Brevet FR3027999A1 — publié le 20160506

La présente invention concerne une station d'approvisionnement en hydrogène gazeux et un procédé associé qui permettent de déterminer avec une précision donnée le débit massique d'hydrogène gazeux durant l'approvisionnement d'un véhicule automobile. Ce dispositif et ce procédé peuvent être utilisés en vue, par exemple, de déterminer la masse totale d'hydrogène délivré. Le ravitaillement des véhicules fonctionnant à l'hydrogène est généralement mis en oeuvre par différence de pression, avec par conséquent un débit massique qui diminue en fin de ravitaillement du fait de la diminution de la différence de pression. Le débit massique d'hydrogène peut typiquement varier de 3 kg/min à 0,08 kg/min lors de l'approvisionnement d'un véhicule. La quantité d'hydrogène gazeux délivrée est habituellement déterminée par intégration du débit massique instantané mesuré au moyen d'un débitmètre massique à effet Coriolis. Cependant, la précision de la mesure diminue lorsque le débit diminue, ce qui rend très difficile la satisfaction de l'exigence de précision requise par la réglementation. Actuellement, la réglementation impose une précision de 1,5%. Avec les débitmètres à effet Coriolis actuellement utilisés, la meilleure précision qui puisse être assurée pour la mesure de la quantité d'hydrogène gazeux délivrée est de l'ordre de 5%. Une solution serait de modifier les débitmètres utilisés. Le document W02014/067606 Al propose d'utiliser une conduite d'approvisionnement qui relie le réservoir tampon contenant l'hydrogène sous pression au réservoir du véhicule à remplir munie de deux vannes et d'un débitmètre à effet Coriolis monté sur la conduite, entre les deux vannes. Une des vannes est montée à proximité du réservoir du véhicule tandis que l'autre est montée à proximité de la sortie du réservoir tampon. En actionnant les deux vannes simultanément, on parvient à maintenir dans la conduite d'approvisionnement, au niveau du débitmètre, un débit massique détectable par ce dernier, lequel fournit donc une valeur avec la précision souhaitée. Un but de la présente invention est de proposer une autre solution au problème technique précité. Ce but est atteint au moyen d'une station d'approvisionnement en hydrogène gazeux permettant de remplir par différence de pression le réservoir d'un véhicule automobile fonctionnant à l'hydrogène, ladite station étant du type comprenant : - un réservoir tampon contenant de l'hydrogène gazeux ; - une conduite d'approvisionnement connectée audit réservoir tampon et qui comporte une extrémité libre apte à être connectée à un réservoir de véhicule automobile ; -des moyens formant vanne montés sur ladite conduite d'approvisionnement et qui sont aptes à réguler le débit d'hydrogène sortant par ladite extrémité libre ; - des moyens de détermination du débit massique d'hydrogène gazeux circulant dans ladite conduite d'approvisionnement, lesdits moyens de détermination étant montés sur ladite conduite d'approvisionnement, en amont 15 desdits moyens formant vanne. Selon l'invention, de manière caractéristique, lesdits moyens de détermination du débit massique d'hydrogène gazeux sont aptes à déterminer ledit débit massique avec une précision souhaitée lorsque la valeur du débit massique d'hydrogène gazeux circulant dans ladite conduite est comprise dans 20 une plage de valeurs donnée qui correspond à la plage de mesure desdits moyens de détermination du débit massique, ladite station comporte, en outre, des moyens de compression de l'hydrogène gazeux contenu dans ladite conduite qui sont disposés en amont desdits moyens de détermination du débit massique et qui sont conformés pour comprimer l'hydrogène gazeux contenu 25 dans ladite conduite, quand la valeur du débit massique déterminée par lesdits moyens de détermination du débit massique est en dehors de ladite plage de mesure, et ce de manière à ce que la valeur du débit massique déterminée par lesdits moyens de détermination reste toujours comprise dans ladite plage de mesure, moyennant quoi, la précision de la valeur du débit massique 30 déterminée par lesdits moyens de détermination reste sensiblement égale à ladite précision souhaitée. Avantageusement, lesdits moyens de compression sont conformés pour comprimer l'hydrogène gazeux contenu dans ladite conduite, quand la valeur du débit massique déterminée par lesdits moyens de détermination du débit massique est inférieure à une valeur de référence donnée qui est comprise dans ladite plage mesure, et ce de manière à ce que la valeur du débit massique déterminée par lesdits moyens de détermination soit à nouveau sensiblement égale à ladite valeur de référence donnée. Selon l'invention, les moyens de compression ne sont pas limités. Selon un premier mode de réalisation, ils comportent un compresseur disposé en amont dudit réservoir tampon et qui est apte à comprimer l'hydrogène gazeux contenu dans ce dernier. Selon un autre mode de réalisation éventuellement combinable avec le premier précité, lesdits moyens de compression comportent un réservoir qui comprend un premier compartiment de volume variable contenant de l'hydrogène gazeux et un deuxième compartiment dit de compression qui est relié à un réservoir de fluide et des moyens formant pompe qui relient ledit réservoir de fluide audit compartiment de compression et qui sont aptes à faire varier la quantité et/ou la pression du fluide dans ledit compartiment de compression de manière à modifier la pression de l'hydrogène contenu dans ledit premier compartiment. Avantageusement, le réservoir tampon est lui-même un réservoir à deux compartiments tel que précité ; il fait alors office de réservoir tampon et de moyens de compression. Avantageusement, la station comporte en outre un système de refroidissement de l'hydrogène gazeux disposé en amont desdits moyens formant vanne et qui permet de refroidir l'hydrogène jusqu'à une température donnée avant le remplissage du réservoir dudit véhicule. Selon l'invention, les moyens de détermination du débit massique d'hydrogène gazeux ne sont pas limités. Ils peuvent comporter un débitmètre qui permet de mesurer un débit volumique, lequel est ensuite converti en un débit massique en fonction des conditions de température et de pression. Avantageusement, les moyens de détermination du débit massique comportent un débitmètre à effet Coriolis. Selon l'invention, lesdits moyens de détermination du débit massique d'hydrogène gazeux peuvent être conformés pour déterminer ladite valeur avec une précision donnée supérieure ou égale à ladite précision souhaitée ; ladite précision donnée peut être sensiblement égale à 0,75% du débit massique maximum mesurable avec ladite précision donnée par lesdits moyens de détermination du débit massique d'hydrogène gazeux. La présente invention concerne également un procédé de remplissage d'un réservoir de véhicule à hydrogène par différence de pression selon lequel - on fournit de l'hydrogène à une pression P1 variable au moyen d'une conduite d'approvisionnement munie de moyens formant vanne et reliée au réservoir d'un véhicule automobile qui contient de l'hydrogène gazeux à une pression P2 inférieure à Pi; - on ouvre lesdits moyens formant vanne ; - en un point de ladite conduite situé en amont desdits moyens formant vanne, on détermine le débit massique d'hydrogène gazeux pénétrant dans ledit réservoir du véhicule et l'on maintient ledit débit massique d'hydrogène gazeux circulant dans la conduite supérieur ou sensiblement égal à une valeur de référence donnée en actionnant lesdits moyens formant vanne. De manière caractéristique, selon l'invention, lorsque du fait de la trop faible différence de pression d'hydrogène gazeux AP = P2-P1, le débit massique devient inférieur à ladite valeur de référence donnée et que lesdits moyens formant vanne sont totalement ouverts et n'exercent donc plus aucune régulation du débit, on comprime l'hydrogène gazeux contenu dans la portion de ladite conduite d'approvisionnement située en amont du point de détermination du débit massique de manière à augmenter en continu la différence de pression d'hydrogène gazeux AP afin que ledit débit massique d'hydrogène gazeux soit toujours sensiblement égal à ladite valeur de référence. Avantageusement, on comprime de manière à ce que la valeur du débit massique déterminée soit sensiblement égale ou supérieure à la valeur de référence diminuée de 5% de la valeur de référence et sensiblement égale ou inférieure à la valeur de référence augmentée de 5% de la valeur de référence. DE FINITIONS Un véhicule automobile fonctionnant à l'hydrogène est un véhicule dont le moteur fonctionne à l'hydrogène ou un véhicule qui comporte une pile dont l'hydrogène est le combustible. Il peut s'agir, selon l'invention, d'un véhicule apte à se déplacer sur le sol et/ou dans et/ou sur l'eau et/ou dans l'air. Le terme « précision » en référence à la mesure est lié, au sens de la présente invention, à la plage de mesure des moyens de détermination du débit massique et aux moyens eux-mêmes. La plage de mesure est définie comme étant l'intervalle de valeurs [débit massique minimum mesurable avec une précision donnée ; débit massique maximum mesurable avec ladite précision donnée]. On considère selon l'invention que la précision d'une mesure d'un débit massique est sensiblement égale à un pourcentage du débit massique maximum mesurable avec ladite précision donnée des moyens de détermination du débit massique et notamment d'un débitmètre à effet de Coriolis. Ce pourcentage peut être égal, par exemple, à 0,75%. Les termes « moyens de compressions » désignent tout dispositif apte à augmenter la pression de l'hydrogène sans apport d'hydrogène supplémentaire. En particulier, les moyens de compression sont aptes à augmenter la pression de l'hydrogène gazeux contenu dans la conduite jusqu'à une valeur supérieure à la pression régnant dans le réservoir tampon à un instant donné. La présente invention, ses caractéristiques les divers avantages qu'elle procure apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation particulier de la présente invention, présenté à titre d'exemple non limitatif et qui fait référence aux dessins annexés sur lesquels : - la Fig. 1 représente un schéma d'un mode de réalisation de la station d'approvisionnement en hydrogène selon l'invention. En référence à la Fig. 1, selon un mode de réalisation de l'invention, la station d'approvisionnement comporte un réservoir tampon 1 qui peut être rempli d'hydrogène gazeux via une vanne V3 montée sur une conduite reliée à une source d'hydrogène gazeux non représentée. La station comporte une conduite d'approvisionnement 2 qui relie la sortie du réservoir tampon 1 au réservoir 101 du véhicule automobile à approvisionner. Une première vanne V1 munie de moyens formant clapet anti-retour est montée à proximité de la sortie du réservoir tampon 1. Une deuxième vanne V2 est montée sur la conduite 2 à proximité de l'extrémité libre de cette dernière, laquelle est connecté au réservoir de véhicule 101. En amont de la deuxième vanne V2 sont montés les moyens de détermination du débit massique d'hydrogène gazeux 5. Ces moyens de détermination du débit massique 5 permettent de déterminer ou de mesurer directement le débit massique d'hydrogène gazeux circulant dans la conduite 2. Un système de refroidissement de l'hydrogène gazeux 6 est disposé en amont des moyens de détermination du débit massique d'hydrogène gazeux. Il permet de refroidir l'hydrogène gazeux circulant dans la conduite 2 jusqu'à une valeur donnée. Entre la première vanne V1 et le système de refroidissement 6 sont montés les moyens de compression de l'hydrogène gazeux 3; ces moyens de compression 3 permettent de comprimer l'hydrogène gazeux circulant dans la conduite 2 en aval, dans la direction du réservoir 101. En référence à la Fig. 1, les moyens de compression précités comportent un récipient à vessie 3 qui comporte une membrane souple qui détermine un premier compartiment 31 rempli d'hydrogène et qui est connecté à la conduite 2. L'hydrogène gazeux circulant dans la conduite 2 peut donc entrer et sortir de ce premier compartiment 31. Le volume du récipient externe au premier compartiment précité forme un deuxième compartiment dit de compression 33. Le compartiment de compression 33 est relié à un bac de fluide 9 (huile, par exemple) au moyen d'une pompe P actionnée par un moteur 7. La pompe P peut injecter, éventuellement sous pression, du fluide provenant du bac 9 vers le deuxième compartiment 33 de manière à comprimer la membrane souple ; la compression de la membrane souple a pour effet de comprimer l'hydrogène gazeux contenu dans le premier compartiment 31. Les traits en pointillés qui relient la deuxième vanne V2 aux moyens de détermination du débit massique 5 matérialisent l'asservissement de l'ouverture de la deuxième vanne V2 à la valeur du débit massique déterminée. De même, les traits en pointillés reliant les moyens de détermination du débit massique 5 au moteur 7 matérialisent l'asservissement du moteur 7 à la valeur du débit massique déterminée par les moyens de détermination 5. La station comporte également des moyens de contrôle qui ne sont pas représentés. Le fonctionnement de la station représentée sur la Fig. 1 va maintenant être décrit en référence à cette même figure. Le réservoir tampon 1 est rempli d'hydrogène gazeux à une pression P1 par ouverture de la vanne V3 et fermeture de la première vanne V1 . On ferme ensuite la vanne V3. On connecte le réservoir du véhicule 101 à l'extrémité libre de la conduite 2. Le réservoir 101 contient de l'hydrogène gazeux à une pression P2 inférieure à Pi. On ouvre les vannes V1 et V2. L'hydrogène gazeux empli la conduite 2, le premier compartiment 31 et le réservoir 101. On régule l'ouverture de la vanne V2 de façon à obtenir un débit massique sensiblement égal à une valeur donnée DM50 qui correspond sensiblement à la valeur médiane de la plage de mesure des moyens de détermination du débit massique. Le débit massique d'hydrogène gazeux varie en fonction de la différence de pression existant entre le réservoir 101 et le réservoir tampon 1. Lorsque la différence de pression entre le réservoir 101 et le réservoir tampon 1 devient inférieure à une valeur donnée, le débit massique d'hydrogène diminue et devient inférieur à la valeur DM50. Lorsque le débit massique devient sensiblement inférieur à DM50-5%(DM50), si cela n'a pas été fait auparavant, on ferme la vanne V1, la vanne V2 est, elle, totalement ouverte et l'on comprime l'hydrogène gazeux contenu dans le premier compartiment 31 en injectant du fluide provenant du bac 9 dans le compartiment de compression 3. Lorsque le débit d'hydrogène gazeux déterminé par les moyens de détermination du débit massique 5 revient à la valeur DM50, on continue de comprimer l'hydrogène pour maintenir le débit sensiblement égal à la valeur DM50 ou comprise, par exemple, dans un intervalle [DM50-5% ; DM50+5`)/0]. La 25 compression de l'hydrogène contenu dans le premier compartiment permet de continuer à remplir par différence de pression le réservoir 101, avec un débit massique sensiblement constant et déterminé avec la précision souhaitée. La détection du remplissage du réservoir 101 peut être mise en oeuvre par la mesure de la pression et de la température dans le réservoir du véhicule 30 101 ou par mesure de la pression et de la température dans la conduite d'approvisionnement 2. La mesure du débit d'hydrogène permet de déterminer la quantité totale d'hydrogène transféré, notamment pour déterminer le coût/prix du remplissage. Selon un deuxième mode de réalisation non représenté, le réservoir tampon est lui-même un réservoir comportant deux compartiments tel que précité. Il fait alors office de réservoir tampon et de moyens de compression. Selon un troisième mode de réalisation non représenté, les moyens de 5 compression de l'hydrogène sont constitués d'un compresseur monté en amont du réservoir tampon 1. Le compresseur permet d'augmenter la pression dans le réservoir tampon 1. EXEMPLES Actuellement, les conditions de remplissage sont les suivantes : 10 Débit moyen de ravitaillement : 28 g/s (soit 5kg en 3 min) Meilleure précision possible pour la mesure du débit massique d'hydrogène : 0,75% de la plage de mesure du débitmètre à effet Coriolis. Le débitmètre à effet Coriolis est choisi de manière à ce que sa plage de mesure soit égale à au moins 1,5 fois le débit maximum détecté pendant le 15 remplissage du réservoir du véhicule. On choisit la valeur de référence du débit massique comme étant la valeur médiane de la plage de mesure. La station comporte un réservoir tampon de 250L; le volume du réservoir du véhicule est de 125 L. 20 Les valeurs de la température et de la pression régnant respectivement dans le réservoir tampon et dans le réservoir du véhicule avant le remplissage (valeurs initiales) et à la fin de ce dernier (valeurs finales) sont indiquées dans les Tableaux I et II ci-dessous. Dans le cas du Tableau I, les moyens de compression utilisés sont un réservoir 25 à vessie dont le premier compartiment, formé par la vessie présente un volume initial de 250 L. A la fin du remplissage, ce premier compartiment présente un volume de 25 L. Dans le cas du Tableau II, les moyens de compression sont un compresseur monté en amont du réservoir tampon. 30 Tableau I Température initiale (°C) Pression initiale (bar) Température finale (°C) Pression finale (bar) Réservoir tampon 45 350 100 875 Réservoir du véhicule 20 40 65 825 Tableau II Température initiale (°C) Pression initiale (bar) Température finale (°C) Pression finale (bar) Réservoir tampon 25 350 40 875 Réservoir du véhicule 20 40 65 8255 REVENDICATIONS: 1. Station d'approvisionnement en hydrogène gazeux permettant de remplir par différence de pression le réservoir d'un véhicule automobile (101) fonctionnant à l'hydrogène, ladite station étant du type comprenant : - un réservoir tampon (1) contenant de l'hydrogène gazeux ; - une conduite d'approvisionnement (2) connectée audit réservoir tampon (1) et qui comporte une extrémité libre apte à être connectée à un réservoir de véhicule automobile (101); -des moyens formant vanne (V2) montés sur ladite conduite d'approvisionnement (2) et qui sont aptes à réguler le débit d'hydrogène gazeux sortant par ladite extrémité libre ; et - des moyens de détermination du débit massique d'hydrogène gazeux (5) circulant dans ladite conduite d'approvisionnement, lesdits moyens de détermination étant montés sur ladite conduite d'approvisionnement (2), en amont desdits moyens formant vanne (V2) ; caractérisée en ce que lesdits moyens de détermination du débit massique d'hydrogène gazeux (5) sont aptes à déterminer ledit débit massique avec une précision souhaitée lorsque la valeur du débit massique d'hydrogène gazeux circulant dans ladite conduite (2) est comprise dans une plage de valeurs donnée qui correspond à la plage de mesure desdits moyens de détermination du débit massique (5), en ce que ladite station comporte, en outre, des moyens de compression de l'hydrogène gazeux (3) contenu dans ladite conduite (2) qui sont disposés en amont desdits moyens de détermination du débit massique (5) et qui sont conformés pour comprimer l'hydrogène gazeux contenu dans ladite conduite (2), quand la valeur du débit massique déterminée par lesdits moyens de détermination du débit massique est en dehors de ladite plage de mesure, et ce de manière à ce que la valeur du débit massique déterminée par lesdits moyens de détermination (5) reste toujours comprise dans ladite plage de mesure, moyennant quoi, la précision de la valeur du débit massique déterminée par lesdits moyens de détermination (5) reste sensiblement égale à ladite précision souhaitée. 2. Station d'approvisionnement en hydrogène gazeux selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens de compression (3) sont conformés pour comprimer l'hydrogène gazeux contenu dans ladite conduite (2) quand la valeur du débit massique déterminée par lesdits moyens de détermination du débit massique est inférieure à une valeur de référence donnée qui est comprise dans ladite plage mesure, et ce de manière à ce que la valeur du débit massique déterminée par lesdits moyens de détermination (5) soit à nouveau sensiblement égale à ladite valeur de référence donnée. 3. Station selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que lesdits moyens de compression (3) comportent un compresseur disposé en amont dudit réservoir tampon et qui est apte à comprimer l'hydrogène gazeux contenu dans ledit réservoir tampon (1). 4. Station selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits moyens de compression (3) comportent un réservoir qui comprend un premier compartiment de volume variable (31) contenant de l'hydrogène gazeux et un deuxième compartiment dit de compression (33) qui est relié à un réservoir de fluide (9), des moyens formant pompe (P, 7) qui relient ledit réservoir de fluide (9) audit compartiment de compression (33) et qui sont aptes à faire varier la quantité et/ou la pression du fluide dans ledit compartiment de compression (33) de manière à modifier la pression de l'hydrogène contenue dans ledit premier compartiment (31). 5. Station selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit réservoir tampon (1) est du type comprenant un premier compartiment de volume variable contenant de l'hydrogène gazeux et un deuxième compartiment dit de compression qui est relié à un réservoir de fluide, des moyens formant pompe qui relient ledit réservoir de fluide audit compartiment de compression et qui sont aptes à faire varier la quantité et/ou la pression du fluide dans ledit compartiment de compression de manière à modifier la pression de l'hydrogène contenue dans ledit premier compartiment. 6. Station selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits moyens de détermination du débit massique d'hydrogène gazeux (5) comportent un débitmètre à effet Coriolis. 7. Station selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits moyens de détermination du débit massique d'hydrogène gazeux (5) sont conformés pour déterminer ladite valeur avec une précision donnée supérieure ou égale à ladite précision souhaitée, en ce que ladite précision donnée est sensiblement égale à 0,75% du débit massique maximum mesurable avec ladite précision donnée par lesdits moyens de détermination du débit massique d'hydrogène gazeux. 8. Procédé de remplissage d'un réservoir de véhicule automobile fonctionnant à l'hydrogène gazeux par différence de pression selon lequel - on fournit de l'hydrogène à une pression P1 variable au moyen d'une conduite d'approvisionnement (2) munie de moyens formant vanne (V2) et reliée au réservoir d'un véhicule automobile (101) qui contient de l'hydrogène gazeux à une pression P2 inférieure à P1 ; - on ouvre lesdits moyens formant vanne (V2); - en un point de ladite conduite situé en amont desdits moyens formant vanne (V2), on détermine le débit massique d'hydrogène gazeux pénétrant dans ledit réservoir du véhicule (101) et l'on maintient ledit débit massique d'hydrogène gazeux circulant dans la conduite d'approvisionnement supérieur ou sensiblement égal à une valeur de référence donnée en actionnant lesdits moyens formant vanne (V2). caractérisé en ce que, lorsque du fait de la trop faible différence de pression d'hydrogène gazeux existant entre la conduite et ledit réservoir de véhicule, le débit massique devient inférieur à ladite valeur de référence donnée et que lesdits moyens formant vanne sont totalement ouverts et n'exercent donc plus aucune régulation du débit, on comprime l'hydrogène gazeux contenu dans la portion de ladite conduite d'approvisionnement située en amont du point de détermination du débit massique de manière à augmenter en continu la différence de pression d'hydrogène gazeux AP afin que ledit débit massique d'hydrogène gazeux soit toujours sensiblement égal à ladite valeur de référence. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on comprime l'hydrogène gazeux de manière à ce que la valeur du débit massique déterminée soit sensiblement égale ou supérieure à la valeur de référencediminuée de 5% de la valeur de référence et sensiblement égale ou inférieure à la valeur de référence augmentée de 5% de la valeur de référence.