Arrière-plan de l'invention

L'invention concerne un dispositif pour la génération de dihydrogène gazeux destiné notamment à alimenter une pile à combustible montée dans un aéronef.

Divers dispositifs de génération de dihydrogène permettant d'alimenter une pile à combustible sont connus de l'état de la technique. Il serait toutefois souhaitable de perfectionner ces dispositifs en les rendant plus compacts.

Il existe donc un besoin pour fournir de nouveaux dispositifs de génération de dihydrogène plus compacts que les dispositifs existants.

Il existe encore un besoin pour fournir des systèmes à pile à combustible compacts, destinés notamment à être intégrés dans un aéronef.

Obiet et résumé de l'invention

A cet effet, l'invention propose, selon un premier aspect, un dispositif de génération de dihydrogène gazeux comprenant :

un corps délimitant un volume intérieur dans lequel sont présents :

^■ un premier compartiment de stockage délimité par une première paroi, un matériau de stockage d'hydrogène étant destiné à être présent dans le premier compartiment,

^■ un deuxième compartiment de convoyage, le premier compartiment entourant le deuxième compartiment et étant séparé de ce dernier par une deuxième paroi, un système de convoyage étant présent dans le deuxième compartiment et étant configuré pour transporter le matériau de stockage d'hydrogène d'une entrée du deuxième compartiment communiquant avec le premier compartiment vers une sortie du deuxième compartiment, et ^■ un support de récupération en communication avec la sortie du deuxième compartiment et relié aux première et deuxième parois, ledit support étant configuré pour être mis en mouvement dans le premier compartiment, - un système de mise en mouvement permettant d'actionner le système de convoyage ainsi que le mouvement du support de récupération dans le premier compartiment, et

un système de chauffage configuré pour chauffer le deuxième compartiment

L'invention permet avantageusement de fournir un dispositif de génération de dihydrogène gazeux particulièrement compact et léger du fait d'un agencement particulier dans lequel les premier et deuxième compartiments sont placés dans la même enceinte, le premier compartiment entoure le deuxième compartiment et dans lequel le matériau de stockage d'hydrogène usagé (i.e. ayant été transformé sous l'effet de la chaleur afin de libérer le dihydrogène gazeux) est récupéré dans cette même enceinte. La solution proposée dans la présente invention permet ainsi de réduire très significativement l'encombrement du dispositif par rapport à une solution où le matériau de stockage d'hydrogène, le système de convoyage et le matériau de stockage d'hydrogène usagé seraient chacun présents dans une enceinte séparée.

Le support de récupération est destiné à récupérer le matériau de stockage d'hydrogène usagé. Le support de récupération peut, par exemple, être sous la forme d'un plateau de récupération. En variante, le support de récupération peut présenter un fond ayant une forme non plane, comme une forme concave ou convexe.

Dans un exemple de réalisation, le système de chauffage peut être configuré pour réaliser un chauffage par induction du deuxième compartiment, et en particulier du système de convoyage présent dans le deuxième compartiment. En variante, le système de chauffage peut être configuré pour réaliser un chauffage résistif du deuxième compartiment.

Dans un exemple de réalisation, le système de convoyage et le mouvement du support de récupération peuvent être configurés pour être actionnés par un même moteur du système de mise en mouvement.

Dans un exemple de réalisation, le système de mise en mouvement peut comporter au moins un moteur configuré pour actionner au moins le système de convoyage par l'intermédiaire d'un accouplement magnétique.

Un tel mode de réalisation permet avantageusement de conférer au corps une excellente étanchéité au dihydrogène.

Dans un exemple de réalisation, le système de convoyage peut être sous la forme d'une vis de convoyage.

Dans un exemple de réalisation, un premier bord du support de récupération peut être relié à l'une des première et deuxième parois par une liaison glissière et un deuxième bord dudit support peut être relié à l'autre des première et deuxième parois par une liaison hélicoïdale et les première et deuxième parois peuvent être configurées pour être mises en mouvement de rotation relatif l'une par rapport à l'autre par le système de mise en mouvement afin de mettre en mouvement le support de récupération le long de l'axe longitudinal du premier compartiment.

Dans un exemple de réalisation, un premier bord du support de récupération peut être relié à la première paroi par une liaison glissière et un deuxième bord dudit support peut être relié à la deuxième paroi par une liaison hélicoïdale et les première et deuxième parois peuvent être configurées pour être mises en mouvement de rotation relatif l'une par rapport à l'autre par le système de mise en mouvement afin de mettre en mouvement le support de récupération le long de l'axe longitudinal du premier compartiment. Dans ce cas, le système de mise en mouvement peut être configuré pour mettre en rotation la première paroi et la deuxième paroi peut être configurée pour rester fixe.

La présente invention vise également un système à pile à combustible comprenant :

- un dispositif tel que décrit plus haut, et

- une pile à combustible dont l'anode est reliée audit dispositif, cette anode étant destinée à être alimentée par du dihydrogène gazeux généré par ledit dispositif.

La présente invention vise également un aéronef équipé d'un système tel que décrit plus haut.

La présente invention vise également un procédé de génération de dihydrogène gazeux mettant en œuvre un dispositif tel que décrit plus haut dans lequel un matériau de stockage d'hydrogène est présent dans le premier compartiment, le procédé comportant l'actionnement du système de convoyage par le système de mise en mouvement afin de transporter le matériau de stockage d'hydrogène de l'entrée du deuxième compartiment vers la sortie du deuxième compartiment, le matériau de stockage d'hydrogène étant durant son transport dans le deuxième compartiment chauffé par le système de chauffage afin de générer le dihydrogène gazeux, le matériau de stockage d'hydrogène usagé étant récupéré par le support de récupération en sortie du deuxième compartiment.

Dans un exemple de réalisation, le matériau de stockage d'hydrogène peut être sous forme granulaire.

La présente invention vise également un procédé d'alimentation en dihydrogène d'une pile à combustible comprenant la génération de dihydrogène gazeux par mise en œuvre d'un procédé tel que décrit plus haut et l'acheminement du dihydrogène gazeux ainsi généré jusqu'à l'anode d'une pile à combustible.

Brève description des dessins

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :

- la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale d'un exemple de dispositif selon l'invention,

- la figure 2 représente un détail du dispositif de la figure 1, - la figure 3 représente un exemple de système selon l'invention, et

- la figure 4 est une représentation schématique d'une variante selon l'invention. Description détaillée de modes de réalisation

On a représenté à la figure 1 un exemple de dispositif 1 de génération de dihydrogène gazeux selon l'invention. Le dispositif 1 comporte un corps 2 délimitant un volume intérieur dans lequel est présent un premier compartiment de stockage 4 délimité latéralement par une première paroi 6. Le corps 2 s'étend le long d'un axe longitudinal X et est délimité longitudinalement par une paroi de fond 17a et par une paroi supérieure 17b. Le corps 2 comporte en outre une paroi latérale 17c entourant la première paroi 6 et le premier compartiment 4. Dans l'exemple illustré, l'axe X constitue aussi l'axe longitudinal du premier compartiment 4. Le premier compartiment 4 est délimité longitudinalement par un fond 5a du premier compartiment et par la paroi supérieure 17b. Un support de récupération, par exemple sous la forme d'un plateau de récupération 15 comme illustré, est présent dans le premier compartiment 4 et est configuré pour se déplacer le long de l'axe longitudinal X du premier compartiment 4 comme il sera détaillé plus bas. Bien entendu, on ne sort pas du cadre de l'invention lorsque le fond du support de récupération présente une forme non plane comme une forme concave ou convexe.

Un deuxième compartiment 8 de convoyage est présent dans le volume intérieur délimité par le corps 2. Le premier compartiment 4 entoure le deuxième compartiment 8. Le deuxième compartiment 8 s'étend selon l'axe longitudinal X du premier compartiment 4. Une paroi 9 entoure latéralement le deuxième compartiment 8. La paroi 9 présente un filetage hélicoïdal sur sa face située du côté du premier compartiment 4. La paroi 9 présente une première extrémité située du côté du fond 5a du premier compartiment 4. Une entrée 13a du deuxième compartiment 8 communiquant avec le premier compartiment 4 est située au niveau de cette première extrémité. De la même manière, la paroi 9 présente une deuxième extrémité située du côté de la paroi supérieure 17b. Une sortie 13b du deuxième compartiment 8 communiquant avec le premier compartiment 4 et avec le plateau 15 est située au niveau de cette deuxième extrémité.

Le premier compartiment 4 présente une partie inférieure 4a située entre le fond 5a du premier compartiment et le plateau 15. Un matériau de stockage d'hydrogène (non représenté) est destiné à être présent dans la partie inférieure 4a du premier compartiment 4. La partie inférieure 4a du premier compartimenta communique avec l'entrée 13a du deuxième compartiment 8. Le premier compartiment 4 présente, en outre, une partie supérieure 4b située entre le plateau 15 et la paroi supérieure 17b. le matériau de stockage d'hydrogène usagé (non^ représenté) est destiné à être présent dans la partie supérieure 4b du premier compartiment 4. La partie supérieure 4b du premier compartiment 4 communique avec la sortie 13b du deuxième compartiment 8. Comme illustré, la partie supérieure 4b du premier compartiment 4 est superposée à la partie inférieure 4a du premier compartiment 4. La partie supérieure 4b du premier compartiment 4 est située au-dessus de la partie inférieure 4a du premier compartiment 4. Les parties inférieure 4a et supérieure 4b du premier compartiment 4 sont décalées le long de l'axe longitudinal X du premier compartiment 4. Le plateau 15 sépare la partie inférieure 4a du premier compartiment 4 de la partie supérieure 4b du premier compartiment 4.

Le matériau de stockage de l'hydrogène peut être sous forme granulaire, par exemple sous la forme d'une poudre, de billes ou de pastilles. Le matériau de stockage d'hydrogène peut par exemple être du borazane (« Ammonia borane »). En variante, le matériau de stockage d'hydrogène peut se présenter sous la forme de billes encapsulant l'hydrogène, la paroi de ces billes étant apte à devenir perméable à l'hydrogène sous l'effet de la chaleur. Dans ce cas, la paroi des billes peut par exemple être en silice.

Un système de convoyage 11, dans l'exemple illustré sous la forme d'une vis de convoyage, est présent dans le deuxième compartiment 8 et est configuré pour transporter le matériau de stockage d'hydrogène de l'entrée 13a du deuxième compartiment 8 vers la sortie 13b du deuxième compartiment 8. La vis de convoyage 11 peut être à âme creuse ou pleine. La vis de convoyage 11 peut ou non être à pas variable. La vis de convoyage 11 peut être formée d'un matériau métallique, par exemple d'un acier, apte à être chauffé par induction. Comme illustré, la vis de convoyage 11 s'étend dans l'exemple illustré le long de l'axe longitudinal X. La vis de convoyage 11 est configurée pour transporter le matériau de stockage d'hydrogène le long de l'axe longitudinal X. La vis de convoyage 11 comporte un arbre 12 destiné à être mis en rotation autour de l'axe longitudinal X par un système de mise en mouvement (non représenté) lequel comprend un ou plusieurs moteurs. La vis de convoyage 11 définit une spirale hélicoïdale lia permettant lors de la rotation de l'arbre 12 de transporter le matériau de stockage de l'hydrogène dans le deuxième compartiment 8 le long de l'axe longitudinal X. Dans l'exemple illustré, l'arbre 12 de la vis de convoyage 11 traverse la paroi de fond 17a au niveau d'un orifice 19 et est relié à un moteur du système de mise en mouvement situé à l'extérieur du corps 2. Un système d'étanchéité comme une garniture mécanique peut être présent au niveau de l'orifice 19 afin d'assurer l'étanchéité au dihydrogène généré.

Dans l'exemple illustré, la vis de convoyage 11 et le mouvement du plateau de récupération 15 sont actionnés par un même moteur du système de mise en mouvement. La description qui suit détaille cet aspect. L'arbre 12 est configuré pour entraîner en rotation la première paroi 6. Plus précisément, l'arbre 12 est configuré pour entraîner en rotation la première paroi 6 par l'intermédiaire d'un système d'engrenages comprenant par exemple une roue dentée interne 20a coopérant avec une ou plusieurs roues dentées externes 20b. La roue dentée interne 20a est située du côté de l'arbre 12 et la ou les roues dentées externes 20b coopèrent avec la première paroi 6. Avantageusement, le système d'engrenage constitue un train épicycloïdal comprenant une roue dentée interne 20a et plusieurs roues dentées externes 20b, la paroi 6 étant elle- même dentée. On ne sort pas du cadre de l'invention lorsque le système d'engrenages comporte plusieurs roues dentées internes chacune de ces roues dentées internes étant reliée à une roue dentée externe. Par conséquent, lorsque le système de mise en mouvement impose à l'arbre 12 un mouvement de rotation, ce mouvement de rotation est transmis par l'intermédiaire du système d'engrenages à la première paroi 6. Un même moteur du système de mise en mouvement permet donc d'actionner à la fois le système de convoyage et la rotation de la première paroi 6. La rotation de la première paroi 6 permet, quant à elle, d'actionner le mouvement du plateau 15 dans le premier compartiment 4. En effet, le plateau 15 présente un premier bord 15a relié à la première paroi 6 par une liaison glissière 16. Ainsi, la première paroi 6 présente plusieurs rainures s'étendant le long de l'axe X le long desquelles le plateau 15 peut coulisser. Le plateau 15 présente un deuxième bord 15b relié à la deuxième paroi 9 par une liaison hélicoïdale. Le système de mise en mouvement est configuré pour mettre en rotation l'arbre 12 lequel est configuré pour entraîner en rotation la première paroi 6. Durant la mise en rotation de la première paroi 6, la deuxième paroi 9 et la paroi latérale 17c du corps 2 restent fixes. La rotation de la première paroi 6 autour de l'axe longitudinal X conduit le plateau 15 à effectuer un mouvement de translation selon l'axe longitudinal X combiné à un mouvement de rotation autour de l'axe longitudinal X. On ne sort pas du cadre de l'invention lorsque le système de mise en mouvement comporte un premier moteur configuré pour actionner le système de convoyage et un deuxième moteur, distinct du premier, configuré pour actionner la rotation de la première paroi et le mouvement du plateau de récupération dans le premier compartiment. On ne sort pas du cadre de l'invention lorsqu'un bord du plateau de récupération est lié à la deuxième paroi par une liaison glissière et lorsqu'un autre bord du plateau est lié à la première paroi par une liaison hélicoïdale et lorsque le système de mise en mouvement est configuré pour mettre les première et deuxième parois en mouvement de rotation relatif afin de mettre en mouvement le plateau selon l'axe longitudinal X. Dans ce cas, le système de mise en mouvement peut être configuré pour mettre en rotation la deuxième paroi autour de l'axe X et la première paroi peut rester fixe.

Le dispositif 1 comporte en outre un système de chauffage configuré pour chauffer le deuxième compartiment 8. On a représenté à la figure 2 un exemple de système de chauffage utilisable. Dans l'exemple illustré, le dispositif 1 comporte un inducteur 18 permettant de réaliser un chauffage par induction de la vis de convoyage 11 et par conséquent du deuxième compartiment 8. Comme illustré, l'inducteur 18 s'étend le long de l'axe longitudinal X. L'inducteur 18 entoure la vis de convoyage 11. Dans l'exemple illustré, l'inducteur 18 est logé dans l'épaisseur de la paroi 9 laquelle est perméable au champ électromagnétique. L'invention n'est toutefois pas limitée à un système de chauffage permettant de chauffer le deuxième compartiment par induction. En effet, il est en variante possible d'utiliser un chauffage résistif afin de chauffer le deuxième compartiment. Dans ce dernier cas, un ou plusieurs fils résistifs chauffants peuvent être présents dans le deuxième compartiment ou à proximité de ce dernier.

Le procédé de génération de dihydrogène mettant en œuvre le dispositif 1 illustré à la figure 1 va à présent être décrit. Initialement, le matériau de stockage d'hydrogène est présent dans la partie inférieure 4a du premier compartiment 4, la partie supérieure 4b du premier compartiment 4 est dépourvue de matériau de stockage d'hydrogène usagé et, comme illustré à la figure 1, le plateau 15 est positionné au niveau de la sortie 13b du deuxième compartiment 8 (position haute). Le système de mise en mouvement est alors actionné afin d'imposer une rotation à la vis de convoyage 11 autour de l'axe longitudinal X. Du fait de la rotation de la vis de convoyage 11, le matériau de stockage d'hydrogène présent à l'entrée 13a du deuxième compartiment 8 est transporté vers la sortie 13b du deuxième compartiment 8. Durant son transport au travers du deuxième compartiment 8, le matériau de stockage d'hydrogène est chauffé par le système de chauffage afin de libérer du dihydrogène gazeux. Par ailleurs, comme expliqué plus haut, la mise en rotation de l'arbre 12 de la vis de convoyage 11 impose, simultanément au transport du matériau de stockage d'hydrogène, la mise en rotation de la première paroi 6 autour de l'axe longitudinal X et par conséquent le déplacement du plateau 15 de récupération vers le bas. Ainsi, au fur et à mesure du transport du matériau de stockage d'hydrogène dans le deuxième compartiment 8, le volume de la partie inférieure 4a du premier compartiment 4 diminue et le volume de la partie supérieure 4b du premier compartiment 4 augmente. La somme du volume de la partie inférieure 4a et du volume de la partie supérieure 4b est constante durant le procédé de génération de dihydrogène gazeux. Après la traversée du deuxième compartiment 8, le matériau de stockage d'hydrogène usagé est récupéré par le plateau 15 en sortie du deuxième compartiment 8. Au fur et à mesure de la génération de dihydrogène, la partie supérieure 4b du premier compartiment 4 se remplit en matériau de stockage d'hydrogène usagé et la partie inférieure 4a du premier compartiment se vide en matériau de stockage d'hydrogène. Le dihydrogène généré est évacué au travers d'un ou plusieurs orifices d'évacuation (voir orifice 29 à la figure 3) présents sur la paroi supérieure 17b. Une fois le procédé de génération d'hydrogène terminé, le dispositif est ouvert en retirant la paroi supérieure 17b et le matériau de stockage d'hydrogène usagé est évacué du premier compartiment. Le plateau 15 est alors retiré et un chargement de matériau de stockage d'hydrogène est introduit dans le premier compartiment en vue de la prochaine utilisation. Le plateau 15 est ensuite repositionné dans le premier compartiment puis le dispositif est refermé par placement de la paroi supérieure 17b, le dispositif étant ainsi prêt pour une nouvelle utilisation.

On a représenté à la figure 3 un exemple de système à pile à combustible selon l'invention. Un tel système comporte un dispositif 1 selon l'invention, par exemple tel qu'illustré à la figure 1, ainsi qu'une pile à combustible 30. La pile à combustible 30 comporte une cathode 32, un électrolyte 34 ainsi qu'une anode 36. Comme illustré à la figure 3, l'anode 36 communique avec l'orifice d'évacuation 29 présent sur la paroi supérieure 17b du dispositif 1 par l'intermédiaire du canal 28. Le dihydrogène généré est acheminé au travers du canal 28 depuis l'orifice d'évacuation 29 vers l'anode 36. Dans un exemple de réalisation, on peut ajouter entre l'orifice d'évacuation 29 et l'anode 36, un dispositif de filtration du dihydrogène et éventuellement un détendeur ainsi qu'une vanne, par exemple une électro-vanne.

Le système selon l'invention peut avantageusement être présent dans un aéronef, par exemple afin d'alimenter différents systèmes secondaires de l'aéronef (systèmes n'assurant pas le déplacement de l'aéronef) comme le système de ventilation de la cabine, les cuisines présentes dans l'aéronef ou le système de dégivrage de l'aéronef. En variante, le système selon l'invention peut être présent dans un aéronef et peut fournir de l'énergie utile pour le déplacement de l'aéronef. L'énergie produite par ledit système peut par exemple être utilisée pour réaliser une phase de roulage et/ou une phase de vol. Le système selon l'invention peut, en particulier, être intégré à un aéronef à propulsion électrique. Le système selon l'invention peut encore faire partie du groupe auxiliaire de puissance d'un aéronef. La mise en œuvre du système selon l'invention est avantageuse dans la mesure où elle permet d'éviter la consommation de carburant fossile.

On a représenté à la figure 4 une variante de réalisation dans laquelle un même moteur M du système de mise en mouvement est configuré pour actionner le système de convoyage et le mouvement du support de récupération par l'intermédiaire d'un accouplement magnétique. Dans l'exemple illustré à la figure 4 la paroi de fond 17'a est présente entre un premier élément magnétique rotatif 25a et un deuxième élément magnétique rotatif 25b. Le premier élément magnétique 25a est présent à l'extérieur du corps 2 et le deuxième élément magnétique 25b est présent à l'intérieur du corps 2 et est connecté à l'arbre de la vis de convoyage 11. Il n'y a pas de contact mécanique entre le premier élément magnétique 25a et le deuxième élément magnétique 25b. Le moteur M du système de mise en mouvement impose une rotation au premier élément magnétique 25a. Du fait de cette rotation, le deuxième élément magnétique 25b est entraîné en rotation autour de l'axe X (accouplement magnétique), ce qui a pour effet de mettre en rotation de la vis de convoyage 11 et donc d'actionner le système de convoyage. La rotation de l'arbre de la vis de convoyage 11 entraîne par ailleurs en rotation un système d'engrenages comprenant par exemple, comme illustré, une roue dentée interne 20'a coopérant avec une ou plusieurs roues dentées externes 20'b , ces dernières coopérant avec la première paroi 6, la paroi 6 étant elle-même dentée. Par conséquent, lorsque le système de mise en mouvement impose un mouvement de rotation au deuxième élément magnétique 25b, ce mouvement de rotation est transmis par l'intermédiaire du système d'engrenages à la première paroi 6, ce qui permet d'actionner le mouvement du plateau 15 dans le premier compartiment 4. Dans l'exemple illustré, le premier bord 15a du plateau 15 est relié à la première paroi 6 par une liaison glissière 16 et le deuxième bord 15b du plateau 15 est relié à la deuxième paroi 9 par une liaison hélicoïdale 16a. Dans cet exemple de réalisation, la deuxième paroi 9 demeure fixe lors de la rotation de la première paroi 6.

Cette solution mettant en oeuvre un accouplement magnétique fournit avantageusement une excellente étanchéité au dihydrogène généré du fait de la mise en œuvre d'une paroi de fond 17'a non percée et constitue une solution plus simple à réaliser que celle employant une garniture mécanique. L'expression « compris(e) entre ... et ... » ou « allant de ... à

... » doit se comprendre comme incluant les bornes.