Brevet FR2274865A1 — publié le 19760109

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif permettant de remplir en gaz liquéfié à basse température jusqu'à un niveau maximal autorisé un réservoir isolé thermiquement du milieu ambiant par un calorifugeage. L'extension des techniques cryogéniques pose le. problème dl remplissage des réservoirs destinés au stockage d'un liquide bouillant sous la pression atmosphérique à des températures très inférieures à OOC. A titre d'illustration on peut noter les points d'ébullition sous pression atmosphérique normale de. 760 mm de mercure de quelques liquides cryogéniques stockables dans des réservoirs : éthane - 103 C; méthane - 1600C; oxygène - 183 C; azote - 196 C; hydrogène .-2530C. Pour réduire les évaporations des liquides stockés on isole thermiquement les réservoirs et lorsqu'on veut réduire l'encom- brement,en particulier lorsqu'ils sont montés à bord de véhicules on cherche à obtenir la meilleure isolation avec un poids et un volume minima. E4bituellement on utilise des réservoirs constitués par deux enveloppes métalliques concentriques séparée par un espace dans lequel on dispose des éléments convenables pour réduire l'effet du rayonnement et dans lequel on pratique un vide poussé. Les règlements en vigueur dans la plupart des pays exigent que les réservoirs cryogéniques maintenus sous pression ne soient que partiellement remplis de liquide de manière à réserver une partie du volume du réservoir à la phase gazeuse. Ce "creux" est destiné à permettre la dilatation du liquide sous l'action de la chaleur qui pénètre dans le réservoir de manière que lorsque la pression interne atteint la pression de tarage des soupapes, ces dernières laissent échapper du gaz et non du liquide. Geci suppose bien entendu que le réservoir conserve une orientation pratiquement constante vis-à-vis de la verticale, ce qui est le cas notamment lorsqu'il s'agit d'un réservoir monté à bord d'un véhicule. Dans ces conditions le problème se pose de l'arret du remplissage d'un réservoir cryogénique à une cote déterminée bien précise pour respecter cette prescription. On a pensé à utiliser, comme pour les réservoirs destinés à contenir des liquides ordinaires, des jauges de niveau du type à flotteur avec transmission des indications sur un cadran au moyen d'un dispositif électrique. Cependant, l'utilisation de tels systèmes sur des liquides cryogéniques présente plusieurs inconvénients - Certains éléments tels que le flotteur et les articulatinns sont fortement influencés par les basses températures et par la pression. Guette influence peut aller jusqu'à la mise hors service de la jauge. - Des précautions spéciales doivent être prises avec le système de transmission électrique pour assurer une sécurité totale lorsque le liquide stocké est un produit inflammable. - La position du flotteur pour un niveau donné dépend de la densité du produit, densité qui pour un même produit varie avec la température et, quand il s'agit d'un mélange de plusieurs corps, comme c'est le cas pour le gaz naturel liquéfié (GND), varie avec la composition dudit mélange. Il ressort de ces considérations, confirmées par l'expérience, qu'on ne peut se fier à un indicateur de niveau classique pour arrêter le remplissage à une cote déterminée précise d'un réservoir alimenté en gaz liquéfié à basse température . En cas de déréglage ou de panne il est nécessaire d'ouvrir le réservoir pour procéder au remplacement de l'indicateur ce qui entrain la destruction du vide donc de l'isolation et constitue une charge insupportable. L'objet de l'invention est de résoudre le problème du remplissage à un niveau déterminé précis d'un réservoir pour gaz liquéfié à basse température et cela de façon fiable, sans avoir à intervenir à l'intérieur du réservoir, même en cas de défaillance éventuelle du dispositif utilisé. Le procédé de remplissage conforme à l'invention se caractérise en ce qu'en vue de déterminer avec précision et fiabilité le niveau de remplissage maximal autorisé du réservoir, on remplit le réservoir "en pluie" par des moyens, tels par exemple qu'une rampe, qui débouchent dans le réservoir sensible ment à la hauteur dudit niveau de remplissage maximal, on suit la baisse progressive de pression dans le réservoir au cours de la plus grande partie de l'opération de remplissage, on détecte le relèvement de la pression au moment de l'immersion desdits moyens de remplissage dans le gaz liquéfié, et l'on arrête l'opération de remplissage consécutivement à cette détection du relèvement de la pression. Lorsqu'on procède de cette manière on constate en effet après une première augmentation de pression passagère en début de remplissage, la pression dans le réservoir baisse progressivement au fur et à mesure que le réservoir se remplit, du fait d'une condensation partielle de la phase gazeuse présente dans le réservoir par suite de l'introduction du gaz liquefié plus froid provenant de la cuve de stockage. Par contre dès que les moyens de remplissage,tels par exemple qu'une rampe, sont immergés dans le gaz liquéfié lorsque le niveau de remplissage dans le réservoir atteint le niveau de la rampe, la pression starrête de décroître et remonte. On est donc assuré à ce moment que le réservoir est rempli jusqu' au niveau de la rampe.Par suite en ayant pris soin de disposer cette dernière sensiblement à la hauteur du niveau de remplissage maximal, et par exemple légèrement n dessous de ce niveau pour tenir compte du temps de réponse du système, on est str en arrêtant le remplissage au point de la courbe de pression où celle-ci remonte après avoir progressivement diminué , que l'on a rempli le réservoir jusqu'au niveau maximal autorisé. L'invention se rapporte en outre à un dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé ci-dessus décrit, ce dispositif comprenant des moyens d'injection qui peuvent être reliés au moment du remplissage du réservoir à des moyens d'approvisionnement en gaz liquéfié, lesdits moyens d'injection étant situés sensiblement à la hauteur du niveau maximal autorisé de remplissage, et des moyens de détection permettant de suivre l'évolution de la courbe de la pression régnant dans le réservoir au cours du remplissage. Avantageusement les moyens de détection commandent des moyens de coupure qui arrêtentautomatiquement le remplissage du réservoir lorsque la pression régnant dans le réservoir, après avoir décru progressivement amorce une remontée.De cette façon on obtient un dispositif très fiable et l'on est assuré qu' aucun phénomène parasite ne perturbera les indications fournies qui traduisent des phénomènes physiques fondamentaux. En outre aucun risque de panne interne au réservoir ne peut exister, les moyens de détection de la pression étant avantageusement montés sur le flexible lié au poste de remplissage et non sur le réservoir lui-meme. Selon un mode de réalisation préféré les moyens de coupure comprennent un capteur de pression mesurant la pression régnant dans le réservoir, par exemple en détectant la pression régnant au niveau du conduit de remplissage, un circuit dérivateur attaqué par le signal provenant dudit capteur, une mémoire susceptible de mémoriser un signal négatif issu dudit circuit dérivateur et un circuit ET qui lorsqu' il reçoit ledit signal négatif mémorisé et un signal positif issu dudit circuit dérivateur engendre un signal de fonctionnement des moyengde coupure. L'invention apparaîtra plus clairement à l'aide de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique - illustrant le remplissage d'un réservoir de gaz liquéfié à basse température conformément à l'invention; - la figure 2 représente la courbe d'évolution de la pression dans le réservoir en cours de remplissage; dans cette figure on a porté en abscisses la hauteur du niveau de remplissage et en ordonnées la pression régnant à l'intérieur du réservoir; - la figure 3 est une vue en coupe transversale à travers la rampe de pulvérisation utilisée pour le remplissage du réservoir; - la figure 4 est un schéma illustrant un dispositif d'arrêt de remplissage automatique employant des moyens de détection et de signalisation électroniques. On se reportera tout d'abord à la figure 1 dans laquelle on a répéré en 10 un réservoir caiorifugé susceptible de contenir un gaz liquéfié à basse température bouillant dans les conditions normales ambiantes de température et de pression, tel par exemple que du gaz naturel liquéfié (GND). On a supposé que le réservoir 10 était monté dans une orientation relativement bien définie notamment par rapport à la verticale, le réservoir 10 pouvant par exemple constituerle réservoir de combustible d'un véhicule automobile (non représenté). Le réservoir 10 est équipé suivant l'invention d'une rampe 11 de remplissage qui débouhe dans la partie haute du réservoir sensiblement horizontalement et à la hauteur H repérée sur la verticale z' z correspondant au niveau maximal de remplissage autorisé du réservoir. Cette hauteur H peut par exemple réserver environ 10% du volume libre du réservoir pour la phase gazeuse supérieure. La rampe il débouche à i'extérieur et par exemple au-dessus du réservoir par un conduit 12 obturé normalement par un clapet 13. Le clapet 13 est adapté pour permettre la connexion du conduit 12,par l'intermédiaire d'un clapet conjugué 14,avec un conduit 15 d'approvisionnement en gaz liquéfié. Le conduit 15 peut être constitué par l'extrémité d'un tuyau flexible 16 convenablement calorifugé et qui reçoit le GNL par l'intermédiaire d'une canalisation 17 et d'une pompe 18 en provenance d'une cuve de stockage 19 (non représentée). L'extrémité du flexible 16 peut comporter,à la manière des postes de délivrement d'essence, une manette 20 qui permet de commander manuellement l'opération de chargement. En 21 on a illustré une soupape de sécurité mettant la phase gazeuse du réservoir à l'atmosphère ou en relation avec un conduit d'évacuaticn convenable permettant la décompression du réservoir si la pression s'élève au-dessus des normes fixées. A la figure 3 on a montré en coupe transversale une réalisation d'une rampe 11 donnant toute satisfaction dans le cadre de l'invention, cette rampe étant constituée par un conduit de plusieurs centimètres de longueur pourvu d'une fente 22 d'environ 1 millimètre de largeur et dont le plan médian est incliné sensiblement à 450 sur le plan vertical. Lorsqu'on utilise une telle rampe de remplissage, on s'aperçoit , si le réservoir 10 contenait initialement une certaine quantité résiduelle 23 de gaz liquéfié, que la pression P (figure 2) évolue en croissant d'abord depuis lalpression initiale Pi existant en début de remplissage jusqu a une pression maximale PM qui est atteinte assez rapidement, après quoi la pression décrit régulièrement jusqu a une valeur minimale P m qui est atteinte au moment où le liquide atteint le niveau H de la rampe 11. Si l'opération de remplissage est poursuivie, la pression augmente alors rapidement. Dans les figures 1 et 2 on a repéré les hauteurs de liquide correspondant aux différentes pressions atteintes. Conformément à l'invention on met ce phénomène à profit pour, en détectant la pression P régnant dans le réservoir, ce qui peut être fait simplement en montant un capteur de pression 24 sur le flexible 16 du poste de remplissage, arrêter l'opération de remplissage lorsque la pression P ayant fini de décroitre et passant par la valeur minimale Pm recommence à croire. Dans ces conditions on est assuré que le niveau de remplissage atteint dans le réservoir 10 est sensiblement le niveau H désiré. Avantageusement on automatise la station de distribution pour que l'arr8t du remplissage se fasse après passage du point Pm, R. Un exemple d'automatisation du dispositif va être maintenant décrit en faisant référence plus spécifiquement à la figure 4 et à la figure 1. Le capteur 24 de pression permet de détecter la pression P régnant dans le réservoir et commande par l'intermédiaire d'un boîtier de contrôle électronique 25 l'ouverture et la fermeture d'une électro-vanne 26. Dans l'exemple envisagé le capteur 24 de pression situé dans la poignée de chargement peut etre du type à jauges de contrainte sur membranes déformables ou à capteur de déplacement ou à balance de force ou tout autre type pouvant délivrer une tension stable dans le temps pour une pression appliquée d'une façon continue. Le signal de tension électrique S1 envoyé par le capteur 24 et qui peut traduire par exemple entre 0 et une dizaine de mi1tivoIts une variation de pression allant de O à 10 bars attaque un amplificateur 27 de mise à l'échelle duquel sort un signal S2 pouvant par exemple varier de O à 15 volts lorsque la pression varie de O à 8 bars. Le signal S2 est lissé dans un filtre passebas 28 qui élimine ou du moins atténue les parasites.Le signal lissé S 3 attaque un dérivateur par exemple analogique ou digital 29. La sortie du dérivateur 29 attaque deux comparateurs 30, 31 à tension de référence nulle. Si la dérivée de la pression en fonction du temps (c'est-à-dire au cours du remplissage) est positive, la tension analogique S4 du dérivateur 29 commande le comparateur 31 qui délivre un signal logique S5. Si la dérivée est négative, c'est le comparateur 30 qui délivre un signal logique S6. Le signal S attaque une bascule 32 qui fait office de mémoire et qui délivre un signal S7 de façon continue lorsqublle a été attaquée par le signal S6. Les signaux S5 et S7 provenant respectivement du comparateur 31 et de la bascule 32 attaquent les deux entrées d'un circuit logique ET 33 qui délivre un signal S8 seulement lorsqu'il reçoit les deux signaux Sg et S7 commandant ainsi la fermeture de ltélectrovanne 26, laquelle restera fermée jusqu'au cycle deremplissage suivant d'un nouveau réservoir, au début duquel un mécanisme approprié de n'importe quel type connu commandera sa réouverture. Enfin en 34 on a schématisé une entrée de remise à zéro de la bascule 32 qui sera utilisée lors des opérations précédant un nouveau chargement. Le dispositif ci-dessus décrit fonctionne de la façon suivante. Après avoir branché les raccords desdapets 13 et 14, on peut procéder à l'opération de remplissage en actionnant la manette 20 de la poignée de chargement. L'électrovanne 26 est alors ouverte et le chargement s'effectue. La pression dans le réservoir commence à croître depuis la pression initiale Pi jusqu'à la pression maximale PM. Le circuit électronique réagit de sorte qu'un signal S5 est délivré au circuit ET 33 . Par contre il n'y a pas de signal S7 à l'autre entrée du circuit 33 puisque la pression n' a pas commencé par décroître avant de croitre. Après passage du point t , s la pression décroît dans le réser- voir de sorte que le signal S5 s'annule d'abord, après quoi la comparateur 30 engendre le signal S6 qui commande la bascule 32 qui engendre alors de façon continue le signal S7 qui attaque une entrée du circuit ET 33. Lorsque la pression passe par la pression minimale Pm puis se remet à crotte, le dérivateur 29 attaque le comparateur 31 qui délivre le signal S5. Le signal S7 mémorisé par la bascule 32 continue à attaquer la première entrée du circuit logique ET 33, de sorte que ce circuit engendre le signal S8 commandant la fermeture de la vanne 26 et la fin de l'opération de chargement. Pour une opération ultérieure de chargement-il suffira de remettre la bascule 32 dans son état initial par la remise à zéro 34. Bien entendu, de nombreuses variantes peuvent outre apportées au mode de réalisation illustré et décrit. C'est ainsi en particulier que l'automatisation de l'opération de fin de remplissage peut être obtenue par l'utilisation d'autres systèmes électroniques, ou non, équivalents à celui qui a été décrit plus précisément en relation avec la figure 4. C'est ainsi également que diverses sécurités peuvent être prévues pour éviter toute fausse manoeuvre, notamment au raccordement des conduits 12 et 16, en début de chargement si le réservoir 10 est chaud et ne contient pas en particulier une phase liquéfié résiduelle 23. C'est ainsi également que divers systèmes peuvent être prévus pour la maintenance en froid du flexible 16, par exemple en prévoyant une recirculation permanente du gaz liquéfié froid. C'est ainsi également que diverses sécurités peuvent être associées à un circuit particulier de comptage des quantités de gaz liquéfié délivré. De façon générale l'invention peut outre appliquée pour détecter un niveau haut toutes les fois qu'il s'agit de compléter le remplissage d'un réservoir contenant un liquide bouillant avec le même liquide qui est introduit à une température inférieure à celle d'ébullition dudit liquide sous la pression interne du réservoir. BlqrvenBiorl comprend donc tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont réalisées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Procédé de remplissage d'un réservoir de gaz liquéfié à basse température lequel réservoir est isolé thermnuement du milieu ambiant par un calorifugeage, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'en vue de déterminer avec précision et fiabilité le niveau de remplissage maximal autorisé du réservoir, on remplit le réservoir "en pluie" par des moyens, tels par exemple qu'une rampe, qui débouchent dans le réservoir sensiblement à la hauteur dudit niveau de remplissage maximal, on suit la baisse progressive de pression dans le réservoir au cours de la plus grande partie de l'opération de remplissage, on détecte le relèvement de la pression au moment de l'immersion dudit moyen de remplissage dans le gaz liquéfié, et lton arrête l'opération de remplissage consécutivement à cette détection du relèvement de la pression. 2. Dispositif permettant le remplissage en gaz liquéfié à basse température jusqu'à un niveau maximal autorisé d'un réservoir isolé thermiquement du milieu ambiant par un calorifugeage caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'injection qui peuvent entre reliés au moment du remplissage du réservoir à des moyens d'approvisionnement en gaz liquéfié, lesdits moyens d'injection étant situés sensiblement à la hauteur du niveau maximal autorisé de remplissage, et des moyens de détection permettant de suivre l'évolution de la courbe de la pression régnant dans le réservoir au cours du remplissage. 3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que lesdits moyens d'injection déversent le gaz liquéfié en pluie dans la phase gazeuse haute du réservoir. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou la revendication 3 caractérisé en ce que lesdits moyens d'injection sont constitués par une rampe de pulvérisation sensiblement horizontale située sensiblement à la hauteur du niveau maximal autorisé de remplissage. 5. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que ladite rampe est pourvue d'une fente horizontale débouchant vers le bas du réservoir et dont le plan médian est incliné sensiblement à 450 sur le plan vertical. 6. Dispositif selon llune des revendications 2 à 5 caractérisé en ce que lesdits moyens de détection de la pression sont montés sur le flexible de raccordement du poste de remplissage au réservoir, et par exemple sur la poignée de manoeuvre de chargement. 7. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 6 caractérisé en ce que lesdits moyens de détection commandent des moyens de coupure arrêtant automatiquement le remplissage du réservoir lorsque la pression régnant dans le réservoir, après avoir décru progressivement, amorce une remontée. 8. Dispositif selon la revendicatinn 7 caractérisé en ce que lesdits moyens de détection comprennent un capteur de pression mesurant la pression régnant dans le réservoir, par exemple en détec taft la presson regYzt aunLveau du conduit de remplissage, un circuit dérivateur attaqué par le signal provenant dudit capteur , et une mémoire susceptible de mémoriser un signal négatif issu dudit circuit dérivateur et un circuit ET qui lorsqu'il reçoit ledit signal négatif mémorisé et un signal positif issu dudit circuit dérivateur engendre un signal de fonctionnement desdits moyens de coupure. 9. Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce que ledit capteur transforme la mesure de pression en un signal électrique, par exemple de tension, ledit circuit dérivateur, par exemple du type analogique ou digital, commande deux comparateurs à tension de référence nulle qui engendrent chacun respectivement un signal suivant que la dérivée est positive ou négative, ledit signal correspondant à la dérivée négative attaquant une bascule qui fait office de mémoire précitée, et ledit circuit ET recevant le signal de la bascule et du comparateur relatif à la détection de la dérivée positive de la pression en fonction du temps.