Brevet FR2706822A1 — publié le 19941230

RECIPIENT DE STOCKAGE POUR MILIEUX CRYOGENIQUES DESCRIPTION L'invention a pour objet un récipient de stockage pour milieux cryogéniques en particulier un réservoir de camion pour hydrogène liquide. En outre l'invention a pour objet un procédé pour faire fonctionner un camion avec de l'hydrogène liquide et/ou gazeux, l'hydrogène liquide et/ou gazeux préle- vé dans le réservoir de stockage étant évaporé et réchauffé en échange de chaleur indirecte avec un milieu à refroidir, de préférence l'eau de refroidissement du moteur du camion. Dans ce qui va suivre, les désignations des milieux cryogéniques spéciaux, selon l'état d'agrégation de ces der- niers, seront précédées par les lettres "G" pour "gazeux" et "L" pour "liquide" ou "liquéfier", par exemple GH2 ou LH2 pour l'hydrogène gazeux ou liquide respectivement. En particulier, l'hydrogène prend actuellement de plus en plus d'importance comme support d'énergie à cause des besoins croissants en énergie et de la conscience accrue des problèmes de l'environnement. C'est ainsi que des premières expériences sont en cours pour faire fonctionner des avions, des camions, des bus ainsi que des voitures particulières au moyen de turbines et/ou de moteurs entraînés à l'hydrogène. C'est alors sous sa forme liquide que l'hydrogène est stocké de la façon la plus intéressante "à bord" des moyens de trans- port cités ci-dessus. Pour cela l'hydrogène doit bien être refroidi à 25 K environ et être maintenu à cette température, ce à quoi l'on ne peut parvenir que par des mesures d'isola- tion correspondantes des récipients et/ou réservoirs de sto- ckage; cependant, un stockage à l'état gazeux, en raison de la faible densité de GH2 dans les moyens de transport cités ci-dessus est en règle générale défavorable pour des raisons de poids. Pour des raisons techniques de sécurité, on a be- soin avec les véhicules entraînés à l'hydrogène de mesures de sécurité spéciales - sur lesquelles on ne s'entendra d'ail- leurs pas d'avantage - de façon que l'isolation nécessaire du réservoir de stockage ne serve pas seulement au maintien de la température à l'intérieur du réservoir de stockage. Un aperçu sur l'état actuel du développement de l'hydrogène en ce qui concerne son utilisation comme carburant se trouve par exemple dans les articles "Flussiger Wasserstoff als Motoren- kraftstoff der Zukunft", Professeur Dr. W Peschka, - à part- "Maschinenwelt-Elektrotechnik", 43ème année n 8/9-1988 et "Liquid Hydrogen Fueled Automobiles". Les moteurs entraînés à l'hydrogène ont besoin d'une surpression de GH2 de 3 à 4 bars. Le remplissage du réservoir ou du récipient de stockage par LH2 se fait à une température d'environ 20 K avec une faible surpression différentielle à partir d'un réservoir stationnaire au moyen d'un couplage spécialement prévu pour cela et par l'intermédiaire d'un tube plongeur pénétrant dans le réservoir de stockage. Le tube plongeur pénétrant dans le réservoir de stockage est, selon un procédé connu, utilisé pendant le fonctionnement du véhicu- le comme conduite de prélèvement du LH2 et il est donc parcou- ru en sens contraire. Avant le début du fonctionnement du véhicule il faut cependant effectuer une montée de pression dans le réservoir de stockage. Ceci se fait par introduction de GH2 à partir de bouteilles de gaz extérieur ou à partir d'un récipient de stockage fixe par la conduite de remplissa- ge du récipient de stockage dans le liquide ou par réchauffa- ge externe du LH2 avant qu'il ne parvienne dans le réservoir du camion. Pendant le fonctionnement d'un véhicule entraîné à l'hydrogène, l'accumulation de pression ou le maintien de cette pression à l'intérieur du réservoir de stockage doit être garanti. A cette effet, on connaît dans l'état de la technique plusieurs façon de procéder et/ou plusieurs appa- reillages spéciaux. C'est ainsi que l'on peut par exemple incorporer des moyens de chauffage par résistance électrique dans l'espace intérieur du réservoir de stockage. La chaleur dégagée dans le réservoir par la résistance électrique permet à la pression de monter et/ou de se maintenir à un niveau déterminé, voir par exemple l'article "Design Characteristics and Performance of a Liquid Hydrogen Tank System for Moto Cars" dans Cryogenics 1992, Volume 32 n 3. Cependant, les chauffages par résistance électrique, ont besoin relativement de beaucoup d'énergie électrique de l'ordre de grandeur d'en- viron 500 watt qui doivent être produit à l'aide de généra- teurs supplémentaires. La demande de brevet allemand P 4212626.6 (non encore publiée) décrit un réservoir de stockage pour l'hydrogène liquide à l'intérieur duquel est disposée une pompe mammouth dont l'extrémité supérieure pénètre dans l'espace gazeux du réservoir de stockage. En outre, dans l'espace gazeux se trouvant au-dessus du niveau du liquide, se trouve un dispo- sitif d'évaporation par chauffage. Cet évaporateur par chauf- fage peut au choix être disposé à l'extrémité supérieure ou à l'intérieur de la pompe mammouth. Avec ce dispositif, il est possible d'entreprendre l'évaporation du LH2 en vue de la montée de pression et du maintien de la pression à l'inté- rieur du coussin de gaz. En outre, l'introduction de chaleur par le câble d'arrivée de courant nécessaire pour l'évapora- teur est considérablement diminué étant donné que ceux-ci n'ont plus à passer que dans l'espace gazeux, de telle sorte qu'il n'introduise pas directement de chaleur dans le liqui- de. Cependant ces pompes ne fonctionnement que lorsque le réservoir de stockage renferme un stock minimum de milieu cryogénique. En outre, tout comme auparavant, ils ont besoin d'une énergie électrique qui doit être évidemment produite. L'invention se propose et a pour but d'éviter les incon- vénients de l'état de la technique. Grâce à la présente invention, on y parvient en dispo- sant à l'intérieur du réservoir de stockage un tuyau d'évapo- ration qui comporte une conduite d'arrivée et une conduite d'évacuation mettent le réservoir de stockage en relation avec l'extérieur. Une forme de réalisation du réservoir de stockage selon l'invention est caractérisée en ce que le tuyau d'évaporation est disposé à proximité du fond de réservoir de stockage. Une autre forme de réalisation du réservoir de stockage selon la présente invention est caractérisée en ce que le tuyau d'évaporation est disposé dans une zone isolée située à l'intérieur du réservoir de stockage. Grâce à cette forme de réalisation, une montée de pres- sion à l'intérieur du réservoir de stockage est possible, de sorte que la partie du milieu cryogénique, à savoir celle qui se trouve à l'intérieur de la zone isolée du récipient de stockage est évaporé et réchauffé et de ce fait permet dans le réservoir de stockage la formation d'un "coussin de gaz" au-dessus du liquide. Le but et l'objectif de l'invention est encore d'indi- quer un procédé de fonctionnement d'un camion à l'aide d'hy- drogène liquide et/ou gazeux, l'hydrogène liquide et/ou ga- zeux prélevé dans le réservoir de stockage étant évaporé et réchauffé en échange de chaleur indirecte avec un milieu à refroidir, de préférence l'eau de refroidissement du moteur du camion, ce procédé permettant d'éviter les inconvénients de l'état de la technique. Grâce à l'invention, ce problème est résolu par le fait qu'au moins un courant partiel de l'hydrogène évaporé et réchauffé est acheminé par le tube d'évaporation se trouvant à l'intérieur du réservoir de stockage et il est ensuite amené au moteur du camion en même temps que le courant par- tiel d'hydrogène évaporé et réchauffé ne passant pas à tra- vers le tube d'évaporation. L'invention ainsi que d'autres formes de réalisation seront expliquées plus en détail à l'aide des figures 1 à 3. Dans ces figures, les pièces identiques possèdent les mêmes signes de référence. La figure 1 représente le réservoir de stockage selon l'invention branché en vue de faire fonctionner un camion entraîné à l'hydrogène. Le réservoir de stockage 1 est cons- titué d'un réservoir extérieur 2 et d'un réservoir intérieur 3. Entre ceux-ci est en règle général disposé une isolation 4. A l'intérieur du réservoir de stockage 1 se trouve le milieu cryogénique 5, c'est-à-dire dans le cas précédent LH2. Un accouplement de remplissage 6 permet d'alimenter le réser- voir de stockage 1 en LH2 par la conduite 7. Pendant le pro- cessus de remplissage, par la conduite 8, du GH2 est chassé de l'intérieur du récipient de stockage 1. Au début du fonc- tionnement du véhicule, du GH2 est prélevé du réservoir de stockage 1 par une conduite 8; il est amené à un échangeur de chaleur 10 par une conduite 9 et, dans celui-ci, il est ré- chauffé par échange de chaleur indirect avec l'eau de refroi- dissement du moteur amené à l'échangeur de chaleur 10 par une conduite 17; puis il quitte cet échangeur 10 par une conduite 18. Le GH2 de la conduite 9, s'écoule ensuite par la vanne 11 à trois voies et la conduite 16 vers le moteur entraîné à l'hydrogène du camion. La position de la vanne 11 à trois voies est réglée chaque fois par un organe de commande 12 répondant à la pression. Pendant le fonctionnement du véhicu- le, un courant partiel de l'hydrogène évaporé et/ou réchauffé est amené par la conduite 13 au tuyau d'évaporation 14, de sorte que l'énergie de l'eau du refroidissement du moteur se trouvant en excès est utilisé pour la production de GH2 dans le réservoir de stockage 1. La dérivation du réservoir de stockage et l'introduction dans le moteur de l'hydrogène passant par le tuyau d'évaporation 14 se fait par la conduite 15. Le réservoir de stockage 1 selon l'invention ne compor- te pas de conduite d'arrivée d'électricité car il n'a pas besoin d'énergie de chauffage électrique supplémentaire. On augmente ainsi le rendement total du système car le réservoir de stockage 1 ne consomme pas d'énergie électrique. En raison du fait que, à l'intérieur du réservoir de stockage I on n'utilise pas de tuyau d'arrivée du LH2 on augmente ainsi en outre la sécurité car pas de LH2 ne peut s'échapper du fait de problèmes dus à l'étanchéité, tel que rupture de conduite, etc,. En outre, par comparaison avec un réservoir de stockage comportant une pompe, les coûts de fabrication du réservoir de stockage selon l'invention sont plus faibles. La figure 2 décrit à nouveau le réservoir de stockage 1 selon l'invention branché pour faire fonctionner un véhicule entraîné à l'hydrogène. Dans ce cas, cependant, pendant le fonctionnement du véhicule, du LH2 est prélevé du réservoir de stockage 1 par la conduite 7 pénétrant dans le liquide. Par la conduite 8 passe uniquement du GH2 chassé du réservoir de stockage pendant le processus de remplissage. Un tel branchement du réservoir de stockage prend prin- cipalement son sens lorsque dans un temps relativement court, des quantités plus importantes d'hydrogène doivent être préle- vées du réservoir de stockage et amenées au moteur. La figure 3 montre le réservoir de stockage 1 selon l'invention, dans lequel un dispositif d'isolation est placé autour du tuyau d'évaporation 14 à savoir, un tuyau isolant disposé à l'intérieur et au fond du réservoir de stockage 3. Ainsi, seule la partie du liquide qui se trouve à l'intérieur de ce dispositif isolant 19 est réchauffée par le tuyau d'éva- poration 14. Cette façon de procédé est justement avantageuse lorsque, à l'intérieur du réservoir de stockage 1, on doit parvenir rapidement à la température d'ébullition, par exem- ple après un temps d'arrêt prolongé du véhicule. REVENDICATIONS 1.- Réservoir de stockage pour des milieux cryogéni- ques, en particulier réservoir de camion pour de l'hydrogène liquide caractérisé en ce que à l'intérieur du réservoir de stockage (1) est disposé un tube d'évaporation (14) qui comporte une conduite d'arrivée (13) et une conduite d'évacuation (15) qui mettent le récipient de stockage en relation avec l'extérieur. 2.- Réservoir de stockage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube d'évaporation (14) est disposé à l'intérieur du réservoir de stockage à proximité du fond. 3.- Réservoir de stockage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le tube d'évaporation (14) est disposé dans une zone isolée de l'intérieur du réservoir de stockage. 4.- Procédé de fonctionnement d'un véhicule à l'hydrogè- ne liquide et/ou gazeux, l'hydrogène liquide et/ou gazeux prélevés dans le réservoir de stockage étant évaporés et réchauffés par échange de chaleur indirecte avec un milieu de refroidissement, de préférence l'eau de refroidissement du moteur du véhicule, caractérisé en ce que au moins un courant partiel de l'hydrogène évaporé et réchauffé est acheminé par le tube d'évaporation se trouvant à l'intérieur du réservoir de stockage et il est ensuite amené au moteur du véhicule en même temps que le courant partiel d'hydrogène évaporé et ré- chauffé ne passant pas à travers le tube d'évaporation.