Brevet FR3120419A1 — publié le 20220909

La présente invention concerne un dispositif de contrôle, de gestion, de régulation, de surveillance et de gestion d’une installation de stockage embarquée d’un carburant ou de fluide cryogénique. Ce système indépendant et à pleine autorité, le plus souvent autonome, permet de conserver le ou les réservoirs cryogéniques dans des conditions de fonctionnement et de sécurité optimums, aussi bien dans les phases d’utilisation classiques, que celles de remplissage ou de stockage. Dispositif à pleine autorité de contrôle, de gestion et de pilotage pour installation de stockage embarqué de carburant ou de fluide cryogénique. Dans le cadre des réservoirs embarqués de carburants ou de fluides cryogéniques, de nouvelles difficultés voient le jour. En effet, au-delà des problèmes habituels liés aux carburants traditionnels, avec des carburants ou des fluides cryogéniques apparaissent des problématiques associées aux très basses températures, aux transferts thermiques, à la nucléation, à l’ébullition, à l’évaporation ou encore au vide nécessaire à l’isolation des réservoirs. Les dangers de la cryogénie sont notamment dérivés de la quantité de fluide à l’état liquide à très basse température qui réchauffée et gazéifiée occupe un volume très supérieur et peut produire une montée en pression jusqu’à l’explosion de l’installation. Une fuite de fluide cryogénique bien que moins expéditive, engendre aussi un certain nombre de dangers potentiels, tels que l’anoxie, les brûlures, les ruptures fragiles à froid des matériaux environnants non cryogéniques, ou encore les risques d’incendie et d’explosion dans le cas de carburants. Ces problématiques sont accentuées par le caractère dynamique d’un réservoir embarqué sur un engin en mouvement, soumis entre autres à des accélérations, à des vibrations, ou encore à des chocs et des écarts thermiques d’amplitudes. La gravité et les conséquences d’un accident sont augmentées dans le cas du transport collectif et intensifiées encore avec le nombre de passagers présents à bord ou en proximité immédiate de l’appareil. Les phases de remplissage sont également très critiques. Par ailleurs, l’intégration de cette technologie dans des engins et dans des environnements par définition complexes, les interactions et les interfaçages des différents systèmes sont susceptibles de générer de nombreuses complications, difficilement toutes prévisibles. Dans le cas particulier de l’hydrogène, carburant spécialement concerné par le stockage cryogénique, la dangerosité est également accrue du fait : Des risques de fuite attachés à la petite taille de la molécule d’hydrogène. Des risques d’inflammabilité associés à la faible énergie requise pour l’enflammer. Des risques d’explosion liés à sa grande volatilité. Enfin, il est important d’insister ici sur le fait que dans le cadre d’installations cryogéniques, un petit dysfonctionnement initial, s’il n’est pas corrigé immédiatement, peut très rapidement se transformer en un mode de défaillance important, voire catastrophique. Par exemple, les situations accidentelles qui mènent à des entrées de chaleur inopinées peuvent entraîner des augmentations de pression souvent extrêmement rapides. Ces notions de complexité et de constante de temps très courte nécessitent donc des doctrines de contrôles, de surveillance, de gestion et de pilotage très réactives au plus juste des réservoirs cryogéniques. Se basant sur les problématiques énoncées ci-dessus, la présente invention concerne un dispositif à pleine autorité, de contrôle, de surveillance, de gestion et de pilotage pour installation de stockage embarquée de carburants ou de fluides cryogéniques. Ce dispositif de gestion, de régulation et de surveillance du réservoir cryogénique permet d’assurer un fonctionnement sécuritaire et performant de l’équipement de stockage cryogénique. L’expression « pleine autorité » signifie ici que le dispositif est indépendant est surpasse tout autre système de commande concernant le pilotage et les actions sur l’installation de stockage cryogénique. Il assure entre autres les fonctions : De gestion du remplissage de l’installation. De gestion du stockage des différents fluides en fonctionnement et engin à l’arrêt. De gestion de la distribution des différents fluides. De la sécurisation de l’installation, aussi bien en fonctionnement qu’à l’arrêt. De la transmission et la réception d’informations des autres calculateurs de l’engin. Le dispositif est assemblé autour d’un système de régulation numérique, centré sur un calculateur à pleine autorité, qui au travers de capteurs et d’actionneurs pilote, par exemple les éléments suivants en fonction du type d’installation et de manière non exhaustive : Les débits et les niveaux de carburant, les températures et les pressions du carburant. Les débits et les niveaux, les pressions et les températures du fluide d’inertage (si l’installation en est pourvue). Les débits, les pressions et les températures des fluides de refroidissements internes et/ou externes (si l’équipement en est doté). Les débits de décharge, de transferts et/ou de purges rapides. Les puissances des réchauffeurs et des refroidisseurs (si l’installation en possède). Le niveau de vide de l’enceinte extérieure du réservoir. La présence et la concentration des gaz dans les différents réservoirs et dans l’enceinte extérieure. Les efforts, les déplacements , les jeux, les accélérations, les vibrations et les amortissements mécaniques des organes internes et externes de l’installation. Les organes de sécurité en général vannes, soupapes, clapets ou disques de rupture. La communication de l’état du système aux autres interfaces et aux autres calculateurs de l’engin. L’enregistrement et la communication de l’état du système aux interfaces statiques de suivi de la mission et de la maintenance. La mise en sécurité ultime de l’installation, voire son annihilation. Une suite de processeurs sont capables d’appréhender les différentes variables fournies par les capteurs et les piloter à l’aide des différents actionneurs. En fonction de l’analyse des modes de défaillance et de leur criticité, les dispositifs calculateurs, processeurs, capteurs et actionneurs pourront être redondants. Le dispositif surveille les grandeurs d’état du système, les analyse en permanence, identifie d’éventuelles dérives ou dysfonctionnements et définit les modes de fonctionnements normaux ou dégradés, les plus en adéquation avec la situation. Le dispositif communique et/ou enregistre les informations nécessaires à son maintien opérationnel, son entretien et sa maintenance ou susceptibles de mettre en évidence des anomalies, des pannes ou des incidents. Par exemple, des régimes de surpression, des températures anormalement élevées ou basses, de trop fortes accélérations, des fuites, des détections gazeuses anormales ou encore des chocs en fonctionnement ou lors des opérations de stockage à l’arrêt, même temporaire, sont enregistrés et contribuent à la sécurité et à la maintenance prédictive du système. Le dispositif assure la fiabilité du système via des boucles internes et externes d’autocontrôle. De même suivant leur spécificité et leur besoin de fonctionner de manière autonome, les dispositifs pourront être pourvus d’une source indépendante d’énergie pour les alimenter. Cette source pourrait être une ou des batteries, ou une ou plusieurs piles à combustible ou encore un moto-alternateur alimenté directement par le carburant cryogénique. Dispositif de contrôle, de gestion, de régulation, de surveillance et de pilotage d’un réservoir cryogénique embarqué, caractérisé par le fait qu’il est équipé de calculateurs, de capteurs, d’actionneurs, de processeurs capables de collecter et interpréter les données. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le processeur est apte à diriger l’ensemble du système afin de le conserver dans des conditions de fonctionnement et de sécurité optimums. Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le principe que le procédé de contrôle, de surveillance, de gestion et pilotage sont à pleine autorité. Dispositif selon les revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le système prévoit des modes de fonctionnement dégradés. Dispositif selon les revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le système de contrôle et de pilotage est susceptible de neutraliser ou d’annihiler l’installation cryogénique. Dispositif selon les revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le système de contrôle et de pilotage est autonome en énergie. Dispositif selon les revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le système est connectable a un ou des calculateurs, embarqués ou non et permettant de gérer de manière optimum l’état et les flux des fluides cryogéniques (consommation, remplissage, purges). Dispositif selon les revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le système a la possibilité de dialoguer et d’échanger avec d’autres calculateurs embarqués. Dispositif selon les revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le système a la possibilité de communiquer et d’échanger système avec d’autres stations fixes ou mobiles. Dispositif selon les revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que la fiabilité du système est assurée par des boucles internes et externes d’autocontrôle. Dispositif selon les revendications 1 à 10, caractérisé par le fait qu’un engin comprend plusieurs réservoirs cryogéniques interconnectés entre eux et dont chacun comporte un système de contrôle, de gestion, de régulation, de surveillance et de pilotage. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé par le fait que lesdits systèmes de contrôle, de gestion, de régulation, de surveillance et de pilotage, chacun rattaché à un réservoir, sont susceptibles de communiquer entre eux afin d’optimiser et de sécuriser le fonctionnement global des installations. Dispositif suivant les revendications 1 à 12, caractérisé par le fait que lesdits dispositifs de contrôle, de gestion, de régulation, de surveillance et de pilotage d’un ou de réservoirs cryogéniques embarqués sont utilisés dans le cadre d’engins aériens, spatiaux, terrestres, navals ou sous-marins.