Brevet FR2957636A1 — publié le 20110923

PROCÉDÉ DE FOURNITURE DE GAZ NATUREL POUR VEHICULE [0001 La présente invention concerne le stockage de gaz naturel pour véhicule dans un matériau poreux. [0002] Dans le contexte actuel d'une démarche volontariste de réduction de la dépendance au pétrole et de réduction des émissions CO2 (gaz à effet de serre), le gaz naturel a conforté sa position en tant que carburant crédible pour accompagner la diversification énergétique dans le secteur des transports et contribuer à la baisse des émissions CO2 des véhicules. En effet, la composition chimique du gaz naturel présente un ratio H/C très favorable à de basses émissions carbonées. (H/C = 4 alors que H/C = de 1.7 à 2 pour un carburant liquide de type essence ou Diesel) [0003] Il existe deux types de stockage du gaz naturel pour véhicules (GNV). La figure 1 présente un exemple d'un premier mode de stockage, dans lequel le GNV est comprimé dans un ou plusieurs réservoirs 8 sous une pression de classiquement 200 bars. Le GNV stocké dans les réservoirs 8 est disponible grâce aux valves des réservoirs 8 pour être conduit vers un moteur du véhicule par l'intermédiaire d'injecteurs de GNV par exemple (flèche a). Des efforts ont été réalisés pour développer ce mode de stockage à 200 bars. Cependant dans cette technologie de stockage, le packaging des réservoirs entraîne une faible autonomie du véhicule. [0004 Un deuxième mode de stockage consiste à stocker le GNV dans des matériaux poreux contenus dans un réservoir. Le GNV est adsorbé dans le matériau poreux, l'ensemble étant sous pression. Cette technologie permet de réduire la pression de stockage, ce qui influence la forme du réservoir. Cette technologie permet également d'augmenter la quantité de GNV stockée. [0005] L'adsorption d'un gaz sur un solide se traduit par une augmentation de la densité du gaz à l'interface du solide et du gaz. L'adsorption est dite physique (ou est appelée physisorption) lorsqu'elle est due à des forces d'interactions physiques, dites de Van der Waals, entre les molécules de gaz et les atomes de la surface du solide. Le phénomène physique à la base du stockage du GNV est la physisorption du GNV dans le matériau poreux. [0006] Dans un véhicule utilisant ce type de stockage, la libération du GNV pour alimenter les injecteurs du moteur du véhicule est réalisée par la désorption du GNV du matériau poreux. La désorption des molécules de gaz se déroule avec une vitesse, dite « vitesse de désorption » Vdésorption qui dépend de la température, comme indiqué dans la relation suivante : désorp on = A x exp désorption RT X [CH4 ]a [0007] Dans la relation précédente, A est la constante de vitesse de la réaction, Edésorption exprimée en joule est l'énergie d'activation de la désorption liée au couple matériau-gaz, R est la constante universelle des gaz parfaits. [CH4] est la concentration en méthane du réservoir. L'espèce [CH4] apparaît dans l'expression de la vitesse de désorption car le GNV est constitué de méthane CH4 à plus de 90%. a est une constante également liée au couple matériau-gaz. T est la température du matériau poreux. [0008] La relation précédente indique que la vitesse de désorption diminue avec la température. Ainsi à basse température, la vitesse de désorption du GNV peut être trop faible pour libérer le débit de GNV nécessaire au fonctionnement du moteur. Dans un véhicule fonctionnant dans un climat froid, le fonctionnement du moteur en mode GNV n'est pas garanti. [0009] Le document WO2009071436 propose un contrôle du réservoir effectué entre deux consignes de pression, une pression minimale à maintenir et une pression maximale à ne pas dépasser, en fonction de la résistance en pression du réservoir. Le procédé décrit dans le document utilise un réservoir comprenant un élément chauffant qui augmente la température du matériau poreux lors du prélèvement du gaz. Cependant le procédé ne garantit pas le fonctionnement du moteur GNV dans un climat froid. [0010] Il existe un besoin pour un procédé de fourniture de gaz naturel pour véhicule, permettant d'assurer un débit de GNV au moteur du véhicule même 5 à basse température. [0011] Pour cela, l'invention propose un procédé de fourniture de gaz naturel pour véhicule, le véhicule ayant un réservoir comprenant : • un matériau poreux de stockage du gaz; • un élément chauffant le matériau poreux ; 10 une sonde de température de l'intérieur du réservoir ; caractérisé en ce que le procédé comprend le contrôle de la température T à l'intérieur du réservoir et l'activation de l'élément chauffant si la température T à l'intérieur du réservoir est inférieure à une température seuil Tseuii. [0012] Selon une variante, l'activation de l'élément chauffant est déterminée 15 par une loi de commande contrôlant le courant I traversant l'élément chauffant selon l'expression I = /CvX(Tmax_T) R , où Cv est le coefficient calorifique du matériau poreux, 20 Tmax est une température maximale permise, T est la température à l'intérieur du réservoir, et R est la résistance électrique de l'élément chauffant. [0013] Selon une variante, la température maximale Tmax est calibrée en 25 fonction du matériau poreux. [0014] Selon une variante, la température seuil Tseuil est calibrée en fonction du matériau poreux. [0015] L'invention concerne également un véhicule ayant un réservoir comprenant : ^ un matériau poreux de stockage du gaz; • un élément chauffant le matériau poreux ; • une sonde de température de l'intérieur du réservoir ; caractérisé en ce que le véhicule comprend en outre une unité de commande pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. [0016] Selon une variante, le véhicule est caractérisé en ce que le matériau poreux est composé de charbons actifs ou de MOFs (Metal Organic Frameworks). [0017] Selon une variante, le véhicule est caractérisé en ce qu'il comprend une motorisation utilisant du gaz naturel, ou une combinaison d'essence et de gaz naturel, ou encore une combinaison de diesel et de gaz naturel. [ools] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en références aux dessins qui montrent : • figure 1, précédemment décrite, un mode de stockage du GNV sous forme comprimée à 200bars ; • figure 2, un graphe présentant des courbes représentant la vitesse de désorption acquise à différentes températures à l'intérieur d'un réservoir de stockage de GNV utilisé dans le procédé selon l'invention; • figure 3, un exemple de réservoir de stockage de GNV utilisé dans le procédé selon l'invention. [0019] L'invention se rapporte à un procédé de fourniture de gaz naturel pour véhicule, le véhicule ayant un réservoir comprenant un matériau poreux de stockage du gaz, un élément chauffant le matériau poreux, et une sonde de température de l'intérieur du réservoir. Le procédé comprend le contrôle de la température T de l'intérieur du réservoir et l'activation de l'élément chauffant si la température T de l'intérieur du réservoir est inférieure à une température seuil Tseuii. Le chauffage du matériau poreux permet une libération rapide du GNV, et assure le fonctionnement d'un moteur du véhicule. Le procédé de l'invention permet de déterminer le besoin en activation de l'élément chauffant, et de lancer cette activation, en fonction des conditions extérieures du réservoir, telles que les conditions climatiques. [0020] L'avantage du procédé de fourniture de gaz naturel pour véhicule selon l'invention sera mieux compris en se référant à la figure 2. La figure 2 présente trois courbes décrivant l'évolution au cours du temps de la vitesse de désorption du GNV en mol/s, acquises à trois températures différentes Ti, T2, T3 telles que T1 REVENDICATIONS1. Un procédé de fourniture de gaz naturel pour véhicule, le véhicule ayant un réservoir (2) comprenant : -un matériau poreux (4) de stockage du gaz; - un élément (5) chauffant le matériau poreux (4) ; - une sonde de température (1) de l'intérieur du réservoir (2) ; caractérisé en ce que le procédé comprend le contrôle de la température (T) à l'intérieur du réservoir (2) et l'activation de l'élément chauffant (5) si la température (T) à l'intérieur du réservoir (2) est inférieure à une température seuil (Tseuil)• 2. Le procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'activation de l'élément chauffant (5) est déterminée par une loi de commande contrôlant le courant I traversant l'élément chauffant (5) selon l'expression ù\/C x(T ùT) 1ù v R , où Cv est le coefficient calorifique du matériau poreux (4), Tmax est une température maximale permise, T est la température à l'intérieur du réservoir (2), et 20 R est la résistance électrique de l'élément chauffant (5). 3. Le procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la température maximale (Tmax) est calibrée en fonction du matériau poreux (4). 4. Le procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la température seuil (Tseuil) est calibrée en fonction du matériau poreux (4). 25 5. Un véhicule ayant un réservoir (2) comprenant : - un matériau poreux (4) de stockage du gaz; - un élément (5) chauffant le matériau poreux (4) ;15-une sonde de température (1) de l'intérieur du réservoir (2) ; caractérisé en ce que le véhicule comprend en outre une unité de commande (6) pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 4. 6. Le véhicule selon la revendication 5, caractérisé en ce que le matériau 5 poreux (4) est composé de charbons actifs ou de MOFs (Metal Organic Frameworks). 7. Le véhicule selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comprend une motorisation utilisant du gaz naturel, ou une combinaison d'essence et de gaz naturel, ou encore une combinaison de diesel et de gaz 10 naturel.