Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
1
DESCRIPTION
TITRE DE L'INVENTION : SYSTEME RÉVERSIBLE COMPRENANT UNE PILE A
COMBUSTIBLE RÉVERSIBLE ET UN DISPOSITIF DE STOCKAGE A HYDRURE
MÉTALLIQUE.
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention concerne les systèmes de stockage et de production autonome
d'énergie électrique et plus précisément les systèmes réversibles offrant la
possibilité
de générer de l'hydrogène, de l'électricité, de la chaleur et/ou de l'eau. Ces
systèmes
fonctionnent de manière autonome et utilisent une pile à combustible
réversible.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Le développement de sources d'énergie renouvelable s'accompagne du
développement de technologies optimisant leur utilisation et leurs rendements.
Parmi
les différentes sources d'énergie renouvelable disponibles, la pile à
combustible à
hydrogène, capable de générer de l'électricité tout en limitant l'émission de
gaz à effet
de serre, suscite un grand intérêt.
La pile à combustible est un dispositif électrochimique dont le fonctionnement
repose sur des réactions chimiques d'oxydo-réduction pour produire de
l'énergie
électrique : une oxydation d'un combustible réducteur sur une électrode et une
réduction d'un oxydant sur une autre électrode. La pile à combustible à
hydrogène
peut notamment fonctionner sélectivement selon deux modes de fonctionnement :
un
premier mode de fonctionnement dans lequel la pile à combustible est en régime
d'électrolyse et un deuxième mode de fonctionnement dans lequel la pile à
combustible est en régime de décharge. La pile à combustible de type SOFC (
Solid
Oxide Fuel Cell selon la terminologie anglo-saxonne) peut fonctionner
suivant
diverses réactions chimiques impliquant par exemple, du méthanol, du méthane,
ou
simplement du dihydrogène du côté de l'électrode à hydrogène et de l'oxygène
du
côté de l'électrode à oxygène. Il sera fait référence par simplicité au cas
des piles à
combustible impliquant oxygène et hydrogène.
Dans le premier mode de fonctionnement, le régime d'électrolyse, une
première réaction endothermique permet de produire de l'hydrogène et de
l'oxygène,
moyennant un apport d'énergie sous forme d'électricité et de chaleur :
Date Reçue/Date Received 2023-12-01
2
H20 +Q + 2e- --- H2 + % 02 (électrolyse).
Dans le deuxième mode de fonctionnement, le régime de décharge, une
deuxième réaction exothermique permet de produire de la chaleur et de
l'électricité
par recombinaison de l'hydrogène et de l'oxygène :
H2 + % 02 ---> H20 + 2e- + Q (décharge).
La chaleur Q et l'énergie électrique e- nécessaires à la réaction
endothermique
de l'électrolyse pour produire de l'hydrogène à une température et une
pression
donnée dépendent en partie de l'alimentation électrique utilisée. La tension
électrique
de la pile à combustible en régime d'électrolyse permet en effet de définir
trois modes
de fonctionnement différents : allothermique, exothermique ou autothermique.
Le mode autothermique correspond à un mode dans lequel la seule
alimentation en énergie électrique permet de fournir l'ensemble de l'énergie
nécessaire à la réaction endothermique, c'est-à-dire que la quantité de
chaleur Q
consommée par la réaction endothermique est intégralement compensée par
l'apport
d'énergie électrique qui se transforme en chaleur. La tension appliquée à une
pile à
combustible chargée en mode autothermique est appelée thermoneutre.
Le mode exothermique correspond à une tension de à la pile à combustible
supérieure à la tension thermoneutre. Pour de telles valeurs de tension,
l'apport
d'énergie sous forme électrique est tel qu'il produit par lui-même plus de
chaleur que
nécessaire pour la réaction endothermique. Ce mode consomme plus d'énergie
électrique et induit des variations de température au sein de la pile à
combustible qui
peuvent affecter son intégrité structurelle.
Le mode allothermique correspond à une tension de la pile à combustible
inférieure à la tension thermoneutre. Ce mode implique une plus faible
consommation
d'énergie électrique. Il est donc a priori préférable. Cependant, il suppose
un apport
extérieur de chaleur dans la pile à combustible.
Les piles à combustible à hydrogène et oxygène présentent l'avantage de ne
pas émettre de gaz à effet de serre, comme le CO2. L'un des inconvénients de
leur
fonctionnement réside dans le fait que les réactions d'électrolyse et de
décharge ont
un comportement thermodynamique très différent : l'une consomme de l'énergie
électrique et de la chaleur et produit un dégagement de gaz, l'autre produit
de
l'énergie électrique et de la chaleur et requiert un apport de réactifs
gazeux. Par
conséquent, afin de gérer les flux de réactifs, de produits, d'énergie
électrique et de
chaleur, un dispositif de stockage permettant de stocker l'hydrogène produit
lors de
Date Reçue/Date Received 2023-12-01
3
la réaction endothermique est généralement couplé à la pile à combustible. Le
dispositif de stockage est utilisé pour stocker l'hydrogène produit par la
pile à
combustible lorsque la pile à combustible fonctionne en régime d'électrolyse
et
restituer l'hydrogène stocké, en tant que réactif, pour alimenter la pile à
combustible
lorsque la pile à combustible fonctionne en régime de décharge.
Plusieurs solutions techniques pour stocker l'hydrogène et ensuite le
restituer
sont envisageables. Le document W02013/190024 propose par exemple un
dispositif
permettant le stockage réversible par absorption d'hydrogène dans un matériau.
En outre, le document W02016/146956 propose d'utiliser la chaleur produite
lo lors du stockage d'hydrogène dans le matériau pour porter un fluide
servant à
alimenter la pile à combustible en réactif à une température prédéterminée.
Cependant les différents matériaux capables de stocker de l'hydrogène
doivent être mis dans des conditions de pression et de température
particulières afin
de provoquer une absorption de l'hydrogène par le matériau ou une désorption
de
l'hydrogène par le matériau.
Certains matériaux métalliques, tel que le magnésium par exemple,
permettent de stocker une grande quantité d'hydrogène sous la forme d'un
hydrure
métallique. Toutefois, l'absorption de l'hydrogène par le matériau exige que
l'hydrogène soit maintenu à une pression supérieure à la pression
atmosphérique,
par exemple une pression de 10 bars pour le magnésium. Or la pile à
combustible
produit de l'hydrogène à pression atmosphérique.
Il serait envisageable de prévoir un compresseur à hydrogène permettant
d'augmenter la pression de l'hydrogène produit par la pile à combustible pour
alimenter le dispositif de stockage en hydrogène sous pression. Toutefois,
cette
solution est particulièrement complexe à mettre en oeuvre, et est par
conséquent peu
économique.
EXPOSE DE L'INVENTION
Un but de l'invention est de proposer une solution permettant de stocker
efficacement l'hydrogène produit par une pile à combustible.
Ce but est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à un système
comprenant :
- une pile à combustible propre à fonctionner sélectivement dans un premier
mode
de fonctionnement et dans un deuxième mode de fonctionnement, tels que:
Date Reçue/Date Received 2023-12-01
4
dans le premier mode de fonctionnement, la pile à combustible consomme de
l'énergie électrique pour produire de l'hydrogène et de l'oxygène, et
dans le deuxième mode de fonctionnement, la pile à combustible produit de
l'énergie
électrique en consommant de l'hydrogène et de l'oxygène,
- un premier dispositif de stockage pour stocker de l'hydrogène produit par la
pile à
combustible lorsque la pile à combustible est dans le premier mode de
fonctionnement, le premier dispositif de stockage comprenant un premier
matériau
propre à absorber l'hydrogène en formant avec l'hydrogène un premier hydrure
métallique lorsque l'hydrogène est à une première pression, et à libérer
l'hydrogène
par désorption lorsque l'hydrogène est à une deuxième pression, supérieure à
la
première pression, le premier hydrure métallique présentant une première
enthalpie
d'absorption,
- un deuxième dispositif de stockage propre à stocker de l'hydrogène en
provenance
du premier dispositif de stockage, le deuxième dispositif de stockage
comprenant un
deuxième matériau, différent du premier matériau, le deuxième matériau étant
propre
à absorber l'hydrogène en formant avec l'hydrogène un deuxième hydrure
métallique
lorsque l'hydrogène est à la deuxième pression, le deuxième hydrure métallique
présentant une deuxième enthalpie d'absorption, supérieure, en valeur absolue,
à la
première enthalpie d'absorption du premier hydrure métallique.
Le premier dispositif de stockage forme ainsi un dispositif de stockage
transitoire permettant de faire passer l'hydrogène de la première pression à
la
deuxième pression pour alimenter le deuxième dispositif de stockage.
Le deuxième matériau peut être choisi de sorte que le deuxième dispositif de
stockage soit capable de stocker une grande quantité d'hydrogène. De plus, la
chaleur produite par l'absorption de l'hydrogène par le deuxième matériau peut
être
utilisée pour chauffer l'eau qui alimente la pile à combustible lorsque la
pile à
combustible fonctionne dans le premier mode de fonctionnement, ce qui permet
d'augmenter le rendement de la réaction d'électrolyse.
L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques
suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison
techniquement
possible :
- le système comprenant un premier dispositif de chauffage pour chauffer le
premier
hydrure métallique, de manière à faire passer une pression de l'hydrogène
stocké
Date Reçue/Date Received 2023-12-01
5
dans le premier dispositif de stockage de la première pression à la deuxième
pression ;
- le premier dispositif de chauffage est propre à être alimenté en chaleur
par de l'eau
résiduelle, qui n'a pas été consommée par la pile à combustible lorsque la
pile à
combustible fonctionne dans le premier mode de fonctionnement ;
- le deuxième matériau est propre à produire, lors du stockage par
absorption de
l'hydrogène dans le deuxième matériau, une quantité de chaleur nécessaire à
vaporiser de l'eau alimentant la pile à combustible lorsque la pile à
combustible
fonctionne dans le premier mode de fonctionnement ;
- le système comprenant un premier échangeur thermique propre à transférer de
la
chaleur produite lors du stockage par absorption de l'hydrogène dans le
deuxième
matériau à l'eau alimentant la pile à combustible lorsque la pile à
combustible
fonctionne dans le premier mode de fonctionnement ;
- le premier échangeur thermique est propre à transférer de la chaleur de
l'eau
produite par la pile à combustible vers le deuxième hydrure métallique de
manière à
provoquer une désorption de l'hydrogène stocké dans le deuxième dispositif de
stockage pour alimenter la pile à combustible en hydrogène lorsque la pile à
combustible fonctionne dans le deuxième mode de fonctionnement ;
- le système comprenant un deuxième échangeur thermique propre à transférer
de la
chaleur de l'hydrogène produit par la pile à combustible vers de l'eau
alimentant la
pile à combustible pour alimenter la pile à combustible en vapeur lorsque la
pile à
combustible fonctionne dans le premier mode de fonctionnement ;
- le deuxième échangeur thermique est propre à transférer de la chaleur de
l'eau
produite par la pile à combustible vers de l'hydrogène en provenance du
premier
dispositif de stockage et/ou du deuxième dispositif de stockage pour alimenter
la pile
à combustible avec de l'hydrogène chauffé, lorsque la pile à combustible
fonctionne
dans le deuxième mode de fonctionnement ;
- le système comprenant un condenseur pour séparer l'hydrogène produit par
la pile
à combustible et de l'eau résiduelle qui n'a pas été consommée par la pile à
combustible lorsque la pile à combustible fonctionne dans le premier mode de
fonctionnement ;
- le premier dispositif de stockage comprend une pluralité de cellules de
stockage et
une canalisation d'entrée/sortie, chaque cellule de stockage étant propre à
être
alimentée en hydrogène en provenance de la pile à combustible et à être
déchargée
Date Reçue/Date Received 2023-12-01
6
en hydrogène vers le deuxième dispositif de stockage via la canalisation
d'entrée/sortie, et une vanne propre à être commandé pour raccorder la
canalisation
d'entrée/sortie de chaque cellule de stockage sélectivement à une canalisation
pour
le transport de l'hydrogène, configurée pour transporter l'hydrogène entre la
pile à
combustible et/ou le premier dispositif de stockage et/ou le deuxième
dispositif de
stockage, de manière indépendante des autres cellules de stockage ;
- le système comprenant une vanne de raccordement propre à raccorder le
deuxième
dispositif de stockage sélectivement au premier dispositif de stockage pour
alimenter
le deuxième dispositif de stockage en hydrogène en provenance du premier
dispositif
lo de stockage lorsque la pile à combustible fonctionne dans le premier
mode de
fonctionnement ou à la pile à combustible pour alimenter la pile à combustible
en
hydrogène en provenance du deuxième dispositif de stockage lorsque la pile à
combustible fonctionne dans le deuxième mode de fonctionnement ;
- le système comprenant un deuxième dispositif de chauffage et un
régulateur propre
à commander le deuxième dispositif de chauffage pour maintenir la pile à
combustible
à une température de fonctionnement nominale prédéfinie, comprise entre 650
et
8500;
- le premier matériau du premier dispositif de stockage comprend un composé
choisi
parmi le Lanthane, le Titane, le Vanadium, le Nickel ou une combinaison de ces
éléments ;
- le deuxième matériau du deuxième dispositif de stockage comprend du
Magnésium.
Selon un autre aspect, il est proposé un procédé de fonctionnement d'un
système tel
que défini précédemment, dans lequel la pile à combustible fonctionne dans le
premier mode de fonctionnement, le procédé comprenant des étapes de:
- stocker par absorption de l'hydrogène produit par la pile à combustible à
la première
pression dans le premier dispositif de stockage,
- chauffer le premier hydrure métallique de manière à faire passer
l'hydrogène stocké
dans le premier dispositif de stockage de la première pression à la deuxième
pression,
- libérer par désorption l'hydrogène stocké dans le premier dispositif de
stockage, et
- stocker par absorption l'hydrogène libéré en provenance du premier
dispositif de
stockage dans le deuxième dispositif de stockage à la deuxième pression, le
Date Reçue/Date Received 2023-12-01
7
deuxième dispositif de stockage stockant l'hydrogène libéré à une même vitesse
que
le premier dispositif de stockage libère l'hydrogène stocké.
Selon un autre aspect, il est également proposé un procédé de fonctionnement
d'un
système tel que défini précédemment, dans lequel la pile à combustible
fonctionne
dans le deuxième mode de fonctionnement, le procédé comprenant des étapes de:
- chauffer le deuxième hydrure métallique de manière à provoquer une
désorption de
l'hydrogène stocké dans le deuxième dispositif de stockage, et
- alimenter la pile à combustible avec l'hydrogène désorbé en provenance du
deuxième dispositif de stockage.
Le procédé peut comprendre en outre des étapes de:
- chauffer le premier hydrure métallique de manière à provoquer une
désorption de
l'hydrogène stocké dans le premier dispositif de stockage, et
- alimenter la pile à combustible avec l'hydrogène désorbé en provenance du
premier
dispositif de stockage.
PRESENTATION DES FIGURES
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la
description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et
doit être lue
en regard des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 représente de manière schématique un système selon un mode
de réalisation possible de l'invention ;
- la figure 2 représente de manière schématique le système fonctionnant
selon
un premier mode de fonctionnement ;
- la figure 3 représente de manière schématique le système fonctionnant
selon
un deuxième mode de fonctionnement ;
- les figures 4A et 4B illustrent respectivement des étapes d'un premier
procédé de fonctionnement du système et d'un deuxième procédé de
fonctionnement
du système.
Sur l'ensemble des figures, les éléments similaires portent des références
identiques.
Date Reçue/Date Received 2023-12-01
8
DESCRIPTION DETAILLEE
Système général
Sur la figure 1, le système 1 comprend une pile à combustible 2, un premier
dispositif de stockage 3 (ou dispositif de stockage basse pression) et un
deuxième
dispositif de stockage 4 (ou dispositif de stockage haute pression).
La pile à combustible 2 comprend généralement d'une pluralité de cellules
élémentaires (non représentées) comprenant chacune une anode et une cathode.
La
figure 1 représente à titre d'exemple une pile à combustible 2 capable de
produire du
dihydrogène H2. Pour plus de simplicité on parlera par la suite d'hydrogène
H2.
L'invention peut cependant tout à fait être mise en oeuvre sur d'autres
catégories de
piles à combustible utilisant en guise de composé à base d'hydrogène H2,
d'autres
composés que le dihydrogène H2, tels que par exemple le méthanol, ou le
méthane.
On entend par pile à combustible réversible , une pile à combustible
conçue pour sélectivement : consommer un réactant chimique A et un réactant
chimique B, afin de produire de l'énergie électrique et un composé chimique C,
ou
consommer de l'énergie électrique et le produit chimique (devenu donc
réactant) C,
afin de produire les composés A et B. On entend donc par pile à hydrogène
réversible , une pile à combustible qui est apte à produire sélectivement :
- de l'hydrogène H2 suivant une première réaction R1 par décomposition d'un
fluide comprenant des atomes d'hydrogène H, et
- de l'énergie électrique et de la chaleur suivant une deuxième réaction R2
exothermique par recombinaison d'oxygène 02 et d'hydrogène H2.
La première réaction R1 est avantageusement réalisée quand la pile à
combustible 2 fonctionne en régime d'électrolyse. La première réaction R1 est
mise
en oeuvre dans la pile à combustible 2 quand celle-ci fonctionne selon un
premier
mode de fonctionnement F1 dit fonctionnement de charge .
1
R1: H20 + 2e- + Q -> 112 + -202
La deuxième réaction R2 est avantageusement réalisée quand la pile à
combustible 2 fonctionne en régime de décharge. La deuxième réaction R2 est
mise
en oeuvre dans la pile à combustible 2 quand celle-ci fonctionne selon un
deuxième
mode de fonctionnement F2, dit fonctionnement de décharge .
1
R2: H2 -F -202 -> H20 -F 2e- + Q
Date Reçue/Date Received 2023-12-01
9
La pile à combustible 2 fonctionne avantageusement, dans le premier et le
deuxième mode de fonctionnement F1, F2, à une température Ti dite
température
de fonctionnement nominal . La température de fonctionnement nominal Ti de la
pile à combustible 2 est par exemple proche de 8500, +/- 20%. Le
fonctionnement de
la pile à combustible à cette température Ti présente de nombreux avantages.
En
effet, cela permet de réduire la tension de fonctionnement, d'accélérer la
cinétique
des réactions dans la pile à combustible, de réduire les pertes énergétiques,
et de
d'utiliser un seul type de cellule réversible au lieu de deux dans un
fonctionnement à
basse température.
Selon un mode de réalisation, le système 1 comprend un dispositif de
chauffage 20, appelé deuxième dispositif de chauffage 20 propre à être
commandé
par un régulateur, pour chauffer la pile à combustible 2 à la température de
fonctionnement nominal Ti prédéfinie.
Le système 1 comprend, en outre, pour la pile à combustible 2, une vanne
pour l'admission et l'éjection de l'hydrogène 21, une vanne pour l'éjection de
l'oxygène 22, une vanne pour l'admission de l'oxygène 23 et une vanne pour
l'admission et l'éjection de l'eau 24.
Le premier dispositif de stockage 3 et le deuxième dispositif de stockage 4
sont raccordés à la pile à combustible 2 afin de stocker l'hydrogène H2
produit lors de
la première réaction R1 en régime d'électrolyse et de le restituer en tant que
réactif
de la deuxième réaction R2 pour alimenter la pile à combustible 2 en régime de
décharge.
Premier dispositif de stockage
Le premier dispositif de stockage 3 comprend un premier matériau M1 propre
à absorber de l'hydrogène H2 en formant avec l'hydrogène H2 un premier hydrure
métallique HM1 lorsque l'hydrogène H2 est à une première pression PO et une
température TO, dite température ambiante TO, et à libérer l'hydrogène H2 par
désorption à une deuxième pression P1, supérieure à la première pression PO.
On entend par hydrure un composé chimique constitué d'hydrogène H2 et
d'un autre élément encore moins électronégatif. Un hydrure métallique est donc
un
composé chimique constitué d'hydrogène H2 et d'un élément métallique M. Le
métal
composant l'hydrure métallique est avantageusement choisi afin de faciliter
l'absorption et la désorption de l'hydrogène H2, de maximiser la capacité de
stockage
Date Reçue/Date Received 2023-12-01
10
et de sélectionner une gamme de pression et de température de fonctionnement.
En
outre, l'hydrure métallique HM génère de la chaleur lors du stockage de
l'hydrogène
H2 et libère de l'hydrogène H2 lorsque l'hydrure métallique HM est chauffé. La
quantité
de chaleur générée par l'hydrure métallique HM lors du stockage de l'hydrogène
H2
est liée à une enthalpie propre à chaque hydrure métallique HM, notée AH et
dite
enthalpie standard de formation de l'hydrure métallique ou enthalpie
d'absorption/désorption de l'hydrure métallique ou plus simplement,
enthalpie
d'absorption de l'hydrure métallique . La valeur de l'enthalpie d'absorption
d'un
hydrure métallique HM est corrélée à la pente de la droite de Van't Hoff de
l'hydrure
métallique HM dans un diagramme de Van't Hoff. Autrement dit, plus la pente de
la
droite de Van't Hoff d'un hydrure métallique HM dans le diagramme de Van't
Hoff est
élevée en valeur absolue, plus l'enthalpie d'absorption de l'hydrure
métallique HM est
élevée en valeur absolue.
La première pression PO est, par exemple, égale à 1 bar.
La deuxième pression P1 est, par exemple, égale à 10 bars.
Le premier matériau M1 est, par exemple, choisi parmi le Lanthane, le Titane,
le Vanadium, le Nickel ou une combinaison de ces éléments, comme par exemple
le
LaNi5, le FeTi ou le FeTio,85Mn0,05. Un tel premier matériau M1 est propre à
absorber
de l'hydrogène H2 en formant avec l'hydrogène H2 un premier hydrure métallique
HM1
par exemple du type LaNi5H2, le FeTiH2 ou le FeTio,85Mno,051-12.
Selon un mode de réalisation, le système 1 comprend un dispositif de
chauffage 31, appelé premier dispositif de chauffage 31, pour chauffer le
premier
hydrure métallique HM1 du premier dispositif de stockage 3, de manière à faire
passer
la pression de l'hydrogène de la première pression PO à la deuxième pression
P1. Le
dispositif de chauffage 31 est adapté pour chauffer le premier dispositif de
stockage
3 jusqu'à une température T3, préférentiellement de 60 C.
Selon un mode de réalisation, le premier dispositif de stockage 3 comprend
une canalisation d'entrée/sortie 32 et une vanne 36. La vanne 36 est propre à:
- connecter la canalisation d'entrée/sortie 32 à une alimentation en
hydrogène
H2 du premier dispositif de stockage (décrite ci-après) pour mettre en oeuvre
l'absorption, ou
- connecter la canalisation d'entrée/sortie 32 à une évacuation d'hydrogène
H2 du premier dispositif de stockage 3 (décrite ci-après) pour mettre en
oeuvre la
désorption, ou
Date Reçue/Date Received 2023-12-01
11
- fermer la canalisation d'entrée/sortie 32 pour chauffer, sans le désorber,
l'hydrogène H2 stocké dans le premier dispositif de stockage 3.
Selon un mode de réalisation, le premier dispositif de stockage 3 comprend
une pluralité de cellules de stockage 35, comprenant chacune une vanne 36. La
vanne 36 de chaque cellule de stockage 35 est propre à être commandée pour
connecter la canalisation d'entrée/sortie 32 à l'alimentation en hydrogène H2
du
premier dispositif de stockage ou à l'évacuation d'hydrogène H2 du premier
dispositif
de stockage 3 de manière indépendante des autres cellules de stockage 35.
Ainsi,
chaque cellule de stockage 35 est propre à être alimentée en hydrogène H2 en
provenance de la pile à combustible 2, chauffé par le dispositif de chauffage
31 et
être déchargée en hydrogène H2 vers le deuxième dispositif de stockage 4. Le
nombre de cellules de stockage 35 du premier dispositif de stockage 3 est
déterminé
afin de produire, selon le premier mode de fonctionnement F1, un flux de
transfert
d'hydrogène H2 souhaité entre le premier dispositif de stockage 3 et le
deuxième
dispositif de stockage 4.
Deuxième dispositif de stockage
Le deuxième dispositif de stockage 4 comprend un deuxième matériau M2,
différent du premier matériau M1. Le deuxième matériau M2 est propre à
absorber
de l'hydrogène H2 en formant avec l'hydrogène H2 un deuxième hydrure
métallique
HM2 lorsque l'hydrogène H2 est à la deuxième pression P1.
Le deuxième dispositif de stockage 4 est ainsi propre à stocker l'hydrogène
H2 quand celui-ci est à une pression égale à la deuxième pression P1 de
désorption
de l'hydrogène H2 par le premier dispositif de stockage 3.
Préférentiellement, le deuxième hydrure métallique HM2 présente une
enthalpie d'absorption supérieure en valeur absolue à une enthalpie
d'absorption du
premier hydrure métallique HM1 . Avantageusement, l'enthalpie d'absorption du
deuxième hydrure métallique HM2 est au moins deux fois supérieure (en valeur
absolue) à l'enthalpie d'absorption du premier hydrure métallique HM1.
Ainsi, le deuxième hydrure métallique HM2 du deuxième dispositif de
stockage 4 est capable de stocker de l'hydrogène H2 à plus haute pression que
le
premier hydrure métallique HM1 du premier dispositif de stockage 3 et donc de
stocker une plus grande quantité d'hydrogène (à masse de matériau
équivalente). De
plus, le deuxième hydrure métallique HM2, du deuxième dispositif de stockage
4, est
Date Reçue/Date Received 2023-12-01
12
capable de stocker de l'hydrogène H2 en générant une chaleur plus importante
que
la chaleur générée lors du stockage de l'hydrogène H2 par le premier hydrure
métallique HM1, du premier dispositif de stockage 3.
Le deuxième matériau M2 est, par exemple, choisi parmi le Magnésium ou le
Sodium, ou une combinaison de ces éléments, comme par exemple le Mg, NaMg,
Mg2Fe, Mg2. Le deuxième hydrure métallique HM2 peut être choisi parmi les
composés de la famille du magnésium tels que MgH2, NaMgH2, Mg2Fel-16, Mg2NiH4.
L'hydrure de magnésium est particulièrement intéressant car il présente une
très
grande capacité d'absorption d'hydrogène H2 et qu'il génère une grande
quantité de
lo chaleur au cours du processus de stockage par absorption à une pression
égale à la
deuxième pression P1 de désorption de l'hydrogène H2 par le premier dispositif
de
stockage 3.
Par exemple, l'enthalpie d'absorption de l'hydrure de magnésium MgH2 est de
-75,2 kJ/mol tandis que l'enthalpie d'absorption de l'hydrure de lanthane-
nickel
LaNi5H2 est de -30,8 kJ/mol (les valeurs négative étant dues au référentiel du
matériau qui dégage de la chaleur au cours de l'absorption). L'hydrure de
magnésium
dégage donc une plus grande quantité de chaleur au cours de l'absorption de
l'hydrogène H2 que l'hydrure de lanthane-nickel.
Le tableau ci-dessous résume des propriétés de certains hydrures pouvant
être utilisés :
Quantité AH (enthalpie Densité de Température
d'hydrogène stocké standard de formation stockage de d'équilibre ( C)
à 1
(%masse) kJ/mol) chaleur (kWh/kg) bar de
pression
LaNi51-12 1,38 30,8 0,02 25
(premier
hydrure)
MgH2 7,7 75 0,78 280
(deuxième
hydrure)
Selon un mode de réalisation, le système 1 comprend un premier échangeur
thermique 41 qui permet de chauffer le deuxième hydrure métallique HM2 du
deuxième dispositif de stockage 4 et, par-là, favorise la désorption de
l'hydrogène H2
stocké dans le deuxième dispositif de stockage 4 quand la pile à combustible 2
fonctionne selon le deuxième mode de fonctionnement F2, et de chauffer l'eau
Date Reçue/Date Received 2023-12-01
13
alimentant la pile à combustible 2 lorsque la pile à combustible 2 fonctionne
dans le
premier mode de fonctionnement F1. Avantageusement, le premier échangeur
thermique 41 est propre à provoquer une désorption de l'hydrogène H2 du
deuxième
dispositif de stockage 4 à une température T4 de 300 C, +/- 25%. En outre, le
premier
échangeur thermique 41 est propre à chauffer l'eau alimentant la pile à
combustible
2, à la température T4.
Selon un mode de réalisation, le deuxième dispositif de stockage 4 comprend
une cellule 42, une canalisation interne 43 et avantageusement une vanne 44.
La
canalisation interne 43 est propre à recevoir l'hydrogène H2 désorbé par le
premier
lo dispositif
de stockage 3. La vanne 44 est adaptée pour connecter la cellule 42 à la
canalisation interne 43. Optionnellement, le deuxième dispositif de stockage 4
comprend plus d'une cellule 42, et une vanne 44 par cellule 42, de manière à
pouvoir
connecter indépendamment chaque cellule 42 à la canalisation interne 43.
Le système 1 comprend, en outre, un réseau de canalisations. Le réseau de
canalisations comprend : une canalisation pour le transport de l'hydrogène 6a,
6b,
une canalisation pour le transport de l'eau 7a, 7b, et une canalisation pour
le transport
de l'oxygène 9, ainsi qu'un deuxième échangeur thermique 81, une vanne de
raccordement 5, un condenseur 61 et un réservoir d'eau 71.
La canalisation pour le transport de l'hydrogène 6a, 6b, transporte
l'hydrogène
H2 entre la pile à combustible 2 et/ou le premier dispositif de stockage 3
et/ou le
deuxième dispositif de stockage 4. La canalisation pour le transport de
l'hydrogène
6a, 6b communique avec la vanne pour l'admission et l'éjection de l'hydrogène
21 de
la pile à combustible 2 et avec le premier et le deuxième dispositif de
stockage 3, 4.
Plus précisément, la canalisation pour le transport de l'hydrogène 6a, 6b,
comprend
un canal de charge 6a et un canal de décharge 6b.
Le canal de charge 6a s'étend depuis la vanne pour l'admission et l'éjection
de l'hydrogène 21 jusqu'à la vanne 36 du premier dispositif de stockage 3. Le
canal
de charge 6a passe dans le deuxième échangeur thermique 81, puis dans le
condenseur 61. Le deuxième échangeur thermique 81 permet un échange de chaleur
entre l'hydrogène H2 produit par la pile à combustible 2 et l'eau alimentant
la pile à
combustible 2. L'échange de chaleur entre l'hydrogène H2 produit par la pile à
combustible 2 et l'eau alimentant la pile à combustible 2 permet à l'eau
alimentant la
pile à combustible 2 de recevoir de la chaleur et d'atteindre la température
T2. Le
Date Reçue/Date Received 2023-12-01
14
condenseur 61 sépare par condensation l'eau résiduelle de l'hydrogène H2
circulant
dans le canal de charge 6a. En effet, l'hydrogène généré par la pile à
combustible 2
est mélangé avec de l'eau résiduelle qui n'a pas été consommée par la pile à
combustible 2 lorsque la pile à combustible 2 fonctionne dans le premier mode
de
fonctionnement F1. Le canal de charge 6a, est connecté au premier dispositif
de
stockage 3 et plus précisément à la vanne 36 du premier dispositif de stockage
3 afin
d'alimenter le premier dispositif de stockage 3 avec l'hydrogène H2 produit
pas la pile
à combustible 2. Enfin, le canal de charge 6a connecte la vanne 36 du premier
dispositif de stockage 3 à la vanne de raccordement 5 du deuxième dispositif
de
stockage 4.
Le canal de décharge 6b s'étend depuis la vanne de raccordement 5 jusqu'à
la vanne pour l'admission et l'éjection de l'hydrogène 21. Le canal de
décharge 6b
passe par le deuxième échangeur thermique 81. Optionnellement, le canal de
décharge 6b connecte aussi la canalisation d'entrée/sortie 32 du premier
dispositif de
stockage 3 à la vanne pour l'admission et l'éjection de l'hydrogène 21.
La canalisation pour le transport de l'eau 7a, 7b, communique avec la vanne
pour l'admission et l'éjection de l'eau 24 de la pile à combustible 2 et le
premier et le
deuxième dispositif de stockage 3, 4. Plus précisément, la canalisation pour
le
transport de l'eau 7a, 7b, comprend un canal d'eau de charge 7a et un canal
d'eau
de décharge 7b.
Le canal d'eau de charge 7a s'étend depuis le condenseur 61 jusqu'au
réservoir d'eau 71 d'une part et jusqu'au dispositif de chauffage 31 du
premier
dispositif de stockage 3 d'autre part. Ensuite, le canal d'eau de charge 7a
connecte
le réservoir d'eau 71 à la vanne pour l'admission et l'éjection de l'eau 24 en
passant
par le premier échangeur thermique 41 puis par le deuxième échangeur 81.
Le canal d'eau de décharge 7b s'étend depuis la vanne pour l'admission et
l'éjection de l'eau 24 jusqu'au premier échangeur thermique 41. Le canal d'eau
de
décharge 7b passe à travers le deuxième échangeur thermique 81. Ensuite, le
canal
d'eau de décharge 7b communique avec le réservoir d'eau 71 en passant
optionnellement dans un échangeur thermique additionnel 83 afin d'alimenter un
réseau d'eau chaude externe. De plus, le réseau d'eau de décharge 7b connecte
le
réservoir d'eau 71 au dispositif de chauffage 31 du premier dispositif de
stockage 3.
La canalisation pour le transport de l'oxygène 9 communique avec la vanne
pour l'éjection de l'oxygène 22, la vanne pour l'admission de l'oxygène 23, et
une
Date Reçue/Date Received 2023-12-01
15
source externe d'oxygène (non représentée). La source externe d'oxygène peut
être
l'air ambiant. En effet, la source externe peut fournir au système 1 de
l'oxygène pur
ou de l'air comprenant de l'oxygène mais dont seulement l'oxygène participe à
la
deuxième réaction R2. Plus précisément, la canalisation pour le transport de
l'oxygène 9 s'étend depuis la source externe d'oxygène et jusqu'à la vanne
pour
l'admission de l'oxygène 23 en traversant un échangeur thermique air/air 82.
Puis la
canalisation pour le transport de l'oxygène 9 connecte la vanne pour
l'éjection de ou
l'oxygène 22 avec l'atmosphère en traversant l'échangeur thermique air/air 82.
Selon un mode réalisation, le système 1 comprend un régulateur 200 propre
à commander :
- le deuxième dispositif de chauffage 20 pour maintenir la pile à
combustible
2 à la température de fonctionnement nominal Ti de la pile à combustible 2,
- le premier dispositif de chauffage 31, pour chauffer le premier
dispositif de
stockage 3 de manière faire passer la pression de l'hydrogène H2 de la
première
pression PO à la deuxième pression P1 et/ou à provoquer la désorption de
l'hydrogène H2 par le premier dispositif de stockage 3,
- le premier échangeur 41, de sorte à alternativement chauffer le deuxième
hydrure métallique HM2 du deuxième dispositif de stockage 4 et, par-là, à
provoquer
la désorption de l'hydrogène H2 stocké dans le deuxième dispositif de stockage
4,
quand la pile à combustible 2 fonctionne selon le deuxième mode de
fonctionnement
F2, ou à chauffer l'eau alimentant la pile à combustible 2 lorsque la pile à
combustible
2 fonctionne dans le premier mode de fonctionnement F1,
- chaque vanne 36 de cellule 35 pour la connexion de la canalisation
d'entrée/sortie 32 au canal de charge 6a ou au canal de décharge 6b,
- chaque vanne 44 de cellule 42 pour la connexion à la canalisation interne
43, et
- la vanne de raccordement 5 pour connecter la canalisation interne 43 du
deuxième dispositif de stockage 4 au canal de charge 6a ou au canal de charge.
Mode de fonctionnement de charge
La figure 2 représente schématiquement la configuration dans laquelle se
trouve le système 1 lorsque la pile à combustible 2 fonctionne selon le
premier mode
de fonctionnement F1. Et la figure 4A illustre les étapes principales de la
mise en
Date Reçue/Date Received 2023-12-01
16
oeuvre du procédé utilisant ce système 1, dans le premier mode de
fonctionnement
Fi.
Comme présenté précédemment, le premier mode de fonctionnement Fi est
le mode de fonctionnement dit de charge , mettant en oeuvre la première
réaction
Ri. La première réaction R1 est une réaction d'électrolyse qui produit de
l'hydrogène
H2 et de l'oxygène 02, moyennant un apport en eau, et en énergie, sous forme
d'énergie électrique et de chaleur. Afin de mettre en oeuvre la première
réaction R1 il
est donc nécessaire d'alimenter la pile à combustible 2 en énergie électrique
depuis
une source d'énergie.
La pile à combustible 2 produit au cours d'une étape d'électrolyse (étape EO)
un mélange comprenant de l'hydrogène H2 gazeux et de la vapeur d'eau. La
vapeur
d'eau est constituée d'eau résiduelle qui n'a pas été consommée par la
première
réaction Ri. Le mélange hydrogène/eau produit par la pile à combustible 2 est
à la
première pression PO de 1 bar et à la température fonctionnement nominal Ti
lorsque
le mélange hydrogène/eau passe par la vanne pour l'admission et l'éjection de
l'hydrogène 21 de la pile à combustible 2.
Une partie de la chaleur du mélange hydrogène/eau est transmise grâce au
deuxième échangeur thermique 81, à l'eau circulant dans le canal d'eau de
charge
7a de la pile à combustible 2, qui alimente en eau la pile à combustible 2, de
manière
à faire passer l'eau de la température T4 à une température T2, supérieure à
la
température T4. En effet, la pile à combustible 2 est avantageusement
alimentée en
eau à la température T2. La température T2 est préférentiellement de 800 C +/-
15%.
L'autre partie de la chaleur du mélange hydrogène/eau circulant dans le canal
de
charge 6a peut, par la suite, être transmise au premier dispositif de stockage
3.
Le mélange comprenant l'hydrogène H2 et la vapeur d'eau est envoyé dans
un condenseur 61 afin de séparer l'hydrogène H2 de la vapeur d'eau. C'est donc
de
l'hydrogène H2 gazeux à la première pression PO et la température TO, en
provenance
du condenseur 61 qui est transmis au premier dispositif de stockage 3.
Le premier dispositif de stockage 3 stocke l'hydrogène H2 à la première
pression PO, au cours d'une étape d'absorption (étape El 1) par le premier
matériau
du premier dispositif de stockage 3, en formant l'hydrure métallique HM1. La
vanne
36 connecte alors le canal de charge 6a à la canalisation d'entrée 32 du
premier
dispositif de stockage 3 afin de remplir le dispositif de stockage 3
d'hydrogène H2 en
provenance de la pile à combustible 2. Une fois que l'absorption (étape Ell)
est
Date Reçue/Date Received 2023-12-01
17
réalisée, la vanne 36 est fermée, c'est-à-dire qu'elle ne connecte plus la
canalisation
d'entrée/sortie 32 aux canaux de charge 6a.
Puis, l'hydrure métallique HM1 est chauffé (étape E12) au moyen du dispositif
de chauffage 31 jusqu'à la température T3. Le chauffage de l'hydrure
métallique HM1
du premier dispositif de stockage 3 induit une augmentation de la pression de
l'hydrogène H2 à l'intérieur de l'hydrure métallique HM1 du premier dispositif
de
stockage 3. De manière avantageuse, à la température T3, l'hydrure métallique
HM1
est à la pression Pl.
Une fois que l'hydrogène stocké sous forme d'hydrure métallique HM1 a
atteint la pression Pi, la vanne 36 est commandée pour connecter la
canalisation
d'entrée/sortie 32 du dispositif de stockage 3 au canal de charge 6a en aval
du
premier dispositif de stockage 3 pour libérer l'hydrogène H2.
Alors, le premier dispositif de stockage 3 libère (étape E13) l'hydrogène H2
stocké dans l'hydrure métallique HM1 par désorption. L'hydrogène H2 est libéré
à la
température T3 et à la pression Pl.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de chauffage 31 du premier
dispositif de stockage 3 chauffe (étape E12) l'hydrure métallique HM1 au moyen
de
la chaleur en provenance de la vapeur d'eau constituée d'eau résiduelle qui
n'a pas
été consommée par la première réaction R1.
Selon un mode de réalisation, le premier dispositif de stockage 3 comprend
au moins trois cellules 35, et par exemple quatre cellules 35. Chaque cellule
35 est
raccordée à une canalisation d'entrée/sortie respective 32. En outre, le
premier
dispositif de stockage 3 comprend un module de commande (non représenté)
propre
à commander de manière individuelle pour chaque cellule 35:
- la connexion de la canalisation d'entrée/sortie 32 au canal de charge 6a
en amont et ainsi l'absorption de l'hydrogène H2 (étape El 1) ;
- la fermeture individuelle de la vanne 36 au cours du chauffage de
l'hydrure
métallique HM1 par le dispositif de chauffage 31 (étape E12), et
- la connexion de son canal d'entrée/sortie 32 au canal de charge 6a en
aval
et ainsi la désorption de l'hydrogène H2 (étape El 3).
Ainsi, chaque cellule 35 du premier dispositif de stockage 3 est propre à
sélectivement
absorber (étape El 1) et libérer (étape El 3) de l'hydrogène H2 indépendamment
des
autres cellules 35 du premier dispositif de stockage 3. De cette manière, le
premier
dispositif de stockage 3 peut libérer (étape El 3) de l'hydrogène H2 à la
deuxième
Date Reçue/Date Received 2023-12-01
18
pression P1 et à la température T3 afin d'alimenter d'un flux continu en
hydrogène H2
le deuxième dispositif de stockage 4 au cours du fonctionnement de la pile à
combustible 3, selon le premier mode de fonctionnement F1. En effet, une
pluralité
de cellule 35 fonctionnant de manière indépendante les unes des autres permet
de
commander l'absorption d'une cellule 35 après l'autre jusqu'au remplissage du
premier dispositif de stockage 3 et la désorption d'une cellule 35 après
l'autre pour
permettre remplissage du deuxième dispositif de stockage 4.
L'hydrogène H2 désorbé (étape E13) par le premier dispositif de stockage 3 à
la
pression P1 et à la température T3 est transmis, par l'intermédiaire du canal
de
lo charge 6a (aval) au deuxième dispositif de stockage 4 afin d'être stocké
par celui-ci.
La vanne de raccordement 5 connecte le deuxième dispositif de stockage 4 au
canal
de charge 6a. Le deuxième dispositif de stockage 4 stocke (étape E2) par
absorption
l'hydrogène H2 en provenance du premier dispositif de stockage 3 à la pression
P1.
Le deuxième dispositif de stockage 4 stocke l'hydrogène H2 libéré par le
premier
dispositif de stockage 3 à la même vitesse que le premier dispositif de
stockage 3
libère (étape E13) l'hydrogène H2 qu'il a précédemment stocké.
L'absorption de l'hydrogène H2 à la pression P1 par le deuxième dispositif de
stockage 4 génère de la chaleur. Au moins une partie de la chaleur produite
par cette
absorption (étape E2) est transmise (étape E3) à la pile à combustible 2. A
cet effet,
le premier échangeur thermique 41 du deuxième dispositif de stockage 4
transmet la
chaleur, produite par l'absorption de l'hydrogène H2 par le deuxième
dispositif de
stockage 4, à la pile à combustible 2 par l'intermédiaire de l'eau présente
dans le
canal d'eau de charge 7a. L'eau chauffée circulant dans le canal d'eau de
charge 7a
en aval du deuxième dispositif de stockage 4 est à la température T4. Le canal
d'eau
de charge 7a traverse ensuite le deuxième échangeur thermique 81 pour recevoir
de
la chaleur de l'hydrogène et ainsi atteindre la température T2. Le canal d'eau
de
charge 7a alimente enfin la pile à combustible 2 en eau à la température
d'alimentation T2, +1- 20%. Une telle température permet d'atteindre un
optimum de
rendement énergétique global dans la pile à combustible 2. La quantité
d'énergie
électrique requise par la première réaction R1 est alors plus faible et une
partie au
moins de la chaleur nécessaire à la première réaction R1 peut efficacement
être
apportée par l'eau circulant dans le canal d'eau de charge 7a.
Date Reçue/Date Received 2023-12-01
19
Ainsi, la chaleur générée par l'absorption de l'hydrogène H2 à la pression P1
par le deuxième dispositif de stockage 4 est suffisamment importante pour
chauffer
l'eau circulant dans le canal d'eau de charge 7a de telle sorte que la
température de
l'eau circulant dans le canal d'eau de charge 7a soit, en aval du deuxième
dispositif
de stockage 4, à la température de deuxième dispositif T4 et alimente la pile
à
combustible 2 à la température d'alimentation T2, +/- 20%. En d'autres termes,
l'absorption de l'hydrogène H2 à la pression P1 par le deuxième dispositif de
stockage
4 génère la quantité de chaleur nécessaire pour vaporiser l'eau alimentant la
pile à
combustible 2 lorsque la pile à combustible 2 fonctionne dans le premier mode
de
fonctionnement Fi.
Selon un mode de réalisation, l'eau résiduelle issue de la séparation de
l'hydrogène H2 et de la vapeur d'eau par le condenseur 61 est stockée dans un
réservoir 71 et alimente ensuite le canal d'eau de charge7a.
Selon un mode de réalisation, l'oxygène 02 produit par la première réaction
R1 est à la température fonctionnement nominal Ti. Une partie de la chaleur de
cet
oxygène 02 est transmise grâce à l'échangeur thermique air/air 82, à l'oxygène
alimentant la pile à combustible 2, circulant dans le circuit d'alimentation
en oxygène
en amont de la pile à combustible 2. De cette manière, l'oxygène 02 qui
alimente la
pile à combustible 2 est à la température T2, +/-20% à la vanne pour
l'éjection de
l'oxygène 22 de la pile à combustible 2.
Mode de fonctionnement de décharge
La figure 3 représente schématiquement la configuration dans laquelle se
trouve le système 1 décrit précédemment lorsque la pile à combustible 2
fonctionne
selon un deuxième mode de fonctionnement F2. Et la figure 4B illustre les
étapes
principales de la mise en oeuvre du procédé utilisant ce système 1 dans le
deuxième
mode de fonctionnement F2.
Comme présenté précédemment, le deuxième mode de fonctionnement F2
est le mode de fonctionnement dit de décharge. En fonctionnement de décharge,
la
pile à combustible 2 met en oeuvre la deuxième réaction R2. La deuxième
réaction
R2 est un mode pile à combustible 2 qui produit de l'électricité et
avantageusement
de la chaleur en consommant de l'hydrogène H2 et de l'oxygène.
La deuxième réaction R2 étant une réaction exothermique, elle produit de la
chaleur et de l'eau qui transporte cette chaleur. L'eau produite par la
deuxième
Date Reçue/Date Received 2023-12-01
20
réaction R2 est à la vanne pour l'admission et l'éjection de l'eau 24 de la
pile à
combustible 2 à la température fonctionnement nominal Ti. L'eau transite dans
le
canal d'eau de décharge 7b et alimente (étape E4) en chaleur le premier
échangeur
thermique 41 du deuxième dispositif de stockage 4.
De plus, l'eau du canal d'eau de décharge 7b transmet de la chaleur à
l'hydrogène H2 du canal de décharge 6b qui alimente la pile à combustible 2
grâce au
deuxième échangeur thermique 81, de manière à ce que l'hydrogène H2 soit à la
température T2, +/-20% à la vanne pour l'admission et l'éjection de
l'hydrogène 21
de la pile à combustible 2.
Selon un mode de réalisation, l'eau qui transite dans le canal d'eau de
décharge 7b alimente (étape E5) également le dispositif de chauffage 31 du
premier
dispositif de stockage 3. Avantageusement, le canal d'eau de décharge 7b
alimente
le premier échangeur thermique 41 puis le dispositif de chauffage 31. Le
premier
échangeur thermique 41 et le dispositif de chauffage 31 chauffent
respectivement les
premier et deuxième hydrures métalliques HM2 et HM1, respectivement à la
température T4 et la température T3 ce qui permet de libérer par désorption
(étape
E6) l'hydrogène H2 stocké dans chacun du deuxième dispositif de stockage 4 et
du
premier dispositif de stockage 3. L'hydrogène H2 est préférentiellement
désorbé de
chacun du premier dispositif de stockage 3 et du deuxième dispositif de
stockage 4 à
la première pression PO. L'utilisation d'une partie de la chaleur produite par
la
deuxième réaction R2, transportée par l'eau produite par la pile à combustible
2, pour
libérer par désorption (étape E6) l'hydrogène H2 stocké dans le deuxième
dispositif
de stockage 4 et le premier dispositif de stockage 3 concourt à améliorer le
rendement
énergétique global du système 1 jusqu'à atteindre une valeur de l'ordre de
50%.
L'hydrogène H2 désorbé du deuxième dispositif de stockage 4, et
optionnellement du premier, dispositif de stockage 3, alimente (étape E7) la
pile à
combustible 2 grâce au canal de décharge 6b. L'hydrogène H2 à la vanne pour
l'admission et l'éjection de l'hydrogène 21 de la pile à combustible 2 est à
la
température T2, +/-20%, et à la première pression PO.
Selon un mode de réalisation, l'eau transportant la chaleur produite par la
deuxième réaction R2 dans le canal d'eau de décharge 7b alimente une
installation
externe (non représentée), par exemple de chauffage domestique, au moyen d'un
échangeur thermique additionnel 83.
Date Reçue/Date Received 2023-12-01
21
Selon un mode de réalisation, l'eau du canal d'eau de décharge 7b est stockée
dans un réservoir 71 après avoir alimenté (étape E4) le premier échangeur
thermique
41 en chaleur. Optionnellement, le réservoir 71 stocke l'eau du canal d'eau de
décharge 7b après que l'eau a transité par le deuxième dispositif de stockage
4 et
par l'installation externe, puis alimente (étape E5) le dispositif de
chauffage 31. De
cette manière la chaleur transportée par l'eau du canal d'eau de décharge 7b
est
préférentiellement transmise au deuxième dispositif de stockage 4 et à
l'installation
externe. En effet le premier dispositif de stockage 3 nécessite seulement
d'être
chauffé à une température T3, inférieure à la température T4 pour libérer
(étape E6)
l'hydrogène I-12.
Selon un mode de réalisation, et de la même manière que dans le premier
mode de fonctionnement F1, une portion d'oxygène 02 a été consommée par le
deuxième réaction R2 mais l'oxygène 02 qui n'a pas été consommé par la
deuxième
réaction R2 est à la température de fonctionnement nominal Ti à la vanne pour
l'éjection de l'oxygène 22.Une partie de la chaleur de l'oxygène 02 qui n'a
pas été
consommé est transmise grâce à l'échangeur thermique air/air 82b, à la
canalisation
pour le transport de l'oxygène 9 (non visible sur la figure 3) transportant
l'oxygène
vers la pile à combustible 2. De cette manière, l'oxygène 02 qui alimente la
pile à
combustible 2 est à la température T2, +/-20% à la vanne pour l'admission de
l'oxygène 23 de la pile à combustible 2.
Les valeurs de température et de pression ne sont pas limitatives, elles sont
un exemple de valeurs et d'autres valeurs peuvent être utilisées.
L'invention combine avantageusement la technologie des piles à combustible
et des hydrures métallique.
Le système 1 fonctionne de façon réversible en fonction des besoins, par
exemple du réseau de distribution électrique.
L'utilisation du premier dispositif de stockage 3 permet la compression de
l'hydrogène produit par la pile à combustible 2 en utilisant la chaleur de la
réaction
endothermique (première réaction R1) et ainsi l'absorption de l'hydrogène par
le
deuxième dispositif de stockage 4. Le premier dispositif de stockage 3 est dit
dispositif
de stockage basse température car la température de stockage TO du premier
dispositif de stockage 3 est inférieure à la température T3 qui est la
température de
stockage du deuxième dispositif de stockage 4.
Date Reçue/Date Received 2023-12-01
22
Et l'utilisation d'un dispositif de stockage basse température 3 pour résoudre
les problèmes de fonctionnement selon le premier mode de fonctionnement F1
augmente, en outre, les capacités de stockage en hydrogène du système 1. En
effet,
quand la pile à combustible 2 fonctionne selon le deuxième mode de
fonctionnement
F2, le dispositif de stockage basse température 3 désorbe également
l'hydrogène
qu'il stocke pour alimenter la pile à combustible 2.
Date Reçue/Date Received 2023-12-01
