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Contrôleur d'un turbocompresseur et humidification active de l'air pour des piles à combustible

Le sujet du présent travail concerne la gestion de l'alimentation en air d'une pile à combustible. Un nouveau turbocompresseur spécialement développé pour fournir le débit d'air nécessaire à la pile à combustible a été caractérisé. De plus, plusieurs solutions d'humidification active de l'air en sortie du compresseur ont été évaluées.

Le compresseur étudié est une turbomachine sur palier à air développée spécialement pour l'application sur une pile à combustible d'une puissance d'environ 40kW. Le compresseur et son variateur ont été installés sur un banc d'essai dans le cadre du projet de Bachelor. Le compresseur et le banc ont été commandés par un automate Beckhoff via l'application TwinCat et l'add-on Scope View. Une cartographie liant le rapport de pression d'entrée et de sortie du compresseur ainsi que le débit massique de l'air a été établie via un algorithme Matlab. Les iso-courbes de rendement ont pu être construites grâce aux fonctions Gridfit de M. D'Errico.

L'humidification de l'air pour une pile à combustible est généralement réalisée au moyen d'échangeurs d'humidité passifs sans contrôle. En revanche, ce sont des composants encombrants, coûteux, peu robustes et surtout qui ne permettent pas un contrôle direct du niveau d'humidité. Dans ce projet une étude de trois solutions actives de nébulisation d'eau tempérée à l'aide de buses ont été comparées et testées sur la ligne d'approvisionnement en air pour un stack de pile à combustible avec l'objectif d'optimiser les conditions de la réaction physico-chimique de la pile à combustible. Les développements et mesures effectués sur le banc d'essai sont cohérents.

La cartographie est en accord avec les données du fabriquant. Le banc de test pourra être utilisé à l'avenir pour d'autres cartographies grâce à sa précision de 98 % pour un ratio de pression de 1 à 2 et un débit de 10g/s à 75g/s. L'étude du procédé d'humidification a permis de dégager trois grands axes de recherches prometteurs pour la suite.