La Pile à combustible Shadock

[leusca]

Amis Foromeurs bonjour !

Pour me présenter succinctement et mettre du contexte, je suis ingénieur en conception mécanique indépendant. En raison de cette particularité de l’indépendance, je me retrouve régulièrement à changer de mission, et ainsi à travailler pour différents clients dans des domaines variés : aérospatiale, aéronautique, automobile, ... , et dernièrement énergie.

Mon sujet en cours concerne des piles à combustibles hydrogène.
Pour fonctionner, ces piles ont besoin d’une amenée d’air forcé ; fonction réalisée par un compresseur centrifuge électrique.
Dans son fonctionnement nominal, le compresseur est alimenté en continu, et assure un très important flux d’air.
Point important, la pression à l’intérieur de la pile doit être précisément maîtrisée.
On pourrait au choix faire varier la puissance injectée dans le compresseur électrique, ou faire varier la section de sortie de la pile, mais là n’est pas le sujet.

Ce qui me pose problème vient de la dernière mise à jour de l’architecture du circuit. Une turbine de « récupération » de la pression de sortie de pile a été ajouté.
Turbine montée sur l’arbre du compresseur, à la façon d’un turbo automobile.



Je suis bien embêté et je suis le seul à voir un problème vis-à-vis du second principe de la thermodynamique. Pour moi, c’est du même acabit que l’installation d’une éolienne sur le toit d’une voiture (que l’architecte du circuit trouve pertinent ).

Est-ce que quelqu’un peut faire la démonstration que ce circuit est vraiment possible ? Ou faire la démonstration inverse ?

Merci
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[XK150]

Bonjour ,

A la place de " moteur électrique " , j'ai l'impression qu'il faut lire " générateur électrique " ??? A confirmer .

Si " générateur électrique " , l'énergie qu'il va produire provient du compresseur à l'entrée : donc , aucun intérêt , sinon introduire des pertes .

[sh42]

Bonsoir,

Si la pile à combustible fait monter l'air de réfrigération de 700° C, il n'est pas " idiot " de récupérer une partie de l'énergie de cet air pour le réinjecter dans le compresseur. Si c'est quelques dizaines de degrés, c'est à oublier sauf si ce système permet de " gérer " le problème de la pression à l'intérieur de la pile.

[leusca]

Je ne pensais pas obtenir des réponses aussi rapidement !

Il faut bien lire "Moteur Électrique".
Je n'ai pas mis de données chiffrées car elles sont un peu confidentielles. Je vais donner des ordres de grandeur. Le moteur fait environ une vingtaine de kilowatts.

Une pile à combustible produit de la chaleur, avec un rendement de 50 à 60 %. L'air de sortie s'élève d'une dizaine de degrés, mais il n'y a pas d'élévation de pression. Au contraire, la pile crée une perte de charge sur le circuit d'air. C'est bien pour ça que je ne comprends pas l'intérêt du "récupérateur".

Je ne connais aucun autre cas où une récupération d'énergie est volontairement créée par un moteur électrique.

[A voir en vidéo sur Futura]

[XK150]

Incompréhensible : un moteur électrique envoie de l'énergie mécanique à une une turbine récupératrice ????

Revient à dire : j'ajoute un moteur électrique sur l'axe de ma turbine Pelton ! C'est sûr , c'est du jamais vu ....

[Kondelec]

Bonjour

Ce système est tout a fait censé, tu précises toi même qu'il faut :
- Assurer un certain débit pour refroidir la pile
- Maintenir une certaine surpression dans l'équipement
Le moteur électrique doit donc apporter une puissance correspondant à débit *pression*rendement, que la détente se fasse avec une vanne "passive" ou avec une turbine, sauf qu'avec une turbine il y a récupération d'une partie de la puissance.

[sh42]

Bonjour,

Une dizaine de degrés, ce n'est pas l'augmentation du volume des gaz qui va apporter beaucoup d'énergie.

Je présume que la pression en entrée de la pile à combustible ne doit pas être énorme.

Alors, intellectuellement, il y a de la récupération d'énergie à faire. Pratiquement, c'est peut-être autre chose. Mais parfois, il n'y a pas de petite économie.

Personnellement dans ce système de 2 turbines, j'y verrai plus une maîtrise de la pression à l'intérieur de la pile à combustible.

[Kondelec]

Ce n'est pas l'augmentation du volume qui apporte de l’énergie, c'est plutôt le fait de ne pas la perdre avec un système passif.

[leusca]

Merci pour vos réponses

Ce qui me dérange c'est que je ne trouve pas d'exemple dans l'industrie ou ailleurs, d'un système qui produise un travail avec un moteur électrique, puis qu'on cherche à récupérer ce travail pour alimenter le moteur électrique (en même temps)

Peut être dans une soufflerie à circuit fermée ? Mais pas sûr que ce soit fait pour ça

[Kondelec]

Tu ne trouve pas d'exemple parce que généralement on dimensionne le surpresseur ou la pompe pour faire uniquement circuler le fluide La pression en début du circuit est suffisante pour contrer les pertes de charge, mais pas plus.
Est-ce que tu connais cette valeur de surpression ?

[leusca]

En effet, les circuits classiques servent généralement à faire circuler le fluide et rien d'autre.
Dans le cas de la fuel cell, le compresseur sert à garantir un débit d'air et maintenir une pression pour améliorer le rendement de réaction.

J'ai tracé 4 petits schémas pour comprendre :

Le premier présente le système initial. La vanne de sortie est parfaitement calibrée pour permettre le bon débit à la bonne pression en fonction de la puissance moteur.
pile à combustible-1.gif

Le second présente le même système avec une grande sortie, qui augmenterait le débit q et qui obligerait le moteur à fournir plus de puissance pour maintenir la pression.
pile à combustible-2.gif

Le troisième montre le premier avec un système de récupération du flux de sortie. Tout système agissant comme un frein, viendrait réduire le débit.
pile à combustible-3.gif

Enfin le quatrième montre la combinaison des trois et démontre que la puissance initial du moteur et bien retrouvé. Il n'y a pas de surconsommation lié à la récupération d'énergie (j'espère ne pas faire d'erreur).
pile à combustible-4.gif

Cette conclusion est en désaccord avec ce qui est démontré ici
https://blogautomobile.fr/voiture-eolienne-120017
extrait :
"On ne peut pas récupérer de l’énergie en utilisant un mouvement volontairement créé : il ne s’agit pas d’énergie gratuite."

merci pour votre participation

[polo974]

Oublie l'histoire voiture+éolienne.

Ici, on veut juste récupérer l'énergie en sortie de pile du flux d'air sortant.
Le but n'est pas de couvrir tout le besoin, mais de réduire le besoin.

Mais en fait, si en plus ça chauffe bien dans la pile, on pourrait dire qu'on à affaire à un turbo réacteur... et du coup, le moteur élec ne servirait qu'au démarrage...

[Kondelec]

Ce système est en accord avec la voiture éolienne mais il y a une subtilité : Ici tu fixes volontairement le travail à l'entrée, donc pour reprendre l'exemple de la voiture c’est un peu comme si tu fixais une puissance de 100cv sur le moteur de la voiture, mais également que tu apportes la contrainte de ne pas dépasser 20 km/h.

La seule solution pour respecter ces 2 contraintes serait de freiner le véhicule, soit avec un frein passif (un parachute), soit actif (une éolienne). La 2eme solution permet de récupérer une partie de la puissance consommée.