Brevet FR3146506A1 — publié le 20240913

L’invention concerne une installation de production et de distribution d’un carburant sous forme de fluide cryogénique, en particulier de l’hydrogène liquéfié, pour remplir au moins réservoir (7) de véhicule, l’installation (1) comprenant une unité (2, 3) de liquéfaction d’un carburant gazeux, au moins un stockage (4) cryogénique configuré pour recevoir le carburant liquéfié par l’unité (2, 3) de liquéfaction via au moins une conduite (5) de transfert, l’installation (1) comprenant en outre au moins une conduite (6) de remplissage liquide comprenant une extrémité amont reliée au stockage (4) cryogénique et une extrémité aval configurée pour être reliée au(x) réservoir(s) (7) à remplir, caractérisée en ce que les extrémités de la au moins un conduite (5) de transfert sont éloignées l’une de l’autre d’une distance comprise entre 40m et 20km, c’est-à-dire qu’au moins une partie de l’unité (2, 3) de liquéfaction est déportée du stockage (4) cryogénique d’une distance comprise entre 40m et 20km. Figure d’abrégé : Fig. 1 Installation de production et de distribution d’un carburant sous forme de fluide cryogénique L’invention concerne une installation de production et de distribution d’un carburant sous forme de fluide cryogénique. L’invention concerne plus particulièrement une installation de production et de distribution d’un carburant sous forme de fluide cryogénique, en particulier de l’hydrogène liquéfié, pour remplir au moins réservoir de véhicule, l’installation comprenant une unité de liquéfaction d’un carburant gazeux, au moins un stockage cryogénique configuré pour recevoir le carburant liquéfié par l’unité de liquéfaction via au moins une conduite de transfert, l’installation comprenant en outre au moins une conduite de remplissage liquide comprenant une extrémité amont reliée au stockage cryogénique et une extrémité aval configurée pour être reliée au(x) réservoir(s) à remplir. Les unités de liquéfaction d’hydrogène de grande taille réclament une empreinte au sol relativement importante. Dans certaines situations, il est difficile de les implanter au plus près de la station de remplissage des réservoirs des véhicules (cas d’un aéroport par exemple). Une solution consiste déporter l’unité de liquéfaction et le stockage liquide et à utiliser des camions de transfert de carburant liquide pour alimenter la station de remplissage. Cette solution peut également poser des problèmes (difficulté d’accepter des flux de camions supplémentaires, coûts, risques de vaporisation plus grands…). Une autre solution consiste à déporter l’installation de liquéfaction et son stockage liquide et de transférer le liquide via une conduite. Ceci nécessite de prévoir une conduite isolée de diamètre suffisamment grands pour assurer des débits de remplissages importants. Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l’art antérieur relevés ci-dessus. A cette fin, l’installation selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu’en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisée en ce que les extrémités de la au moins une conduite de transfert sont éloignées l’une de l’autre d’une distance comprise entre 40m et 20km, c’est-à-dire qu’au moins une partie de l’unité de liquéfaction est déportée du stockage cryogénique d’une distance comprise entre 40m et 20km. Par ailleurs, des modes de réalisation de l’invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : l’unité de liquéfaction comprend un dispositif de pré-refroidissement du carburant gazeux configuré pour refroidir le carburant gazeux à une première température comprise entre 50 et 120K et par exemple 80K, le dispositif de pré-refroidissement comprenant par exemple au moins l’un parmi : un réfrigérateur à fluide de cycle, par exemple à l’azote, au moins un boucle de fluide caloporteur alimenté par une source de fluide liquéfié l’unité de liquéfaction comprenant en outre un dispositif de refroidissement du carburant gazeux configuré pour refroidir le carburant gazeux de la première température jusqu’à une seconde température plus basse et comprise entre 30 et 10K et par exemple 20K, le dispositif de refroidissement comprenant au moins l’un parmi : un réfrigérateur à fluide de cycle, par exemple à l’hydrogène et/ou hélium, le dispositif de pré-refroidissement du carburant gazeux est logé dans une boîte froide et configuré pour recevoir un flux de carburant gazeux et refroidir ce flux par échange thermique, l’installation étant configurée pour amener le flux de carburant gazeux en sortie du dispositif de pré-refroidissement à une première température comprise entre 70 et 90K et une pression comprise entre 13 bar et 40 barg, par exemple entre 20 et 30barg, le dispositif de refroidissement du carburant gazeux est logé dans une boîte froide et configuré pour recevoir un flux de carburant gazeux et refroidir ce flux par échange thermique, l’installation étant configurée pour amener le flux de carburant gazeux à l’état liquide en sortie du dispositif de refroidissement à une seconde empérature comprise entre 15 et 25K et une pression comprise entre 13 barg et 40 barg, par exemple entre 20 et 30 barg, le dispositif de pré-refroidissement et le dispositif de refroidissement du carburant gazeux sont logés dans des boîtes froides distinctes situées respectivement au niveau des deux extrémités de la conduite de transfert, c’est-à-dire sont éloignées l’un de l’autre d’une distance comprise entre 40m et 20km, le dispositif de refroidissement étant adjacent au stockage cryogénique, l’installation est configurée pour maintenir le carburant gazeux circulant dans la conduite de transfert entre les deux boîtes froides à une seconde température comprise entre 70 et 90K et une pression comprise entre 13 bar et 40 barg, le dispositif de pré-refroidissement et le dispositif de refroidissement sont situés au niveau d’une même extrémité de la conduite de transfert, c’est-à-dire sont éloignés du stockage cryogénique d’une distance comprise entre 40m et 20km, le dispositif de pré-refroidissement et le dispositif de refroidissement sont logés dans une même boîte froide, la conduite de transfert a un diamètre inférieur au diamètre de la conduite de remplissage, la conduite de transfert est une conduite isolée thermiquement sous-vide, l’installation comprend un circuit de récupération de gaz de vaporisation du carburant liquéfié, le circuit de récupération comprenant une première extrémité reliée à l’extrémité aval de la conduite de remplissage et une seconde aval reliée à l’unité de liquéfaction, le circuit de récupération étant configuré pour collecter et envoyer des gaz de vaporisation dans l’unité de liquéfaction en vue de leur liquéfaction dans l’unité de liquéfaction, au moins une partie du circuit de récupération est associé à au moins une partie de la conduite de transfert dans une même enveloppe, le circuit de récupération comprend au moins l’un parmi : un réservoir tampon de stockage du gaz de vaporisation récupéré, un compresseur du gaz de vaporisation récupéré, l’installation comprend plusieurs stockages cryogéniques raccordés en parallèle à la conduite de transfert via un ensemble de vanne(s), chaque stockage cryogénique comprenant une conduite de remplissage respective, le stockage cryogénique et la conduite de remplissage forment une station de remplissage de réservoirs d’avion est sont situés au niveau d’un terminal d’un aéroport. Selon d’autres particularités possibles : 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. D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles : Brève description des figures L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : est une vue schématique et partielle illustrant selon un premier mode de réalisation de l’invention, est une vue schématique et partielle illustrant selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, est une vue schématique et partielle illustrant selon un troisième mode de réalisation de l’invention. Description détaillée Sur toutes les figures, les mêmes références se rapportent aux mêmes éléments. Dans cette description détaillée, les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, cela ne signifie pas que les caractéristiques s’appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées et/ou interchangées pour fournir d’autres réalisations. L’installation 1 illustrée est configurée pour assurer la production et la distribution d’un carburant sous forme de fluide cryogénique, en particulier de l’hydrogène liquéfié, pour remplir au moins réservoir 7 de véhicule (avion, bateau, camion ou autre). L’installation 1 comprend une unité 2, 3 de liquéfaction d’un carburant gazeux, au moins un stockage 4 cryogénique configuré pour recevoir le carburant liquéfié par l’unité 2, 3 de liquéfaction via une conduite 5 de transfert et une conduite 6 de remplissage liquide pour assurer les remplissages à partir du stockage 4 cryogénique. L’hydrogène gazeux qui est liquéfié par l’unité 2, 3 de liquéfaction peut être fourni par un reformeur de méthane (« SMR »), un électrolyseur ou venir d’un réseau de gaz. L’hydrogène gazeux peut être purifié avant d’être liquéfié. L’unité de liquéfaction peut comporter un dispositif 2 de pré-refroidissement du carburant gazeux configuré pour refroidir le carburant gazeux à une première température comprise entre 50 et 120K et par exemple 80K. Ce dispositif 2 de pré-refroidissement peut comprendre par exemple au moins l’un parmi : un réfrigérateur à fluide de cycle, par exemple à l’azote ou mélange de gaz, au moins une boucle de fluide caloporteur alimenté par une source de fluide. L’unité de liquéfaction comporte un dispositif 3 de refroidissement du carburant gazeux configuré pour refroidir le carburant gazeux de la première température jusqu’à une seconde température plus basse et comprise par exemple entre 30 et 10K et par exemple 20K. Ce dispositif 3 de refroidissement comprenant au moins l’un parmi : un réfrigérateur à fluide de cycle, par exemple à l’hydrogène et/ou hélium. Le gaz de cycle est soumis à un cycle thermodynamique pour générer, à une extrémité du cycle (bout froid), une puissance froide qui est transmise par échange thermique avec le fluide à liquéfier. Ce cycle inclut une compression du gaz de cycle (basse puis plus haute pression), un refroidissement du gaz de cycle, une détente du gaz de cycle puis un réchauffage avant de recommencer le cycle. A noter que le carburant gazeux (hydrogène par exemple) peut être utilisé comme gaz de cycle (cycle hydrogène). Le dispositif 2 de pré-refroidissement peut être logé dans une boîte froide (isolée thermiquement, par exemple sous vide). Le dispositif 3 de réfrigération est disposé dans la même boîte froide ou une boîte froide distincte. Selon une particularité avantageuse, les extrémités de la conduite 5 de transfert sont éloignées l’une de l’autre d’une distance comprise entre 40m et 20km par exemple entre 100m et 15km et de préférence entre 1 et 3km. C’est-à-dire que l’unité 2, 3 de liquéfaction est déportée du stockage 4 cryogénique d’une distance comprise entre 40m et 20km. Ainsi, le dispositif 2 de pré-refroidissement et le dispositif 3 de refroidissement sont au niveau d’une même extrémité de la conduite 5 de transfert, c’est-à-dire sont éloignés du stockage 4 cryogénique d’une distance comprise entre 40m et 20km. Ceci permet de minimiser le diamètre de la conduite 5 de transfert (c’est-à-dire la conduite 5 conduisant le fluide carburant en particulier lorsqu’il est liquéfié) entre l’unité 2, 3 de liquéfaction et le stockage 8 cryogénique (le débit dans cette conduite 3 pouvant être un débit continu moyen défini par la capacité de liquéfaction de l’unité 2, 3). Ceci permet également de minimiser la longueur de la conduite 6 de remplissage et qui peut être dimensionnée pour des plus importants (débits maximums de remplissage plus importants que le débit en sortie de l’unité de liquéfaction). Comme illustré, l’unité de liquéfaction est déportée, l’empreinte au sol au niveau de la station de remplissage (terminal d’aéroport par exemple) est réduite. La illustre une variante de réalisation dans laquelle le dispositif 2 de pré-refroidissement et le dispositif 3 de refroidissement du carburant gazeux sont situés respectivement au niveau des deux extrémités de la conduite 5 de transfert, c’est-à-dire sont éloignées l’un de l’autre d’une distance comprise entre 40m et 20km, le dispositif 3 de refroidissement étant adjacent au stockage 4 cryogénique. C’est-à-dire qu’une partie de l’unité de liquéfaction est déportée de la station de remplissage (la partie pré-refroidissement de l’hydrogène par exemple) et l’hydrogène pré-refroidi est transporté par la conduite 5 de transfert vers la partie de refroidissement et de liquéfaction finale (dite « cycle à 20K »). Par exemple, le dispositif 3 de refroidissement peut être relié de façon adjacente au stockage 4 cryogénique. Notamment dans la représentation schématique de la , l’installation 1 comporte une seule conduite 5 de transfert reliant le dispositif 2 de pré-refroidissement et le dispositif 3 de refroidissement. Bien entendu, cette configuration n’est nullement limitative. En particulier, l’installation 1 pourrait comprendre plusieurs conduites 5 de transfert parallèles transférant le carburant gazeux pré-refroidi (par exemple deux, trois, quatre, cinq ou plus lignes 5 de transfert). Un intérêt du mode de réalisation de la par rapport à ceux des et est que la longueur de la ou des conduites 5 de transfert du carburant très froid (liquéfié produit via le dispositif 3 de refroidissement) est raccourcie. Le transfert entre le dispositif 2 de pré-refroidissement et le dispositif 3 de refroidissement est réalisé à relativement plus haute température que dans la variante de la [Fig .1], ceci nécessite une isolation moindre par rapport à la . La variante de réalisation de la se distingue de celle de la essentiellement en ce qu’elle comprend plusieurs stockages 4 cryogéniques raccordés en parallèle à la conduite 5 de transfert via un ensemble de vanne(s) (10). Comme illustré, chaque stockage 8 cryogénique peut comporter une conduite 6 de remplissage respective. Par exemple, chaque stockage 8 cryogénique et sa conduite 6 de remplissage respective peut être localisé dans un terminal de distribution respectif. De plus, comme illustré à la , l’installation 1 peut comprendre un circuit 8 de récupération de gaz de vaporisation du carburant liquéfié (« boil-off » en anglais). Le circuit 8 de récupération comprend une première extrémité reliée de préférence à l’extrémité aval de chaque conduite 6 de remplissage et une seconde aval reliée à l’unité 2, 3 de liquéfaction. Ce circuit 8 de récupération est configuré pour collecter le gaz de vaporisation (présent dans les réservoirs avant remplissage et/ou généré en cours ou après le remplissage notamment dans la conduite 6 de remplissage) et envoyer ces gaz de vaporisation dans l’unité de liquéfaction en vue de leur liquéfaction. Comme illustré, ce gaz de vaporisation peut être stocké dans un réservoir tampon 11 avant d’être comprimé dans un compresseur du côté de la station de remplissage puis envoyé par exemple dans la partie basse pression du cycle de l’unité de liquéfaction. Bien entendu, le compresseur 12 et le réservoir tampon peuvent être situé de façon déportée par rapport au stockage(s) (par exemple au niveau de l’unité de liquéfaction). Comme illustré, le transfert de ce gaz de vaporisation vers l’unité 2, 3 de liquéfaction déportée peut transiter dans une conduite logée dans une enveloppe ou tube 9 (isolé et de préférence sous vide et munie d’un écran thermique) abritant également une partie de la conduite 5 de transfert. Un échange thermique peut en particulier être prévu ou non entre ces deux conduites adjacentes. Comme schématisé, les conduites 6 de remplissage comportent de préférence une pompe 16. En outre, un réchauffeur 13 (échangeur par exemple) peut être prévu entre le compresseur 11 et le réservoir tampon 11. Installation de production et de distribution d’un carburant sous forme de fluide cryogénique, en particulier de l’hydrogène liquéfié, pour remplir au moins réservoir (7) de véhicule, l’installation (1) comprenant une unité (2, 3) de liquéfaction d’un carburant gazeux, au moins un stockage (4) cryogénique configuré pour recevoir le carburant liquéfié par l’unité (2, 3) de liquéfaction via au moins une conduite (5) de transfert, l’installation (1) comprenant en outre au moins une conduite (6) de remplissage liquide comprenant une extrémité amont reliée au stockage (4) cryogénique et une extrémité aval configurée pour être reliée au(x) réservoir(s) (7) à remplir, caractérisée en ce que les extrémités de la au moins une conduite (5) de transfert sont éloignées l’une de l’autre d’une distance comprise entre 40m et 20km, c’est-à-dire qu’au moins une partie de l’unité (2, 3) de liquéfaction est déportée du stockage (4) cryogénique d’une distance comprise entre 40m et 20km. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que l’unité (2, 3) de liquéfaction comprend un dispositif (2) de pré-refroidissement du carburant gazeux configuré pour refroidir le carburant gazeux à une première température comprise entre 50 et 120K et par exemple 80K, le dispositif (2) de pré-refroidissement comprenant par exemple au moins l’un parmi : un réfrigérateur à fluide de cycle, par exemple à l’azote, au moins un boucle de fluide caloporteur alimenté par une source de fluide liquéfié l’unité (2, 3) de liquéfaction comprenant en outre un dispositif (3) de refroidissement du carburant gazeux configuré pour refroidir le carburant gazeux de la première température jusqu’à une seconde température plus basse et comprise entre 30 et 10K et par exemple 20K, le dispositif (3) de refroidissement comprenant au moins l’un parmi : un réfrigérateur à fluide de cycle, par exemple à l’hydrogène et/ou hélium. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que le dispositif (2) de pré-refroidissement du carburant gazeux est logé dans une boîte froide et configuré pour recevoir un flux de carburant gazeux et refroidir ce flux par échange thermique, l’installation (1) étant configurée pour amener le flux de carburant gazeux en sortie du dispositif (2) de pré-refroidissement à une première température comprise entre 70 et 90K et une pression comprise entre 13 bar et 40 barg, par exemple entre 20 et 30barg. Installation selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que le dispositif (3) de refroidissement du carburant gazeux est logé dans une boîte froide et configuré pour recevoir un flux de carburant gazeux et refroidir ce flux par échange thermique, l’installation (1) étant configurée pour amener le flux de carburant gazeux à l’état liquide en sortie du dispositif (3) de refroidissement à une seconde empérature comprise entre 15 et 25K et une pression comprise entre 13 barg et 40 barg, par exemple entre 20 et 30 barg. Installation selon l’une quelconque des revendications 2 à 4 caractérisée en ce que le dispositif (2) de pré-refroidissement et le dispositif (3) de refroidissement du carburant gazeux sont logés dans des boîtes froides distinctes situées respectivement au niveau des deux extrémités de la conduite (5) de transfert, c’est-à-dire sont éloignées l’un de l’autre d’une distance comprise entre 40m et 20km, le dispositif (3) de refroidissement étant adjacent au stockage (4) cryogénique. Installation selon la revendication 5 caractérisée en ce qu’elle est configurée pour maintenir le carburant gazeux circulant dans la conduite (5) de transfert entre les deux boîtes froides à une seconde température comprise entre 70 et 90K et une pression comprise entre 13 bar et 40 barg. Installation selon l’une quelconque des revendications 2 à 4 caractérisée en ce que le dispositif (2) de pré-refroidissement et le dispositif (3) de refroidissement sont situés au niveau d’une même extrémité de la conduite (5) de transfert, c’est-à-dire sont éloignés du stockage (4) cryogénique d’une distance comprise entre 40m et 20km. Installation selon la revendication 7 caractérisée en ce que le dispositif (2) de pré-refroidissement et le dispositif (3) de refroidissement sont logés dans une même boîte froide. Installation selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisée en ce que la conduite (5) de transfert a un diamètre inférieur au diamètre de la conduite (6) de remplissage. Installation selon l’une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisée en ce que la conduite (5) de transfert est une conduite isolée thermiquement sous-vide. Installation selon l’une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisée en ce qu’elle comprend un circuit (8) de récupération de gaz de vaporisation du carburant liquéfié, le circuit de récupération comprenant une première extrémité reliée à l’extrémité aval de la conduite (6) de remplissage et une seconde aval reliée à l’unité (2, 3) de liquéfaction, le circuit (8) de récupération étant configuré pour collecter et envoyer des gaz de vaporisation dans l’unité de liquéfaction en vue de leur liquéfaction dans l’unité (2, 3) de liquéfaction. Installation selon les revendications 10 et 11 caractérisée en ce qu’au moins une partie du circuit (8) de récupération est associé à au moins une partie de la conduite (5) de transfert dans une même enveloppe (9). Installation selon l’une quelconque des revendications 11 ou 12, caractérisée en ce que le circuit (8) de récupération comprend au moins l’un parmi : un réservoir (11) tampon de stockage du gaz de vaporisation récupéré, un compresseur (12) du gaz de vaporisation récupéré. Installation selon l’une quelconque des revendications 1 à 13 caractérisée en ce qu’elle comprend plusieurs stockages (4) cryogéniques raccordés en parallèle à la conduite (5) de transfert via un ensemble de vanne(s) (10), chaque stockage (8) cryogénique comprenant une conduite (6) de remplissage respective. Installation selon l’une quelconque des revendications 1 à 14 caractérisée en ce que le stockage (4) cryogénique et la conduite (6) de remplissage forment une station de remplissage de réservoirs (7) d’avion est sont situés au niveau d’un terminal d’un aéroport.