Brevet FR3162148A1 — publié le 20251121

Diffuseur, réservoir et procédé de rinçage L’invention concerne un diffuseur (10) pour un réservoir (1) pour gaz sous pression, tel de l’hydrogène, où le diffuseur (10) est interne au réservoir (1) et conformé pour injecter un gaz sous pression. L’invention concerne encore un réservoir (1) comprenant un tel diffuseur (10). L’invention concerne encore un procédé de rinçage par balayage d’un tel réservoir (1). Figure d’abrégé : Figure 1 Figure pour l'abrégé : Figure 1 Diffuseur, réservoir et procédé de rinçage L’invention concerne un diffuseur pour un réservoir de gaz sous pression, tel de l’hydrogène, où le diffuseur est interne au réservoir et conformé pour injecter un gaz sous pression. Le rinçage d’un réservoir de gaz est l’opération qui permet le remplacement d’un ancien gaz par un nouveau gaz, jusqu’à obtenir une concentration de nouveau gaz dans le réservoir, supérieure à un seuil donné. Il est connu, pour réaliser un rinçage d’un réservoir, contenant initialement un ancien gaz, d’utiliser un procédé par dilution. Dans un tel procédé, il est procédé à une première étape de remplissage du réservoir par du nouveau gaz sous pression. Le réservoir contient alors un mélange du nouveau gaz et de l’ancien gaz. Il est ensuite procédé, au cours d’une deuxième étape, à un puisage du mélange de gaz contenu dans le réservoir. Le rinçage se poursuit en procédant successivement et de manière répétitive, à un cycle comprenant ces deux étapes. A chaque répétition, le mélange devient de plus en plus riche en nouveau gaz et de moins en moins riche en ancien gaz. Le procédé est arrêté dès que la concentration en nouveau gaz est jugée acceptable, soit supérieure à un seuil donné. Un avantage d’un tel procédé est qu’il peut être réalisé au moyen d’un unique dispositif fluidique, utilisable tant pour le remplissage que pour le puisage et donc généralement préexistant sur tout réservoir, un tel dispositif fluidique étant nécessaire à son utilisation nominale. Un inconvénient majeur d’un tel procédé est qu’il nécessite un nombre important de cycles de dilution, entraînant un temps de rinçage prohibitif. Aussi, il est recherché une alternative au procédé par dilution. L’invention propose de mettre en œuvre un procédé de rinçage d’un réservoir par balayage. Un procédé de rinçage par balayage a pour principe d’injecter le nouveau gaz par un dispositif fluidique, et simultanément de récupérer le mélange de gaz par un autre dispositif fluidique. Un tel procédé nécessite un réservoir adapté pour être rincé par balayage. Afin de faciliter un rinçage par balayage, un diffuseur est employé. L’invention a pour objet un diffuseur pour un réservoir pour gaz sous pression, tel de l’hydrogène, où ledit diffuseur est interne au réservoir et conformé pour injecter un gaz sous pression. Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont : - le diffuseur est prolongé d’au moins une canule faisant, avec le diffuseur, un angle inférieur à 90 °, - ladite au moins une canule comprend au moins deux canules angulairement équiréparties autour du diffuseur, - lesdites au moins deux canules ne sont pas coplanaires avec le diffuseur de manière à faire tourbillonner le gaz injecté, - ladite au moins une canule est circulaire à 360° autour du diffuseur, - ladite au moins une canule est rotative autour du diffuseur. L’invention concerne encore un réservoir, pour gaz sous pression, tel de l’hydrogène, comprenant un tel diffuseur. Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont : - le réservoir comprend un premier dispositif fluidique, comportant au moins une première vanne apte à permettre un puisage du réservoir et un deuxième dispositif fluidique comportant au moins une deuxième vanne apte à permettre un remplissage du réservoir, où le deuxième dispositif fluidique comprend le diffuseur, - le premier dispositif fluidique est disposé à une première extrémité du réservoir et le deuxième dispositif est disposé à une deuxième extrémité du réservoir opposée à la première extrémité. L’invention concerne encore un procédé de rinçage par balayage d’un réservoir, au moyen d’un outillage de rinçage, comprenant les étapes suivantes : - connexion d’une sortie de l’outillage de rinçage à la deuxième vanne, et connexion d’une entrée de l’outillage de rinçage à la première vanne, simultanément ou dans un ordre quelconque, - ouverture de la première vanne, et ouverture éventuelle de la deuxième vanne, simultanément ou dans un ordre quelconque, - envoi du nouveau gaz sous pression via la sortie de l’outillage de rinçage et récupération du gaz sortant via l’entrée de l’outillage de rinçage, pendant une durée de rinçage prédéterminée, - fermeture de la première vanne, - arrêt de l’envoi de gaz lorsque la pression de gaz souhaitée est atteinte dans le réservoir, - fermeture éventuelle de la deuxième vanne. L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite uniquement à titre d’exemple, et en référence aux figures en annexe dans lesquelles : FIG. 1 montre, en vue sectionnelle axiale, un réservoir selon un premier mode de réalisation, FIG. 2 montre, en vue sectionnelle axiale, un réservoir selon un deuxième mode de réalisation, FIG. 3 montre, en vue sectionnelle axiale, une extrémité de réservoir, FIG. 4 montre, en vue de face, l’extrémité de la FIG. 3 , FIG. 5 illustre, le principe du rinçage par balayage, FIG. 6 montre, en vue longitudinale coupée, un premier mode de réalisation du diffuseur, FIG. 7 montre, en vue perspective, le diffuseur de la FIG. 6 , FIG. 8 montre, en vue longitudinale coupée, le diffuseur de la FIG. 6 , FIG. 9 montre, en vue longitudinale, un autre mode de réalisation du diffuseur, FIG. 10 montre, en vue transverse coupée, un détail du diffuseur de la FIG. 9 , FIG. 11 montre, en vue perspective, un autre mode de réalisation du diffuseur, FIG. 12 montre, en vue longitudinale, le diffuseur de la FIG. 11 . En référence à la FIG. 1 ou 2, l’invention concerne un réservoir 1, pour gaz sous pression, tel de l’hydrogène. Ce réservoir 1 comprend un premier dispositif fluidique 2. Pour les besoins du procédé de rinçage, ce premier dispositif fluidique 2 comporte au moins une première vanne 4, apte à être utilisée pour réaliser un puisage du réservoir 1. Ce premier dispositif fluidique 2 peut avoir d’autres fonctions. Avantageusement, ce premier dispositif fluidique 2 est le dispositif fluidique 2, connu de l’art antérieur, qui est utilisé tout au long du cycle de vie d’un réservoir 1. Il est encore nommé OTV (de l’anglais « On Tank Valve » signifiant vanne montée sur réservoir). Un tel dispositif fluidique 2 est apte à permettre le puisage, mais encore le remplissage du réservoir 1. Il assure encore des fonctions de surveillance et de sécurité, telle qu’une surveillance de la pression et/ou de la température, ou encore une libération du gaz en cas de surpression critique. Selon une caractéristique, spécifique d’une adaptation à un procédé de rinçage par balayage, le réservoir 1 comprend encore un deuxième dispositif fluidique 3. Ce deuxième dispositif fluidique 3 peut être nommé EP de l’anglais « End Plug » ou prise d’extrémité. Ce deuxième dispositif fluidique 3 comporte au moins une deuxième vanne 5, apte à être utilisée pour réaliser un remplissage. Tel qu’illustré à la FIG. 3 , selon une autre caractéristique, le deuxième dispositif fluidique 3 comprend encore un diffuseur 10. Ce diffuseur 10 est interne au réservoir 1 et est dirigé vers l’intérieur du réservoir 1, sensiblement selon l’axe A, reliant le premier dispositif fluidique 2 au deuxième dispositif fluidique 3. Il permet de connecter le deuxième dispositif fluidique 3 avec l’intérieur du réservoir 1. Ce diffuseur 10 est conformé pour injecter un gaz sous pression dans le réservoir 1. Tel qu’illustré aux figures 3 et 4, selon une autre caractéristique avantageuse, le diffuseur 10 est prolongé, vers l’intérieur, d’au moins une canule 11. Ladite au moins une canule 11 fait avantageusement, avec le diffuseur 10, et donc avec l’axe A, un angle α inférieur à 90 °. Aussi, ladite canule 11 permet de « souffler » le nouveau gaz, introduit par la deuxième vanne 5, vers les zones de contre-courant, zones de stop ou zones mortes du fond du réservoir 1 qui, sinon, risqueraient de rester hors de portée du balayage. Un réglage de la longueur du jet de gaz sous pression est aisément réalisable en modulant la section de passage cumulée de la ou des canule(s) 11 relativement à la section de passage du diffuseur 10. Selon une autre caractéristique avantageuse, ladite au moins une canule 11 comprend au moins deux canules 11 et préférentiellement trois ou quatre canules 11. Ces canules 11 sont avantageusement angulairement équiréparties autour du diffuseur 10. Ainsi, la FIG. 4 illustre un exemple avec trois canules 11, disposées tous les β = 120°. La multiplication des canules 11 permet avantageusement d’améliorer l’effet de balayage des zones mortes. L’équirépartition des canules 11 contribue à homogénéiser le balayage. Cette caractéristique d’angle aigu est illustrée par le mode de réalisation d’un diffuseur 10 présenté aux figures 6-8. Ce diffuseur 10 est réalisé en tôle emboutie. Il peut s’agir de tôle métallique, tel un alliage léger. Alternativement un tel diffuseur 10 peut être réaliser en matière plastique, typiquement par injection/moulage. Ce diffuseur 10 comprend un corps principalement cylindrique, apte à être monté à force sur l’extrémité d’une canalisation du deuxième dispositif 3. A son autre extrémité le diffuseur 10 comprend un chapeau 16 présentant une cavité 14 aidant à orienter les jets de gaz diffusés. Les flancs du diffuseur 10 sont percés de lumières 13. Ces lumières 13 forment ici les canules 11. La forme des lumières 13 permet d’orienter les jets de gaz selon un angle α aigu. Ce mode de réalisation permet une réalisation simple et peu coûteuse du diffuseur. Selon une autre caractéristique, lesdites au moins deux canules 11 ne sont pas coplanaires avec le diffuseur 10. Ce décalage angulaire, avantageusement identique pour toutes les canules 11, permet avantageusement de créer une composante tangentielle qui a pour effet de faire tourbillonner le gaz injecté. Un tel tourbillon améliore le rinçage du réservoir 1. Cette caractéristique de tourbillon est illustrée par le mode de réalisation d’un diffuseur 10 présenté aux figures 9 et 10. Dans ce mode de réalisation le diffuseur 10 comprend, avant un chapeau 16 terminal, un étage assemblant des ailettes 15. Ces ailettes 15 forment entre elles les canules 11. La forme hélicoïdale de ces canules 11 produit un effet de tourbillon qui entraîne les jets de gaz. Il est bien évidement possible de combiner les deux caractéristiques précédentes, angle aigu et tourbillon. Ceci est illustré par le mode de réalisation d’un diffuseur 10 présenté aux figures 11 et 12. Dans ce diffuseur 10, des conduites 16 sont creusées. Ces conduites 16 forment les canules 11. Elles présentent relativement à l’axe un angle aigu. Elles présentent encore, une forme hélicoïdale, de manière à ne pas être coplanaire avec le diffuseur 10. Ainsi, elles induisent un effet tourbillonnant appliqué aux jets de gaz, tout en dirigeant lesdits jets de gaz vers les zones mortes du réservoir 1. Selon une autre caractéristique (non illustrée), généralisant la caractéristique de multiplications des canules 11, le nombre de canules 11 est augmenté à l’infini, créant une unique canule 11 circulaire à 360 °, de révolution autour du diffuseur 10. Ceci permet avantageusement d’obtenir un jet conique, augmentant les zones balayées par le gaz sous pression. Selon une autre caractéristique (non illustrée), ladite au moins une canule 11 est rotative autour du diffuseur 10. Une telle rotation peut être obtenue, tant pour des canules 11 discrètes, que pour une canule unique et circulaire, par un degré de liberté en rotation, obtenu par tout moyen connu, complété par la caractéristique précédente de non-coplanarité. Ainsi, la ou les canules 11 sont libres de tourner autour du diffuseur 10 et le passage du gaz sous pression dans la ou les canules 11 produit la rotation. Selon une autre caractéristique, la deuxième vanne 5 est un clapet anti-retour 6. Ce clapet anti-retour 6 est orienté de manière à être passant dans le sens allant de l’extérieur vers l’intérieur du réservoir 1 et à être bloquant dans l’autre sens. Ce mode de réalisation préférentiel permet avantageusement d’automatiser le procédé de rinçage, l’ouverture de la deuxième vanne 5 étant réalisée par l’application d’une pression de rinçage dans le sens allant de l’extérieur vers l’intérieur du réservoir 1, sans intervention manuelle. Selon une autre caractéristique, la deuxième vanne 5 est une vanne simple 7, préférentiellement manuelle. Une telle vanne simple 7 manuelle est avantageusement moins couteuse que le clapet anti-retour 6 du mode de réalisation précédent. Ce mode de réalisation constitue cependant un mode de réalisation dégradé relativement au précédent en ce qu’il nécessite une manœuvre manuelle de la vanne simple 7 pour l’ouvrir lors de la mise en pression de rinçage. Selon une autre caractéristique, la deuxième vanne 5 comprend un clapet anti-retour 6 et une vanne simple 7, préférentiellement manuelle, montés en série. Ceci permet d’assurer une redondance de l’étanchéité vers l’extérieur. Bien que plus coûteux que les modes de réalisation précédemment décrits, ce mode de réalisation permet d’améliorer la sécurité du réservoir 1. Selon une autre caractéristique, le premier dispositif fluidique 2 est disposé à une première extrémité 8 du réservoir 1 et le deuxième dispositif fluidique 3 est disposé à une deuxième extrémité 9 du réservoir 1, opposée à la première extrémité 8. Avantageusement encore, pour un réservoir 1 présentant une extension longitudinale selon un axe A, les deux dispositifs fluidiques 2, 3 sont préférentiellement disposés aux extrémités respectives de cette extension. Ainsi, un front 12 entre l’ancien gaz « fluid A » et le nouveau gaz « fluid B » présente une surface la plus petite possible, soit la section transverse du réservoir 1 perpendiculairement à l’axe de l’extension. Tel qu’illustré à la FIG. 5 , ceci permet d’optimiser le balayage de l’ancien gaz « fluid A » par le nouveau gaz « fluid B » lors du rinçage et ainsi de faciliter et/ou d’accélérer le rinçage. L’invention concerne encore un procédé de rinçage par balayage d’un tel réservoir 1. Ce procédé utilise un outillage de rinçage. L’outillage de rinçage comprend typiquement une première canalisation comprenant un connecteur de sortie apte à être connecté de manière étanche à la deuxième vanne 5 et apte à être alimentée par un moyen d’alimentation en nouveau gaz, comprenant, par exemple, un réservoir de nouveau gaz et une pompe. L’outillage de rinçage comprend encore une deuxième canalisation comprenant un connecteur d’entrée apte à être connecté de manière étanche à la première vanne 4, afin de permettre la sortie et éventuellement la récupération du mélange de gaz sortant du réservoir 1. Dans sa version la plus simple, la deuxième canalisation comprend une canule de mise à l’air libre. Alternativement, elle comprend un moyen de stockage, tel un réservoir, apte à stocker le mélange sortant. Le procédé de rinçage comprend les étapes suivantes. L’outillage de rinçage est mis en place sur le réservoir 1 à rincer. Pour cela, au cours d’une première étape, sa sortie est connectée à la deuxième vanne 5, et au cours d’une deuxième étape, antérieure, simultanée ou postérieure, son entrée est connectée à la première vanne 4. Au cours d’une troisième étape, il est procédé à l’ouverture de la première vanne 4. Dans le cas où cette première vanne 4 est une vanne de puisage de l’OTV, il peut s’agir d’une électrovanne qui peut être électriquement commandée par un dispositif de commande, éventuellement regroupé ou intégré à la commande de l’outillage de rinçage. Alternativement, il peut également s’agir d’une vanne manuelle, actionnée manuellement ou au moyen d’un outil. Cette première vanne 4 ouverte permet le puisage/la vidange du mélange de gaz hors du réservoir 1. Au cours d’une quatrième étape suivante, il est éventuellement procédé à l’ouverture de la deuxième vanne 5. Cette ouverture est éventuelle car, selon le mode de réalisation, elle n’est pas nécessaire. Dans le cas d’une vanne simple 7, cette vanne doit être ouverte. Par contre, dans le cas d’un clapet anti-retour 6, l’ouverture est automatiquement provoquée par l’envoi de nouveau gaz à l’étape suivante. La troisième et la quatrième étape peuvent être réalisées, dans cet ordre, simultanément ou encore dans l’ordre inverse. Au cours d’une cinquième étape suivante, il est procédé à l’envoi du nouveau gaz sous pression via la sortie de l’outillage de rinçage. Ceci introduit, via la deuxième vanne 5, du nouveau gaz dans le réservoir 1. Ceci entraîne une sortie du gaz, mélange de nouveau et d’ancien gaz, via la première vanne 4. Ce mélange de gaz est éventuellement récupéré via l’entrée de l’outillage de rinçage. Cette étape d’envoi du nouveau gaz, qui réalise effectivement le rinçage par balayage, est maintenue pendant une durée de rinçage prédéterminée. Cette durée de rinçage est déterminée de manière à atteindre une concentration finale de nouveau gaz (ou, ce qui est équivalent, une concentration résiduelle d’ancien gaz) souhaitée. Cette détermination peut être pré-réalisée par des essais ou par une simulation numérique. Alternativement, à un maintien pendant une durée prédéterminée, le maintien de l’envoi de nouveau gaz peut être asservi à une mesure de la concentration effective, comparée à une concentration objective. Une fois que l’objectif, temps écoulé et concentration réputée atteinte ou concentration effectivement atteinte, au cours d’une sixième étape, il est procédé à la fermeture de la première vanne 4. L’envoi de nouveau gaz est avantageusement maintenu jusqu’à atteindre une pression de gaz souhaitée dans le réservoir 1. Ici encore, cette pression peut être réputée atteinte après un temps prédéterminé, ou effectivement atteinte par un asservissement selon une mesure de pression effective. Cette étape se termine par un arrêt de l’envoi de nouveau gaz. Une éventuelle dernière étape consiste à fermer la deuxième vanne 5. Ceci est nécessaire dans le cas d’une vanne simple 7. Ceci n’est pas nécessaire dans le cas d’un clapet anti-retour 6, qui se referme tout seul avec l’arrêt de la pression. Relativement à un procédé de rinçage par dilution, les temps de mise en œuvre sont drastiquement réduits, pour un rinçage par balayage. A titre illustratif, le rinçage d’un réservoir donné, par dilution, nécessite 1919 secondes, pour atteindre une concentration résiduelle de 4 % d’ancien gaz, alors qu’il peut être réalisé, pour le même réservoir, par balayage, en 53 secondes, pour atteindre la même concentration. Le rinçage du même réservoir, par dilution, nécessite 3755 secondes pour atteindre une concentration résiduelle de 0,4 % d’ancien gaz, alors qu’il peut être réalisé, pour le même réservoir, par balayage, en 100 secondes, pour atteindre la même concentration. Il apparait un avantage substantiel, en termes de temps, et donc de coûts, à procéder selon l’invention, par balayage. L’invention a été illustrée et décrite en détail dans les dessins et la description précédente. Celle-ci doit être considérée comme illustrative et donnée à titre d’exemple et non comme limitant l’invention à cette seule description. De nombreuses variantes de réalisation sont possibles. Réservoir (1) pour gaz sous pression, tel de l’hydrogène, caractérisé en ce qu ’ il comprend un diffuseur (10) conformé pour injecter un gaz sous pression dans le réservoir (1) et en ce que le diffuseur (10) est disposé à l’intérieur du réservoir (1). Réservoir (1) selon la revendication 1, où le diffuseur (10) comprend au moins une canule (11) le prolongeant et faisant, avec le diffuseur (10), un angle (α) inférieur à 90 °. Réservoir (1) selon la revendication 2, où ladite au moins une canule (11) comprend au moins deux canules (11) angulairement équiréparties autour du diffuseur (10). Réservoir (1) selon la revendication 3, où lesdites au moins deux canules (11) ne sont pas coplanaires avec le diffuseur (10) de manière à faire tourbillonner le gaz injecté. Réservoir (1) selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, où ladite au moins une canule (11) est circulaire à 360 ° autour du diffuseur (10). Réservoir (1) selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, où ladite au moins une canule (11) est rotative autour du diffuseur (10). Réservoir (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un premier dispositif fluidique (2), comportant au moins une première vanne (4) apte à permettre un puisage du réservoir (1) et un deuxième dispositif fluidique (3) comportant au moins une deuxième vanne (5) apte à permettre un remplissage du réservoir (1), où le deuxième dispositif fluidique (3) comprend le diffuseur (10). Réservoir (1) selon la revendication précédente, où le premier dispositif fluidique (2) est disposé à une première extrémité (8) du réservoir (1) et le deuxième dispositif (3) est disposé à une deuxième extrémité (9) du réservoir (1) opposée à la première extrémité (8). Procédé de rinçage par balayage d’un réservoir (1) selon l’une quelconque des deux revendications précédentes, au moyen d’un outillage de rinçage, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : - connexion d’une sortie de l’outillage de rinçage à la deuxième vanne (5) et connexion d’une entrée de l’outillage de rinçage à la première vanne (4), simultanément ou dans un ordre quelconque, - ouverture de la première vanne (4) et ouverture éventuelle de la deuxième vanne (5), simultanément ou dans un ordre quelconque, - envoi du nouveau gaz sous pression via la sortie de l’outillage de rinçage et récupération du gaz sortant via l’entrée de l’outillage de rinçage, pendant une durée de rinçage prédéterminée, - fermeture de la première vanne (4), - arrêt de l’envoi de gaz lorsque la pression de gaz souhaitée est atteinte dans le réservoir (1), - fermeture éventuelle de la deuxième vanne (5).