EP3551928A2 - Réservoir de stockage d'hydrogène comportant un matériau textile filtrant - Google Patents

Réservoir de stockage d'hydrogène comportant un matériau textile filtrant

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Publication number
EP3551928A2
EP3551928A2 EP17816995.9A EP17816995A EP3551928A2 EP 3551928 A2 EP3551928 A2 EP 3551928A2 EP 17816995 A EP17816995 A EP 17816995A EP 3551928 A2 EP3551928 A2 EP 3551928A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hydrogen
tank according
hydrogen storage
textile material
envelope
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17816995.9A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Olivier Gillia
Denis Reynaud
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP3551928A2 publication Critical patent/EP3551928A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C11/00—Use of gas-solvents or gas-sorbents in vessels
    • F17C11/005—Use of gas-solvents or gas-sorbents in vessels for hydrogen
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/45—Hydrogen technologies in production processes

Definitions

  • the present invention relates to the general field of storage tanks for hydrogen in the form of hydrides, especially metal hydrides.
  • Hydrogen belongs to the alternative energy storage vectors developed for several years now. Hydrogen can be obtained in various ways, for example from natural gas or other hydrochlorides, and can in particular be produced by the electrolysis of high temperature water (HET), particularly electrolysis of high temperature water vapor (EVHT), respectively designated by the English names “High Temperature Electrolysis” (HTE) and “High Temperature Steam Electrolysis” (HTSE). Hydrogen may furthermore advantageously be used as a source of energy in solid oxide fuel cells, usually referred to as SOFC for "Solid Oxide Fuel Cells" in English or in the case of fuel cells with carbon dioxide exchange membranes. protons (or PEM for "Proton Exchange Membranes”).
  • HET high temperature water
  • EVHT high temperature water vapor
  • SOFC Solid Oxide Fuel Cells
  • protons or PEM for "Proton Exchange Membranes”
  • the invention finds applications in various fields of the industry, and in particular when there is a need for hydrogen compression, as for example for hydride hydrogen gas compressors such as for hydrogen service stations.
  • the invention applies both to hydrogen storage solutions of the stationary type of embedded type.
  • the invention can be used for on-board storage of hydrogen, for example for a fuel cell or a heat engine, for example for means of transport, such as boats, submarines, cars, buses, trucks. , construction machinery, two wheels, among others.
  • the invention can be used in the field of transportable power supplies such as batteries for portable electronic devices such as mobile phones, laptops, among others.
  • the invention can also be used for the stationary storage of hydrogen, for example in large quantities, as for the generators, or for the storage of hydrogen produced in large quantities by electrolysis of water with water. electricity from wind turbines, photovoltaic panels, geothermal, among others.
  • the invention can also be used to store any other source of hydrogen, for example from hydrocarbon reforming or other processes for obtaining hydrogen (photo-catalysis, biological, geological, among others).
  • the invention proposes a hydrogen storage tank by absorption of hydrogen in a hydrogen storage material comprising a filtering textile material associated with separation elements, as well as an associated manufacturing method.
  • the storage of hydrogen in a hydride is an exothermic reaction, ie it releases heat, while the release of hydrogen is an endothermic reaction, ie it absorbs heat.
  • An important constraint in the field of storage and release of hydrogen is to be able to better manage the thermal operating conditions, for example those of a solid oxide fuel cell (SOFC) or a water electrolyser at high temperature (EHT).
  • SOFC solid oxide fuel cell
  • EHT water electrolyser at high temperature
  • the French patent application FR 2 953 820 A1 discloses the use of vertical separators in the form of cups, arranged at equal distance by threading them onto a porous hydrogen distribution tube at the same time as in the ferrule of the cylinder.
  • a curved edge makes it possible to create flexibility that makes it possible to elastically clamp the cups on the tube or ferrule.
  • the device ensures easy passage of hydrogen to or from the hydride powder ensuring a confinement of the hydride powder in each bucket.
  • French patent application FR 2 996 628 A1 describes a compartmentalization of a hydride reservoir in the form of a vertical cylinder made by means of buckets stacked on a central tube.
  • the central tube consists of an assembly of tube sections, each section being tightly mounted in a central orifice of each bucket. The seal between each bucket is ensured by deformation of lips. Hydrogen arrives in each well because the central tube is porous with hydrogen but not to the hydride powder.
  • the device also makes it possible to ensure easy passage of hydrogen to or from the hydride powder by ensuring confinement of the hydride powder in each bucket.
  • French patent application FR 3,014,999 A1 teaches the realization of a subdivision via stacked buckets.
  • the hydrogen enters through a filter incorporated in the walls of the cup, and a seal by interlocking and O-ring is formed between each of the cups.
  • the object of the invention is to remedy at least partially the needs mentioned above and the drawbacks relating to the embodiments of the prior art.
  • the invention aims in particular to provide a new hydrogen storage tank design, including a hydride tank in the form of a vertical cylinder, which is simple and practical so as to make assembly easy.
  • the invention thus has, according to one of its aspects, a hydrogen storage tank by absorption of hydrogen in a hydrogen storage material comprising:
  • each separating element comprising a passage for mounting the separating element around the conduit, and each separating element forming a substantially perpendicular bottom at the longitudinal axis receiving a hydrogen storage material so as to form a plurality of beds of hydrogen storage material.
  • each separating element comprises a filtering textile material capable of passing hydrogen and / or a purge gas, in particular a neutral gas, and preventing the passage of storage material.
  • This filtering textile material advantageously extending substantially perpendicularly to the longitudinal axis and in contact with the inner wall of the envelope, the filtering textile material being kept in contact with the envelope by means of at least one blocking element positioned so that the filtering textile material is locked between the inner wall of the casing and said at least one locking element.
  • the blocking element in contact with the filtering textile material makes it possible to ensure the necessary seal between the corresponding separating element and the envelope in order to prevent any storage material, in particular hydride powder, can not cross a bed of storage material, that is to say, can not pass to a lower floor of the storage tank.
  • the invention makes it possible to ensure a circulation of hydrogen and / or a flushing gas through the various separation elements, and thus through the various stages of the tank.
  • This function may be desirable for various reasons.
  • the presence of a stream of hydrogen and / or flushing gas through each bed of storage material may be desired in order to cause pollution contained in these beds of storage material to the outside the tank, for example. This can then allow "cleaning" of the storage material.
  • it may also be desired to cool or heat the storage materials through a stream of hydrogen and / or cooled or heated flushing gas. Then, the invention advantageously allows a uniform scanning, on each floor, of the storage material.
  • the hydrogen storage tank according to the invention may further comprise one or more of the following characteristics taken separately or in any possible technical combinations.
  • the filtering textile material may in particular be in the form of a textile strip, in particular a circular-shaped textile strip.
  • filter refers to the fact that the textile material allows the hydrogen and / or a purge gas to pass through, while preventing the passage of storage material.
  • the filtering textile material may comprise several types of materials.
  • the textile filter material is metal and / or polymer.
  • the filtering textile material comprises a metallic and / or polymeric fabric.
  • the filtering textile material may comprise any type of weaving, for example a square weave (or even "Plain” type in English), a Dutch weave (or “Dutch” type), a weaving type serge (or “Twilled” type in English), a weaving reps cross-frame (or type "Twilled Dutch” in English), among others.
  • Each separating element may comprise a plurality of hydrogen and / or scavenging gas orifices, in particular regularly distributed over the surface of the separating element, through which the filtering textile material extends.
  • the filtering textile material may comprise a peripheral portion extending at least in part substantially parallel to the longitudinal axis of the envelope in contact with the inner wall of the envelope, said peripheral portion of the filter textile material being blocked between the inner wall of the casing and said at least one blocking element.
  • the peripheral portion of the filter textile material can surround said at least one locking element on at least half, especially more than half, of the periphery of said at least one blocking element.
  • said at least one blocking element can be kept in contact with the filtering textile material by means of holding means of said at least one blocking element, said at least one blocking element being in particular sandwiched between the filtering means. maintenance and the filtering textile material, in particular a peripheral portion of the filtering textile material.
  • the holding means in particular in the form of a holding ring, can be positioned, in particular fixed, for example by soldering or stitching, on the periphery of a peripheral portion of the filtering textile material, said portion peripheral being in contact with the inner wall of the casing, and may have a larger transverse dimension, that is to say the largest dimension along the transverse axis perpendicular to the longitudinal axis, less than the largest transverse dimension of the internal volume of the envelope in which are located the conduit, the separating elements and the hydrogen storage materials, so that the peripheral portion of the filter textile material at least partially encompasses said at least one locking element then held in a fold of the filter textile material.
  • the holding means may comprise a plurality of fastening elements making it possible to fix the said at least one blocking element and the corresponding separating element to one another.
  • the holding means may comprise a holding member defining at least one housing in which is located said at least one blocking element thus sandwiched between the holding member and the textile filter material.
  • each separating element may comprise a first assembly element and a second assembly element between which the filtering textile material extends, the first and second assembly elements being joined together by means of 'assembly.
  • the first assembly means may comprise a plurality of first hydrogen and / or scavenging gas orifices
  • the second assembly means may comprise a plurality of second orifices for the passage of hydrogen and / or gas.
  • the first and second through-holes are respectively facing each other to form a plurality of hydrogen through-holes and / or flushing gases together, the filtering textile material extending between the first and the second through holes.
  • Said at least one locking element may have an elasticity capable of allowing said at least one blocking element to be held in position against the filtering textile material.
  • said at least one blocking element is elastic, and may in particular comprise an elastic ring, in particular a coil-type spring, for example with non-contiguous turns, and / or an open one-piece ring in the form of a beam comprising two flats. able to interlock with each other to close the ring.
  • the largest transverse dimension of the at least one locking element when not stressed, that is to say not positioned inside the casing, can advantageously be greater than the largest transverse dimension of the volume. internal of the envelope in which are located the conduit, the separation elements and the hydrogen storage materials.
  • said at least one blocking element is mounted tightly in the casing, in contact with the filtering textile material, against the inner wall of the casing. This preloading of said at least one blocking element, for plating the textile filter material in the interior of the casing, provides the necessary seal between the inner wall of the casing and the textile filter material.
  • the reservoir may include means for collecting hydrogen and / or flushing gas, these collection means being formed in particular in an upper wall of the tank closing the upper end of the envelope.
  • These collection means may in particular be in the form of a collection passage formed in the upper wall of the reservoir.
  • the upper wall of the tank may also be traversed by the hydrogen supply duct.
  • the hydrogen supply duct may also allow a supply of purge gas.
  • the separating elements are regularly spaced from each other along the hydrogen supply duct.
  • the envelope is of cylindrical shape.
  • the longitudinal axis of the envelope preferably corresponds to a vertical axis so that the envelope is preferably in the form of a vertical cylinder.
  • the separating elements are advantageously mounted on the hydrogen supply duct sealingly.
  • the separating elements can particularly be mounted tight on the conduit, for example by soldering, welding, gluing, force mounting, among others.
  • the separating elements can be formed in one piece with the conduit.
  • each separating element may be in the form of a disc or a cup, or a tray.
  • the distance, or the longitudinal space, between two successive separation elements along the longitudinal axis may be less than the largest transverse dimension of the internal volume of the envelope.
  • the ratio between the distance between two successive separation elements and the largest transverse dimension of the internal volume of the envelope can be strictly less than 1. This value can be refined by performing, in particular, stress increase measurements for storage material beds of different slenderness, in particular because each storage material, especially each hydride, does not exhibit the same behavior in cycling.
  • the hydrogen storage material may preferably comprise hydrides, especially metal hydrides.
  • the subject of the invention is also a method for manufacturing a hydrogen storage tank as defined above, characterized in that it comprises the following steps:
  • each separating element being introduced into the envelope as soon as the hydrogen storage material is put in place on this separating element.
  • the hydrogen storage tank and the manufacturing method according to the invention may comprise any of the features set forth in the description, taken alone or in any technically possible combination with other characteristics.
  • FIG. 1 is a diagrammatic sectional view of an exemplary embodiment of a hydrogen storage tank according to the invention
  • FIG. 2 is a diagrammatic sectional view showing in isolation a separating element of the hydrogen storage tank of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a partial view from above of a separating element of the hydrogen storage tank of FIG. 1, without representation of the peripheral portion of the filtering textile material,
  • FIG. 4 illustrates, in the form of a representation similar to that of FIG. 1, the supply and collection of hydrogen in the hydrogen storage tank of FIG. 1,
  • FIG. 5 is an enlarged view of a part of FIG. 1 showing a detail of embodiment of the hydrogen storage tank of FIG. 1 and illustrating the circulation of hydrogen through the separation elements
  • FIG. 6A illustrates, in perspective, an example of a blocking element for a hydrogen storage tank according to the invention
  • FIG. 6B illustrates, in perspective, a plurality of other possible examples for a blocking element of a hydrogen storage tank according to the invention
  • FIGS. 7A to 7D illustrate possible weaving examples for a textile filtering material of a hydrogen storage tank according to the invention.
  • FIGS. 8A to 8C are schematic half-sectional views, similar to that of FIG. 2, showing alternative embodiments of holding a blocking element in position for a hydrogen storage tank conforming to FIG. invention.
  • the hydrogen storage material corresponds to hydrides, especially metal hydrides.
  • the described hydrogen storage tank has a cylindrical shape of revolution. Nevertheless, any tank formed by hollow element having a longitudinal dimension greater than its transverse dimension, and having any cross section, for example circular or polygonal or ellipsoidal, is not beyond the scope of the present invention.
  • FIG. 1 there is shown an embodiment of a hydrogen storage tank 1 by absorption of hydrogen in a hydrogen storage material 2.
  • the tank 1 comprises an envelope, or shell 3, of longitudinal axis X closed at a lower end by a lower bottom 17.
  • the tank 1 also has an upper wall 15 provided with an O-ring 16 closing the upper end of the ferrule 3.
  • the reservoir 1 is intended to be generally oriented so that the longitudinal axis X is substantially aligned with the direction of the gravity vector. However, during its use, for example in the case of embedded use, its orientation may change.
  • the reservoir 1 comprises hydrogen supply means including in particular a hydrogen supply pipe 4 extending along the longitudinal axis X of the lower bottom 17 towards the upper wall 15.
  • the conduit 4 is for example connected to a hydrogen supply circuit, for example at one of its longitudinal ends, in particular its upper longitudinal end.
  • a hydrogen supply circuit for example at one of its longitudinal ends, in particular its upper longitudinal end.
  • the interior of the tank 1 is divided into a plurality of stages along the longitudinal axis X and each stage comprises storage material 2. These stages are made in such a way that they prevent the passage of the storage material, especially in the form of hydride powder, from one stage to another, thus avoiding the accumulation of powder in a stage, especially in the lower stages and the appearance of pressure stresses on the inner wall of the ferrule 3.
  • the reservoir 1 comprises a stack of a plurality of separating elements 5 along the longitudinal axis X, regularly spaced from each other along the hydrogen supply conduit 4.
  • These separating elements 5 are mounted on the duct 4 in a sealed manner, for example by soldering, by welding, by gluing or by force fitting, or else formed in one piece with the duct 4.
  • these elements 5 are here in the form of disks 5.
  • Each disc 5 has a passage 6, or central orifice, which allows the mounting of the disc 5 around the conduit 4.
  • each disc 5 defines a bottom perpendicular to the longitudinal axis X on which hydride powder is deposited during the manufacture of the tank 1 to form a plurality of stages or beds of hydride powder.
  • the discs 5 are mounted on the duct 4 so that the longitudinal space EL between two successive discs 5 is smaller than the inner diameter Tv of the internal volume V of the shell 3.
  • the thickness of the hydride powder beds can be controlled.
  • the EL / Tv ratio is strictly less than 1.
  • each separating element 5 comprises a filtering textile material 7, here in the form of a metal filter fabric 7, this choice of material being in no way limiting.
  • This fabric 7 is able to pass hydrogen and / or a purge gas.
  • the duct 4 can make it possible to circulate hydrogen from its upper end to its lower end, and thus to release it vertically through the separation elements 5, as will be described hereinafter with reference to FIGS. and 5, but it can also allow the passage of a sweep gas, in particular a neutral gas, which then passes through the hydride beds and may optionally heat or cool.
  • the filter fabric 7 prevents the passage of hydride powder 2.
  • the filter fabric 7 extends perpendicularly to the longitudinal axis X and is curved on its circular peripheral portion 10 to come into contact with the cylindrical inner wall 3a of the shell 3.
  • the filter cloth 7 is kept in contact of this inner wall 3a through a locking element 8, here in the form of an elastic ring 8, which allows to press the filter cloth 7 against the inner wall 3a of the shell 3.
  • the curved peripheral portion 10 of the filtering fabric 7 serves to enclose at least part of the elastic ring 8.
  • peripheral portion 10 extends further in part parallel to the longitudinal axis X in contact with the inner wall 3a of the shell 3, being then locked between the inner wall 3a and the elastic ring 8.
  • the peripheral portion 10 of the filter fabric 7 surrounds, when viewed in longitudinal section, more than half of the periphery P of the elastic ring 8.
  • the filtering fabric 7 encloses the elastic ring 8, in particular by forming a narrowing at the end of the fabric. More specifically, holding means in the form of a retaining ring 11a are fixed on the periphery Pi of the peripheral portion 10 of the filter cloth 7.
  • This retaining ring 11a corresponds for example to a wire, for example metal or polymer which is fixed, for example by soldering or stitching, at the end of filter cloth 7, that is to say at the end of the peripheral portion 10.
  • this retaining ring 11a has a diameter Tm which is substantially smaller than the internal diameter Tv of the internal volume V of the shell 3. Then, as shown in FIG. 2, the filter cloth 7 is, at the level of the end of its peripheral portion 10, in superposition with a portion of its main portion so that the peripheral portion 10 includes the elastic ring 8 on more than half of its circumference.
  • Figures 8A, 8B and 8C illustrate alternative embodiments of the holding means.
  • the holding means 11b can be in the form of a plurality of fastening elements 11b, for example of the staple type, distributed at several points around the periphery of the elastic ring. 8.
  • FIGS. 8B and 8C illustrate the possibility of having a holding element 11b, in the form of an annular groove, defining a housing 12 in which is located the elastic ring 8 then sandwiched between the element of holding 11b and the filter cloth 7.
  • the elastic ring 8 may have in section any type of shape, for example circular as in Figure 8B or polygonal, for example rectangular or square, as in Figure 8C.
  • the elastic ring 8 can be of different types, being for example a helical spring, in particular with non-contiguous turns, as in the example of FIG. 6A and of FIG. 8B, or else be presented under the form of an open monoblock ring in the form of a beam or segment, as in the examples of Figure 6B and that of Figure 8C.
  • Figure 6B illustrates a plurality of rings, in the form of circularly wound beams, possible to achieve the elastic ring 8, in different diameters.
  • the ring has two opposite flats
  • the unstressed diameter Tb of the locking ring 8, as shown in FIG. 2 is greater than the internal diameter Tv of the internal volume.
  • the elastic ring 8 in particular in the form of a spring, is mounted in prestressing in the ferrule 3.
  • FIGS. 7A to 7D illustrate different types of weaving possible for the filter fabric 7.
  • the weave may be of the square weave (or "plain” type) type, as in FIG. 7A, of the type Dutch weaving (or else "Dutch” type in English) as in Figure 7B, weaving type serge type (or type “Twilled” in English) as in Figure 7C, or type weaving type reps cross frame (or “Twilled Dutch” type in English) as in Figure 7D.
  • each separating element 5 is formed by assembling a first rigid assembly plate 5a and a second rigid assembly plate 5b between which the filtering fabric extends. 7.
  • the assembly of the plates 5a and 5b can be done by means of assembly means 13 of any type, taking for example the form of rivets, screws, among others.
  • the assembly means 13 can be distributed at several places of the separating element 5, as for the examples of FIG. 1 and FIGS. 8A to 8C, or else be located only at the center of the element of separation 5 or at the level of the duct 4.
  • each plate 5a, 5b, in disk form, is perforated respectively with first holes 9a and second holes 9b, these holes 9a and
  • a first hole 9a associated with a second hole 9b face to face together form a through hole 9 of the separation element 5 for the circulation of hydrogen and / or flushing gas, as shown in FIG. 3.
  • These passage orifices 9 are preferably regularly distributed on the surface of the separating element 5.
  • the filter fabric 7 extends between the first hole 9a and the second hole 9b together forming the through hole 9.
  • Such a through hole 9 advantageously allows the hydrogen and / or the purge gas to pass, but in no case the hydride powder 2.
  • the filter fabric 7 prevents the hydride powder 2 from descending to the lower stage of the tank 1.
  • the reservoir 1 comprises means 18 for collecting hydrogen and / or scavenging gas, for example in the form of a passage 18 in the upper wall 15 of the tank 1 closing the upper end of the ferrule 3.
  • a flow of hydrogen enters the duct 4 at its upper end, this flow possibly being accompanied by a flow of flushing gas, then spring at the bottom of the duct 4, at its lower end close to the bottom 17, to then be able to flow vertically through the plurality of separation elements 5, and in particular through their through openings 9, which is permeable through a filter cloth 7 permeable to gases but not to hydride powder 2.
  • the flow of hydrogen possibly linked to a flow of purge gas, emerges from the tank 1 at the top by the through the collection passage 18 formed in the upper wall 15 of the tank 1.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

L'objet principal de l'invention est un réservoir (1) de stockage d'hydrogène comportant: une enveloppe (3) d'axe longitudinal (X); un conduit (4) d'alimentation en hydrogène; et un empilement d'une pluralité d'éléments de séparation (5). Chaque élément de séparation (5) forme un fond recevant un matériau de stockage (2) d'hydrogène. Chaque élément de séparation (5) comporte un matériau textile filtrant au contact de la paroi interne (3a) de l'enveloppe (3), maintenu au contact de l'enveloppe (3) par le biais d'au moins un élément de blocage positionné de sorte que le matériau textile filtrant soit bloqué entre la paroi interne (3a) de l'enveloppe (3) et ledit au moins un élément de blocage.

Description

RÉSERVOIR DE STOCKAGE D'HYDROGÈNE COMPORTANT UN MATÉRIAU TEXTILE
FILTRANT
DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention se rapporte au domaine général des réservoirs de stockage de l'hydrogène sous forme d'hydrures, notamment des hydrures métalliques.
L'hydrogène appartient aux vecteurs stockables d'énergie alternatives développées depuis maintenant plusieurs années. L'hydrogène peut être obtenu de diverses manières, par exemple à partir de gaz naturel ou d'autres hydroca rbures, et peut notamment être produit par le biais de l'électrolyse de l'eau à haute température (EHT), en particulier l'électrolyse de la vapeur d'eau à haute température (EVHT), respectivement désignées par les appellations anglaises « High Température Electrolysis » (HTE) et « High Température Steam Electrolysis » (HTSE). L'hydrogène peut en outre avantageusement être utilisé comme source d'énergie dans des piles à combustibles à oxyde solide, désignées habituellement par l'acronyme SOFC pour « Solid Oxide Fuel Cells » en anglais ou da ns des piles à combustibles à membranes échangeuses de protons (ou encore PEM pour « Proton Exchange Membranes » en anglais).
L'invention trouve des applications da ns différents domaines de l'industrie, et notamment lorsqu'il existe un besoin en compression d'hydrogène, comme par exemple pour des compresseurs de gaz hydrogène par hydrures tels que pour des stations-service à hydrogène. De plus, l'invention s'applique aussi bien à des solutions de stockage de l'hydrogène de type stationnaire que de type embarqué.
Ainsi, l'invention peut être utilisée pour le stockage embarqué d'hydrogène, pa r exem ple pour pile à combustible ou moteur thermique, par exemple pour les moyens de transport, tels que les bateaux, sous-marins, voitures, autobus, camions, engins de chantier, deux roues, entre autres. En outre, l'invention peut être utilisée dans le domaine des alimentations transportables en énergie telles que les batteries pour appareils électroniques portables comme les téléphones portables, les ordinateurs portables, entre autres.
L'invention peut également être utilisée pour le stockage stationnaire de l'hydrogène, par exemple en grande quantité, comme pour les groupes électrogènes, ou pour le stockage de l'hydrogène produit en grande quantité par électrolyse de l'eau avec de l'électricité provenant des éoliennes, panneaux photovoltaïques, géothermie, entre autres.
Enfin, l'invention peut aussi permettre de stocker toute autre source d'hydrogène provenant par exemple de reformage d'hydrocarbures ou d'autres procédés d'obtention d'hydrogène (photo-catalyse, biologique, géologique, entre autres).
Ainsi, l'invention propose un réservoir de stockage d'hydrogène par absorption de l'hydrogène dans un matériau de stockage d'hydrogène comportant un matériau textile filtrant associé à des éléments de séparation, ainsi qu'un procédé de fabrication associé.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Le stockage de l'hydrogène dans un hydrure est une réaction exothermique, à savoir qu'elle dégage de la chaleur, alors que la libération de l'hydrogène est une réaction endothermique, à savoir qu'elle absorbe de la chaleur.
Une contrainte importante dans le domaine du stockage et de la libération d'hydrogène est de pouvoir gérer au mieux les régimes de fonctionnement thermiques, par exemple ceux d'une pile à combustible à oxyde solide (SOFC) ou d'un électrolyseur d'eau à haute température (EHT).
Ainsi, pour pouvoir gérer les aspects endothermiques, respectivement exothermiques, de la désorption de l'hydrogène du réservoir d'hydrures, respectivement de l'absorption de l'hydrogène, l'art antérieur enseigne de concevoir des réservoirs d'hydrures sous la forme de cylindres verticaux.
Toutefois, afin de pouvoir gérer au mieux les contraintes mécaniques appliquées au réservoir d'hydrures, il est bien connu d'adopter une conception étagée d'un tel cylindre vertical afin d'éviter d'avoir un lit d'hydrures trop profond. Autrement dit, de nombreuses conceptions de réservoirs d'hydrures sous la forme de cylindres verticaux prévoient la mise en place de multiples séparations dans le cylindre pour former une pluralité de lits d'hydrures espacés verticalement entre eux.
En effet, les solutions techniques ne prévoyant qu'un seul lit d'hydrures au fond du cylindre vertical ne sont pas viables d'un point de vue mécanique. Le phénomène de « respiration » des hydrures lors de l'absorption et de la désorption de l'hydrogène, à savoir un gonflement et un dégonflement des hydrures, provoque l'apparition de fortes contraintes sur les parois du cylindre dénommées également virole du cylindre. Comme il a été décrit dans l'article « Stress on a reaction vessel by the swelling of a hydrogen absorbing alloy », K. Nasako et al, janvier 1998, Journal of Alloys and Compounds, Volume 264, pages 271-276, ces contraintes augmentent avec le nombre de cycles d'absorption/désorption jusqu'à atteindre la limite élastique du matériau, ce qui est inacceptable pour un réservoir de stockage d'hydrogène.
Diverses solutions de réservoirs d'hydrures sous la forme de cylindres verticaux avec mise en place de multiples séparations ont donc été décrites dans l'art antérieur.
A titre d'exemple, la demande de brevet français FR 2 953 820 Al divulgue l'utilisation de séparateurs verticaux sous forme de coupelles, disposées à égale distance en les enfilant sur un tube poreux de distribution d'hydrogène en même temps que dans la virole du cylindre. Un bord recourbé permet de créer de la souplesse qui permet de mettre en serrage élastique les coupelles sur le tube ou la virole. Le dispositif permet d'assurer un passage aisé de l'hydrogène vers ou depuis la poudre hydrure en assurant un confinement de la poudre hydrure dans chaque godet.
Par ailleurs, la demande de brevet français FR 2 996 628 Al décrit un compartimentage d'un réservoir d'hydrures sous forme de cylindre vertical réalisé par l'intermédiaire de godets empilés sur un tube central. Le tube central est constitué d'un assemblage de tronçons de tube, chaque tronçon étant monté serré dans un orifice central de chaque godet. L'étanchéité entre chaque godet est assurée par déformation de lèvres. L'hydrogène arrive dans chaque godet car le tube central est poreux à l'hydrogène mais pas à la poudre hydrure. Le dispositif permet là aussi d'assurer un passage aisé de l'hydrogène vers ou depuis la poudre hydrure en assurant un confinement de la poudre hydrure dans chaque godet.
De plus, la demande de brevet français FR 3 014 999 Al enseigne la réalisation d'un compartimentage par l'intermédiaire de godets empilés. L'hydrogène entre par un filtre incorporé dans les parois du godet, et une étanchéité par emboîtement et joint torique est réalisée entre chacun des godets.
En outre, la demande de brevet FR 3 014 998 Al enseigne une manière de réaliser des séparations verticales dans un cylindre vertical avec des disques échancrés sur leurs bords, ce qui permet de garder un bon contact thermique avec les bords du fait de l'élasticité de ces échancrures. Les disques sont percés de trous qui permettent de laisser passer de l'hydrogène verticalement entre les étages à travers les différents lits d' hydrure.
Ainsi, diverses solutions de conception de réservoirs d'hydrures sous la forme de cylindres verticaux avec éléments de séparation ont déjà été envisagées par l'art antérieur partant du principe que, pour limiter les contraintes mécaniques, un seul lit de poudre hydrure au fond du réservoir n'était pas viable.
Par ailleurs, l'article « A study on wall stresses induced by LaNis alloy hydrogen absorption-desorption cycles », B.Y. Ao et al, 22 mars 2005, Journal of Alloys and Compounds, Volume 390, pages 122-126, l'article « Effects of cyclic hydriding-dehydriding reactions of LaNis on the thin-wall déformation of métal hydride storage vessels with various configuration », C-K. Ling et al, 29 juin 2012, Rewable Energy, Volume 48, pages 404-410, et l'article « A tool for modelling the breathing of hybride powder in its container while cyclically absorbing and desorbing hydrogen », B. Charlas et al, 8 janvier 2015, International Journal of Hydrogen Energy, Volume 40, pages 2283-2294, ont démontré que, pour limiter les contraintes mécaniques, il est nécessaire de limiter la profondeur du lit de poudre hydrure. En particulier, pour un rapport entre profondeur du lit de poudre hydrure et largeur du lit de poudre hydrure inférieur à 1, les contraintes mécaniques restent faibles. Il existe ainsi encore un besoin pour améliorer la conception des réservoirs d'hydrures sous forme de cylindres verticaux impliquant notamment la séparation verticale du lit de poudre hydrure en une pluralité de lits d'hydrures peu profonds.
EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a pour but de remédier au moins partiellement aux besoins mentionnés précédemment et aux inconvénients relatifs aux réalisations de l'art antérieur.
L'invention vise en particulier à proposer une nouvelle conception de réservoir de stockage d'hydrogène, notamment de réservoir d'hydrures sous la forme d'un cylindre vertical, qui soit simple et pratique de sorte à rendre le montage aisé.
L'invention a ainsi pour objet, selon l'un de ses aspects, un réservoir de stockage d'hydrogène par absorption de l'hydrogène dans un matériau de stockage d'hydrogène comportant :
- une enveloppe d'axe longitudinal obturée à ses deux extrémités longitudinales,
- un conduit d'alimentation en hydrogène s'étendant le long de l'axe longitudinal,
- un empilement d'une pluralité d'éléments de séparation le long de l'axe longitudinal, chaque élément de séparation comportant un passage permettant le montage de l'élément de séparation autour du conduit, et chaque élément de séparation formant un fond sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal recevant un matériau de stockage d'hydrogène de sorte à former une pluralité de lits de matériau de stockage d'hydrogène.
De façon préférentielle, chaque élément de séparation comporte un matériau textile filtrant, apte à laisser passer de l'hydrogène et/ou un gaz de balayage, notamment un gaz neutre, et à empêcher le passage de matériau de stockage. Ce matériau textile filtrant s'étendant avantageusement sensiblement perpendiculairement à l'axe longitudinal et au contact de la paroi interne de l'enveloppe, le matériau textile filtrant étant maintenu au contact de l'enveloppe par le biais d'au moins un élément de blocage positionné de sorte que le matériau textile filtrant soit bloqué entre la paroi interne de l'enveloppe et ledit au moins un élément de blocage.
De façon avantageuse, l'élément de blocage au contact du matériau textile filtrant permet d'assurer l'étanchéité nécessaire entre l'élément de séparation correspondant et l'enveloppe afin d'éviter que tout matériau de stockage, notamment de la poudre hydrure, ne puisse traverser un lit de matériaux de stockage, soit autrement dit ne puisse passer à un étage inférieur du réservoir de stockage.
De façon avantageuse encore, l'invention permet d'assurer une circulation d'hydrogène et/ou d'un gaz de balayage à travers les divers éléments de séparation, et donc à travers les différents étages du réservoir. Cette fonction peut être souhaitable pour diverses raisons. Par exemple, la présence d'un flux d'hydrogène et/ou de gaz de balayage au travers de chaque lit de matériaux de stockage peut être voulue dans le but d'entraîner des pollutions contenues dans ces lits de matériaux de stockage vers l'extérieur du réservoir, par exemple. Cela peut alors permettre un « nettoyage » du matériau de stockage. En outre, il peut également être souhaité de vouloir refroidir ou chauffer les matériaux de stockage par le biais d'un flux d'hydrogène et/ou de gaz de balayage refroidi ou chauffé. Alors, l'invention permet avantageusement un balayage uniforme, à chaque étage, du matériau de stockage.
Le réservoir de stockage d'hydrogène selon l'invention peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises isolément ou suivant toutes combinaisons techniques possibles.
Le matériau textile filtrant peut notamment se présenter sous la forme d'une bande textile, notamment une bande textile de forme circulaire. Le terme « filtrant » se réfère au fait que le matériau textile permet de laisser passer l'hydrogène et/ou un gaz de balayage, tandis qu'il empêche le passage de matériau de stockage.
Le matériau textile filtrant peut comporter plusieurs types de matières. De façon préférentielle, le matériau textile filtrant est en métal et/ou en polymère. De façon avantageuse encore, le matériau textile filtrant comporte un tissu métallique et/ou polymère. De plus, le matériau textile filtrant peut comporter tout type de tissage, par exemple un tissage carré (ou encore de type « Plain » en anglais), un tissage hollandais (ou encore de type « Dutch » en anglais), un tissage de type serge (ou encore de type « Twilled » en anglais), un tissage de type reps de trame croisée (ou encore de type « Twilled Dutch » en anglais), entre autres.
Chaque élément de séparation peut comporter une pluralité d'orifices de passage d'hydrogène et/ou de gaz de balayage, notamment régulièrement répartis sur la surface de l'élément de séparation, au travers desquels s'étend le matériau textile filtrant.
De façon avantageuse, le matériau textile filtrant peut comporter une portion périphérique s'étendant au moins en partie sensiblement parallèlement à l'axe longitudinal de l'enveloppe au contact de la paroi interne de l'enveloppe, ladite portion périphérique du matériau textile filtrant étant bloquée entre la paroi interne de l'enveloppe et ledit au moins un élément de blocage.
Par ailleurs, par observation en coupe longitudinale, la portion périphérique du matériau textile filtrant peut entourer ledit au moins un élément de blocage sur au moins la moitié, notamment plus de la moitié, du pourtour dudit au moins un élément de blocage.
De plus, ledit au moins un élément de blocage peut être maintenu au contact du matériau textile filtrant par le biais de moyens de maintien dudit au moins un élément de blocage, ledit au moins un élément de blocage étant notamment pris en sandwich entre les moyens de maintien et le matériau textile filtrant, notamment une portion périphérique du matériau textile filtrant.
Selon une première variante, les moyens de maintien, notamment sous la forme d'un anneau de maintien, peuvent être positionnés, notamment fixés, par exemple par brasage ou couture, sur la périphérie d'une portion périphérique du matériau textile filtrant, ladite portion périphérique étant au contact de la paroi interne de l'enveloppe, et peuvent présenter une plus grande dimension transversale, c'est-à-dire la plus grande dimension selon l'axe transversal perpendiculaire à l'axe longitudinal, inférieure à la plus grande dimension transversale du volume interne de l'enveloppe dans lequel sont situés le conduit, les éléments de séparation et les matériaux de stockage d'hydrogène, de sorte que la portion périphérique du matériau textile filtrant englobe au moins partiellement ledit au moins un élément de blocage alors maintenu dans un repli du matériau textile filtrant.
Selon une deuxième variante, les moyens de maintien peuvent comporter une pluralité d'éléments d'attache permettant de fixer ledit au moins un élément de blocage et l'élément de séparation correspondant entre eux.
Selon une troisième variante, les moyens de maintien peuvent comporter un élément de maintien définissant au moins un logement dans lequel se situe ledit au moins un élément de blocage pris ainsi en sandwich entre l'élément de maintien et le matériau textile filtrant.
Par ailleurs, chaque élément de séparation peut comporter un premier élément d'assemblage et un deuxième élément d'assemblage entre lesquels s'étend le matériau textile filtrant, les premier et deuxième éléments d'assemblage étant solidarisés entre eux par le biais de moyens d'assemblage.
Le premier moyen d'assemblage peut comporter une pluralité de premiers orifices de passage d'hydrogène et/ou de gaz de balayage, et le deuxième moyen d'assemblage peut comporter une pluralité de deuxièmes orifices de passage d'hydrogène et/ou de gaz de balayage, les premiers et deuxièmes orifices de passage étant respectivement en vis-à-vis les uns des autres pour former ensemble une pluralité d'orifices de passage d'hydrogène et/ou de gaz de balayage, le matériau textile filtrant s'étendant entre les premiers et les deuxièmes orifices de passage.
Ledit au moins un élément de blocage peut présenter une élasticité apte à permettre audit au moins un élément de blocage d'être maintenu en position contre le matériau textile filtrant.
De façon préférentielle, ledit au moins un élément de blocage est élastique, et peut notamment comporter un anneau élastique, notamment un ressort de type hélicoïdal, par exemple à spires non jointives, et/ou un anneau monobloc ouvert sous forme de poutre comprenant deux méplats aptes à s'imbriquer l'un par rapport à l'autre pour fermer l'anneau. De plus, la plus grande dimension transversale dudit au moins un élément de blocage, lorsque non contraint, c'est-à-dire non positionné à l'intérieur de l'enveloppe, peut avantageusement être supérieure à la plus grande dimension transversale du volume interne de l'enveloppe dans lequel sont situés le conduit, les éléments de séparation et les matériaux de stockage d'hydrogène.
De façon avantageuse, ledit au moins un élément de blocage est donc monté serré dans l'enveloppe, au contact du matériau textile filtrant, contre la paroi interne de l'enveloppe. Ce montage en précontrainte dudit au moins un élément de blocage, permettant de plaquer le matériau textile filtrant dans l'intérieur de l'enveloppe, assure l'étanchéité nécessaire entre la paroi interne de l'enveloppe et le matériau textile filtrant.
En outre, le réservoir peut comporter des moyens de collecte de l'hydrogène et/ou du gaz de balayage, ces moyens de collecte étant notamment formés dans une paroi supérieure du réservoir fermant l'extrémité supérieure de l'enveloppe.
Ces moyens de collecte peuvent notamment se présenter sous la forme d'un passage de collecte formé dans la paroi supérieure du réservoir. La paroi supérieure du réservoir peut également être traversée par le conduit d'alimentation en hydrogène. Le conduit d'alimentation en hydrogène peut également permettre une alimentation en gaz de balayage.
De façon préférentielle, les éléments de séparation sont régulièrement espacés les uns des autres le long du conduit d'alimentation en hydrogène.
De façon préférentielle également, l'enveloppe est de forme cylindrique. De plus, l'axe longitudinal de l'enveloppe correspond préférentiellement à un axe vertical de sorte que l'enveloppe se présente préférentiellement sous la forme d'un cylindre vertical.
Les éléments de séparation sont avantageusement montés sur le conduit d'alimentation en hydrogène de façon étanche. Les éléments de séparation peuvent particulièrement être montés serrés sur le conduit, par exemple par brasage, par soudure, par collage, par montage en force, entre autres. Les éléments de séparation peuvent encore être formés d'une seule pièce avec le conduit.
Par ailleurs, chaque élément de séparation peut se présenter sous la forme d'un disque ou d'une coupelle, ou encore d'un plateau. En outre, la distance, ou encore l'espace longitudinal, entre deux éléments de séparation successifs le long de l'axe longitudinal peut être inférieure à la plus grande dimension transversale du volume interne de l'enveloppe.
De cette façon, il est possible d'obtenir des lits de matériaux de stockage qui ne sont pas trop élancés longitudinalement, en particulier verticalement. Autrement dit, l'épaisseur des lits de matériaux de stockage peut être contrôlée.
Ainsi, le rapport entre la distance entre deux éléments de séparation successifs et la plus grande dimension transversale du volume interne de l'enveloppe peut être strictement inférieur à 1. Cette valeur peut être affinée en réalisant notamment des mesures d'augmentation de contraintes pour des lits de matériaux de stockage de différents élancements, en particulier du fait que chaque matériau de stockage, notamment chaque hydrure, ne présente pas le même comportement en cyclage.
En outre, le matériau de stockage d'hydrogène peut préférentiellement comporter des hydrures, notamment des hydrures métalliques.
Par ailleurs, l'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de fabrication d'un réservoir de stockage d'hydrogène tel que défini précédemment, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
- éventuelle mise en place de matériau de stockage d'hydrogène dans le fond de l'enveloppe du réservoir,
- mise en place de matériau de stockage d'hydrogène sur chaque élément de séparation,
chaque élément de séparation étant introduit dans l'enveloppe dès la fin de la mise en place de matériau de stockage d'hydrogène sur cet élément de séparation.
Le réservoir de stockage d'hydrogène et le procédé de fabrication selon l'invention peuvent comporter l'une quelconque des caractéristiques énoncées dans la description, prises isolément ou selon toutes combinaisons techniquement possibles avec d'autres caractéristiques. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, ainsi qu'à l'examen des figures, schématiques et partielles, du dessin annexé, sur lequel :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un exemple de réalisation d'un réservoir de stockage d'hydrogène conforme à l'invention,
- la figure 2 est une vue schématique en coupe représentant de façon isolée un élément de séparation du réservoir de stockage d'hydrogène de la figure 1,
- la figure 3 est une vue partielle du dessus d'un élément de séparation du réservoir de stockage d'hydrogène de la figure 1, sans représentation de la portion périphérique du matériau textile filtrant,
- la figure 4 illustre, sous la forme d'une représentation analogue à celle de la figure 1, l'alimentation et la collecte d'hydrogène dans le réservoir de stockage d'hydrogène de la figure 1,
- la figure 5 est une vue agrandie d'une partie de la figure 1 montrant un détail de réalisation du réservoir de stockage d'hydrogène de la figure 1 et illustrant la circulation d'hydrogène au travers des éléments de séparation,
- la figure 6A illustre, en perspective, un exemple d'élément de blocage pour un réservoir de stockage d'hydrogène conforme à l'invention,
- la figure 6B illustre, en perspective, une pluralité d'autres exemples possibles pour un élément de blocage d'un réservoir de stockage d'hydrogène conforme à l'invention,
- les figures 7A à 7D illustrent des exemples de tissage possibles pour un matériau textile filtrant d'un réservoir de stockage d'hydrogène conforme à l'invention, et
- les figures 8A à 8C sont des vues schématiques en demi-coupe, semblables à celle de la figure 2, représentant des variantes de réalisation du maintien en position d'un élément de blocage pour un réservoir de stockage d'hydrogène conforme à l'invention.
Dans l'ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues. De plus, les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Il est précisé que, dans la description qui va suivre d'exemples de réalisation particuliers de l'invention, le matériau de stockage de l'hydrogène correspond à des hydrures, notamment des hydrures métalliques. De plus, le réservoir de stockage d'hydrogène décrit présente une forme cylindrique de révolution. Néanmoins, tout réservoir formé par élément creux présentant une dimension longitudinale plus grande que sa dimension transversale, et ayant une section quelconque, par exemple circulaire ou polygonale ou ellipsoïdale, ne sort pas du cadre de la présente invention.
En référence aux figures 1 à 5, on a représenté un exemple de réalisation d'un réservoir 1 de stockage d'hydrogène par absorption de l'hydrogène dans un matériau de stockage 2 d'hydrogène.
Sur la figure 1, on peut voir cet exemple de réservoir 1 de stockage représenté schématiquement.
Le réservoir 1 comporte une enveloppe, ou virole 3, d'axe longitudinal X obturée à une extrémité inférieure par un fond inférieur 17. Le réservoir 1 comporte également une paroi supérieure 15 pourvue d'un joint torique 16 fermant l'extrémité supérieure de la virole 3.
Le réservoir 1 est destiné à être généralement orienté de sorte que l'axe longitudinal X soit sensiblement aligné avec la direction du vecteur gravité. Cependant, lors de son utilisation, par exemple dans le cas d'une utilisation embarquée, son orientation peut changer.
Le réservoir 1 comporte des moyens d'alimentation en hydrogène comprenant notamment un conduit 4 d'alimentation en hydrogène s'étendant le long de l'axe longitudinal X du fond inférieur 17 vers la paroi supérieure 15.
Le conduit 4 est par exemple connecté à un circuit d'alimentation en hydrogène, par exemple au niveau de l'une de ses extrémités longitudinales, notamment son extrémité longitudinale supérieure. Comme il sera expliqué ci-après, l'intérieur du réservoir 1 est divisé en une pluralité d'étages le long de l'axe longitudinal X et chaque étage comporte du matériau de stockage 2. Ces étages sont réalisés de telle manière qu'ils empêchent le passage du matériau de stockage, notamment sous forme de poudre hydrure, d'un étage à l'autre, évitant ainsi l'accumulation de poudre dans un étage, notamment dans les étages inférieures et l'apparition de contraintes de pression sur la paroi interne de la virole 3.
Ainsi, le réservoir 1 comporte un empilement d'une pluralité d'éléments de séparation 5 le long de l'axe longitudinal X, régulièrement espacés les uns des autres le long du conduit 4 d'alimentation en hydrogène. Ces éléments de séparation 5 sont montés sur le conduit 4 de façon étanche, par exemple par brasage, par soudure, par collage ou par montage en force, ou encore étant formés d'une seule pièce avec le conduit 4. De plus, ces éléments de séparation 5 se présentent ici sous la forme de disques 5.
Chaque disque 5 comporte un passage 6, ou orifice central, qui permet le montage du disque 5 autour du conduit 4. De plus, chaque disque 5 définit un fond perpendiculaire à l'axe longitudinal X sur lequel de la poudre hydrure est déposée lors de la fabrication du réservoir 1 pour former une pluralité d'étages ou lits de poudre hydrure.
Les disques 5 sont montés sur le conduit 4 de sorte que l'espace longitudina l EL entre deux disques 5 successifs soit inférieur au diamètre interne Tv du volume interne V de la virole 3. Ainsi, l'épaisseur des lits de poudre hydrure peut être contrôlée. Autrement dit, le rapport EL/Tv est strictement inférieur à 1.
Par ailleurs, comme visible sur la figure 2, chaque élément de séparation 5 comporte un matériau textile filtrant 7, ici sous la forme d'un tissu filtrant métallique 7, ce choix de matériau n'étant aucunement limitatif.
Ce tissu 7 est apte à laisser passer de l'hydrogène et/ou un gaz de balayage.
En effet, le conduit 4 peut permettre de faire circuler de l'hydrogène depuis son extrémité supérieure vers son extrémité inférieure, et ainsi de le libérer verticalement au travers des éléments de séparation 5, comme il sera décrit par la suite en référence aux figures 4 et 5, mais il peut aussi permettre le passage d'un gaz de balayage, notamment un gaz neutre, qui traverse alors les lits d'hydrures et peut éventuellement les chauffer ou les refroidir. De plus, le tissu filtrant 7 empêche le passage de poudre d'hydrure 2.
Le tissu filtrant 7 s'étend perpendiculairement à l'axe longitudinal X et se retrouve recourbé sur sa portion périphérique circulaire 10 pour venir au contact de la paroi interne cylindrique 3a de la virole 3. De plus, le tissu filtrant 7 est maintenu au contact de cette paroi interne 3a par le biais d'un élément de blocage 8, ici sous la forme d'un anneau élastique 8, qui permet de plaquer le tissu filtrant 7 contre la paroi interne 3a de la virole 3.
Sur l'exemple de la figure 2, la portion périphérique 10 recourbée du tissu filtrant 7 permet d'enfermer au moins en partie l'anneau élastique 8.
Cette portion périphérique 10 s'étend de plus en partie parallèlement à l'axe longitudinal X au contact de la paroi interne 3a de la virole 3, étant alors bloquée entre la paroi interne 3a et l'anneau élastique 8. De plus, dans l'exemple de la figure 2, on peut voir que la portion périphérique 10 du tissu filtrant 7 entoure, lorsqu'observée en coupe longitudinale, plus de la moitié du pourtour P de l'anneau élastique 8.
Par ailleurs, afin de maintenir l'anneau élastique 8 en place, il peut exister diverses solutions.
Dans l'exemple de la figure 2, le tissu filtrant 7 enferme l'anneau élastique 8, en particulier par la formation d'un rétrécissement en bout de tissu. Plus précisément, des moyens de maintien sous la forme d'un anneau de maintien lia sont fixés sur la périphérie Pi de la portion périphérique 10 du tissu filtrant 7. Cet anneau de maintien lia correspond par exemple à un fil, par exemple métallique ou polymère, qui est fixé, par exemple par brasage ou couture, en bout de tissu filtrant 7, c'est-à-dire à l'extrémité de la portion périphérique 10.
De façon avantageuse, cet anneau de maintien lia présente un diamètre Tm qui est sensiblement inférieur au diamètre interne Tv du volume interne V de la virole 3. Alors, comme visible sur la figure 2, le tissu filtrant 7 est, au niveau de l'extrémité de sa portion périphérique 10, en superposition avec une partie de sa portion principale de sorte que la portion périphérique 10 englobe l'anneau élastique 8 sur plus de la moitié de sa circonférence. Les figures 8A, 8B et 8C illustrent des variantes de réalisation des moyens de maintien.
Ainsi, comme visible sur la figure 8A, les moyens de maintien 11b peuvent se présenter sous la forme d'une pluralité d'éléments d'attache 11b, par exemple de type agrafes, répartis en plusieurs points sur le pourtour de l'anneau élastique 8.
Les figures 8B et 8C illustrent quant à elles la possibilité d'avoir un élément de maintien 11b, sous forme d'une rainure annulaire, définissant un logement 12 dans lequel se situe l'anneau élastique 8 pris alors en sandwich entre l'élément de maintien 11b et le tissu filtrant 7.
De plus, il est à noter que l'anneau élastique 8 peut présenter en section tout type de forme, par exemple circulaire comme sur la figure 8B ou encore polygonale, par exemple rectangulaire ou carrée, comme sur la figure 8C.
De plus, l'anneau élastique 8 peut être de différents types, étant par exemple un ressort hélicoïdal, en particulier à spires non jointives, comme sur l'exemple de la figure 6A et de la figure 8B, ou bien encore se présenter sous la forme d'un anneau monobloc ouvert se présentant sous la forme d'une poutre ou segment, comme sur les exemples de la figure 6B et celui de la figure 8C.
En particulier, la figure 6B illustre une pluralité d'anneaux, sous forme de poutres enroulées circulairement, possibles pour réaliser l'anneau élastique 8, selon différents diamètres. Pour chaque possibilité, l'anneau comporte deux méplats opposés
14a et 14b, par exemple réaliser par usinage, aux deux extrémités de l'anneau et aptes à s'imbriquer l'un par rapport à l'autre pour fermer l'anneau et ne pas laisser d'espace libre entre les deux extrémités de l'anneau, ce qui permet alors une pression uniforme d'appui sur la paroi interne 3a de la virole 3.
De façon avantageuse, le diamètre Tb non contraint de l'anneau de blocage 8, comme représenté sur la figure 2, est supérieur au diamètre interne Tv du volume interne
V de la virole 3. Dans ce cas, lors du montage, l'anneau élastique 8 notamment sous forme de ressort, se monte en précontrainte dans la virole 3.
Il est par ailleurs à noter que, pour les trois exemples de réalisation présentés en référence aux figures 8A à 8C, l'utilisation d'un anneau de maintien 11b lié au tissu filtrant 7 tel que décrit en lien avec la figure 2 n'est plus nécessaire, ce qui permet de faciliter la fabrication du tissu filtrant 7.
En outre, les figures 7A à 7D illustrent différents types de tissage possibles pour le tissu filtrant 7. Par exemple, le tissage peut être du type tissage carré (ou encore de type « Plain » en anglais) comme sur la figure 7A, du type tissage hollandais (ou encore de type « Dutch » en anglais) comme sur la figure 7B, du type tissage de type serge (ou encore de type « Twilled » en anglais) comme sur la figure 7C, ou encore du type tissage de type reps de trame croisée (ou encore de type « Twilled Dutch » en anglais) comme sur la figure 7D.
Par ailleurs, comme visible sur la figure 2, chaque élément de séparation 5 est formé par l'assemblage d'une première plaque rigide d'assemblage 5a et d'une deuxième plaque rigide d'assemblage 5b entre lesquelles s'étend le tissu filtrant 7.
De cette manière, le tissu filtrant 7 peut conserver la forme d'un plateau. L'assemblage des plaques 5a et 5b peut se faire par le biais de moyens d'assemblage 13 de tout type, prenant par exemple la forme de rivets, de vis, entre autres. Les moyens d'assemblage 13 peuvent être répartis à plusieurs endroits de l'élément de séparation 5, comme pour les exemples de la figure 1 et des figures 8A à 8C, ou bien encore être localisés uniquement au niveau du centre de l'élément de séparation 5, soit au niveau du conduit 4.
De plus, chaque plaque d'assemblage 5a, 5b, sous forme de disque, est perforée respectivement de premiers trous 9a et de deuxièmes trous 9b, ces trous 9a et
9b étant en vis-à-vis les uns par rapport aux autres.
Plus précisément, un premier trou 9a associé à un deuxième trou 9b en face à face forment ensemble un orifice de passage 9 de l'élément de séparation 5 pour la circulation d'hydrogène et/ou de gaz de balayage, comme visible sur la figure 3. Ces orifices de passage 9 sont préférentiellement répartis de façon régulière à la surface de l'élément de séparation 5.
Le tissu filtrant 7 s'étend entre le premier trou 9a et le deuxième trou 9b formant ensemble l'orifice de passage 9. Un tel orifice de passage 9 laisse avantageusement passer l'hydrogène et/ou le gaz de balayage mais en aucun cas la poudre hydrure 2. Autrement dit, le tissu filtrant 7 empêche à la poudre hydrure 2 de descendre à l'étage du dessous du réservoir 1.
Par ailleurs, comme visible sur la figure 4 mais non représentés sur la figure 1, le réservoir 1 comporte des moyens de collecte 18 de l'hydrogène et/ou du gaz de balayage, se présentant ici par exemple sous la forme d'un passage de collecte 18 formé dans la paroi supérieure 15 du réservoir 1 fermant l'extrémité supérieure de la virole 3.
Ainsi, comme schématisé par les flèches H2 sur les figures 4 et 5, un flux d'hydrogène pénètre dans le conduit 4, au niveau de son extrémité supérieure, ce flux étant éventuellement accompagné d'un flux de gaz de balayage, puis il ressort en bas de conduit 4, au niveau de son extrémité inférieure à proximité du fond 17, pour ensuite pouvoir circuler verticalement au travers de la pluralité des éléments de séparation 5, et en particulier au travers de leurs orifices de passage 9, ce qui est permis par le biais d'un tissu filtrant 7 perméable aux gaz mais pas à la poudre d'hydrures 2. Enfin, le flux d'hydrogène, éventuellement lié à un flux de gaz de balayage, ressort du réservoir 1 en partie supérieure par le biais du passage de collecte 18 formé dans la paroi supérieure 15 du réservoir 1.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits. Diverses modifications peuvent y être apportées par l'homme du métier.

Claims

REVENDICATIONS
1. Réservoir (1) de stockage d'hydrogène par absorption de l'hydrogène dans un matériau de stockage (2) d'hydrogène comportant :
- une enveloppe (3) d'axe longitudinal (X) obturée à ses deux extrémités longitudinales,
- un conduit (4) d'alimentation en hydrogène s'étendant le long de l'axe longitudinal (X),
- un empilement d'une pluralité d'éléments de séparation (5) le long de l'axe longitudinal (X), chaque élément de séparation (5) comportant un passage (6) permettant le montage de l'élément de séparation (5) autour du conduit (4), et chaque élément de séparation (5) formant un fond sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal (X) recevant un matériau de stockage (2) d'hydrogène de sorte à former une pluralité de lits de matériau de stockage (2) d'hydrogène,
caractérisé en ce que chaque élément de séparation (5) comporte un matériau textile filtrant (7), apte à laisser passer de l'hydrogène (H) et/ou un gaz de balayage et à empêcher le passage de matériau de stockage (2), s'étendant sensiblement perpendiculairement à l'axe longitudinal (X) et au contact de la paroi interne (3a) de l'enveloppe (3), le matériau textile filtrant (7) étant maintenu au contact de l'enveloppe (3) par le biais d'au moins un élément de blocage (8) positionné de sorte que le matériau textile filtrant (7) soit bloqué entre la paroi interne (3a) de l'enveloppe (3) et ledit au moins un élément de blocage (8).
2. Réservoir selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque élément de séparation (5) comporte une pluralité d'orifices de passage (9) d'hydrogène
(H) et/ou de gaz de balayage au travers desquels s'étend le matériau textile filtrant (7).
3. Réservoir selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le matériau textile filtrant (7) comporte une portion périphérique (10) s'étendant au moins en partie sensiblement parallèlement à l'axe longitudinal (X) au contact de la paroi interne (3a) de l'enveloppe (3), ladite portion périphérique (10) du matériau textile filtrant (7) étant bloquée entre la paroi interne (3a) de l'enveloppe (3) et ledit au moins un élément de blocage (8).
4. Réservoir selon la revendication 3, caractérisé en ce que, par observation en coupe longitudinale, ladite portion périphérique (10) du matériau textile filtrant (7) entoure ledit au moins un élément de blocage (8) sur au moins la moitié, notamment plus de la moitié, du pourtour (P) dudit au moins un élément de blocage (8).
5. Réservoir selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit au moins un élément de blocage (8) est maintenu au contact du matériau textile filtrant (7) par le biais de moyens de maintien (lia, 11b) dudit au moins un élément de blocage (8), ledit au moins un élément de blocage (8) étant notamment pris en sandwich entre les moyens de maintien (lia, 11b) et le matériau textile filtrant (7), notamment une portion périphérique (10) du matériau textile filtrant (7).
6. Réservoir selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de maintien (lia) sont positionnés, notamment fixés, par exemple par brasage ou couture, sur la périphérie (Pi) d'une portion périphérique (10) du matériau textile filtrant (7), ladite portion périphérique (10) étant au contact de la paroi interne (3a) de l'enveloppe (3), et présentent une plus grande dimension transversale (Tm) inférieure à la plus grande dimension transversale (Tv) du volume interne (V) de l'enveloppe (3) dans lequel sont situés le conduit (4), les éléments de séparation (5) et les matériaux de stockage (2) d'hydrogène, de sorte que la portion périphérique (10) du matériau textile filtrant (7) englobe au moins partiellement ledit au moins un élément de blocage (8) alors maintenu dans un repli du matériau textile filtrant (7).
7. Réservoir selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de maintien comportent une pluralité d'éléments d'attache (11b) permettant de fixer ledit au moins un élément de blocage (8) et l'élément de séparation (5) correspondant entre eux.
8. Réservoir selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de maintien (11b) comportent un élément de maintien (11b) définissant au moins un logement (12) dans lequel se situe ledit au moins un élément de blocage (8) pris ainsi en sandwich entre l'élément de maintien (11b) et le matériau textile filtrant (7).
9. Réservoir selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque élément de séparation (5) comporte un premier élément d'assemblage (5a) et un deuxième élément d'assemblage (5b) entre lesquels s'étend le matériau textile filtrant (7), les premier (5a) et deuxième (5b) éléments d'assemblage étant solidarisés entre eux par le biais de moyens d'assemblage (13).
10. Réservoir selon la revendication 9, caractérisé en ce que le premier moyen d'assemblage (5a) comporte une pluralité de premiers orifices de passage (9a) d'hydrogène (H) et/ou de gaz de balayage, et en ce que le deuxième moyen d'assemblage (5b) comporte une pluralité de deuxièmes orifices de passage (9b) d'hydrogène (H) et/ou de gaz de balayage, les premiers (9a) et deuxièmes (9a) orifices de passage étant respectivement en vis-à-vis les uns des autres pour former ensemble une pluralité d'orifices de passage (9) d'hydrogène (H) et/ou de gaz de balayage, le matériau textile filtrant (7) s'étendant entre les premiers (9a) et les deuxièmes (9b) orifices de passage.
11. Réservoir selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau textile filtrant (7) comporte un tissu métallique et/ou polymère.
12. Réservoir selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit au moins un élément de blocage (8) est élastique, comportant notamment un anneau élastique (8), notamment un ressort de type hélicoïdal, par exemple à spires non jointives, et/ou un anneau monobloc ouvert sous forme de poutre comprenant deux méplats (14a, 14b) aptes à s'imbriquer l'un par rapport à l'autre pour fermer l'anneau.
13. Réservoir selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plus grande dimension transversale (Tb) dudit au moins un élément de blocage (8), lorsque non contraint, c'est-à-dire non positionné à l'intérieur de l'enveloppe (3), est supérieure à la plus grande dimension transversale (Tv) du volume interne (V) de l'enveloppe (3) dans lequel sont situés le conduit (4), les éléments de séparation (5) et les matériaux de stockage (2) d'hydrogène.
14. Réservoir selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de collecte (18) de l'hydrogène (H) et/ou du gaz de balayage, ces moyens de collecte (18) étant notamment formés dans une paroi supérieure (15) du réservoir (1) fermant l'extrémité supérieure de l'enveloppe (3).
15. Réservoir selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau de stockage (2) d'hydrogène comporte des hydrures, notamment des hydrures métalliques.
16. Procédé de fabrication d'un réservoir de stockage (1) d'hydrogène selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
- éventuelle mise en place de matériau de stockage (2) d'hydrogène dans le fond de l'enveloppe (3) du réservoir (1),
- mise en place de matériau de stockage (2) d'hydrogène sur chaque élément de séparation (5),
chaque élément de séparation (5) étant introduit dans l'enveloppe (3) dès la fin de la mise en place de matériau de stockage (2) d'hydrogène sur cet élément de séparation (5).
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