Brevet FR2896301A1 — publié le 20070720

La présente invention concerne un dispositif autorisant la régulation en pression de volumes importants de gaz comprimé dans des réservoirs sous de fortes pressions pendant le remplissage des réservoirs, le stockage dans les réservoirs et le vidage des réservoirs. L'air comprimé ou tout autre gaz comprimé peut être stocké et transporté, ou bien utilisé pour faire fonctionner des turbines à air ou à gaz ou des moteurs à air comprimé pour des véhicules terrestres ou marin. Stocker de grands volumes de gaz comprimé est également intéressant pour un gaz comme l'hydrogène. On peut le transporter sous forme de gaz comprimé, sa température de liquéfaction étant trop basse et rendant difficile et onéreux un transport sous forme liquide. Des volumes importants de gaz comprimés sont également nécessaires pour les moteurs à air comprimé de véhicules terrestres ou marins, volumes qui garantissent une autonomie suffisante des véhicules. La présente invention détaille un procédé régulation de pression pendant le remplissage, le stockage et l'utilisation de grand volume d'air ou de tout autre gaz comprimé sous de fortes pressions. Il s'agit de réguler la pression des réservoirs de gaz d'un grand volume d'un ordre de grandeur jusqu'à 10000 (dix mille) m3 (mètres cubes) sous des pressions pouvant aller jusqu'à 1000 bars. Il n'existe pas de matériau avec lequel un réservoir constitué d'une seule enveloppe épaisse puisse supporter les contraintes générées par ces pressions pour ces volumes. On connaît suivant FR 2 582 071 - Al un procédé d'enceinte haute pression destiné à des pressions internes élevées, composée de plusieurs enceintes intermédiaires emboîtées les unes dans les autres et séparées par des intervalles remplis par des fluides intermédiaires soumis à des pressions intermédiaires comprises entre le pression interne et la pression extérieure, les pressions intermédiaires allant en diminuant de l'intérieur vers l'extérieur de l'enceinte, le tube extérieur pouvant être autofritté. Suivant l'invention, pour un réservoir, fabriqué suivant ce principe d'enceintes intermédiaires, en acier ou matériaux composites qui peuvent être de grande diffusion ou à haute performance, on remplit les différents volumes des différentes enceintes avec du gaz comprimé aux différentes pressions intermédiaires imposées par les résistances maximum que peuvent supporter chacune des enceintes. Pour minimiser les efforts à la surface du réservoir et répartir les efforts de manière homogène, le choix d'une forme sphérique pour le réservoir peut être préféré, mais toutes les surfaces fermées symétriques constituent naturellement un volume utilisable par la présente invention. Suivant l'invention, on garantit la montée et la tenue aux 15 pressions souhaitées dans chacune des enceintes. L'arrivée d'air se fait au travers d'un orifice qui traverse de manière étanche les enveloppes des différentes enceintes jusqu'à l'enceinte centrale. Si on appelle P1 la pression souhaitée de l'enceinte centrale, la pression du gaz dans 20 l'orifice d'arrivée est également de Pl. La régulation en pression est pilotée automatiquement par des soupapes. Ces soupapes garantissent que pour chaque enceinte, la différence de pression entre la face externe et la face interne reste inférieure ou égale à la pression maximale autorisée et 25 autorisent également le remplissage des différentes enceintes aux pressions souhaitées. Selon le schéma n 1 figurant en annexe, qui est une coupe transversale d'une enceinte sphérique constituée par 3 enceintes sphériques intermédiaires S1 , S2, S3 s'emboîtant les unes dans 30 les autres, les pressions dans les sphères sont respectivement Pl, P2, P3 avec Pl > P2 > P3. L'enceinte sphérique S3 a sa surface extérieure (4) à la pression extérieure. Les rayons des sphères sont respectivement R1, R2, R3 avec R3 > R2 > R1, les différences entre les rayons respectifs permettant les 35 emboîtements des sphères augmentées des renforts structuraux placés en surface. L'arrivée d'air se fait par l'intermédiaire d'un tuyau d'alimentation (5) fournissant du gaz à la pression P1. Ce tuyau d'alimentation (5) alimente directement en gaz à la pression Pl l'enceinte S1. Ce tuyau d'alimentation (5) alimente également en gaz à la pression Pl l'enceinte S2 par l'intermédiaire d'une vanne de remplissage (6). Ce tuyau d'alimentation (5) alimente enfin en gaz à la pression Pl l'enceinte S3 par l'intermédiaire d'une seconde vanne de remplissage (7). Ces vannes (6) et (7) sont des vannes actionnées soit mécaniquement par au moins un ressort, soit hydrauliquement par l'intermédiaire d'au moins 1 vérin, soit électriquement par l'intermédiaire d'au moins 1 électrovanne. La vanne (7) est tarée pour permettre le passage de l'air du tuyau d'alimentation (5) à la pression Pl jusqu'à l'enceinte S3 et stopper le passage de l'air dès que la pression dans l'enceinte S3 est supérieure à la pression souhaitée P3. La différence de pression à laquelle est soumise la face extérieure de l'enceinte S3 (4) est inférieure ou égale à (P3-Pextérieure). Pendant le remplissage des enceintes, la pression augmente. La vanne (6) est tarée pour permettre le passage de l'air du tuyau d'alimentation (5) à la pression Pl jusqu'à l'enceinte S2 et stopper le passage de l'air dès que la pression dans l'enceinte S2 est supérieure à la pression souhaitée P2. La différence de pression à laquelle est soumise la face extérieure de l'enceinte S2 (8) est inférieure ou égale à (P2-P3). Dès que la pression dans l'enceinte S1 atteint la pression Pl, l'alimentation de l'arrivée d'air est coupée. La différence de pression à laquelle est soumise la face extérieure de l'enceinte S1 (9) est inférieure ou égale à (Pl-P2) et les enceintes sont alors aux pressions respectives souhaitées Pl, P2 et P3. Le remplissage de l'enceinte est donc fait graduellement et de manière à ce que chacune des enceintes soit soumise à une différence de pression entre sa surface extérieure et sa surface intérieure toujours inférieure ou égale à la pression imposée par les résistances maximum que peut supporter cette enceinte. Les enceintes sont donc régulées en pression pendant le remplissage Pour garantir la tenue en pression de chacune des enceintes, on place sur chacune de ces enceintes au moins une vanne de sécurité Vs qui permet le passage de l'air de chacune des enceintes vers l'enceinte directement extérieure et adjacente. Ainsi, une vanne Vsl (10) permet le passage du gaz depuis l'enceinte S1 dans l'enceinte S2. Une vanne Vs2 (11) permet le passage du gaz depuis l'enceinte S2 dans l'enceinte S3 et une vanne Vs3 (12) permet le passage du gaz depuis l'enceinte S3 dans l'enceinte extérieure. Ces vannes sont tarées pour autoriser le passage du gaz décrit dès que la pression dans chacune des enceintes est supérieure à la pression souhaitée. Ainsi, une surpression API dans l'enceinte S1 par rapport à la pression de consigne Pl va faire actionner l'ensemble de vanne de sécurité Vsl (10) et laisser passer le gaz de l'enceinte S1 à l'enceinte S2. Ceci va générer une surpression àP2 dans l'enceinte S2 par rapport à la pression de consigne P2 et ainsi faire actionner la vanne de sécurité Vs2 (11). Un comportement analogue des vannes de sécurité situées sur toutes les enceintes permettra une évacuation des surpressions éventuelles dans chacune des enceintes. Les enceintes sont donc régulées en pression pendant le remplissage et pendant le stockage. Pour le vidage des enceintes, le gaz compris dans l'enceinte centrale S1 est d'abord utilisé. Pour éviter que les enceintes soient soumises à des différences de pression supérieures à la pression maximum autorisée, les enceintes autres que l'enceinte centrale S1 sont également vidées à l'exception de l'enceinte externe. Pour vider ces enceintes internes, on utilise dans chacune des enceintes internes comprises entre l'enceinte centrale et l'enceinte la plus extérieure au moins une vanne de vidage Vv (13). Cette vanne de vidage autorise le passage du gaz entre cette enceinte et le tuyau d'évacuation (5) qui est pris identique au tuyau d'alimentation (5). Dès que la pression dans l'enceinte S1 a décrut jusqu'à la pression P2 de l'enceinte S2, la vanne Vv (13) s'ouvre et autorise l'enceinte S2 à se vider dans le tuyau d'évacuation. Les enceintes Si et S2 vont continuer à se vider selon la demande jusqu'à avoir une pression interne supérieure ou égale à la pression P3 de l'enceinte S3. Les enceintes sont donc régulées en pression pendant le remplissage, pendant le stockage et pendant le vidage. REVENDICATIONS 1) Dispositif autorisant la régulation en pression de volumes importants de gaz comprimé dans des réservoirs sous de fortes pressions pendant le remplissage des réservoirs, le stockage dans les réservoirs et le vidage des réservoirs, caractérisé en ce que la régulation est réalisée par au moins deux vannes (10, 11, 12) sur au moins 2 enceintes intermédiaires (4, 8, 9) 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on alimente les réservoirs Si, S2, S3 en air via un tuyau d'alimentation (5) et des vannes ouvrant sur chaque section (6, 7) 3) Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce l'on vide chaque enceinte via le tuyau (5) grâce à au moins une vanne (13) disposée sur ce tuyau au niveau de chaque section (Si, S2, S3) 4) Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que les vannes de régulations (6, 7, 10, 11, 12, 13) sont actionnées par au moins un ressort mécanique 5) Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que les vannes de régulations (6, 7, 10, 11, 12, 13) sont actionnées par au moins un piston pneumatique 6) Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que les vannes de régulations (6, 7, 10, 11, 12, 13) sont actionnées par au moins un piston hydraulique 7) Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que les vannes de régulations (6, 7, 10, 11, 12, 13) sont actionnées par au moins une électrovanne