Brevet FR2873959A1 — publié le 20060210

La présente invention est relative à un système de réservoirs embarqués à bord d'un véhicule automobile. Ce système comprend au moins une paire de réservoirs constituée d'un premier réservoir de réception d'un premier fluide consommé par ledit véhicule, et d'un second réservoir de réception d'un second fluide produit par la consommation et/ou la dégradation dudit premier fluide, le second réservoir se remplissant au fur et à mesure que le premier se vide. Elle est plus particulièrement mais non exclusivement adaptée à un véhicule en vue de la production d'hydrogène pour alimenter un moteur thermique 10 ou une pile à combustible. La déshydrogénation de liquides organiques de type cycloalcanes permet de produire de l'hydrogène et un composé aromatique. L'hydrogène ainsi produit peut être utilisé par une pile à combustible ou un moteur à combustion interne, sur un véhicule automobile, pour des besoins de traction ou pour la fourniture d'électricité et de chaleur. Cette technique est notamment décrite dans le brevet canadien 1 146 725 (Guy Bélanger). Le cycloalcane peut être du cyclohexane ou du méthylcyclohexane, ce qui conduit à la production de benzène, respectivement de toluène. On se reportera maintenant à la figure 1 annexée pour expliquer plus précisément le phénomène mis en oeuvre et les moyens utilisés. Le véhicule est équipé d'un premier réservoir 1 de type classique, constitué par exemple d'une coque rigide 10 en métal ou en matière plastique (thermoplastique notamment). Il est pourvu, de manière connue en soi, d'une tubulure de mise à l'air 11 et d'une canalisation de remplissage 12, associée à un conduit antirefoulement 13. Ce réservoir contient un premier fluide V1, par exemple constitué de méthylcyclohexane sous forme liquide. Dans le réservoir 1 est placée une pompe immergée 3 équipée d'un filtre 30 et d'un venturi 31, pour l'évacuation du fluide V1 hors du réservoir. La conduite d'évacuation est référencée 32. Elle alimente en fluide VI des moyens de déshydrogénation 5, par exemple à réacteur catalytique, tels que décrits dans le brevet canadien précité. Ces moyens sont couplés à un séparateur/condenseur, de manière à récupérer d'une part de l'hydrogène via un conduit 50 et un sous-produit V2 issu de la déshydrogénation, via un conduit 51. Ce sous-produit est constitué de toluène, quand le fluide VI est du méthylcyclohexane. Ce fluide est refoulé, via le conduit 51, dans un second réservoir 2 qui présente sensiblement les mêmes caractéristiques que le premier. Ainsi, la coque rigide 20 de ce réservoir est pourvue d'une tubulure 21 de mise à l'air. Elle comporte également, en partie basse, une canalisation 22 de vidange par gravité, équipée d'une vanne 23. Cependant, cette solution peut présenter des difficultés au niveau ergonomique et la vanne 23 peut être sujette à des fuites potentielles. C'est pourquoi, le cas échéant, ce second réservoir comporte une pompe 4 du même type que la pompe 3, équipée si nécessaire d'un filtre 40. Cette pompe autorise la vidange du réservoir par le haut, via un conduit 42. On comprend qu'en période d'utilisation, le second réservoir se remplit au fur et à mesure que le premier se vide. Des estimations montrent qu'un véhicule à pile à combustible consomme environ 21,1 litres de méthylcyclohexane pour parcourir 100 km (sur cycle NEDC ("New European Driving Cycle")). Le système de production d'hydrogène par déshydrogénation restitue environ 16,5 litres de toluène aux 100 kms. Le volume cumulé des réservoirs 1 et 2 est donc, pour une autonomie de 100 km, d'au moins 37,6 litres. L'encombrement résultant de la mise en place de ces réservoirs et le volume important qu'ils occupent sont difficilement compatibles avec la place disponible au sein d'un véhicule. C'est pourquoi la présente invention vise à résoudre ce problème en proposant un système à double réservoir d'encombrement et de volume réduits, qui permet de le rendre compatible avec l'architecture du plus grand nombre de véhicules. Elle vise aussi à atteindre l'objectif précité sans interférer sur le 35 fonctionnement habituel du véhicule. 30 L'invention concerne donc un système de réservoirs embarqués à bord d'un véhicule automobile, qui comprend au moins une paire de réservoirs constituée d'un premier réservoir de réception d'un premier fluide consommé par ledit véhicule, et d'un second réservoir de réception d'un second fluide produit par la consommation et/ou la dégradation dudit premier fluide, le second réservoir se remplissant au fur et à mesure que le premier se vide. Ce système se caractérise essentiellement par le fait que ledit second réservoir est contenu dans le premier, ou inversement. Dans ces conditions, l'encombrement et le volume de ce double 10 réservoir sont ceux du réservoir externe, en l'occurrence du premier réservoir, quand le second est contenu dans le premier. Son implantation au sein du véhicule est par conséquent plus facile à mettre en oeuvre que dans le cas des réservoirs doubles selon l'état de la technique. Par l'expression "second fluide produit par la consommation et/ou la dégradation dudit premier fluide", on entend dans l'ensemble de la présente demande, y compris les revendications, que ce second fluide est généré par la transformation chimique du premier fluide et/ou est constitué du fluide de départ, mais avec une modification de ses caractéristiques physiques, chimiques, électriques ou autres. A titre d'exemples, il peut s'agir d'eau déminéralisée qui devient conductrice ou d'huile qui se charge progressivement en impuretés. De préférence, le réservoir "intérieur" est constitué d'une enveloppe souple, de sorte qu'il est apte à se déformer de telle manière que son volume augmente au fur et à mesure qu'il se remplit, et inversement. On entend par "réservoir intérieur" celui qui est contenu dans l'autre réservoir. Ainsi, lorsque l'on remplit le premier réservoir, son volume utile est seulement diminué de l'espace occupé par le second réservoir interne, qui est vide et qui, par conséquent, occupe très peu de place. Selon un premier mode de réalisation, chaque réservoir est équipé de moyens d'évacuation du fluide à l'extérieur, tels qu'une pompe. Mais de manière particulièrement préférée, le système comprend des moyens uniques d'évacuation des fluides à l'extérieur, tels qu'une pompe, ces moyens étant en communication avec l'intérieur de chacun des réservoirs et comportant des organes de sélection du fluide à évacuer. Quand le système comprend n paires de réservoirs, alors chaque 35 paire de réservoirs de rang (n) est avantageusement reliée à la paire de réservoirs de rang (n-1) par un canal de communication, des moyens de transfert des fluides de la paire de rang (n) vers la paire de rang (n-1) étant également prévus. Lesdits moyens de transfert consistent préférentiellement en au moins une canalisation de siphonnage et n est avantageusement égal à deux. Dans un premier mode de réalisation de l'invention, le premier fluide est constitué d'au moins un cycloalcane et le second d'au moins un composé aromatique résultant de la déshydrogénation dudit ou desdits cycloalcane(s). Ce premier fluide est préférentiellement du méthylcyclohexane, tandis que le second est du toluène. Selon une variante, ce premier fluide peut également être constitué d'une essence fortement hydrogénée, riche en naphtènes ou en cycloalcanes et le second fluide est une essence riche en aromatiques résultant de la deshydrogénation du premier fluide. Dans les cas précités, lesdits moyens d'évacuation dudit premier fluide à l'extérieur du réservoir sont reliés à des moyens de déshydrogénation. Un tel dispositif peut permettre de fournir à un moteur à combustion interne, une essence riche en aromatiques (possédant un indice d'octane élevé), à partir d'une essence sans ou avec peu d'aromatiques (le premier fluide) fournie depuis une pompe à essence. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, le premier fluide est de l'huile propre, tandis que le second est de l'huile sale. Selon un troisième mode de réalisation de l'invention, le premier fluide est de l'eau déminéralisée, tandis que le second est de l'eau conductrice. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre de certains modes de réalisation préférentiels. Cette description sera faite en référence aux figures annexées dans lesquelles: - la figure 2 est une vue schématique d'un premier mode de réalisation du système de réservoirs à deux pompes; - la figure 3 est également une vue schématique d'une variante du mode de réalisation de la figure 2, utilisant une pompe unique; - la figure 4 est encore une vue schématique d'un autre mode de réalisation du système, dans lequel chaque réservoir est formé de plusieurs compartiments. Comme dans le système conforme à l'état de la technique décrit en référence à 1 figure 1, le réservoir 1 de la figure 2 est constitué d'une coque 10 35 relativement rigide et étanche, par exemple en métal ou en matériau thermoplastique. Il est équipé d'une tubulure de prise d'air 11, d'une canalisation de remplissage 12 et d'un conduit anti-refoulement 13. Ce réservoir 1 renferme un second réservoir 2 de plus faible contenance. Il est constitué d'une enveloppe étanche 20 en un matériau souple, tel que du tissu PVC (chlorure de polyvinyle) ou Nylon enduit par exemple de caoutchouc. Ainsi, ce réservoir est apte à se déformer de telle manière que son volume augmente au fur et à mesure qu'il se remplit, et inversement. Afin de faciliter la lecture de la figure 2, ce second réservoir a été représenté dans sa position de déploiement maximale, mais il est bien entendu qu'à l'état vide, il occupe une infime partie de l'espace intérieur du premier réservoir et, à des taux de remplissage intermédiaires, des volumes également intermédiaires. Il est également pourvu d'une tubulure de prise d'air 21 qui débouche en partie supérieure du réservoir 1. Une fuite de l'un vers l'autre n'est pas préjudiciable, sauf sur la consommation du véhicule. En partie basse, une canalisation 22 équipée d'une vanne 23 autorise sa vidange par gravité. Le premier réservoir est équipé d'une pompe 3 à filtre 30 et venturi 31. Sa conduite d'évacuation est référencée 32. Elle alimente en fluide VI, comme dans le système décrit en référence à la figure 1, des moyens de déshydrogénation 5, par exemple à réacteur catalytique. Ces moyens sont couplés à un séparateur/condenseur, de manière à récupérer d'une part de l'hydrogène via un conduit 50 et un sous-produit V2 issu de la déshydrogénation, via un conduit 51. D'une manière similaire, le second réservoir 2 est pourvu d'une pompe 4, dont le conduit d'évacuation 42 débouche à l'extérieur du premier 30 réservoir, via son conduit de remplissage 12. Une telle pompe peut notamment être utilisée lorsque le vidage du second réservoir est couplé avec le remplissage du premier. En prenant les mêmes paramètres de consommation qu'en référence à la figure 1, le réservoir 1 peut être d'une contenance de 21,1 litres et l'espace occupé 35 dans le véhicule se limite à l'encombrement de ce réservoir. Le système illustré à la figure 3 présente une structure pratiquement identique à celle du système de la figure 2. Les éléments communs portent des références identiques et ne seront pas décrits une nouvelle fois. Le système auquel on a affaire ici se distingue du précédent essentiellement par le fait qu'il fait usage d'une seule et unique pompe 3 placée au voisinage du fond du réservoir 1. En amont de la pompe est montée une canalisation d'alimentation 24 qui débouche à l'intérieur du second réservoir 2. Sur cette canalisation est prévue une vanne à trois voies 25, de manière à pouvoir alimenter sélectivement la pompe soit en fluide V1 présent dans le réservoir 1, soit en fluide V2 présent dans le réservoir 2. Sur la conduite d'évacuation 32 placée en aval est également montée une vanne à trois voies 35, connectée d'une part à une canalisation 33 reliée aux moyens de déshydrogénation 5 et, d'autre part, à une conduite de vidange 34 qui traverse le conduit de remplissage et ressort à son extrémité supérieure. Lorsque l'on souhaite alimenter les moyens 5 en fluide V1, on pilote la vanne 25 de manière à interdire l'écoulement du fluide V2 vers la pompe 3 et l'alimenter en fluide V 1. La vanne 35 est quant à elle pilotée de manière à connecter la conduite 32 à la canalisation 33. Pour réaliser la vidange du réservoir 2, on procède de manière contraire. Cela signifie que l'on met en relation le réservoir 2 et la pompe 3 via la canalisation 24, en pilotant la vanne 25. On pilote également la vanne 35, de manière à faire communiquer les conduites 32 et 34. En référence à la figure 4, on se trouve dans une situation dans laquelle la structure du véhicule sur lequel le système de réservoirs doit être monté nécessite de prévoir ceux-ci sous la forme de plusieurs compartiments 30 communiquant les uns avec les autres. On a donc affaire dans l'exemple présenté ici à une première paire de réservoirs 1 et 2 et à une seconde paire de réservoirs 1' et 2', séparé par un élément C consistant notamment en une cloison, un train arrière ou le dispositif d'échappement du véhicule. La première paire est par exemple disposée sous les sièges arrière, tandis que la seconde paire est placée sous le plancher du coffre arrière. Conformément à l'invention, la seconde paire de réservoirs 1' et 2' est reliée à la première paire 1 et 2 par un canal de communication 14 et des moyens de transfert des fluides de la seconde paire vers la première paire sont prévus. Le cas illustré ici est celui dans lequel on affaire à deux paires de réservoirs. Bien entendu, ce nombre peut être plus élevé et par exemple égal à trois. Plus généralement, chaque paire de réservoirs de rang (n) est reliée à la paire de réservoirs de rang (n-1) par un canal de communication et le système comprend des moyens de transfert des fluides de la paire de rang (n) vers la paire de rang (n- 1). Le canal 14 fait communiquer, de manière étanche, l'intérieur du réservoir 1' avec l'intérieur du réservoir 1 en passant par-dessus l'élément C. Dans le réservoir 1 est prévue une pompe 3 qui présente les mêmes caractéristiques que celles déjà données en référence à la figure 3. Une conduite 7, représentée en traits interrompus, est engagée dans le canal 14 et ses deux extrémités opposées plongent respectivement à l'intérieur des réservoirs 2 et 2' de fluide V2. D'une manière similaire, une conduite 8, représentée en traits mixtes, est engagée dans le canal 14 et ses deux extrémités opposées plongent 20 respectivement à l'intérieur des réservoirs 1 et 1' de fluide VI. Par ailleurs, sur la pompe 3 est branchée une canalisation 6 de siphonnage du fluide VI contenu dans le réservoir l'. Son extrémité libre est engagée dans le canal 14 et débouche à proximité de l'entrée du réservoir l'. On notera que les moyens de déshydrogénation 5 sont connectés d'une part à une canalisation amont 33 reliée à la vanne à trois voies 35 de la pompe 3 et, d'autre part, à une canalisation aval 51 qui plonge dans le réservoir 2'. Lors du remplissage du réservoir 1 en fluide VI et en mettant en route la pompe 3 de manière à alimenter en fluide la canalisation 6, on provoque l'amorçage du siphonnage du fluide vers le réservoir l'. Celui s'écoule alors naturellement par la conduite 8, jusqu'à atteindre le niveau d'équilibre entre les deux réservoirs. Lorsque le véhicule se déplace et consomme le fluide VI, les vannes 25 et 35 sont pilotées pour aspirer, via la pompe 3, ledit fluide contenu dans le réservoir 1 et le distribuer aux moyens 5, via la canalisation 33. Ce faisant, la canalisation de siphonnage 6 est amorcée, de sorte qu'au fur et à mesure que le fluide VI est extrait du réservoir 1, un transfert se fait par la conduite 8, jusqu'à atteindre la position d'équilibre des niveaux. Le fluide V2 est rejeté dans le réservoir 2' via la canalisation 51. Celui-ci est progressivement transféré dans le réservoir 2, via la canalisation 7. La vidange des réservoirs 2 et 2' est réalisée par exemple en concomitance avec un nouveau remplissage des réservoirs 1 et l'. Le fluide contenu dans le réservoir 2 est amené jusqu'à la canalisation 34, via la conduite 24 et la pompe 3. Le fluide présent dans le second. 10 réservoir 2' est quant à lui progressivement déversé, par siphonnage, dans le réservoir 2, en traversant la canalisation 7. La (ou les) pompe(s) utilisée(s) est (sont) dimensionnée(s) pour alimenter le système sous une pression de l'ordre de 4-5 bars, avec un débit de 80 à 120 litres/heure. Le débit de vidange est d'environ 300 litres/heure sous une faible pression (environ 0,2 à 0,5 bar), qui dépend des pertes de charge de la station de vidange et du temps de vidange. L'utilisation d'une pompe externe permet de vidanger le réservoir avec un débit de 2500-1500 litres/heure. La présente description a été faite dans le cadre d'un véhicule utilisant de l'hydrogène. Toutefois, comme expliqué dans l'introduction de la présente description, elle peut s'appliquer à tout système de réservoirs de réception d'un premier fluide consommé par le véhicule et d'un second réservoir de réception d'un second fluide produit par la consommation et/ou la dégradation du premier fluide. Ces premier et second fluides peuvent par exemple être de l'huile propre et de l'huile sale, ou de l'eau déminéralisée et de l'eau chargée d'impuretés conductrices. Enfin, dans l'ensemble de la présente description, le second réservoir est contenu dans le premier. Dans des formes de réalisation non représentées, cela pourrait être l'inverse. REVENDICATIONS 1. Système de réservoirs embarqués à bord d'un véhicule automobile, qui comprend au moins une paire de réservoirs (1,2; l',2') constituée d'un premier réservoir (1;1') de réception d'un premier fluide (V1) consommé par ledit véhicule, et d'un second réservoir de réception (2;2') d'un second fluide (V2) produit par la consommation et/ou la dégradation dudit premier fluide (V1), le second réservoir (2;2') se remplissant au fur et à mesure que le premier (1;1') se vide, caractérisé par le fait que ledit second réservoir (2;2') est contenu dans le premier (1;1'), ou inversement. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le réservoir "intérieur" (2;2') est constitué d'une enveloppe souple, de sorte qu'il est apte à se déformer de telle manière que son volume augmente au fur et à mesure qu'il se remplit, et inversement. 3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que chaque réservoir (1,2; 1',2') est équipé de moyens (3,4) d'évacuation des fluides 15 (V1,V2) à l'extérieur, tels qu'une pompe. 4. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens uniques (3) d'évacuation des fluides (V1,V2) à l'extérieur, tels qu'une pompe, ces moyens étant en communication avec l'intérieur de chacun des réservoirs (1,2; 1',2') et comportant des organes de sélection (35) du fluide (V1,V2) à évacuer. 5. Système selon l'une des revendications 1 à 4 qui comprend n paires de réservoirs, caractérisé par le fait que chaque paire de réservoirs (1',2') de rang (n) est reliée à la paire de réservoirs (1,2) de rang (n-1) par un canal de communication (14) et qu'il comprend des moyens (6,7,8) de transfert des fluides (V1,V2) de la paire de rang (n) vers la paire de rang (n-1). 6. Système selon la revendication 5, caractérisé par le fait lesdits moyens de transfert (6,7,8) consistent en au moins une canalisation de siphonnage. 7. Système selon la revendication 5 ou 6, caractérisé par le fait que n est égal à deux. 8. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le premier fluide (V1) est constitué d'au moins un cycloalcane et le second (V2) d'au moins un composé aromatique résultant de la déshydrogénation dudit ou desdits cycloalcane(s). io 9. Système selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le premier fluide (VI) est du méthylcyclohexane, tandis que le second (V2) est du toluène. 10. Système selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le premier fluide (VI) est constitué d'une essence fortement hydrogénée, riche en naphtènes ou en cycloalcanes et le second fluide (V2) est une essence riche en aromatiques résultant de la déshydrogénation du premier fluide (VI). 11. Système selon l'une des revendications 1 à 7, en combinaison avec l'une des revendications 8 à 10, caractérisé par le fait que lesdits moyens d'évacuation (3) dudit premier fluide (VI) à l'extérieur du réservoir sont reliés à des moyens de déshydrogénation (5). 12. Système selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le premier fluide (V1) est de l'huile propre, tandis que le second (V2) est de l'huile sale. 13. Système selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le premier fluide (VI) est de l'eau déminéralisée, tandis que le second (V2) est de l'eau conductrice.