Brevet FR3101930A1 — publié le 20210416

L’invention concerne un système de gestion d’un réservoir de stockage d’un fluide cryogénique, tel du gaz naturel liquéfié (GNL) pour un véhicule ou une unité mobile, comprenant un réservoir (R) de stockage dudit fluide cryogénique. Selon l’invention le système de gestion comprend en outre un dispositif de contrôle du remplissage (CONTR) du réservoir (R) relié d’une part à des moyens de détection du remplissage du réservoir (R) à un niveau de remplissage prédéterminé, et d’autre part à une première vanne (2) disposée dans un circuit de remplissage (A) en fluide cryogénique du réservoir (R). La première vanne (2) peut prendre au moins une position ouverte autorisant le passage dudit fluide cryogénique dans ledit circuit de remplissage (A) vers ledit réservoir (R) et une position fermée empêchant le passage du fluide cryogénique dans le circuit de remplissage (A) vers le réservoir (R). Le dispositif de contrôle du remplissage (CONTR) est configuré pour commander la fermeture de la première vanne (2) lorsque le niveau de remplissage prédéterminé est détecté par les moyens de détection du remplissage. FIGURE 1 Système de gestion d’un réservoir de Gaz Naturel Liquéfié (GNL) pour véhicule ou unité mobile. Domaine technique de l'invention Le domaine de l’invention est celui des réservoirs de stockage de fluide cryogénique, comme par exemple le Gaz Naturel Liquéfié (GNL) ou l’azote liquide, destinés à équiper les véhicules (tels les véhicules automobiles, comme par exemple les voitures, camions ou encore autobus, les véhicules maritimes ou bien les unités mobiles comme par exemple les groupes électrogènes ou containers de stockage et/ou transport de marchandises. Plus particulièrement, l’invention concerne un dispositif de gestion d’un tel réservoir et notamment de son remplissage en fluide cryogénique, comme le GNL, et de sa pression interne. Art antérieur L’évolution très rapide des problèmes énergétiques et environnementaux impose d’utiliser les atouts des énergies alternatives. Ainsi, le transport routier est face à ce double enjeu : diversification énergétique et solution écologique. Au regard de ces enjeux, le marché des véhicules automobiles, et notamment des poids-lourds, fonctionnant au gaz naturel liquéfié (GNL), est entré dans une phase de croissance significative. Le gaz naturel liquéfié (GNL) est du gaz naturel stocké sous forme liquide. Cet état liquide est atteint lorsque le gaz est refroidi à une température d’environ -161°C à pression atmosphérique. La liquéfaction permet de réduire le volume gazeux du gaz naturel et de le stocker dans un ou plusieurs réservoirs installés, par exemple, sur le châssis du poids-lourd. De façon connue, le gaz naturel liquéfié contenu dans un tel réservoir est re-gazéifié de sorte à alimenter le moteur du poids-lourd. Ce carburant s'avère moins polluant que l'essence et le diesel, et l'autonomie des poids-lourds utilisant ce carburant les rend adaptés au transport routier longue distance. Lors du remplissage d’un réservoir de véhicule avec du GNL, il est nécessaire de conserver dans ce dernier un volume d’air dit « d’expansion » au-dessus du carburant pour permettre la dilatation de ce dernier, et éviter ainsi d’engendrer des contraintes excessives sur les parois du réservoir et tout risque de débordement du carburant. En effet, sous l’effet d’apport en chaleur, le GNL se dilate et s’évapore et entraîne une augmentation de pression à l’intérieur du réservoir susceptible de compromettre l’intégrité technique de ce dernier. C'est pour cette raison qu’il est nécessaire de limiter le remplissage du réservoir et, à cette fin, on s'arrange pour que la phase liquide n'occupe que 85 à 90% du volume disponible à ça température de remplissage. Afin de contrôler le remplissage du réservoir, un réservoir tampon d’une capacité comprise entre 10 à 15 % du volume du réservoir et dans lequel un petit orifice est réalisé permettant un débit de 4 à 8 L/min, est placé dans le réservoir. Du fait du faible débit comparativement au débit de remplissage (jusqu'à 190L/min), le réservoir tampon n’a pas le temps de se remplir et permet ainsi d’obtenir les 10 à 15 % de ciel gazeux. Cependant, lors du remplissage, il se peut que l’utilisateur ne respecte pas strictement les consignes de remplissage. En particulier, il est possible de contourner le volume tampon : c’est-à-dire de faire le plein puis, après une certaine durée (temps d’équilibre des pressions et du niveau entre le réservoir et le réservoir tampon), de faire le complément du remplissage et ainsi remplir le réservoir davantage sans respecter le volume d’expansion. Par ailleurs, des systèmes de sécurité existent pour pallier au problème d’augmentation de la pression au sein du réservoir. Ainsi, en cas de dépassement d’une valeur seuil maximale de pression, pour laquelle le réservoir a été dimensionné, le gaz d’évaporation contenu dans le réservoir, constitué d’azote et de méthane, est rejeté dans l’atmosphère afin d’éviter de dégrader l’intégrité mécanique du réservoir. Afin d’éviter le rejet du gaz dans l’atmosphère qui présente une perte de carburant donc un surcoût et qui est une source de pollution, des régulateurs de pression mécanique sont prévus pour permettre de réguler la pression interne du réservoir et d’éviter d’attendre la pression de dégazage. Toutefois, ces régulateurs comprennent de multiples composants mécaniques, ce qui rend leur maintenance longue et délicate. De plus, ils sont peu précis et souvent sujet aux pannes. Par ailleurs, ce type de système ne permet pas de réguler de manière fine la pression interne du réservoir. Il existe donc un besoin d’une solution technique de gestion d’un réservoir de stockage de GNL, qui ne présente pas ces différents inconvénients de l’art antérieur. Notamment, il existe un besoin d’une telle solution technique qui permette de sécuriser davantage le remplissage et de gérer finement la pression au sein du réservoir, ainsi que de faciliter sa manipulation et sa manutention. Présentation de l'invention L’invention concerne un système de gestion d’un réservoir de stockage de fluide cryogénique, tel du gaz naturel liquéfié (GNL), pour un véhicule ou unité mobile, comprenant un réservoir de stockage du fluide cryogénique. Ce système de gestion comprend en outre un dispositif de contrôle du remplissage du réservoir relié d’une part à des moyens de détection du remplissage du réservoir à un niveau de remplissage prédéterminé, et d’autre part à une première vanne disposée dans un circuit de remplissage en fluide cryogénique du réservoir. La première vanne peut prendre au moins une position ouverte autorisant le passage du fluide cryogénique dans le circuit de remplissage vers le réservoir et une position fermée empêchant le passage du fluide cryogénique dans le circuit de remplissage vers le réservoir. Le dispositif de contrôle du remplissage est configuré pour commander la fermeture de la première vanne lorsque le niveau de remplissage prédéterminé est détecté par les moyens de détection du remplissage. Ainsi, l’invention propose un dispositif de sécurité sous la forme d’un système de gestion destiné à équiper les réservoirs contenant par exemple du gaz naturel liquéfié (GNL) utilisé comme carburant pour les véhicules à moteurs ou pour les unités mobiles de tout type (container, groupe électrogène,…). Ce système de gestion permet notamment d’éviter un sur-remplissage du réservoir. Pour cela, ce dispositif contrôle l'arrêt automatique, à un niveau déterminé, du remplissage du réservoir. Plus particulièrement, un moyen de détection, tel un capteur optique ou capacitif ou tout autre capteur de niveau, est positionné à un niveau correspondant à 85% du volume total du réservoir, par exemple, et initie l’arrêt du remplissage lorsque le fluide cryogénique (GNL par exemple) dans le réservoir atteint le niveau du capteur. Un dispositif de contrôle, commande alors la fermeture de la vanne de remplissage du réservoir. Le dispositif de contrôle du remplissage dispose donc d’une information de niveau délivrée par le moyen de détection optique ou capacitif et émet une consigne d’arrêt du remplissage vers la vanne de remplissage qui passe d’une position ouverte à une position fermée et vient ainsi obstruer le circuit de remplissage du réservoir. L'invention apporte donc un système simple, fiable et peu coûteux, pour limiter le remplissage en fluide cryogénique, tel le GNL, d'un réservoir à son niveau maximal autorisé. Selon un aspect de l’invention, la première vanne est une électrovanne, une vanne hydraulique ou une vanne pneumatique. Selon un autre aspect de l’invention, le système de gestion du réservoir comprend en outre un dispositif de contrôle de la pression interne du réservoir relié d’une part à des moyens de mesure de la pression interne du réservoir, et d’autre part à un circuit de régulation d’une sous-pression du réservoir. Ce circuit de régulation d’une sous-pression du réservoir comprend un évaporateur et une deuxième vanne d’ouverture du circuit de régulation autorisant le passage du fluide cryogénique dans l’évaporateur vers le réservoir et de fermeture empêchant le passage du fluide cryogénique depuis l’évaporateur vers le réservoir. Le dispositif de contrôle de la pression est configuré pour commander l’ouverture de la deuxième vanne lorsque la pression au sein du réservoir mesurée par les moyens de mesure est inférieure à une première valeur seuil prédéterminée P 1 et la fermeture du dispositif électromécanique lorsque la pression mesurée par les moyens de mesure est de nouveau supérieure à la première valeur seuil prédéterminée P 1 . Préférentiellement, la fermeture de la deuxième vanne intervient lorsque la pression mesurée par les moyens de mesure est supérieure à une valeur seuil supérieure à la première valeur seuil prédéterminée P 1 . Dans ce cas de figure, la valeur de fermeture est supérieure à la valeur d’ouverture. A titre d’exemple, l’ouverture de la deuxième vanne intervient quand la pression est inférieure à 6 bars et la fermeture de la deuxième vanne intervient quand la pression atteint 8 bars. Selon une caractéristique de l’invention, le système de gestion d’un réservoir comprend en outre un circuit de régulation d’une surpression du réservoir, et une troisième vanne dite de surpression disposée dans le circuit pouvant prendre une position ouverte autorisant le passage du fluide cryogénique sous sa forme gazeuse dans le circuit de régulation d’une surpression vers le circuit d’alimentation du moteur et une position fermée empêchant le passage du fluide cryogénique sous sa forme gazeuse dans le circuit de régulation d’une surpression vers le circuit d’alimentation du moteur. Le dispositif de contrôle de la pression est configuré pour commander l’ouverture de la troisième vanne lorsque la pression au sein du réservoir mesurée par les moyens de mesure est supérieure à une seconde valeur seuil prédéterminée P 2 , supérieure à la première valeur seuil prédéterminée P 1 , puis la fermeture du dispositif électromécanique lorsque la pression mesurée par les moyens de mesure est de nouveau inférieure à la seconde valeur seuil prédéterminée P 2 . De manière avantageuse, le circuit de régulation de la surpression du réservoir permet une économie de carburant lié au fait que le gaz n’est plus rejeté dans l’atmosphère quand la pression atteint 16 bar, mais est destiné à être consommé par le moteur. Selon une autre caractéristique de l’invention, les deuxième et troisième vannes sont une électrovanne, une vanne hydraulique ou une vanne pneumatique. Selon un aspect particulier de l’invention, la première valeur seuil prédéterminée P 1 est de 6 bars, préférentiellement 8 bars et la seconde valeur seuil prédéterminée P 2 est de 12 bars, préférentiellement 10 bars. Selon un autre aspect particulier de l’invention, le niveau de remplissage prédéterminé correspond à une valeur du volume disponible de stockage du réservoir comprise entre 85 et 90%. Selon encore un autre aspect particulier de l’invention, le dispositif de contrôle du remplissage et le dispositif de contrôle de la pression interne sont mis en œuvre dans un calculateur compris dans le réservoir. L’invention concerne également un véhicule comprenant au moins un réservoir de stockage de fluide cryogénique, tel du gaz naturel liquéfié, et le système de gestion dudit au moins un réservoir décrit précédemment. Il peut s’agir de véhicules de transport comme par exemple une voiture, un camion, un autocar ou encore un autobus, ou bien des véhicules maritimes. L’invention concerne également une unité mobile comprenant au moins un réservoir de stockage de fluide cryogénique, tel du gaz naturel liquéfié, et le système de gestion dudit au moins un réservoir décrit précédemment. Il peut s’agir unités mobiles comme par exemple les groupes électrogènes ou les containers de stockage et/ou transport de marchandises. Selon un aspect particulier de l’invention, le dispositif de contrôle du remplissage et le dispositif de contrôle de la pression interne sont mis en œuvre dans un calculateur du véhicule ou compris dans le réservoir. Brève description des figures D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre de simple exemple illustratif, et non limitatif, en relation avec les figures, parmi lesquelles : : la figure 1 est un synoptique d’un système de gestion d’un réservoir à GNL pour véhicule automobile. Système de gestion d’un réservoir de stockage d’un fluide cryogénique, tel du gaz naturel liquéfié (GNL) pour un véhicule ou une unité mobile, comprenant un réservoir (R) de stockage dudit fluide cryogénique, caractérisé en ce que ledit système de gestion comprend en outre un dispositif de contrôle du remplissage (CONTR) dudit réservoir (R) relié d’une part à des moyens de détection du remplissage dudit réservoir (R) à un niveau de remplissage prédéterminé, et d’autre part à une première vanne (2) disposée dans un circuit de remplissage (A) en fluide cryogénique dudit réservoir (R), ladite première vanne (2) pouvant prendre au moins une position ouverte autorisant le passage dudit fluide cryogénique dans ledit circuit de remplissage (A) vers ledit réservoir (R) et une position fermée empêchant le passage dudit fluide cryogénique dans ledit circuit de remplissage (A) vers ledit réservoir (R), ledit dispositif de contrôle du remplissage (CONTR) étant configuré pour commander la fermeture de ladite première vanne (2) lorsque ledit niveau de remplissage prédéterminé est détecté par lesdits moyens de détection du remplissage. Système de gestion d’un réservoir selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite première vanne (2) est une électrovanne, une vanne hydraulique ou une vanne pneumatique. Système de gestion d’un réservoir selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu ’il comprend en outre un dispositif de contrôle de la pression interne (CONTP) dudit réservoir (R) relié d’une part à des moyens de mesure de ladite pression interne dudit réservoir (R), et d’autre part à un circuit de régulation d’une sous-pression (B) dudit réservoir (R) comprenant un évaporateur (11) et une deuxième vanne (10) d’ouverture dudit circuit de régulation autorisant le passage dudit fluide cryogénique dans ledit évaporateur (11) vers ledit réservoir (R) et de fermeture empêchant le passage dudit fluide cryogénique depuis l’évaporateur (11) vers ledit réservoir (R), ledit dispositif de contrôle de ladite pression (CONTP) étant configuré pour commander l’ouverture de ladite deuxième vanne (10) lorsque ladite pression au sein du réservoir (R) mesurée par lesdits moyens de mesure est inférieure à une première valeur seuil prédéterminée P 1 et la fermeture de ladite deuxième vanne (10) lorsque ladite pression mesurée par lesdits moyens de mesure est de nouveau supérieure à la première valeur seuil prédéterminée P 1 . Système de gestion d’un réservoir selon la revendication 3, caractérisé en ce qu ’il comprend en outre un circuit de régulation d’une surpression (E) dudit réservoir (R), et une troisième vanne (12) dite de surpression disposée dans ledit circuit (12) pouvant prendre une position ouverte autorisant le passage dudit fluide cryogénique sous sa forme gazeuse dans ledit circuit de régulation d’une surpression (E) vers un circuit d’alimentation du moteur (D) et une position fermée empêchant le passage dudit fluide cryogénique sous sa forme gazeuse dans ledit circuit de régulation d’une surpression (E) vers ledit circuit d’alimentation du moteur (D), ledit dispositif de contrôle de ladite pression (CONTP) étant configuré pour commander l’ouverture de ladite troisième vanne (12) lorsque la pression au sein du réservoir (R) mesurée par lesdits moyens de mesure est supérieure à une seconde valeur seuil prédéterminée P 2 , supérieure à la première valeur seuil prédéterminée P 1 , puis la fermeture de ladite troisième vanne lorsque ladite pression mesurée par lesdits moyens de mesure est de nouveau inférieure à la seconde valeur seuil prédéterminée P 2 . Système de gestion d’un réservoir selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que lesdites deuxième et troisième vannes (10, 12) sont une électrovanne, une vanne hydraulique ou une vanne pneumatique. Système de gestion d’un réservoir selon l’une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que ladite première valeur seuil prédéterminée P 1 est de 6 bars, préférentiellement 8 bars et ladite seconde valeur seuil prédéterminée P 2 est de 12 bars, préférentiellement 10 bars. Système de gestion d’un réservoir selon les revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit niveau de remplissage prédéterminé correspond à une valeur du volume disponible de stockage dudit réservoir (R) comprise entre 85 et 90%. Système de gestion d’un réservoir selon les revendications 3 à 7, caractérisé en ce que le dispositif de contrôle du remplissage (CONTR) et le dispositif de contrôle de la pression interne (CONTP) sont mis en œuvre dans un calculateur compris dans le réservoir. Véhicule comprenant au moins un réservoir de stockage de fluide cryogénique, tel du gaz naturel liquéfié, et un système de gestion dudit au moins un réservoir selon l’une des revendications 1 à 8. Véhicule selon la revendication 9, caractérisé en ce que le dispositif de contrôle du remplissage (CONTR) et le dispositif de contrôle de la pression interne (CONTP) sont mis en œuvre dans un calculateur du véhicule ou un calculateur compris dans le réservoir.