Brevet FR3078137A1 — publié le 20190823

L'invention concerne un dispositif et un procédé de fourniture de liquide cryogénique. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de fourniture de liquide cryogénique, notamment du gaz naturel liquéfié, comprenant un réservoir source d'un premier liquide cryogénique, un circuit de soutirage comprenant une extrémité amont raccordée au réservoir source et une extrémité aval raccordée à un organe de délivrance de liquide. L'invention concerne en particulier le remplissage de réservoirs de véhicules de gaz naturel liquéfié. Selon les technologies, certains véhicules nécessitent d'être alimentés en gaz naturel liquéfié à des conditions thermodynamiques différentes (température en particulier). Ainsi, une même station de remplissage peut être confrontée à des véhicules nécessitant du liquide à -125°C (température de saturation de 8 barg) ou de -140°C (température de saturation de 3 barg). Les stations actuelles sont mal adaptées à cas de figures. 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 dispositif selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que le circuit de soutirage comprend un organe de refroidissement du liquide comprenant un bain d'un second liquide cryogénique ayant une température inférieure à la température du premier liquide cryogénique du réservoir source, le circuit de soutirage comprenant une première conduite transitant dans le bain pour assurer un refroidissement du premier liquide cryogénique soutiré du réservoir source par une échange thermique avec le second liquide cryogénique, le circuit de soutirage comprenant une seconde conduite de by-pass du bain et un ensemble de vanne(s) configuré pour commander circulation du premier liquide cryogénique entre les extrémité amont et aval du circuit de soutirage via la première conduite, c'est-à-dire avec refroidissement, ou via la seconde conduite, c'est-à-dire sans refroidissement. Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : 2 - le dispositif comprend une conduite de récupération de fluide comprenant une extrémité amont reliée à l'organe de délivrance et une extrémité aval reliée au réservoir source, ladite une conduite de récupération transitant dans le bain pour assurer un refroidissement du fluide transitant dans ladite conduite de 5 récupération, - la conduite de récupération de fluide comprenant une portion de by-pass du bain et un ensemble de vanne(s) configuré pour commander la circulation du fluide transitant dans ladite conduite de récupération avec ou sans échange thermique avec le second liquide cryogénique, c'est-à-dire avec ou sans 10 refroidissement, - le dispositif comprend une source du second liquide cryogénique et une conduite d'approvisionnement du bain reliant la source du second liquide cryogénique au bain, - le bain est disposé dans un réservoir clos, le dispositif comprenant un 15 organe de régulation de la pression dans le bain, - l'organe de régulation de la pression dans le bain comprend une soupape ou vanne d'évacuation de gaz vers l'extérieur qui est sensible à la pression dans le bain, - au moins une partie des vannes de l'ensemble de vanne(s) du circuit de 20 soutirage sont pilotées, le dispositif comprenant un organe de commande électronique de commande des vannes configuré pour commander les vannes en réponse à un signal de commande, - le second liquide cryogénique contient de l'azote liquide. L'invention également un procédé de fourniture de liquide cryogénique à un 25 réservoir, le procédé utilisant un dispositif conforme à l'une quelconque des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous, notamment pour le remplissage de réservoir(s) de liquide cryogénique de véhicules, le procédé comprenant une étape de génération d'un signal de commande de liquide cryogénique, une étape de détermination de la température requise dudit liquide cryogénique pour le 30 remplissage parmi au moins deux températures prédéterminées et une étape de pilotage de l'ensemble de vanne(s) pour commander, en réponse, la circulation du premier liquide cryogénique entre les extrémité amont et aval du circuit de 3 soutirage via la première conduite, c'est-à-dire avec refroidissement, ou via la seconde conduite, c'est-à-dire sans refroidissement. Selon d'autres particularités possibles : le procédé comporte une étape de récupération de fluide relativement chaud du réservoir via la conduite de 5 récupération avec refroidissement dans le bain et injection dans le réservoir source. L'invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous dans le cadre des revendications. 10 D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence à la figure unique qui représente une vue schématique et partielle illustrant un exemple de structure et de fonctionnement d'un dispositif selon l'invention. La station 1 de fourniture de liquide cryogénique (notamment du gaz naturel 15 liquéfié), comprend un réservoir source 2 de gaz naturel liquéfié. Par exemple le gaz naturel y est maintenu à une température et une pression légèrement inférieures aux conditions de remplissage les plus chaudes des véhicules susceptibles d'être approvisionnés. Par exemple, le liquide est maintenu à une température de -130°C si les conditions de remplissages les plus 20 chaudes sont -125°C. La station 1 possède un circuit de soutirage (conduite(s) ou autre qui peut comporter une pompe) comprenant une extrémité amont 3 raccordée au réservoir source 2 et une extrémité aval raccordée à un organe 6 de délivrance de liquide, par exemple une borne de remplissage munie d'un flexible. 25 Le circuit de soutirage comprend un organe de refroidissement du liquide comprenant un bain 7 d'un second liquide cryogénique, notamment de l'azote liquide, ayant une température inférieure à la température du premier liquide cryogénique du réservoir source 2. Par exemple, le liquide du bain 7 a une température comprise entre -160°C 30 et -180°C. Cette température peut être le cas échéant contrôlée en contrôlant la pression de l'azote gazeux au-dessus de la phase liquide. Le circuit de soutirage comprend une première conduite 4 transitant dans le bain 7 pour assurer un refroidissement du premier liquide cryogénique soutiré du 4 réservoir source 2 par un échange thermique avec le second liquide cryogénique. De plus, le circuit de soutirage comprenant une seconde conduite 5 de by-pass du bain 7 et un ensemble de vanne(s) 10, 11, de préférence pilotées, configuré pour commander circulation du premier liquide cryogénique entre les extrémité amont 3 5 et aval du circuit de soutirage via la première conduite 4. C'est-à-dire que les vannes 10, 11 permet de soutirer du liquide avec ou sans refroidissement. Ceci permet de fournir du liquide à des températures prédéterminées différentes en aval au niveau d'un organe 6 de délivrance/distribution. 10 Il peut même être envisagé un mélange de liquide refroidi et non refroidi pour atteindre si besoin une pluralité de températures cibles. L'échange thermique dans la bain 7 peut être obtenu via une portion en serpentin ou tout autre forme d'échangeur de chaleur entre la première conduite 4 et le liquide du bain 7. 15 L'échange thermique dans le bain 7 permet de contrôler précisément la température de sortie du gaz naturel fourni au véhicule, par exemple à une température de 2°C au-dessus de la température du bain. De plus, comme illustré, la station peut avantageusement comprendre une conduite 14 de récupération de fluide comprenant une extrémité amont reliée à 20 l'organe 6 de délivrance et une extrémité aval reliée au réservoir source 2. La conduite 14 de récupération transite dans le bain 7 pour assurer un refroidissement du fluide transitant dans ladite conduite 14 de récupération (un serpentin ou échangeur immergé dans le bain peut également être prévu). La conduite 14 de récupération de fluide peut comprendre une portion 19 25 de by-pass du bain 7 et un ensemble de vanne(s) 18 configuré pour commander la circulation du fluide transitant dans ladite conduite 14 de récupération avec ou sans passage dans le bain 7. Cette ligne de by-pass peut par exemple comporter une vanne manuelle ou autre pour permettre la maintenance de l'échangeur dans le bain 7. 30 Ce refroidissement possible du gaz renvoyé au réservoir source 2 permet par exemple de récupérer des gaz chauds de réservoirs vides (dégazage de citernes par exemple, lors d'une mise en froid... ). Ceci permet de limiter les entrées de chaleur et en particulier de limiter les gaz de vaporisation (boil-off). 5 La station peut comprendre un réservoir source 8 du second liquide cryogénique et une conduite 9 d'approvisionnement du bain 7 reliant la source 8 du second liquide cryogénique au bain. Le bain 7 est disposé de préférence dans un réservoir isolé sous vide et 5 clos et comprend un organe 17 de régulation de la pression dans le bain. Par exemple, une vanne 13 contrôle automatiquement le niveau de liquide en réponse à une mesure de niveau via un capteur dans le bain. L'organe 17 de régulation de la pression dans le bain comprend par exemple une soupape 17 ou vanne d'évacuation de gaz vers l'extérieur qui est 10 sensible à la pression dans le bain 7. Par exemple, la pression dans le bain 7 est mesurée par un capteur 16 qui contrôle une vanne 17 qui évacue le gaz généré vers un endroit sécurisé. Le dispositif peut donc permettre à la fois une fourniture de liquide à des températures différentes et le refroidissement de ce même fluide récupéré en 15 minimisant les entrées de chaleur. Alternativement, la température du réservoir source 2 peut être maintenue à la température la plus basse requise par certains véhicules via un système de refroidissement (par exemple un échangeur interne au réservoir couplé à fluide de refroidissement tel que de l'azote notamment). Dans le cas où des véhicules 20 nécessitent un liquide à une température plus élevée, le liquide soutiré peut être réchauffé dans un échangeur sur le circuit de soutirage (non représenté). Lorsqu'un réservoir relativement « chaud » doit être alimentée, la station pilote la fermeture de la vanne 10 de la première conduite et ouvre la vanne 13 de la seconde conduite. Le liquide soutiré vers la borne 6 de remplissage/distribution 25 ne passe donc pas par le bain 7. Lorsqu'un réservoir relativement froid doit être approvisionné, la station pilote l'ouverture de la vanne 10 de la première conduite et ferme la vanne 13 de la seconde conduite. Le liquide soutiré vers la borne 6 de remplissage/distribution passe donc par le bain 7. 30 Ce pilotage peut être automatisé et commandé par un ordinateur 15, un automate ou un micro-processeur qui peut être relié à une interface homme machine qui peut recevoir ou détecter une commande C de liquide à la température adéquate. 6 Par exemple, le type de véhicule ou le type de réservoir peut être détecté automatiquement ou renseigné par un signal et peut déterminer automatiquement la température de liquide requise. Cette solution, tout en étant de structure simple et peu coûteuse, permet de 5 répondre à des demandes de liquides à des températures différentes sans nécessiter de refroidissement du réservoir 2 source et un réchauffage ultérieur. De plus, cette solution permet également de refroidir le cas échéant du gaz récupéré. La quantité de fluide de refroidissement (azote ou autre) peut par ailleurs être ajustée à la demande de gaz naturel à refroidir. 10 L'automatisation de la commande de la vanne 18 sur la branche 19 de by- pass pourrait permettre, le cas échéant, de s'affranchir d'un refroidisseur intérieur dans le réservoir source 2. En effet du liquide soutiré via le circuit (extrémité 3, pompe, puis refroidissement dans le bain 7, REVENDICATIONS1. Dispositif de fourniture de liquide cryogénique, notamment du gaz naturel liquéfié, comprenant un réservoir source (2) d'un premier liquide cryogénique, un circuit (3, 4, 5) de soutirage comprenant une extrémité amont (3) raccordée au réservoir source (2) et une extrémité aval raccordée à un organe (6) de délivrance de liquide, caractérisé en ce que le circuit de soutirage comprend un organe de refroidissement du liquide comprenant un bain (7) d'un second liquide cryogénique ayant une température inférieure à la température du premier liquide cryogénique du réservoir source (2), le circuit (3) de soutirage comprenant une première conduite (4) transitant dans le bain (7) pour assurer un refroidissement du premier liquide cryogénique soutiré du réservoir source (2) par une échange thermique avec le second liquide cryogénique, le circuit de soutirage comprenant une seconde conduite (5) de by-pass du bain et un ensemble de vanne(s) (10, 11) configuré pour commander circulation du premier liquide cryogénique entre les extrémité amont (3) et aval du circuit de soutirage via la première conduite (4), c'est-à-dire avec refroidissement, ou via la seconde conduite (5), c'est-à-dire sans refroidissement. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une conduite (14) de récupération de fluide comprenant une extrémité amont reliée à l'organe (6) de délivrance et une extrémité aval reliée au réservoir source (2), ladite une conduite (14) de récupération transitant dans le bain (7) pour assurer un refroidissement du fluide transitant dans ladite conduite (14) de récupération. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la conduite (14) de récupération de fluide comprenant une portion (19) de by-pass du bain (7) et un ensemble de vanne(s) (18) configuré pour commander la circulation du fluide transitant dans ladite conduite (14) de récupération avec ou sans échange thermique avec le second liquide cryogénique, c'est-à-dire avec ou sans refroidissement. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend une source (8) du second liquide 8 cryogénique et une conduite (9) d'approvisionnement du bain (7) reliant la source (8) du second liquide cryogénique au bain (7). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le bain est disposé dans un réservoir clos et en ce que 5 le dispositif comprend un organe (17) de régulation de la pression dans le bain (7). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'organe (17) de régulation de la pression dans le bain comprend une soupape (17) ou vanne d'évacuation de gaz vers l'extérieur qui est sensible à la pression dans 10 le bain (7). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'au moins une partie des vannes de l'ensemble de vanne(s) (10, 11) du circuit de soutirage sont pilotées, le dispositif comprenant un organe (15) de commande électronique de commande des 15 vannes configuré pour commander les vannes en réponse à un signal (C) de commande. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le second liquide cryogénique contient de l'azote liquide.. 20 9. Procédé de fourniture de liquide cryogénique à un réservoir, le procédé utilisant un dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8, notamment pour le remplissage de réservoir(s) de liquide cryogénique de véhicules, le procédé comprenant une étape de génération d'un signal de commande de liquide cryogénique, une étape de 25 détermination de la température requise dudit liquide cryogénique pour le remplissage parmi au moins deux températures prédéterminées et une étape de pilotage de l'ensemble de vanne(s) (10, 11) pour commander, en réponse, la circulation du premier liquide cryogénique entre les extrémité amont (3) et aval du circuit de soutirage via la première conduite (4), c'est-à-dire avec 30 refroidissement, ou via la seconde conduite (5), c'est-à-dire sans refroidissement. 10.Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de récupération de fluide relativement chaud du réservoir via la 9 conduite (14) de récupération avec refroidissement dans le bain (7) et injection dans le réservoir source (2).