Brevet FR2508596A1 — publié le 19821231

La présente invention concerne un récipient pour gaz sous pression, particulièrement destiné au stockage d'hydrogène par réaction gaz-solide, comportant un récipient individuel tubulaire rempli d'une masse de stockage ou un récipient individuel avec structure en faisceaux, une amenée de gaz, un tube d'entrée ou de sortie de gaz et un collecteur de gaz. On connaît déjà des réservoirs d'hydrogène, qui servent au logement de métaux de stockage et qui se composent de récipients tubulaires, dans lesquels ces recipients sont parcourus depuis l'extérieur par un fluide échangeur de chaleur, ce fluide pouvant également être guidé à l'intérieur du récipient par l'intermédiaire d'un système de tubes On obtient une possibilité de charge et de décharge Un inconvénient de ce dispositif connu réside cependant en ce que des parties importantes du volume se trouvent trop éloignées de la paroi du récipient ou bien se trouvent écartées des systèmes de tube, de sorte que l'on ne peut obtenir une adsorption ou une désorption effice par action du froid ou de la chaleur Pour cette raison, dans les dispositifs connus, le diamètre des récipients est inférieur ou égal à 30 mm En utilisant des surfaces d'échange de chaleur agrandies de cette façon, on obtient de très bons temps de charge et de décharge, mais cependant il en résulte des coûts importants Ceci se produit plus pour les unités en faisceaux, car en plus de la fabrication d'une pluralité de petits récipients, il est nécessaire de prévoir un collecteur de gaz compliqué et coûteux. Un autre inconvénient fondamental provient de l'agencement géométrique des récipients individuels 2 2508596 dans les processus de charge et de décharge Comme les poudres métalliques présentent une conduction thermique particulièrement mauvaise, les parties de volume directemnent ajdacentes aux surfaces d'échange de chaleur sont encore relativement bien concernées La poudre métallique se trouvant plus éloignée du centre est cependant thermiquement influencée avec des rendements amoindris, de sorte que les processus de charge et de décharge de ces parties de volume ont lieu dans une proportion considérablement augmentée Il est d'ailleurs connu dans la fabrication des récipients à hydrogène de mélanger le métal de stockage sous forme pulvérulente à des matières conductrices de la chaleur, par exemple une poudre d'aluminium aussi fine que possible Ces matières additionnelles rapportées dans une production pondérale de 5 à 10 % exercent un effet certain par formation d'une matrice, mais il en résulte une perte du volume de stockage actif Il existe de plus un risque de ségrégation Dans les réservoirs d'hydrogène connus sous forme de récipients tubulaires individuels il n'est de même pas à exclure que la poudre métallique sédimente partiellement, de sorte qu'il en résulte des zones de densités différentes et éventuellement des vides En particulier, ce comportement se trouve lors de l'utilisation sur des véhicules à cause de l'influence des vibrations et d'une pluralité de processus de charge et de décharge. Si Le remplissage de poudre se sépare de la surface intérieure du récipient tubulaire sous l'action d'un tassement, le transfert de chaleur dans ce domaine est réduit de façon correspondante Un tassement indésirable par gonflement du récipient jusqu'à la rupture accroît considérablement le risque d'accident (voir Philips Research Reports Suppl 1976, 1, S 26). Afin d'améliorer l'échange de chaleur dans les réci- pients à hydrogène avec réception et délivrance d'hy- drogène, il a déjà été proposé, notamment par-la demande de brevet allemand N 25 58 690, que les réci- pients présentent avantageusement une section circulai- re, qui se réduit constamment le long d'un circuit d'énergie dans le sens de l'écoulement ou qui se réduit par gradins lors d'écoulements transversaux On doit attendre de cette disposition un effet d'échange adapté à la répartition de température, mais il en résulte une augmentation des coûts de fabrication par suite de la réduction de l'espace disponible. Pour égaliser le courant de décharge d'hydrogène, on connaît déjà des récipients, notamment destinés à des températures élevées (température de dégazage comprise entre 500 et 700 C), dont les récipients individuels tubulaires sont parcourus transversalement par le courant de décharge de gaz et dans lesquels le courant de décharge de gaz est soumis entre autres à des cascades Un processus agit localement et de façon limitée pour un apport de chaleur hautement efficace. Dans le cas d'un apport de chaleur asymétrique, il a pour conséquence que des tensions thermiques différentes sont engendrées, ce qui entraîne une déformation progressive et une détérioration du réservoir. On sait que par l'action de l'hydrogène,la masse de stockage se décompose en particules très fines (inférieures ou égales à 1 m) Il en résulte lors du prélèvement d'hydrogène le risque que la masse de stockage soit emmenée par le courant de gaz et que par exemple le fonctionnement d'un véhicule en soit influencé Il est usuel de prévoir des filtres métalliques frittés à cet effet On ne peut cependant pas exclure que ces filtres soient bouchés par la pénétration de la masse de stockage et que le courant gazeux en soit influencé. L'objet de la présente invention est de créer un réci- pient pour gaz sous pression destiné à être utilisé dans la technologie de l'hydrogène, qui présente un fonctionnement sur la base d'une réaction gaz-solide aussi bien qu'une capacité spécifique élevée, un faible poids, une capacité de chargement et de déchargement rapide et efficace, une durée de vie longue et une grande sécurité; de plus, l'objet de l'invention est de permettre une standardisation des différentes unités, aussi bien pour une utilisation fixe qu'une utilisation mobile. A cette fin, selon l'invention un récipient pour gaz sous pression particulièrement destiné au stockage d'hydrogène par réaction gaz-solide, comportant un récipient individuel tubulaire rempli d'une masse de stockage ou un récipient individuel structuré en fais- ceaux, une amenée de gaz, un tube de chargement ou de déchargement en gaz et un collecteur de gaz, est carac- térisé en ce que des parois de cloisonnement dirigées radialement par rapport à l'axe de récipient sont agencées dans ledit récipient individuel, ces parois présentant des pattes extérieures cylindriques et s'appliquant de façon étanche sous précontrainte contre la paroi interne du récipient et en ce que les parois de cloisonnement présentent des pattes intérieures par lesquelles elles entourent de façon étanche un tube à gaz central De préférence, entre les parois de cloisonnement et à un pas plus grand que celui des parois de cloisonnement, sont disposées des parois 2508596 d'obturation en métal à point de fusion élevé ou en une matière non combustible Ces parois de cloisonnement peuvent constituer un corps à double paroi préfabriqué en forme de palets garni d'une masse active de stockage. Les surfaces intérieure et extérieure du tube du récipient et des parois de cloisonnement peuvent être recouvertes d'un revêtement métallique très conducteur. Le tube à gaz peut être pourvu d'une pluralité de trous transversaux remplis de laine métallique et être obturé par un bouchon de laine céramique comprimée par rapport à un disque de filtration métallique. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est un mode de réalisation d'un récipient à gaz sous pression selon l'invention, en coupe longitu- dinale. La figure 2 montre en coupe longitudinale, un réci- pient selon l'invention à un seul tube. Sur la figure 1, le tube réservoir 1, obturé par un ca- puchon d'obturation arrière 2 et un capuchon d'obtura- tion avant 3, contient une masse active de stockage 4, subdivisée par des parois de cloisonnement 5 Les pa- rois de cloisonnement 5 en position radiale sont pres- sées de façon étroite et individuelle par leurs pattes extérieures 6 cylindriques contre la surface intérieure du tube réservoir 1 Les parois de cloisonnement 5 sont pourvues d'une patte intérieure 7,qui repose de façon étanche contre la paroi du tube à gaz 8 Ce tube à gaz 8, pourvu de trous transversaux 9, est rempli sur sa longueur d'une laine métallique 10 Un bouchon très étanche de laine céramique 12 est en appui contre un filtre fritté en forme de disque 11 du côté de la connexion Une paroi d'obturat Loa 13 remplie de sable fin est disposée a des intervalles plus grands et apporte une sécurité très efficace vis-à-vis du danger d'incendie. Un collecteur de gaz 14 relie par des raccords 15 les récipients individuels rassemblés en faisceaux L'enve- loppe 16 pourvue d'une entrée 17 et d'une sortie 18 en- toure le faisceau. La figure 2 montre en coupe longitudinale un mode de réalisation à un seul tube La masse de stockage 23 est subdivisée par des parois de cloisonnement 21 Un système de tube 22 permet la traversée axiale d'un fluide de refroidissement ou de chauffage Les pattes des parois 21 s'appuient contre la paroi intérieure du récipient 19 et contre la paroi du système de tubes 22. Le récipient pour gaz sous pression selon l'invention présente une grande variété d'avantages, par exemple: a) les parois de cloisonnement -disposées sous pré- contrainte interdisent une ségrégation de la ma- tière de stockage active avec éventuellement un mélange dans l'espace délimité par deux parois de cloisonnement voisines. b) les parois de cloisonnement interdisent dans le cas de ruptures accidentelles du réservoir que les particules pulvérulentes décomposées en particules plus fines sous forme pyrophore puissent être em- portées par l'hydrogène facilement enflammable. Cela permet de plus l'agencement d'un cloisonnement retardateur de fusion, par exemple en remplissant de sable l'espace intermédiaire raccourci entre deux parois de cloisonnement, de sorte qu'il en ré- suite une limitation très grande du danger d'incen- die. c) les parois de cloisonnement permettent d'agencer la matière de stockage sous la forme de paletsde forme stable dans lesquels elle est comprimée entre lesdites parois et de cette manière les palets sont rendus insensibles au choc et introduites dans les récipients individuels. d) Les parois de cloisonnement effectuent en plus de l'amenée et de l'évacuation radiale d'énergie un échange de chaleur axial Cela signifie, grâce à une intensification des échanges, un effet égalisateur par rapport à l'agencement du volume cylindrique de la matière de stockage et un effet semblable sur la contrainte thermique des parois du réservoir, par exemple l'énergie de dégazage à haute température pour un véhicule forme un pont thermique grâce aux parois d'étanchéité avec zones pulvérulentes déjà dégazées à faible conductivité thermique et les parties de volume se trouvant éloignées de la paroi du récipient deviennent utiles De plus, l'échange d'énergie est assuré lorsque la matière de stockage n'est plus en contact direct avec la paroi du récipient, pour quelques raisons que ce soient. e) les parois de cloisonnement favorisent le trans- port de gaz en direction radiale car lors des pro- cessus de décharge, les couches de poudre adjacentes à la superficie des parois de cloisonnement sont dé- chargées en priorité et favorisent avec diminution de volume le chemin pour un écoulement d'hydrogène favorable en direction du tube à gaz central. f) le tube à gaz agencé de préférence centralement agit par la laine de verre comprimée de façon que lors d'une amenée de gaz la pénétration des particules les plus grandes de la masse de stockage soit évitée Le bouchon en laine céramique disposé dans le tube à gaz sert de filtre fin et ne permet pas aux particules les plus fines de la poudre métallique de passer En combinaison, le disque de filtrage sert essentiellement à maintenir la laine de céramique de sorte que celui-ci ne peut pas être éjecté par la pression du gaz. REVENDICATIONS 1. Récipient pour gaz sous pression, particulièrement destiné au stockage d'hydrogène par réaction gaz-solide comportant un récipient individuel tubulaire rempli d'une masse de stockage ou un récipient individuel présentant une structure en faisceaux, une amenée de gaz, un tube d'entrée de gaz ou de sortie de gaz et un collecteur de gaz, caractérisé en ce que des parois de cloisonnement ( 5) dirigées radialement par rapport à l'axe du récipient sont agencées dans ledit récipient individuel, ces pa- rois présentant des pattes extérieures cylindriques ( 6) s'appliquant de façon étanche sous précontrainte contre la paroi interne du récipient ( 1) et en ce que les parois de cloisonnement ( 5) présentent des pattes intérieures ( 7) par lesquelles elles entourent de façon étanche le tube à gaz central ( 8). 2. Récipient selon la revendication 1, caractérisé en ce que, entre les parois de cloisonne- ment ( 5) et à un pas plus grand,sont disposées des pa rois d'obturation en métal à point de fusion élevé ou en une matière non combustible. 3. Récipient selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les parois de cloisonnement ( 5) forment un corps à double paroi préfabriqué en forme de palet, garni d'une matière de stockage active. 4. Récipient selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que les surfaces intérieure et exté- rieure du tube du récipient et des parois de cloisonne- ment ( 5) sont recouvertes d'un revêtement métallique (inférieur ou égal à 60 %m) très conducteur. 5. Récipient selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que le tube à gaz ( 8) pourvu d'une pluralité de passages transversaux ( 9) est rempli de laine métallique ( 10) et est obturé par rapport à un filtre métallique ( 11) par un bouchon de laine de céra- mique comprimé.