Brevet FR3156525A1 — publié le 20250613

Platine (10) d’échantillonnage et d’analyse pour une station (100) de distribution d’un gaz sous pression, tel que l’hydrogène, la platine (10) comprenant une ligne de transfert (40) comportant une extrémité destinée à être reliée à un circuit de distribution de gaz de la station (100), la ligne (40) de transfert étant munie d’une unité d’échantillonnage (20) et une unité d’analyse (30) disposées en série sur la ligne de transfert (40), l’unité d’échantillonnage (20) comprenant sur la ligne de transfert (40) au moins un conduit d’échantillonnage (1, 2, 3) ayant une première extrémité destinée à être reliée à un point de raccordement de la station (100) et une seconde extrémité reliée à l’unité d’analyse (30), l’unité d’analyse (30) comprenant sur la ligne de transfert (40) un conduit d’analyse (4, 5) comportant un analyseur (AT) configuré pour analyser le degré de pureté d’un échantillon de gaz caractérisée en ce que la ligne de transfert (40) comprend, entre l’unité d’échantillonnage (20) et l’unité d’analyse (30), un organe de contrôle qui, en fonctionnement, maintient un flux de l’échantillon de gaz transféré vers l’unité d’analyse 30 à un débit constant et une pression constante supérieure à la pression atmosphérique. Figure de l’abrégé : Fig. 1 Platine d’échantillonnage et d’analyse pour une station de distribution de gaz sous pression et station de distribution comprenant une telle platine. L’invention concerne une platine d’échantillonnage et d’analyse pour une station de distribution de gaz sous pression. L’invention concerne également une station de distribution ou un centre de remplissage comprenant une telle platine. Le gaz considéré peut être de l’hydrogène. La qualité de l’hydrogène délivré par une station hydrogène (“Hydrogen Refuelling Station”, HRS) doit répondre à la norme européenne EN 17214. Cette norme régit les seuils d’acceptabilité des impuretés dans l'hydrogène pouvant endommager la pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEM) et par conséquent engendrer une diminution (potentiellement irréversible) de l'efficacité de la production électrique. Les opérateurs des HRS et centres de remplissage doivent donc assurer à leurs clients une conformité de la qualité H2 en accord avec cette norme internationale. Certaines analyses de la qualité de l’hydrogène réalisées dans le cadre de la norme européenne EN 17214 ont montré une teneur en eau non nulle dans l'hydrogène et, dans certains cas, au-dessus du seuil d’acceptabilité de 5 ppm.mol. Les retours des opérations indiquent que la teneur en humidité non nulle entraîne l'obstruction des échangeurs. Aujourd’hui il n’existe aucune donnée quantitative au niveau des HRS sur lesquelles s’appuyer afin de comprendre et d’expliquer les raisons de ces dépassements. En effet plusieurs aspects restent mal maîtrisés, tels que les sources potentielles d’humidité sur une HRS, la corrélation entre la teneur en humidité et les événements de la vie de la station (réalisation des pleins des clients, opération de maintenance, remplacement des réserves d’hydrogène etc.), l’optimisation du temps de mise en conformité de l'hydrogène suite à des opérations de maintenance, etc. On connaît un système de prélèvement de gaz pouvant être installé au niveau de la buse d’une station. Ce système permet de prélever un échantillon de gaz via une bouteille de prélèvement. Cette dernière est ensuite envoyée dans un laboratoire d’analyse certifié afin de réaliser une analyse complète des impuretés dans l’hydrogène selon la norme ISO 14687. Cependant, cette solution de prélèvement et d’analyse reste assez onéreuse et ne permet pas un suivi continu de la qualité de l’hydrogène délivré par la station. En effet, entre deux campagnes de prélèvement, il n’est pas possible de s’assurer de la pureté de l’hydrogène délivré par la station. En outre, du fait de son caractère périodique avec une fréquence relativement faible, cette solution ne permet pas de récolter une grande quantité de données utiles à la compréhension des causes à l’origine de l’humidité dans les HRS. Enfin, dans la mesure où cette solution requiert un prélèvement au niveau de la buse de la station, elle ne permet pas d’analyser la pureté de l’hydrogène dans d’autres points critiques de la station. Il apparaît donc un besoin de développer un système d’analyse qui pallie aux inconvénients listés ci-dessus. A cet effet, selon un premier aspect, l’invention concerne une platine d’échantillonnage et d’analyse pour une station de distribution d’un gaz sous pression, tel que l’hydrogène. La platine comprend une ligne de transfert comportant une extrémité destinée à être reliée à un circuit de distribution de gaz de la station. En particulier, la ligne de transfert est munie d’une unité d’échantillonnage et d’une unité d’analyse disposées en série sur la ligne de transfert. L’unité d’échantillonnage comprend sur la ligne de transfert au moins un conduit d’échantillonnage ayant une première extrémité destinée à être reliée à un point de raccordement de la station et une seconde extrémité reliée à l’unité d’analyse. L’unité d’analyse comprend sur la ligne de transfert au moins un conduit d’analyse comportant un analyseur configuré pour analyser le degré de pureté d’un échantillon de gaz. Selon ce premier aspect de l’invention, la ligne de transfert comprend, entre l’unité d’échantillonnage et l’unité d’analyse, un organe de contrôle qui, en fonctionnement, maintient un flux de l’échantillon transféré vers l’unité d’analyse à un débit constant et une pression constante supérieure à la pression atmosphérique Grâce à cet organe de contrôle du débit et de régulation de la pression prévu en amont de l’analyseur, le fonctionnement de la platine n’est plus tributaire des conditions de fonctionnement de la station ou de l’état thermodynamique du gaz circulant dans la station. En particulier, l’organe de contrôle adapte la pression de l’échantillon à analyser aux caractéristiques de l’analyseur. Des modes de réalisation de l’invention selon ce premier aspect peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - l’organe de contrôle comprend au moins un détendeur disposé sur la ligne de transfert; - le détendeur comprend un indicateur de pression et une soupape reliée à un collecteur d’évent; - le conduit d’échantillonnage est muni d’une vanne configurée pour isoler la platine du gaz circulant dans le circuit de la station de distribution; - le conduit d’échantillonnage est muni d’un filtre anti-particule destiné à protéger l’unité d’analyse; - le conduit d’échantillonnage est muni d’un orifice calibré pour réguler le débit du flux de l’échantillon vers l’unité d’analyse; - l’analyseur comprend un système de micro-chromatographie en phase gazeuse; - le système de micro-chromatographie est équipé d’un détecteur de micro conductivité thermique configuré pour mesurer la présence d’impuretés telles que l’azote ou le méthane; - l’organe de contrôle comprend un premier réservoir contenant un gaz d’étalon destiné à calibrer l’analyseur; - l’organe de contrôle comprend un deuxième réservoir contenant un gaz d’inertage; - le premier réservoir (respectivement le deuxième réservoir) est disposé en amont du détendeur; - l’unité d’échantillonnage comprend une pluralité de conduits d’échantillonnage; - les premières extrémités des conduits d’échantillonnage sont reliées en parallèle à l’unité d’analyse par un ensemble de vannes(s); - les secondes extrémités des conduits d’échantillonnage sont destinées à être raccordées à différents points de raccordement de la station de distribution; - chaque conduit d’échantillonnage comprend en amont de l’ensemble de vanne(s) un clapet anti-retour destiné à empêcher une communication dudit conduit avec les autres conduits d’échantillonnage; - l’unité d’analyse comprend une pluralité de conduits d’analyse comprenant chacun un analyseur (AT) de type différent; - les conduits d’analyse comprennent chacun une première extrémité et une seconde extrémité; - les premières extrémités des conduits d’analyse sont reliées en parallèle à l’unité d’échantillonnage. Selon un deuxième aspect, l’invention concerne une station de distribution comprenant une platine selon l’un quelconque des modes de réalisation décrits ci-dessus. D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence à la figure unique suivante : FIG. 1 illustre un schéma de principe d’une platine selon l’invention. La FIG. 1 illustre une station 100 de distribution d’un fluide sous pression, tel que l’hydrogène, qui comprend un circuit de distribution du fluide à un réservoir à remplir, et une platine 10 d’échantillonnage et d’analyse raccordée au circuit de distribution de la station 100. En particulier, la platine 10 comprend une ligne de transfert 40 qui comporte une extrémité destinée à être reliée au circuit de distribution de la station 100. En outre, la ligne de transfert 40 est munie d’une unité d’échantillonnage 20 et d’une unité d’analyse 30 disposées en série sur une ligne de transfert 40. L’unité d’échantillonnage 20 comprend sur la ligne de transfert 40 au moins un conduit d’échantillonnage 1, 2, 3 qui présente une première extrémité reliée à un point de raccordement (ou un point de piquage) de la station 100 et une deuxième extrémité reliée à l’unité d’analyse 30. En outre, l’unité d’échantillonnage 20 comprend une vanne VM-01, VM-02, VM-03 configurée pour isoler la platine 10 du gaz circulant dans le circuit de distribution de la station 100, un filtre anti-particule FP-01, FP-02, FP-03 destiné à protéger l’unité d’analyse 30, et un orifice OC-01, OC-02, OC-03 calibré pour réguler le débit du flux de l’échantillon vers l’unité d’analyse 30. L'orifice OC-01, OC-02, OC-03 calibré permet ainsi de distribuer le gaz dans des conditions compatibles avec les caractéristiques techniques de l’unité d’analyse 30. L’unité d’analyse 30 est configurée pour analyser un degré de pureté de l’échantillon. Elle comporte sur la ligne de transfert 40 au moins un conduit d’analyse 4, 5 équipé d’un analyseur AT. En particulier, l’analyseur AT peut comprendre un système de micro-chromatographie en phase gazeuse, équipé d’un détecteur de micro conductivité thermique. Un tel détecteur permet de contrôler la présence d’impuretés telles que l’azote ou le méthane, ou de contrôler la présence d’humidité dans le gaz. Selon l’invention, la ligne de transfert comprend, entre l’unité d’échantillonnage et l’unité d’analyse, un organe de contrôle qui, en fonctionnement, maintient un flux de l’échantillon transféré vers l’unité d’analyse à un débit constant et une pression constante supérieure à la pression atmosphérique. Ainsi, en prévoyant un organe de contrôle de pression en amont de l’unité d’analyse 30, l’invention permet de s’affranchir des variations de pression atmosphérique préjudiciables à une analyse fiable. De plus, l’invention permet d’envisager une diversité de technologies d’analyseurs AT sur la platine 10. De façon avantageuse, l’organe de contrôle comprend au moins un détendeur PR-01, PR-02 disposé sur la ligne de transfert 40. Dans l’exemple illustré, l’organe de contrôle comprend un premier détendeur PR-01 et un deuxième détendeur PR-02 qui sont disposés en série. Chaque détendeur PR-01, PR-02 est équipé d’un indicateur de pression PI-01, PI-04 et d’une soupape SP-02, SP-03 reliée à un collecteur d’évent CE-01, CE-02. Ce collecteur CE-01, CE-02 est configuré pour évacuer le gaz loin de l’opérateur et des utilisateurs de la station 100. En cas de défaillance de l’un des détendeurs PR-01, PR-02, l’orifice calibré OC-01, OC-02, OC-03 du conduit d’échantillonnage 1, 2, 3 permet de minimiser le débit envoyé au collecteur d’évent CE-01, CE-02. De façon avantageuse, afin de permettre à l’unité d’analyse 30 de mieux contrôler la présence d’humidité (lorsque ce paramètre est visé), l’organe de contrôle comprend une vanne micrométrique VM-16, VM-17 configurée pour réguler le débit du flux à transférer vers l’analyseur AT. La vanne micrométrique VM-16, VM-17 peut être disposée sur le conduit d’analyse 4, 5, en amont de l’analyseur AT. De façon avantageuse, l’organe de contrôle comprend un réservoir 6, 7 contenant un gaz d’étalon destiné à calibrer l’analyseur AT et ou un réservoir contenant un gaz d’inertage, tel que l’azote. Le réservoir 6, 7 est raccordé à la ligne de transfert 40, en amont du deuxième détendeur PR-02. Dans l’exemple illustré, un réservoir 6 contenant de l’hydrogène pur et un réservoir 7 contenant de l’azote sont raccordés en parallèle à un conduit secondaire 50 qui est relié à la ligne de transfert 40 au moyen d’une vanne VM-11. En particulier, le conduit secondaire 50 comprend par exemple une vanne VM-12 à trois voies permettant un raccord des réservoirs 6, 7. Le conduit secondaire 50 comprend également une vanne d’arrêt VM-05, un clapet anti-retour CA-08 ainsi qu’un orifice calibré OC-04. De façon avantageuse, l’organe de contrôle comprend au moins un capteur de température TI-01, TI-02 et au moins un capteur de pression PI-01. Le capteur de température TI-01, TI-02 et le capteur de pression PI-01 sont disposés de façon avantageuse sur le conduit d’analyse 4, 5. Le suivi de température via le capteur TI-01, TI-02 permet de confirmer que le gaz est à l’équilibre thermique avec l’air extérieur. La mesure de la pression via le capteur PI-01 permet de confirmer que la pression est maintenue à un niveau légèrement supérieure à la pression atmosphérique. Pour garantir la sécurité opérationnelle de la platine 10 et de la station 100, plusieurs autres éléments de sécurité peuvent être prévus en plus des collecteurs d’évent CE-01, CE-02 disposés respectivement en aval des détenteurs PR-01, PR-02. Ces éléments de sécurité supplémentaires sont disposés de façon avantageuse au niveau du conduit d’analyse 4, 5. Par exemple un collecteur d’évent CE-03, CE-04, CE-05 peut être prévu en amont et/ou en aval de l’analyseur AT. Ce collecteur peut être associé à un clapet anti-retrour CA-08, CA-09, CA-10, CA-11, une vanne d’arrêt VM-06, VM-09 et/ou une vanne micrométrique VM-13, VM-15 afin d’empêcher la migration de l’eau contenue dans l’air ambiant vers l’analyseur AT et/ou vers le conduit d'échantillonnage 1, 2, 3 en cas d’arrêt/d’absence de débit (coupure électrique par exemple). Il convient de noter qu’une vanne d’arrêt VM-07, VM-10 peut être ajoutée en amont de l’analyseur AT pour isoler la portion de la ligne de transfert 40 dédiée à l’analyse et permettre la décompression du conduit d’échantillonnage après l’analyse. En outre, des manomètres à aiguilles DI-01, DI-02, DI-03, DI-04 peuvent être présents pour visualiser la pression dans les différentes parties de la platine 10. De façon avantageuse, l’unité d’échantillonnage 20 comprend une pluralité de conduits d’échantillonnage 1, 2, 3 reliés en parallèle, d’une part au circuit de distribution de la station 100 et, d’autre part, à l’unité d’analyse 30 par un ensemble de vannes(s) VM-04, VM-19, par exemple des vannes trois voies. Les conduits d’échantillonnage 1, 2, 3 sont destinés à être raccordés à différents points de prélèvement de la station de distribution 100, par exemple un point de prélèvement haute pression (900 à 700 bars), un point de prélèvement moyenne pression (450 à 300 bars) et un point de prélèvement basse pression (300 à 20 bars). Afin d’empêcher une communication fluidique entre les conduits d’échantillonnage 1, 2, 3 par le biais de l’ensemble de vanne(s) VM-04, VM-19, chaque conduit d’échantillonnage 1, 2, 3 comprend de préférence un clapet anti-retour CA-16, CA-15, CA-01. De façon avantageuse, ce clapet anti-retour CA-16, CA-15, CA-01 est disposé entre le filtre anti-particule FP-01, FP-02, FP-03 et l’orifice calibré OC-01, OC-02, OC-03. De façon avantageuse, l’unité d’analyse 30 comprend une pluralité de conduits d’analyse 4, 5 reliés en parallèle à l’unité d’échantillonnage 20. Chaque conduit 4, 5 peut être équipé d’un analyseur AT dédié à une analyse spécifique. Par exemple, un premier analyseur AT peut être dédié au contrôle d’impuretés telles que l’azote ou le méthane. Un deuxième analyseur AT peut être dédié au contrôle d’humidité. Platine (10) d’échantillonnage et d’analyse pour une station (100) de distribution d’un gaz sous pression, tel que l’hydrogène, la platine (10) comprenant une ligne de transfert (40) comportant une extrémité destinée à être reliée à un circuit de distribution de gaz de la station (100), la ligne (40) de transfert étant munie d’une unité d’échantillonnage (20) et une unité d’analyse (30) disposées en série sur la ligne de transfert (40), l’unité d’échantillonnage (20) comprenant sur la ligne de transfert (40) au moins un conduit d’échantillonnage (1, 2, 3) (1, 2, 3) ayant une première extrémité destinée à être reliée à un point de raccordement de la station (100) et une seconde extrémité reliée à l’unité d’analyse (30), l’unité d’analyse (30) comprenant sur la ligne de transfert (40) un conduit d’analyse (4, 5) comportant un analyseur (AT) configuré pour analyser le degré de pureté d’un échantillon de gaz caractérisée en ce que la ligne de transfert (40) comprend, entre l’unité d’échantillonnage (20) et l’unité d’analyse (30), un organe de contrôle qui, en fonctionnement, maintient un flux de l’échantillon de gaz transféré vers l’unité d’analyse 30 à un débit constant et une pression constante supérieure à la pression atmosphérique. Platine (10) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l’organe de contrôle comprend au moins un détendeur (PR-01, PR-02) disposé sur la ligne de transfert (40). Platine (10) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le détendeur (PR-01, PR-02) comprend un indicateur de pression (PI-1, PI-4) et une soupape (SP-02, SP-03) reliée à un collecteur d’évent (CE-01, CE-02). Platine (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le conduit d’échantillonnage (1, 2, 3) est muni d’éléments suivants : une vanne (VM-01, VM-02, VM-03) configurée pour isoler la platine (10) du gaz circulant dans le circuit de la station de distribution (100) , un filtre anti-particule (FP-01, FP-02, FP-03) destiné à protéger l’unité d’analyse (30), et un orifice (OC-01, OC-02, OC-03) calibré pour réguler le débit du flux de l’échantillon vers l’unité d’analyse (30). Platine (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’analyseur (AT) comprend un système de micro-chromatographie en phase gazeuse. Platine (10) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le système de micro-chromatographie est équipé d’un détecteur de micro conductivité thermique configuré pour mesurer la présence d’impuretés telles que l’azote ou le méthane. Platine (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’organe de contrôle comprend un réservoir (6) contenant un gaz d’étalon destiné à calibrer l’analyseur et/ou un réservoir (7) contenant un gaz d’inertage. Platine (10) selon la revendication précédente, prise dans son rattachement à l’une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisée en ce que le réservoir (6, 7) est disposé en amont du détendeur (PR-02). Platine (10) selon l’une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisée en ce que l’unité d’échantillonnage (20) comprend une pluralité de conduits d’échantillonnage (1, 2, 3), les premières extrémités des conduits d’échantillonnage (1, 2, 3) étant reliées en parallèle à l’unité d’analyse (30) par un ensemble de vannes(s) (VM-04, VM-19), les secondes extrémités des conduits d’échantillonnage (1, 2, 3) étant destinées à être raccordées à différents points de raccordement de la station de distribution (100). Platine (10) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que chaque conduit d’échantillonnage (1, 2, 3) comprend en amont de l’ensemble de vanne(s) (VM-04, VM-19) un clapet anti-retour (CA-1, CA-2, CA-3) destiné à empêcher une communication dudit conduit avec les autres conduits d’échantillonnage (1, 2, 3). Platine (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’unité d’analyse (30) comprend une pluralité de conduits d’analyse (4, 5) comprenant chacun un analyseur (AT) de type différent, les conduits d’analyse (4, 5) comprenant chacun une première extrémité et une seconde extrémité, les premières extrémités des conduits d’analyse (4, 5) étant reliées en parallèle à l’unité d’échantillonnage (20). Station (100) de distribution d’un gaz sous pression comprenant une platine (10) d’échantillonnage et d’analyse selon l’une quelconque des revendications précédentes.