Brevet FR3162827A1 — publié le 20251205

L’invention concerne un dispositif de stockage de fluide cryogénique comprenant un réservoir (2) s'étendant selon une direction (A) longitudinale et destiné à contenir du gaz liquéfié (3) en équilibre avec une phase gazeuse, une rampe (4) d'injection de liquide dans le réservoir (2) s'étendant selon la direction longitudinale (A) dans la partie supérieure du réservoir (2), la rampe (4) d'injection comprenant une pluralité d'orifices (5) de sortie espacés selon la direction (A) longitudinale, le réservoir (2) comprenant un organe (6, 7, 8) de guidage s’étendant verticalement vers le bas dans le réservoir à partir des orifices (5), l’organe de guidage étant configuré pour guider le liquide vers le bas du réservoir en augmentant la surface et la durée d’échange thermique de ce liquide avec la phase gazeuse du réservoir (2). Figure d’abrégé : Fig. 1 Dispositif de stockage de fluide cryogénique L’invention concerne un dispositif de stockage de fluide cryogénique. L’invention s’applique en particulier au stockage d’hydrogène liquide. L’invention concerne plus particulièrement un dispositif de stockage de fluide cryogénique comprenant un réservoir s'étendant selon une direction longitudinale et destiné à contenir du gaz liquéfié en équilibre avec une phase gazeuse, une rampe d'injection de liquide dans le réservoir s'étendant selon la direction longitudinale dans la partie supérieure du réservoir, la rampe d'injection comprenant une pluralité d'orifices de sortie espacés selon la direction longitudinale. Pour réaliser des remplissages dans les camions ou plus généralement dans des réservoirs cryogéniques il est connu de prévoir des rampes ou barres perforées dans les réservoirs pour assurer une bonne uniformité de remplissage. Ceci est prévu pour assurer une uniformité de remplissage de liquide au travers du ciel gazeux. Ceci est prévu pour assurer l’échange thermique entre la phase liquide, qui est généralement sous-refroidi, et la vapeur du ciel gazeux présent dans le réservoir. Ceci est prévu pour condenser partiellement le ciel gazeux du réservoir avec le liquide entrant (ou du moins le refroidir ou le maintenir le plus froid possible). Sans autre action pendant le remplissage, le niveau liquide remonte et la vapeur du ciel gazeux se met à se comprimer ce qui conduit à la fois à sa montée en température et à la montée de tout le réservoir en pression par effet piston. La montée en température peut engendrer de la vaporisation et donc de la perte de liquide cryogénique. Elle engendre aussi de la stratification de la température suivant la hauteur verticale. La montée en pression peut très vite provoquer l’équilibrage des pressions et donc réduire la capacité de la barre d’injection à pouvoir débiter davantage du liquide dans le réservoir. Ceci nuit au rendement massique du remplissage. Des solutions connues consistent à utiliser des barres d’injections avec des perforations (des orifices percés sur la surface latérale). Ces dernières ont pour but de mieux répartir et uniformiser la distribution du débit liquide dans le ciel gazeux afin d’améliorer l’échange thermique et de le garder froid ou même le condenser partiellement afin de maintenir un niveau de pression bas. Néanmoins, l’impact qu’apporte cette solution reste très marginal par rapport au cas idéal. 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 réservoir comprend un organe de guidage s’étendant verticalement vers le bas dans le réservoir à partir des orifices, l’organe de guidage étant configuré pour guider le liquide vers le bas du réservoir en augmentant la surface et la durée d’échange thermique de ce liquide avec la phase gazeuse du réservoir. Par ailleurs, des modes de réalisation de l’invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : l’organe de guidage s’étend verticalement au moins jusqu’à la mi-hauteur du réservoir, l’organe de guidage comprend un ensemble de plaque(s) formant des garnissages, l’organe de guidage comprend un ensemble de plaque(s) formant des ondes, les ondes sont disposées verticalement et sont associées à des plaques planes sensiblement horizontales et diffusant le liquide longitudinalement des orifices vers le sondes, l’organe de guidage comprend un ensemble de plateaux inclinés disposés de façon consécutive avec des sens d’inclinaisons alternées, les plateaux sont inclinés avec un angle d’inclinaison inférieure à dix degrés et de préférence inférieur à cinq degrés, les plateaux sont perforés, les plateaux sont conformés pour former des canaux. 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, d’un dispositif de stockage selon un premier exemple de réalisation de l’invention, FIG. 2 est une vue en coupe verticale, schématique et partielle, d’un dispositif de stockage selon un deuxième exemple de réalisation de l’invention, FIG. 3 est une vue en coupe verticale, schématique et partielle, d’un dispositif de stockage selon un troisième exemple 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. Le dispositif 1 de stockage de fluide cryogénique illustré à la FIG. 1 comprend un réservoir 2 s'étendant selon une direction A longitudinale et destiné à contenir du gaz liquéfié 3 en équilibre avec une phase gazeuse. Par soucis de simplification le réservoir est représenté par une unique paroi 2. Bien entendu cette paroi 2 délimitant le volume de stockage peut être entourée d’une seconde paroi pour former un réservoir à double parois espacées avec un isolement thermique entre les deux parois. Le réservoir 2 comprend une rampe 4 supérieure d'injection de liquide dans le réservoir 2 qui s'étendant selon la direction longitudinale A dans la partie supérieure du réservoir 2. La rampe 4 d'injection comprend une pluralité d'orifices 5 de sortie espacés selon la direction A longitudinale. Selon une particularité avantageuse, le réservoir 2 comprend un organe 6 de guidage s’étendant verticalement vers le bas dans le réservoir à partir des orifices 5. Cet organe 6 de guidage est configuré pour guider le liquide vers le bas du réservoir en augmentant la surface et la durée d’échange thermique de ce liquide avec la phase gazeuse du réservoir 2. Dans cet exemple de réalisation l’organe de guidage comprend un ensemble de plaque(s) formant des garnissages 6, par exemple en aluminium. Par garnissage on entend des plaques ondulées ou conformées pour d’assurer une grande surface d’échange par unité de volume. Ce type de garnissage est connu dans le domaine de la distillation cryogénique. Ceci permet d’augmenter les surfaces d’échange dans le volume du ciel gazeux. Cet organe de guidage peut ainsi être placé dans le réservoir 2 jusqu’mi-hauteur du réservoir 2 (la paroi interne du réservoir en contact avec le fluide). Dans le mode de réalisation de la FIG. 2 , l’organe de guidage comprend un ensemble de plaque(s) formant des ondes 7. Par exemple, une surface d’échange métallique est disposée entre le liquide et le gaz de manière à augmenter l’échange thermique. Le liquide peut être étalé sur des tôles métalliques, par exemple en aluminium, afin de disperser au maximum le liquide et d’augmenter sa surface de contact avant de tomber dans le liquide situé en bas du réservoir 2. Le liquide sous-refroidi pourra échanger ses frigories aux tôles métalliques et le gaz environnant pourra récupérer ces frigories. Le gaz surchauffé se refroidira dans un premier temps jusqu’à la température de rosée puis se condensera. Dans ce mode de réalisation un ou plusieurs distributeurs et des ondes d’échange peuvent être placés dans le ciel gazeux du réservoir 2. Les ondes 7 peuvent être des plaques ondulées utilisées dans les échangeurs à plaques et ailettes brasées par exemple. Une tôle 17 plane peut être brasée en partie supérieure de l’onde 6 pour assurer la distribution de liquide vers le sondes 7. La ou les tôles 17 supérieure planes peuvent recevoir les jets de liquide provenant des orifices 5 pour les étaler. Les ondes 7 peuvent être placées en-dessous pour récupérer le liquide sur une leur face. L’onde 7 d’échange n’est de préférence pas perforée contrairement à celles classiquement utilisée dans les échangeurs à plaques et ailettes brasées. Les ondes 7 d’échange permettent d’augmenter la surface d’échange avec le liquide. La condensation du ciel gazeux peut avoir lieu au niveau de la face opposée à la face recevant le liquide. L’onde 7 d’échange peut être plus ou moins inclinée par rapport à la verticale de manière à augmenter l’échange. Les ondes 7 d’échange peuvent également être en partie ou en totalité immergées dans le bain de liquide. L’intérêt des ondes 7 d’échange en contact avec le bain de liquide est de diminuer le gradient thermique du ciel gazeux. En effet, les ondes 7 permettent un échange thermique entre le bain 3 de liquide et le ciel gazeux avant, pendant et après la phase de remplissage du réservoir 2. On rappelle que la condensation permet d’augmenter le coefficient d’échange du côté vapeur puisque ceci engendre un écart de pression local relativement important qui a pour conséquence de pomper avantageusement la vapeur restante dans le ciel gazeux. Dans le mode de réalisation de la FIG. 3 , l’organe de guidage comprend un ensemble de plateaux 8 inclinés disposés de façon consécutive avec des sens d’inclinaisons alternées. Ces plateaux 8 (perforés ou non) inclinés constituent par exemple un canal pour le liquide d’arrivée dans les réservoirs cryogéniques contenant du liquide cryogénique. Ceci améliore le remplissage en tête au niveau du ciel gazeux. Ces plateaux 8 ont de préférence une inclinaison faible par exemple entre quelques degrés et 5 degrés. Comme illustrés, plusieurs plateaux 8 consécutifs peuvent avoir des sens d’inclinaison alternées (formant par exemple des aller-retour dans le réservoir 2) L’invention permet d’augmenter les surfaces et le temps d’échange dans le volume du ciel gazeux entre le liquide et le gaz. L’invention peut s’appliquer au remplissage de tout type de réservoirs de liquide cryogénique. Dispositif de stockage de fluide cryogénique comprenant un réservoir (2) s'étendant selon une direction (A) longitudinale et destiné à contenir du gaz liquéfié (3) en équilibre avec une phase gazeuse, une rampe (4) d'injection de liquide dans le réservoir (2) s'étendant selon la direction longitudinale (A) dans la partie supérieure du réservoir (2), la rampe (4) d'injection comprenant une pluralité d'orifices (5) de sortie espacés selon la direction (A) longitudinale, caractérisé en ce que le réservoir (2) comprend un organe (6, 7, 8) de guidage s’étendant verticalement vers le bas dans le réservoir à partir des orifices (5), l’organe de guidage étant configuré pour guider le liquide vers le bas du réservoir en augmentant la surface et la durée d’échange thermique de ce liquide avec la phase gazeuse du réservoir (2). Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’organe de guidage s’étend verticalement au moins jusqu’à la mi-hauteur du réservoir (2). Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’organe de guidage comprend un ensemble de plaque(s) formant des ondes (7). Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les ondes (7) sont disposées verticalement et sont associées à des plaques planes sensiblement horizontales et diffusant le liquide longitudinalement des orifices (5) vers le s ondes (7). Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’organe de guidage comprend un ensemble de plateaux (8) inclinés disposés de façon consécutive avec des sens d’inclinaisons alternées. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les plateaux (8) sont inclinés avec un angle d’inclinaison inférieure à dix degrés et de préférence inférieur à cinq degrés. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que les plateaux (8) sont perforés. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les plateaux (8) sont conformés pour former des canaux.