Brevet FR3158137A1 — publié le 20250711

L’invention concerne un dispositif de stockage et de fourniture de fluide, notamment d’hydrogène, t un véhicule comprenant un réservoir (2) cryogénique de stockage de fluide liquéfié, un circuit de soutirage comprenant une conduite (3) de soutirage ayant une première extrémité (13) amont située dans le réservoir (2) et une seconde extrémité (23) aval destinée à être reliée à un organe utilisateur, le dispositif (1) comprenant en outre un système de pressurisation du réservoir (2) comprenant une conduite de pressurisation ayant deux extrémités reliées à l’intérieur du réservoir (2), un échangeur (4) de chaleur de vaporisation et un ensemble de vanne(s) (6, 16, 26, 36) configuré pour permettre le soutirage de liquide du réservoir (2), le réchauffage du liquide soutiré dans l’échangeur (4) de chaleur de vaporisation et sa réintroduction dans le réservoir (2), le dispositif (1) comprenant en outre un circuit de remplissage comprenant une extrémité amont (5) destinée à être reliée une source et une extrémité aval (7) débouchant dans le réservoir, caractérisé en ce que le circuit de remplissage comporte une portion de conduite confondue ou concentrique avec une partie de la conduite de pressurisation située dans le réservoir (2). Figure d’abrégé : Fig. 1 Dispositif de stockage et de fourniture de fluide et véhicule comprenant un tel dispositif. L’invention concerne un dispositif de stockage et de fourniture de fluide et un véhicule comprenant un tel dispositif. L’invention concerne plus dispositif de stockage et de fourniture de fluide, notamment dispositif embarqué de stockage et de fourniture d’hydrogène à un organe utilisateur, comprenant un réservoir cryogénique de stockage de fluide liquéfié, un circuit de soutirage comprenant une conduite de soutirage ayant une première extrémité amont située dans le réservoir et une seconde extrémité aval destinée à être reliée à un organe utilisateur, le dispositif comprenant en outre un système de pressurisation du réservoir comprenant une conduite de pressurisation ayant deux extrémités reliées à l’intérieur du réservoir, un échangeur de chaleur de vaporisation et un ensemble de vanne(s) configuré pour permettre le soutirage de liquide du réservoir, le réchauffage du liquide soutiré dans l’échangeur de chaleur de vaporisation et sa réintroduction dans le réservoir, le dispositif comprenant en outre un circuit de remplissage comprenant une extrémité amont destinée à être reliée une source et une extrémité aval débouchant dans le réservoir. Le stockage d’hydrogène embarqué à bord de véhicules alimentés en carburant hydrogène utilise de l’hydrogène gazeux comprimé ou sous forme liquide. Si les capacités stockées nécessaires sont supérieures à 50 kg, le stockage embarqué sous forme liquide est privilégié. L'hydrogène liquide est généralement stocké dans un réservoir à basse pression (inférieure à 13 bar abs). A l'équilibre, la température de l’hydrogène est fixée par la pression du réservoir via la courbe de saturation entre la phase liquide et la phase gazeuse. Ceci est valable jusqu’au point critique de l’hydrogène, à une pression légèrement inférieure à 13 bar abs. L’hydrogène liquide est généralement produit à une pression proche de la pression atmosphérique, généralement entre 1,15 et 1,3 bar abs, correspondant à une température comprise entre 20,8K et 21,2 K. Il est transporté et transféré dans le réservoir embarqué à l’aide de camions cryogéniques et station de remplissage. Les piles à combustible fonctionnent en général à une pression inférieure à 2 bar abs au niveau du cœur de la cellule (ou entre 30 et 40 bar pour les moteurs à combustion interne fonctionnant à hydrogène « ICE » ou « Internal Combustion Engine » en anglais). Cependant, pour diverses raisons opératoires, la plupart des fabricants de piles exigent une pression d’interface avec le réservoir qui est supérieure à 6-8 bar abs. La consommation d’hydrogène diminuant la pression dans le réservoir par expansion, il est alors nécessaire de maintenir sa pression jusqu’à une pression supérieure à celle de la pile à combustible et de contrôler cette pression au fur et à mesure de la consommation de gaz. Il est donc nécessaire d'inclure dans le réservoir un moyen de contrôler sa pression. Dans ce type de dispositif le nombre et la longueur des canalisations doivent être minimisés pour minimiser le coût et les entrées thermiques. 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 remplissage comporte une portion de conduite confondue ou concentrique avec une partie de la conduite de pressurisation située dans le réservoir. Le dispositif permet de réaliser des remplissages du réservoir, le contrôle de sa pression et des soutirages avec une tuyauterie réduite. Le dispositif peut en particulier utiliser une rampe d’injection horizontale performante sans compliquer le dispositif. Par ailleurs, des modes de réalisation de l’invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : l’extrémité amont du circuit de remplissage est confondue ou distincte de la seconde extrémité aval de la conduite de soutirage, l’extrémité aval du circuit de remplissage débouchant dans la partie supérieure du réservoir, et comprenant par exemple une rampe d’injection à plusieurs orifices, la conduite de soutirage possède, en aval d’une sortie de l’échangeur de chaleur de vaporisation, une portion de dérivation formant un aller-retour dans le réservoir avec une portion d’échangeur de chaleur située dans le réservoir, l’ensemble de vanne(s) du dispositif étant configuré pour permettre au fluide soutiré et réchauffé hors du réservoir de circuler à nouveau dans le réservoir, la première extrémité amont de la conduite de soutirage est située dans la partie inférieure du réservoir, l’ensemble de vanne(s) comprend au moins l’un parmi : une paire de vanne situées respectivement de part et d’autre de l’échangeur (4) de chaleur de vaporisation, une vanne sur le circuit de remplissage. L’invention concerne également un véhicule, notamment bateau comprenant un tel dispositif. 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 : FIG. 1 est une vue en coupe verticale, schématique et partielle, illustrant un dispositif de stockage de fluide sous pression selon un premier mode de réalisation, FIG. 2 est une vue en coupe verticale, schématique et partielle, illustrant un dispositif de stockage de fluide sous pression selon un deuxième mode de réalisation, FIG. 3 est une vue en coupe verticale, schématique et partielle, illustrant un dispositif de stockage de fluide sous pression selon un troisième mode de réalisation. 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. En se référant à la FIG. 1 , le dispositif 1 comprend un réservoir 2 cryogénique de stockage de fluide liquéfié, par exemple un réservoir à deux parois espacées avec isolation sous vide entre les deux parois. Le dispositif possède un circuit de soutirage comprenant une première conduite 3 de soutirage comprenant une première extrémité 13 amont reliée à la partie inférieure du réservoir 2 et une seconde extrémité 23 aval destinée à être reliée à un organe utilisateur. La première conduite 3 de soutirage comprend un premier échangeur 4 de chaleur de réchauffage (ou de vaporisation) situé en dehors du réservoir 2. Le circuit de soutirage comprend un second échangeur 8 de chaleur de réchauffage situé à l’intérieur du réservoir 2, de préférence dans la partie liquide, c’est-à-dire en partie inférieure du réservoir 2. Comme illustré, le second échangeur 8 de chaleur de réchauffage situé à l’intérieur du réservoir peut être situé sur une boucle de dérivation de la conduite de soutirage, en aval du premier échangeur 4 de chaleur et en amont de la seconde extrémité 23 aval. Le dispositif comprend un ensemble de vannes 6, 16, 26 configuré pour permettre le soutirage de liquide du réservoir 2, le réchauffage du liquide soutiré dans l’échangeur 4 de chaleur de vaporisation et sa distribution au niveau de la seconde extrémité 23 aval. L’ensemble de vannes 6, 16, 26 permet également le soutirage de liquide du réservoir 2, le réchauffage du liquide soutiré dans l’échangeur 4 de chaleur de vaporisation puis son passage dans le second échangeur 8 dans le réservoir 2 puis sa distribution au niveau de la seconde extrémité 23 aval et/ou son retour dans le réservoir 2. Le dispositif 1 comprend en outre un circuit de remplissage comprenant une extrémité amont 5 destinée à être reliée une source de fluide cryogénique et une extrémité aval 7 débouchant dans le réservoir. Comme illustré dans cet exemple, le circuit de remplissage comporte une portion de conduite concentrique avec une partie de la conduite de pressurisation/soutirage située dans le réservoir 2. C’est-à-dire que la conduite de remplissage du réservoir 2 peut traverser les parois du réservoir conjointement avec la conduite qui soutire le liquide et éventuellement renvoi le fluide réchauffé. Comme illustré, la conduite de remplissage du réservoir 2 peut être disposée concentriquement autour de la conduite de soutirage/renvoi. De même, comme illustré, la conduite de remplissage peut déboucher dans la partie supérieure du réservoir, par exemple sous la forme une barre d’injection horizontale. Le mode de réalisation de la FIG. 1 se distingue de celui de la FIG. 1 en ce que l’extrémité aval 7 du circuit de remplissage qui débouche dans le réservoir 2 est confondue avec l’extrémité 13 de soutirage du circuit de soutirage. C’est-à-dire qu’une même extrémité de conduite sert pour le remplissage ou le soutirage de fluide, par exemple en partie supérieure du réservoir 2. Dans le mode de réalisation de la FIG. 3 , le dispositif 1 ne comprend pas de d’échangeur de chaleur au sein du réservoir 2. Une conduite 3 de soutirage de liquide est prévue pour soutirer du liquide en parti inférieure du réservoir 2. Une autre conduite est prévue pour former un système de pressurisation du réservoir 2. Cette conduite de pressurisation possède deux extrémités reliées à l’intérieur du réservoir 2, un échangeur 4 de chaleur de vaporisation et un ensemble de vanne(s) 6, 16, 26 configuré pour permettre le soutirage de liquide du réservoir 2, le réchauffage du liquide soutiré dans l’échangeur 4 de chaleur de vaporisation et sa réintroduction dans le réservoir 2 et/ou l’envoi vers un utilisateur à une extrémité 5 via un ensemble de vannes 6, 16, 26. De même du gaz peut éventuellement être soutiré du réservoir via l’extrémité supérieure de la conduite de pressurisation reliée à l’extrémité 5. A noter que l’exemple illustré n’est nullement limitatif. Ainsi, en particulier, toutes ou partie des vannes 6, 36 et 26 peuvent être omises (optionnelles). Comme schématisé à la FIG. 2 , le dispositif 1 peut être intégré à un véhicule 10, par exemple un bateau ou un avion. C’est-à-dire que le dispositif 1 peut être embarqué dans un bateau, avion, camion au niveau d’un poste fixe ou en mode d’utilisation « plein contre vide ». Dispositif de stockage et de fourniture de fluide, notamment dispositif embarqué de stockage et de fourniture d’hydrogène à un organe utilisateur, comprenant un réservoir (2) cryogénique de stockage de fluide liquéfié, un circuit de soutirage comprenant une conduite (3) de soutirage ayant une première extrémité (13) amont située dans le réservoir (2) et une seconde extrémité (23) aval destinée à être reliée à un organe utilisateur, le dispositif (1) comprenant en outre un système de pressurisation du réservoir (2) comprenant une conduite de pressurisation ayant deux extrémités reliées à l’intérieur du réservoir (2), un échangeur (4) de chaleur de vaporisation et un ensemble de vanne(s) (6, 16, 26, 36) configuré pour permettre le soutirage de liquide du réservoir (2), le réchauffage du liquide soutiré dans l’échangeur (4) de chaleur de vaporisation et sa réintroduction dans le réservoir (2), le dispositif (1) comprenant en outre un circuit de remplissage comprenant une extrémité amont (5) destinée à être reliée une source et une extrémité aval (7) débouchant dans le réservoir, caractérisé en ce que le circuit de remplissage comporte une portion de conduite confondue ou concentrique avec une partie de la conduite de pressurisation située dans le réservoir (2). Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’extrémité amont (5) du circuit de remplissage est confondue ou distincte de la seconde extrémité (23) aval de la conduite (3) de soutirage, l’extrémité aval (7) du circuit de remplissage débouchant dans la partie supérieure du réservoir, et comprenant par exemple une rampe d’injection à plusieurs orifices. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la conduite (3) de soutirage possède, en aval d’une sortie de l’échangeur (4) de chaleur de vaporisation, une portion de dérivation formant un aller-retour dans le réservoir (2) avec une portion d’échangeur de chaleur (8) située dans le réservoir, l’ensemble de vanne(s) (6, 16, 26, 36) du dispositif (1) étant configuré pour permettre au fluide soutiré et réchauffé hors du réservoir de circuler à nouveau dans le réservoir (2). Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la première extrémité (13) amont de la conduite (3) de soutirage est située dans la partie inférieure du réservoir (2). Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l’ensemble de vanne(s) comprend au moins l’un parmi : une paire de vanne (6, 16, 26, 36) situées respectivement de part et d’autre de l’échangeur (4) de chaleur de vaporisation, une vanne (36) sur le circuit de remplissage. Véhicule, notamment bateau comprenant un dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 5.