Brevet FR3033867A1 — publié le 20160923

La présente invention concerne un procédé de remplissage de réservoirs avec du gaz sous pression. L'invention concerne plus particulièrement un procédé de remplissage de réservoirs avec du gaz sous pression, notamment de l'hydrogène sous pression, via une station de remplissage comprenant au moins une source de gaz sous pression et un circuit fluidique de transfert du gaz depuis la au moins une source vers les réservoirs, le circuit comprenant une première extrémité reliée à la au moins une source de gaz et une seconde extrémité munie d'une conduite de transfert destinée à être raccordée de façon amovible au réservoirs à remplir, le circuit comprenant, disposés en série entre la première extrémité et la seconde extrémité, une première vanne d'isolation, un organe de régulation de débit ou de pression, un échangeur de chaleur de refroidissement du gaz transféré vers le réservoir à remplir et une seconde vanne d'isolation, le procédé comprenant le remplissage successif d'un premier réservoir puis d'un second réservoir distinct. L'invention s'applique avantageusement au remplissage rapide (quelques minutes) de réservoirs d'hydrogène sous pression (entre 200 et 1000 bar par exemple). L'invention s'applique notamment au remplissage de réservoirs de carburant de véhicules. Lors du remplissage d'un réservoir d'hydrogène de gaz sous pression, la compression du gaz dans le réservoir produit un échauffement pouvant dépasser les limites d'utilisation des matériaux du réservoir. Il est ainsi généralement nécessaire de pré-refroidir le gaz avant son introduction dans le réservoir. Le document SAE J2601 précise des exemples de conditions dans lesquelles il est recommandé de remplir un réservoir. Pour cela, la station de remplissage doit pouvoir fournir du gaz refroidi à la gamme de température cible au plus vite dès que le remplissage est lancé. Dans certaine situations, le temps de mise en route et de mise en froid des équipements de refroidissement après une certaine attente entre le remplissage de deux véhicules peut engendrer un début de remplissage avec du gaz insuffisamment froid. Le début de la phase de remplissage d'un tel réservoir est cependant critique puisqu'il faut refroidir les lignes du circuit de remplissage et réaliser 3033867 2 généralement un test de connexion qui est être réalisé de préférence avec un gaz froid. Le document SAE J2601 donne par ailleurs des recommandations de remplissage plus avantageuses si les lignes sont froides au début du remplissage. 5 Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus. A cette fin, le procédé selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que, à la fin du remplissage du premier réservoir les première et seconde 10 vannes d'isolation sont fermées pour emprisonner une réserve de gaz sous pression dans le circuit entre ces deux vannes et en ce que, la réserve de gaz est utilisée pour le remplissage du second réservoir. L'invention présente propose un agencement et une utilisation des lignes du circuit de remplissage permettant d'améliorer le début du remplissage. 15 En effet, à l'issu d'un remplissage terminé, au lieu d'évacuer l'ensemble du gaz présent dans les lignes du circuit de remplissage en aval de l'organe de contrôle (vanne de régulation) via un rejet à l'atmosphère par exemple, l'invention conserve au moins une partie ce gaz froid et sous pression et l'utilise lors du remplissage ultérieur. 20 C'est-à-dire que le gaz sous pression situé à l'extrémité aval de la ligne (au niveau du flexible relié au réservoir à remplir, notamment en aval de la seconde vanne) est purgé pour permettre la déconnexion de l'extrémité aval du flexible par rapport au réservoir rempli mais le gaz situé plus en amont entre cette partie aval et l'organe de régulation (entre la seconde vanne 11 et la première vanne 7) peut 25 être conservé et réutilisé. Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - la réserve de gaz est utilisée pour réaliser un test de d'étanchéité du second réservoir raccordé de façon étanche à la seconde extrémité du circuit, 30 - la réserve de gaz est utilisée pour réaliser un test de d'étanchéité du circuit, - la réserve de gaz est utilisée lors d'une phase de détermination d'au moins une caractéristique physique du réservoir tel que son volume, sa 3033867 3 température, sa pression interne, son taux de remplissage, ladite phase de détermination étant réalisée via l'injection de gaz sous pression de la réserve de gaz emprisonnée dans le circuit vers l'intérieur du second réservoir et mesure d'au moins une grandeur physique du gaz dans le réservoir à l'issue de l'injection, la 5 grandeur physique du gaz étant choisie parmi : la température, la pression au sein du réservoir, - le gaz emprisonné entre les deux vannes d'isolation est dans les conditions de température et de pression correspondant à la dernière phase de remplissage du premier réservoir, 10 - le gaz emprisonné entre les deux vannes d'isolation a une pression comprise entre 200 et 1000 bar et de préférence comprise entre 700 et 900 bar et une température comprise entre 0°C et moins 41°C et de préférence comprise entre moins 10°C et moins 30°C, - la première vanne d'isolation est disposée dans le circuit de façon 15 adjacente de l'échangeur de chaleur, c'est-à-dire que la première vanne d'isolation est plus proche de l'échangeur de chaleur que de la première extrémité du circuit et de préférence la première vanne d'isolation est située au niveau de l'entrée de l'échangeur, - la seconde vanne d'isolation est disposée dans le circuit de façon 20 adjacente à la seconde extrémité du circuit, c'est-à-dire que la seconde vanne d'isolation est plus proche de la seconde extrémité du circuit que de l'échangeur de chaleur, - le volume du circuit situé entre les première et seconde vannes d'isolation est compris entre 0, 00005m3 et 0,01m3, ou plus, par exemple jusqu'à 0,05 m3 ou 25 0,1 m3 ou plus par exemple 1 m3. - la longueur du circuit entre les première et seconde vannes d'isolation est comprise entre un mètre et cinquante mètres et de préférence comprise entre deux et trente mètres, - au moins entre les première et seconde vannes d'isolation le circuit 30 comprend une ou des conduites comprenant une isolation thermique. L'invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous. 3033867 4 D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence à la figure unique qui représente de façon schématique et partielle, un exemple de station de remplissage de gaz pouvant mettre en oeuvre l'invention. 5 La station 100 de remplissage illustrée schématiquement comprend au moins une source 2, 3, 4 de gaz sous pression et un circuit 5 fluidique de transfert du gaz depuis la au moins une source vers les réservoirs 1 à remplir. La au moins une source 2, 3, 4 peut comprendre par exemple au moins l'un parmi : un stockage de gaz sous pression ou des stockages sous pression 10 disposés en parallèle, un ou plusieurs compresseurs... La station 100 peut notamment utiliser plusieurs réservoirs sous pression pour réaliser un remplissage par des équilibrages de pression successifs (« en cascade ») avec le réservoir à remplir (éventuellement complété ou assisté par un compresseur). On pourra se référer par exemple aux documents FR2928716A1 et 15 W02015001208A2 qui décrivent plus en détail des exemples de structure et de fonctionnement de stations de remplissage. Le circuit 5 comprenant au moins une première extrémité reliée à au moins une source 2, 3, 4 de gaz (côté amont) et une seconde extrémité (côté aval) munie d'une conduite 6 de transfert, notamment un flexible, destinée à être 20 raccordée de façon amovible aux réservoirs 1 à remplir. Le circuit 5 comprend, disposés en série d'amont en aval, entre la première extrémité et la seconde extrémité : une première vanne 7 d'isolation, un organe 8 de régulation de débit ou de pression (détendeur, vanne de régulation de débit, détendeur piloté, vanne de type proportionnelle ou tout autre organe approprié), 25 un échangeur 9 de chaleur de refroidissement du gaz transféré vers le réservoir 1 à remplir et une seconde vanne 11 d'isolation. L'échangeur 9 est un organe dans lequel le gaz est refroidi à la température cible. Bien entendu, l'agencement de plusieurs échangeurs ayant différentes structures permettant de réaliser ce refroidissement peut être envisagé. 30 Après l'organe 9 de refroidissement et la seconde vanne 11 d'isolement, l'extrémité aval du circuit peut comporter de façon connue des capteurs, flexibles et connectiques pour se raccorder aux réservoirs 1 des véhicules à remplir. 3033867 5 La représentation schématique de la figure décrit un minimum de composants. Bien entendu, le circuit 5 peut comporter classiquement d'autres équipements tels que des vannes, capteurs... intercalés ou non entre les composants illustrés à la figure. De même l'ordre des composants peut être 5 modifié. Par exemple, la première vanne 7 d'isolement peut être située entre l'organe 8 de régulation et l'échangeur 9 voir même en aval de l'échangeur 9. La station peut être utilisée comme suit. Lors d'un remplissage du réservoir 1 d'un premier véhicule, dit « premier réservoir », la fin du processus de remplissage du réservoir 1 se déroule 10 généralement aux alentours de la pression maximale de remplissage (entre 700 bar et 875 bar par exemple) avec une température de refroidissement dans les gammes recommandées (par exemple entre -17°C et -40°C). Une fois le premier réservoir 1 complètement remplit, la station 100 de remplissage peut commander la fermeture des vannes 7, 11 d'isolement de la ligne de distribution. 15 L'organe 9 de refroidissement est mis de préférence dans un mode prédéfini de régime d'attente du véhicule suivant. C'est-à-dire qu'un circuit de refroidissement fournissant des frigories à l'échangeur 9 peut être mis à l'arrêt ou maintenu avec un régime maximal de refroidissement ou avec un régime de refroidissement réduit par rapport à son refroidissement maximal. 20 De cette façon, dans la phase d'attente du véhicule suivant, l'ensemble de la ligne ou des lignes du circuit 5 située(s) entre les deux vannes 7, 11 d'isolation reste en pression et en température refroidie. C'est-à-dire qu'une réserve de gaz sous pression et froid est emprisonnée dans le circuit 5. 25 Ainsi, lorsque le véhicule suivant se présente la ligne du circuit 5 est maintenue froide (à l'exception des pertes thermiques). Le remplissage du réservoir 1 de ce second véhicule (« second réservoir » 1) peut être réalisé. Des tests préliminaires classiques (préalables au remplissage d'après la recommandation du document SAE J2601 ou conformes à toute autre logique de 30 remplissage ou norme de remplissage propre à chaque opérateur d'une station de remplissage) peuvent être réalisés avec le gaz emprisonné. Notamment, le gaz peut être utilisé pour réaliser des tests d'étanchéité classiques en pression suffisante et également avec une température froide. 3033867 6 Ceci permet ainsi de démarrer le remplissage du réservoir suivant avec un gaz déjà froid et sous pression. De cette façon également, une partie non négligeable des lignes du circuit 5 est ainsi déjà pré-refroidie. Ceci permet d'éviter ou de limiter le temps de mise en route du système de 5 refroidissement et la phase préliminaire, où l'échange entre le gaz à refroidir et l'échangeur n'est pas encore stabilisé. Ceci permet également de limiter les dispositifs qui permettent de préparer du gaz pré-refroidi avant le remplissage, comme par exemple le maintien du système de refroidissement à plein régime ou la présence d'une boucle de pré- 10 refroidissement en fonctionnement permanent. Dans le cas par exemple d'un remplissage d'un premier réservoir 1 qui se termine au bout d'une durée comprise entre 3min et 5min. A l'issue de ce remplissage, les vannes 7, 11 d'isolation sont fermées. L'extrémité aval de ligne de distribution (flexible notamment) connectée au 15 véhicule peut être vidée de son gaz (en aval de la seconde vanne 11 d'isolement). En revanche, entre les deux vannes 7, 11 d'isolement la longueur du circuit peut être comprise typiquement entre deux mètres et trente mètres. Cette portion est ainsi remplie d'hydrogène par exemple à une pression comprise entre 700 bar et 875 bar et un une température pouvant typiquement être entre -40°C et -17°C. 20 Cette ligne est de préférence calorifugée. Cette isolation thermique est adaptée pour limiter au maximum les déperditions thermiques peut permettre de maximiser et de prolonger les effets de l'invention. Après un temps d'attente typiquement d'ordre de une à vingt minutes, le gaz peut s'être légèrement réchauffé, mais reste dans une gamme de température 25 froide (-40°C à -17°C par exemple). Un second véhicule peut se présenter à la station 100. L'utilisateur peut réaliser les opérations de connexion et d'authentification de son véhicule. Le remplissage est ensuite lancé par exemple via l'appui sur un bouton ou un indicateur de début. 30 La première étape de remplissage comprenant par exemple un test de fuite, et/ou une détermination des caractéristiques du réservoir et des conditions de la ligne de remplissage peut être réalisé avec le gaz contenu entre les vannes 7, 11 d'isolement (notamment via l'ouverture de la seconde vanne 11). 3033867 7 Après ou pendant l'utilisation du gaz emprisonné, le processus de remplissage du second réservoir 11 peut se poursuivre avec le gaz sous pression provenant de la ou des sources 2, 3, 4. REVENDICATIONS1. Procédé de remplissage de réservoirs (1) avec du gaz sous pression, notamment de l'hydrogène sous pression, via une station (100) de remplissage comprenant au moins une source (2, 3, 4) de gaz sous pression et un circuit (5) fluidique de transfert du gaz depuis la au moins une source vers les réservoirs (1), le circuit (5) comprenant une première extrémité reliée à la au moins une source (2, 3, 4) de gaz et une seconde extrémité munie d'une conduite (6) de transfert destinée à être raccordée de façon amovible au réservoirs (1) à remplir, le circuit (5) comprenant, disposés en série entre la première extrémité et la seconde extrémité, une première vanne (7) d'isolation, un organe (8) de régulation de débit ou de pression, un échangeur (9) de chaleur de refroidissement du gaz transféré vers le réservoir (1) à remplir et une seconde vanne (11) d'isolation, le procédé comprenant le remplissage successif d'un premier réservoir (1) puis d'un second réservoir (1) distinct, caractérisé en que, à la fin du remplissage du premier réservoir (1) les première (7) et seconde (11) vannes d'isolation sont fermées pour emprisonner une réserve de gaz sous pression dans le circuit (5) entre ces deux vannes (7, 11) et en ce que, la réserve de gaz est utilisée pour le remplissage du second réservoir (1). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la réserve de gaz est utilisée pour réaliser un test de d'étanchéité du second réservoir (1) raccordé de façon étanche à la second extrémité du circuit. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la réserve de gaz est utilisée pour réaliser un test de d'étanchéité du circuit (5). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la réserve de gaz est utilisée lors d'une phase de détermination d'au moins une caractéristique physique du réservoir (1) tel que son volume, sa température, sa pression interne, son taux de remplissage, ladite phase de détermination étant réalisée via l'injection de gaz sous pression de la réserve de gaz emprisonnée dans le circuit (5) vers l'intérieur du second réservoir (2) et mesure d'au moins une grandeur physique du gaz dans le réservoir (1) à l'issue de l'injection, la grandeur 3033867 9 physique du gaz étant choisie parmi : la température, la pression au sein du réservoir. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le gaz emprisonné entre les deux vannes (7, 11) 5 d'isolation est dans les conditions de température et de pression correspondant à la dernière phase de remplissage du premier réservoir (1). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le gaz emprisonné entre les deux vannes (7, 11) d'isolation a une pression comprise entre 200 et 1000 bar et de préférence 10 comprise entre 700 et 900 bar et une température comprise entre 0°C et moins 41°C et de préférence comprise entre moins 10°C et moins 30°C. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la première vanne (7) d'isolation est disposée dans le circuit de façon adjacente de l'échangeur (9) de chaleur, c'est-à-dire que la 15 première vanne (7) d'isolation est plus proche de l'échangeur (9) de chaleur que de la première extrémité du circuit (5) et de préférence la première vanne (7) d'isolation est située au niveau de l'entrée de l'échangeur (9). 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la seconde vanne (11) d'isolation est disposée dans le 20 circuit (5) de façon adjacente à la seconde extrémité du circuit (5), c'est-à- dire que la seconde vanne (11) d'isolation est plus proche de la seconde extrémité du circuit (5) que de l'échangeur (9) de chaleur. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le volume du circuit situé entre les premières (7) et 25 seconde (11) vannes d'isolation est compris entre 0, 00005m3 et 0,01m3. 10.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la longueur du circuit (5) entre les première (7) et seconde (11) vannes d'isolation est comprise entre un mètre et cinquante mètres et de préférence comprise entre deux et trente mètres. 30 11.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'au moins entre les première (7) et seconde (11) vannes d'isolation le circuit comprend une ou des conduites comprenant une isolation thermique.