17. Support d'enregistrement lisible par ordinateur comprenant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre les étapes du procédé selon l’une quelconque des revendications 12 à 15.
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